CC BY
57
Геотехнология
9. Komashchenko V.I., Golik V.I, Drebenstedt K. Effect of geological exploration and mining on the environment. M.: KDU. 2010. P. 356.
11. Ismailov T.T., Komashhenko V.I., Golik V.I. Tehnogennoe voz-dejstvie na pri-rodno-tehnicheskie geosistemy //Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. M.: 2009. №4. S.276-278.
12. Belin V.A., Dugarcyrenov A.V., Cjedjenbat A. Vzryvanie neod-norodnyh massi-vov gornyh porod s vechnomerzlymi linzoobraznymi vkljuchenijami. Vzryvnoe delo: Sbornik nauchnyh trudov. Otdel'nyj vy-pusk Gornogo informacionno-analiticheskogo bjulletenja. 2007. №OV7. C. 266-272.
13. Laboratornye i prakticheskie raboty po razrusheniju gornyh porod vzryvom: Uchebnoe posobie dlja vuzov / B.N. Kutuzov [i dr.]// M.: Nedra, 1981. 255 s.
УДК 669.004.8
ЭКОЛОГИЧЕСКИ РАЦИОНАЛЬНАЯ ГЕОТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ
Р.Г. Рябов, М.В. Хмелевский
Рассмотрен механохимический способ повышения качества керамического кирпича, заключающийся в совместных действиях на обрабатываемый объект механических воздействий и химических реагентов. Введение в состав керамических масс пластифицирующих поверхностно-активных веществ и комплексных добавок улучшают реологические свойства исходного сырья, усиливают взаимодействия между частицами твердой фазы в результате активации. Механические воздействия повышают прочность готовых изделий и архитектурную выразительность.
Ключевые слова: механохимическая активация, комплексная добавка, активированная глинистая суспензия, комбинированное глинистое сырье, пиритсодержащие глины, керамзитовые глины.
Сущность механохимического способа заключается в совместных действиях на обрабатываемый объект механических воздействий и химических реагентов [1,2].
В производстве стеновой керамики таким объектом является глинистое сырье или формовочная масса, суспензия (ангоб), глазурь, полимерные краски.
При введении в состав керамических масс, пластифицирующих поверхностно-активных веществ (типа СДБ и др.) улучшаются их реологические свойства, а при механических воздействиях (измельчении, пере-
203
_Известия ТулГУ. Науки о земле. 2016. Вып.3_
мешивании) достигается более высокий эффект однородности, повышается трещиностойкость при сушке кирпича - сырца и, соответственно повышается прочность готовых изделий и архитектурная выразительность
[3].
При приготовлении литейного шликера, с целью снижения его влажности и для улучшения его литейных и реологических свойств обязательно используют электролиты.
В России в качестве электролитов применяется сравнительно ограниченный круг препаратов: сода, жидкое стекло, полифосфаты натрия. К самым известным препаратам относятся «Гумитан Б» т. е. препарат на основе гуминовых кислот. Очень часто электролиты добавляют непосредственно в шаровые мельницы, в которых приготавливают шликер, так как электролиты способствуют и более быстрому измельчению за счет диспергирования (растрескивания) более твердых частиц. Действие электролитов ПАВ положительно сказывается на продолжительности измельчения, т. е. продолжительность сокращается на 20 %.
Известно, что даже при небольшом увеличении влажности формовочных масс керамики прочность готовых изделий уменьшается, поэтому в производстве стеновой керамики в состав массы вводят ПАВ типа «СДБ», а в состав керамических шликеров, глазурей, ангобов вводят электролиты, что приводит к повышению прочности керамического кирпича, изготовляемого на низкосортных видах глинистого сырья.
Для повышения реологических свойств и соответственно формуе-мости масс было решено увеличить количество коллоидной фракции в системе за счет введения в сырье глинистой суспензии. Суспензия готовилась на основе исходного сырья и подвергалась механической активации в жидкостном смеси телероторного типа. Было установлено, что коагуляци-онные структуры активированных смесей отличаются более высокими значениями структурно - механических констант и условного модуля деформации по сравнению с такими же показателями исходного сырья, что обуславливается усилением взаимодействия между частицами твердой фазы в результате активации.
Изучение структуры глинистого сырья, активированного в жидкой среде, позволило установить, что причиной изменения ее технологических свойств является глубокое разрушение глинистых минералов. После активации частицы гидрослюды разрушаются до размеров 0,05 - 0,1 мкм. По сути дела, обработка глинистой суспензии в смесителе приводит к тому же эффекту, что и вылеживание, но происходит эго существенно быстрее.
