Силікатні матеріали, технологія виробництва цегли

Вступ

Актуальність роботи. Сучасний розвиток науки і техніки ставить ряд задач, вирішення яких вимагає мобілізації творчих зусиль наукових працівників, науково-технічної інтелігенції і спеціалістів-практиків у розв’язані цих актуальних задач, пов’язаних із створенням товарів народного споживання та промислового призначення, які мають високі споживчі властивості та екологічну чистоту. Разом з цими актуальними проблемами пов’язані також актуальні задачі розробки нових підходів до створення нових товарів, формування і регулювання споживчих властивостей та розробки наукових підходів в створенні товарів з наперед заданими властивостями. Слід відмітити, що важливою задачею є розробка технологій по виробництву товарів з енерго- та працезаощаджувальними технологічними процесами, які дозволяють випускати товари високої якості.

В аспектах вище викладеного і базуючись на узагальнені принципів композицій актуальним питанням є дослідження фізичних та хімічних властивостей силікатних матеріалів, зокрема цегли, та методів їх дослідження.

Організація цегляного виробництва має створити умови для двох основних параметрів виробництва: забезпечувати постійний або середній склад глини і забезпечувати рівномірну роботу виробництва. Для виявлення дійсних причин великої кількості браку на виробництві проводиться аналіз відповідності організації виробництва цим вимогам.

Цегляне виробництво належить до тих видів людської діяльності, де результату добиваються тільки після тривалих експериментів з режимами сушки і випалення. Ця робота має проводиться при постійних основних параметрах виробництва. Неможливо зробити правильні виводи і відкоригувати роботу при недотриманні цього простого правила.

Неможливо випускати якісну продукцію при непостійному складі глини і продуктивності. Неможливо знайти причини браку зменшуючи переробку, не маючи можливості контролювати і регулювати режим сушарки, не дотримуючи режим випалення в печі. Як зрозуміти, де знаходиться джерело браку : глина, видобування, переробка, формування, сушка або випалення.

Найкраща глина - це глина постійного складу, яку з низькими витратами можуть забезпечити тільки багатоковшовий і роторний екскаватори <#"603312.files/image001.gif">

Рис. 2.1. Схема розміщення зразка силікатної цегли на опорних елементах

Стійкість силікатної цегли до циклічних температурно-вологісних впливів являє собою відношення показника міцності зразків, що піддані зазначеним впливам, до міцності контрольних зразків.

Дослідження силікатної цегли на температурно-вологісний вплив проводять циклами. Механічні дослідження зразків проводять після 20 циклів температурно-вологісних впливів.

Один цикл температурно-вологісних впливів на зразки містить у собі наступні операції:

- зразки поміщають на 20 год у посудину з водою, що має температуру (20±2)°С, таким чином, щоб вони були покриті водою на 2 - 3 см;

витягнуті з води мокрі зразки переносять у морозильну камеру і витримують у ній протягом 6 год. при температурі мінус (20±2)°С;

заморожені зразки, витягнуті з морозильної камери, розкладають на стелажах і залишають відтавати протягом 16 год. при температурі повітря (20±2)°С;

після відтавання зразки поміщають у сушильну камеру і витримують у ній 6 год. при температурі (60±5)°С і вологості повітря 60 - 75%.

Для механічних досліджень на сколювання уздовж волокон зразки, що пройшли циклічні температурно-вологісні впливи, досушують при температурі не більше 60°С до досягнення ними первісної вологості.

Відносну міцність силікатної цегли А в відсотках підраховують з погрішністю до 1% по формулі

де - середнє арифметичне результатів досліджень зразків після циклічних температурно-вологісних впливів;

середнє арифметичне результатів іспитів контрольних зразків.

У залежності від ступеня стійкості до циклічних температурно-вологісних впливів силікатної цегли поділяють на три групи:

низької стійкості;

середньої стійкості;

підвищеної стійкості.

