Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства пористых и пористо-пустотелых керамических кирпичей, обычных и крупноформатных камней. Техническим результатом изобретения является получение на основе средне-, умеренно- и малопластичных кирпичных глин пористо-пустотелых кирпичей, камней, а также крупноформатных пористо-пустотелых камней и блоков с плотностью от 750 до 950 кг/м³ при марочности по прочности от 75 до 150 и теплопроводности от 0,145 до 0,185 Вт/(м °С). Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий включает смешение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, натрийсодержащую добавку, шелуху гречихи в количестве до 20-56% объема шихты: для среднепластичной глины до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22%, пластическое формование, сушку и обжиг. В качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% от объема глины и дополнительно в качестве упрочняющей добавки вводят алюминийсодержащую добавку в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства эффективных керамических кирпичей, камней и блоков, в особенности пористо-пустотелых.

Известен способ изготовления стеновых керамических материалов [Sedliacek Z. Moznostivysokol ahcenytoholv SST, n.p.v. Zavoge Martin, Ahlarsky spravodaj. - 1988], в котором, с целью снижения средней плотности и теплопроводности в качестве выгорающей и отощающей добавки, вводят древесные опилки, являющиеся вторичными продуктами деревообрабатывающих предприятий.

Недостатком является то, что при увеличении количества опилок в шихте происходит резкое снижение формуемости сырца и прочности пористого черепка, что не позволяет получить черепок с плотностью менее 1300 кг/м³ и пористо-пустотелый кирпич (камень, блок) с кажущейся плотностью менее 1000 кг/м³.

Известен способ изготовления керамических изделий [патент №2082692, опубл. 27.06.97, бюл. №18], в котором с целью снижения средней плотности черепка до 1300 кг/м³ предлагают вводить в составы шихт на основе малопластичного глинистого сырья (число пластичности равно 7) большое количество смеси выгорающих добавок, состоящих из древесных опилок и активного ила до 50% в пересчете на сухое вещество по отношению к глинистому сырью. Здесь введение активного ила способствует повышению пластичности шихты, что очень важно для малопластичных глин, так как введение древесных опилок, особенно в больших количествах приводит практически к линейному снижению пластичности и к снижению, или полному исключению формуемости кирпича.

Недостатком этого способа является большое количество вводимого ила (до 50% по массе) от расхода глины. Добыча ила со дна озер или рек связана со значительными затратами на его разработку, транспортировку, трудоемкостью его добычи и последующей сушки. Эта работа, связанная в условиях РФ с сезонностью, потребует дополнительных значительных площадей на кирпичном заводе для организации хранения предварительно добытого ила на годовую мощность кирпичного завода в специальных запасниках ила и значительных энергозатрат на сушку. По этой причине в керамической промышленности использование ила не нашло широкого применения и практически этот способ реализован, в основном, только в лабораторных условиях. Кроме того, ил не однороден по составу и имеется не во всех регионах страны.

Аналогом изобретения является способ изготовления шихты для производства керамических изделий [Куликов О.Л. Способ увеличения прочности пористого керамического кирпича // Строительные материалы, 1995, №11, с.18-19], в котором с целью снижения средней плотности и теплопроводности кирпича в качестве выгорающей добавки используют древесные опилки, которые предварительно с целью повышения прочности черепка подвергают обработке натрийсодержащей добавкой.

