Кирпич мягкой формовки на основе кремнистых и глинистых компонентов

Оригинальная статья / Original article УДК 691

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2917-2018-3-54-60

КИРПИЧ МЯГКОЙ ФОРМОВКИ НА ОСНОВЕ КРЕМНИСТЫХ И ГЛИНИСТЫХ КОМПОНЕНТОВ

© Ю.А. Божко3

Донской государственный технический университет, Российская Федерация, 344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В статье представлены результаты лабораторных исследований по подбору оптимального состава керамической массы для производства облицовочного кирпича с поверхностью, имитирующей старый кирпич. Основной целью представленных исследований является определение наиболее эффективного способа производства кирпича с заданными техническими и эстетическими характеристиками. МЕТОДЫ. В качестве основы использованы кремнистые и глинистые компоненты в разном процентном содержании. Лабораторные испытания проводились по следующим направлениям: определение пластичности при вводе глинистых компонентов в опоковидные породы, предела прочности на сжатие и изгиб, водопоглощения, плотности керамического черепка и влажности пресс-порошка, согласно действующему ГОСТ 530-2012. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. На основании проведенных нами лабораторных исследований было установлено, что в качестве основы для производства лицевого кирпича наиболее подходят кремнистые опоковидные и глинистые породы. Путем изменения их процентного соотношения были установлены определенные закономерности и оптимальный состав. При испытаниях опоковидных пород с добавлением глинистых компонентов получены следующие результаты: с вводом глинистого компонента в опоковидные породы увеличивается пластичность керамической массы, но отрицательным моментом оказалось увеличение воздушной усадки; при введении глинистого компонента в опоковидные массы растет плотность керамического черепка, снижается пористость и водопоглощение; у малоглинистых и некоторых среднеглинистых опок при добавлении глинистого сырья растет прочность обожженных образцов. Важным условием для роста предела прочности является однородность состава керамической массы. При вводе глины в опоки увеличивается их пластичность и связуемость и, соответственно, снижается формовочная влажность. Данные закономерности применимы для малоглинистых и в некоторой степени средне-глинистых опок. ВЫВОДЫ. Установлено положительное влияние глинистого компонента в составе керамической массы на свойства готовых обожженных изделий при правильно подобранном способе подготовки сырья. Даны практические рекомендации по внедрению представленных разработок в действующее производство керамических изделий.

Ключевые слова: опока, глина, плотность, прочность, пластическое формование, компрессионное прессование.

Информация о статье. Дата поступления 10 июля 2018 г.; дата принятия к печати 01 августа 2018 г.; дата онлайн-размещения 26 сентября 2018 г.

Формат цитирования. Божко Ю.А. Кирпич мягкой формовки на основе кремнистых и глинистых компонентов // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018. Т. 8. № 3. С. 54-60. DOI: 10.21285/2227-2917-2018-3-54-60

SOFT MOULDING BRICK WITH SILICEOUS AND CLAY BASIC COMPONENTS Yu.A. Bozhko

Don State Technical University,

1, Gagarin sq., Rostov-on-Don, 344000, Russian Federation

ABSTRACT. AIM. The article presents the results of laboratory studies on the selection of the optimal composition of ceramic material for the production of facing brick with a surface that mimics an old brick. The main purpose of the presented research is to determine the most efficient method for the production of brick

аБожко Юлия Александровна, аспирант кафедры «Строительные материалы», e-mail: ovdun_yrs@mail.ru

Yulia A. Bozhko, Postgraduate of the Department of Building materials, e-mail: ovdun_yrs@mail.ru

with given technical and aesthetic characteristics. METHODS. Siliceous and clay components in different percentages are used as the base. Laboratory tests are carried out in order to determine the following parameters: plasticity during the introduction of the clay components into opoka (carbonate-silica) rocks, compressive and bending strength, water absorption, as well as the density of ceramic fragments and humidity of press powder in accordance with current National State Standard (GOST) 530-2012. RESULTS AND DISCUSSION. On the basis of conducted laboratory studies, siliceous opoka and clay rocks are established to be the most suitable as a base material for the production of facing brick. By changing the proportion of their component materials, certain regularities and optimal composition can be determined. The following results were obtained from testing opoka rocks with the addition of clay components. The introduction of the clay component into the opoka rocks increases the plasticity of the ceramic mass. However, a simultaneous increase in air shrinkage is noted. Moreover, with the introduction of the clay component in the opoka masses, the density of the ceramic fragment increases, while porosity and water absorption decrease. The strength of burned samples increases with the addition of clay in thin and some medium clay opokas. The uniformity of the composition of the ceramic mass is an important condition for the growth of ultimate strength. The addition of the clay into the opokas increases its plasticity and bondability and the moulding moisture is reduced, respectively. These regularities are applicable for thin and, to some extent, medium clay opokas. CONCLUSIONS. Following a consideration of the optimal method for preparing raw materials, the presence of a clay component in the composition of the ceramic mass can be seen to positively influence the properties of the finished calcined products. Practical recommendations on the implementation of the presented developments in the existing production of ceramic products are provided. Keywords: molding, clay, density, strength, plastic molding, compression molding