Групу стійкості силікатної цегли до циклічних температурно-вологісних впливів визначають у залежності від величини їхньої відносної міцності:

при А до 30% - низька стійкість;

при А від 30 до 60% - середня стійкість;

при А більш 60% - підвищена стійкість.

Для визначення водостійкості силікатної цегли зразки поміщають у судину з водопровідною водою і навантажують таким чином, щоб вони були покриті водою на 2-3 см.

Зразки у воді температурою (20±2)°С витримують протягом 48 год. Після закінчення цього часу зразки витягають з води, протирають чистою сухою ганчіркою чи фільтрувальним папером і піддають обмірюванню й іспиту.

Зразки в киплячій воді витримують протягом 3 год. Після закінчення цього часу зразки прохолоджують протягом 30 хв. у воді температурою (20±2)°С.

Охолоджені зразки витягають з води, протирають і піддають обмірюванню й іспиту.

Якщо середня міцність зразків після витримки у воді менше 3,2 МПа (32 кгс/кв.см), то силікатну цеглу відносять до низької групи водостійкості і не піддають кип'ятінню.

Якщо середня міцність зразків після витримки у воді дорівнює або більше 3,2 МПа (32 кгс/кв.см), то для визначення групи водостійкості силікатної цегли проводять кип'ятіння зразків з наступним іспитом на міцність силікатної цегли.

Розділ 3. Хімічні властивості силікатної цегли та методи її дослідження

3.1 Хімічні властивості силікатної цегли

До хімічних властивостей цегли слід віднести наступні: вологопровідність, атмосферостійкість, стійкість у воді й агресивних середовищах тощо.

Під атмосферостійкістю звичайно розуміють зміну властивостей матеріалу в результаті впливу на нього комплексу факторів: змінного зволоження і висушування, карбонізації, заморожування і відтавання.

Н.Н.Смирнов досліджував мікроструктуру цегли свіжевиготовленої і такої, що пролежала в кладці 10 років різних заводів. Він встановив, що у загальному випадку лусочки новотворів за 10 років частково заміщаються вторинним кальцитом у результаті карбонізації гідросилікатів кальцію.

Гаррісон і Бессі випробували протягом багатьох років силікатну цеглу різних класів міцності, зариту в ґрунт цілком або наполовину, а також лежачу у лотках з водою і на бетонних плитах, покладених на поверхню землі. Вони установили, що зовнішній вигляд цеглин, що лежали 30 років у землі з дренувальним і не дренувальним ґрунтом, мало змінився, але їхня поверхня розм'якшилася, а в цеглин, частково заритих у землю, відкрита частина залишилася без ушкоджень, хоча в деяких випадках поверхня покрилася мохом.

Стан цеглин, що знаходилися 30 років на бетонних плитах, залежав від їхнього класу. Так, виявилися без ушкоджень або мали незначні ушкодження 95% цеглин класу 4 - 5 (28 - 35 Мпа), 65% цеглин класу 3 (21 Мпа) і 25% цеглин класу 2 (14 Мпа). Усі цеглини класу 1 (7 Мпа) мали ушкодження вже через 16 років. Усі цеглини, що лежали 30 років на землі в лотках з водою, отримали ушкодження, і чим нижче клас цегли, тим раніше вони з'являлися: у цеглин класу 1 - через 8 років, класу 2 - через 19 років; класу 3 - через 22 роки і для класів 4 - 5 - через 30 років.

Міцність цеглин, що пролежали в землі 20 років, зменшилася приблизно, вдвічі. При цьому найбільше зниження міцності спостерігалося в цеглин, що знаходилися в недренувальному глинистому ґрунті, а найменше - у цеглин, наполовину заритих у землю (стійма). За 20 років у залежності від умов перебування в ґрунті карбонизувалось 70 - 80% гідросилікатів кальцію, причому в основному карбонізація відбулася в перші 3 роки. Таким чином, навіть при таких винятково твердих іспитах силікатна цегла класів 3 і 4 виявився досить стійкою.

