Товарознавча оцінка пористих стінових керамічних виробів з використанням лушпиння соняшнику та відходів целюлозно-паперової промисловості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний торговельно-економічний університет

УДК 666.31.7:620.2

Спеціальність 05.19.08 - товарознавство промислових товарів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Товарознавча оцінка пористих стінових керамічних виробів з використанням лушпиння соняшнику та відходів целюлозно-паперової промисловості

Красовський Євген Валерійович

Київ - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному торговельно-економічному університеті.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Михайлов Володимир Іванович - Український науково-дослідний інститут будівельних матеріалів та виробів, провідний науковий співробітник лабораторії стінової кераміки та енергозбереження

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор, Крупа Олексій Арсентійович - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", завідувач кафедри хімічної технології кераміки та скла

- кандидат технічних наук, доцент, Чернавка Михайло Іванович - Кооперативно-торговельний університет Молдови, доцент

Провідна установа: Київський національний університет будівництва і архітектури, кафедра технології та виробництва бетонних та залізобетонних конструкцій, Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться "13" червня 2003 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.055.02 в Київському національному торговельно-економічному університеті за адресою: 02156, м. Київ, вул. Кіото, 19.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного торговельно-економічного університету за адресою 02156, м. Київ, вул. Кіото, 19

Автореферат розісланий "12" травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Тищенко Є.В.

Анотації

Красовський Є.В. Товарознавча оцінка пористих стінових керамічних виробів з використанням лушпиння соняшнику та відходів целюлозно-паперової промисловості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.08 - товарознавство промислових товарів. - Київський національний торговельно-економічний університет, Міністерство освіти і науки України, Київ, 2003.

Дисертацію присвячено дослідженню споживних властивостей пористих стінових керамічних виробів з використанням відходів целюлозно-паперової промисловості та лушпиння соняшнику. Доведено, що лігнін, скоп та лушпиння соняшнику можуть бути використані, як пороутворювачі для виробництва ефективної стінової кераміки. Визначено оптимальні склади керамічних сумішей, оптимальні технологічні параметри та гранулометричний склад вигораючої домішки.

Результати досліджень дозволили отримати пористі ефективні стінові керамічні вироби з поліпшеними споживними властивостями при економії сировини та палива. З метою розширення асортименту та підвищення якості ефективної стінової кераміки розроблено нові технічні умови.

Основні результати праці впроваджено у виробництво та будівництво. Проведено комплексну оцінку якості та визначено соціально-економічний ефект від впровадження у виробництво.

Ключові слова: пористі керамічні вироби, споживні властивості, оптимальні склади, керамічна маса, відходи целюлозно-паперової промисловості, лушпиння соняшнику.

Красовский Е.В. Товароведная оценка пористых стеновых керамических изделий с использованием шелухи подсолнечника и отходов целлюлозно-бумажной промышленности. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.08 - товароведение промышленных товаров. - Киевский национальный торгово-экономический университет, Министерство образования и науки Украины, Киев, 2002.

Диссертация посвящена исследованию потребительных свойств пористых стеновых керамических изделий с использованием отходов целлюлозно-бумажной промышленности и шелухи подсолнечника.

Доказано, что лигнин, скоп и шелуха подсолнечника могут быть использованы для производства эффективной стеновой керамики.

Результаты исследований позволили получить пористые эффективные стеновые керамические изделия с улучшенными потребительными свойствами при экономии сырья и топлива.

В работе рассмотрены теоретические и практические аспекты формирования потребительных свойств пористых стеновых керамических изделий. Определена структура потребительных свойств, осуществлён анализ требований нормативной документации, разработана номенклатура ассортимента и требования к качеству пористых стеновых керамических изделий.

Проанализирован мировой опыт производства и исследований в области получения пористой стеновой керамики, определены преимущества и недостатки разных способов получения.

Осуществлено прогнозирование потребительных свойств пористых стеновых керамических изделий с использованием отходов целлюлозно-бумажной промышленности и шелухи подсолнечника. Разработаны математические модели зависимостей потребительных и основных технологических свойств от состава керамической смеси и определено оптимальное содержание компонентов. Построены математические модели зависимостей потребительных свойств пористых стеновых керамических изделий на основе оптимальных керамических смесей от основных технологических параметров и определён оптимальный технологический режим. На основе математических моделей влияния гранулометрического состава выгорающей добавки на потребительные и технологические свойства определён оптимальный гранулометрический состав.

Приведены результаты микроскопических исследований, рентгенограммы, порограммы полученных образцов, дериватограммы керамических смесей, результаты определения соотношения закрытой и открытой пористости.

В работе рассмотрено влияние технологической схемы производства на показатели потребительных свойств пористых стеновых керамических изделий. Разработана оптимальная технологическая схема производства. Результаты лабораторных опытов проверены в промышленных условиях.

