УДК 67.09.35

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЛИН ПЕНЗЕНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТЕНОВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Харьков Дмитрий Петрович1, Грачева Юлия Вячеславовна2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства

Аннотация
Данная статья посвящена исследованию технологических свойств глин Пензенского месторождения с целью определения их пригодности для производства стеновых керамических материалов. Было изучено минералогический и гранулометрический составы глин, пластичность, связующая способность глинистого сырья, а также линейная усадка и спекаемость.

Ключевые слова: глинистое сырье, гранулометрический состав, линейная усадка, минералогический состав, огнеупорность., пластичность, связующая способность, спекаемость


STUDY THE POSSIBILITY OF USING CLAY DEPOSITS IN THE PENZA PRODUCTION OF WALL CERAMIC MATERIALS

Kharkov Dmitry Petrovich1, Gracheva Julia Vjacheslavovna2
1Penza state university of architecture and construction, Student
2Penza state university of architecture and construction, Candidate of Technical Sciences, associate professor of geotechnics and road construction

Abstract
This article is devoted to research of technological properties of clays of the Penza field for the purpose of determination of their suitability for production of wall ceramic materials. It was studied mineralogical and granulometric compositions of clays, plasticity, binding ability of clay raw materials, and also linear shrinkage and caking.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Харьков Д.П., Грачева Ю.В. Исследование возможности использования глин Пензенского месторождения в производстве стеновых керамических материалов // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 12. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/12/39692 (дата обращения: 02.06.2017).

В данный момент  в производстве строительного керамического кирпича сосредоточено внимание на  совершенствовании технологии, улучшении качества выпускаемой продукции и расширении  ассортимента. Улучшение  качества продукции вызывает необходимость повышения культуры производства,  более строгого соблюдения технологических параметров по всем переделам,  улучшения обработки, рациональной шихтовки путём ввода различных добавок, в том  числе расширения сырьевой базы.

Целью данной  работы было исследование влияния глинистого сырья Пензенского месторождения на  свойства керамического кирпича. От правильности отбора средней пробы в значительной мере  зависит точность оценки качества глинистого сырья. Отбор средней пробы для  физико-механических и керамических исследований производили квартованием [1].  Для этого глину расстилали тонким слоем на площади в 1 м2, крупные  комья разбивали деревянным молотком, после чего глину делили двумя диагоналями  на четыре равных треугольника. Отбирали пробу из двух противоположных  треугольников, тщательно перемешивали, расстилали тонким слоем и снова делили
диагоналями на четыре треугольника. Операцию квартования повторяли несколько  раз до получения средней пробы сырья в количестве, требуемом для  физико-механических исследования. Оставшаяся глина считалась также усредненной.

В  данной работе использованы следующие виды глин: Блиновская и Махалинская. Махалинское  месторождение (участок разведки 1971-1975гг.) расположено в кузнецком районе,
на юго-восточной окраине с. Махалино. Ближайшая железнодорожная станция Сюзюм  находится в 6 км  севернее с. Махалино. Пути сообщения – асфальтированное шоссе. Разведано в  1971-1975 гг. Куйбышевской ГРЭ НВ ТГУ. Блиновское  месторождение расположено на окраине села Блиновка Пензенской области.

Минеральный  состав глин Пензенской области проводили на дифрактометре D8Advance фирмы Bruker,  ДРОН4-07 г Казань.

Минералогический  состав приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Минеральный состав глин Пензенской области

п/п

Наименование месторождения

Минеральный состав. Содержание % масс

Монтмо-риллонит

Слюда

Каолинит+ хлорит

Кварц

Полевой шпат

Другие минералы

1

Блиновское

Скв №1 (1,5-8,6м)

30

5

2

58±6

5±1

-

2

Блиновское

Скв№1 (8,7-14,1м)

40

7

2

48±6

3±1

-

3

Блиновское

Скв №3 (1,2-8,7м)

47

7

5

33±5

Кальцит

3±1

4

Блиновское

Скв №3 (8,7-15,1м)

43

5

2

46±6

4±1

-

Для макроскопического описания глинистого сырья было  представлено 3 пробы, отобранных из разной глубины участка карьера. Все пробы  смешивали перелопачиванием, и из усредненной пробы отбирали среднюю пробу для  макроскопического осмотра и оценки структуры и текстуры. Макроскопическая  оценка производилась на основании осмотра образцов средней пробы глины с  помощью лупы. Цвет глины в сухом состоянии для каждой пробы глин различный  (табл. 2).

