авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Модифицированный керамический кирпич на основе низкосортной глины

На правах рукописи

ПИКАЛОВ ЕВГЕНИЙ СЕРГЕЕВИЧ МОДИФИЦИРОВАННЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КИРПИЧ НА ОСНОВЕ НИЗКОСОРТНОЙ ГЛИНЫ Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2011

Работа выполнена на кафедре «Химическая технология стекла и ке рамики» в ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» доктор технических наук, профессор

Научный консультант:

Христофоров Александр Иванович доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Акулова Марина Владимировна ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» доктор технических наук, профессор Калашников Владимир Иванович ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный

Ведущая организация:

технический университет»

Защита состоится 16 декабря 2011 г. в 1100 часов на заседании объединенного совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук ДМ 212.060. при ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно строительный университет» по адресу: 153037, г. Иваново, ул. 8-го Марта, д. 20, ауд. Г-204 (www.igasu.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского госу дарственного архитектурно–строительного университета (153037, г. Иваново, ул. 8 Марта, д.20).

Автореферат разослан 15 ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент Заянчуковская Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Промышленность строительных материалов и изделий является одной из динамично развивающихся отраслей, в кото рой производство керамического кирпича занимает одну из ведущих пози ций. Количественное и качественное развитие промышленности строи тельных материалов базируется на требованиях строительного комплекса.

В последнее время научные исследования направлены на расширение сырьевой базы, повышение качества сырьевых материалов путем их пред варительной подготовки, применение модифицирующих добавок и изме нения в технологических режимах производства. Существенный вклад в развитие технологии производства керамического кирпича внесли Баженов Ю.М, Комар А.Г., Мороз И.И., Горчаков Г.И., Августинник А.И. и др.

Обзор исследований, связанных с производством керамического кирпича на основе низкосортных глин (Al2O3 8,7-13,5% ), показал, что известные решения зачастую приводили к незначительным результатам.

В связи с этим разработка шихты на основе низкосортных глин с мо дифицирующими добавками, позволяющей получить кирпич с высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками несо мненно является актуальной задачей.

Цель работы заключается в повышении прочности при сжатии ке рамического кирпича на основе низкосортной глины месторождения Вла димирской области за счет применения модифицирующих добавок и изме нений в технологических режимах производства.

Исходя из цели работы, решались следующие задачи:

1. Выбор модифицирующих добавок и подбор основных технологиче ских режимов (формовочная влажность, давление прессования, температу ры сушки и температура обжига) для производства керамического кирпича высокого качества.

2. Повышение прочности при сжатии керамического кирпича на осно ве глины месторождения Владимирской области с сохранением эксплуата ционных свойств (морозостойкость и теплопроводность) на уровне, удов летворяющем требованиям ГОСТ 530-2007.

3. Исследование влияния добавок и технологических режимов произ водства на физико-механические (плотность, прочность при сжатии, от крытая пористость, водопоглощение) и эксплуатационные свойства кера мического кирпича.

4. Проведение активного эксперимента для анализа влияния добавок шихты на свойства керамического кирпича и расчет уравнений регрессии, характеризующих взаимосвязь состава шихты со свойствами керамическо го кирпича. Определение точного количества вводимых в шихту добавок.

Научная новизна работы:

- Теоретически обоснована и подтверждена опытным путем возмож ность совместного использования в малых объмах боя тарного зеленого стекла и олеата натрия для производства керамического кирпича с повы шенными физико-механическими свойствами.

- Установлены закономерности влияния боя тарного зеленого стекла и олеата натрия на физико-механические и эксплуатационные свойства ке рамического кирпича.

- Определен механизм структурообразования модифицированного керамического кирпича в ходе технологического процесса производства.

- Оптимизированы составы шихты для получения изделия с задан ными свойствами на основе разработанной с применением активного экс перимента модели «состав шихты – свойства материала».