Проведена комплексная оценка качества разработанных изделий и представлены результаты сравнения полученного значения с комплексными показателями качества товаров-аналогов (пенокерамика, пенобетон, ячеистая керамика, пустотелый кирпич).

Основные результаты работы внедрены в производство и строительство. Проведена оценка экономического эффекта от внедрения, который состоит из: экономии в производстве, экономии в строительстве и экономии во время эксплуатации домов.

Ключевые слова: пористые керамические изделия, потребительные свойства, оптимальные составы, керамическая масса, отходы целлюлозно-бумажной промышленности, шелуха подсолнечника.

Krasovski E.V. The commodity expertise of porous ceramic materials with waste utilization of paper industry and peel of sunflower. Manuscript.

Dissertation towards the scientific degree of Candidate of Technical Science on specialization 05.19.08 - industrial commodity research. - Kyiv National University of Trade and Economics, Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2002.

This dissertation is dedicated to examining consumer properties of porous ceramic materials with waste utilization of paper industry and peel of sunflower. It is proved that lignin, sewage sludge of a paper plant, peel of sunflower may be used as raw materials for the production of porous ceramic brick. The spheres of optimum proportion of ceramic components, optimum technological parameters and granulometric composition have been determined.

The results of research allowed obtaining porous ceramic brick with improver consumer properties and with saving of raw material. With the purpose of extension of assortment and heightening quality the new technical conditions have developed.

The main results of the work were introduced into production and construction. The data about economic effectiveness of producing are given.

Key words: porous ceramic brick, consumer properties, optimum compositions, ceramic mass, waste of a paper industry, peel of sunflower.

Загальна характеристика роботи

Актуальність дослідження. У всьому світі приділяють велику увагу питанню теплоізоляції будинків та споруд, як найбільш ефективному напряму скорочення тепловитрат. В Україні питання теплозбереження в останні роки набуло великого значення. Однак по багатьом показникам ми суттєво відстаємо від розвинутих країн. На одиницю житлової площі в Україні витрачається в 2-3 рази більше енергії, ніж у країнах Європи, де виробництво теплоізоляційних матеріалів на душу населення в 5-6 разів більше, 70% спожитих на Україні теплоізоляційних матеріалів є імпортом.

Потреба у пористих стінових керамічних виробах із високими теплоізоляційними властивостями обумовлена наступними чинниками: зростання вартості енергоносіїв, збільшення обсягів приватного будівництва, появою соціального замовлення на матеріали, які створюють підвищену комфортність житла. Виробництво керамічної цегли в 2001 році склало 2,4 млрд. шт. ум. цегли з них ефективна (це переважно порожниста цегла) склала менше 3%. Крім того, 47% з усього обсягу виробництва звичайної повнотілої цегли складає цегла М 75 та 37,5% цегла М 100.

Будівельні керамічні вироби повинні відповідати наступним вимогам - мати високі теплоізоляційні властивості, невелику об'ємну масу та достатню міцність. У зв'язку з тим, що цегла зі звичайних глинистих порід має густину 1800-2200 кг/м 3, зниження її можливе порожнинами та порами, створеними штучним шляхом. Основними способами створення пористої структури є:

· введення вигораючих домішок;

· застосування глин, що добре спучуються;

· додавання до суспензій керамічного матеріалу піноутворювачів.

Найбільш доцільно, як з економічної так і з екологічної точок зору надавати матеріалу пористої структури за допомогою вигораючих органічних домішок, які є відходами промисловості. Так тільки на Київському КПК (м. Обухів) щоденно утворюється близько 100 т осаду стічних вод (скопу) та витрати на ліквідацію цього відходу складають 30 грн. на кожну тону, використання його, наприклад, для виробництва волокнистих плит недоцільно внаслідок високих енергетичних витрат на сушку виробів. Лігнін сульфатної переробки деревини та лушпиння соняшнику сьогодні використовуються переважно як паливо.

На користь створення стін з пористої цегли свідчить також той факт, що на відміну від них багатошарові стіни та стіни з внутрішніми порожнинами схильні до утворення значної кількості конденсату всередині стіни, що негативно впливає на теплоізоляційні властивості стіни. Крім того, використання полімерних теплоізоляційних матеріалів стримується їх відносно високою вартістю.