Таблица 2 – Макроскопическое описание глинистого  сырья

№ про-бы

Наименование исследуемого сырья

Цвет

в сухом

состоянии

Структура

Наличие известняка и его
распределение

(проба 10%-ной НС1)

Содержание других примесей

1

Блиновская глина

скважина №1

бурый

комковая

слабо вскипает (+)

MnO,Fe2O3

2

Блиновская глина скважина №3

бурый

комковая

бурное вскипание (++)

MnO,Fe2O3

3

Махалинская глина

бурый

комковая

бурное
вскипание (++)

MnO,Fe2O3,

Глина Блиновского месторождения скважин 1 и 3 имеет такой  же цвет как и Махалинская глина – бурый.

Исследование глин на наличие в них известняковых включений  при воздействии на влажную глину 10 %-ого раствора соляной кислоты показал, что  глины содержат небольшое количество тонкораспределенного карбоната кальция, что  подтверждается незначительным выделением углекислого газа во время реакции  (табл. 2).

Блиновская глина: запесоченное сырье скважины №1 – с  высоким и средним содержанием крупных включений, а скважина №3 – с низким  содержанием (менее 1 %). Включения в основном в виде кварца и каменистых,  карбонатных.

По засоренности природными включениями (менее 1%) сырье  Махалинского месторождения относится к группе с мелкими кварцевыми,  карбонатными и железистыми разностями.

Далее определялось содержание песчаных частиц. Результаты  анализа представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Определение гранулометрического состава глин по Рутковскому

Наименование исследуемого сырья

Тип глины по
диаграмме Охотина

Блиновская глина
скв№1

суглинок

Блиновская глина скв
№3

глина

Махалинская глина

глина

Данные анализа гранулометрического состава нанесли на  тройную диаграмму Охотина, по области которой установлено, что исследуемая  глина относится к среднему суглинку.

По гранулометрическому составу Блиновская глина по  количеству песчаных, глинистых и пылеватых частиц в пробе скважины №1 по  диаграмме Охотина относится к суглинку (количество песчаных фракций – 33 %,  пылеватых – 53,7 %, глинистых – 13,6 %); глина скважины №3 относится к глине  (количество песчаных фракций – 0,5 %, пылеватых – 1 %, глинистых –  98,5 %).

По диаграмме Охотина Махалинская глина относится к глинам  (песчаные фракции – 0,58 %, пылеватые – 1 %, глинистых – 98,42 %.).

Определение пластичности глинистого сырья определялось в  соответствии с [2] по разности между верхним и  нижним пределами пластичного глиняного состояния, оцениваемых влажностью.

Результаты определения  пластичности глин показан в таблице 4.

Таблица 4 – Основные показатели для определения  пластичности  глин Пензенских  месторождений

Показатели Значения
Блиновская глина скважина №1
Верхний предел пластичности φ1
(%)
23,1
Нижний предел пластичности φ2
(%)
12,7
Пластичность П 10,4
Классификация глины по числу
пластичности
Умеренно-пластичная
Блиновская глина скважина №2
Верхний предел пластичности φ1
(%)
24,9
Нижний предел пластичности φ2
(%)
13,6
Пластичность П 11,3
Классификация глины по числу
пластичности
Умеренно-пластичная
Блиновская глина скважина №3
Верхний предел пластичности φ1
(%)
29,8
Нижний предел пластичности φ2
(%)
16,3
Пластичность П 13,5
Классификация глины по числу
пластичности
Умеренно-пластичная
Махалинская глина
Верхний предел пластичности φ1
(%)
26,7
Нижний предел пластичности φ2
(%)
17,4
Пластичность П 9,3
Классификация глины по числу
пластичности
Умеренно-пластичная

Испытания по определению пластичности глинистого сырья по  числу пластичности, показали (табл. 4), что все исследуемые глины по числу  пластичности 10,4, 11,3, 13,5 и 9,3 относятся к умереннопластичным глинам.

Следующий этап работы был посвящен исследованию связующей  способности глинистого сырья, которая выражается пределом прочности при сжатии  образцов, отформованных пластическим способом в виде кубиков и высушенных в  сушильном шкафу при температуре 105°С.

Для определения связующей способности из теста нормальной  влажности пластическим способом формовали кубики размерами 50×50×50 мм и высушивали при нормальных
комнатных условиях с досушкой в сушильном шкафу при температуре 105–110°С.  Затем кубики испытывали на лабораторном гидравлическом прессе. Данные по испытанию по определению связующей  способности глин приведены в таблице 5.

Оптимальные значения для Rсж=45 – 50 кгс/см2, для  Rрас=16 – 19 кгс/см2 для  керамических изделий.

