Дорожная керамическая брусчатка на основе лессовых пород Узбекистана

АННОТАЦИЯ

В последние годы в условиях Узбекистана поставлена задача замены керамического кирпича на газо- и пеноблоки. В связи с этим перед предприятиями, выпускающими керамический кирпич, стоит задача ориентироваться на выпуск более востребованного материала. Таким материалом для кирпичных заводов Республики Узбекистан является керамическая брусчатка, применяемая для мощения дорог, тротуаров, площадок, цехов химических заводов, а также полов животноводческих ферм и птицеводческих фабрик. В Узбекистане такой материал является более востребованным из-за засоления грунтов, особенно в условиях Приаралья.

ABSTRACT

In recent years, in the conditions of Uzbekistan, the task has been set - to replace ceramic bricks with gas and foam blocks. In this connection, the enterprises producing ceramic bricks are faced with the task of targeting the production of another more demanded material. Such material for brick factories of the Republic of Uzbekistan is ceramic paving stones used for paving roads, sidewalks, playgrounds, workshops of chemical plants, as well as floors of livestock farms and poultry factories. In Uzbekistan, this material is more in demand due to soil salinization, especially in the Aral Sea region.

Ключевые слова: дорожная керамическая брусчатка, отход стеклобоя, обжиг, модификация, лессовидные породы.

Keywords: road ceramic paving stones, cullet waste, roasting, modification, loess-like rocks.

Изменение видов выпускаемой продукции и производственных мощностей, а также ориентир на качественные показатели выпускаемой продукции, синтез новых материалов на основе местного сырья, конкурирующего как на внутреннем, так и внешнем рынке, является одним из рычагов полноценного существования предприятий. Анализ нынешнего состояния некоторых производственных предприятий, выпускающих керамический стеновой кирпич, показывает, что некоторые из них не могут существовать в условиях рынка из-за плохого качества выпускаемой продукции, другие не могут работать в полную мощность из-за сложившейся ситуации, связанной с эксплуатационными характеристиками выпускаемого кирпича. Это особенно чувствуется с введением в строительство новых видов стеновых материалов с улучшенными теплоизоляционными свойствами. В последние годы в условиях Узбекистана поставлена задача замены керамического кирпича на газо- и пеноблоки. В связи с этим перед предприятиями, выпускающими керамический кирпич, стоит задача ориентироваться на выпуск более востребованного материала. Таким материалом для кирпичных заводов Республики Узбекистан является керамическая брусчатка, применяемая для мощения дорог, тротуаров, площадок, цехов химических заводов, а также полов животноводческих ферм и птицеводческих фабрик. В Узбекистане такой материал является более востребованным из-за засоления грунтов, особенно в условиях Приаралья.

Дорожную керамическую брусчатку, или, как ее называют, клинкерная брусчатка, получают по керамической технологии, аналогом которой является керамический стеновой кирпич. Клинкерная брусчатка предназначена для твердого покрытия поверхностей и создания широкого спектра участков, подвергающихся нагрузкам от движения транспортных средств и пешеходного движения. Многовековой опыт использования клинкерной брусчатки показал, что она является подходящим материалом для строительства и дизайна. Ее удобные размеры для укладки, высокая устойчивость к механическим и погодным воздействиям, устойчивость к воздействию различных химикатов, использование для производства экологически чистого натурального сырья, сопротивление старению и другие качественные характеристики делают такой материал востребованным во всем мире.

Производство керамической брусчатки в условиях Хорезмского региона и Каракалпакии не налажено. Имеется более 120 заводов, изготавливающих керамический кирпич, различной производительности. Характерным недостатком существующих заводов является низкое качество выпускаемой продукции. Одной из причин этого является потребляемое сырье, богатое кремнеземом и гипсом, а также карбонатами, бедным и содержанием оксидов алюминия [3]. Как известно, для оценки качества глиняного сырья используется кремнеземистый модуль. Хорошие глины для производства клинкера характеризуются кремнеземистым модулем 3–4,5. При его высоком значении возрастает хрупкость изделий, снижаются их прочность и морозостойкость. При низком возникают трудности при выпуске клинкера, так как уменьшается интервал спекания в процессе обжига, увеличивается вероятность появления деформаций. Преимущество имеют глины с полиминеральным составом, то есть содержащие различные глинистые компоненты, которые обладают различной дисперсностью и огнеупорностью. Установлено, что наличие минералов каолинитовой группы должно быть в пределах 20–30 % [1]. Известно также, что качество керамического кирпича характеризуется такими физико-техническими показателями, как декоративность, водо-, солевая стойкость и механическая прочность [4].

Нами проводились исследования по синтезу керамической брусчатки из лессовой породы, которая является широко распространенным сырьевым материалом в условиях Приаралья [5]. В качестве исходного сырья был взят карьер лессовой породы «Курбановское», принадлежащий частному предприятию «Жайхун» Хорезмской области. Анализ химического состава лессовой породы месторождения «Курбановское» Хорезмской области Республики Узбекистан приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Химический состав лессовой породы месторождения «Курбановское»

Глинистое сырье месторождения «Курбановское» имеет светло-серый цвет, крупнодисперсную структуру, беспорядочную (комковую) текстуру. Легко поддается дроблению, хорошо размокает в воде, бурно вскипает при взаимодействии с 10 %-ным раствором соляной кислоты. Карьерная влажность сырья – 20–25 %. По числу пластичности глина относится к группе умеренно пластичного сырья (4,7–6,7), по чувствительности к суше (по Чижскому) – к группе малочувствительного, является полиминеральным сырьем. Глинистое вещество представлено каолинитом (6–15 %), монтмориллонитом (10–18 %), гидрослюдой (5–12 %), в качестве примеси присутствуют хлориты. В более крупных фракциях содержатся неглинистые минералы в следующих соотношениях: кварц – до 33 %, кальцит – 6–10 %, доломит – до 5,5 %, полевые шпаты – до 8 %. По засоренности природными крупнозернистыми включениями сырья относится к группе со средним содержанием крупных включений: 5 мм – 0,16 %; 5–3 мм – 0,24; 3–2 мм – 0,27; 2–1 мм – 0,39; 1–0,5 мм – 0,2; сумма – 1,26 %. По степени спекания – к группе неспекающегося, по показателям огнеупорности является легкоплавким (1170 °С). Материал после обжига при температуре 1100 °С обладает водопоглощением 7,8 % [2].

На основе легкоплавкой лессовой породы в лабораторных и заводских условиях были приготовлены ряд образцов, составы которых приведены в табл. 2.

 Таблица 2.

Состав опытных образцов

Во всех опытных составах содержится угольная мелочь – 5 % от общей массы.

Подготовка лессовой породы осуществлялась по общепринятым методам [1]. В качестве стеклобоя использовались отходы цветного тарного стекла, которые образовались в мусоросборных пунктах г. Ургенча. Подготовка отхода стеклобоя осуществлялась следующим образом: помол в шаровой мельнице в течение 3–5 часов; полученный гранулят-порошок подвергался грохочению в ситах, размер отверстий которых равен 10 000 отв/см² [6].

Формование керамической брусчатки осуществлялось полусухим способом, формовочная влажность массы – 7–10 %; давление прессования полуфабриката осуществлялось при 10–20 МПа, сушка опытных образцов осуществлялась при температуре 90–120 °С в течение 4 часов. Обжиг изделий производился в 18 камерных кольцевых печах по режиму, принятому ч/п «Жайхун». В результате полузаводского опыта получена керамическая брусчатка, обладающая следующими физико-механическими свойствами, которые приведены в табл. 3.