Стійкість силікатної цегли визначається ступенем взаємодії цементуючої її речовини з агресивними середовищами, тому що кварцовий пісок стійкий до більшості середовищ. Розрізняють газові і рідкі середовища, в яких стійкість силікатної цегли залежить від її складу. З цих даних випливає, що силікатна цегла нестійка проти дії кислот, що розкладають гідросилікати і карбонати кальцію, що цементують зерна піску, а також проти агресивних газів, що утримуються у повітрі, пар і пилу при відносній вологості повітря більше 65%.

3.2 Хімічні методи дослідження силікатної цегли

З метою дослідження хімічних властивостей силікатної цегли ми використали наступні методи:

. Визначення рН водневого показника.

. Визначення стійкості до агресивних середовищ.

1. Метод визначення рН водневого показника ґрунтується на вимірі різниці потенціалів між двома електродами (вимірювальним і порівняння), зануреними в досліджувану пробу.

Приготовлений розчин поміщають у склянку місткістю 50 см³, кінці електродів занурюють у досліджувану рідину. Електроди не повинні стосуватися стінок і дна склянки. Значення рН знімають по шкалі приладу.

За остаточний результат іспиту приймають середнє арифметичне результатів двох рівнобіжних визначень, припустиме розбіжність між який не повинно перевищувати 0,1 одиниці рН, інтервал сумарної погрішності ±0,1 одиниці рН при довірчій імовірності Р = 0,95.

Метод визначення колоїдної стабільності заснований на поділі емульсії на жирову і водяну фази при центрифугуванні .

Визначення колоїдної стабільності роблять у наступному порядку: дві пробірки наповняють на 2/3 обсягу досліджуваною емульсією і зважують, результат записують до другого десяткового знака. Різниця маси пробірок з емульсією не повинна перевищувати 0,2 г. Пробірки поміщають у водяну лазню чи термостат і витримують 20 хв при температурі 42-45 °С - густі емульсії, при температурі 22-25 °С - рідкі. Пробірки виймають, насухо витирають їх із зовнішньої сторони і встановлюють у гнізда центрифуги.

Центрифугування проводять протягом 5 хвилин при частоті обертання 100с^-1.

Пробірки виймають і визначають стабільність емульсії. Якщо тільки в одній пробірці спостерігають розшарування емульсії, то повторюють іспит з новими порціями емульсії.

При визначенні стабільності рідких емульсій, якщо не спостерігають чіткого розшарування, уміст пробірки обережно виливають на лист білого щільного папера і відзначають чи наявність відсутність розшарування емульсії.

Емульсію вважають стабільною, якщо після центрифугування в пробірках спостерігають виділення не більш краплі водяної чи фази шару масляної фази не більш 0,5 см.

Метод визначення термостабільності заснований на поділі емульсії на жирову і водяну фази при підвищеній температурі.

Дослідження проводять у такий спосіб: три пробірки діаметром 14 мм, висотою 120 (100) мм наповнюють на 2/3 обсягу досліджуваною цеглою, стежачи за тим, щоб не залишалося пухирців повітря, закривають пробками і поміщають у термостат з температурою 40-42 °С.

При визначенні термостабільності емульсії типу вода/олія вміст пробірок після 1 год. термостатування обережно перемішують паличкою для видалення повітря. Емульсії витримують у термостаті 24 год і потім визначають термостабільність.

Емульсію вважають стабільною, якщо після термостатування в пробірках не спостерігають виділення водяної фази, допускається виділення шаруючи масляної фази не більш 0,5 см.