Таблица 5 – Определение связующей способности глинистого  сырья

Наименование сырья

Размеры высушенного
образца, см

Площадь S,см2

Нагрузка по
показанию манометра гидравлического пресса, кгс

Прочность на осевое
сжатие, МПа

h

d

Блиновская глина
скважина №1

2,64

2,34

4,31

151

4,5

Блиновская глина
скважина №3

2,65

2,28

4,07

235

5,8

Махалинская глина

2,67

2,27

4,05

155

3,8

Результаты испытания показали,  что связующая способность глинистого сырья на глинах Блиновского (скважина №1,  3), Махалинского месторождения месторождений составляет 4,5 МПа, 5,8 МПа и 3,8  МПа, соответственно (таблица 5). За результат испытания приняли среднее  значение результатов испытания по прочности пяти образцов-кубов.

Дальнейшие исследования было  посвящены определению чувствительности глин к сушке по методу Чихского А.Ф.

Результаты по  определению чувствительности глин к сушке по методу Чижского А.Ф. приведены в  таблице 6.

Таблица 6 – Определение  чувствительности глин к сушке по методу Чижского А.Ф.

№ п/п

Наименование сырья

Формовочная влажность,
%, абс.

Классификация по
чувствительности к сушке

1

Блиновское скважина №1

16,08

малочувствительное

2

Блиновское скважина №3

24,10

малочувствительное

3

Махалинское

25

высокочувствительное

Следующий этап работы был посвящен определению воздушной усадки образцов из глин Пензенского месторождения.

Воздушную  линейную усадку определяли  по изменениям линейных  размеров образцов из глины после сушки. Определение усадки производили на плиточках размером 50x50x5 мм при пластической формовке. Для производства замера на отформованных образцах  по двум диагоналям нанесли  метки. Результаты  испытаний занесены в таблицу 7.

Таблица 7 – Определение линейной усадки

пробы

Наименование сырья

Влажность смеси, %

Линейная усадка, %

после сушки при t=105ºC

1

Блиновская глина
скв №1

16

6,2

2

Блиновская глина
скв №3

21

7,3

3

Махалинская глина

25

7,8

Результаты эксперимента показали (табл. 7), что значение  линейной усадки после сушки при температуре 105ºС у глин Блиновского  месторождения скв №1 (6,2 и 7,3 %) и у Махалинской глины (7,8 %),  соответственно.

Огнеупорность  материала соответствует температуре, при которой вершина испытуемого образца,  опускаясь, коснется подставки. Согласно классификации глинистого сырья (табл. 8)
делают вывод об огнеупорности.

Таблица 8 – Классификация  глинистого сырья по огнеупорности [3]

Класс сырья Огнеупорность, °С
Легкоплавкие глины Менее 1350
Тугоплавкие глины 1350 – 1580
Огнеупорные глины Более 1580

Все исследуемые  нами глины Пензенской области являются легкоплавкими, что полностью  удовлетворяет требованиям ГОСТ по глинам для производства керамического
кирпича.

Определение спекаемости глин Пензенского месторождения  проводили на плиточках 50×50×5 мм, обожженных  при заданных температурах. Насыщение водой происходило в течение 48 ч при уровне воды выше верха  образцов не менее чем на 2 см. Образцы,  насыщенные водой, перед взвешиванием обтирали влажной тканью.

Водопоглощение вычисляли как среднее арифметическое  значение результатов определений для трех образцов. Результаты определения  спекаемости глин Пензенской области приведены в таблице 9.

Таблица 9 – Определение спекаемости глин

Наименование сырья

Наименование показателей

Температура обжига,ºС

Классификация сырья
по степени спекания

950

1000

1050

Блиновская глина Скв №1

Водопоглощение,%

9,60

9,54

9,53

неспекающееся

Плотность, г/см3

2,206

2,207

2,214

Блиновская глина Скв №3

Водопоглощение, %

10,19

9,73

8,93

неспекающееся

Плотность, г/см3

2,196

2,198

2,201

Плотность, г/см3

1,87

1,89

1,96

Махалинская глина

Водопоглощение, %

11,59

10,13

9,56

неспекающееся

Плотность, г/см3

1,88

1,9

1,93

Плотность, г/см3

2,15

2,14

2,132

Как видно из результатов испытаний глин на спекаемость  (табл. 9), все глины по степени спекания относятся к неспекающимся.

Таким образом, проведенные исследования на технологические  свойства показали, что все исследуемые глины могут быть использованы при  производстве керамических стеновых материалов.


Библиографический список
  1. ГОСТ 21216.0-93  Сырье глинистое. Общие требования к методам анализа. Дата введения  01.01.95.
  2. ГОСТ 21216.1-93 Межгосударственный  стандарт. Сырье глинистое. Метод определения  пластичности. Clay raw materials. Method for determination of
    plasticity. ГОСТ 21216.1-93. Дата введения  01.01.95.
  3. ГОСТ 9169-59 Глинистое сырье для керамической  промышленности. Дата введения 01.07.76.


Все статьи автора «Грачева Юлия Вячеславовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: