Деформационных свойств

Как показали предварительные исследования, керамический материал, насыщенный грубозернистыми компонентами на 70-80%, то есть имеющий плотную упаковку заполнителей, мало чувствителен к усадкам при сушке и обжиге. В традиционно используемых составах строительной керамики невы­соко содержание отощителей (до 40%). Это является главной причиной зна­чительного разброса значений коэффициентов линейного расширения и ран­него (600-800 °С) наступления усадок масс с достаточно высокими значе­ниями.

Снижение сечения каналов для миграционных процессов газов из-за увеличения их пропускной способности, вследствие создаваемого перепада давлений внутри и вокруг изделий способствует, как показали исследования, снижению пористости, повышению прочности и морозостойкости. Прочностные характеристики увеличиваются в большей или меньшей мере при обжиге в вакууме, в зависимости от минералогического и химического состава глин, наличия примесей. Как показали исследования, вакуу-мирование дает эффект, равный повышению температуры на 100 °С. Особо положительное воздействие на значения коэффициентов линейного расшире­ния материалов оказывает снижение их водосодержания. Для испытания со­ставляющих материалов в диапазоне до 900 - 1200 °С в качестве измеритель­ного прибора использовался дилатометр ДКС-900, а также кварцевые дила­тометры различных конструкций. Результаты испытаний представлены в табл. 4.10.

Одной из основных причин деструктивных явлений в керамических ма­териалах, высоконасыщенных пористыми грубозернистыми компонентами, является температурная несовместимость их с растворной составляющей. Снижение водосодержания растворной составляющей различными способа­ми, в том числе и гидрофобизацией заполнителей, значительно сглаживает отличия в температурных коэффициентах линейного расширения. Однако, учитывая различную направленность деформаций заполнителей (расширение) и раствора (усадка), добиться полного сближения их свойств в

отношении восприятия температурных воздействий можно только введением в растворную составляющую микронаполнителей.

Таблица 4.10

Температурный коэффициент линейного расширения керамических изделий

Использование плотных упаковок заполнителей в легкобетонных и ке­рамических материалах создает при расчетах составов материалов основу, позволяющую сократить объем экспериментальных исследований. Разрабо­тана методика подбора составов материалов на основе плотных упаковок за­полнителей, которая реализована в блок-схеме алгоритма.

На первом этапе она предусматривает на основании данных средней плотности в куске проверку соблюдения требования по теплопроводности: ρ_к1(1-П₁)+ ρ_к2(П₁-П₂П₁)+ ρ_к3(П₂-П₃П₂)/(1-П₁)+(П₁-П₂П₁) ₊

+ (П₂-П₃П₂)< ρ^гр_к ,

где ρ_К1, ρ_К2, ρ_К3, ρ^гр_к,- средние плотности в куске первой, второй, третьей фракции, граничные значения кг/м³; П₁ ,П₂ ,П₃ ,V₁ ,V₂ ,V₃ - межзерновая пустотность и объемы соответственно первой, второй, третьей фракций, м³

На втором этапе на основании данных прочностей фракций заполнителей устанавливается требуемое водосвязующее отношение. Третий этап предусматривает корректировку объема связующего изменением объема первой фракции при несоответствии получаемой удобоукладываемости заданной.

Данные, полученные в результате проведенных исследований, показы­вают, что отощенная глина (50 % микронаполнителей) приближается по свойствам восприятия колебаний температур к высокоглиноземистому и гли­ноземистому цементам. Дальнейшее увеличение содержания ми­кронаполнителей еще больше повысит температурную совместимость ком-

понентов материала. Однако при этом необходимо учитывать негативное из­менение реологических свойств, а главное возможную недостаточность ос­тавшегося количества глиняного связующего для спекания материала. Не по­следнее место в данном подходе - стремлении увеличения содержания ми­кронаполнителей в составе связующего, должен играть и экономический фактор, а именно увеличение затрат на получение данных ми­кронаполнителей. Вышеизложенные данные приводят к выводу о том, что при массовом производстве крупноразмерных керамических изделий основ­ным направлением снижения усадок выбранного связующего является сни­жение его водосодержания.

Сопоставление показателей керамических материалов, полученных в экспериментальных исследованиях с аналогичными показателями у легких бетонов, по данным документов, проведено в таблице 4.11.

Таблица 4.11 Средние плотности легкобетонных и керамических материалов

Данные в табл. 4.11 показывают, что по новой технологии возможно сни­жение средней плотности при производстве равнопрочных материалов. Это объясняется тем, что введенное в глиняное связующее избыточное количест­во свободной воды химически не связывается и может быть удалено. В свете вышеизложенного структура керамического связующего должна быть лучше по сравнению со структурой твердеющего при тепловлажностной обработке цементного связующего. Для подтверждения этого были проведены специ­альные исследования. Бралась плотная упаковка смеси шлаковых заполните­лей с пустотностью 26%. Для заполнения пустот в ней и обмазки грубозерни­стых компонентов использовались растворы с водо-связующим (цементным и глиняным) отношением 0,5. В качестве мелкого заполнителя применялись фракции шлака 0,314-2,5 в количестве 30% от объема связующего. Условия приготовления и формования образцов принимались одинаковыми. Образцы на цементном связующем испытывались после 28 суток нормального хране­ния. Для установления распределения пор образцы были испытаны на ртут­ном поромере. Испытание показало, что у керамического связующего по сравнению с цементным снизился объем микропор с 0,05561 до 0,03753 см³/г, то есть на 65%. В то же время средний диаметр пор понизился с 0,061 до 0,038 мкм.

