Введение. Одним из приоритетных направлений в области исследований строительной керамики является формирование рациональной поровой структуры матрицы, обеспечивающей высокие прочность, морозостойкость и теплозащитные характеристики керамических изделий [1].Согласно классификации пор, предложенной Н.А. Лоховой и Г.И. Бердовым, по степени влияния на морозостойкость поры, в зависимости от размера, подразделяются на четыре группы: - резервные (диаметром более 200 мкм), в них создается свободный объем, не препятствующий расширению воды при ее замерзании; - опасные (диаметром более 10 мкм), в них развиваются разрушающие напряжения вследствие увеличения объема воды при замерзании;- промежуточные (диаметром от 0,5 до 10 мкм), в них частично может образоваться лед, но при этом остающаяся жидкой «пленочная» вода способствует снижению возможных деформаций стенок пор;- безопасные (диаметром 0,5 мкм и менее), в них льдообразование практически отсутствует [2–4].Обзорный анализ ранее выполненных исследований показывает, что повысить прочность и морозостойкость строительной керамики можно за счет формирования пористой структуры с преобладанием пор диаметром от 0,5 до 10 мкм, а также образования в стенках пор прочных долговечных соединений, микроармирующих керамическую матрицу [5–8]. В данном направлении большой научно-практический интерес представляет природный или промышленный волластонит – силикат кальция CaSiO3, имеющий игольчато-волокнистую структуру и выполняющий роль микроармирующего элемента в керамических смесях [9–14].Целью данной работы является исследование влияния органоминеральной добавки (ОМД), получаемой смешиванием волластонита с суперпластификатором С-3, на свойства (плотность, прочность, теплопроводность, водопоглощение, морозостойкость) и структуру строительной керамики.Методика. При проведении исследований применялись следующие методы: лазерная гранулометрия на анализаторе MicroSizer 201 (распределение частиц волластонита по размерам); электронная микроскопия на растровых электронных микроскопах TESCAN MIRA 3 LMU и SUPRA 25-30-34 (структура частиц волластонита, керамических образцов – КО); азотная порометрия на приборе Sorbi-M (распределение пор по размерам в КО); стандартные методы определения средней плотности, прочности на сжатие, коэффициента теплопроводности, водопоглощения и морозостойкости строительной керамики. В качестве сырьевых компонентов ОМД использовался суперпластификатор С-3 (СП С-3) в виде сухого вещества (ОАО «Полипласт», г. Новомосковск, Тульская обл.) и промышленный волластонит марки FW 635 (ГК «ВитаХим», г. Москва) следующего химического состава (% по массе): SiO2 – 53; CaO – 44; Al2O3 – 0,8; Fe2O3 – 0,2; MgO – 0,5; прочее – 1,5.Результаты растровой электронной микроскопии (РЭМ) и лазерной гранулометрии (рис. 1) показали, что структура исходного волластонита представлена наличием щепкообразных кристаллов, пластинок с расщепленными краями и отдельных иголок [15]. Данные частицы характеризуются следующим распределением по размерам: 0,2–0,99 мкм – 3,8 %; 0,99–4,92 мкм – 16,6 %; 4,92-24,4 мкм – 27,1 %; 24,4–121 мкм – 45,7 %; 121-491 мкм – 6,8 %.  а)   б) Рис. 1. Структура (а) и распределение по размерам (б) частиц волластонита  Получение ОМД заключалось в тщательном механическом перемешивании волластонита с СП С-3, взятых в соотношении 0,5:0,5 по массе, до получения однородной сухой смеси.  Исследование влияния ОМД на свойства и структуру строительной керамики осуществлялось с помощью КО размерами 2×2×2 см, изготовленных пластическим способом с использованием легкоплавкой глины Гукалинского месторождения (Брянская обл.) следующего химического состава (% по массе): SiO2 – 55–80; (Al2O3 + TiO2) – 7–21; Fe2O3 – 3–12; CaO – 0,5–15;MgO – 0,5–3; SO3 – до 3; (Na2O + К2O) – 1–5, потери при прокаливании – 3-15 [16].ОМД вводилась в формовочные смеси вместе с расчетным объемом воды затворения. Сушка КО проводилась до остаточной влажности не более 3 % в лабораторной сушильной камере, а обжиг – в муфельной печи с автоматическим регулированием температуры.Эффективность добавки определялась методом ортогонального центрального трехфакторного математического планирования эксперимента с получением функции отклика и номограмм, связывающих выходной параметр (y1 – прочность на сжатие КО, Rсж) с переменными факторами (х1 – содержание добавки, ОМД; х2 – температура обжига КО, tобж; х3 – содержание воды в смеси, В), варьируемыми в пределах: х1 – от 0,5 до 1,5 % (от массы глины), х2 – от 900 до 1100 °С, х3 – от 41 до 45 %.Основная часть. Функция отклика прочности на сжатие керамических образцов от влияющих факторов описывается следующим уравнением регрессии:  y1 = 31,95 + 0,62х1 + 0,4х2 – 2,63х3 – 5,32х12  ­– 6,64х22 – 4,69х32 – 2,26х1х2 – 0,26х1х3 – 0,39х2х3. Из приведенного уравнения и номограмм, представленных на рис. 2, следует, что эффективным количеством ОМД, с точки зрения максимального повышения Rсж керамических образцов, является 1,125 % при температуре обжига 900 °С. Прочность на сжатие КО равна 25,6 МПа. Изменение количества ОМД в меньшую до 0,5 % или большую до 1,5 % стороны приводит к снижению Rсж образцов до 16,9 и 22,8 МПа соответственно.