Практическая ценность. Разработан состав шихты и выбраны техно логические режимы для производства полнотелого керамического кирпича на основе низкосортных глин по методу полусухого прессования, позво ляющие получать изделия с классом прочности М 250 при численных зна чениях эксплуатационных свойств, отвечающих требованиям ГОСТ 530 2007, обеспечивающие высокую степень уплотнения и однородную струк туру материала на протяжении всего технологического цикла, а также снижающие возможность трещинообразования. Это позволяет в полной мере использовать имеющуюся во Владимирском регионе сырьевую базу для производства керамического кирпича и другой строительной керами ки, увеличить срок службы зданий и сооружений. Модифицированный ке рамический кирпич на основе низкосортной глины в соответствии с разра ботанной технологией обладает высокой конкурентоспособностью, а, сле довательно, его внедрение в производство технически и экономически обосновано. Результаты проведенных исследований внедрены в учебный процесс, используются для выполнения госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ направления НИОКР № 298/2008 «Разра ботка и совершенствование существующих материалов и технологий в производстве силикатных материалов». В рамках договора о научно техническом сотрудничестве они приняты ООО НПО "ТИС" (г. Владимир) для продвижения на производство и рынок строительных материалов.



На защиту выносятся результаты экспериментальных исследований по разработке технологии получения керамического кирпича на основе низкосортной глины и оценки процессов структурообразования исследуе мого материала, а также результаты математического моделирования со вместного влияния компонентов в системе "вода - стеклобой - ПАВ" на свойства кирпича и оптимизация состава шихты для его производства.

Апробация результатов работы. Материалы диссертации доклады вались и обсуждались на научно-технических конференциях: 16 Научно техническая конференция "Информационная среда ВУЗА" (Иваново, 2009);





Региональная научно-методическая конференция "Патентно лицензионная деятельность в государственном научно-образовательном секторе и организациях, образующих национальную нанотехнологическую сеть Владимирской области" (Владимир, 2009);

Международная научно техническая конференция "Строительная наука 2010" (Владимир, 2010).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 9 научных работ, в т. ч. 4 работы в журналах, входящих в номенклатуру ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложе на в 5 главах на 169 страницах, состоит из введения, обзора литературы, методической части, двух глав экспериментальной части, экономической части, основных выводов, библиографического списка, включающего источника, и приложений. Диссертация содержит 36 таблиц, 62 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и цель работы, дана краткая характеристика е научной новизны и практической значимости.

В первой главе рассмотрены современное состояние и перспективы развития производства керамического кирпича. Приведен обзор влияния состава и структуры на свойства готовых изделий. Установлена необходи мость в разработке составов, содержащих модификаторы, способствующие повышению качества кирпича на различных стадиях технологического процесса за счет влияния на формирование структуры материала.

Во второй главе приведена характеристика материалов и веществ, которые применялись при проведении экспериментов. Шихта на основе глины Суворотского месторождения Владимирской области (ГОСТ 3226 77) подвергалась модификации анионными поверхностно-активными ве ществами (ПАВ): лигносульфонатом натрия (ТУ 2455-028-00279580-2004), техническим стеаратом натрия (ТУ 6-09-17-211-88) и олеатом натрия (ТУ 6-09-1224-83), а также боем промышленных видов стекол (ГОСТ Р 52233 2004): тарного зеленого (марка ЗС) и коричневого (марка КС). Вода для придания массе формовочной влажности соответствовала ГОСТ 23732-79.

Также приведены сведения о технологии получения образцов и ме тодики измерения их характеристик в соответствии с стандартными мето дами для стеновых материалов согласно требованиям ГОСТ 4499 - 59, ГОСТ 7025–91, ГОСТ 8462 – 85, ГОСТ 12170 – 66 и ГОСТ 2409 – 80.

Оценка структуры материала проводилась на основании данных ка чественного и количественного рентгенофазового анализа при помощи дифрактометра ДРОН-3М, фотографий, полученных при помощи растро вого электронного микроскопа Quanta 200 3D, а также при контактном сканировании поверхности материала методом атомно-силовой микроско пии на зондовой нанолаборатории Ntegra Aura.

В третьей главе представлены результаты экспериментов по иссле дованию свойств исходного керамического материала и подбору добавок, позволяющих повысить его прочность и трещиностойкость. Образцы фор мовались при давлении прессования 15 МПа, сушка проводилась при температуре 60 0С в течение 4 часов, а температура обжига составляла 1000 0С при скорости нагрева 5 0С/мин и выдержке в течении 30 мин.

