Изобретение относится к производству строительных изделий, в частности к изготовлению керамического кирпича.
Сложившаяся ситуация в области образования, накопления и размещения сталеплавильных отходов предприятий по утилизации металлолома в Таджикистане ведет к опасному загрязнению всех компонентов (поверхностных и подземных вод, почва и растительного покрова) окружающей среды. Отходами предприятий по переработки металлолома в основном являются шлаки, которые подразделяются на шлаки черной и цветной металлургии. В настоящее время на территории г. Душанбе функционирует более 10 предприятий, которые перерабатывают металлические отходы. Их химический состав и структура изменяются в зависимости от вида выплавляемого металла, особенностей технологического процесса, условий охлаждения и др. При выплавке 1 тонны стали выход шлаков составляет от 0,1 до 0,3 т. а на 1 тонну чугуна приходится 0,6-0,7 т. шлака. Одним из основных направлений по уменьшение влияния шлаковых отходов на окружающую среду является повторного использования сталеплавильных отходов в строительные отрасли республики. Шлаки металлургический производства (литейного производства) благодаря своим свойствам, количеству и распространению является перспективным сырьём для производства различных строительных материалов.
Известна керамическая масса, содержащая глину, стеклобой, гранитные отсевы, сподумен при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина 58,0-64,0; стеклобой 14,0-16,0; гранитные отсевы 14,0-16,0; сподумен 8,0-10,0 [1].
Известная смесь позволяет изготавливать кирпичи, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 530-2012, а также повысить влагостойкость готовых изделий.
Недостатками известных смесей являются сложность их компонентного состава, а также необходимость использования дорогостоящих первичных материалов - сподумена, кремнегеля.
Наиболее близкая масса к заявляемого изобретения по совокупности признаков является керамическая масса для производства кирпича, содержащая глину, уголь, измельченный брак кирпича после сушки, кварцевый песок, сульфитно-дрожжевую бражку, карбоксиметилцеллюлозу и измельченную макулатуру при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина - 81,2-87,1; уголь - 1-1,5; измельченный брак кирпича после сушки - 0,1-1,0; кварцевый песок - 10-14; сульфитно-дрожжевая бражка - 1-1,5; карбоксиметилцеллюлоза - 0,3-0,5; измельченная макулатура - 0,3-0,5 [2].
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой смеси - глина; уголь.
Недостатком известной смеси, принятой за прототип, является необходимость использования кварцевого песка как добавки, что ведет к истощению ресурсов, повышает стоимость смеси, а также сложность ее состава и подготовки.
Задача настоящего изобретения заключается в получении сырьевой смеси, позволяющей изготавливать керамического кирпича с высокими значениями показателей качества в широком спектре физико-механических свойств при снижении затрат на энергию и сырьё за счет расширения сырьевой базы керамической промышленности, а также в ускорении решения проблемы утилизации шлакоотвалов металлургического производства на примере ГУП «Коргоҳи машинасозӣ» г. Душанбе.
Химический состав образцов гранулированного шлака ГУП «Коргоҳи машинасозӣ» г. Душанбе представлен в основном четырьмя оксидами: SiО2 – 48,0%, CaO -1,6%, Al2О3 – 3,1% и Fe2О3 – 47,0%, также в небольших количествах в них присутствует К2О - 0,1% и Na2О - 0,2%. Сталеплавильные шлаки характеризуются более высоким содержанием Fe2О3 (до 47%) и SiО2 (до 48%). Анализ проведено в соответствии с ГОСТами 10578-85; 30515-2013; 31108-2016 и ГОСТ Р 56157-2014. Использование сталеплавильного шлака с содержанием SiO2 до 48 % масс. даёт повышения прочности на сжатие, на изгиб и морозостойкости и для воздушной усадки керамических кирпичей. По химическому составу основными компонентами шлака являются оксиды кремния, алюминия и железа.