Information about the article. Received July 10, 2018; accepted for publication August 01, 2018; available online September 26, 2018.

For citation. Bozhko Yu.A. Soft moulding brick with siliceous and clay basic components. Izvestiya vuzov. Investicii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2018, vol. 8, no. 3, pp. 54-60. (In Russian). DOI: 10.21285/2227-2917-2018-3-54-60

Введение

Популярность кирпича, произведенного путем мягкого формования, набирает обороты с каждым годом. Данный вид кирпича активно используется как при реставрации памятников архитектуры, так и при возведении новых домов. До недавнего времени кирпич с такими эстетическими характеристиками поставлялся в Россию только из-за рубежа, что делало его применение в строительство достаточно дорогостоящим. Благодаря проделанной работе по подбору оптимального состава сырья и технологической линии для производства лицевого кирпича с уникальным внешним видом, в России были открыты заводы по выпуску аналогов бельгийского кирпича «ручной формовки» [1, 2]. Было проведено большое количество лабораторных исследований по подбору оптимального состава керамических масс, технологической линии и способов формования.

Одним из самых перспективных направлений оказалось производство

на основе глинистого и опоковидного сырья.

Методы

Проведенные лабораторные испытания показали, что наилучшие результаты достигаются в случае использования опоковидных пород с добавлением глинистых компонентов. Особенно ярко выражено это проявилось у малоглинистых и среднеглини-стых опок. Благодаря вводу в них глинистого сырья увеличилась пластичность и связность опок, улучшились показатели формуемости и прочности обожженных изделий [3]. Целью анализа результатов, полученных при добавлении глинистых компонентов в опоки, была возможность производства лицевого кирпича пластическим методом формования, а также усовершенствования свойств готовых изделий из малоглинистых опок, произведенных компрессионным способом формования. Естественно, речь идет не об оптимизации состава формовочных масс, а об общих закономерностях ввода глинистых компонентов в крем-

нистое опоковидное сырье. Совокупность проведенных лабораторных испытаний показала, что оба способа производства дали положительные результаты. Компрессионный способ формования был также опробован в условиях действующего кирпичного завода [4].

Результаты и их обсуждение

При испытаниях сырьевой массы, состоящей преимущественно из опок с добавлением глинистого компонента, были определены следующие закономерности.

1. При введении в опоки глинистого компонента стремительно растут пластические свойства опок, улучшается связуемость керамической массы, что приводит к вполне логичному снижению формовочной влажности. Установлено, что даже при значительном (около 50%) введении глин в состав керамической массы опоковидное сырье остается малочувствительным к процессу сушки. Связано это с пористостью и влагопроницаемостью зерен опоки. Отрицательной же стороной данного процесса является увеличение воздушной усадки. Очевидным является тот факт, что чем пластичнее связная глина, тем меньше ее требуется вводить в состав керамической массы. В ходе проводимых экспериментов установлено, что высокопластичные глины Тарасовского месторождения показывают гораздо лучшие

результаты, чем умереннопластичные суглинки. Для введения определенного вида сырья на практике необходимо руководствоваться технико-

экономическими условиями [5].

2. При вводе глинистого компонента в опоковидную массу начинает увеличиваться плотность керамического черепка, соответственно уменьшаются пористость и водопоглощение. Данные показатели зависят от многих факторов, в том числе и водопоглоще-ния, которое можно значительно снизить с помощью отдельных технологических приемов. На рисунке 1 изображена зависимость средней плотности обожженных образцов, изменяющаяся с введением в опоки глинистых компонентов (Владимировское месторождение) [6]. Они представляют собой полукислые тугоплавкие высокодисперсные глины, относящиеся к монтморил-лонит-каолинитовой группе. При обжиге около 1000 0С готовые изделия получаются с водопоглощением черепка от 7 до 9%. Стоит отметить, что в результате испытаний образцы на основе чистых глин имеют большую плотность, чем образцы на глинисто-опоковидной основе. Чтобы сократить плотность при добавлении глин в опоки, необходимо вводить средне- или высокопластичные глины, непригодные для производства керамического кирпича в чистом виде [4].

10 15 20 25 30 3

Количество глинистой добавки, % по массе

Нэгольновское месторождение

Сенгилеевское месторождение а Баканское месторождение

Рис. 1. Влияние содержания глинистого компонента на среднюю плотность образцов

при температуре обжига 1000 0С Fig. 1. Impact of the content of clay component on the average density of the samples at the burning

temperature of 1000 0С

3. При введении глинистого компонента в состав опоковидного сырья намечается рост прочности обожженных образцов. Наиболее это очевидно у малоглинистых и некоторых средне-глинистых опок. Однако эта закономерность верна лишь в общем плане. Увеличение прочности связано с температурой обжига и видом глинистого сырья. В некоторых случаях рост прочности может быть совсем незначи-

т

I 50 -g

Количество глинистой добавки, % по массе

Бапанское месторождение

Нагольновское месторождение о Сенгилеевское месторождение

Рис. 2. Влияние содержания глинистого компонента на предел прочности при сжатии

при температуре обжига 1000 0С Fig. 2. Impact of the content of clay component on the maximum strength during compression at the

burning temperature of 1000 0С

тельным или вовсе отсутствовать. При определенных технологических параметрах и правильном соотношении опоковидных и глинистых компонентов, по итогам экспериментов нами были получены результаты по прочности до 70-90 Мпа [7]. На рисунке 2 изображен график зависимости предела прочности на сжатие от количественного содержания глинистого компонента.

4. При росте содержания глинистого компонента в пресс-порошках увеличивается плотность и прочность прессовок, но снижается их оптимальная влажность. Также выявлена определенная закономерность, согласно которой чем больше глинистого компонента, тем больше комкуемость пресс-порошка при доувлажнении. С учетом природы используемых материалов, данные процессы можно считать закономерными и для малоглинистых опок. «Чистые» опоки также показывают увеличение прочности при увеличении давления прессования. С увеличением влажности пресс-порошка до определенного момента их прочность увеличивается, а затем начинает резко снижаться. Наименьшие значения достигаются при пластическом состоянии системы. Прочность образцов зависит

не только от давления прессования, но и от зернового состава исходного сырья, характеристик глинистого компонента и способов подготовки пресс-порошка [8].

5. Увеличение прочности обожженных образцов от количества глинистого элемента характерно для малоглинистых и некоторых среднеглини-стых опок. Данное правило справедливо при условии однородного распределения глинистых составляющих в общем объеме опок при разных способах формования: пластическом и компрессионном. Смешивание достаточно грубых порошков опоковидных пород и глины не предполагает положительного результата. Как показали испытания, наилучший эффект от ввода глинистых компонентов достигается при температуре обжига около 1000 0С.

Данная температура обусловлена свойствами исходного сырья. Проведенные нами испытания показали, что при выполнении определенных технологических условий и оптимального соотношения опок и глины можно получить показатели предела прочности до 90-110 МПа [9].

6. Производство в заводских условиях кирпича на основе данных сырьевых компонентов показало, что необходимо оптимизировать технологические процессы подготовки формовочных масс при пластическом способе производства и пресс-порошков при компрессионном формовании. Это можно осуществить пропусканием компонентов на бегунах, каскаде вальцов и смесителях для пластического способа формования. Но данное решение имеет свой недостаток: у опок при таком измельчении получается небольшое количество тонкодисперсной фракции [10]. Наиболее же приемлемым вариантом является способ, когда опоковидные породы измельчаются на щековой и молотковой дробилке в сухом состоянии, а затем смешиваются и перерабатываются с глинистым ком-

понентом на бегунах и вальцах. Шли-керный способ подготовки сырья мы не рассматриваем, так как он является довольно дорогостоящим. Наилучшие результаты получаются при пластической обработке массы с последующим гранулированием, сушкой и измельчением [11].

