Расчет состава гранулированных шихт для декоративной стеновой керамики

Показана необходимость применения многокомпонентной шихты в современных технологиях строительной керамики, вызванная целым рядом причин, в том числе использованием низкосортных природных и техногенных сырьевых материалов, и актуальность ее рационального подбора с учетом химико-минералогического состава компонентов. Приведены результаты исследования химического, гранулометрического и минерального составов красящего техногенного сырья: пыль газоочистки от производства марганцевых сплавов, шлак от выплавки феррованадия и шламистая часть отходов от обогащения железных руд. Отмечены перспективное направление создания керамоматричных композиционных материалов и разработанная модель формирования каркасно-окрашенной структуры композитов, позволяющая использовать для объемного окрашивания техногенные модификаторы цвета. Рассмотрены основные положения разработанного метода математического расчета состава гранулированной шихты для получения керамики каркасно-окрашенной структуры. Показана модель многослойной гранулы с различным послойным распределением сырьевых компонентов. Приведены сводные данные калькуляции для разных составов шихты и основные показатели расчета. Представлены результаты апробации расчетного метода на примере марганец- и ванадийсодержащего техногенного сырья для формирования двух- и трехкомпонентных гранулированных шихт. В заводских условиях получены опытные образцы декоративного керамического кирпича матричной структуры. Обосновано и экспериментально подтверждено выраженное изменение окраски обожженных изделий при использовании красящей техногенной добавки с пониженным содержанием хромофоров.

.В. АКСТ¹, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.Ю. СТОЛБОУШКИН¹, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
О.А. ФОМИНА^{1, 2}, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
² Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (101990, г. Москва, Малый Харитоньевский пер., 4)