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет получать черепок с плотностью менее 1200 кг/м³ и пористо-пустотелые керамические изделия с кажущейся плотностью менее 900 кг/м³ на средне-, умеренно- и малопластичных кирпичных глинах, так как при введении большого количества выгорающих добавок происходит снижение пластичности шихты и невозможно сформовать из такой смеси высокопустотный кирпич-сырец по причине низкой пластической прочности. Поэтому изделия имеют теплопроводность более 0,22 Вт/(м °С). Кроме того, в этом способе не установлены граничные значения дозировок выгорающих добавок (древесных опилок) в зависимости от вида используемой глины. Для разной глины (средне-, умеренно- и малопластичной глины) существуют свои верхние уровни дозировок добавок, выше которой сформировать изделие (кирпич) невозможно ввиду полной потери формуемости шихты.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления керамических стеновых изделий, включающий смешение шихты, содержащей средне-, умеренно- или малопластичную кирпичную глину, натрийсодержащую добавку в виде 10%-ного водного раствора подмыльного щелока (жидкий побочный продукт мыловаренного производства) в количестве 1,3-1,7 мас.% т массы глины в перерасчете на сухое вещество, обработанную этой натрийсодержащей добавкой, выгорающую добавку в виде шелухи гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, которую для среднепластичной глины вводят до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22% шелухи гречихи, пластическое формование, сушку и обжиг (патент РФ №2240294, опубл. 20.11.04, Бюл. №32).

Недостатком прототипа является то, что при использовании натрийсодержащей добавки в виде подмыльного щелока, в процессе сушки происходит частичная миграция электролита на поверхность образцов с образованием высолов, которые после обжига остаются на поверхности кирпича, ухудшая эстетические свойства, как самого кирпича, так и кирпичной стены, выложенной из него. Кроме того, в процессе обжига из-за этого происходит неравномерное спекание кирпича по объему. Как следствие этого - большой разброс по прочности у кирпичей и снижение морозостойкости до марки F25. Наличие таких высолов потребует дополнительных затрат и средств для очистки фасада здания из кирпича. Кроме того, в составе подмыльного щелока имеется хлористый натрий (NaCl), который при сушке и обжиге выделяет агрессивные ионы хлора, вызывающие химическую газовую коррозию металлических конструкций технологического оборудования. Это связано с тем, что ион хлора является энергичным ускорителем, который разрушает защитные пленки на металлах. Известно, что любой металл (кроме платины и ее аналогов), отбирая у ионов хлора лишние электроны, быстро корродирует и разрушается. Значительным недостатком подмыльного щелока является также то, что он является водным раствором, который в зимнее время при отрицательных температурах может промерзать и поэтому требует специального автотранспортного оборудования, снабженного емкостями с подогревом.

Кроме того, в прототипе в качестве выгорающей добавки используется шелуха гречихи, которая в виде отходов сельхозпродукции скапливается в местах их утилизации в небольших количествах, так как эта культура произрастает не везде. Поэтому при большой производительности кирпичного завода этой выгорающей добавки недостаточно для обеспечения бесперебойной работы технологической линии приготовления выгорающей добавки в виде шелухи гречихи. При этом, если скопления этих отходов расположены далеко от кирпичного завода, то транспортировка их при малой средней плотности в ж/д вагонах или в а/фурах на завод потребует значительных затрат. Это повлияет на повышение стоимости добавки и себестоимости изделий. Следовательно, необходимо расширить номенклатуру выгорающих добавок, используя для этих целей другие традиционные выгорающие добавки.

Изобретение направлено на создание возможности получения на основе средне-, умеренно- и малопластичных кирпичных глин пористо-пустотелых кирпичей, камней, а также крупноформатных пористо-пустотелых камней и блоков с плотностью от 750 до 950 кг/м³ при марочности по прочности от 75 до 150 и теплопроводности от 0,138 до 0,185 Вт/(м °С).

Результат достигается тем, что в способе изготовления пористых керамических стеновых изделий, включающем смешение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, натрийсодержащую добавку, шелуху гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 55-56%

объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22%, пластическое формование, сушку и обжиг, в качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% от объема глины и дополнительно в качестве упрочняющей добавки алюминийсодержащую добавку (далее АСД) в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты.

Результат достигается тем, что в способе изготовления пористых керамических стеновых изделий, включающем смешение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, выгорающую добавку, натрийсодержащую добавку, в качестве выгорающей добавки вводят древесную муку фракции 560 мкм в количестве 15-50% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 45-50% объема шихты, для умереннопластичной - до 35-40%, а малопластичной - до 15-20%, в качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% от объема глины, и дополнительно содержит упрочняющую - алюминийсодержащую добавку (далее АСД) - в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты.