_Геотехнология_
Таблица 1
Состав и результаты испытания прочности кирпича без
и с добавкой суспензии
№ состава Состав шихты, масс. % на сухое вещество Формовочная влажность. ОТН. '/о Прочность кирпича, МПа Водопоглощение, %
При изгибе При сжатии
1 Глина - 95.5; уголь - 3.4; опилки-0,6 24,5 1,85 9,45 18,6
2 Глина - 90,96; уголь - 3,2; опилки - 1.09; суспензия -4.75 23,5 2,32 12,35 16,4
3 Глина - 96; уголь-З,5; опилки - 0,5 22,8 1,75 8,17 17,8
4 Глина - 90.75; уголь - 3,45; опилки - 0.45; суспензия -5.35 22,2 2,45 11,32 15,6
Как показывает практика, формирование благоприятной макроструктуры изделий за счет грубодиспереных добавок целесообразно проводить не только с целью снижения чувствительности сырца к сушке, но и для улучшения спекаемости керамических изделий. Поэтому было принято решение использовать добавки комплексного действия, которые могли бы выступать и как плавни. В качестве корректирующей добавки, снижающей чувствительность сырья к сушке, использовались выветренные кварциоп-сидовые породы с содержанием диопсида до 20 %. Для повышения пластичности, которая закономерно снижается при введении отощающих добавок, использовалась активированная глинистая суспензия.
Промышленные испытания показали, что добавка в сырье кварцди-опсидовой руды в количестве 10...15 %. масс, приводит не только кулуч-шению сушильных свойств глиномассы, но и к увеличению прочности керамического кирпича на 40...50 %.
Как видно из табл. 1. прочность при сжатии керамического кирпича с применением суспензии увеличилась. Таким образом, опыт работы с суглинками, являющимися самым распространенным глинистым сырьем для керамического кирпича, показывает возможность получения качественных прочных изделий путем использования несложных технологических решений при массоподготовке и формовании.
Наряду с положительными достоинствами разработанного и внедренного в практику механохимического способа повышения качества керамического кирпича, следует указать и существенный недостаток, заключающийся в модернизации (вплоть до реконструкции) существующего производства, связанный с организацией отделения приготовления активированной суспензии.
_Известия ТулГУ. Науки о земле. 2016. Вып.3_
На ряде кирпичных заводов (г. Тулы и тульской области), достигнута достаточно высокая прочность кирпича (марка 100 - 125) при пустотно-сти 42 %. На таких заводах используется комбинированное глинистое сырье, состоящее из 80...85 % местных суглинок и 15...20 % (по объему) - из высокопрочных легкоплавких глин, содержащих повышенное количество оксидов железа. В качестве последних используются либо пиритсодержа-щие, либо керамзитовые глины. Однако, выпускаемый этими заводами кирпич не может применяться в качестве лицевого, вследствие высолооб-разований, в том числе и на лицевой поверхности (ложке и тычке).
Известно, что тщательность переработки массы является необходимым, но недостаточным условием для производства кирпича.
В глине, как правило, содержатся растворимые соли сульфатов натрия, магния, кальция, которые высоливаются на поверхность при сушке кирпича или эксплуатации кладки за счет миграции раствора соли и испарения из него влаги. Это портит его внешний вид. вследствие чего кирпич не может быть отнесен к лицевой продукции. Поэтому, сульфатные соли должны быть нейтрализованы в глине. С этой целью в шихту вводят соединения бария. Эффект нейтрализации заключается во взаимодействии соединений бария и сульфатов, в результате которого образуется нерастворимая соль сульфата бария, выпадающая в осадок [3, 4].
В качестве соединений бария можно использовать Ва(ОН)2-8Н20 и ВаСОз. При этом необходимо учитывать стоимость соединения, его дефицитность и главным образом - растворимость. Так, ВаС03 - дорогая соль и растворимость ее составляет при 20 °С - 2,2x10-3 г., а при 60°С - 17,5x10-3 г, в то время как Ва(ОН)2- 8Н20 почти в два раза дешевле и лучше растворяется в воде: при 20 °С-3,7 %, при 60 °С - 20,3 % и при 80 °С - 50,5 %.
При внедрении так называемой бариевой технологии соблюдают следующие условия:
-добиваются наибольшего растворения солей бария в воде; -соблюдают равномерную степень перемешивания раствора с глиняной шихтой. Для этого раствор дозируют в начале процесса.
Установка для приготовления раствора соединений бария включает пропеллерную мешалку СМ-243Б (объем 3 м частота вращения - 250 об./мин, диаметр винта 0,5 м, мощность электродвигателя 2,8 кВт), центробежный насос и дозировочный бак.
В пропеллерную мешалку подавался пар для нагрева воды и барбо-тирования раствора, содержащего гидрооксид бария.
