Керамическая масса
Владельцы патента RU 2303020:
Бондарюк Анна Григорьевна (RU)
Иванюта Григорий Николаевич (RU)
Котляр Владимир Дмитриевич (RU)
Ростовский государственный строительный университет (RU)
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности стеновым керамическим изделиям, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней. Техническим результатом изобретения является получение стеновых керамических изделий пониженной средней плотностью. Указанный результат изобретения достигается тем, что керамическая масса, включающая опоку, дополнительно содержит в составе в качестве поверхностно-активного вещества суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: опока 80-90; суперпластификатор С-3 0,2-2,0; вода остальное. 4 табл.
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности стеновым керамическим изделиям, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней.
Основным сырьем для производства стеновой керамики является легкоплавкое глинистое сырье, однако черепок на его основе обладает повышенной средней плотностью 1,7-2,1 г/см3 и соответственно повышенной теплопроводностью 0,7 - 0,9 Вт/(м·К).
Известны способы изготовления стеновых керамических изделий на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок. Однако в силу того, что кремнистые породы являются камневидным сырьем, они обладают даже в измельченном виде малой пластичностью, связующей способностью и, как следствие, плохими формовочными свойствами при пластическом способе формования. Но в силу их высокой пористости керамический черепок на их основе имеет невысокую среднюю плотность 1,25-1,55 г/см3. Для улучшения формовочных свойств вводят большое количество глинистого компонента. Однако это приводит к увеличению средней плотности керамического черепка и изделия в целом.
Известна керамическая масса для получения керамического кирпича (см. А.С. СССР 800161) на основе одной из разновидностей кремнистых опал-кристобалитовых пород (диатомит, трепел, опока) 66-72%, отходов производства хлористого кальция 6-12% и подмыльного щелока 20-24%.
Недостатком этой массы является использование хлористого кальция, который вызывает быструю коррозию металлических поверхностей технологического оборудования на стадии подготовки массы и прессования изделий, а на стадии обжига часть хлора улетучивается, что вызывает высокую агрессивность дымовых газов. Кроме того, в силу высокой растворимости хлорного кальция и его повышенного содержания в керамической массе на гранях изделий образуются высолы и оплавление поверхности.
Наиболее близким техническим решением является керамическая масса на основе кремнистых пород (опок) с незначительным количеством легкоплавких примесей (В.Н.Иваненко. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. Будевельник, Киев, 1978, стр.10, 22-23).
Недостатком известной массы является повышенная температура обжига (до 1300°С), пониженная степень спекаемости, невысокие показатели по прочности, относительно высокое давление прессования, тонкое измельчение пресс-порошка.
Задачей настоящего изобретения является получение стеновых керамических изделий на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок, пониженной средней плотности, измельченной до крупности 0,315-2,5 мм. Учитывая неудовлетворительные формовочные свойства опок при пластическом способе формования, изделия получают полусухим способом. Помимо воды затворения пресс-порошок на основе опок включает поверхностно-активное вещество и, в частности, суперпластификатор С-3.
Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, измельченную до крупности 0,315-2,5 мм, дополнительно содержит в составе в качестве поверхностно-активного вещества суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанная опока | 80-90 |
| Суперпластификатор С-3 | 0,2-2,0 |
| Вода | Остальное |
Введение С-3 позволяет в значительной степени снизить внутреннее и внешнее трение при прессовании и, как следствие, достичь максимальной равноплотности керамического черепка, что, в свою очередь, значительно повышает прочность как свежеотформованных изделий, так и обожженных.
Измельченная до крупности 0,315-2,5 мм опока дает удешевление технологического процесса, уменьшение усадочных деформаций, позволяет повысить прессуемость массы.
Характеристики исходных материалов
1. Опока
Опоки - легкие плотные тонкопористые породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность их составляет 1100-1600 кг/м3, пористость достигает 55% (обычно 30-40%).
Опоки - это не чистые силициты, а многокомпонентные системы. Постоянной составляющей их наряду с аморфным кремнеземом являются глинистые минералы, содержавшиеся в том или ином количестве. В качестве примеси могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают 0,01 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разности кремнистых пород - глинистые, песчанистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обусловливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Усредненный химический состав опок приведен в таблице 1.
Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород, наибольшим распространением среди которых пользуются опоки. На территории России опоки широко встречаются в районах Поволжья и Дона, Западной Сибири, на юге России, в центральных и западных областях Европейской части России, Ленинградской области, Дальнем Востоке, Кольском полуострове, на Камчатке.
