авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< 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


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Строительная керамика на основе техногенного грубодисперсного сырья

-- [ Страница 2 ] --

Моделирование структур по типу "ядро-оболочка" проведено при соотношении размеров агрегатов ядра и оболочки 5,10, 20, 30, 40, 60, когда количество вещества оболочки изменялось от 20% до 60%. Исследовали варианты моделей структур строительной керамики: с ядром из алюмосиликатного сырья (ГО, ЦП, ОГС, ФГС); с ядром из агрегатов кварцевого сырья (УКС, ФКС); с ядром из зерен шлака и модели смешанных структур. При измельчении непластичных пород до размера зерен 3 мм, обычно являющегося предельной величиной в технологии строительной керамики, образуется около 5-10% мелкой (менее 0,1 мм) фракции и около 90-95% крупной (0,1 мм и более). Поэтому за основной размер ядер из этих силикатов в моделях структур приняли 3,0; 2,0 и 1,0мм. Размер глинистых агрегатов оболочки изменяли в пределах от 0,05 до 0,25 мм. Соотношение размеров ядра и оболочки находилось в границах от 5 до 60. Предполагается, что менее благоприятные условия по формированию прочных структур с ядром из непластичных кварцсодержащих силикатных пород (непластичных силикатов) и оболочкой из глинистых агрегатов создаются при соотношении их размеров равном 20, а более благоприятные – в границах соотношений от 5 до 10. При соотношении размеров равном 20, толщина оболочки глинистого вещества (25%) недостаточна для заполнения пустот между ядрами. В границах же соотношений от 5 до 10 глинистого вещества оболочки (30-60%) достаточно для сцепления ядер и заполнения пустот между ними. Глинистая оболочка (матрица), когда её много, спекается сама по себе и активно взаимодействует с поверхностью вещества ядра, обеспечивая формирование прочных структур, что вытекает из анализа кривых плавкости смесей непластичных компонентов с суглинками и глинами. Смеси непластичных компонентов с суглинками и глинами в количествах 30-50% образуют меньшее количество разового расплава и имеют более благоприятную динамику его нарастания с ростом температуры по сравнению с глинами, что предопределяет спекание композиций, в отличие от глин, в широком температурном интервале без признаков пережога.

Границы соотношений размеров агрегатов ядра и оболочки от 10 до 20 (содержание глинистого вещества оболочки составляет 30-35%) для формирования плотных и прочных структур являются критическими. Хотя количество разового расплава и динамика его нарастания при таком содержании глин в смесях с непластичными компонентами являются благоприятными для развития спекания. Содержание глинистого вещества оболочки 40-50% достаточно для заполнения пустот между ядрами. Таким образом, прочные структуры с ядром из агрегатов частиц кварцсодержащих силикатных пород и оболочкой из глинистых агрегатов могут обеспечиваться при соотношении их размеров от 5 до 10. Размер ядер из кварцсодержащих силикатных пород может изменяться в пределах 0,1-3,0 мм, размер глинистых агрегатов оболочки – от 0,05 до 0,25 мм. Содержание глинистых агрегатов оболочки может находиться в пределах от 30 до 50%.

Для алюмосиликатного материала, кварцевого сырья и шлака принимали средние значения прочности, полученные из экспериментальных значений прочности обожженных из пресс-порошков образцов и значений прочности самих зерен. Это связано с тем, что в структурах керамики из композиций с перечисленными компонентами ядрами могут быть конгломераты из спеченных тонких частиц и отдельные зерна. Например, ядрами могут быть крупные частицы (1-3 мм) сланцев или зерна кварца, полевого шпата, шлака, прочность которых значительно выше прочности прессовок из дезагрегированных частиц. При определении предполагаемой прочности отсева глинистых сланцев и шлаковой смеси принимали, что примерно 50% сохраняется в виде обломков (крупных частиц) или зерен. При расчете прочности алюмосиликатного материала принимали, что содержание зерен кварца составляет 30%, а полевого шпата – 70%. В итоге получили значения прочностей отдельных составляющих керамики, которые были приняты при расчете прочности материалов. Анализ предполагаемых значений прочности керамических материалов показывает, что из композиций оптимальных составов можно получить разные по назначению строительные материалы: стеновые (прочность при сжатии 10,9-43,4 МПа), черепицу (прочность при сжатии 48,1-127,5 МПа), клинкерный кирпич и облицовочные изделия (прочность при сжатии 134,7-231,3 МПа).

Приведены результаты исследования влияния количества наполнителей ФГС, ГО, УКС, ФКС на некоторые свойства обжиговых связок. Композиции состояли из смеси боя стекла и наполнителей. Связующим служили раствор жидкого натриевого стекла плотностью 1,12г/см3 в количестве 5% от массы сухого вещества и смесь суглинка с бентонитовой глиной в количестве 30%. Истощение природного дефицитного сырья как глины, суглинка являющихся основным сырьем при производстве строительной керамики требует вовлечения в производство нетрадиционных сырьевых материалов. Поэтому исследованы щелочные алюмосиликатные связующие дегидратационного твердения. В качестве наполнителя был выбран тонкомолотый гранитный отсев, а щелочные компоненты представлены едким натром, карбонатом натрия (технической содой), содосульфатной смесью. Расход щелочного компонента составлял до 5% по Na2О. На рисунке 1 приведены изменения водопоглощения, прочности, усадки из композиции гранитных отсевов с щелочными связками при температуре 1000С.

