Каталог товаров
Каталог товаров
Авторизация
«СтоБуд»ОбзорыГидрофизические свойства.

Гидрофизические свойства.

Особенности структуры и гидрофизические свойства лицевого кирпича

Показана связь степени спекания, пористости и свойств поверхности керамического материала с капиллярным всасыванием при водонасыщении и миграции водных растворов в процессе эксплуатации кирпичной кладки.

1. Введение

    Керамический кирпич является древнейшим матеріалом, ипсользуемым в современном строительстве. При этом расширение ассортимента и обеспечение кокурентоспособности должны сопровождаться высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных свойств [1- 6].

Лицевой кирпич

в современном строительстве широко используется, ассортимент и качество которого во многом определяют архитектурную выразительность зданий. Качество и эксплуатационные свойства кирпича связаны с технологическими параметрами производства, его сырьевой базой, и структурой керамики [7-10]. Выполненная работа предусматривает установление роли структуры керамики и лиофильности ее поверхности в процессах взаимодействия с водой.

2. Характеристика объектов исследования

Производство лицевого кирпича в Украине базируется на использовании глинистого сырья различного химико-минералогического состава, главным образом – полиминерального [11-14], характеризующегося повышенным содержанием водорастворимых солей и узким интервалом спекания.  Так, наТОВ "Білоцерківські будматеріали" і ПАТ "Слобожанська будівельна кераміка"для производства выбранного в качестве объектов исследования желтого кирпича применяют шихту, представляющую смеси  суглинков соответственно близлежащих Кремничанского и Залуцкого месторождений,   глины Курдюмовского  и Андреевского (DВК-2) месторождений Донецкой области, глуховецкого каолина Винницкой области (табл. 1,2).

                                                                                                   Таблица 1.

Состав шихты и параметры производства кирпича


Сырьевые материалы

кирпич белоцерковский

кирпич слобожанский

содер-жание компо нентов, мас.%

время сушки, час.

время
обжига,
час.

темпе-ратура обжига
º С

содер-жание компо нентов, мас.%

время сушки, час.

время обжига,
час.

темпе-ратура обжига
º С

Суглинок

 

36

47

1120

 

62

58

1050

креничанский

53

-

залуцкий

-

50

Глина       

 –

 

                DBК-2

15

50

   курдюмовская

20

-

Каолин глуховецкий

12

-

                                                                                                   Таблица 2.

Хімічний склад шихти для виготовлення жовтої цегли


Цегла

Вміст оксидів, мас. %

SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

MgO

Na2O

K2O

В.п.п.

білоцерківська

68,83

14,82

2,17

0,95

2,65

1,23

0,66

2,19

6,35

слобожанська

72,16

14,66

1,99

0,78

1,62

0,53

0,56

2,06

4,73

         В обоих случаях шихта для получения кирпича желтого цвета содержит суглинок и каолинитсодержащие глинистые компоненты при массовом соотношении 1 : 1. Химический состав белоцерковской шихты отличается от слобожанской относительно меньшим содержанием SiO2 и соотношением концентраций SiO2 : Al2O3 (4,6 против 4,9), большим суммарным количеством щелочных и щелочноземельных оксидов типа R2O+RO (6,73 против 4,77 мас. %). .

         По данным рентгенофазового анализа (рис. 1,2) минералогический состав шихты для изготовления сравниваемого кирпича качественно близок. Однако проба белоцерковского отличается существенно большим содержанием каолинита и кальцита при несколько меньшем включении полевого шпат                                                                                      

    3. Структура и физико-механические свойства кирпича

После обжига материал красного и желтого кирпича характеризуется полным разрушением основных глинистых породообразующих минералов, некоторым развитием стеклофазы, увеличением концентрации полевых шпатов . Материал красного кирпича отличается присутствием гематита.

         Анализ основных физико-механических показателей показывает, что при близких показателях прочности желтый кирпич отличается от красного несколько большей степенью спекания, подтверждается относительно большей условной  плотностью, меньшими значениями пористости и водопоглощения .

                                                                                     Таблица 3

Физико-механические свойства  кирпича







Кирпич

Водопог-
лощение,
мас. %

Плотность, г/см­3­

Пористость,
%

Прочность, МПа

 

истин-ная

услов-ная

откры-тая

закры-тая

на сжатие

на изгиб

белоцер-ковский

8,9
 

2,32

1,80

15,98

6,70

12,0

1,69

слобожан-ский

9,3

2,30

2,06

9,89

0,31

16,9

2,1

Рис. 4. Дифрактограмма слобожанского кирпича

Обозначения: V кварц, ʌ кристобалит, Δ полевой шпат

         Более детальный анализ пористости показал, что при близкой величине коэффициента микропористости материал белоцерковского кирпича характеризуется существенно большим  показателем однородности размера пор и значительно меньшим средним размером  открытых капиллярных пор (табл. 4).

Таблица 4.

Характерные показатели пористости кирпича







Кирпич

Показатель
однородности размера пор

Показатель среднего размера открытых капиллярных пор, нм

Коэффициент
микропористости

белоцер-ковский

0,075

5,2

0,86

слобожан-ский

0,032

12,1

0,9

4. Свойства поверхности и капиллярное всасывание материала кирпича

         Использование метода ИК-спектроскопии позволило получить новые данные о составе и структуре поверхности материала керамического кирпича [15] . Сопоставление инфракрасные спектров и данных рентгенофазового анализа дает возможность дифференцировать разновидности  кремнезем-содержащих минералов в материале  кирпича (рис. 5).

