Смесь для изготовления керамической плитки

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для создания смеси, предназначенной для изготовления керамических плит. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности керамической плитки. Смесь для изготовления керамической плитки содержит следующие компоненты, масс.%: глину 21-34; молотое стекло 30,5-34; каменноугольную золу 25-27; нанопорошок оксида кремния 0,5-3; воду 10-15. 2 табл.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для создания смеси, предназначенной для изготовления керамических плит, обладающих более высокой прочностью по сравнению с аналогами.

Аналогичные технические решения известны см., например, описание изобретения РФ к патенту №2425003, в котором охарактеризована сырьевая смесь для изготовления облицовочной керамической плитки, которая содержит нижеследующее соотношение компонентов, в масс.%:

каменноугольная зола	49…51
глина	2,0…3,0
кварцевый песок	11,0…13,0
стеклобой молотый	15,0…17,0
жидкое стекло	16,0…21,0
вода	остальное

Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного технического решения являются:

- каменноугольная зола;

- глина;

- стеклобой молотый;

- вода.

Известно аналогичное техническое решение см. описание изобретения РФ к патенту №2420485, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа, которое содержит нижеследующее соотношение компонентов, в масс. %:

компоненты: масс, % каменноугольная зола	34,5…37,5
глина	60…64
кварцевый песок	11,0…13,0
стекловолокно	в виде нарезанных
отрезков длиной	2-7

мм.

вода

остальное

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:

- каменноугольная зола;

- глина;

- стеклобой молотый;

- вода.

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из известных аналогичных технических решений, заключается в обеспечении более высоких сил сцепления между поверхностями частиц глины, молотого стекла и каменноугольной золы.

Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что между поверхностями частиц глины, молотого стекла и каменноугольной золы имеются наноразмерные полости, заполненные водой, воздухом, которые в дальнейшем, при изготовлении керамической плитки создают наноразмерные каверны, значительно снижающие ее прочность.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технологических решений, можно сделать вывод, что задача создания смеси для изготовления керамических плит, имеющей в составе твердые техногенные отходы и обладающей более высокой прочностью, является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в смесь для изготовления керамической плитки, содержащей глину, стеклобой молотый, каменноугольную золу тепловых электростанций (предварительно просеянную и прошедшую радиационный контроль) и воду, вводят нанопорошок оксида кремния при следующих соотношениях компонентов, масс. %:

глина	21…34
стеклобой молотый	30,5…34
зола	25…27
нанопорошок оксида кремния	0,5…3
вода	10…15

Использование нанопорошка оксида кремния в смеси для изготовления керамической плитки, в совокупности с глиной, стеклобоем молотым с крупностью частиц менее 1 мкм, каменноугольной золой и водой в процессе их перемешивания, создает равномерное распределение частиц по объему, что обеспечивает в дальнейшем получение керамических плит с более высокой прочностью (по сравнению, например, с керамогранитом) и низким водопоглощением, обуславливающим высокую морозостойкость. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.

При этом необходимо отметить, что использование глины более 34 масс.% приводит к ее неэффективному использованию (перерасходу) и к снижению физико-химических параметров готовой смеси (например, прочности), а использование глины менее 21 масс.% приводит к недостаточному количеству глины, чтобы получить смесь для керамической плитки с требуемой высокой прочностью.

Использование молотого стекла (с крупностью частиц менее 1 мкм) более 34 масс.% приводит к его перерасходу и к большим ценовым затратам, а использование молотого стекла менее 30,5 масс.% приводит к снижению физико-химических параметров готового продукта.

Использование каменноугольной золы более 27 масс.% приводит к недостаточно высокому сцеплению частиц с молотым стеклом, а использование каменноугольной золы менее 25 масс.% приводит к перерасходу наполнителя, в виде молотого стекла, и к повышению стоимости керамической плитки.

Использование нанопорошка оксида кремния более 3 масс.% приводит к перерасходу оксида кремния, что экономически не целесообразно, а использование оксида кремния менее 0,5 масс.% приводит к недостаточному заполнению пространства между частицами молотого стекла, каменноугольной золы и глины и, как следствие этому, к более низкой прочности керамической плитки, изготовленной из предлагаемой смеси.