Большую роль в формировании структуры таких материалов играют физико-механические свойства связки, а именно адгезионная прочность контактной зоны. Физико-механические свойства связки зависят как от свойств стекловидной матрицы, наполнителей, так и от их количественного соотношения и что не менее важно – от характера взаимодействия между ними.

Для исследования были выбраны следующие соотношения компонентов, мас % смесь суглинка и бентонитовой глины (пластификатор) – в соотношении 9:1 – 75-90; стеклобой – 5-20; наполнитель – ФГС,ГО, ФКС – 5-20. Ориентировочный состав стекловидной связки, масс. %. SiO2 – 65-68; Al2O3 – 9-11; Na2O – 2-4, K2O – 1-2; Fe2O3 – 2-3; CaO – 5-6; MgO – 1-2.

Рисунок 1 – Изменение водопоглощения (1), прочности (2), усадки (3) из композиции гранитных отсевов с щелочными связками при температуре 1000С

В процессе спекания композиционного материала исходное стекло матрицы при определенной температуре порядка > 850°С переходит в пиропластическое состояние. В этом состоянии стекло смачивает поверхность частиц тугоплавкого наполнителя. За счет такого взаимодействия между стеклом и наполнителем формируется зона контакта матрицы с наполнителем и при последующей кристаллизации матрицы, эта структура видоизменяется. Однако свойства контактной зоны и после кристаллизации отличается от свойств матрицы. Можно предположить, что между адгезионной прочностью контактной зоны и составом стекла и наполнителя существует определенная взаимосвязь, так как адгезия расплава стекла и поверхности твердой подложки тем выше, чем лучше смачивание этой поверхности расплавом. В свою очередь смачивание расплавами стекол твердых поверхностей зависит от их химического состава, температуры расплава и состояние смачиваемой поверхности. Между адгезией расплава и адгезионной прочностью контакта после затвердевания стекла существует корреляционная зависимость.

Адгезионной прочностью считали напряжение, при которой появляется первая трещина на траншее раздела связка-наполнитель. Момент начала трещинообразования фиксировали на диаграммной ленте в виде характерного острого пика. При хрупком разрушении момент трещинообразования контролировали с использованием акустического эффекта. На основе результатов определения адгезионной прочности образцов получены уравнения регрессии в виде линейных многочленов.

Уравнения характеризуют влияние состава связки на адгезионную прочность композиции с ФГС, ГО, ФКС. По этим уравнениям на тройных диаграммах построены поверхности отклика адгезионной прочности (рисунок 2).

а – композиции с фосфатно-глинистыми сланцами; б – с гранитными отсевами; в – с фосфатно-кремнистыми сланцами.

Рисунок 2 – Поверхности отклика адгезионной прочности

В четвертом разделе приводится разработка технологии получения керамических строительных материалов на основе техногенного алюмосиликатного сырья: ГО, ФГС, ОГС, ЦП. Выбор гранитных отсевов обусловлен тем, что улучшение показателей керамических материалов прочности при сжатии и изгибе, термическую устойчивость, водонепроницаемость возможно за счет более полного спекания.

Были проведены исследования с целью подбора составов керамического кирпича на основе гранитных отсевов с использованием метода математического планирования эксперимента. На основе анализа исследуемой системы выбраны следующие диапазоны изменения факторов (таблица 1). В качестве целевой выходной переменной У выбраны показатели прочности при сжатии (МПа), сырцовой прочности (МПа), средней плотности (кг/м3) и морозостойкость F (циклов).

В качестве факторов использованы следующие входные параметры: Х1 – отношение тонкомолотой части к грубодисперсной; Х2– отношение суммы связующего к сумме тонкомолотой и грубодисперсной части; Х3 – температура термообработки, °С. Регрессионные зависимости устанавливают причинно – следственные связи между переменными, корреляционные связи между равноправными переменными. Корреляционный анализ особенно удобен там, где имеются недоступные или труднодоступные для непосредственных замеров параметры объекта исследования, а также возникает необходимость сокращения числа экспериментов.

