Представлені досвідчені результати отримання клінкерної цегли на основі місцевих глин РТ. Вивчено фазовий склад і термічне поведінка глинистих порід різних родовищ. Встановлено оптимальні склади шихти для отримання клінкерної фасадного цегли. Визначено техніко-експлуатаційні показники отриманих виробів.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Габідуллін М. Г., Міндубаев А. А., Лигин Т. З., Исламова Г. Г., Вассерман Д. В.


APPROBATION OF POSSIBILITY OF MANUFACTURE CLINKER BRICK ON THE BASIS OF LOCAL CLAYS OF TATARSTAN REPUBLIC

Experimental results of produced clinker brick on the basis of local Tatarstan Republic clays are presented. The phase structure and thermal behaviour of various deposits clay rocks is studied. Optimum composition mixture for produced the clinker front brick are determined. Technical operating indexes of produced products are defined.


Область наук:

  • технології матеріалів

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал: Известия Казанського державного архітектурно-будівельного університету


    Наукова стаття на тему 'Лабораторно-технологічна апробація можливості отримання нового фасадного клінкерної цегли «Татклінкер» на основі місцевої сировини Республіки Татарстан'

    Текст наукової роботи на тему «Лабораторно-технологічна апробація можливості отримання нового фасадного клінкерної цегли« Татклінкер »на основі місцевої сировини Республіки Татарстан»

    ?УДК 666.3.046.44

    М.Г. Г абідуллін - доктор технічних наук, професор А.А. Міндубаев - аспірант E-mail: almaz 123 @, list.ru

    Казанський державний архітектурно-будівельний університет

    Т.З. Лигин - доктор геолого-мінералогічних наук, професор

    Г.Г. Исламова - аспірант

    Д.В. Вассерман - аспірант

    ФГУП «ЦНІІгеолнеруд»

    Лабораторно-ТЕХНОЛОГІЧНА Апробація МОЖЛИВОСТІ ОТРИМАННЯ НОВОГО фасадна клінкерна цегла «ТАТКЛІНКЕР»

    НА ОСНОВІ МІСЦЕВОГО СИРОВИНИ РЕСПУБЛІКИ ТАТАРСТАН

    АНОТАЦІЯ

    Представлені досвідчені результати отримання клінкерної цегли на основі місцевих глин РТ. Вивчено фазовий склад і термічне поведінка глинистих порід різних родовищ. Встановлено оптимальні склади шихти для отримання клінкерної фасадної цегли. Визначено техніко-експлуатаційні показники отриманих виробів.

    КЛЮЧОВІ СЛОВА: кераміка, клінкерна, високоміцний, цегла.

    M.G. Gabidullin - doctor of technical sciences, professor

    A.A. Mindubaev - post-graduate student

    Kazan State University of Architecture and Engineering

    T.Z. Lygina - doctor of geological minerals sciences, professor

    G.G. Islamova - post-graduate student

    D.V. Vasserman - post-graduate student

    The Central Scientific Research Institute of Geology of Industrial Minerals

    APPROBATION OF POSSIBILITY OF MANUFACTURE CLINKER BRICK ON THE BASIS OF LOCAL CLAYS OF TATARSTAN REPUBLIC

    ABSTRACT

    Experimental results of produced clinker brick on the basis of local Tatarstan Republic clays are presented. The phase structure and thermal behaviour of various deposits clay rocks is studied. Optimum composition mixture for produced the clinker front brick are determined. Technical operating indexes of produced products are defined.

    KEYWORDS: ceramic, clinker, brick.

