CC BY
21
УДК 666.3/7
А.Г. Хузагарипов - ассистент
М.Г. Габидуллин - кандидат технических наук, доцент Кафедра строительных материалов
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЁМОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПЕНОКЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
В последние годы на кафедре строительных материалов Казанского государственного архитектурно-строительного университета проводятся исследования по разработке эффективных строительных керамических материалов и механизмов регулирования их структуры путём изменения состава и технологии. Одним из перспективных направлений этих исследований является отработка технологии производства пенокерамики на основе местного сырья и отходов производств.
Цель работы - апробация новых технологических приёмов и составов, позволяющих регулировать структуру и свойства пеносырца и пенокерамики.
Для осуществления цели исследований была разработана технология получения пенокерамики, включающая следующие этапы: приготовление сырьевой шихты; получение шликера; раздельное приготовление пены; вспенивание шликера; формование, сушка и обжиг изделия.
Шихту готовили совместным перемешиванием в смесителе ингредиентов, соотношения которых приведены в таблице 1.
В процессе получения пенокерамического изделия по традиционному способу производства с целью регулирования структуры и улучшения свойств сырца пенокерамики (повышения прочности, снижения плотности, усадки и теплопроводности) были применены новые технологические приёмы,
изложенные ниже.
На первом этапе для улучшения физикомеханических свойств черепка готовили шихту из глины, боя керамического кирпича производства Арского кирпичного завода и стекла, которое дополнительно активизировали путём совместного измельчения в шаровой мельнице до размеров частиц 70-100 мкм. Установлено, что измельчение указанных ингредиентов шихты до указанных размеров способствует активизации физико-химических процессов, происходящих при последующем обжиге пенокерамических изделий. Из таблицы 2 видно, что при тонкости помола 70-100 мкм обеспечивается наибольшая подвижность керамического шликера, что позволяет при равной подвижности шликера снизить В/Т отношение. Это способствует укреплению межпоровых перегородок, повышению прочности черепка и снижению водопоглощения изделия.
Для снижения усадки, повышения
трещиностойкости сырца при сушке, снижения средней плотности и теплопроводности
пенокерамического изделия в качестве выгорающей добавки использовали древесные опилки. Введение древесных опилок обоснованно их армирующим эффектом, т.к. частицы древесных опилок, дисперсно распределяясь в пеношликере, структурно укрепляют его, снижая усадку и трещинообразование. В процессе обжига опилки выгорают и образуют дополнительную
Таблица 1
№ состава Состав смеси, масс %
Глина Е « а 0 Молотое стекло І е Её се в е £ Отход травления алюминия Пенообразова- тель Портландцемент 0 8 й § 1 ^ * о т 1 и Вода
1 50,25 17,34 0 0 0 0,30 2,00 0 0 30,11
2 41,90 3,72 6,40 1,90 4,80 0,40 4,50 1,28 0,1 31,00
3 38,80 3,72 7,70 3,20 5,70 0,30 4,50 1,29 0,20 30,10
4 40,10 8,10 6,40 3,20 3,80 0,30 4,80 1,27 0,13 30,90
5 36,30 9,10 8,70 4,40 3,30 0,40 4,25 1,25 0,1 32,60
6 38,80 8,71 8,70 3,20 5,70 0,30 4,50 1,29 0,20 30,10
Таблица 2
№ п/п Т онкость помола, мкм Подвижность шликера, мм
1 менее 50 77
2 50-70 115
3 70-100 134
4 100-120 98
макропористость, которая снижает плотность и теплопроводность пенокерамики. Установлено, что наибольший эффект достигается при введении древесных опилок фракции 0,250-0,315 мм, т.к. при меньшем размере фракции резко повышается водопотребность, а при большем происходит разрушение мелкопористой структуры пеношликера, образованной введением пены.
На втором этапе приготовления пенокерамики готовят шликер. Для этого отдельно готовят смесь воды, портландцемента и жидкого стекла. Последнее вводят для закрепления структуры шликера во время сушки, снижения усадки и плотности пеносырца. В дальнейшем в шликер добавляют предварительно приготовленную шихту из боя кирпича, стекла и глины, перемешивают в течение 1-2 минут до получения однородного шликера. Совместное использование портландцемента с жидким стеклом способствует ускорению процесса структурообразования пеносырца, снижая его усадку (табл. 3).