Також необхідно відмітити позитивний вплив на людей, які проживають у будинках із керамічної цегли у порівнянні із залізобетонними будинками та будинками із силікатної цегли.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась відповідно до госпдоговірних науково-дослідних тем згідно з договорами №225.00 від 5.10.2000, предмет договору: "Розробити технологічні параметри та технологічну схему виробництва керамічного каменю густиною 900-1000 кг/м 3 (за замовленням ВАТ "Чернівецький цегельний завод №1"); № 204.00 від 25.12.2000, предмет договору "Розробити параметри виробництва теплоефективної цегли на основі місцевих суглинків та некондиційних каолінів" (за замовленням Кіровоградського ЗБК); № 66 від 10.10.2001 про творчу співдружність між НДІБМВ та КНТЕУ.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи - отримати пористі стінові керамічні вироби з поліпшеними споживними властивостями, зокрема, із високими теплоізоляційними властивостями, шляхом використання різних вигоряючих домішок (відходів целюлозно-паперової промисловості, лушпиння соняшнику). Відповідно до мети було поставлено та вирішено наступні завдання:

· проаналізовано асортимент, споживні властивості наявних на ринку України стінових тепло- та звукоізоляційних матеріалів та розроблено способи поліпшення їх споживних властивостей;

· проаналізовано світовий та вітчизняний досвід досліджень у галузі отримання теплоефективних керамічних виробів та розроблено вимоги до нових пористих стінових керамічних виробів;

· розроблено технологію виробництва пористих стінових керамічних виробів із високими споживними властивостями, використовуючи відходи промисловості;

· досліджено фізико-механічні та технологічні властивості пористих стінових керамічних виробів;

· досліджено теплофізичні властивості пористих стінових керамічних виробів;

· оцінено надійність пористих стінових керамічних виробів;

· обґрунтовано вибір керамічних мас із вмістом відходів целюлозно-паперової промисловості для отримання керамічних виробів із високими тепло- та звукоізоляційними властивостями;

· проведено оцінку соціально-економічної ефективності виробництва пористих стінових керамічних виробів;

· проведено комплексну оцінку якості нових пористих стінових керамічних виробів.

Об'єктами дослідження є нові пористі стінові керамічні вироби на основі глин Халепського, Кіровоградського та Чернівецького родовищ із домішками золошлаку Трипільської ДРЕС, осаду стічних вод (скопу) Київського КПК (м. Обухів), лігніну Херсонського целюлозно-паперового комбінату (м. Цюрюпінськ), лушпиння соняшнику (Чернівецького масложиркомбінату), некондиційних каолінів Обознівського та Турбівського родовищ.

Предметом дослідження є функціональні властивості, а також надійність нових пористих стінових керамічних виробів.

Методи дослідження. Теплопровідність та звукопоглинання визначено за допомогою приладів розроблених у НДІБМВ. Густину, межу міцності на стиск та згин, морозостійкість, водовбирання, повітряну та загальну усадки, пластичність, чутливість до висушування визначено за допомогою стандартних приладів за стандартними методиками. Планування експерименту та математичну обробку результатів здійснено за допомогою пакету програм StatSENS 2001, який розроблений у НТУУ "КПІ".

Наукова новизна одержаних результатів. Проведено дослідження споживних властивостей пористих стінових керамічних виробів з використанням відходів целюлозно-паперової промисловості та лушпиння соняшнику.

Встановлено закономірності впливу різних типів відходів целюлозно-паперової промисловості та лушпиння соняшнику на споживні та технологічні властивості пористих стінових керамічних виробів, а саме, на межу міцності на стиск та згин, теплопровідність та звукопоглинання, морозостійкість, водовбирання, густину, загальну та сушильну усадку, пластичність, чутливість до висушування.

Практичне значення одержаних результатів. Автором здійснено комп'ютерне моделювання з метою отримання оптимальних складів, технологічних режимів та прогнозування споживних властивостей пористих стінових керамічних виробів.

Результати досліджень дозволили отримати нові пористі ефективні стінові керамічні вироби при економії сировини та палива до 20 %, збільшити обсяги утилізації промислових відходів.

У промислових умовах під час випуску дослідної партії виробів на лабораторно-технологічній лінії НДІБМВ встановлено, що отримані пористі ефективні вироби відповідають вимогам нормативної документації.

Розроблені пористі вироби з використання лушпиння соняшнику впроваджено у виробництво у ВАТ "Чернівецький цегельний завод №1" в кількості 15 млн. шт. умовної цегли в рік.

Розроблено нові технічні умови на дослідну партію ТУ У В.2.7-26.4-00294349-080-2002 "Цегла та камені теплоізоляційні, теплоізоляційно-конструкційні та конструкційно-теплоізоляційні "Теплокерам", що дозволить поліпшити споживні властивості, розширити асортимент пористих ефективних стінових керамічних виробів.

Результати досліджень можуть бути широко використані у промисловості без використання великих капітальних вкладень та суттєвої зміни технологічної лінії цегляного заводу.

Річний економічний ефект у виробництві від впровадження результатів досліджень у ВАТ "Чернівецький цегельний завод №1" становить 340 тис. грн. на рік.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок автора полягає в проведенні експериментальних досліджень, аналітичній обробці та узагальненні отриманих результатів, виготовлені дослідної партії розроблених виробів.