, кг/м3 сж, МПа По,W, % 1750 1650 16 1550 1450 5 8 11 14 17 5 8 11 14 17 Формовочная влажность, масс. % Формовочная влажность, масс. % а) б) Рис. 1. Зависимость свойств строительной керамики от формовочной влажности а) сырца: а) 1 - плотность (, кг/м3), 2 - прочность при сжатии (сж, МПа);

б) 1 - открытая пористость (По, %), 2 - водопоглощение (W, %) Как следует из экспериментальных данных (рис. 1) наибольшими прочностными характеристиками обладает керамический кирпич с формо вочной влажностью от 7 до 9 масс. %. При высоком содержании влаги ( %) глина обладала средней чувствительностью к сушке (коэффициент чув ствительности kч = 1,1± 0,02) и высокой общей объемной усадкой (Vобщ = 22,8± 0,05 %). При снижении содержания влаги до 8 % глина приобретала малую чувствительность к сушке (kч = 0,5± 0,02) и небольшую общую объ емную усадку (Vобщ = 8,2± 0,05 %).

Керамический кирпич, полученный на основе исходного состава шихты, обладает неоднородной структурой (рис. 2, а), характеризующейся зональным обособлением при спекании. Плотные и прочные агломераты частиц слабо связаны между собой, что обуславливает невысокую механи ческую прочность в целом: происходит "разрыхление".

Интенсивность, услов. ед.

2 155 2 1 3 4 2 65 16 2, ° 20 40 60 80 100 30мкм а) б) Рис. 2. Структура обожженного керамического кирпича, полученного на основе масс.ч. глины и 8 масс.ч. воды: а) фотография поверхности, полученная при увеличении в 2000 раз;

б) рентгенограмма минерального состава.

1) SiO2 - кварц (84,8 ± 0,5 %);

2) CaOAl2O32SiO2 - анортит (2,7 ± 0,1 %);

3) Al2O3SiO2 - силлиманит (1,0 ± 0,2 %);

4) MgOAl2O3 - шпинель (3,1 ± 0,2 %);

5) CaOMgO2SiO2 - диопсид (3,3 ± 0,3 %);

6) Fe2O3 - гематит (5,2 ± 0,3 %) Следовательно, материал состоит из смеси кварца и алюмосилика тов, образующих при обжиге правильную кристаллическую решетку в ос новном из кремнекислородных и алюминекислородных тетраэдров по ме ханизму твердофазного спекания в соответствии со схемой, предложенной Стреловым К.К. и Кащеевым И.Д. Это подразумевает медленное охлажде ние изделий после обжига, так как температурные перепады между слоями материала и модификационные превращения кварца будут создавать внут ренние напряжения, которые приводят к растрескиванию изделий.

Для уменьшения усадки изделий и повышения гомогенизации шихты при смешивании в состав шихты были введены ПАВ, среди которых наи больший эффект был достигнут при помощи олеата натрия.

Как следует из экспериментальных данных, олеат натрия в количест ве от 0,2 до 0,5 масс.ч. повышает прочностные (рис. 3) и сушильные (kч = 0,35± 0,02 и Vобщ = 5,75± 0,05 %) свойства керамики.

, кг/м3 сж, МПа По,W, % 1850 19 2 1750 16 1650 1550 10 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 олеат натрия, масс. % олеат натрия, масс. % а) б) Рис. 3. Зависимость свойств строительной керамики от содержания олеата на а) трия: а) 1 - плотность (, кг/м3), 2 - прочность при сжатии (сж, МПа);

б) 1 - открытая пористость (По, %), 2 - водопоглощение (W, %) ПАВ понижает поверхностное натяжение влаги и уменьшает усадку, которая продолжается, пока трение между частицами не превысит силы поверхностного натяжения влаги. Также повышается проникающая спо собность влаги, что способствует удалению поровой воды. Кроме того, олеат натрия улучшает смачивание поверхности частиц шихты. Благодаря этому ПАВ и вода обволакивают частицы материала, уменьшая силы тре ния между его частицами. Это позволяет достичь высокой степени одно родности при перемешивании и увлажнении, а также высокой степени уп лотнения при прессовании изделий.

Интенсивность, услов. ед.

2 1 44 2 1 2 541 5 2, ° 5 20 40 60 80 100 30мкм а) б) Рис. 4. Структура обожженного керамического кирпича, полученного на основе масс.ч. глины, 8 масс.ч. воды и 0,5 масс.ч. олеата натрия: а) фотография поверхности, по лученная при увеличении в 2000 раз;

б) рентгенограмма минерального состава.