    В останні роки спостерігається підвищення інтересу з боку будівельників, архітекторів і дизайнерів до клінкерній фасадного цеглі. Це пов'язано зі збільшенням критики на адресу багатошарових стін, у яких для облицювання фасадів використовується керамічна фасадна саман з товщиною зовнішньої стінки 12 мм, який регламентується вимогами основного вітчизняного стандарту на керамічну цеглу ГОСТ 530-2007. Така маленька товщина зовнішньої стінки цегли дуже часто не захищала кладку від проникнення всередину вологи, і тому взимку при негативних температурах вода замерзала і лід при розширенні руйнував зовнішню стінку, оголюючи на фасадах порожнечі цегляної кладки. У зв'язку з цим в Москві і багатьох містах Росії заборонили використовувати для облицювання фасадів цегла з низькою морозостійкістю і тонкими зовнішніми стінками порожнин. Тому багато будівельних організацій для облицювання фасадів будівель переорієнтувалися на використання зарубіжної продукції - клінкерної фасадної цегли, який володіє морозостійкістю F100 і більше і має товщину зовнішніх стінок порожнин більше 16 мм.

    Архітектори дуже часто говорять, що фасад - це візитна картка будинку. Тому для втілення своїх дизайнерських рішень і підкреслення своєї індивідуальності при будівництві сучасних малоповерхових будівель можуть запропонувати фасади з клінкерної цегли, так як вони прослужать вічно, мають архітектурної виразністю, естетичною привабливістю, виглядають по-європейськи стильно і солідно, виглядають бездоганно.

    Сьогодні будівельні організації закуповують з доставкою клінкерну цеглу з далекого зарубіжжя за ціною 50-100 рублів, а з України за ціною 25-35 руб. / Шт.

    У Росії клінкерна цегла виробляється тільки на одному підприємстві в Голіцино (Підмосков'я). Лицьову цеглу, вироблений групою компаній «Голіцинський цегла», хоча і не є фасадним клінкерною, але відрізняється високою якістю: морозостійкість Р100, марка 175, товщина зовнішньої стінки порожнин 20 мм, широка кольорова гама, фактура, номенклатура, ціна-від 10 до 35 рублів залежно від типорозмірів і найменування продукції. Мостовий клінкер під назвою «камінь клінкерна» має марку по міцності 500-700, морозостійкість Р200, водопоглинання 2-4%, розміри 200х100х55 мм, ціна - 23,75 руб. / Шт.

    На Україні єдиним заводом, що спеціалізуються на випуску клінкерної кераміки, є «Керамейя», який випускає клінкерна лицьова порожниста цегла і дорожню бруківку під маркою «КлінКерам». Його продукція відповідає українським ТУ У В2.2.7-26.4-34327895-001: 2008 «Керамічний клінкер для обличкування фасадів« КлінКерам »та дорожня бруківка« БрукКерам ». Основні технічні характеристики фасадного пустотілого (менше 38%) клінкеру марки М350: межа міцності на стиск - більше 35 МПа, межа міцності при вигині -більш 4,9 МПа, водопоглинання - менше 5%, морозостійкість - більше Р150. Номенклатура: різні фасонні цеглини, різна фактура поверхні, що досягається за рахунок рельєфу поверхні або декорування крихтою різних кольорів. Колірна гамма: рубін, янтар, онікс, Магма граніт, Магма топаз, Магма діабаз, Рустика Онікс, Рустика Рубін 1, Рустика Топаз 3, Рустика Граніт 23, Рустика Граніт 43, Рустика Граніт 53.

    Основні ж виробники клінкерної цегли знаходяться в Європі. Вимоги до параметрів клінкерної цегли, які регламентуються стандартами різних країн, близькі за своїми показниками.

    Російський нормативний документ на клінкерну цеглу [1] регламентує марку по міцності на стиск від М250 до М800, морозостійкість Р50, Р75, Р100, водопоглинання - не більше 7%, середню щільність - класи 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 2,0 і 2,2. Номінальні розміри цегли представлені в таблиці 1.

    Таблиця 1

    Вид цегли Розміри цегли лицевого кладки

    Довжина Ширина Товщина

    Одинарний (0) 250 120 65

    «Євро» (Е) 250 85 65

    Модульний (М) 240 115 71

    240 85 71

    240 115 52

    240 115 113

    Марку цегли за міцністю визначають по таблиці 2, використовуючи дані випробування стандартних зразків на стиск і вигин.

