Дорожная керамическая брусчатка на основе местных лёссовидных пород модифицированный стеклобоем

АННОТАЦИЯ

Целью нашего исследования является разработка составов высококачественной дорожной керамической брусчатки из лессовидной породы Курбановского месторождения Хорезмской области Республики Узбекистан с использованием промышленных отходов.

ABSTRACT

The purpose of our research is to develop compositions of high-quality road ceramic paving stones from loess-like rocks of the Kurbanovsko field of the Khorezm region of the Republic of Uzbekistan using industrial waste.

Ключевые слова: дорожная керамическая брусчатка, отход стеклобоя, обжиг, модификация, лессовидных пород.

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

Введение. В экологически бедственных регионах, особенно с солончаковой почвой, применяемые материалы для мощения дорог, тротуаров, площадок и других объектов вследствие агрессивности окружающей среды быстро изнашиваются, в результате эти объекты быстро выходят из строя. В связи с этим актуальным является разработка технологии получения дорожной керамической брусчатки с высокими механическими показателями и химической стойкостью. Дорожная керамическая брусчатка является аналогом керамического кирпича, отличающейся своим геометрическим размером, структурой черепка и некоторыми физико-химическими свойствами [1,2].

Объекты и методы исследований. Целью нашего исследования является разработка составов высококачественной дорожной керамической брусчатки из лессовидной породы Курбановского месторождения Хорезмской области Республики Узбекистан с использованием промышленных отходов. О кирпичах получаемых из лессовых пород Узбекистана сообщается в [3].  Для достижения поставленной цели нами в лабораторных условиях разработаны составы керамического кирпича (брусчатка) модифицированной стеклобоем, количество которого находилось до 25 масс. %.

Результаты и их обсуждение. В ходе эксперимента подготовка исходного сырья осуществлялась по традиционной технологии[4,5]. Бой стекла вводился в измельченном состоянии фракцией менее 0,1 мм. Структура керамической брусчатки, модифицированного стеклобоем (рис. 1) свидетельствует о растекании аморфной фазы по поверхности частиц керамики, а изменение количества кристаллических фаз объясняется переходом части структуры в аморфную составляющую. При введении добавок в виде измельченного стеклобоя возрастает доля хемосорбированных катионов Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, образующими связями с кремнекислородными тетраэдрами [2].

а)                                                                                    б)                                               

Рисунок 1. Структура обожженной керамической брусчатки, полученного на основе 80 масс.ч. лессовидной породы, 10 масс.ч. воды и 20 масс.ч. стеклобоя: а) фотография поверхности, полученная при увеличении в 2000 раз; б) рентгенограмма минерального состава.

A-анортит, D-диопсид, K-кристоболит, M-муллит

То есть структура модифицированной керамики будет представлять собой чередование областей кристаллического и аморфного характера.

Рисунок 2.  Зависимость свойств керамической брусчатки на основе 100 масс.ч. лессовидной породы и 10 масс.ч. воды от температуры обжига: а) 1 - плотность (ρ, кг/м³), 2 - прочность при сжатии (σ_сж, МПа); б) 1 - открытая пористость (П_о, %), 2 - водопоглощение (W, %)

Для повышения качества керамической брусчатки было исследовано влияние температуры обжига на свойства керамического материала (рис.3). Предварительно были подобраны удельное давление прессования (20 МПа) и температура сушки (90 ⁰С).

Рисунок 3.  Зависимость свойств керамической брусчатки на основе 80 масс.ч. лессовой породы, 10 масс.ч. воды и 20 масс.ч. стеклобоя от температуры обжига: а) 1 - плотность (ρ, кг/м³), 2 - прочность при сжатии (σ_сж, МПа); б) 1 - открытая пористость (W, %), 2 – водо-поглощение (Wⁿ, %)

Повышение прочностных характеристик происходит за счет образующегося при обжиге расплава, который заполняет крупные поры и выступает в роли связующего между частицами твердой фазы. В реакцию твердофазного синтеза вступают частицы стеклофазы и легкоплавкие соединения присутствующей в составе лессовидной породы, контактирующие с поверхностью зерен твердой фазы, а остальной массив обладает меньшими прочностными характеристиками, что объясняет понижение прочности при содержании стеклобоя свыше 25 масс. %. Также, с увеличением количества стеклобоя в составе массы более 25 % приводит к деформацию отформованного изделия, что является нежелательным исходом.

Обжиг при более высоких температурах приводит к растрескиванию и деформации образцов, вследствие создания высокого внутреннего давления. Исследования в изменении структуры керамики при различной температуре обжига (рис. 3) показывают, что наибольшей однородностью обладает кирпич, обожженный при температуре 950 ⁰С. Эта температура также соответствует протеканию жидкофазного спекания.

Влияние добавок на свойства керамической брусчатки, полученного по разработанной технологии представлено в табл. 1 и 2. Как видно из таблицы 1 введением в состав керамической массы из лессовидной породы тонкоизмельченного стекольного порошка происходит положительный сдвиг всех качеств, т.е. увеличивается число пластичности и морозостойкость, снижается коэффициент чувствительности к сушке и общая объемная усадка.

Таблица 1.

Сушильные и эксплуатационные свойства керамической массы на основе исследуемых составов

Отрицательным моментом является лишь незначительное увеличение теплопроводности.

Таблица 2.

Физико-механические свойства керамики на основе исследуемых составов

Как видно из полученных данных, с введением тонкоизмельченного стекольного порошка в состав керамической массы, состоящей из лессовой породы, наблюдается положительные изменения после обжига. Так, обожжённых образцах при температуре 950 ^оС наблюдается увеличения прочности от 18,8 до 40 МПа (2,12 раз), увеличивается плотность от 1777 до 2150 кг/м³, снижается водопоглащение и открытая пористость. Причиной тому, является по всей видимости полное спекания керамического черепка под влиянием жидкой фазы.

Заключение: Таким образом, на основе лессовидной породы в лабораторных условиях были получены высококачественная керамическая брусчатка с удовлетворительными физико-механическими свойствами. В исследованиях были определены зависимости физико-механических свойств керамической брусчатки от температуры обжига и от содержания модификатора - тонкоизмельченного стеклобоя.

Список литературы:

1. Золотарский А.З. Производство керамического кирпича:- М.: Высш. шк., 1989. - 264 с.
2. Пащенко А.А. Общая технология силикатов. – Киев: Выcш. Шк., 1983. - 408 с.
3. Исматов А.А., Шерназарова М.Т., Якубов Т.Н. Стеновая керамика с использованием палеоглин и лессовых пород. «Фан», Тошкент, -1993. С. 20-40.
4. Керамические материалы / Под ред. Масленниковой Г.Н.. - М.: Стройиздат, 1991. - 316 с.
5. Производство изделий строительной керамики / Л.Л. Кошляк, В.В. Калиновский. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1990. – 206 с.