Исследование механических свойств строительной керамики с добавкой нетрадиционного сырья

Сложившаяся экономическая ситуация и повышенное внимание к охране окружающей природной среды побуждают производителей строительных материалов, в частности керамического кирпича, искать альтернативные виды сырьевых материалов, позволяющих снизить его себестоимость при хорошем качестве готовой продукции. Особенно перспективны горнопромышленные отходы, среди которых выделяются перидотиты, имеющие огромные запасы и практически не использующиеся. Цель работы – получение строительной керамики с добавкой перидотита и изучение ее механических свойств. Определены химический и минералогический составы сырьевых материалов. Оксиды кремния и алюминия составляют в глине 78,5%, в перидотитах 61%. Для последних характерно высокое содержание оксидов кальция, магния и железа (34,65%). Глину слагают глинистые минералы, а также кварц и полевые шпаты. В перидотитах присутствуют тремолит, энстатит и оливин. Установлена зависимость механической прочности керамических образцов от температуры их обжига, содержания добавки и степени ее измельчения. Оптимальное количество перидотита составляет 10%, при котором предел прочности при сжатии имеет максимальное значение во всем диапазоне измельчения добавки. С повышением температуры обжига до 1050^оС происходит медленное нарастание прочности образцов. При 1100^оС наблюдается резкий скачок прочностных показателей, которые возрастают в 3,6–4,7 раза в зависимости от гранулометрического состава добавки. Определены основные свойства полученной керамики. Установлено, что перидотиты являются перспективной добавкой для получения рядового кирпича с пределом прочности при сжатии до 60 МПа и средней плотностью до 2400 кг/м³.

Л.И. ХУДЯКОВА, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
И.Ю. КОТОВА, канд. хим. наук,
Н.М. ГАРКУШЕВА, канд. биол. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
П.Л. ПАЛЕЕВ, канд техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6)

1. El Machi A., Hakkou R. Implementation of circular economy between mining and construction sectors: a promising route to achieve sustainable development goals. Sustainable Structures and Buildings. 2024. https://doi.org/10.1007/978-3-031-46688-5_4
2. Cobîrzan N., Muntean R., Thalmaier G., Felseghi R.-A.Recycling of mining waste in the production of masonry units. Materials. 2022. Vol. 15. 594. https://doi.org/10.3390/ma15020594
3. Murmu A.L., Patel A. Towards sustainable bricks production: an overview. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 165, pp. 112–125. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.038
4. Болдырев Г.В., Стороженко Г.И., Чернейкин М.А. Особенности сырьевой базы Кузбасса для производства керамического кирпича // Строительные материалы. 2022. № 8. С. 18–22. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-805-8-18-22
4. Boldyrev G.V., Storozhenko G.I., Cherneykin M.A. Features of the raw material base of Kuzbass for the production of ceramic bricks. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2022. No. 8, pp. 18–22. (In Russian). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-805-8-18-22
5. Li R., Zhou Y., Li C., Li S., Huang Z. Recycling of industrial waste iron tailings in porous bricks with low thermal conductivity. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 213, pp. 43–50. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.040
6. da Silva F.L., Araújo F.G.S., Teixeira M.P., Gomes R.C., von Krüger F.L. Study of the recovery and recycling of tailings from the concentration of iron ore for the production of ceramic. Ceramics International. 2014. Vol. 40. No. 10, pp. 16085–16089. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.07.145
7. Suvorova O.V., Selivanova E.A., Mikhailova J.A., Masloboev V.A., Makarov D.V. Ceramic products from mining and metallurgical waste. Applied Sciences. 2020. Vol. 10. 3515. https://doi.org/10.3390/app10103515
8. Wei Z. Zhao J., Wang W., Yang Y., Zhuang S., Lu T., Hou Z. Utilizing gold mine tailings to produce sintered bricks. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 282. 122655. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122655
9. Guan H., Zhang B., Yang J., Zhan X., Feng P. Effect of iron content on high strength and environmentally friendly water-permeable bricks prepared from W-Mo tailing and iron slags. JOM. 2024. Vol. 76. No. 3, pp. 1447–1455. https://doi.org/10.1007/s11837-023-06284-6
10. Simão F.V., Chambart H., Vandemeulebroeke L., Nielsen P., Adrianto L.R., Pfister S., Cappuyns V. Mine waste as a sustainable resource for facing bricks . Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 368. 133118. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133118
11. Li R., Yin Z., Lin H. Research status and prospects for the utilization of lead-zinc tailings as building materials. Buildings. 2023. Vol. 13. 150.
https://doi.org/10.3390/buildings13010150
12. Ettoumi M., Jouini M., Neculita C.M., Bouhlel S., Coudert L., Taha Y., Benzaazoua M. Characterization of phosphate processing sludge from Tunisian mining basin and its potential valorization in fired bricks making. Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 284. 124750. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124750
13. Loutou M., Taha Y., Benzaazoua M., Daafi Y., Hakkou R. Valorization of clay by-product from Moroccan phosphate mines for the production of fired bricks. Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 229, pp. 169–179.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.003
14. Sutcu M., Alptekin H., Erdogmus E., Er Y., Gencel O. Characteristics of fired clay bricks with waste marble powder addition as building materials. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 82, pp. 1–8. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.02.055
15. Ilyina V., Klimovskaya E., Bubnova T. Ceramic materials based on clay and soapstone waste: thermo-mechanical properties and application. Minerals. 2023. Vol. 13. 1376. https://doi.org/10.3390/min13111376
16. Terrones-Saeta J.M., Suárez-Macías J., Corpas-Iglesias F.A., Korobiichuk V., Shamrai V. Development of ceramic materials for the manufacture of bricks with stone cutting sludge from granite. Minerals. 2020. Vol. 10. 621. https://doi.org/10.3390/min10070621
17. Ковчур А.С., Шелег В.К., Жорник В.И., Ковалева С.А. Модифицирование керамического кирпича добавками неорганических техногенных продуктов водоподготовки ТЭЦ // Наука и техника. 2020. Т. 19 (3). С. 204–214. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-3-204-214
17. Kovchur A.S., Sheleh V.K., Zhornik V.I., Kovaliova S.A. Modification of a ceramic brick additives of inorganic technogenic products of water treatment of combined Heat and Power Plant. Nauka i tehnika. 2020. Vol. 19 (3), pp. 204–214. (In Russian) https://doi.org/10.21122/2227-1031-2020-19-3-204-214
18. Pranckevičiene J., Pundiene I. Effect of mechanically activated nepheline-syenite additive on the physical-mechanical properties and frost resistance of ceramic materials composed of illite clay and mineral wool waste. Materials. 2023. Vol. 16. 4943. https://doi.org/10.3390/ma16144943
19. Сапелкина Т.В., Стороженко Г.И., Шоева Т.Е. Композиционные керамические материалы из природных и техногенных пород Республики Тыва // Строительные материалы. 2023. № 5. С. 9–13. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-813-5-9-13
19. Sapelkina T.V., Storozhenko G.I., Shoeva T.E. Composite ceramic materials from natural and technogenic rocks of the Republic of Tyva. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2023. No. 5, pp. 9–13. (In Russian). https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-813-5-9-13
20. Marrocchino E., Zanelli C., Guarini G., Dondi M. Recycling mining and construction wastes as temper in clay bricks. Applied Clay Science. 2021. Vol. 209. 106152. https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106152
21. Harrati A., Arkame Y., Manni A., El Haddar A., Achiou B., El Bouari A., Hassani Iz-E.A., Sdiri A., Sadik C. Cordierite-based refractory ceramics from natural halloysite and peridotite: Insights on technological properties. Journal of the Indian Chemical Society. 2022. Vol. 99. 100496. https://doi.org/10.1016/j.jics.2022.100496
22. Gu X., Ling Y. Characterization and properties of Chinese red clay for use as ceramic and construction materials. Science Progress. 2024. Vol. 107. No. 1, pp. 1–17. https://doi.org/10.1177/00368504241232534
23. Mengue P.C., Mbessa M., Cengiz O., Kaze R.C., Alomayri T.S., Pettang C. Influence of firing temperature on selected mechanical properties of alluvial clay blended with a limestone and kaolin mixture. Geosystem Engineering. 2023. Vol. 26. No. 4, pp. 159–178. https://doi.org/10.1080/12269328.2023.2223212
24. Martínez-Martínez S., Pérez-Villarejo L., Garzón E., Sánchez-Soto P.J. Influence of firing temperature on the ceramic properties of illite-chlorite-calcitic clays. Ceramics International. 2023. Vol. 49, pp. 24541–24557. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.11.077
25. Wiśniewska K., Pichór W., Kłosek-Wawrzyn E. Influence of firing temperature on phase composition and color properties of ceramic tile bodies. Materials. 2021. Vol. 14. 6380. https://doi.org/10.3390/ma14216380
26. Christ R., Bourscheid I., Pacheco F., da Silva M.G., Ehrenbring H.Z., da Silva A.B., Tutikian B.F. Effect of firing temperature and mineral composition on the mechanical properties of silty clays. Revista Matéria. 2023. Vol. 28. No. 3. https://doi.org/10.1590/1517-7076-RMAT-2023-0181