1) SiO2 - кварц (76,4 ± 0,4 %);

2) CaOAl2O32SiO2 - анортит (4,5 ± 0,1 %);

3) MgOAl2O3 - шпинель (4,8 ± 0,2 %);

4) CaOMgO2SiO2 - диопсид (4,6 ± 0,3 %);

5) Fe2O3 - гематит (9,7 ± 0,3 %) Образование стекловидной фазы и распределение твердых и аморф ной фаз в объеме материала в присутствии олеата натрия подтверждается данными, представленными на рис. 4. При температурах свыше 200 0С происходит выгорание органической составляющей ПАВ с выделением катионов Na+, то есть раньше, чем образование прочих катионов. Соответ ственно Na+ занимает большое количество вакансий в структуре, уменьшая долю Ca2+, Mg2+, Fe3+ в твердой фазе. Эти катионы переходят в аморфную фазу по механизму хемосорбции. Содержание олеата натрия свыше 0, масс.ч. приводит к обособлению аморфной фазы в отдельные области и потере е сплошности - увеличивается пористость и снижается прочность.

Это также приводит к трещинообразованию в объеме материала, которое объясняется внутренним кристаллизационным давлением.

Для достижения высокой плотности в состав керамического кирпича была введена стеклофаза за счет боя промышленных видов стекол, среди которых наибольший эффект был достигнут при помощи тарного зеленого стекла (см. рис. 5) в количестве от 10 до 13 масс. %. Стеклобой также улучшает сушильные свойства керамики (kч = 0,44± 0,02 и Vобщ = 7,0± 0,05 %).

, кг/м3 сж, МПа По,W, % 1850 24 1800 22 1750 20 1700 18 10 1650 16 8 10 12 14 16 0 8 10 12 14 16 стеклобой, масс. % стеклобой, масс. % а) б) Рис. 5. Зависимость свойств строительной керамики от содержания стеклобоя:

а) а) 1 - плотность (, кг/м3), 2 - прочность при сжатии (сж, МПа);

б) 1 - открытая пористость (W, %), 2 - водопоглощение (Wn, %) Повышение прочностных характеристик происходит за счет обра зующегося при обжиге расплава, который заполняет крупные поры и вы ступает в роли связующего между частицами керамики. В реакцию твер дофазного синтеза вступают только частицы стеклофазы, контактирующие с поверхностью зерен керамики, а остальной массив обладает меньшими прочностными характеристиками, что объясняет понижение прочности при содержании стеклобоя свыше 13 масс. %.

Структура керамического кирпича, модифицированного стеклобоем (рис. 6) свидетельствует о растекании аморфной фазы по поверхности час тиц керамики, а изменение количества кристаллических фаз объясняется переходом части структуры в аморфную составляющую.

Интенсивность, услов. ед.

2 155 1 3 51 6 4 2 6 2, ° 30мкм 20 40 60 80 100 а) б) Рис. 6. Структура обожженного керамического кирпича, полученного на основе масс.ч. глины, 8 масс.ч. воды и 10 масс.ч. стеклобоя: а) фотография поверхности, полу ченная при увеличении в 2000 раз;

б) рентгенограмма минерального состава.

1) SiO2 - кварц (81,1 ± 0,5 %);

2) CaOAl2O32SiO2 - анортит (3,4 ± 0,1 %);

3) Al2O3SiO2 - силлиманит (1,2 ± 0,2 %);

4) MgOAl2O3 - шпинель (4,9 ± 0,2 %);

5) CaOMgO2SiO2 - диопсид (1,9 ± 0,3 %);

6) Fe2O3 - гематит (7,5 ± 0,3 %) Следовательно, применение выбранных добавок способствует про теканию обжига по механизму жидкофазного спекания по схеме, предло женной К.К. Стреловым и И.Д. Кащеевым. Распространению жидкой фазы по поверхности твердой фазы по механизму растекания существенно спо собствует высокая шероховатость частиц керамики, исследованная мето дом атомно-силовой микроскопии (рис. 7).

а) б) Рис. 7. Рельеф поверхности обожженного керамического кирпича:

а) трехмерный снимок;

б) профиль высот При совместном введении олеата натрия (0,5 масс.ч.) и стеклобоя ( масс.ч.) были получены следующие значения свойств: плотность 1690± кг/м3;

прочность при сжатии 24,2± 0,4 МПа;

открытая пористость 8,5± 0,02 %;

водопоглощение 9,7 %. Также были исследованы сушильные свойства об разцов керамики (kч = 0,33± 0,02 и Vобщ = 5,85± 0,05 %) и ее структура (рис. 8).

