Отходы керамического кирпича как сырье для производства реставрационных материалов архитектурных памятников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ургенчский Государственный университет

Хорезмская Академия Маъмуна,

ОТХОДЫ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА КАК СЫРЬЁ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА РЕСТАВРАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ АРХИТЕКТУРНЫХ ПАМЯТНИКОВ

Шарофат Мухаммадовна Машарипова,

Забибулла Камилович Бабаев

(автор для связи), Кафедра «Химическая технология»

Аннотация

Это статья об отходах керамического кирпича как сырьё для производства реставрационных материалов архитектурных памятников. Данная работа посвящена изучению свойств отхода керамического кирпича как техногенного минерального сырья для повторного использования в производстве стеновых материалов.

Ключевые слова: керамический кирпич, промышленные отходы, сырьевая композиция, глина.

Abstract

WASTE OF CERAMIC BRICK AS A RAW MATERIAL FOR THE PRODUCTION OF RESTORATION MATERIALS OF ARCHITECTURAL MONUMENTS

This article is about waste ceramic bricks as raw materials for the production of restoration materials for architectural monuments. This work is devoted to the study of the properties of waste ceramic bricks as man-made mineral raw materials for reuse in the production of wall materials.

Key words: ceramic brick, industrial waste, raw material composition, clay.

ВВЕДЕНИЕ

Производство керамического кирпича в условиях Республики Узбекистан сопровождается образованием ряды отходов, вопрос утилизации которых до сих пор является не решённой задачей. К числу таких отходов относится бой керамического кирпича и шлаки, количество которых варьируется в пределах 10-15% и 8-12 % соответственно. Их до настоящего времени в основном вывозят на свалки твердых бытовых отходов, либо складывают в специальное отведенные места. При этом не только значительно увеличиваются объемы свалок, также безвозвратно теряется минеральное сырье, ресурсы которого ограничены в условиях Хорезмского региона. Данная работа посвящена изучению свойств отхода керамического кирпича как техногенного минерального сырья для повторного использование в производстве стеновых материалов. Актуальность решения такой задачи обусловлена, с одной стороны, экологическими проблемами снижения ресурсоемкости стеновых материалов, с другой - вопросами социально-экономического развития региона.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

керамический кирпич сырье материал

Известно, что минерально-сырьевая база исчерпывается с возрастающими темпами производстве и является недостаточной для удовлетворения потребностей в минеральных ресурсах, что определяет необходимость вовлечения в производственный цикл техногенных материалов[1-5]. При этом большими возможностями для использования техногенного сырья обладает производство керамического кирпича [6]. В работах [2, 5] доказана возможность применения различных техногенных материалов при производстве керамического кирпича в качестве добавки, а в некоторых композициях в качестве основного сырья [1], замещая частично или полностью не возобновляемые ресурсы глинистых пород. Большой объем производства керамического кирпича позволяет утилизировать промышленные отходы в значительных количествах и широком диапазоне их состава с использованием традиционной технологии и аппаратурного оснащения. Кроме того, создание сырьевых композиций с применением техногенных материалов в качестве добавки является одним из путей расширения масштабов использования низкосортных глинистых пород, повышения технических свойств и понижения себе стоимости получаемого керамического кирпича. С точки зрения рационального природопользования бой керамического кирпича представляет собой недоиспользованное сырье строительного назначения, способное обеспечить керамическую промышленность высококачественными отощающими добовками подобными шамоту. Известно [7], что шамот является одним из наиболее качественных отощителей глин. Шамот в отличие от других отощителей не снижает огнеупорность керамической массы, но является дорогим материалом, и поэтому его не применяют для изготовления керамического кирпича. В наших исследованиях использовали бой керамического кирпича, образующийся в качестве отхода при производстве керамического кирпича из лессовидного суглинка. Исследуемый отход рассматривался как отощающая добавка в составе керамической массы для получения керамического кирпича. В качестве основного сырья использовались глинистые породы- лессовидные суглинки Гавуккулского месторождения Хивинского района Хорезмского области. Исходное сырье было испытано в соответствии с требованиями [8]и нормативными методиками [9]. По физико-механическим свойствам, определяемым числом пластичности и показателем огнеупорности, они относятся к среднепластичному и легкоплавкому глинистому сырью, а по гранулометрическому составу к низко и средне дисперсному. По минеральному составу исследованные в эксперименте образцы глинистых пород относятся к полиминеральным, в основном из глины монтмориллонит. По химическому составу они соответствуют требованиям ГОСТ 32026-2012 и ГОСТ 9169-75 к сырью для керамической промышленности.