2. Суперпластификатор С-3 (ТУ 6-36-020429-635) получают на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Жидкость или водорастворимый порошок (нами использовался порошок) не выделяет при хранении вредных газов и паров. Водные растворы С-3 не изменяют свойств при нагревании до 85°С, пожаро- и взрывобезопасны.
Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс были изготовлены стандартные образцы кирпича полнотелого размером 250×120×65 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов. В качестве сырья были использованы глинисто-карбонатные опоки Журавского месторождения. Зерновой состав измельченных проб опок и влияние степени измельчения опок и формовочной влажности на среднюю плотность и прочность при сжатии приведены в таблицах 2 и 3.
Образцы изготовлялись следующим образом.
Предварительно опока подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке (пропускалась один-три раза) до максимальной крупности 2,5-0,315 мм, после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек. Затем отдозированное ПАВ растворялось в воде, и данным раствором равномерно увлажнялась измельченная опока. Приготовленный пресс-порошок вылеживался в герметичных емкостях 6-12 часов, после чего снова просеивался через сита 2,5 мм. Подготовленный пресс-порошок поступал на прессование. Удельное давление прессования составляло 200 кгс/см2. После подсушки изделия обжигались с выдержкой при максимальной температуре 1000°С 2 часа.
Изобретение применимо при производстве стеновой керамики. Средняя плотность пустотелых изделий при сохранении требований ГОСТ 530-95 может достигать 800 кг/м3.
| Таблица 1 Усредненный химический состав опок | ||||||||||
| Порода | П. п.п | SiO2 | AI2O3 | Fe2O3+FeO | CaO | MgO | SO3 общ. | К2O | Na2O | SiO2 раст-й в 5% КОН |
| Опоки | 1,7-17,6 | 62,3-89,8 | 3,2-16,5 | 1,0-7,6 | 0,1-22.8 | 0,03-5,6 | 0,0-0,55 | 0,6-3,08 | 0,02-1,79 | 12,0-76,0 |
Таблица 2
Влияние степени измельчения опок и формовочной влажности на среднюю плотность и прочность при сжатии
| Шифр зернового состава | Содержание пластификатора С-3 | Формовочная влажность, % | Средняя прочность, г/см3 | Предел прочности при сжатии, кгс/см2 |
| I | 0.5 | 12 | 1,21 | 78,3 |
| 18 | 1,34 | 99,0 | ||
| II | 0.5 | 12 | 1,22 | 91,1 |
| 18 | 1,36 | 149,5 | ||
| III | 0.5 | 12 | 1,22 | 137,7 |
| 18 | 1,37 | 220,1 | ||
| IV | 0.5 | 12 | 1,24 | 195,9 |
| 18 | 1,41 | 377,0 |
| Таблица 3 Зерновой состав измельченных проб опок | ||||||
| Группа порошка | Содержание фракций, мм, в % | |||||
| 2,5-1,25 | 1,25-0,63 | 0,63-0,315 | 0,315-0,14 | 0,14-0,071 | Менее 0,071 | |
| I | 12,7-13,8 | 10,5-12,9 | 14,8-16,3 | 13,6-15,1 | 20,6-22,3 | 21,6-27,8 |
| II | - | 14,3-17,9 | 15,4-17,0 | 16,5-19,4 | 21,0-24,2 | 26,5-32,8 |
| III | - | - | 18,1-21,8 | 23,5-27,0 | 23,9-26,4 | 28.8-34,5 |
| IV | - | - | - | 27,0-31,1 | 30,1-33,2 | 42,9-49,7 |
Таблица 4
Составы и свойства изделий
| № | Состав предлагаемый | Физико-механические характеристики | ||||
| Опока, % | Суперпластификатор С-3, % | Вода, % | Rсж, кгс/см2 | Плотность, г/см3 | Коэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м·К) | |
| 1 | 78 | 0,1 | 21,9 | 180,6 | 1,29 | 0,51 |
| 2 | 80 | 0,2 | 19,8 | 365,3 | 1,39 | 0,59 |
| 3 | 85 | 1,0 | 14,0 | 370,2 | 1,48 | 0,62 |
| 4 | 90 | 2,0 | 8,0 | 192,0 | 1,31 | 0,56 |
| 5 | 92 | 2,5 | 5,5 | 70,4 | 1,25 | 0,47 |
| Состав известный | ||||||
| 1 | 80,2-92 | - | 8,0-19,8 | 90-160 | 1,31-1,43 | 0,60 |
Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, отличающаяся тем, что используется опока, измельченная до крупности 0,315-2,5 мм, и масса дополнительно содержит в составе в качестве поверхностно-активного вещества суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанная опока | 80-90 |
| Суперпластификатор С-3 | 0,2-2,0 |
| Вода | остальное |