Результат достигается также тем, что натрийсодержащую добавку - перлит и алюминийсодержащую добавку подвергают интенсивному совместному перемешиванию в течение 30-60 с.

В качестве основного сырья использованы кирпичные глины Калининского, Тураевского и Пестречинского месторождений РТ.

Среднепластичная глина Калининского месторождения по внешнему виду представляет собой землистую массу светло-коричневого цвета. Данная глина низкодисперсная с низким содержанием карбонатных включений (слабо вскипает при воздействии 10%-ного раствора HCl); высокочувствительная (чувствительность к сушке по методу Чижского составляет 65 сек); легкоплавкая (t=1260°С) с карьерной влажностью 15-22%.

Умереннопластичная глина Тураевского месторождения по внешнему виду представляет собой землистую массу от светло- до темно-коричневого цвета. Данная глина низкодисперсная с низким содержанием карбонатных включений (слабо вскипает при воздействии 10%-ного раствора HCl); высокочувствительная (чувствительность к сушке по Чижскому 60 сек); легкоплавкая (t=1280°С) с карьерной влажностью 18-23%.

Малопластичная глина Пестречинского месторождения по внешнему виду представляет собой землистую массу светло-коричневого цвета. Данная глина низкодисперсная с низким содержанием карбонатных включений (слабо вскипает при воздействии 10%-ного раствора HCl); высокочувствительная (чувствительность к сушке по методу Чижского составляет 60 сек); легкоплавкая (t=1330°С) с карьерной влажностью 20-25%. Свойства глин представлены в таблице 1.

В качестве добавок, регулирующих усадку, среднюю плотность, пористость и теплопроводность, использованы выгорающие добавки: отходы сельхозпереработки в виде шелухи гречихи и древесная мука.

Шелуха гречихи - сыпучий материал, высокооднородный по размеру гранул (1,25-2,5 мм) и насыпной плотности, являющийся побочным продуктом сельхозперерабатывающих предприятий, например, Буинского. Среднее значение насыпной плотности в естественном состоянии равно 160-170 кг/м³. Гранулометрический состав шелухи гречихи представлен в таблице 2.

Древесная мука - это продукт сухого механического измельчения древесины, свойства которого регламентируются ГОСТ 16361-87.

Перлитовый песок (натрийсодержащая добавка - далее НСД) - это сыпучий, пористый, рыхлый, легкий, долговечный материал. Огнестоек: температура применения - от минус 200 до 900°С. Обладает тепло- и звукоизолирующими свойствами, высокой впитывающей способностью: способен впитать жидкости до 400% собственного веса. Биологически стоек: не подвержен разложению и гниению под действием микроорганизмов, не является благоприятной средой для насекомых и грызунов.

Таблица 1
Свойства глинистого сырья
Параметры глинистого сырья	Месторождения
Калининское	Тураевское	Пестречинское
Пластичность	Среднепластичная	Умереннопластичная	Малопластичная
Дисперсность	Низкодисперсная	Низкодисперсная	Низкодисперсная
Огнеупорность	Легкоплавкая (tплавл.=1260°С)	Легкоплавкая (tплавлен.=1280°С)	Легкоплавкая (tплавл.=1330°C)
Чувствительность к сушке (по Чижскому), сек	65	60	60
Содержание оксидов, %:
SiO2	75,16	73,70	71,22
Al2O3	12,20	11,02	8,93
FeO общ.	3,26	3,89	5,78
TiO2	0,05	0,19	0,55
СаО	2,15	3,64	1,72
MgO	1,13	-	2,24
K2O	1,35	1,08	1,27
Na2O	2,52	1,55	2,88
п.п.п.	2,18	4,93	5,41
Карьерная
Влажность, %	15-22	18-23	20-25

Таблица 2
Гранулометрический состав шелухи гречихи
Размеры отверстий контрольных сит, мм	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	менее 0,14
Полные остатки на контрольных ситах, %	78,9	89,7	97,7	100	100	100

Химически инертен: нейтрален к действию щелочей и слабых кислот. Перлит является экологически чистым и стерильным материалом, не токсичен, не содержит тяжелых металлов. Выпускается по ГОСТ 10832-91 по насыпной плотности марки М-75. Химический состав перлита приведен в таблице 3.