Как видно из таблицы, наиболее улучшенными свойствами обладают составы опытных масс М2. По нашему мнению, причиной улучшения физико-механических свойств полученных образцов является введение тонкоизмельченного стеклобоя, который под действием высокой температуры образует жидкую фазу. Полученная жидкая фаза является инициатором жидкофазного спекания, жидкая фаза, обволакивая твердые частицы, способствует их растворению и связыванию между собой. В составе жидкой фазы идет кристаллизация таких кристаллических фаз, как муллит, анортит и кристобалит. Также введенная угольная мелочь является восстановителем и энергоносителем.

Таблица 3.

Сравнительные физико-механические свойства образцов керамической брусчатки

Керамическая масса, модифицированная с угольной мелочью, в процессе обжига претерпит ряд изменений. В начальный период из-за выгорания происходит спекание керамических частичек, образовавшаяся жидкая фаза связывает более тугоплавкие частички, дальнейший подъем температур – тугоплавкие соединения растворяются в жидкой фазе, образуя при этом такие соединения, как муллит, альбит, анортит. Для получения полного спекания брусчатки, не вызывая ее деформации, необходим очень медленный подъем температуры, наибольшее выдерживание (40 часов) изделий при температуре, близкой к спеканию, и очень медленное охлаждение без притоков воздуха.

С термодинамической точки зрения процесс спекания керамической массы с выгорающими модификаторами представляет собой нестационарный, необратимый процесс перехода системы за счет самопроизвольного уплотнения дисперсного пористого тела в более стабильное, устойчивое состояние. В исходном состоянии пористое тело, полученное прессованием порошков и имеющее развитую внутреннюю межфазовую поверхность, представляет собой систему повышенных запасов свободной поверхностной энергии. Выделившееся тепло от горения порошкообразного модификатора сопутствует образованию жидкой фазы. Образовавшаяся жидкая фаза играет роль интенсификатора процесса спекания. Как известно, наиболее важными факторами, определяющими скорость жидкостного спекания, являются поверхностное натяжение и вязкость жидкой фазы, размер частиц твердой фазы. Дальнейший разогрев спекаемого слоя материала приводит к снижению вязкости жидкой фазы, тем самым обволакивая зерно тугоплавкого компонента, либо растворяет в себе их, образуя новые химические соединения. Образование новых химических соединений также зависит от окислительно-восстановительной среды процесса обжига. Образовавшийся восстановительный режим слоя спекающего материала приводит к восстановлению Fe²⁺ до Fe⁺. Как известно, в химическом отношении Fe⁺ более активный, чем Fe²⁺, что предопределяет ускоренное образование легкоплавких соединений с участием оксидов железа.

В результате проведения эксперимента установлено, что с увеличением степени спекания керамической брусчатки возрастают ее плотность, механическая прочность, твердость, химическая стойкость и сопротивляемость воздействиям различных агрессивных средств, уменьшается газо- и водопроницаемость.

Список литературы:

1. Августинник А.И. Керамика. – Л. : Стройиздат, 1975. – С. 167–168.
2. Исматов А.А. Силикат ва қийин эрийдиган нометалл материаллар технологияси. – Тошкент, 2006. – 228 с.
3. Исматов А.А., Шерназарова М.Т., Якубов Т.Н. Стеновая керамика с использованием палеоглин и лессовых пород. – Ташкент : Фан, 1993. – С. 41–45.
4. Мустафин Н.Р. Клинкерный кирпич из легкоплавких глинистых пород и техногенных отходов: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Красково. – 21 с.
5. Намлик ва шўрланиш таъсири юқори бўлган худудлар учун қурилиш ғишти композицияси / М.Ю. Юнусов, З.К. Бабаев, З.Б. Джуманиязов, Ф.А. Исчанов // «Новые композиционные и нанокомпозиционные материалы: структура, свойства и применение»: номли Республика илмий-техникавий конференцияси. – Ташкент, 2018. – С. 212–214.
6. Трепалина Ю.Н., Кириллова Н.К. Керамический кирпич из сырья Якутии с добавлением тонкомолотого стеклобоя // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2019. – № 4. – С. 138–143.