Автором проаналізовано вимоги вітчизняної та закордонної нормативної документації, результати досліджень у галузі отримання пористої кераміки та розроблені технічні умови на пористі ефективні стінові керамічні вироби, в яких вперше визначено вимоги до пористих ефективних стінових керамічних виробів, умови транспортування та зберігання, правила приймання та порядок проведення випробувань, вимоги охорони оточуючого середовища, розроблено асортимент виробів.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Київського національного торговельно-економічного університету за підсумками науково-дослідної роботи 1999-2002 рр.; на виставці-конференції "Тепло і теплий дім" (м. Київ, 2002 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні проблеми охорони навколишнього середовища та енергозбереження" (м. Київ, 2002).

Публікації. Основний зміст роботи відображено в 7 друкованих роботах, в тому числі у 6 статтях (з них 3 у фахових виданнях), та в 1 патенті на винахід.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, списку використаних джерел (124 найменувань) та додатків. Обсяг дисертації становить 119 сторінок; включає 26 таблиць, 42 рисунка, 12 додатків.

Основний зміст роботи

У першому розділі дисертаційної роботи наведено аналіз стану ринку теплоізоляційних та керамічних стінових матеріалів, проаналізовано літературні джерела присвячені отриманню теплоефективних стінових виробів та дослідженню їх властивостей. Встановлено, що найбільш раціональним методом отримання теплоефективних стінових керамічних виробів є введення в керамічну шихту вигораючих органічних домішок, які є відходами промисловості. Цей спосіб найбільш доступний підприємствам цегляної промисловості, оскільки передбачає мінімальні зміни технологічної лінії, крім того, використання відходів промисловості дозволить вирішити екологічне питання, зменшити витрати на утилізацію відходів.

У другому розділі обґрунтовано вибір та описано об'єкти та методи дослідження. Як об'єкти дослідження обрано споживні властивості пористих рядових стінових керамічних виробів на основі глин Халепського, Кіровоградського та Чернівецького родовищ із домішками золошлаку Трипільської ДРЕС, осаду стічних вод (скопу) Київського КПК (м. Обухів), лігніну Херсонського целюлозно-паперового комбінату (м. Цюрюпінськ), лушпиння соняшнику Чернівецького масложиркомбінату, некондиційних каолінів Обознівського та Турбівського родовищ. При виборі об'єктів дослідження враховувались економічні та технологічні вимоги, а також потреба у пористих стінових керамічних виробах. Загальну схему досліджень наведено на рис. 1.

Рис. 1 Загальна схема досліджень

Основними показниками споживних властивостей обрано: міцність на стиск, густину, теплопровідність, морозостійкість, звукопоглинання, водовбирання, міцність на згин.

Досліджені такі технологічні властивості, як повітряна та загальна усадка, пластичність, чутливість до висушування.

Основним завданням у питанні поліпшення споживних властивостей пористих стінових керамічних виробів є одержання керамічного черепка з достатньою міцністю та морозостійкістю, низькими теплопровідністю та водовбиранням. Це завдання може бути вирішено раціональним підбором складу керамічної шихти, оптимізацією технологічного режиму виробництва.

Моделювання складів керамічних сумішей здійснено за допомогою симплекс-центроїдного методу планування експерименту. Експериментально було визначено властивості 16 складів (із них 7 складів відповідають точкам симплекс-центроїдного плану, а 9 складів виконують роль контрольних точок). Як вхідні змінні модельного складу прийняті: основна легкоплавка глиниста сировина - Х1, корегуюча домішка - Х2, вигораюча органічна домішка Х3, а саме, наступні варіанти:

· глина Халепського родовища, золошлак Трипільської ДРЕС, скоп Київського КПК;

· глина Чернівецького родовища, некондиційний каолін Турбівського родовища, лушпиння соняшнику Чернівецького масложиркомбінату;

· жовто-бурий суглинок Кіровоградського родовища, лігнін Херсонського ЦПК, некондиційний каолін Обознівського родовища.

Як вихідні змінні обрано показники споживних властивостей: границя міцності на стиск та згин, густина, теплопровідність, звукопоглинання, водовбирання, морозостійкість та технологічні властивості, які мають переважний вплив на показники споживних властивостей, це: повітряна й загальна усадка, чутливість до висушування, пластичність.

Основні результати досліджень

Дослідження споживних властивостей пористих стінових керамічних виробів

Для пошуку функціональних залежностей між вхідними та вихідними змінними було використано пакет програм StatSENS 2001. Адекватність моделей встановлена за критерієм Фішера.

За розрахунковими значеннями побудовані діаграми типу "склад - властивість".

На наступному етапі визначені області допустимих складів, які дозволяють отримати ефективні керамічні вироби, які за показниками споживних властивостей відповідають вимогам нормативної документації.

Жорсткими обмежувальними параметрами є: теплопровідність, густина черепка, межа міцності на стиск, морозостійкість.