         Так, наиболее интенсивные полосы  в диапазоне 1068-1087 см-1 обусловлены валентными колебаниями связи Si – O – Si. Колебания связи Si – O – Al зафиксированы в диапазоне 768-782 см-1. Интенсивность их характерных полос минимальна для материала желтого кирпича.      Сопоставление интенсив-ностей полос поглощения, характерных для связей Si–O–Si и Si–O–Al свидетельствует о превышении первых в 5-7 раз.

Рис. 5. ИК- спектры материала кирпича: 1– белоцерковский;                             2-     слобожанский.

Интенсивность полос поглощения, характерных для воды (3412-3441 и 1616-1629 см-1), в материале кирпича  значительно меньше по сравнению с силоксановыми связями (1068-1075 и 438-468 см-1).

         Смещение характерных полос поглощения валентных колебаний воды, фиксируется следующим образом: минимумдля красного,а максимум для желтого кирпича. То есть наиболее прочно связанная вода фиксируется в первом случае, а наименее - во втором.

         Одной из особенностей ИК-спектров исследуемых материалов стало наличие у них полос  средней интенсивности ( на уровне вышеупомянутой воды) в пределах 1380-1383 см-1. Кроме того, зафиксированы также мало интенсивные полосы при 1866-1884 см-1.

С учетом особенностей химического состава исходного сырья и шихты выходной для производства кирпича, отмеченные ИК-полосы поглощения можно трактовать следующим образом: наличие карбонатаниона подтверждают экстремумы при 1380-1387 и 1514-1559 см-1. В чистых карбонатах – это  частоты, соответствующие спадающей и возрастающей веткам интенсивной полосы поглощения с максимумом при 1490 см-1. В случае керамического материала они характеризуются широкой и интенсивной полосой поглощения валентных колебаний силоксановой связи. Интенсивный максимум при 1866-1884 см-1 может быть обусловлен присутствием связей С=О.

Количественная оценка наиболее интенсивных полос в диапазоне 1380-1387 см-1 показала, что их минимум характерен для материала желтого кирпича.

         Наличие существенных отличий в составе исследуемых керамических материалов сказывается и на свойствах их поверхности, в частности степени ее лиофильности.

         Установлено, что при равном краевом угле смачивания неполярной жидкостью (гексаном) материал белоцерковского кирпича отличается от слобожанского большим углом смачивания водой - 80º против 74º  и значением коэффициента лиофильности (табл. 5).

Таблица 5.

Свойства поверхности материала кирпича


Кирпич
желтый

Краевой угол смачивания, град

Коэффициент
лиофильности

вода

гексан

белоцерковский

80

2

0,84

слобожанский

74

2

0,7

         Наличие специфического взаимодействия поверхности керамического материала с водой может быть проявлением особенностей энергетического состояния его поверхности. Характер изменений коэффициента лиофильности керамических материалов находится в     зависимости от смачиванию их водой. 

         Кроме прямой адсорбции воды материал кирпича способен к ее капиллярному всасыванию. Этот процесс протекает по времени несколько медленнее, однако конечные  деструктивные процессы происходят по аналогии с описанными выше.

         Оценка способности капиллярного всасывания материала кирпича  при  окунании согласно стандарта DIN EN ISO15148 показала существенную зависимость кинетики капиллярного водопоглощения от структуры, степени дефектности и лиофильности поверхности(табл. 6).

         Материал белоцерковского кирпича после 24 часов экспозиции характеризуется большим увеличением массы,чем слобожанского (19,53 против 16,16 кг/м2). Кинетика этого процесса существенно отличается. Большее конечное значение капиллярного всасывания (5,4 кг/м2*час0,5) зафиксировано в последнем случае.

         Наличие существенного различия в кинетике адсорбции воды и конечных значениях по капиллярному всасыванию поясняется разницей в показателях  среднего размера открытых капиллярных пор (максимум у слобожанского кирпича – 12,1 нм) и свойствах поверхности материала.

Таблица 6.

Капиллярное всасывание материала кирпича, W, кг/м2*час 0,5

( DIN EN ISO15148)


Кирпич
желтый

Изменение массы, кг/м2

W

3 мин

5 мин

10 мин

30 мин

1 час

5 часов

24 часа

Расчет

по DIN EN ISO 15148

1 час

24 часа

белоцер-ковский

0,86

1,16

1,91

3,23

4,47

10,57

19,53

4,5

4,0

4,7

слобо-жанский

1,38

1,90

2,43

4,05

5,51

9,81

16,16

4,5

3,3

5,4

5. Выводы

         Анализ полученных данных позволяет констатировать, что процесс взаимодействия керамического материала с водой может определятся  соотношением между его составом, структурой, степенью дефектности, энергетического состояния поверхности. Подтверждением этому являются количественные параметры таких показателей как пористость и ее характер, водопоглощение, краевой угол смачивания водой. Отмеченные свойства материала кирпича, с нашей точки зрения, играют решающую роль в процессах диффузии водных растворов и образования высолов на поверхности. В практическом отношении - это два взаимосвязанных процесса, которые могут протекать в такой последовательности: адсорбция воды керамическим материалом → ее взаимодействие  с водорастворимыми солями → образование солевых водных растворов → диффузия последних в результате изменения градиентов концентрации, влажности, температуры.

Автор:Сергей Вовк

Товар добавлен в корзину
Перейти к оформлению