Экспериментальные исследования в работе включали разработку составов сырьевой шихты и изготовление образцов керамического черепка. Составы керамических масс разрабатывались с использованием методов строительного материаловедения и математического моделирования. Сырьевые материалы, смеси, образцы подготавливались по стандартной методике[10]. На стадии подготовки бой кирпича измельчался способом сухого помола в шаровой мельнице до тонкости помола с остатком на сите №008 не более 5мас. %. Отсеянный на сите №008 кирпичный порошок (насыпной плотностью рН=1256 кг/м³) в количестве 5-35мас. % смешивался с лессовидным суглинком до получения однородной массы. Сырьевая шихта затворялась водой до образования пластичного теста. Из подготовленной керамической массы методом пластического формования изготавливались лабораторные образцы в виде куба размером 50^50x50 мм. Изготовленные образцы выдерживались при температуре (25±5) °С в течение 1 суток. Образцы досушивались в сушильном шкафу в течение 3-5 ч при температуре 120 °С. Обжиг образцов проводился в муфельной печи марки SNOL 6,7/1100. Режим обжига устанавливался с учетом компонентного состава сырьевой шихты. Для исследованных составов сырьевой шихты в выбранных интервалах варьирования массовой доли порошка кирпичного боя максимальная температура обжига определялась в пределах 900-950 °С. Оценка качества изготовленных в лабораторных условиях образцов проводилась в соответствие нормативным требованиям[11] по показателям: водопоглощение, средняя плотность, объемная воздушная и огневая усадка[12], механическая прочность при сжатии[13], коэффициент теплопроводности [14], марка по средней прочности образцов. Образцы испытывались в лабораторных условиях. При исследовании зависимости между содержанием порошка кирпичного боя в составе сырьевой шихты и основными физико-механическими характеристиками образцов керамического черепка (водопоглощение, средняя плотность, объемная воздушная и огневая усадка, теплопроводность, предел прочности при сжатии) использовался метод линейной регрессии[15]. Степень нелинейности рассматриваемых зависимостей устанавливалась определением значения коэффициента детерминации Я2 при аппроксимации параметров i (водопоглощение, средняя плотность, объемная усадка, теплопроводность, предел прочности при сжатии) линейной моделью

Модель строилась на основании результатов фактического эксперимента и аналитически описывает полученные в опытах зависимости.

Высокое значение коэффициента Я2 для зависимостей определяемых показателей от содержания в шихте порошка кирпичного боя обусловлено практически линейным характером.

Изучения влияние таких добавок, как кальцит, доломит и хлорид натрия по минералоготекстурному и физико-механическому составу поведение твердых кирпичей, предназначенных для использования в качестве новых материалов в реставрация исторических зданий. Поведенческие различия между ними образцы с карбонатами и без них могут быть объяснены различными эволюция текстурно - минералогического состава, сложившаяся в ходе процесс обжига. Показаны, что приводят карбонаты в кирпичах с различным минералогия, в зависимости от обжига, но с устойчивой микроструктурой внутри широкий диапазон температур (800-1000 °С). Это может быть преимуществом при изготовлении керамики но этим изделиям не хватает механического

сопротивления к высоким температурам. Соль частично модифицирует минералогию кирпичи, выступающие в качестве плавящего агента, особенно при высоком обжиге температуры, и дающ подъем к более устойчивым продуктам которые подходит для проведения реставрационных работ. [15]

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ экспериментальных данных, приведенных на рисунке, показывает, что увеличение доли кирпичного порошка в шихте приводит к некоторому повышению водопоглощения. В то же время четко прослеживается динамика снижения значений общей усадки, средней плотности, коэффициента теплопроводности, прочности образцов при сжатии. В соответствии с нормативными документами для разных видов строительных изделий водопоглощение, не должно превышать 20 мас. % и является качественной характеристикой процесса спекания.