До азотистих легких основ належить аміак, металанін, диметіланін і триметіланін, які накопичуються у цеглі. Метод оснований на відгоні легких основ, які уловлюються сірчаною кислотою. Загальну кількість легких основ визначає титруванням лугом надлишку сірчаної кислоти у присутності індикатора метилового червоного. Триметіланін визначають у відгоні методом формалінового титрування: аміак і первинні легкі аміни зв’язують формаліном, а азот триметіланіну визначають за різницею між вмістом азоту всіх легких основ і вмісту азоту аміаку і первинних аміаків.

Проведення аналізу: 10 г подрібненої цегли вміщують у колбу перегінного апарату місткістю 500 см³. У колбу наливають 200 см³ дистильованої води, додають 1 г окислу магнію, для попередження піноутворення - шматок чистого парафіну. У кожну приймальну колбу наливають 25 см³ розчину H₂SO₄ концентрації 0,1 моль/дм³.

Відгін проводять протягом 30 хв з моменту появи першої краплі дисцелянту. По закінченні відгону надлишок H₂SO₄ у приймальній колбі відтитровують розчином NaOH концентрації 0,1 моль/дм³ з індикатором метиловим червоним (10 капель). За результатами титрування судять по кількості усіх легких основ у фарші.

До відтитрованої рідини додають 10 капель змішаного індикатора (брометилового синього та фенолового червоного) і 20 см³ формаліну попередньо нейтралізованого розчину NaOH концентрації 0,1 моль/дм³ у присутності того ж індикатора. Розчин набуває жовто-зеленого кольору.

Кислоту, яка виділяється внаслідок додавання формаліну знову відтитровують розчином NaOH концентрації 0,1 моль/дм³ до переходу кольору від жовто-зеленого до фіолетового.

Масову частку всіх легких основ обчислюють за формулою, мг/%,

а масову частку триметіланіну

де а - об’єм розчину H₂SO₄ концентрації 0,1 моль/дм³ налитий дисцилянт в прийомну колбу, см³,

b - об’єм розчину NaOH концентрації 0,1 моль/дм³ витрачений на титрування надлишку H₂SO₄, см³,

с - об’єм розчину NaOH концентрації 0,1 моль/дм³ витрачений на титрування розчину після додавання нейтрального формаліну, см³,

,4 - маса азоту еквівалентна до 1 см³ розчину лугу концентрації 0,1 моль/дм³, мг,

m - маса наважки цегли, г.

. Зразки силікатної цегли піддавали впливові проточної і непротічної дистильованої й артезіанської води протягом більш 2 років. В основному коефіцієнт стійкості зразків падає в перші 6 міс., а потім залишається без зміни. Більш високий коефіцієнт стійкості - у зразків, що містять 5% меленого піску, а більш низький - у зразків, до складу яких введено 5% меленої глини. Зразки, що містять 1,5% меленого піску, займають проміжне положення: їх коефіцієнт стійкості складає приблизно 0,8, що варто визнати досить високим для рядової силікатної цегли.

Кожні 3 міс. визначали міцність і коефіцієнт стійкості зразків, що знаходилися в різних розчинах. У розчині Na2SO4 міцність зразків знижується в основному протягом 9 міс., а до 12 міс. він стабілізується і надалі не змінюється. На відміну від цього міцність зразків, що знаходилися в розчині MgSO4, падає увесь час, і вони починають інтенсивно руйнуватися вже після закінчення 15 міс.

Як правило, коефіцієнт стійкості зразків, що містять 5% меленого піску, складає у ґрунтових водах і розчині Na2SO4 приблизно 0,9, що містять 1,5% меленого піску -- 0,8, тоді як у зразків, до складу яких уведено 5% меленої глини, у ґрунтовій воді і 5%-у розчині Na2SO4 він досягає 0,7. Отже, зразки з меленою глиною не можна визнати досить стійкими до впливу агресивних розчинів, а також м'якої і твердої води.

Таким чином, силікатна цегла, до складу якої введено 5% меленого піску, має високу стійкість до мінералізованих ґрунтових вод, за винятком розчинів MgSO4.