Використовуючи накладені жорсткі обмеження, на симплексі були побудовані ізолінії, які обмежують зону допустимих складів для кожного виду ефективних виробів. Встановлено, що з дослідженої сировини можна отримати два види ефективних стінових виробів, це: конструкційно-теплоізоляційні та теплоізоляційно-конструкційні. Отримані області допустимих складів представлені на рис. 1, 2.

Рис. 2 Зона допустимих складів для отримання конструкційно-теплоізоляційної цегли на основі - а) спонділової глини Халепського родовища, б) жовто-бурого суглинку Кіровоградського родовища, в) глини Чернівецького родовища

Рис. 3 Зона допустимих складів для отримання теплоізоляційно-конструкційної цегли на основі - а) спонділової глини Халепського родовища, б) жовто-бурого суглинку Кіровоградського родовища, в) глини Чернівецького родовища

Аналіз діаграм виявив, що для всіх видів отриманих виробів (окрім теплоізоляційно-конструкційної цегли на основі спонділової глини Халепського родовища) зона допустимих складів обмежена граничними значеннями показників теплопровідності, морозостійкості та густини. Для теплоізоляційно-конструкційної цегли на основі спонділової глини Халепського родовища ця зона обмежена також граничним значенням показника межі міцності на стиск.

Вміст каоліну розширює зону допустимих складів, вміст золошлаку у керамічній суміші на основі спонділової глини Халепського родовища, хоча і значно підвищує показники міцності, звужує цю зону за рахунок показника морозостійкості.

Шляхом багатокритеріальної оптимізації методом Гаусса-Зейделя з урахуванням вагомості досліджених властивостей були винайдені оптимальні склади керамічних сумішей (табл. 1). Мінімізувались показники теплопровідності, водовбирання, густини черепка, сушильної та загальної усадки; максимізувались показники межі міцності на стиск та згин, звукопоглинання, чутливості до висушування та пластичності. Для показників чутливості до висушування та пластичності значення показника було обмежено відповідно 180 с та 25 одиницями (крім керамічної суміші на основі глини Чернівецького родовища та лушпиння соняшнику - верхня межа пластичності 15 одиниць), що відповідає високопластичній не чутливій до висушування сировині. Показник водовбирання обмежувався мінімальним значення 8%.

Таблиця 1. Оптимальні склади керамічних сумішей

Шифр шихти	Склад керамічної маси, об. %	Густина, кг/мі	Міцність на стиск, МПа	Водовбирання, %	Коефіцієнт теплопровідності, Вт/м*К	Морозостійкість, циклів
КТХ	Глина Халепського родовища 58 об.%, золошлак 20 об.%, скоп 22 об.%	1108	11,2	13,8	0,27	27
ТКХ	Глина Халепського родовища 37 об.%, золошлак 7 об.%, скоп 56 об.%	786	5,1	25,4	0,18	15
КТК	Суглинок жовто-бурий Кіровоградського родовища 50 об.%, каолін 12 об.%, лігнін 38 об.%	1123	11,1	17,4	0,29	29
ТКК	Суглинок жовто-бурий Кіровоградського родовища 43 об.%, каолін 6 об.%, лігнін 51 об.%	903	8,3	22,6	0,23	20
КТЧ	Глина Чернівецького родовища 30 об.%, каолін 29 об. %, лушпиння соняшнику 40 об.%	981	7,8	18,7	0,26	32
ТКЧ	Глина Чернівецького родовища 30 об.%, каолін 19 об.%, лушпиння соняшнику 51 об.%	818	7,1	24,7	0,21	26

Розроблені оптимальні склади перевірено в промислових умовах підчас випуску дослідної партії.

Моделювання технологічного режиму здійснено на прикладі розроблених оптимальних складів на основі глинистої сировини Чернівецького родовища з використанням центрального композиційного ортогонального плану. Як вхідні зміні відібрані технологічні фактори, що мають суттєвий вплив на споживні властивості виробів, а саме - температура випалу та тиск пресування, як вихідні зміні обрано густину черепка, межу міцності на стиск та водовбирання. Адекватність моделей встановлено за критерієм Фішера.

Досліджено по три рівні для кожної вхідної змінної: температура випалу 1000 єС (рівень -1), 1060 єС (рівень 0), 1120 єС (рівень 1); тиск пресування 2,5 МПа (рівень -1), 5 МПа (рівень 0), 7,5 МПа (рівень 1).

На основі отриманих моделей були побудовані діаграми залежностей (рис. 4-6).