Таблица 1 – Диапазон изменения факторов

Факторы Х1 Х2 Х3
Нижний уровень (-1) 0,20 0,20 950
Верхний уровень (+1) 0,3 0,3 1050
Нулевой уровень (0) 0,25 0,25 1000
Интервал ворьированя 0,05 0,05 50
Плечо + 0,3341 0,3341 1084
Плечо – 0,1659 0,1659 916

Рисунок 3 – Трехмерный график функции Y при фиксированном значении X1 со значением в середине плана (X1 = 60)

Модель прочности показывает (рисунок 3), что максимум Rmax = 23,4 МПа наблюдается у составов с х1=0,25; х2=0,25; х3=1084; минимум у состава Rmin = 8,4 МПа, с Х1 = 0,25, Х2 = 0,25, Х3 = 916; приросты: абсолютный 15 МПа и относительный R = 2,79. Так же были исследованы свойства керамических стеновых материалов с использованием каолинитовой Ленгерской глины, суглинка и гранитного отсева. Образцы готовили полусухим формованием из масс содержащих гранитные отсевы фракции < 2,5 мм – 55-60%; фракции < 0,14 мм – 5%; суглинок – 25-35%; каолинитовая глина – 10-15%. В состав исследуемых масс вводили разное количество гранитных отсевов, благодаря чему соотношение RO: R2O изменялось от 1,5 до 1, так же изменялось соотношение и других оксидов, влияющих на образование жидкой фазы, на плотность и прочность образцов (таблица 2).

Таблица 2 – Соотношение RO: R2O

Оксид Соотношение RO: R2O
1,5 1,4 1,3 1,2 1,1
SiO2:Al2O3 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9
SiO2 : R2O 16 19 22 25 28
RO:(R2O+RO+Fe2O3) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

При уменьшении соотношения RO:R2O исследуемая масса после обжига обладает минимальным водопоглощением, высокой механической прочностью и плотностью. Повышение соотношения SiO2:R2O (до 28) приводит к увеличению количества стеклофазы и частичному растворению SiO2, что подтверждается минимальным водопоглощением.

Положительное влияние на свойства керамического материала оказывает железосодержащий расплав, который можно охарактеризовать соотношением RO: (R2O+RO+Fe2O3) равный в данном случае 0,2-0,3. Зависимость основных свойств образцов от соотношения RO:R2O приведены на рисунке 4.

1 – водопоглощение; 2 – пористость; 3 – водостойкость; 4 – прочность при сжатии

Рисунок 4 – Зависимость свойств образцов от соотношения RO:R2O

При температуре 1000-1050С образуется реакционноспособная жидкая фаза, интенсифицирующая растворение кремнезема и глинозема, что способствует повышению термостойкости образцов. Образец оптимального состава имеет следующие свойства: водопоглощение – 7-8%, пористость 12-13%, предел прочности при сжатии 20-22 МПа, термостойкость – 14-15 теплосмен за 8-10с.

При разработке сосотавов керамических материалов на щелочном алюмосиликатном связующем и гранитных отсевах, в качестве наполнителя был выбран тонкомолотый гранитный отсев, а щелочные компоненты представлены едким натром, карбонатом натрия (технической содой), содо-сульфатной смесью. Расход щелочного компонента составлял до 5% по Na2О. Заполнителем является гранитные отсевы фракции 1-3 мм – 50%; 0,14 – 1 мм – 40%; менее 0,14 – 10%. Количество молотого и немолотого гранитного отсева, а так же количество связки варьировалось исходя из свойств формовочной смеси и трещиностойкости образцов (таблица 3).

Для интенсификации процесса обжига и обеспечения необходимых физико-механических свойств плит в процессе скоростного обжига в роликовой щелевой печи в состав плиточных масс был введен стеклобой в количестве 5-10% и добавки в виде 5% фосфогипса или шлака. Выявлено, что газопроницаемость при 120С составляет 0,68·10-5, а после 800С – 0,82·105 м2/Па·с. Эти показатели почти в 2 раза превышают газопроницаемость обычных керамических масс на основе глинистых материалов. В этом случае через проницаемые поры будет диффундировать кислород во внутрь изделия, способствуя окислению органических веществ, и значительному прогреву изделия.

Были определены предельно безопасные кривые сушки плиток различного назначения. Так облицовочные плитки размером 300х200х5мм при однорядной укладке могут быть высушены без дефектов за 7-8 мин, плитки для полов размером 300х300х10мм за 40-50 мин. Также были определены безопасные скорости нагрева и охлаждения и допустимые перепады температур по плоскости плиток, которые исключают возможность образования трещин при нагревании до максимальной температуры и последующего охлаждения.

Таблица 3 – Составы сырьевой смеси и физико-механические свойства керамических материалов на основе гранитных отсевов

Состав сырьевой смеси соотношение в частях по массе Щелочной компонент Прочность образцов при сжатии, МПа Средняя плотность, кг/м3
в связке SiO2 Na2О ГО-заполнитель связка Сушка 1050С Обжиг 950-1100°С
2,5 6,0 NaOH 10,5 38,2 2110
2,6 5,8 NaOH 10,9 38,8 2140
2,7 5,6 NaOH 11,6 39,1 2180
2,8 5,7 NaOH 12,1 40,4 2220
2,9 5,2 Сода 7,4 25,8 2020
3,0 5,0 Сода 7,8 26,3 2040
3,1 4,8 Сода 8,4 26,9 2060
3,2 4,6 Сода 9,3 28,2 2080
3,3 4,4 ССС 5,1 15,3 1820
3,4 4,2 ССС 5,5 15,8 1850
3,5 4,0 ССС 5,7 16,4 1870


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.