    Аналізуючи викладені вище дані з ТУ 5741-001-34854050-08 і таблиць 1 і 2, взяті з того ж документа, слід зазначити недостатньо високе значення верхньої межі морозостійкості, прийняте Р100. Мабуть, цей показник слід збільшити до Р300, а нижнє значення водопоглинання прийняти менше 5%, так як клінкерна цегла виходить шляхом спікання шихт при температурах 1200-1250 ° С. Відомо, що спечена кераміка - це кераміка з водопоглинанням менше 5%. Крім того, в таблиці 2 дві нижні щаблі марки по міцності, були близькі до «250» і «300», необхідно прибрати, так як ці показники відповідають міцності типового цегли і каменю за основним стандарту ГОСТ 530-2007.

    Таблиця 2

    Нормативні показники міцності клінкерної цегли на стиск і вигин

    Марка Межа міцності не менше, МПа

    При стисненні При вигині

    Середній для п'яти зразків Найменший для окремого зразка Середній для п'яти зразків Найменший для окремого зразка

    800 800 750 8,4 4,2

    750 750 700 7,9 3,9

    700 700 650 7,4 3,6

    650 650 600 6,9 3,4

    600 600 550 6,4 3,2

    550 550 500 5,9 2,9

    500 500 450 5,4 2,7

    450 450 400 4,9 2,4

    400 400 350 4,4 2,2

    350 350 300 3,9 1,9

    300 300 250 3,4 1,7

    250 250 200 2,9 1,5

    Як аналог в наших дослідженнях прийнято фасадна клінкерна цегла, що випускається відомою німецькою фірмою НАОЕМЕКТЕЯ, технічні характеристики якого наведені в таблиці 3.

    Таблиця 3

    Властивості фасадного клінкерної цегли НАСЕМЕ ^ ТЕЯ

    Параметри Вимога відповідно до DIN V 105-1 Клінкер HAGEMEISTER Вимога виконано Відповідність класу

    Діапазон відхилення розмірів Довжина < 6 мм Ширина < 4 мм Висота < 3 мм 0 мм 2 мм 1 мм так Клас R1

    Морозостійкість 50 циклів заморожування-відтавання > 50 циклів змін немає да Клас F2 (DIN 52252)

    кислотостійкість < 6% 1,20% та DIN 102

    Середня щільність > 1,80 кг / дм3 2,30 кг / дм3 так Клас D1

    Межа міцності при стисненні > 28 Н / мм 125,80 Н / мм та DIN 772-1

    водопоглинання < 7% 2,97% та DIN 772-1

    Зміст солей Na + + K + Mg2 + 0,00% 0,00% та Клас S2

    З даних таблиці 3 видно, що клінкерна фасадна цегла, що випускається фірмою HAGEMEISTER, перевершує за своїми характеристиками вимоги німецького стандарту, так як має дуже високу міцність при стисненні, високою середньою щільністю і низьким водопоглинанням. При цьому нормативні вимоги DIN V 105-1 по морозостійкості і водопоглинанню для фасадного клінкеру регламентують «м'які» показники: для морозостійкості -F50, для водопоглинання - < 7%. Ці показники для фасадного клінкеру по німецьким і російським нормативним документам однакові. Слід підкреслити, що в російському документі немає обмежень за змістом солей, в німецькому їх зміст не допускається.

    Аналіз розглянутого вище вітчизняного нормативного документа дозволив встановити основні орієнтири на технічні характеристики фасадного клінкеру, а вивчення властивостей зарубіжних аналогів дозволяє вирішувати питання створення клінкеру з більш високими показниками властивостей, підвищуючи тим самим конкурентоспроможність продукту на внутрішньому та зовнішньому ринках.

    Метою роботи є апробація можливості отримання клінкерної фасадної цегли на основі цегляно-черепичних глин Республіки Татарстан.