Рисунок 1 Основные показатели опытных образцов

На графике водопоглощения данное значение является лимитирующим при оптимизации керамической шихты и позволяет определить с учетом полученных значений усадочных деформаций, средней плотности, коэффициента теплопроводности и прочности при сжатии рациональный диапазон изменения содержания кирпичного порошка в двухкомпонентной шихте на основе легкоплавкой глины при определенной температуре обжига. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования кирпичного боя в действующей технологии керамического кирпича марки М125, М 150 с содержанием в двухкомпонентной шихте кирпичного порошка до 30 мас. % при температуре обжига до 950 °С, что соответствует нормативным требованиям. [12]

ВЫВОДЫ

Оптимальное содержание измельченного порошка в составе массы керамического кирпича 20-30 мас. %. При увеличении более 30 мас. % вводимой добавки, уменьшается прочность при сжатии ниже нормируемого и повышается водопоглощение получаемых образцов, а при уменьшении его содержания менее 10 мас. % не наблюдается существенного снижения коэффициента теплопроводности. Изделия, изготовленные из лессовидных суглинков с добавкой в пределах изменения в составе керамической массы массовой доли порошка боя керамического кирпича, имеют достаточную насыщенность цвета и чистоту цветового тона.

Таким образом, в результате проведения эксперимента установлены возможности использования отхода керамического кирпича в качестве отощителя. Данное техногенное сырье рекомендуется после соответствующего помола.

Библиографическая ссылка

1. M. Dondi, M. Marsigli, B. Fabbri, Recycling of industrial and urban wastes inbrick production - a review (Part I), Tile Brick Int. 13 (1997) 218-225.

I. Demir, Effect of organic residues addition on the technological properties ofclay bricks, Waste Manage. 28 (2008) 622-627.

2. S.P. Raut, R.V. Ralegaonkar, S.A. Mandavgane, Development of sustainableconstruction material using industrial and agricultural solid waste: a review ofwaste-create bricks, Constr. Build. Mater. 25 (2011) 4037-4042.

3. L. Zhang, Production of bricks from waste materials - a review, Constr. Build.Mater. 47 (2013) 643-655.

4. P. Munoz Velasco, M.P. Morales Ortiz, M.A. Mendrnl Giro, L. Munoz Velasco,Fired clay bricks manufactured by adding wastes as sustainable constructionmaterial - a review, Constr. Build. Mater. 63 (2014) 97-107.

5. Фоменко А.И., Грызлов В.С., Катюшина.А.Г. Отходы керамического кирпича как эффективный компонент строительных композитов // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 2-2. С. 260-264;

6. Е.В. Горохова Материаловедение и технология керамики. Минск: Выш.шк. 2009-222 с.

7. . ГОСТ 9169-75 «Сырье глинистое для керамического кирпича»

8. ГОСТ 21216-2014 «Сырье глинистое. Методы испытаний».

9. ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия».

10. ГОСТ 7025-91 «Кирпич и камни керамические, силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости»

11. ГОСТ 8462-85 «Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе»

12. ГОСТ 8462-85 «Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе»

13. Дятлова, Е. М. Химическая технология керамики и огнеупоров. Лабораторный практикум: - Минск: БГТУ, 2006. 284 с.

14. Гартман Т.Н.Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: Учеб. пособие для вузов/ Т.Н. Гартман, Д.В.Клушин.М.:ИКЦ «Академкнига»,2006,.-416 с.

Размещено на Allbest.ru