№ 4 (2025)

Показано значение исследования микроструктуры керамических материалов для управления процессами спекания, обеспечивающими требуемые эксплуатационные характеристики керамических масс. Отмечена информативность сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) при проведении порометрического структурного анализа строительных материалов. Приведены физические принципы, обеспечивающие высокое разрешение электронной микроскопии, и характеристики различных оптических систем, используемых в микроскопических методах исследования. Исследованы образцы, приготовленные на современном оборудовании с нанесением токопроводящего слоя на их поверхность, проведены СЭМ и энергодисперсионная спектроскопия (ЭДС) при помощи электронного микроскопа марки KYKY EM 6900. Изучена микроструктура и особенности порового пространства керамических материалов на основе золы-уноса ТЭС. Описан поэтапный порядок постановки и проведения экспериментов, включающий исследование матричной структуры при различных пределах разрешения микроскопа, исследование поровой микроструктуры ядер матричного композита и элементного состава сканируемой поверхности образца. Представлена суммарная концентрация элементов спектра ЭДС-карты керамического образца на основе золы-уноса. Описаны результаты проведенных исследований методами СЭМ, указывающие на особенности формирования матричной структуры керамического композита с образованием граничного слоя, образующего переходную зону между матрицей и ядром композиционного материала, а также особенности формирования волокнистой структуры порового пространства ядер с беспорядочным расположением волокон и обилием воздушных промежутков между ними.

Актуальность исследований обусловлена необходимостью поиска и освоения сырьевой базы в Республике Ингушетия для производства широкой номенклатуры изделий строительной керамики – керамического кирпича, крупноразмерных легковесных керамических камней, стенового и дорожного клинкерного кирпича, клинкерной черепицы. Целью работы стало изучение вещественного состава и керамических свойств аргиллитов нижнего мела Республики Ингушетия (р. Асса), как сырья для производства различных видов строительной керамики. Объектами исследования выбраны аргиллиты нижнего отдела мелового периода, выходящие на поверхность вдоль реки Ассы и дороги, соединяющей северную и южную часть Республики Ингушетии между селом Верхний Алкун и урочищем Царх. Проводились исследования: определение количественного химического анализа горных пород, рентгенофазовые исследования, оптическая и электронная микроскопия, электронно-зондовые исследования которые подтверждают возможность проведения элементного анализа в широком диапазоне, определение физико-механических свойств. Также проведены технологические испытаний по соответствующим методам производства строительных материалов и изделий. Результаты исследования геологического строения отложений аргиллитов нижнего мела Республики Ингушетия показали важную особенность – между слоями аргиллитов мощностью 10–25 см наблюдаются прослои аргиллитоподобных глин мощностью 5–10 см. Установлена пригодность аргиллитов для производства широкой номенклатуры строительной керамики. Определены их химический и минеральный состав, структурные особенности и физико-технологические свойства. Установлено, что на степень спекания оказывает существенное влияние зерновой состав измельченных аргиллитов. Прочность обожженных образцов на основе аргиллитов отличается малым соотношением предела прочности при сжатии к пределу прочности при изгибе – 3,3–3,5 единицы, что является положительным свойством для производства керамических материалов. Полученные данные позволяют сделать выводы о перспективности внедрения аргиллитов нижнего отдела мелового периода в производство востребованных изделий строительной керамики не только в Республике Ингушетия, но и на всем Северном Кавказе.

Проведены исследования изменения физико-механических свойств стеновой керамики в зависимости от состава шихты: плотность, прочность, водопоглощение. По полученным результатам разработан оптимальный состав с использованием золошлаковых отходов в композиции с алюмосиликатным глинистым сырьем – суглинками Бугурусланского месторождения. Представлено влияние силикагеля на изменение структуры и физико-механических свойств стеновой керамики составов типа «суглинок+ЗШО». Установлено, что использование золошлаковых отходов в количестве 35% позволяет получать керамический кирпич с марочной прочностью не менее М150 при вводе 8% силикагеля. Также в работе приведены результаты экспериментальных исследований по выявлению оптимальных режимов сушки керамического сырца. Рассмотрены наиболее часто встречающиеся причины образования трещин во время сушки, а также мероприятия по повышению трещиностойкости выпускаемых изделий с применением ЗШО. Выявлено влияние продолжительности сушки на обжиговые свойства изделий при содержании золошлаковых отходов в количестве 35 мас. % в зависимости от температуры сушки. Определена зависимость величины усадки от уровня влажности керамического сырца. Разработанные подходы позволят определять оптимальные технологические параметры сушки керамического сырца на основе легкоплавких суглинков и золосодержащих техногенных отходов, отформованного методом полусухого прессования.

В последние годы при производстве лицевого керамического кирпича все шире внедряется способ мягкого формования изделий. Этот метод позволяет получить кирпич с особыми декоративными эффектами, недостижимыми при использовании других способов формования, что делает продукцию весьма востребованной на рынке. Особенность данного способа заключается в повышенном водосодержании формовочных масс в сравнении с пластическим методом и пониженном – в сравнении с литьем при идентичном составе масс. Условно можно выделить четыре технологических метода изготовления кирпича способом мягкого формования. Это собственно ручная формовка изделий, метод забрасывания заготовки, или разгонное формование, метод задавливания и метод виброформования. При подборе составов сырьевых масс требуется особый подход к оценке их формовочных свойств, включающий определение дополнительных показателей: степени деформации образцов, критического напряжения сжатия, липкости, а также характеристик упругопластично-вязких свойств (пластичности, эластичности, периода истинной релаксации и др.). Структурно-механические свойства обусловлены химико-минералогическим составом и структурой формовочных масс. В области мягкого формования пока имеется мало практических наработок. В статье представлены результаты исследования влияния глинистых сланцев и кварцевого песка различного зернового состава (в качестве отощителя) на формовочные свойства керамических масс при мягком формовании. Установлено, что для типичных полиминеральных глин при оптимальной влажности (≈ 20–25%) добавление глинистых сланцев или кварцевого песка до 50% позволяет в 20 раз снизить критическое напряжение сжатия масс. Это дает возможность применять различные методы мягкого формования и создавать разнообразные рельефы на лицевых гранях кирпича без увеличения водосодержания формовочных масс.

В настоящее время все большее внимание уделяется повышению эстетической привлекательности при производстве лицевого керамического кирпича. Именно разнообразие внешнего вида влияет на выбор потребителя того или иного вида лицевого изделия. Различные варианты лицевой поверхности керамических стеновых материалов достигаются тремя основными технологическими приемами, которые легко могут комбинироваться в одном изделии: создание рельефа на лицевой поверхности --> придание окраски --> торкретирование. Первые два приема технологами хорошо отработаны, а вот торкретирование вызывает определенные затруднения. Проблемой является отсутствие цветной минеральной крошки. Для торкретирования керамического кирпича часто используют природный кварцевый песок, который имеет белый или сероватый цвет, и некоторые отходы производства, имеющие серый и черный окрас. Авторы предлагают получать фактурные цветные пески на основе опал-кристобалитовых пород – опок с помощью насыщения их растворами солей элементов-хромофоров различной концентрации с вводом минерализаторов и последующим обжигом. Микропористая структура опок способствует окрашиванию зерен опок по всему объему при обжиге, а ввод солей и минерализаторов способствует интенсивному спеканию. Проведенные эксперименты позволили получить цветные термолитовые пески различной окраски и зернового состава, которые могут использоваться не только для офактуривания керамического кирпича, но и для торкретирования бетонных изделий, производства декоративных штукатурных смесей, мозаичных полимерных полов и т. д.