Исследования влияния разработанных технологий на пористость мате­риала проводились с помощью метода ртутной порометрии, метода, основан­ного на кинетике водопоглощения. Плотность и прочность структурных со­ставляющих устанавливалась путем определения микротвердости и по мето­дике моделирования процессов в материале контактным вакуумированием. Результаты исследований показали снижение общей и капиллярной пористо­сти, уменьшение количества макропор, повышение однородности пор по размерам, плотности и прочности в структурных составляющих и, в первую очередь, в контактных зонах. При этом наблюдается улучшение вязкопласти-ческих свойств материала. Об этом свидетельствует увеличение прочности на растяжение по сравнению с прочностью на сжатие. Основной прирост проч­ности материалов достигается за счет повышения однородности их структу­ры. Об этом свидетельствует то, что увеличение прочности на 70-100% со­провождается ростом объемной массы только на 5-10%. Коэффициент кон­структивного качества материала возрастает на 50-70% (табл. 4.12).

Таблица 4.12

Влияние вида связующего на возможности улучшения свойств материалов: средний радиус пор г, однородность пор по размерам а, прочность на сжатие

Rok, отношение прочности на сжатие к прочности на растяжение R_сж/R_p, средняя плотность материала р, коэффициент конструктивного качества ККК

Определение теплопроводности проводилось на установке по ГОСТ 7076-87. Размеры образцов составляли 250 х 250 х 60 мм, использовали по три образца каждого состава, изготовленные по одной технологи ( табл. 4.13).

Испытания проводили на предварительно высушенных до постоянной массы образцах при температуре 105-110 °С. Испытания на теплопровод­ность материалов на основе шлакового заполнителей и глиняного связующе­го показали, что коэффициенты их теплопроводности не превосходят усред­ненных коэффициентов теплопроводности аналогичных материалов на це­ментном связующем, установленных ГОСТ 25820-83.

Таблица 4.13

Испытания на морозостойкость проводились как для бетонов на пористых заполнителях в соответствии с ГОСТ 10060-87. Основные образцы, предназначенные для попеременного замораживания и оттаивания, перед на­чалом испытаний насыщали 96 ч. в воде при температуре 15—20 °С. Кубы тщательно осматривали, фиксируя замеченные дефекты. Данные по морозо­стойкости и сопоставление их с усредненными значениями приведены в табл. 4.14.

Таблица 4.14 Морозостойкость материалов

На основании данных табл. 4.12 и 4.13 можно утверждать, что ма­териалы по новой технологии имеют показатели по теплопроводности и мо­розостойкости выше усредненных значений, соответствующих традиционной технологии, и могут успешно применяться в производстве строительных из­делий.

Исследования основных прочностных и деформативных свойств ма­териалов заключались в определении, наряду с кубиковой прочностью при сжатии, призменнои прочности и начальных модулей упругости.

Определения призменнои прочности проводились на образцах размерами 15 х 15,7х 60 и 10 х 10 х 40 см в соответствии с ГОСТ 10180-90 как для легких бетонов на пористых заполнителях. Основная деформативная характеристика материалов стеновых изделий - модуль упругости, определялась также на образцах вышеуказанных размеров в соответствии с методикой НИИЖБ с помощью установленных на их боковых гранях

приборов (индикаторов часового типа). Результаты проведенных исследова­ний сведены в табл. 4.15.

Таблица 4.15

Призменная прочность R_призм и начальные модули Е_в материалов

Полученные данные позволяют утверждать то, что материалы, получен­ные по новой технологии, соответствуют требованиям, предъявляемым к ма­териалам, используемым для изготовления конструктивно-теплоизоляционных изделий. Таким образом, возможность с эксплуатацион­ной точки зрения перехода с технологии легких бетонов на искусственных керамических заполнителях и цементном связующем на технологию керамических материалов на основе плотных упаковок пористых попутных продуктов, можно считать доказанной.

В соответствии с методом получения высококонцентрированных вяжу­щих суспензий путем механического измельчения в щелочной среде кремне­земистых и алюмосиликатных породообразующих минералов в турбулентных смесителях проводилась обработка Кембрийской и Сухо-Карсунской глин, затворенных щелочными растворами с высокими значениями рН. При этом исследовалось влияние количества полученных в результате такой обработки частиц размерами менее 0,5 мкм на прочность при изгибе и сжатии. Резуль­таты проведенных исследований представлены в таблице 4.17.

Таблица 4.16 Пределы прочности при изгибе и сжатии высушенных образцов

Для объяснения полученных результатов проводился рентгенофазовый анализ Кембрийской глины и полученного материала (рис. 4.12). Основным породообразующим минералом Кембрийской глины является иллит (меж-

о

плоскостные расстояния 7,23; 4,24; 3,79 А и др.). В небольших количествах

о

присутствует каолинит (межплоскостные расстояния 7,17; 4,18; 3,75 А и др).

В качестве примеси можно отметить свободный кварц (межплоскостные

расстояния 4,26; 3,34; 2,28 А и др). Рентгенофазовый анализ полученного материала показал следующие изменения. Установлено значительное содер­жание в материале алюмосиликатов типа Ca(Al₂Si2O8)-4H₂O (межплоскостные

расстояния 9,99; 7,28; 5,01 А и др). Очевидно именно они являются носите­лями прочности данного материала. В материале остался также в свободном

о

виде иллит (межплоскостные расстояния 9,94; 7,109; 6,28 А и др.) и кварц

о

Поиск по сайту: