Стеновые керамические материалы объемного окрашивания с матричной структурой

Разработаны научные принципы создания стеновых керамических материалов объемного окрашивания с матричной структурой. Обоснована необходимость структурной концентрации красящих добавок из техногенных отходов с пониженным содержанием соединений-хромофоров для получения стеновой керамики объемного окрашивания с требуемыми свойствами. Предложены модель формирования пространственно-организованной структуры и схема распределения сырьевых компонентов при обжиге керамического матричного композита. Установлено, что концентрация красящего компонента в количестве 5–10 мас. % от состава шихты в матрице композиционного материала путем агрегирования базового компонента шихты в гранулы диаметром 1–3 мм, нанесения на них оболочки толщиной 0,05–0,2 мм из красящего компонента с последующими прессованием, сушкой и обжигом обеспечивает объемное окрашивание стеновой керамики при снижении содержания хромофоров в красящем компоненте до 33%. Приведены исследования макро- и микроструктуры полученных керамических материалов. Показано, что керамический матричный композит на макроуровне состоит из ядер, сформированных из базового компонента шихты и покрытых оболочкой из продуктов спекания красящей добавки темного цвета, а в граничной зоне между ними формируется переходный слой, образованный в результате взаимодействия компонентов ядра и оболочки с их характерной диффузией в процессе тепломассопереноса при обжиге. Представлены результаты комплексного исследования фазового состава полученных керамических матричных композитов. Сформулированы научные принципы создания стеновых керамических материалов объемного окрашивания с матричной структурой. Определены основные технико-экономические показатели разработанной технологии новых керамических материалов.

Д.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. ФОМИНА², 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. – Кузбасс, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
² Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., 4)

1. Столбоушкин А.Ю. Улучшение декоративных свойств стеновых керамических материалов на основе техногенного и природного сырья // Строительные материалы. 2013. № 8. С. 24–29.
2. 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.
3. Зубехин А.П., Яценко Н.Д., Голованова С.П. Теоретические основы белизны и окрашивания керамики и портландцемента. М.: Стройматериалы, 2014. 152 с.
4. De Bonis A., Cultrone G., Grifa C. Langella A., Leone A.P., Mercurio M., Morra V. Different shades of red: The complexity of mineralogical and physicochemical factors influencing the colour of ceramics // Ceramics International. 2017. Vol. 43. Iss. 11, pp. 8065–1851. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.03.127
5. Вакалова Т.В., Ревва И.Б., Погребенков В.М. Защитно-декоративные покрытия для строительной керамики на основе природного сырья Западной Сибири // Стекло и керамика. 2007. № 1. С. 26–29.
6. Захаров А.И., Сурков Г.М. Основы технологии керамики. Глазури и ангобы для керамических изделий // Стекло и керамика. 2000. № 11. С. 3–6.
7. Кара-Сал Б.К. Интенсификация спекания легкоплавких глинистых пород с изменением параметров среды обжига // Стекло и керамика. 2007. № 3. С. 14–19.
8. Салахов А.М., Морозов В.П., Вагизов Ф.Г., Ескин А.А., Валимухаметова А.Р., Зиннатуллин А.Л. Научные основы управления цветом лицевого кирпича на заводе «Алексеевская керамика» // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 90–95.
9. Котляр В.Д., Явруян Х.С., Божко Ю.А., Небеж-ко Н.И. Особенности производства лицевого керамического кирпича мягкой формовки на основе опоковидных пород // Строительные материалы. 2019. № 12. С. 18–23. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-777-12-18-22
10. 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.
11. Гурьева В.А., Дубинецкий В.В. Химический метод активации карбонатсодержащих сырьевых компонентов в технологии производства керамического кирпича методом полусухого прессования // Строительные материалы. 2021. № 9. С. 28–31. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-795-9-28-31
12. 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
13. Абдрахимов В.З., Колпаков А.В. Экологические, теоретические и практические аспекты использования кальцийсодержащих отходов в производстве керамических материалов // Известия вузов. Строительство. 2013. № 7. С. 28–36.
14. 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.
15. Wiemes L., Pawlowsky U., Mymrin V. Incorporation of industrial wastes as raw materials in brick’s formulation // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 142, pp. 69–77. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.06.174
16. Бурученко А.Е. Возможности использования вторичного сырья для получения строительной керамики и ситаллов // Вестник Тувинского государственного университета. Технические и физико-математические науки. 2013. № 3 (18). С. 7–14.
17. Масленникова Г.Н., Пищ И.В. Керамические пигменты. М.: Стройматериалы, 2009. 224 с.
18. Trojan J., Karolová L., Luxová J., Trojan M. Synthesis of SnO₂/Cr pigments doped by praseodymium prepared by different methods and their pigmentary properties // Ceramics-Silikáty. 2016. No. 60 (3), pp. 234–242. DOI: https://doi.org/10.13168/cs.2016.0035
19. Ovčačíková H., Vlček J., Klárová M., Topinková M. Metallurgy dusts as a pigment for glazes and engobes // Ceramics International. 2017. Vol. 43. Iss. 10, pp. 7789–7796. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.03.091
20. Molinari C., Conte S., Zanelli C., Ardit M., Cruciani G., Dondi M. Ceramic pigments and dyes beyond the inkjet revolution: From technological requirements to constraints in colorant design // Ceramics International. 2020. Vol. 46. Iss. 14, pp. 21839–21872. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.05.302
21. Гуров Н.Г., Гурова О.Е., Стороженко Г.И. Инновационные направления технологической и аппаратурной реконструкции заводов полусухого прессования // Строительные материалы. 2013. № 12. С. 52–55.
22. Galindo R., Gargori C., Fas N., Llusar M., Monrós G. New chromium doped powellite (Cr–CaMoO₄) yellow ceramic pigment // Ceramics International. 2015. Vol. 41. Iss. 5. Part A, pp. 6364–6372. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.01.071
23. Chen Z., Du Y., Li Z., Sun D., Zhu C. Synthesis of black pigments containing chromium from leather sludge // Ceramics International. 2015. Vol. 41. Iss. 8, pp. 9455–9460. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.04.001
24. Столбоушкин А.Ю. Перспективное направление развития строительных керамических материалов из низкокачественного сырья // Строительные материалы. 2018. № 4. С. 24–28. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-758-4-24-28
25. Столбоушкин А.Ю., Акст Д.В., Фомина О.А. Использование промышленных отходов при окрашивании керамических матричных композитов на основе природного и техногенного сырья. Долговечность строительных материалов, изделий и конструкций: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Саранск, 2016. С. 154–160.
26. 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.
27. Столбоушкин А.Ю. Метод комплексного исследования переходного слоя ядро–оболочка в керамических матричных композитах полусухого прессования // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 28–35. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-28-35