Эффективное количество ОМД в случае обжига образцов при температуре 1000 °С составляет 1 %. Прочность на сжатие КО равна 32,2 МПа. При этом изменение количества ОМД до 0,5 и 1,5 % способствует незначительному снижению Rсж образцов до 26,3 и 27,7 МПа соответственно.В то же время, при температуре обжига образцов, равной 1100 °С, эффективным количеством ОМД является 0,875 %. Прочность на сжатие КО составляет 26,2 МПа и снижается до 22,4 и 19,3 МПа при изменении количества ОМД до 0,5 и 1,5 % соответственно.Следует отметить, что эффективность повышения прочности на сжатие керамических образцов с использованием ОМД достигается при содержании воды в формовочных смесях 42,5 %.                                        а)                                                        б)                                                        в)                                          г)                                                        д)                                                        е)                                       ж)                                                        з)                                                        и)Рис. 2. Номограммы отклика прочности на сжатие керамических образцов от количества ОМД (а-в), температуры обжига (г-е), содержания воды (ж-и): а) – ОМД = 0,5 %;  б) – ОМД = 1 %; в) – ОМД = 1,5 %; г) – tобж = 900 °С; д) – tобж = 1000 °С; е) – tобж = 1100 °С; ж) – В = 41 %; з) – В = 43 %; и) – В = 45 % Анализ влияния органоминеральной добавки на свойства керамических образцов показал, что ОМД приводит к увеличению их средней плотности на 2,4 % и коэффициента теплопроводности на 3,8 % (табл. 1). Таблица 1Свойства керамических образцовСостав образцовСредняя плотность, кг/м3Прочность на сжатие, МПаКоэффициенттеплопроводности, Вт/(м·°С)Водопоглощение, %Морозостойкость,циклыконтрольный146221,10,538,350с 1 % ОМД 149732,20,557,175Примечание: температура обжига контрольных и модифицированных образцов составляет 1000 °С. При этом прочность на сжатие КО с содержанием ОМД возрастает в 1,5 раза (от 21,1 до 32,2 МПа), водопоглощение снижается в 1,2 раза (от 8,3 до 7,1 %), а морозостойкость увеличивается от 50 до 75 циклов попеременного замораживания и оттаивания.Электронно-микроскопические исследования контрольного и модифицированного КО показали различие в их структуре. Образец контрольного состава характеризуется крупнопористой, неравномерно спекшейся структурой с пустотами и порами, не заполненными стеклофазой (рис. 3, а), а образец с ОМД отличается микропористой структурой, армированной частично оплавленными и сросшимися со стеклофазой пластинчатыми и игольчатыми микрочастицами волластонита (рис. 3, б).  а)    б)    Рис. 3. Структура керамических образцов: а – без ОМД;  б – с ОМД  Результаты азотной порометрии показали, что в образце КО контрольного состава распределение пор относительно их общего объема выглядит следующим образом: 4,13 % составляют поры размером от 0,003 до 0,04 мкм; 26,79 % – от 0,04 до 0,4 мкм; 63,83 % – от 0,4 до 4,4 мкм;3,15 % – от 4,4 до 40 мкм; 2,1 % – от 40 до300 мкм (рис. 4, а).  а)    б) Рис. 4. Распределение пор по размерам в керамических образцах: а – без ОМД;  б – с ОМД В керамическом образце с ОМД количество пор размером от 0,003 до 0,04 мкм составляет      1,91 %; от 0,04 до 0,4 мкм – 19,74 %; от 0,4 до4,4 мкм – 75,26 %; от 4,4 до 40 мкм – 1,59 %; от 40 до 300 мкм – 1,5 % (рис. 4, б). Количество безопасных пор (менее 0,5 мкм) в модифицированном КО составляет около21,65 %, промежуточных пор (от 0,5 до 10 мкм) – 75,26 %, опасных пор (более 10 мкм) и резервных пор (более 200 мкм) – 3,09 %. При этом в образце контрольного состава безопасных пор содержится около 30,92 %, промежуточных пор – 63,83 %, опасных и резервных пор – 5,25 %. Выводы. В ходе проведения исследований выявлен характер влияния органоминеральной добавки, полученной смешиванием промышленного волластонита с суперпластификатором С-3, на свойства и структуру строительной керамики. Эффективным количеством добавки, с точки зрения максимального повышения прочности на сжатие керамических образцов, является 1 % (от массы глины) при содержании воды в формовочной смеси 42,5 % и температуре обжига 1000 °С. Установлено, что добавка приводит к увеличению средней плотности (на 2,4 %) и коэффициента теплопроводности (на 3,8 %) керамических образцов. При этом прочность на сжатие повышается в 1,5 раза, морозостойкость от 50 до 75 циклов, а водопоглощение снижается в 1,2 раза. Полученный результат является следствием направленного воздействия волластонита, как микроармирующего компонента, в сочетании с суперпластификатором С-3, как органического выгорающего материала, на спекание глинистой массы и формирование структуры керамической матрицы с пористостью, перераспределенной в сторону снижения количества опасных и резервных пор (на 40–43 %) и увеличения количества промежуточных и безопасных пор (на 2–4 %).