С целью повышения подвижности шликера, а также снижения влагосодержания и времени, необходимого для влагоотдачи пеношликерной массы во время сушки изделий, в воду добавляли суперпластификатор С-3. Результаты исследований влияния различных пластификаторов на подвижность керамического шликера, представленные в таблице 4, подтвердили, что суперпластификатор С-3 способствует наибольшему повышению подвижности керамического шликера при равном количестве воды затворения для всех составов, что ускоряет процесс влагоотдачи при сушке пеносырца и снижает
трещинообразование.
На третьем этапе в приготовленный шликер добавляют пену и производят вспенивание до получения однородного пеношликера. Применение пены при изготовлении пенокерамических изделий обеспечивает получение ячеистой структуры с замкнутыми порами, что улучшает теплозащитные свойства и снижает теплопроводность. В таблице 5 представлены результаты исследования влияния вида пенообразователя на плотность и теплопроводность пенокерамики. Видно, что при использовании пенообразователей ПБ-2000 и «Пеностром» наблюдается наименьшая усадка, средняя плотность и теплопроводность, это связано с образованием более однородной пористости и замкнутого характера пор по сравнению с образцами, приготовленными с использованием других пенообразователей.
Полученный пеношликер заливается в металлические разборные формы размером 50х50х50 мм, выложенные изнутри бумагой, которая необходима для защиты сырца после распалубки от механических повреждений при дальнейшей транспортировке в печь. После формовки с целью завершения первоначального процесса структурообразования сырца производилось статическое выдерживание образцов в формах в течение первых 6 часов. При меньшем времени выдержки возрастала усадка и трещинообразование, большее время выдержки технологически и экономически не целесообразно. Затем образцы отправляют на сушку, которую осуществляют в течение 24 часов, до остаточной влажности изделия 5-7% при 40-60°С. При большей температуре разрушается пена и повышается трещинообразование. Свойства пеносырца одного состава при различных температурах сушки представлены в таблице 6.
Сушка пеносырца при температуре менее 40 оС приводит к замедлению процессов влагоотдачи и закрепления структуры пеносырца, что повышает усадку и трещинообразование. С другой стороны, если проводить сушку пеносырца при температуре свыше
Таблица 3
№ Добавка Свойства пеносырца
п/п Плотность, кг/м3 Усадка, % Трещины, шт. (более 10 мм)
1 Портландцемент 590 11 4
2 Жидкое стекло 595 14,5 6
3 Портландцемент + жидкое стекло 590 9 2
4 Контр. состав (без добавок) 600 21,5 12
Таблица 4
№ сост. Состав шликера, % (свыше 100%) от глины В/Т Расплыв, мм
Глина С-3 Сода ПЩ Без добавок
1 100 0,3 0,6 161
2 0,3 0,6 134
3 0,3 0,6 128
4 - 0,6 107
60 оС, также происходит повышение трещинообразования и усадки, вызванное тем, что при повышенных температурах пена разрушается и не успевает закрепить структуру пеносырца. Следовательно, оптимальной температурой сушки является 40-60°С, при которой, как видно из таблицы 6, наблюдается наименьшая усадка и трещинообразование. Это также связано с тем, что при равномерной влагоотдаче структура пеносырца успевает закрепиться без разрушения пены и возникновения внутренних напряжений. Элементом новизны технологии является то, что в процессе сушки после распалубки сырец переворачивается основанием наверх, чтобы изменить направление влагоотдачи, позволяющее снизить усадку и сохранить равномерную пористость.
Обжиг пенокерамики проводится при температуре 980-1050°С (оптимальная 1030°С) в течение 12 часов. Продолжительность обжига зависит от вида применяемой глины, количества отходов травления алюминия (далее ОТА) и молотого стекла. Установлено, что с повышением количества ОТА и молотого стекла температура обжига понижается. РФА и ДТА контрольных образцов пенокерамики, обожженных в указанном температурном интервале, позволили установить, что повышение прочности черепка при введении в шихту флюсующих компонентов в виде смеси ОТА и стеклобоя связано с образованием волостонита и моноклинного пироксена.
