Модификация кирпичных суглинков многослойными углеродными нанотрубками открывает новые перспективы
По данным Росстата и агентства IndexBox, объем производства строительной керамики в России оценивается в 8 млрд штук условного кирпича в год. Годовой оборот глинистого сырья превышает 20 млн тонн. Помимо высокой материалоемкости, производство керамики отличает высокое ресурсо- и энергопотребление: здесь и электроэнергия, расходуемая на технологические цели, и газ для сушки, и обжиг изделий. Поэтому снижение издержек производства и себестоимости стеновой керамики будет стимулировать развитие керамических заводов и повышать их конкурентоспособность.
Отличительной особенностью современного керамического производства является хорошая техническая обеспеченность современных заводов. А одной из основных проблем, которую приходится решать на практике, становится качество исходного глинистого сырья. Массовое применение в отрасли получили малопластичные, высокочувствительные к сушке суглинки. Этот вид сырья широко распространен в России, но его применение влечет за собой появление брака, связанного с образованием сушильных трещин и посечек.
Предварительного вылеживания глины в конусах, а также ее механической активации не всегда достаточно для получения качественного сырья. Поэтому глинистая масса подвергается модификации, в основном высокопластичными глинами, запасы которых ограничены, а месторождения редки и зачастую находятся на приличном расстоянии от кирпичных заводов. Размер плеча по доставке таких модифицирующих добавок на керамический завод зачастую составляет тысячу и более километров, а объем введения подобных добавок в шихту — 5-20%. На каждый процент добавок для завода-шестидесятимиллионника приходится около 1,5-2 тысяч тонн грузоперевозок в год.
Основываясь на результатах собственных исследований, научный коллектив Казанского государственного архитектурно-строительного университета (КГАСУ) под руководством докторов технических наук, профессоров Ляйли Абдрахмановой и Вадима Хозина предложил в качестве альтернативы многотоннажным добавкам модификацию глинистого сырья продуктами малотоннажной строительной химии, в частности поверхностно активными веществами (ПАВ) и наноразмерными добавками. Преимущества предлагаемой технологии — это отказ от разработки нескольких карьеров с одновременным снижением объемов грузоперевозок. Научным коллективом изучено влияние многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) на свойства сырца и черепка керамики. Для решения проблемы распределения наночастиц в матрице модифицируемого материала в качестве диспергирующей фазы используются ПАВ (в нашем случае был применен модификатор фирмы Arkema).
Результаты исследований показаны на примере модификации умеренно пластичного, чувствительного к сушке суглинка 2-го уступа Яушского месторождения Республики Чувашия. Диаграмма Августиника, используемая для определения зависимости между химическим составом глин и их назначением, характеризует исследуемый суглинок как кирпичное сырье. Однако выявленные закономерности подтверждаются и на суглинках других месторождений, в частности Республики Татарстан.
Технический эффект от введения МУНТ в глинистое сырье, помимо улучшения формовочных характеристик глиняного бруса, заключался в повышении прочностных показателей керамики в два с половиной раза. Отмечался и рост плотности черепка, обожженного при 1000ОС.
Разработанные составы прошли промышленную апробацию на ОАО «Чебоксарский завод строительных материалов». Полнотелый керамический кирпич получен способом пластического формования на действующем оборудовании предприятия. Был отмечен рост марочности общестроительного полнотелого кирпича с марки М100 до марок М150 с улучшением внешнего вида изделия после обжига.
На тонну сырья необходимо 10 граммов многослойных углеродных нанотрубок. Если рассматривать «традиционный» одинарный многопустотный кирпич, то стоимость привозных глин оценивается производителем примерно в 20-50 копеек в одном изделии (от 210 до 515 рублей за тонну). Стоимость «наномодификации» оценивается в 10-20 копеек на одинарный многопустотный керамический кирпич при явном улучшении потребительских свойств изделия.
Подробности
Шихта серийного кирпича готовилась из суглинка Яушского месторождения с добавлением в качестве отощающих добавок кварцевого песка в количестве 17% по массе и опилок в количестве 24% по объему. Шихта для модифицированного кирпича готовилась из того же глинистого сырья, но с увеличенным содержанием кварцевого песка в качестве отощителя. Для снижения веса готового изделия также были применены выгорающие добавки — опилки. Сушка сырца проводилась по принятой на предприятии схеме в течение 72 часов при температуре 70ОС, обжиг при температуре 950ОС.
Автор: Андрей БОГДАНОВ, кандидат технических наук
Источник: www.stroygaz.ru