    Позитивні результати досліджень можуть бути використані для будівництва на території Татарстану заводу з виробництва конкурентоспроможного клінкерної цегли, так як виготовлені з місцевих матеріалів цеглини будуть економічно вигідні, через низьку собівартість виготовлення і низьких транспортних витрат на перевезення. Ринок клінкерної цегли в Республіці Татарстан в даний час не розвинений і приблизно на 70% складається з продукції з далекого зарубіжжя, на 30% - з України. Попит на фасадний клінкер в РТ буде забезпечуватися високими темпами будівництва будівель і споруд з використанням для внутрішньої версти стін великоформатних керамічних теплоеффектівних каменів POROTHERM, а для зовнішньої версти - фасадного клінкеру. Крім того, в Казані ведеться підготовка до Універсіаді-2013, для якої зводиться велика кількість різних спортивних комплексів, олімпійське село. Тут також може стати в нагоді клінкер.

    На кафедрі будівельних матеріалів КазГАБА були проведені лабораторно-технологічні дослідження з розробки багатокомпонентних шихт для отримання клінкерної фасадної цегли на основі місцевих цегляно-черепичних глин РТ. Для регулювання властивостей клінкеру в якості додаткового компонента була використана привізна тугоплавка Ново-Орська глина (Оренбурзька область). Складність виробництва клінкерної цегли в РФ і РТ полягає в відсутності кондиційних глин, тому що в чистому вигляді найбільш поширені кірпічночерепічние глини не придатні для виробництва клінкерної цегли, а географічне розташування родовищ вогнетривких і тугоплавких глин неоднорідне по території Росії. Республіка Татарстан також не має родовищ глин, придатних для виробництва клінкеру.

    Для реалізації мети роботи вирішувалися наступні завдання:

    - вивчення основних характеристик відібраних проб глин,

    - відпрацювання технологічних режимів отримання клінкеру;

    - дослідження впливу складу шихти на фізико-механічні властивості клінкеру;

    - виготовлення контрольного зразка клінкерної цегли стандартних розмірів.

    Матеріали, використані в дослідженнях.

    Методом синхронного термічного аналізу (ТГ-ДТГ, ДСК) і методом рентгенографічного аналізу були досліджені 3 зразки глини Калінінського, Тураевского, Ново-Орської родовищ РТ.

    Глина Калінінського родовища легкоплавка, среднепластічная (П-17,5),

    Середньочутливі до сушіння, неспекающегося, зміст великих фракцій до 20%. Хімічний склад, мас. %: SiO2 - 65-71,12; (AI2O3 + ТЮ2) - 12,55-13,12; Fe2O3 - 5,88-7,02; CaO - 1,55-2,02; MgO -1,09-2,12; Na2O - 0,45-0,65; K2O - 1,88-2,15; SO3- 0,12-0,25; п.п.п. - 2,15-3,50.

    З аналізу отриманих термоаналітіческіх кривих видно, що для зразка глини Калінінського родовища характерні втрати маси (4,01%) в низькотемпературної області 27-230 еС. Даний ефект відповідає видаленню адсорбційної і межслоевой молекулярної води монтмориллонита. Втрата маси (2,13%) в среднетемпературном інтервалі 380-650 еС пов'язана з дегідроксілізаціей каолинита. У цьому ж інтервалі на ДСК-кривої спостерігається ендотермічний ефект з піком при 582 еС - оборотне полиморфное перетворення б-кварцу в в-кварц. У високотемпературної області явно виражених термічних ефектів, що супроводжуються втратою маси, не спостерігається. Однак, фіксується екзотермічний ефект кристалізації муллита на ДСК-кривої при 912 еС.

    За допомогою рентгенографічного аналізу в пробі глини «Калінінська» був визначений наступний мінеральний склад: кварц - 35%, плагіоклаз - 7%, К польовий шпат - 7%, глинисті мінерали: монтморилоніт - 42%, слюда - 5%, хлорит і каолініт - 4% а також відзначається домішка гетиту. У структурі монтморилоніту можлива присутність до 15% неразбухающіх слюдоподобних шарів. Таким чином, глина Калінінського родовища є

    переважно монтмориллонитовій.