Висновки

Силікатна цегла не піддається випаленню, натомість її піддають автоклавній обробці. Основою виготовлення силікатної цегли є автоклавний синтез: 9 часткою кварцового піску, 1 частку повітря винищити, різні добавки після напівсухого пресування піддаються автоклавній обробці (дія водяної пари при температурі 170 - 200°С і тиску 8 - 12 атм.). Саме таким способом виготовлення пояснюється нестійка подібної цегли до вологи і до дій високих температур. Якщо до цієї суміші додаються атмосферостійкі, лугостійкі пігменти, то виходить кольорова силікатна цегла. Водостійкість силікатної цегли нижча, ніж у керамічної. Тому і в універсальності застосування вона червоному (керамічному) поступається. Силікатну цеглу добре використовувати при кладці несучих стін і різних перегородок, але категорично заборонено застосовувати її при закладці фундаменту, класти печі, каміни, труби, цоколі та ін.

Перевага силікатної цегли перед керамічною полягає в її підвищених звукоізоляційних характеристиках, що є важливим при зведенні міжквартирних або міжкімнатних стін.

Варто відзначити, що силікатна цегла менш водостійка, чим, наприклад, керамічна. Саме з цієї причини силікатна цегла поступається в універсальності застосування іншим видам цегли.

Силікатна цегла надзвичайно зручна при кладці несучих стін і різних перегородок.

Фахівці розрізняють два види силікатної цегли: червону і білу. Червона цегла складається в основному з глини. Біла - з суміші піску і вапна.

Силікатна цегла може бути повнотілою і порожнистою. Порожниста легше, її використання набагато знижує тиск на фундамент. Так само вона володіє меншою теплопровідністю, завдяки чому, стіни з такої цегли можна робити тонше без збитку для теплоізоляції.

Видовий ряд силікатної цегли дуже широкий:

повнотіла тонована цеглина (спектр кольорів включає навіть жовтий, чорний і блакитний), використовується в основному як лицювальний матеріал;

 силікатна пориста цегла повнотіла і порожниста;

 цегла силікатна порожниста;

 цегла повнотіла і порожниста з сколеною фактурою та ін.

Якісна силікатна цегла високої якості повинна відповідати наступним характеристикам:

 межа міцності при стисненні такої цегли повинна складати 15 - 20 Мпа. У характеристиці цегли міцність позначається буквою "М", а цифрове позначення вказує на ступінь міцності (М100, М125, М150, М200 і т. і.). Це дуже важливий аспект, необхідний для створення міцної будівлі, так для зведення 2 - 3 поверхового котеджу підійде цегла і марки М100, а ось для споруди несучих стін багатоповерхових будинків краще використовувати міцніший клас - М150 і вище;

 середня щільність силікатної цегли повинна бути 1300 кг/куб.м;

 морозостійкість цегли в ідеалі повинна бути не нижче 15 циклів, а для середньої смуги краще вибрати цеглу з морозостійкістю 35 - 50 циклів;

 максимальна температура застосування не повинна перевищувати 550°C.

Основними властивостями, що характеризують якість силікатної цегли є зовнішній вигляд поверхні, міцність при вигині, морозостійкість жаростійкість, теплопровідність, вологопровідність, вологопровідність, атмосферостійкість, стійкість у воді й агресивних середовищах тощо.

У даній роботі були проаналізовані наступні методи дослідження фізичних та хімічних властивостей силікатної цегли:

. Визначення міцності при вигині.

. Визначення морозостійкості і вологостійкості.

. Визначення рН водневого показника.

. Визначення стійкості до агресивних середовищ.

Застосування даних методів у процесі контролю якості силікатної цегли на виробництві дозволить на високому науковому рівні підійти до проблеми вдосконалення якості готової продукції.

Список використаних джерел

1.       ДСТУ Б В.2.7-80-98 Цегла та камені силікатні // #"603312.files/image004.gif">