Влияние фазового состава на морозостойкость керамического кирпича на основе бейделлитовой глины, фосфорного шлака и золошлакового материала

УДК 666.591

И. В. Ковков, В. З. Абдрахимов

Влияние фазового состава на морозостойкость керамического кирпича на основе бейделлитовой глины, фосфорного шлака

и золошлакового материала

Самарский государственный архитектурно-строительный университет 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 184

Проведенные исследования показали, что фазовый состав (стеклофаза, муллит, кристобалит и гематит) влияет на морозостойкость керамического кирпича.

Ключевые слова: бейделлитовая глина, жидкая фаза, золошлаковый материал, керамический кирпич, кристобалит, морозостойкость, стеклофаза, фазовый состав, фосфорный шлак.

В литературе недостаточно сведений о том, как влияет фазовый состав на показатели морозостойкости керамического кирпича, и эти сведения зачастую противоречивы.

По данным одних авторов, благодаря стеклофазе происходит изоляция глинистых частиц, что снижает набухаемость черепка, делает его более устойчивым к агрессивному воздействию влаги и мороза 1. Набухание черепка, по сведению других авторов, может происходить вследствие гидролиза стеклофазы 2 3. Некоторые исследователи считают, что под действием воды происходит накапливание стеклофазы в молекулярной форме, при этом конденсируются группы БЮ и ОН 4 5. Это ведет к изменению решетки —О—стекла и

образованию выщелочного слоя с особыми структурными свойствами, существенно влияющими на прочностные характеристики материала. Можно предположить, что аналогично будет происходить разрушение стеклофазы керамического черепка под воздействием влаги как в процессе испытаний на морозостойкость, так и в процессе эксплуатации изделий.

В настоящей работе были проведены исследования по определению влияния фазового состава на морозостойкость керамического кирпича из оптимального состава с использованием фосфорного шлака и золошлакового материала на основе бейделлитовой глины 6. Для исследования были взяты два состава, % мас.: 1) бейделлитовая глина — 60, фосфорный шлак — 25, золошлаковый материал — 15; 2) образцовская глина — 60, золошлаковый материал — 40. Химический состав исследуемых сырьевых компонентов приведен в табл. 1, минералогический состав бейделлитовой глины в табл. 2, а гранулометрические составы фосфорного шлака и золошлака представлены в табл. 3.

Таблица 1

Химические составы сырьевых компонентов

Компоненты Содержание оксидов, % мае.

SiO2 AI2O3 CaO MgO Fe2O3 R2O SO3 п.п.п.

Бейделлитовая глина 57.13 19.25 2.0 1.32 5.72 1.5 1.01 8.8

Золошлаковый материал 47.16 17.7 3.99 2.36 6.42 1.48 0.52 19.94

Фосфорный шлак 43.8 1.8 48.4 1.45 0.73 0.42 0.21 2.48

Таблица 2

Гранулометрический состав фосфорного шлака и золошлака

Компонент Содержание фракций (мм), %

>5 2.5-5 1.25-2.5 0.63-1.25 0.315-0.63 0.14-0.315 <0.14

Фосфорный шлак 0.7 18.2 30.8 18.2 13.2 9.5 9.4

Золошлак 0.2 12.5 28.4 15.8 19.3 12.7 11.1

Таблица 3

Минералогический состав бейделлитовой глины

Содержание мине ралов, % мас.

гидрослюда кварц кальцит полевой шпат каолинит оксиды железа монтмориллонит

10-15 20-25 2-3 10-15 5-10 5-7 20-25

Дата поступления 07.05.08

Изготовление кирпича производилось пластическим методом. Высушенные изделия обжигались при температурах 1000—1050 оС.