Выводы

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что введение в состав опоковидного сырья глинистых компонентов положительно сказывается на свойствах готовых изделий. Количество глинистого сырья доходило до 4550%, при этом практически прямо пропорционально росла плотность и прочность образцов при различных способах производства. Также следует отметить, что опоковидное и глинистое сырье является широко распространенным на юге России и в Поволжье, что делает его перспективным направлением для развития керамической отрасли в этих регионах [12-14]; однако важным моментом становится разработка и подбор технологических схем и конкретного оборудования с учетом особенностей данного сырья.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Божко Ю.А., Лапунова К.А. Применение облицовочного кирпича мягкой формовки в современной архитектуре // Дизайн. Материалы. Технология. 2018. № 1. С. 61-65.

2. Барабанщиков Ю.Г. Строительные материалы и изделия // М.: Издательский центр «Академия», 2008. С.107-108.

3. Котляр В.Д., Козлов Г.А. Эффективная стеновая керамика комбинированной структуры на основе кремнистых пород. Ростов н/Д: РГСУ, 2015. 122 с.

4. Лапунова К.А., Божко Ю.А. Особенности процесса прессования порошков на основе опоковидного сырья // Вестник КРСУ. 2018. № 4. С. 85-88.

5. Лапунова К.А., Божко Ю.А. Особенности производства лицевого керамического фигурного кирпича на основе опоковидного сырья // Материалы XVIII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства» (25-27 июня 2017 г.). Тула: ТГУ, 2017. С. 102-105.

6. Козлов А.В., Котляр В.Д., Котляр А.В. Особенности гранулометрического состава

камнеподобного глинистого сырья, определяемого методом лазерной дифракции // Стекло и керамика. 2017. № 4. С. 21-27.

7. Котляр В.Д., Лапунова К.А. Особенности физико-химических преобразований при обжиге опоковидного сырья // Строительные материалы. 2016. № 5. С. 40-42.

8. Лапунова К.А., Котляр В.Д., Лазарева Я.В., Козлов Г.А. Влияние влажности пресс-порошка и давления прессования на прочность отформованных изделий на основе опоковид-ных пород // Труды Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы современного строительства промышленных регионов России». Новокузнецк: СГИУ, 2016. С. 44-49.

9. Божко Ю.А., Лапунова К.А. Особенности спекаемости опоковидных пород при производстве изделий стеновой керамики // Вестник ТГАСУ. 2018. № 1. С. 65-73.

10. Котляр В.Д. Классификация кремнистых опоковидных пород как сырья для производства стеновой керамики // Строительные материалы. 2009. № 3. С. 36-39.

11. Котляр В.Д., Братский Д.И., Устинов А.В. Вещественный состав и дообжиговые керамические свойства глинистых опок // Инженерный вестник Дона. 2010. № 4.

12. Котляр В.Д., Устинов А.В. Спекае-мость глинистых опок при производстве керамического кирпича // Инженерный вестник Дона. 2012. № 3 (21). С. 588-591.

13. Котляр В.Д., Терехина Ю.В., Котляр

А.В., Шека С.И. Опоковидные породы юга России и перспективные направления их использования в производстве строительных материалов // Новые технологии. 2012. № 4. С. 24.

14. Ашмарин Г.Д., Курносов В.В., Ласточкин В.Г. Энерго- и ресурсосберегающая технология керамических стеновых материалов // Строительные материалы. 2010. № 4. С. 24-28.

REFERENCES

1. Bozhko Yu.A., Lapunova K.A. Prime-nenie oblicovochnogo kirpicha myagkoj formovki v sovremennoj arhitekture [The use of soft-molded facing bricks in modern architecture]. Dizain. Ma-terialy. Tekhnologiya [Design. Materials. Technology], 2018, no. 1. pp. 61-65.

2. Barabanshchikov Yu.G. Stroitel'nye ma-terialy i izdeliya [Structural materials and products]. Moscow, Akademiya Publ., 2008, pp. 107108.

3. Kotlyar V.D., Kozlov G.A. Ehffektivnaya stenovaya keramika kombinirovannoj struktury na osnove kremnistyh porod [Effective wall ceramics of combined structure based on siliceous rocks]. Rostov n/D, Rostovskij gosudarstvennyj stroitel'nyj universitet Publ., 2015, 122 p.

4. Lapunova K.A., Bozhko Yu.A. Osoben-nosti processa pressovaniya poroshkov na osnove opokovidnogo syr'ya [Features of the pressing process of powders on the basis of opoka-morphic raw materials]. Vestnik Krasnodarskogo stroitel'nogo universiteta [Bulletin of KRSU], 2018, no. 4, pp. 85-88.