1. Coletti C., Maritan L., Cultrone G., Mazzoli C. Use of industrial ceramic sludge in brick production: Effect on aesthetic quality and physical properties // Construction and Building Materials. 2016. No. 124, pp. 219–227. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.07.096
2. Valanciene V., Siauciunas R., Baltusnikaite J. The influence of mineralogical composition on the colour of clay body // Journal of the European Ceramic Society. 2010. No. 30, pp. 1609–1617. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.01.017
3. Арискина К.А., Арискина Р.А., Салахов А.М., Вагизов Ф.Г., Ахметова Р.Т. Влияние химико-минералогического состава глин на цвет керамических материалов // Вестник технологического университета. 2012. Т. 19. № 24. С. 25–28.
4. Cultrone G., Sebastián E., de la Torre M.J. Mineralogical and physical behaviour of solid bricks with additives // Construction and Building Materials. 2005. Vol. 19, pp. 39–48. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2004.04.035
5. Езерский В.А. Количественная оценка цвета керамических лицевых изделий // Строительные материалы. 2015. № 8. С. 76–80.
6. Валанчене В., Мандейките Н., Урусова Е. Интен-сивность окраски керамики с добавками глауконитов // Стекло и керамика. 2006. № 3. С. 23–25.
7. González I., Campos P., Barba-Brioso C., Romero A., Galán E., Mayoral E. A proposal for the formulation of high-quality ceramic “green” materials with traditional raw materials mixed with Al-clays // Applied Clay Science. 2016. Vol. 131, pp. 113–123. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.12.035
8. Herek L.C.S., Hori C.E., Reis M.H.M., Mora N.D., Tavares C.R.G., Bergamasco R. Characterization of ceramic bricks incorporated with textile laundry sludge // Ceramics International. 2012. No. 38, pp. 951–959. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2011.08.015
9. Phonphuak N., Saengthong C., Srisuwan A. Physical and mechanical properties of fired clay bricks with rice husk waste addition as construction materials // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 17, pp. 1668–1674. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.06.197
10. Кара-сал Б.К. Влияние железистых соединений на спекание глинистых масс при пониженном давлении среды обжига // Стекло и керамика. 2005. № 2. С. 13–16.
11. Голованова С.П., Зубехин А.П., Лихота О.В. Отбеливание и интенсификация спекания керамики при использовании железосодержащих глин // Стекло и керамика. 2004. № 12. С. 9–11.
12. Богданов А.Н., Абдрахманова Л.А., Гордеев А.С. Оценка эффективности карбонатсодержащей добавки в глинистое сырье для создания лицевой керамики // Известия КазГАСУ. 2013. № 2 (24). С. 215–220.
13. Вакалова Т.В., Погребенков В.М., Ревва И.Б. Причины образования и способы устранения высолов в технологии керамического кирпича // Строительные материалы. 2004. № 2. С. 30–31.
14. Пищ И.В., Масленникова Г.Н., Гвоздева Н.А., Климош Ю.А., Барановская Е.И. Методы окрашивания керамического кирпича // Стекло и керамика. 2007. № 8. С. 15–18.
15. Горлов Ю.П. Способы предотвращения высолов на керамическом кирпиче // Строительные материалы. 1996. № 11. С. 29–30.
16. Столбоушкин А.Ю. Улучшение декоративных свойств стеновых керамических материалов на основе техногенного и природного сырья // Строительные материалы. 2013. № 8. С. 24–29.
17. Русович-Югай Н.С. Влияние декстрина на свойства глазурей, керамических красок и восстановление оксида кобальта // Стекло и керамика. 2006. № 3. С. 20–22.
18. Масленникова Г.Н., Пищ И.В. Керамические пигменты. М.: Стройматериалы, 2009. 224 с.
19. Яценко Н.Д., Зубехин А.П. Научные основы инновационных технологий керамического кирпича и управление его свойствами в зависимости от химико-минералогического состава сырья // Строительные материалы. 2014. № 4. С. 28–31.
20. Пивинский Ю.Е. Кварцевая керамика. ВКВС и керамобетоны. История создания и развития технологий. СПб.: Политехника принт, 2018. 360 с.
21. Портной К.И., Салибеков С.Е., Светлов И.Л., Чубаров В.М. Структура и свойства композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1979. 255 с.
22. Федоркин С.И., Макарова Е.С. Утилизация дисперсных отходов производства в строительные материалы матричной структуры. Строительство и техногенная безопасность: Сборник научных трудов. Симферополь. 2010. Вып. 32. С. 70–74.
23. Верещагин В.И., Шильцина А.Д., Селиванов Ю.В. Моделирование структуры и оценка прочности строительной керамики из грубозернистых масс // Строительные материалы. 2007. № 6. С. 65–68.
24. Столбоушкин А.Ю., Акст Д.В., Фомина О.А. Разработка модели формирования цвета и распределения красящего компонента при обжиге керамики каркасно-окрашенной структуры // Строительные материалы. 2020. № 8. С. 38–46. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-783-8-38-46
25. Патент РФ 2701657. Способ получения сырьевой смеси для декоративной строительной керамики / Акст Д.В., Столбоушкин А.Ю., Фомина О.А. Заявл. 19.12.2018. Опубл. 30.09.2019. Бюл. № 28.
26. Столбоушкин А.Ю., Акст Д.В., Фомина О.А., Сыромясов В.А. Изменение интенсивности окраски декоративных керамических материалов матричной структуры // Труды НГАСУ. 2017. Т. 20. № 2 (65). С. 92–102.
27. Акст Д.В., Столбоушкин А.Ю. Разработка метода расчета состава шихты для декоративной керамики каркасно-окрашенной структуры // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2020. № 3 (33). С. 34–41.
28. Butensky M., Human D. Rotary drum granulation: an experimental study of the factors affecting granule size // Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1971. Vol. 10. No. 2, pp. 212–219.
29. Белов В.В., Смирнов М.А. Строительные композиты из оптимизированных минеральных смесей. Тверь: ТвГТУ, 2012. 112 с.
30. Наумов М.М., Нохратян К.А. Справочник по производству строительной керамики. М.: Гос-стройиздат, 1962. 699 с.
31. Storozhenko G., Stolboushkin A. Ceramic bricks from industrial waste // Ceramic & Sakhteman. Seasonal magazine of Ceramic & Building. 2010. No. 5, pp. 2–6.
32. Королев Л.В., Лупанов А.П., Придатко Ю.М. Плотная упаковка полидисперсных частиц в композитных строительных материалах // Современные проблемы науки и образования. 2007. № 6. С. 109–114.
33. Aste T., Saadstfar M., Sakellariou A., Senden T. Investigating the geometrical structure of disordered sphere packaging // Physica A. 2004. Vol. 339, pp. 16–23.
34. Torquato S., Stillinger F.H. Multiplicity of generation, selection, and classification procedure for jammed hard particle // Physical Review Letters. 2000. Vol. 8, pp. 2064–2067.