Использование воды более 15 масс.% приводит к перерасходу воды и непроизводительным затратам при ее удалении в процессе изготовления керамической плитки, а использование воды менее 10 масс.% не приводит к образованию однородной суспензии.

Таким образом, из приведенных выше обоснованных граничных значений компонентов предлагаемой смеси для изготовления керамической плитки следует, что технический результат достигается только в диапазоне граничных значений и не достигается за его пределами.

Проведенный анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности, так и отличительных признаков предлагаемого к патентованию технического решения, что позволило сделать вывод о наличии критериев патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».

Для подтверждения достижения вышеуказанного технического результата предлагаемой смеси для изготовления керамической плитки были подготовлены и испытаны три серии образцов (см. приложение 1, таблицы - 1, 2 с результатами проведенных испытаний).

Серия 1.

- глина 34 масс. %;

- стеклобой молотый - 30,5 масс. %;

- каменноугольная зола - 25 масс. %;

- нанопорошок оксида кремния - 0,5 масс. %;

- вода - 10 масс. %.

Серия 2.

- глина 27,5 масс. %;

- стеклобой молотый - 32,25 масс. %;

- зола - 26 масс. %;

- нанопорошок оксида кремния - 1,75 масс. %;

- вода - 12,5 масс. %.

Серия 3.

- глина 21 масс. %;

- стеклобой молотый - 34 масс. %;

- каменноугольная зола - 27 масс. %;

- нанопорошок оксида кремния - 3 масс. %;

- вода - 15 масс. %.

Технология получения смеси для изготовления керамической плитки осуществляется следующим образом:

- измельчают стеклобой до размера частиц менее 1 мкм, используя, например, планетарную мельницу «Pulverisette - 5» (Германия) и ситовой анализатор «ВП30-Т» (Россия);

- просеивают каменноугольную золу, используя сито с 10-12 решетчатыми фильтрами до размера 0,1-0,08 мм;

- подают в вертикальную роторную мешалку «HS-50 A» (Wise Therm, Корея) стеклобой молотый и нанопорошок оксида кремния, глину, каменноугольную золу, воду с перемешиванием до получения однородной массы и таким образом получают смесь для изготовления керамической плитки;

- полученную смесь прессуют;

- проводят обжиг прессованной смеси в высокотемпературной муфельной печи типа Wise Therm, (Корея) с постепенным повышением температуры до 600°С в течение до 1,5 часа, и далее при более быстром повышении температуры, равной 1250°С, в течение 2 часов;

- вынимают обожженные керамические плитки.

Таким образом, керамическая плитка, изготовленная из предлагаемой смеси, обладает по сравнению с известными аналогичными техническими решениями более высокой прочностью и водостойкостью, а также более высокой кислотостойкостью и щелочестойкостью, о чем свидетельствуют результаты проведенных испытаний, представленных в приложении 1.

Приложение 1

Таблица 1
№№ п/п	Компоненты смеси для изготовления керамической плитки	Содержание масс. %
1	2	3
1.	Глина	34	27,5	21
2.	Молотое стекло	30,5	32,25	34
3.	Каменноугольная зола	25	26	27
4.	Нанопорошок оксида кремния	0,5	1,75	3
5.	вода	10	12,5	15

Таблица 2
№№ п/п	Компоненты смеси для изготовления керамической плитки	Прототип	Содержание масс. %
1	2	3
1	Водопоглощение (%)	0,35	0,947	0,572	0,709
2	Прочность (МПа)	22,0	69,0	74,0	61,0
3	Кислотостойкость (%)	99,7	96,7	99,99	99,9
4	Щелочестойкость (%)	49	64,6	61,2	60,0

Смесь для изготовления керамической плитки, содержащая глину, молотое стекло, каменноугольную золу и воду, отличающаяся тем, что она содержит нанопорошок оксида кремния при следующем соотношении, мас.%:
глина 21-34
молотое стекло 30,5-34
каменноугольная зола 25-27
нанопорошок оксида кремния 0,5-3
вода 10-15