Компоненты использованные для получения массы: глина месторождение территории Вахдатского района (9 км) с добавлением – сталеплавильных шлаков ГУП «Коргоҳи машинасозӣ». Предварительно шлак и глина подвергались измельчению и перемешиванию по технологическому процессу производства на ООО «Аква». Шлаковые добавки вводились в 1м3 (1800 кг) массы глины в количестве: 2,5; 7,5; 15 и 30 кг для каждого образца, компонентов при указанных соотношениях перемащивают и полученную смесь подвергают увлажнению.
Из вяжущих формовались образцы керамического кирпича размером 250×120×65 мм, которые до технологического процесса обжига твердели в нормальных условиях (режим 7 сутки, при tср=27°C). Образцы подвергались обжигу при температурном максимуме tср=900°С. Остывание образцов протекало вместе с печью.
Новый технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в расширении диапазона применения шлака от сжигания углей без ущерба для качества получаемых шлакокерамических материалов, а также возможность использования более совершенных и менее затратных методов формования изделий. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости и механической прочности при изгибе и сжатии.
Используемая шлак увеличивает пластичность сырья за счет большое количество содержания окиси кремния. Благодаря высокой пластичности в сочетании с оптимальными режимами нагрева и охлаждения при обжиге, адаптированными к сорту
глины и добавлением шлака, уменьшается количество микротрещин и увеличивается прочность кирпича.
Предел прочности при сжатии кирпича и кирпича при изгибе определяют в соответствии с ГОСТ 8462.
Предел прочности при сжатии образцов вычисляют с точностью до 0,1 МПа (1 кг/см) результатов испытания всех образцов. Испытание проводилось на прочность при раздавливании на прессе ПГМ-100МГ4.
Предел прочности на сжатие вычисляли как среднее арифметическое результатов пяти испытаний без наибольшего и наименьшего результатов, представлено в таблицу 1
По полученным данным из экспериментов была построена зависимость прочности шлакокерамического кирпича от состава смеси формулой: Pкгс/см2 (Фиг. 1).
Анализ экспериментальных данных, приведенных на рисунке, показывает, что что при добавлении 15 кг сталеплавильного шлака в 1м3 массы глины содержании состава керамического кирпича обеспечивает прочность материала, равную 102,21 - 105,96 кгс/см2 и изгибе 36,96 - 43.35 кгс/см2, что согласно требованиям п.5.2.3. табл.7 ГОСТ 530-2012 кирпич соответствует марке М100.
Более высокое содержание сталеплавильного шлака в 1м3 массы глины (более 20 кг) не отвечает требованиями ГОСТа 530-2012. Снижение прочности образцов, связано с низкой реакционной способностью шлака, имеющего структуру, плохо вовлекающуюся в физико-химические процессы при температуре обжига 900°С, что обусловливает образование разрозненных агрегатов с низкой прочностью. Тем ни менее, учитывая экологические и экономические факторы, замена природной глины на твердые отходы до 15-20 кг 1м3 на массы глины вполне удовлетворяет требованиям кирпича марки М100, который может использоваться по назначению.
Водопоглощение полнотелого керамического кирпича пластического формования составило в среднем 23.07%, что удовлетворяет п.5.2.4 ГОСТ 530-2012 (Фиг. 2).
Таким образом, наибольшая прочность керамического кирпича достигается при температуре обжига более 900 °C, а также при введении добавок шлака до 15-20 кг. при нормальных условиях.
В изломе кирпича, полученного из глины и шлака, видна темно-коричневая уплотненная зона, повышающая его прочность. Поэтому применение шлака как добавок для повышения прочности керамического кирпича, является одним из важных направлений строительного материаловедения.
За счёт путей утилизации шлака и золошлаковых отходов, снижается вредное влияние отвалов на прилегающих территориях ГУП «Коргохи мошинсози», как для безопасности использование отходов производства, как товарная продукция, так и для окружающей среды города Душанбе в целом.
Шлаковые отходы ГУП «Коргохи машинасози» с успехом могут быть использованы и в производстве других материалов и изделий, в том числе в дорожном хозяйстве. Примерная техническая эффективность их использования в изготовления кирпича является: экономия глинистого сырья до 10%, сокращение расхода топлива до 70 кг/тыс. шт. кирпича, повышение марки изделий, улучшение внешнего вида, сокращение срока сушки кирпича, снижение средней плотности