По разработанной технологии на основе предложенного сырья и технологических приёмов были изготовлены контрольные образцы пенокерамики, результаты испытаний которых представлены в таблице 7.
Из данных таблицы 1 видно, что при повышении ОТА происходит повышение прочности черепка с 1 до 3,5 МПа. При введении молотого стекла, прочность повышается до 2,4 МПа, а при совместном введении отходов травления алюминия и молотого стекла прочность составила 3,8 МПа, что соответствует максимальному значению. При дальнейшем повышении флюсующих добавок в составе сырьевой смеси в процессе обжига происходит оплавление образцов. Показано, что использование эффективного пенообразователя «Пеностром», комплексного стабилизатора в виде смеси портландцемента, жидкого стекла и древесных опилок снижает усадку пенокерамического черепка с 20,5 % до 9,2 %, среднюю плотность на 19% и теплопроводность с 0,129 Вт/(м*оС) до 0,103 Вт/(м*оС).
Таким образом, результаты исследований позволяют сделать вывод, что разработана новая технология получения пенокерамики, направленная на регулирование структуры и конечных свойств пенокерамики. Это обеспечило повышение прочности пенокерамики при введении предлагаемых добавок флюсующего действия в виде ОТА и молотого стекла в оптимальных количествах, снижение плотности, усадки
Таблица 5
№ п/п Вид пенообразователя Свойства пенокерамического черепка Примечание
Средняя плотность, кг/м3 Т еплопроводность, Вт/(м*оС)
1 ПБ 2000 520 0,106 -
2 У нипор 700 1,3 растрескался
3 Пеностром 575 0,108 -
4 ПО 6 650 0,125 -
Таблица 6
№ п/п Температура обжига, оС Свойства пеносырца
Усадка, % Плотность, кг/м3 Трещины, шт. (более 10 мм)
1 30-40 12 605 5
2 40-50 8,5 530 2
3 50-60 9 560 3
4 60-70 18 685 9
Таблица 7
№ Свойства пенокерамики
п/п Средняя плотность, кг/м3 Усадка пенокерамического черепка, % Теплопроводность, Вт/(м*оС) Прочность при сжатии, МПа
1 690 20,5 0,129 менее 1
2 586 9,7 0,107 2,1
3 598 9,5 0,110 3,5
4 577 10,1 0,106 1,6
5 587 9,7 0,107 2,4
6 609 9,2 0,115 3,8
и теплопроводности при использовании пенообразователя «Пеностром» и комплексного стабилизатора в виде портландцемента, жидкого стекла и фракционированных древесных опилок. Предложены новые составы для получения пенокерамики со средней плотностью 577-609 кг/м3, теплопроводностью
0.106 - 0,15 Вт/(м*оС) и прочностью 1,6-3,8 МПа.
Литература
1. Габидуллин М.Г. Научные и технологические основы управления структурой и свойствами энерго- и ресурсосберегающей строительной керамики: автореферат. дис. д.т.н. / Габидуллин М.Г. - Казань, 2007. - 51 с.
2. Габидуллин М.Г, Рахимов Р.З., Морозов В.П. Моделирование структуры черепка эффективной стеновой керамики, полученной путем регулирования ее пористости введением выгорающих добавок // Сб. трудов годичного собрания РААСН «Ресурсо- и энергосбережение как мотивация творчества в архитектурно-строительном процессе». - Москва-Казань, 2003. - С. 362-366.
3. Завадский В.Ф., Путро Н.Б., Максимова Ю.С. Поризованная строительная керамика // Строит. материалы, 2004, .№2. - С. 21-22.
4. Хузагарипов А.Г., Габидуллин М.Г. Регулирование структуры сырца при производстве пенокерамики комплексными стабилизаторами. Академические чтения РААСН, вып. №9. - Казань, 2006.