Таблица 3
Химический состав НСД
SiO2	Al2O3	TiO2	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O	H2O
71,78	12,77	0,9	1,54	1,31	0,6	4,1	3,0	4,0

Из данных химического состава перлита видно, что в его составе содержится значительное количество оксидов щелочных металлов (Na₂O+K₂O), суммарное содержание которых достигает 7,1%. Поэтому даже небольшое добавление перлита в состав глиняной шихты будет способствовать снижению температуры обжига кирпича, увеличит количество стеклофазы или «огневой связки», которая при остывании после обжига будет цементировать реликты глинистых минералов, кристаллические новообразования, крупнозернистые включения и укрепит стенки пор, а следовательно, увеличит прочность кирпича.

Алюминийсодержащая добавка - АСД - это влажная шламообразная масса, гальванический шлам - отход гальванического производства, например, Набережно-Челнинского алюминиевого производства. Эти многотоннажные отходы, которых ежесуточно образуется до 10 т, в настоящее время нигде не используются. Средняя влажность АСД - 75%, среднее значение насыпной плотности - 0,84 г/см³, среднее значение истинной плотности - 2,7 г/см³. Химический состав АСД представлен в таблице 4.

Таблица 4
Химический состав АСД
SiO2	Al2O3	TiO2	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	Na2O	K2O	Р2О5	SO3	П.п.п.
0,61	55,47	0,01	0,13	<0,01	1,52	1,06	1,90	<0,01	0,05	9,47	29,78

Выбор АСД обоснован высоким содержанием в этой добавке оксидов алюминия (глинозема), которых недостаточно в наших глинах. Особенностью этих отходов является то, что содержащаяся в них Al₂O₃ повышает прочность черепка, а даже незначительное количество Na₂O снижает температуру образования пиропластической массы.

Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий осуществляли следующим образом.

Шихту готовили следующим образом. В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде шелухи гречихи или древесной муки, затем в процессе перемешивания добавляли в смеситель натрийсодержащую добавку - 5-10% перлитового песка марки М75 и АСД в количестве 0,5-3% сверх 100% от объема шихты и перемешивали компоненты еще в течение 30-60 с. Постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от расхода шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с.

Для повышения прочности кирпича при его изготовлении целесообразно НСД и АСД предварительно готовить. Готовили добавку следующим образом. Предварительно АСД высушивали до постоянной массы при температуре 105°С, а затем производили механический размол до тонины 250-300 м²/кг. Затем интенсивно смешивали 0,5-3% (сверх 100% объема шихты) молотой АСД и перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% объема глины в смесителе с завихрителем в течение 30-60 с и готовую добавку вводили в шихту.

Изготовление образцов осуществляли пластическим способом в формах размером 50×50×50 мм путем формования сырцовых гранул при давлении прессования 0,2-2 МПа. Сушку образцов производили в лабораторном сушильном шкафу СНОЛ до остаточной влажности 4%. Обжиг осуществляли в печи ПК путем ступенчатого подъема температуры до 1000°С в течение 10-12 часов, выдержки при максимальной температуре в течение 1-2 часов и остывания до 40°С в течение 8-10 часов. После остывания образцы подвергали стандартным испытаниям: определяли среднюю плотность сырцовых образцов после сушки, среднюю плотность обожженных образцов, общую пористость, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и предел прочности при сжатии.

Пример 1

В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% средне-, умеренно- или малопластичную глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде шелухи гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22%. Затем в процессе перемешивания добавляли в смеситель НСД - 5-10% перлитового песка марки М75 и АСД 0,5-3% сверх 100% от объема шихты и перемешивали компоненты еще в течение 30-60 с. Постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с. Из полученной шихты пластическим формованием получали изделия, которые затем сушили и обжигали.