Соединения бария добавляются в количестве 0.5...0,8 % от массы глины. Большие количества могут привести к высоливаншо самих соединений бария, например, Ва(ОН)2-Н20.
В данном случае добавляли 0,3 % от массы глины, причем готовили 7 % раствор гидрооксида бария и вводили его в двухвальную глиномешал-
206
_Геотехнология_
ку СМ-246, установленную после ящичного подавателя СМ-664, дозирующего шихту из шихтозаиасиика.
В результате, высолов на готовом кирпиче не было. Лицевой кирпич имеет однородную окраску, массу 150 - 200 и морозостойкость - до 35 циклов.
Известно, например, что частицы ВаСО3 размером 2...3 мкм не дают требуемого эффекта, в то время как частицы размером менее 1 мкм хорошо растворяют растворимые сульфаты. Полому при мокром помоле Ва-СО3 эффективность выше, чем при барботировании горячим помолом.
Более экономично добавлять барботированные отходы литопонного производства (4...8 % от массы глины) вместо дефицитных и дорогих соединений бария.
Для некоторых глин высолы могут быть устранены путем увлажнения шихты растворами пирофосфатов натрия (0,5...2 % массы сухой глины). При производстве двухслойного лицевого кирпича эти соли одновременно играют роль хорошего разжижителя глиняной суспензии. Однако эти соли дефицитны и дороги.
Значительно уменьшать или устранять высолы можно также путем ввода в шихту флюсующих добавок или активированного кремнезема в тонкомолотом виде при создании окислительно-восстановительной среды обжига кирпича и нанесении пленки битума на поверхность кирпича.
Тонкомолотый кремнезем, особенно аморфный, типа диатомита, трепела, связывает растворимые в воде сульфаты и переводит их в нерастворимые соединения-силикаты, например:
Ка28О4+8Ю2=Ка28Ю3+8ОэТ (1)
или
Са28О4+8Ю2=Са28Юэ+8ОэТ , (2)
Мя28О4+8Ю2=Мя28Ю3+8ОэТ . (3)
Указанный процесс способствует уменьшению степени высолооб-разований.
Критерием выбора веществ для защитных поверхностных слоев, устраняющих высолы за счет блокирования сквозных пор, служит ихспо-собность кристаллизоваться при сушке с увеличением объема за счетобра-зования кристаллогидратов и расплавляться при обжиге.
В качестве компонентов для таких защитных слоев применялись насыщенные растворы кальцинированной соды, которые кристаллизуясь при сушке, забивают сквозные поры лицевых поверхностей, перекрывая пути выхода водяных паров и капилярно-подвижной воды с растворенными в ней солями из объема изделий на лицевые поверхности и вынуждая их диффундировать на постель.
Кроме того, расплавляясь при обжиге, составляющие этих покрытий реагируют с сернистыми соединениями, осевшими на поверхности по-
207
_Известия ТулГУ. Науки о земле. 2016. Вып.3_
луфабриката из дымовых газов, которые усваиваются стеклофазой и тем самым нейтрализуют их негативное влияние на состояние поверхности обжигаемого материала.
В составе керамической массы для лицевого кирпича использовалась комбинация двух разновидностей легкоплавких красножгущихся глин.
Первая разновидность является основной глинистой составляющей керамической массы и представляет собой суглинок монтмориллонитового состава, умеренно-пластичный, высокочувствительный к сушке.
Вторая разновидность - тугоплавкая глина, преимущественно као-линитовой природы - в составе кирпичной массы использовалась как добавка (до 20 %) для регулирования сушильных свойств изделия - сырца.
Используемые глинистые разновидности отличаются различным количественным составом растворимых солей (табл. 2).
Таблица 2
Глинистые разновидности и содержание в них различных плавней
Проба Разновидность сырья Содержание оксидов, масс, %
СаО ЫдО (СаО+ЫдО)
1 Суглинок 0,56 0,4 0,96
2 Глина 0,28 0,2 0,48
Сушка и обжиг керамического кирпича на основе данных глин в заводских условиях сопровождаются появлением на поверхностях белесых налетов, ухудшающих его декоративные качества.
Для устранения высолов подготовленные растворы необходимых компонентов (табл. 3) наносились на лицевые поверхности (тычковые и ложковые) керамического бруса поливом или распылением после выхода бруса из вакуум-пресса.