Интенсивность, услов. ед.

261 5 2 1 3 5 4 2 65 16 30мкм 2, ° 20 30 40 50 70 80 90 100 110 а) б) Рис. 8. Структура обожженного керамического кирпича, полученного на основе масс.ч. глины, 8 масс.ч. воды, 0,5 масс.ч. олеата натрия и 10 масс.ч. стеклобоя:

а) фотография поверхности, полученная при увеличении в 2000 раз;

б) рентгенограмма минерального состава.

1) SiO2 - кварц (78,7 ± 0,5 %);

2) CaOAl2O32SiO2 - анортит (5,1 ± 0,1 %);

3) Al2O3SiO2 - силлиманит (1,2 ± 0,2 %);

4) MgOAl2O3 - шпинель (4,3 ± 0,2 %);

5) CaOMgO2SiO2 - диопсид (4,2 ± 0,3 %);

6) Fe2O3 - гематит (6,5 ± 0,3 %) При введении добавок возрастает доля хемосорбированных катионов Na, Ca2+, Mg2+, образующими связи с кремнекислородными тетраэдрами.

+ То есть структура модифицированной керамики будет представлять собой чередование областей кристаллического и аморфного характера.

Для повышения качества керамического кирпича было исследовано влияние температуры обжига на свойства керамического материала (рис. и 10). Предварительно были подобраны удельное давление прессования (15 МПа) и температура сушки (90 0С).

, кг/м3 сж, МПа По,W, % 1800 20 1700 16 1600 2 1500 1400 11 950 1000 1050 1100 1150 950 1000 1050 1100 температура обжига, 0С температура обжига, 0С а) б) Рис. 9. Зависимость свойств строительной керамики на основе 100 масс.ч. глины а) и 8 масс.ч. воды от температуры обжига:

а) 1 - плотность (, кг/м3), 2 - прочность при сжатии (сж, МПа);

б) 1 - открытая пористость (По, %), 2 - водопоглощение (W, %), кг/м3 сж, МПа По,W, % 2000 28 1900 25 1800 22 1700 19 8 1600 16 950 1000 1050 1100 1150 950 1000 1050 1100 температура обжига, 0С температура обжига, 0С в) г) Рис. 10. Зависимость свойств строительной керамики на основе 100 масс.ч. гли а) ны, 8 масс.ч. воды, 0,5 масс.ч. олеата натрия и 10 масс.ч. стеклобоя от температуры об жига: а) 1 - плотность (, кг/м3), 2 - прочность при сжатии (сж, МПа);

б) 1 - открытая пористость (W, %), 2 - водопоглощение (Wn, %) Обжиг при более высоких температурах приводит к растрескиванию и деформации образцов, вследствие создания высокого внутреннего дав ления. Исследования в изменении структуры керамики при различной температуре обжига (рис. 11) показывают, что наибольшей однородностью обладает кирпич, обожженный при температуре 1050 0С. Эта температура также соответствует протеканию жидкофазного спекания.

а) б) в) г) д) е) 30мкм Рис. 11. Структура керамического кирпича, полученного при различной температуре об жига:

100 масс.ч. глины и 8 масс.ч. воды: а) 950 0С;

б) 1000 0С;

в) 1050 0С 100 масс.ч. глины, 8 масс.ч. воды, 0,5 масс.ч. олеата натрия и 10 масс.ч. стеклобоя:

г) 950 0С;

д) 1000 0С;

е) 1050 0С Влияние добавок на свойства полнотелого керамического кирпича, полученного по разработанной технологии представлено в табл. 1 и 2.