    Глина Тураевского родовища, за даними термічного аналізу, показує на схожість ефектів в низько- і среднетемпературной області, пов'язану з присутністю монтмориллонита і каолініту. Разом з цим слід зазначити різницю інтенсивностей ефектів. У глині ​​Тураевского

    родовища зміст монтмориллонита і каолініту приблизно в два рази менше, ніж в глині ​​Калінінського родовища. Також фіксується екзотермічний ефект на ДСК-кривої, відповідний оборотного поліморфного перетворення кварцу при 579 еС. У високотемпературної області 650-850 еС реєструється ефект, що належить дисоціації карбонатної складової глини (3,78%), що в перерахунку на кальцит становить 9 ± 2%.

    Аналіз рентгендифракційному спектрів зразка глини «Тураевская» показав наявність кварцу в кількості 39%, плагіоклазу - 12%, К польового шпату - 7%, кальциту - 8%, глинистих мінералів: монтмориллонита - 26%, слюди - 4%, хлорита і каолініту - 4%, також відзначається домішка гетиту і наявність мінералів групи амфібол на рівні похибки визначення. У структурі монтморилоніту також може бути присутнім до 10-15% неразбухающіх слюдоподобних шарів.

    У глині ​​Ново-Орської (Оренбурзька область) родовища реєструються два явно виражених термічних ефекту на ТГ-ДТГ-кривих: в низькотемпературної (27-200 еС) і среднетемпературной (375-700 еС) областях. Перший ендотермічний ефект відноситься до видалення адсорбційної води, другий пов'язаний з дегідроксілізаціей каолинита (6,49%). Глина Ново-Орської родовища, за даними термічного аналізу, характеризується як істотно каолінітової.

    Дані рентгенографічного аналізу зразка глини Ново-Орської родовища також показують, що він представлений переважно каолинитом (65%). Крім каолинита, з глинистих мінералів фіксується слюда (5%) і невпорядкований смешанослойний слюда-монтморилоніт (4%) з високим вмістом слюдяних шарів. Негліністих мінерали представлені в основному кварцом (25%) і домішкою анатаза (1%).

    Мінеральний склад глини Ново-Орської родовища є більш прийнятним для складання багатокомпонентних шихт з метою отримання клінкерної фасадної цегли, оскільки основний компонент - каолініт - покращує такі технологічні властивості, як тугоплавкость, водопоглинання, середня щільність, межа міцності при стисненні.

    Відповідно, основні відмінності в технологічних властивостях готової продукції клінкерної цегли, отриманого з глин різних родовищ, обумовлені їх фазовими (мінеральними) складами і поведінкою фаз в процесах випалу.

    Були складені композиційні суміші глин різних родовищ:

    1 - Тураевская глина + Ново-Орська глина + пісок; 2 - Калінінська глина + Ново-Орська глина + пісок.

    Зіставлення отриманих результатів технологічних випробувань показує істотну відмінність між ними.

    Як отощітеля доцільно використовувати митий і висушений кварцовий пісок. У роботі був використаний пісок фракції менше 2,5 мм, з модулем крупності - 2,5 (м Зеленодольськ, РТ).

    Лабораторно-технологічні випробування.

    Лабораторно-технологічні дослідження проводилися в наступній послідовності. Глини попередньо відмочувалися протягом 48 годин у воді з температурою 20 ° С, шликер пропускався через сито 0,315 мм і сушився до повного видалення вологи. Потім глина розмелюють в кульової млині протягом 5-20 хвилин, просівають через сито 0,14 мм. Змішання компонентів шихти виробляли ручним способом в чашах, додавали 19% води і відлежуватися масу в герметично запакованих поліетиленових мішках протягом 24 годин. Після цього масу в мішках попередньо нагрівали в сушильній камері до 30-35 ° С, шихту вручну розминали і формували контрольні зразки-куби 5х5х5 см. Сушили зразки в сушильній камері типу СНОЛ до залишкової вологості менш 4% і висушені зразки переносили в лабораторну електричну піч, де здійснювали випал шляхом поступового підйому температури до 1100 ° с з витримкою протягом 1 години. Охолодження зразків виробляли разом з піччю після її відключення.

    Обпалені зразки піддавали стандартним випробуванням. Були проведені дослідження основних фізико-механічних властивостей: водопоглинання і щільність по ГОСТ 7025-91 [2], міцність на стиск за ГОСТ 8462-85 [3].