Рис. 4 Вплив технологічних параметрів на густину черепка: а) шихта КТЧ, б) шихта ТКЧ

Рис. 5 Вплив технологічних параметрів на межу міцності на стиск: а) шихта КТЧ, б) шихта ТКЧ

Рис. 6 Вплив технологічних параметрів на водовбирання: а) шихта КТЧ, б) шихта ТКЧ

Методом багатокритеріальної оптимізації шляхом максимізації функції бажаності по Харрінгтону для конструкційно-теплоізоляційної цегли оптимальним технологічним режимом є: температура випалу 1045 єС та тиск пресування 2,5 МПа. Для теплоізоляційно-конструкційної цегли оптимальним технологічним режимом є: температура випалу 1030 єС та тиск пресування 2,5 МПа. З отриманих результатів встановлено, що з підвищенням кількості вигораючої домішки дещо знижується оптимальна температура випалу, що пов'язано зі зниженням температурної межі утворенням скловидного розплаву.

Дослідження залежності властивостей пористих керамічних виробів від гранулометричного складу вигораючої домішки здійснено на прикладі конструкційно-теплоізоляційної цегли на основі глинистої сировини Чернівецького родовища (рис. 7,8).

Методом багатокритеріальної оптимізації шляхом максимізації функції бажаності по Харрінгтону було визначено оптимальний гранулометричний склад вигораючої домішки (лушпиння соняшнику) - це частки діаметром 0,5 мм.

Рис. 7. Залежність усадки від гранулометричного складу вигораючої домішки

Рис. 8. Залежність густини, міцності на стиск, водовбирання від гранулометричного складу вигораючої домішки

Для оцінки отриманої структури пористої кераміки та оптимізації режиму випалу шліфи зразків були досліджені під мікроскопом. Це дозволило наглядно представити зміну структури пористості черепка від виду та вмісту вигораючої домішки та зробити наступні загальні висновки: повсюди зустрічаються обвуглені зерна органічної домішки, котрі при випалі частково або повністю вигоріли, утворив при цьому пори різної величини, пори неправильної форми, округловато-ізометричні, часто повторюють форму зерна на місті якого утворились, замкнуті та сполучені; в цілому черепок пористий, тріщинуватість розвинута незначно.

Результати дериватографічного аналізу виявили термічні ефекти в інтервалі температур 200-500 єС - процес вигорання органічної речовини низькотемпературного комплексу (скопу, лігніну, частини лушпиння соняшнику) та при температурі 600-700 єС - вигорання високотемпературного органічного комплексу лушпиння соняшнику. Ендоефект 750-800 єС вказує на процес дисоціації карбонатів кальцію. Екзотермічний ефект при температурі 900 єС відноситься до процесу кристалізації нових фаз.

На рентгенограмах зразків на основі розроблених оптимальних складів виявлені піки міжповерхневих відстаней муліту (d/n - 5,4; 2,88; 2,69; 2,54; 2,20; 1,83; 1,69; 1,52 Е), що пояснює певну міцність отриманого матеріалу. Муліт утворюється з г-глинозему, який існує в інтервалі 600-1000 єС, в той же час, як сам муліт утворюється лиш між 900-950 єС, тобто після перебудови решітки. Слід відмітити, що наявність на дериватограмах екзотермічного ефекту 900 єС не пов'язана з утворенням г-глинозему, а є результатом процесів в решітці, які передують мулітоутворенню, розуміючи під останнім повільний ріст кристалів муліту. З вільного Al2O3 муліт утворюється вже при 750 єС.

Всі властивості керамічного матеріалу визначаються його складом, будовою та перед усім величиною та характеристикою пористості. Пористий матеріал, звичайно, вміщує відкриті та закриті пори. Збільшення закритої пористості за рахунок відкритої підвищує його довговічність, знижує теплопровідність та підвищує звукопоглинання. При густині черепка отриманих зразків від 800 до 1100 кг/м 3 загальна пористість зразків складає 55-69%, капілярна пористість 15-20%.

Дослідження капілярної пористої структури здійснено за допомогою порометра ГЭДП-2-82. Розподілення капілярних пор за розмірами характеризується диференціальною кривою розподілення об'єму пор за їх радіусом. Площа під диференціальною кривою дорівнює сумарному об'єму пор в одиниці об'єму.

Аналізуючи результати вимірювань слід відмітити, що пори досліджених зразків дрібні (менше 0,1 см). Зразки з домішками лігніну та лушпиння соняшнику мають більше 50% пор діаметром від 0,01 до 0,0001 см, для них характерно розподілення пор у досить вузькому інтервалі, тобто пори однорідні за розміром. На відміну від попередніх, зразки з домішкою скопу мають пори, що майже рівномірно розподілені в широкому інтервалі (від 0,01 до 1*10-8 см), що пояснюється наявністю дрібнодисперсного карбонату, який також утворює пори; також на зменшення величини пор та збільшення відсотку закритої пористості впливає домішка золошлаку, яка сприяє утворенню більшого об'єму склофази. Усі ці фактори визначають міцність та довговічність отриманого матеріалу.