5. Lapunova K.A., Bozhko Yu.A. Osoben-nosti proizvodstva litsevogo keramicheskogo figurnogo kirpicha na osnove opokovidnogo syr'ya [Features of the production of face ceramic bricks figure based on opokamorphic raw materials]. Ma-terialy XVIII Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii «Aktual'nye problemy stroitel'stva» [Materials of the XVIII International scientific and technical conference "Actual problems of construction", 25-27 June 2017]. Tula, Tul'skij gosudarstvennyj universitet Publ., 2017, pp. 102-105.

6. Kozlov A.V., Kotlyar V.D., Kotlyar A.V. Osobennosti granulometricheskogo sostava kam-nepodobnogo glinistogo syr'ya, opredelyaemogo metodom lazernoj difrakcii [Features of granu-lometric composition of rock-like clay raw materials determined by laser diffraction]. Steklo i keramika [Glass and ceramics], 2017, no. 4, pp. 21-27.

7. Kotlyar V.D., Lapunova K.A. Osoben-nosti fiziko-himicheskih preobrazovanij pri obzhige opokovidnogo syr'ya [Features of physical and chemical transformations during the firing of raw opokamorphic materials]. Stroitel'nye materialy [Building materials], 2016, no. 5, pp. 40-42.

8. Lapunova K.A., Kotlyar V.D., Lazareva Ya.V., Kozlov G.A. Vliyanie vlazhnosti press-poroshka i davleniya pressovaniya na prochnost' otformovannykh izdelii na osnove opokovidnykh porod [The effect of humidity press powder and compacting pressure on strength of the molded products on the basis of opokamorphic rocks]. Trudy Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem «Aktual'nye voprosy sovremennogo stroitel'stva pro-myshlennykh regionov Rossii» [Proceedings of the all-Russian scientific and practical conference with international participation "Topical issues of modern construction of industrial regions of Russia"]. Novokuznetsk, Sibirskij gosudarstvennyj industrial'nyj universitet Publ., 2016, pp. 44-49.

9. Bozhko Yu.A., Lapunova K.A. Osoben-nosti spekaemosti opokovidnyh porod pri proiz-vodstve izdelij stenovoj keramiki [Features of caking of opokamorphic rocks in the manufacture of wall ceramics]. Vestnik Tomskogo Gosudarstven-nogo Arhitekturno-Stroitel'nogo Universiteta [Bulletin of TGASU], 2018, no. 1, pp. 65-73.

10. Kotlyar V.D. Klassifikatsiya krem-nistykh opokovidnykh porod kak syr'ya dlya proizvodstva stenovoi keramiki [Classification of siliceous opokamorphic rocks as raw material for producing wall ceramics]. Stroitel'nye materialy [Building material], 2009, no. 3, pp. 36-39.

11. Kotlyar V.D., Bratskii D.I., Ustinov A.V. Veshchestvennyi sostav i doobzhigovye keramicheskie svoistva glinistykh opok [Material composition and properties of clayey silica clay before firing], Inzhenernyi vestnik Dona [Engineering Bulletin of Don], 2010, no. 4.

12. Kotlyar V.D, Ustinov A.V. Spekaemost' glinistykh opok pri proizvodstve keramicheskogo kirpicha [Sinter ability clayey silica clay the production of ceramic bricks]. Inzhen-ernyi vestnik Dona [Engineering Bulletin of Don], 2012, no. 3

13. Kotlyar V.D., Terekhina Yu.V., Kotlyar A.V., Sheka S.I. Opokovidnye porody yuga Rossii i perspektivnye napravleniya ikh is-pol'zovaniya v proizvodstve stroitel'nykh materia-lov [Opokamorphic rocks of the South of Russia and promising directions for their use in the manu-

facture of building materials]. Novye tekhnologii [New technologies], 2012, no. 4, pp. 24.

14. Ashmarin G.D., Kurnosov V.V., Las-tochkin V.G. Energo- i resursosberegayushchaya

tekhnologiya keramicheskikh stenovykh materia-lov [Energy - saving technology of ceramic wall materials]. Stroitel'nye materialy [Building materials], 2010, no. 4, pp. 24-28.

Критерии авторства

Божко Ю.А. провела исследования, подготовила статью к публикации и несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Contribution

Bozhko Yu.A. has conducted the studies, prepared the article for publication and bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The author declares that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.