Повышенное содержание в бейделлитовой глине и золошлаковом материале Fe2O3 (более 5%) и И20 (более 1%) способствует появлению жидкой фазы при 950 оС (рис. 1). Под микроскопом в исследуемых образцах составов № 1—2, полученных при температуре обжига 1000 оС наблюдаются бесцветные, желтоватые и бурые стекла с показателями преломления N от 1.50 до 1.54, которые образовались в результате плавления шпатов и смешаннослой-ных глинистых образований.

Спекание керамического кирпича идет с участием жидкой фазы, от свойств которой во многом зависит процесс формирования структуры материала 1. Повышение реакционной способности жидкой фазы по отношению

к тугоплавким кристаллическим составляющим дает возможность интенсифицировать процесс спекания, что позволяет уменьшить расход топлива.

Дальнейшее увеличение температуры обжига до 1050 оС способствует увеличению содержание муллита, кристобалита и жидкой фазы (рис. 2).

Кристаллизация кристобалита отмечается по трещинам и краям кварца. Микроскопические исследования показали, что в кирпиче, обожженном при 1050 оС, образуются желтоватые и бурые стекла до 25—30 с показателями преломления п от 1.56 до 1.58.

Повышение температуры обжига до 1050 оС способствует увеличению содержанию стекло-фазы в кирпиче (рис. 2). Показатели преломления стекла N увеличиваются от 1.54 до 1.61. Возможно, это связано с переходом некоторой части Fe203 в стекло. Зависимость морозо-

Рис. 1. Микроструктура керамического кирпича, обожженного при температуре 1000 оС. А — состав №1, Б — состав №2; Увеличение: А — 1000, Б — 4000

Рис. 2. Микроструктура керамического кирпича, обожженного при температуре 1050 оС. А, Б — состав №1, В, Г - состав №2; Увеличение: А, Б, В - 1000, Г - 4000

Таблица 4

Зависимость морозостойкости кирпича от фазового состава

№ состава Содержание основных фаз, % Морозостойкость циклы

Стеклофаза кварц Кристобалит муллит гематит

Температура обжига, 1000 °С

1 10-15 30-40 8-10 3-5 3-5 35

2 15-20 30-40 12-14 4-6 5-7 28

Температура обжига, 1050 °С

1 25-30 25-30 12-15 5-7 7-9 55

2 30-35 25-30 18-22 7-9 9-12 48

стойкости кирпича от его фазового состава приведена в табл. 4.

Из табл. 4 видно, что, хотя содержание стеклофазы в образцах из состава №2 больше, чем в образцах из состава №1, но в составе №1 образуется меньше кристобалита, который разрыхляет керамический черепок, вследствие увеличения его в объеме. Введение в керамические массы фосфорного шлака снижает содержания кристобалита, соответственно повышается морозостойкость кирпича.

Изучение микроструктуры исследуемых образцов с помощью микроскопа МИН-8 показало, что образцы состава №1, обожженные при температуре 1000 оС, после 35 цикла попеременного замораживания и оттаивания имели микротрещины размером 25—100 • 10-6 м; расположенные параллельно плоскости изделий, а при температуре обжига 1050 оС аналогичные трещины имелись после 55 циклов.

Таким образом, проведенные исследования показали, что фазовый состав влияет

на морозостойкость керамического кирпича.

Литература

1. Павлов В. Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики.— М.: Стройиздат, 1977.— 272 с.

2. Куколев Г. В. Химия кремния и физхимия силикатов.— М: высшая школа, 1966.— 250 с.

3. Куколев Г. В., Щеглов И. С. Сб. трудов по химии и технологии силикатов.— М.: Госстройиз-дат, 1957.- 28 с.

4. Кайнарский И. С, Орлова Н. Г. Физико-химические основы керамики.- М.: Наука, 1956.— 128 с.

5. Будников П. П., Полубояринов Д. В. Химическая технология керамики и огнеупоров.— М.: Стройиздат, 1972.— 550 с.

6. Ковков И. В., Абдрахимов В. З. // Баш. хим. ж.— 2007. Т. 14.— №5.— С. 149.