Таблица 3
Компоненты растворов _
Компонент Формула Плотность раствора, кг/м3, или концентрация насыщенного раствора, % Назначение и температура кристаллизации/плавления, ° С
Полиакриламид (СН2СН-СО-ЫН2)п Плотность раствора 1,02-1,06-103 кг/м3 Флокулянт
Кальцинированная сода №2СО3 20 %-ный раствор 30-60/857
Борная кислота Н2ВО3 5%-ный раствор 80/600
Смесь борной кислоты и кальциинирован-ной соды Н2ВО3+№2 СО3 5 %-ный раствор Н2ВО3 (2 части) + 20%-ный раствор №2СО3 (1 часть) 60-80/823
Бура №2В2Ог 10Н20 2,5 %-ный раствор 60-80/747
_Геотехнология_
Обжиг высушенного до влажности 4...6 % полуфабриката производился при температуре 1000...1020 °С в течение 36 ч с выдержкой при конечной температуре не менее 2 ч.
Лицевые поверхности обожженных изделий отличались ровностью окраски и насыщенностью цвета.
Отсутствие высолов на лицевых поверхностях обусловлено экранирующим действием нанесенных в момент формования сырца защитных покрытий, которые меняют направление влагопереноса в процессе сушки сырца в сушилах и подготовки полуфабриката в зоне подогрева и туннельной печи.
Таким образом, известные мероприятия по предотвращению появления высолов на поверхности строительной керамики облицовочного назначения позволяют расширить сырьевую базу путем вовлечения в производство легкоплавкого глинистого сырья с повышенным содержанием водорастворимых солей и увеличить выпуск высококачественной лицевой керамики за счет применения механохимической обработки формовочной массы.
Список литературы
1. Августинник А. И. Керамика. Л.: Стройиздат, 1975. 592 с.
2. Альперович И. А. Новое в технологии лицевого керамического кирпича объемного окрашевания // Строительные материалы. 1993. №7.
3. Канаев, В.К. Новая технология строительной керамики. М.: Стройиздат, 1990. 264 с.
4. Качурин Н.М., Рябов Г.Г., Рябов Р.Г. Горбачева М.И. Керамическая масса для облицовочных изделий. Патент РФ № 2099307. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 20.12.97.
Рябов Роман Геннадьевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет,
Хмелевский Максим Викторович, асп., maks-xmelabk.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ENVIRONMENTALLY RATIONAL GEOTECHNOLOGY OF IMPROVING BUILDING CERAMICS QUALITY
R. G. Ryabov, M. V. Hmelevskyi
Mechano-chemical method improving building ceramics quality consisting of joint mechanical and chemical reagent interacting upon processed object was considered. Introducing into ceramic material of plasticizing and surface active agents improve rheological properties of aw material, intensify interaction between fractions of solid phase as result of activation. Mechanical interacting improves strength of finished products and architectural expressiveness.
_Известия ТулГУ. Науки о земле. 2016. Вып.3_
Key words: mechano-chemical activation, complex agent, activated clay suspension, clay raw material, pyrite-containing clay, haydite clay.
Ryabov Roman Gennadievich, Candidate of Science, Docent, ryabov-tsu@mail. ru, Russia, Tula, Tula State Pedagogical University,
Hmelevskyi Maxim Victorovich, postgraduate, maks-xmel@,bk. ru, Russia, Tula, Tula State University
Reference
1. Avgustinnik A. I. Keramika. L.: «Strojizdat». 1975. 592 s.
2. Al'perovich I.A. Novoe v tehnologii licevogo keramicheskogo kirpicha ob#emnogo okrashevanija // Stroitel'nye materialy. 1993. №7.
3. Kanaev, V.K. Novaja tehnologija stroitel'noj keramiki. M.: Strojizdat. 1990. 264
s.
4. Kachurin N.M., Rjabov G.G., Rjabov R.G. Gorbacheva M.I. Keramiches-kaja massa dlja oblicovochnyh izdelij. Patent RF № 2099307// Zaregistrirovan v Gosudarstvennom reestre izobretenij 20.12.97.
УДК 666.971.16
ЭКОЛОГИЧЕСКИ РАЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ БЕТОНОВ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ ИЗ ОТХОДОВ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Р.Г. Рябов, М.В. Хмелевский, Ю.А. Воронкова
Рассмотрен способ повышения коррозионной стойкости бетонов первичным методом защиты, а именно применением комплексной модифицирующей добавки на основе пуццолановых добавок (микрокремнезём и метакаолин), содержащих аморфный кремнезём, и суперпластификатора. Проведен эксперимент и обоснована эффективность применения данных добавок в коррозионностойком мелкозернистом бетоне.
Ключевые слова: мелкозернистый бетон, коррозия, пуццолановая добавка, микрокремнезём, метакаолин, суперпластификатор.
В современном строительстве при возведении бетонных и железобетонных конструкций применяются бетоны всё более высоких классов по прочности, повышаются требования к коррозионной стойкости бетона в агрессивных средах и его способности длительно защищать стальную арматуру от коррозии. Развитии технологии бетона, в том числе применение новых вяжущих и модификаторов, позволяет получать бетоны с новыми
210