Пример 2

В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% средне-, умеренно- или малопластичную глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде древесной муки фракции 560 мкм в количестве 15-50% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 45-50% объема шихты, для умереннопластичной - до 35-40%, а малопластичной - до 15-20%. Затем в процессе перемешивания добавляли в смеситель НСД - 5-10% перлитового песка марки М75 и АСД 0,5-3% сверх 100% от объема шихты и перемешивали компоненты еще в течение 30-60 с. Постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с. Из полученной шихты пластическим формованием получали изделия, которые затем сушили и обжигали.

Пример 3

Сначала готовили шихту следующим образом. В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% средне-, умеренно- или малопластичную глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде шелухи гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22%. Затем в шихту вводилась добавка, предварительно подготовленная интенсивным перемешиванием НСД и АСД. После введения в шихту добавки вся смесь перемешивалась в смесителе с завихрителем еще в течение 30-60 с и затем, постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от расхода шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с. Из полученной шихты пластическим формованием получали изделия, которые затем сушили и обжигали.

Пример 4

Сначала готовили шихту следующим образом. В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% средне-, умеренно- или малопластичную глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде древесной муки фракции 560 мкм в количестве 15-50% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 45-50% объема шихты, для умереннопластичной - до 35-40%, а малопластичной - до 15-20%. Затем в шихту вводилась добавка, предварительно подготовленная интенсивным перемешиванием НСД и АСД. После введения в шихту добавки вся смесь перемешивалась в смесителе с завихрителем еще в течение 30-60 с и затем, постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от расхода шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с. Из полученной шихты пластическим формованием получали изделия, которые затем сушили и обжигали.

Результаты испытаний изделий по примерам 1-4 приведены в таблицах 5-8.

Результаты испытаний изделий, представленные в таблицах 5-8, показали, что изделия имеют прочность в интервале от марки 75 до 150 кг/см², плотность от 750 до 900 кг/м³, а теплопроводность от 0,138 до 0,185 Вт/(м °С), что соответствует цели изобретения.

Результаты, приведенные в таблицах 5-8 по предлагаемому способу, выше, чем по прототипу, что говорит об эффективности введения в качестве натрийсодержащей добавки перлита и дополнительно АСД.

Сравнение результатов, приведенных в таблице 6 и прототипе, показывают, что введение взамен шелухи гречихи ДМ с дополнительным введением перлита и АСД позволяет получать аналогичные свойства с прототипом. Следовательно, этот предлагаемый способ позволяет расширять номенклатуру выгорающих добавок, при сохранении свойств керамики.

При этом результаты по примерам 3 и 4 показывают достаточно высокое (табл.7 и 8) превышение по прочности (до 15%), по сравнению с примерами 1 и 2, что говорит об эффективности предварительного раздельного приготовления добавки по примерам 3 и 4. Это также подтверждается более высоким коэффициентом конструктивного качества изделий предлагаемых составов, так как при этом получаются изделия пониженной плотности, но достаточно прочные.

1. Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий, включающий смещение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, натрийсодержащую добавку, шелуху гречихи в количестве до 20-56% объема шихты: для среднепластичной глины до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины до 40-43%, а малопластичной до 20-22%, пластическое формование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% от объема глины и дополнительно в качестве упрочняющей добавки вводят алюминийсодержащую добавку в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты.

2. Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий, включающий смешение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, выгорающую добавку, натрийсодержащую добавку, пластическое формование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в качестве выгорающей добавки вводят древесную муку фракции 560 мкм в количестве 15-50% объема шихты: для среднепластичной глины до 45-50% объема шихты, для умереннопластичной до 35-40%, а малопластичной до 15-20%, в качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% объема глины, и дополнительно в качестве упрочняющей добавки вводят алюминийсодержащую добавку в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что натрий- и алюминийсодержащую добавки предварительно подвергают совместному интенсивному перемешиванию в течение 30-60 с.