Слід відмітити, що зі збільшенням кількості вигораючої домішки збільшується відсоток великих пор.

Четвертий розділ дисертаційної роботи присвячений розробці технології виробництва пористих стінових керамічних виробів. Особливості розробленої технології полягають у:

· попередньому здрібнюванні глини та зволоженні її шляхом паропрогріву перед закладкою на вилежування, що підвищує міцність виробів не менш ніж на 20-30%;

· вилежуванні глинистої сировини в глиносховищах, що сприяє підвищенню якості маси, покращує її сушильні властивості, підвищує міцність виробів не менш ніж на 10-12%;

· використанні у технологічній схемі бігунів, які роздрібнюючи глину роздавлюванням та тертям, сприяють частковому видаленню повітря з глиномаси, підвищують її якість, покращують сушильні властивості маси та не менш ніж на 25-30% підвищують якість виробів, установка бігунів не виключає використання вальців дрібного помелу;

· сушінні виробів в тунельних чи в камерних сушилах із реверсивною подачею й рециркуляцією теплоносія при підвищеній температурі (на 50 єС вище ніж при виробництві звичайної цегли) за прискореним режимом;

· введенні соняшникового лушпиння у керамічну масу в переробленому стані, що призводить до отримання виробів з більш високою міцністю та естетичними властивостями (внаслідок відсутності великих поверхневих пор), тому у технологічній схемі передбачено наявність дезінтеграторних вальців та сит для регулювання гранулометричного складу вигораючої домішки.

· проведенні випалу у температурних інтервалах вигорання органічної домішки по повільному режиму, в цих інтервалах передбачено додаткове підведення холодного повітря для забезпечення повного вигорання органічної домішки.

У п'ятому розділі дисертаційної роботи проведено комплексну оцінку якості нових пористих ефективних виробів у порівнянні з іншими видами стінових ефективних виробів, представлених на ринку України. Порівнювались розроблена пориста цегла, керамперлітова цегла, пінобетон, пінокераміка та порожниста цегла. Найвищий комплексний показник якості за результатами оцінки має розроблена пориста цегла, її основними перевагами є найнижча ціна, високі показники міцності, гарний зовнішній вигляд та високі ергономічні властивості.

Проведено розрахунок соціально-економічного ефекту від виробництва стінових ефективних керамічних виробів на основі глини Чернівецького родовища та лушпиння соняшнику Чернівецького масложиркомбінату з розрахунку 15 млн. шт. умовної цегли в рік.

Річний соціально-економічний ефект складається з економії отриманої у виробництві ефективних стінових керамічних виробів, будівництві та з економії продовж експлуатації будинків.

Річна економія у виробництві пористих стінових ефективних керамічних виробів склала 340 тис. грн. за рахунок зменшення витрат палива (на 15%), глинистої сировини, та відсотку бракованих виробів (на 1,5%). Економія у будівництві склала 479 тис. грн. за рахунок зменшення товщини стіни на 0,5 цегли, а саме, зменшення транспортних витрат, витрат матеріалів, трудових витрат. Економія продовж експлуатації будинків склала 5440 грн. в рік за рахунок зменшення витрат на опалення будинків. Загальний соціально-економічний ефект склав 824490 грн.

Висновки

керамічний лушпиння соняшник домішка

1. Аналіз стану промисловості будівельних матеріалів України свідчить про необхідність збільшення виробництва пористих стінових керамічних матеріалів із високими споживними властивостями. Актуальним є використанням відходів промисловості у виробництві будівельних матеріалів. Як пороутворюючі домішки були відібрані такі відходи промисловості, як осад стічних вод Київського КПК, який не використовується взагалі, лігнін та лушпиння соняшнику, які сьогодні використовуються переважно як паливо.

2. В результаті досліджень отримано пористі стінові керамічні вироби з високими теплоізоляційними властивостями на основі легкоплавкої глинистої сировини та осаду стічних вод Київського КПК, лігніну Херсонського ЦПК та лушпиння соняшнику. При низькій густині черепка (менше 1000 кг/м 3) ці вироби мають достатньо високу межу міцності на стиск 8-10 МПа, водовбирання менше 25% та морозостійкість більше 15 циклів у порівнянні з іншими видами легких мінеральних стінових матеріалів.

3. Встановлено, що домішки некондиційного каоліну Обознівського та Турбівського родовищ та золошлаку Трипільської ДРЕС позитивно впливають на споживні властивості пористих керамічних виробів.

