1. Общие данные об объекте исследования

Тема: «Разработка промышленной технологии и организация энергоэффективного производства импортозамещающих керамических материалов с использованием регионального сырья и техногенных отходов»

Объект исследования – это:

- технология промышленного производства (ТППЛК) энергоэффективного керамического лицевого кирпича из региональных легкоплавких глин и техногенных отходов в качестве модификаторов глинистого сырья;

- технология промышленного производства (ТППРК) энергоэффективного керамического рядового кирпича из региональных легкоплавких глин и техногенных отходов в качестве модификаторов глинистого сырья.

Целью проекта является создание технологий, которые предназначены для получения применяемой в строительстве кирпичной продукции по ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия» другим способом, основанным на использовании в качестве основного сырья региональных легкоплавких глин Камского региона Республики Татарстан, считавшихся ранее непригодными для этого, с введением в них инновационных модифицирующих добавок и особого режима термообработки кирпичей-сырцов.

Сопоставление свойств различных строительных материалов дано в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнительные свойства разных строительных материалов

Свойства	Бетон	Пенобетон		Ячеистый бетон	Силикатн-ый кирпич	Керами-ческий кирпич
Прочность при сжатии, МПа	20,0-40,0	3,5-5,0		10,0-25,0	7,5-30,0	10,0-30,0
Морозостойкость	F200-300	F50-100		F15-35	F15-35	F25-100
Плотность, кг/м3	2400		1200-1600	500	1800-1900	800-2000
Теплопроводность, Вт/мºС	1,28-1,74		0,23	0,17	0,8-1,1	0,2-0,46
Водопоглощение, %	6			6-9	6-12	6-14

В многослойных фасадных системах облицовочный слой отделен плитным утеплителем от конструктивной части стены, что ухудшает его температурный режим и повышает число циклов замораживания и оттаивания. Пар, диффундирующий из помещения, встречая на пути низкое сопротивление паропроницанию утеплителя, перемещается к более холодному облицовочному слою и конденсируется на нем. Поглощенная кирпичами влага при заморозках переходит в твердое состояние (лед), что часто вызывает разрушение кирпича. Для решения этой проблемы в ряде зарубежных стран, а в последние годы и в России стали применять лицевой кирпич с повышенными прочностными характеристиками и полнотелый поризованный кирпич, которые хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации, однако объемы их производства в России совершенно незначительны.

В настоящее время на территории РТ полнотелый керамический кирпич производится в незначительных объемах на устаревшем технологическом оборудовании, качество его не соответствует современным требованиям. В результате чего, на строительном рынке Татарстана реализуется полнотелый кирпич, завозимый из стран дальнего зарубежья (Германия, Эстония, Польша). Основные же производители высокопрочного кирпича находятся в Европе. Цена их продукции чрезвычайно высока – 65-75 руб. за шт.

В настоящее время, в Российской Федерации отсутствует отдельный ГОСТ на высокопрочный лицевой кирпич. Предприятия, которые производят подобные изделия, разработали свои Технические Условия (ТУ). Анализ требований по ТУ, зарубежным стандартам и наработанный опыт позволяют сформулировать следующие требования к фасадным высокопрочным изделиям (таблица 2):

Таблица 2 - Требования к фасадным высокопрочым изделиям

Параметры	Фасадный клинкер
Водопоглощение, не более, %	7
Прочность при сжатии, МПа	25-80
Прочность при изгибе, МПа	2,9-8,4
Морозостойкость, не менее, циклы	50-100
Средняя плотность, не менее, кг/м3	1900-2200

Ввиду ограниченности запасов тугоплавких глин, традиционно применявшихся для производства высокопрочных изделий, существует необходимость использования широко распространенных легкоплавких глин, модифицированных разными добавками.

В России, и в частности на территории Поволжского региона, расположены многочисленные залежи легкоплавких полиминеральных глин, но только некоторые из них пригодны без корректировки состава для изготовления керамических стеновых материалов. Глинистое сырье большинства из этих месторождений относится к типу кислых и полукислых с умеренным числом пластичности 7-15. Многие глины характеризуются высокой чувствительностью к сушке.

Особенность структуры керамических материалов заключается в том, что ее неоднородность проявляется во всех масштабах:

• микроуровень (10^-10 – 10^-6м), на котором наблюдаются нанофлуктуации состава;

• мезоуровень (10^-6 – 10^-3м): зерна различных по размерам и составу компонентов, различные по размеру и форме поры;

• макроуровень (10^-3 – 10^-2м): поры, трещины, крупные зерна.

Как и другие твердые тела, керамика формируется вследствие протекания необратимых и неравновесных процессов, поэтому ее структура содержит элементы и упорядоченности, и хаотичности, т.е. в общем случае описывается геометрией фракталов.

Известно, что для изделий строительной керамики характерным является наличие многоуровневой иерархической структуры, где каждый масштабный уровень представляет собой многокомпонентное образование, включающее в себя кристаллическую, аморфную и поровую фазы.

Анализ исследований в области технологий получения высокопрочных керамических изделий из легкоплавких полиминеральных глин показывает, что авторы рекомендуют применение различного вида модификаторов легкоплавких полиминеральных глин, улучшающих минеральный состав получающегося черепка и его «спекаемость». Также указывается на корреляцию пористости материала и морфологии пор и его прочности. Предприятия по производству современных керамических материалов должны отличаться высоким уровнем подготовки керамических масс, высокоэффективной сушкой и печами с точной регулировкой режимов обжига.

Собственные исследования исполнителей проекта показывают, что ключевую роль в эффективности модификаторов легкоплавких полиминеральных глин играют не только их минеральный состав, но и степень дисперсности, кристаллическое состояние модификатора и его реакционная способность. Кроме того, для уменьшения водопоглощения и увеличения морозостойкости изделий необходим контроль порового пространства черепка и его морфологии.

Период проведения работ по патентному поиску 02.09.2014 – 05.10.2014.