Таблица Физико-механические свойства керамики на основе исследуемых составов Прочность при Плотность, Водопогло- Откр. порис Состав кг/м сжатии, МПа щение, % тость, % 18,8± 0,4 1777± 22 12,7± 0,1 11,7± 0, Исходный состав Состав, модифицированный 19,7± 0,4 1746± 22 12,4± 0,1 10,6± 0, ПАВ Состав, модифицированный 23,3± 0,4 1802± 22 8,2± 0,1 9,0± 0, стеклобоем Состав, модифицированный 27,4± 0,4 1922± 22 9,2± 0,1 7,9± 0, ПАВ и стеклобоем Таблица Сушильные и эксплуатационные свойства керамики на основе исследуемых составов Число Коэффициент Морозо Общая объ- Теплопро пла- чувствитель- стойкость, Состав емная усад- водность, стично- ности к суш- кол-во цик о ка, % Вт/(м С) сти ке лов 6,5± 0,1 0,26± 0,02 8,50± 0,05 0,820± 0,05 35± Исходный состав Состав, модифи 9,1± 0,1 0,19± 0,02 7,05± 0,05 0,805± 0,05 32± цированный ПАВ Состав, модифи 4,7± 0,1 0,18± 0,02 4,65± 0,05 0,835± 0,05 36± цированный стек лобоем Состав, модифи 6,9± 0,1 0,18± 0,02 6,60± 0,05 0,900± 0,05 36± цированный ПАВ и стеклобоем В четвертой главе представлены результаты математического мо делирования системы "состав шихты - свойства кирпича". В качестве фак торов, оказывающих влияние на свойства кирпича, были выбраны: формо вочная влажность (x1), содержание олеата натрия (x2) и стеклобоя (x3). Па раметрами, на которые оказывалось влияние со стороны факторов, явля лись плотность (, кг/м3), прочность при сжатии (сж, МПа), открытая по ристость (По, %) и водопоглощение (W,%). По полученным значениям ко эффициентов уравнений регрессии, представленных формулами 1 - 4, были рассчитаны массивы значений характеристик материалов.

= 1922 +10,5x1 + 15,875x2 – 13,375x3 – 54,75x11 – 27,5x22 – 41x33 –12,25x12 + 18,75x13 – 16,5x23 (1) сж = 27,4 + 0,413x1 + 0,55x2 – 0,463x3 – 1,6x11 – 0,675x22 – 1,15x33 –0,38x12 – 0,6x13 – 0,57x23 (2) По = 7,9 – 0,175x1 – 0,15x2 + 0,175x3 + 0,54x11 + 0,34x33 + 0,25x13 + 0,2x23 (3) W = 9,2 – 0,213x1 – 0,15x2 + 0,188x3 + 0,635x11 + 0,26x22 + 0,435x33 + 0,175x12 + 0,25x13 + 0,225x23 (4) По этим данным были построены поверхности отклика (рис.12):

, г/см3 сж, МПа 1930 27, 0, 26, 0, 0, 0, олеат 0, 1870 25, олеат 0, натрия, 25 0, натрия, 1850 0,4 7 7,9 8,8 9,7 10,6 11,5 12, стеклобой, масс.ч. масс.ч.

7 7,9 8,8 9,7 10,6 11,5 12, стеклобой, масс.ч. масс.ч.

а) б) W, % По, % 8,5 10, 8, 0,6 0, 9, 0,55 0, 9, 0,5 0, 7, олеат олеат 9, 0,45 0, натрия, натрия, 7,5 0,4 9 0, 7 7,9 8,8 9,7 10,6 11,5 12,4 7 7,9 8,8 9,7 10,6 11,5 12, стеклобой, масс.ч. стеклобой, масс.ч.

масс.ч. масс.ч.

в) г) Рис. 12. Зависимость свойств керамического кирпича от соотношения стеклобоя и олеата натрия при содержании воды в шихте 8 масс.ч.:

а) плотность (, кг/м3);

б) прочность при сжатии (сж, МПа);

в) открытая пористость (По, %);

г) водопоглощение (W, %) Оптимальный состав (100 масс.ч. глины, 8,4 масс.ч. воды, 0, масс.ч. олеата натрия, 11,2 масс.ч. стеклобоя) обеспечивает следующие значения свойств: плотность 1924±22 кг/м3;

прочность при сжатии 27,6± 0, МПа;

открытая пористость 7,8± 0,1 %;

водопоглощение 9,2± 0,1 %.

В пятой главе приведено описание технологического процесса про изводства и определены области применения модифицированного керами ческого кирпича, рассчитана себестоимость его производства и оценена конкурентоспособность на рынке региона (табл. 3).

Таблица Сравнительная характеристика керамических кирпичей Кирпич ОАО Модифицированный Показатель "ВЗКИ" кирпич 27,6± 0, Прочность при сжатии, МПа 12, 1924± Плотность, кг/м3 9,2± 0, Водопоглощение, % 7,8± 0, Открытая пористость, % 6, 11,3± 0, Общая пористость, % 12, 36± Морозостойкость, кол-во циклов ВЫВОДЫ 1. Разработаны состав шихты и технологические режимы для произ водства полнотелого керамического кирпича на основе низкосортных глин (Al2O3 13,5%) с прочностью при сжатии не менее 25 МПа и морозостой костью не менее 36 циклов.

2. Исследованы керамические свойства кирпича на основе глины су воротского месторождения Владимирской области, что позволило выявить недостаточную связь между агломератами частиц материала. Выбран по лусухой способ прессования при формовочной влажности 8 масс.ч.

3. Установлено, что олеат натрия в количестве от 0,2 до 0,5 масс.ч.

повышает гомогенность смеси при смешивании, уплотнение материала при прессовании, снижает воздушную усадку и чувствительность к сушке и способствует образованию аморфной фазы при проведении обжига.

4. Установлено, что бой тарного зеленого стекла в количестве от до 13 масс.ч. понижает воздушную усадку и чувствительность к сушке ма териала, способствует образованию аморфной фазы и ее распространению в объеме материала по механизму растекания при обжиге, что повышает уплотнение изделий и понижает общую пористость и водопоглощение.

5. Для повышения прочностных характеристик керамики подобраны технологические параметры: давление прессования (15 МПа), максималь ная температура сушки (90 0С) и максимальная температура обжига ( С). Установлено, что при 1050 0С достигается высокая степень уплотне ния материала за счет жидкофазного спекания.

6. При помощи методов математического моделирования был опти мизирован состав композиции (100 масс.ч. глины, 8,4 масс.ч. воды, 0, масс.ч. олеата натрия, 11,2 масс.ч. стеклобоя) для получения керамическо го кирпича с заданными свойствами, а также рассмотрен механизм взаим ного влияния компонентов шихты в системе "вода - ПАВ - стеклобой";

Содержание диссертации изложено в следующих работах Работы в реферируемых журналах, рецензируемых ВАК:

1. Христофоров А.И., Пикалов Е.С. Модификация шихты для про изводства керамики // Журнал "Строительство и реконструкция" № 4.

Орел, 2010. С. 78 - 81.

2. Христофоров А.И., Христофорова И.А., Пикалов Е.С., Кутров ская С.В. Влияние структуры керамики на прочностные характеристики керамического кирпича // Журнал "Строительство и реконструкция" № 4.

Орел, 2011. С. 62 - 67.

3.Христофоров А.И., Пикалов Е.С. Математическое моделирование композиций для производства керамики // Журнал "Приволжский науч ный журнал" № 3. Н. Новгород, 2011. С. 59 - 63.

4. Христофоров А.И., Христофорова И.А., Пикалов Е.С. Улучшение керамических свойств модифицированной стеновой керамики кирпича // Журнал "Строительство и реконструкция" № 5. Орел, 2011. С. 99 - Научные работы в других изданиях:

1. Пикалов Е.С., Христофоров А.И. Оценка влияния модификаторов на повышение свойств керамического кирпича // Журнал "Современные проблемы науки и образования" изд. РАЕ №3, 2009 г. С. 83 – 84.

2. Пикалов Е.С., Христофоров А.И., Галактионова С.А., Гуюмджян П.П. Исследование влияния модифицирующих добавок на свойства кера мики // 16 НТК "Информационная среда ВУЗА": материалы конференции.

Иваново, 2009. С. 115 – 119.

3. Пикалов Е.С., Христофоров А.И., Галактионова С.А., Гуюмджян П.П. Разработка керамики с повышенной прочностью при сжатии // НТК "Информационная среда ВУЗА": материалы конференции. Иваново, 2009. С. 100 – 103.

4. Пикалов Е.С., Галактионова С.А., Христофорова И.А., Христо форов А.И. Стеновая керамика с повышенными физико-механическими свойствами // НМК "Патентно-лицензионная деятельность в государствен ном научно-образовательном секторе и организациях, образующих нацио нальную нанотехнологическую сеть Владимирской области": тез. докл.

Владимир: ВлГУ, 14 окт. 2009 г. С. 115 – 117.

5. Пикалов Е.С., Христофоров А.И. Применение стеклобоя для мо дификации керамического кирпича // МНТК "Строительная наука 2010":

материалы конференции. Владимир: ВлГУ – 23 янв. 2010 г. С. 154 – 156.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.