4. Розроблено математичні моделі, які відображають залежності зміни споживних та технологічних властивостей пористих керамічних виробів (густини, межі міцності на стиск та згин, теплопровідності, звукопоглинання, морозостійкості, водовбирання, повітряної та загальної усадка, пластичності, чутливості до висушування) у системі "склад-властивість" для трьох керамічних сумішей: жовто-бурий суглинок Кіровоградського родовища, некондиційний каолін Обознівського родовища, лігнін Херсонського ЦПК; глина Чернівецького родовища, некондиційний каолін Турбівського родовища, лушпиння соняшнику; спонділова глина Халепського родовища, золошлак Трипільської ДРЕС, осад стічних вод Київського КПК. Встановлено, що некондиційні каоліни Обознівського та Турбівського родовищ та золошлак Трипільської ДРЕС позитивно впливають на показники споживних властивостей пористих стінових керамічних виробів, а саме, підвищують міцність отриманих виробів. Шляхом проведення оптимізації на основі отриманих моделей встановлено зони допустимих складів керамічних сумішей та визначено оптимальні склади. Оптимальними складами є: глина Халепського родовища 58 об.%, золошлак Трипільської ДРЕС 20 об.%, осад стічних вод Київського КПК 22 об.%; глина Халепського родовища 37 об.%, золошлак Трипільської ДРЕС 7 об.%, осад стічних вод Київського КПК 56 об.%; жовто-бурий суглинок Кіровоградського родовища 50 об.%, некондиційний каолін Обознівського родовища 12 об.%, лігнін Херсонського ЦПК 38 об.%; жовто-бурий суглинок Кіровоградського родовища 43 об.%, некондиційний каолін Обознівського родовища 6 об.%, лігнін Херсонського ЦПК 51 об.%; глина Чернівецького родовища 31 об.%, некондиційний каолін Турбівського родовища 29 об.%, подрібнене лушпиння соняшнику 40 об.%; глина Чернівецького родовища 30 об.%, некондиційний каолін Турбівського родовища 19 об.%, подрібнене лушпиння соняшнику 51 об.%. Отримано моделі впливу температури випалу та тиску пресування на основні показники споживних властивостей пористих керамічних виробів: густину черепка, межу міцності на стиск, водовбирання. Встановлено оптимальний технологічний режим виробництва пористих ефективних керамічних виробів: це температура випалу 1030-1045 єС та тиск пресування 2,5 МПа. Встановлено вплив гранулометричного складу вигораючої домішки на показники сушильної та загальної усадки, густину черепка, міцність на стиск, водовбирання. Винайдено оптимальний гранулометричний склад: це частки розміром 0,5 мм.

5. Розроблено технологічні параметри та технологічну схему виробництва пористих керамічних виробів. Технологічні параметри виробництва та властивості виробів на основі розрахованих оптимальних складів перевірено шляхом випуску дослідних партій пористих ефективних виробів на лабораторно-технологічній лінії НДІБМВ, встановлено відповідність розрахованих та фактичних показників споживних властивостей нових пористих керамічних виробів.

6. Розроблено технічні умови на дослідну партію ТУ У В.2.7-26.4-00294349-080-2002 "Цегла та камені теплоізоляційні, теплоізоляційно-конструкційні та конструкційно-теплоізоляційні "Теплокерам".

7. Розроблені пористі керамічні вироби з використанням лушпиння соняшнику, як вигораючої домішки, та впроваджено їх у виробництво у ВАТ "Чернівецький цегельний завод №1" в обсязі 15 млн. шт. .умовної цегли в рік. Річний економічний ефект у виробництві склав 340 тис. грн. Комплексна оцінка якості показала, що розроблені пористі керамічні вироби мають найвищий комплексний показник якості у порівнянні з керамперлітовими виробами, пінобетоном, пінокерамікою, та порожнистою цеглою.

Список опублікованих праць

1. Михайлов В.І., Красовський Є.В. Властивості пористих стінових керамічних виробів з використанням осаду стічних вод целюлозно-паперових підприємств // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. - 2001. - випуск 16. - С. 11-14.

2. Михайлов В.І., Красовський Є.В. Теплоізоляційні властивості пористих стінових виробів // Строительные материалы и изделия. - 2001. - №5-6. - С. 30-32.

3. Михайлов В.І., Красовський Є.В. Властивості пористої теплоізоляційної кераміки з використанням лігніну // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. - 2002. - випуск 17. - С. 16-19.

4. Красовський Є.В. Підвищення якості стінової кераміки // Вісник КНТЕУ. - 2002. - №2. - С. 16-19.

5. Красовський Є.В. Моделювання якості пористих стінових керамічних виробів // Вісник КНТЕУ. - 2002. - №6. - С. 46-54.

6. Красовський Є.В. Дослідження властивостей пористих стінових керамічних виробів із вмістом лушпиння соняшнику // Сучасні проблеми товарознавства. Збірник наукових праць. - К., 2002. - С. 113-117.

7. Рішення про видачу патенту на винахід "Пористий керамічний теплоізоляційний виріб": Україна, МПК 7 С 04В 38/06 / В.І. Михайлов, Є.В. Красовський. - №; 2001118102; Заявл. 27.11.2001.

Размещено на Allbest.ru

...