    Результати випробування контрольних зразків дозволили отримати залежності (рис. 1) зміни середньої щільності, водопоглинання і межі міцності при стисненні від кількості доданої в шихту тугоплавкой Ново-Орської глини.

    З рис. 1 видно, що на чистій Тураевской глині ​​неможливо отримати клінкерну цеглу, що задовольняє за властивостями вимогам ТУ [2], так як зразки мають такі властивості: міцність при стисненні - 27,1 МПа, водопоглинання 6,3%, середню щільність - 2,046 кг / м3. Більший оптимізм викликають результати випробування зразків на Калінінської глині: міцність при стисненні - 40,0 МПа, водопоглинання 5,6%, середня щільність - 2,117 кг / м3.

    Мал. 1. Залежності зміни середньої щільності (а), водопоглинання (б) і межі міцності на стиск (в) обпалених зразків від вмісту в шихті Ново-Орської глини:

    1 - Тураевская глина + Ново-Орська глина + пісок; 2 - Калінінська глина + Ново-Орська глина + пісок

    Аналіз характеру кривих, представлених на малюнку 1а, показує, що з введенням Ново-Орської глини до 10% від маси шихти на Калінінської і Тураевской глинах середня щільність зразків клінкеру збільшується незначно (0,8-2,6%). Подальше збільшення частки тугоплавкої глини від 10 до 100% сприяє зниженню середньої щільності до 17,5-19,4%. При цьому відбувається логічне незначне зниження водопоглинання (рис. 1б) зразків клінкеру

    при 10% добавки Ново-Орської глини, а потім значне майже лінійне збільшення в 2,68-3,31 рази при 100% складі шихти з тугоплавкої глини. Це свідчить про те, що Ново-Орська глина збільшує температуру спікання. За ТУ [2] водопоглинання клінкерної цегли повинно бути менше 7%. Тому зразки з вмістом Ново-Орської глини більше 10% для шихти на основі Тураевской глини і з вмістом Ново-Орської глини більше 21% на шихті з Калінінської глини не відповідають ТУ.

    З рис. 1в видно, що введення 10% Ново-Орської глини підвищує межу міцності при стисненні обпалених зразків в 1,52 рази для шихт з Тураевской глини і в 1,61 рази для шихт з Калінінської глини при введенні 21% Ново-Орської глини.

    Аналіз результатів досліджень показує, що для виробництва клінкерної цегли найкращий склад з 71% Калінінської глини, 21% Ново-Орської глини і 8% кварцового піску, який після апробації розроблених складів, наприклад, на дослідно технологічної лінії виробництва цегли ЦНІІгеолнеруд, можна рекомендувати для впровадження у виробництво. Цей склад дозволяє отримувати контрольні зразки клінкеру з межею міцності при стисненні - 49,2 МПа; водопоглинанням - 6% і середньою щільністю - 2,08 г / см3.

    Розроблений склад клінкерної цегли та технологічні режими його отримання володіють елементами НОУ-ХАУ, тому на нього подана заявка в Роспатент для отримання винаходи. З розробленого складу на кафедрі будівельних матеріалів пластичним способом був сформований і після випалу отриманий дзвінкий повнотіла клінкерну цеглу светлокремового кольору розміром 250х120х65 мм. Тріщини і посічки були відсутні. Даний зразок, на ліжку якого вирізано назву «ТатКлінкер», виставлявся на V Венчурної ярмарку в Казані і викликав значний інтерес потенційних інвесторів.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. ТУ 5741-001-34854050-08 «Цегла клінкерна» з ізм. № 1.

    2. ГОСТ 7025-91 «Цегла та камені керамічні та силікатні. Методи визначення водопоглинання, густини і контролю морозостійкості ».

    3. ГОСТ 8462-85 «Матеріали стінові. Методи визначення меж міцності при стисненні і вигині ».


    Ключові слова: КЕРАМІКА /КЛІНКЕРНА /ВИСОКОМІЦНИЙ /ЦЕГЛА /CERAMIC /CLINKER /BRICK

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити