Керамическая масса

Изобретение относится к производству керамических строительных материалов и изделий, в частности к стеновому клинкерному кирпичу мягкого формования светлой окраски на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок. Технический результат изобретения - получение лицевого клинкерного кирпича белой окраски с пониженными показателями по водопоглощению, повышенной прочностью и морозостойкостью. Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, при степени измельчения менее 0,5 мм, суперпластификатор С-3, дополнительно содержит тонкоизмельченный мелоподобный известняк (менее 0,05 мм) и карбонат лития, при следующем соотношении компонентов, масс. %: опал-кристобалитовая порода - опока - 60-70; мелоподобный известняк - 5-15; карбонат лития - 0,6-1,2; суперпластификатор С-3 - 0,2-1,0; вода - остальное. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к производству керамических строительных материалов и изделий, в частности, к стеновому клинкерному кирпичу мягкого формования светлой окраски на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок, выпускаемого согласно ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия».

Кирпич мягкого формования - это кирпич, произведенный по технологии заполнения форм массой с влажностью, выше формовочной, обеспечивающий эксплуатационные характеристики кладки и создание декоративного эффекта «кладки под старину» с визуально «состаренной» поверхностью.

Лицевой кирпич мягкого формования является весьма востребованным изделием в настоящее время. В России его производят в небольшом количестве лишь несколько предприятий. Особенно ценится кирпич белого цвета, так как сырьевые материалы для его производства имеют весьма ограниченное распространение.

Известна 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).

Наиболее близким техническим решением является керамическая масса (патент RU 2354628, С04В 35/14, опубл. 10.05.2009 г), включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, измельченную до крупности менее 1 мм, дополнительно содержащую в составе мергелистую глину с крупностью частиц менее 0,1 мм, суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, масс. %: опал-кристобалитовая порода (опока) - 50-80; мергелистая глина - 5-30; суперпластификатор С-3 - 0,1-1,2; вода - остальное.

Недостатком известной массы являются относительно высокие показатели по водопоглощению - более 6% (для стенового клинкерного кирпича водопоглощение должно быть не более 6%), недостаточная морозостойкость изделий - менее 75 циклов (для стенового клинкерного кирпича морозостойкость должна быть более 75 циклов), а также недостаточно белая окраска изделий.

Задачей настоящего изобретения является получение лицевого клинкерного кирпича белой окраски с пониженными показателями по водопоглощению, повышенной прочностью и морозостойкостью.

Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, при степени измельчения менее 0,5 мм, суперпластификатор С-3, дополнительно содержит тонкоизмельченный мелоподобный известняк (менее 0,05 мм) и карбонат лития, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Опал-кристобалитовая порода - опока - 60-70;

Мелоподобный известняк - 5-15;

Карбонат лития - 0,6-1,2;

Суперпластификатор С-3 - 0,2-1,0;

Вода - остальное.

Технический результат достигается за счет того, что опоки являются наиболее подходящим сырьем (особенно глинистые разновидности) для технологии мягкого формования, так как даже при использовании качественных глин керамические массы для мягкого формования должны содержать достаточно много отощителя в виде шамота и других компонентов (журнал «Строительные материалы», 2019, №12. С. 18-23). Измельченная до крупности менее 0,5 мм опал-кристобалитовая порода - опока, способствует лучшему спеканию при обжиге и, как следствие, улучшению прочностных показателей, а также активному взаимодействию с частицами мелоподобного известняка.

Использование мелоподобного известняка с крупностью частиц менее 0,05 мм позволяет усилить осветляющую способность, повысить прочностные показатели, снизить водопоглощение, повысить степень спекания, а также исключить образование свободного оксида кальция («дутиков», известковый распад).

Введение карбоната лития способствует повышению степени спекания, повышению прочности изделий, снижению водопоглощения и интенсификации осветления черепка.

Введение С-3 позволяет снизить формовочную влажность, улучшить формовочные свойства, достичь большей равноплотности керамического черепка, что, в свою очередь, значительно повышает прочность обожженных изделий.

Характеристики исходных материалов

1. Опал-кристобалитовая порода - опока

Легкие плотные тонкопористые породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность их составляет 1200-1600 кг/м³, пористость достигает 55% (обычно 30-40%).

Опоки - это не чистые силициты, а многокомпонентные системы. Постоянной их составляющей, наряду с аморфным кремнеземом, являются глинистые минералы, содержавшиеся в том или ином количестве. В качестве примесей могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают размера 0,01 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разновидности опок -глинистые, песчанистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обуславливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Усредненный химический состав опоки приведен в таблице 1.

Опоки являются весьма перспективным сырьем для производства керамического кирпича по технологии мягкого формования. Так как они являются камневидным сырьем и содержат в своем составе помимо опалового кремнезема глинистые минералы, степенью измельчения можно регулировать формовочные свойства сырьевых масс и физико-механические свойства готовых изделий, что существенно упрощает и удешевляет процесс производства.

Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород. На территории России они широко встречаются в районах Поволжья и Дона, Западной Сибири, на юге России, в центральных и западных областях Европейской части России, Ленинградской области, Дольнем Востоке, Кольском полуострове, на Камчатке.

2. Мелоподобный известняк (мел) относится к осадочным биогенным породам и содержит в своем составе более 90% карбоната кальция. Имеет невысокую прочность (R_сж. - до 15 МПа) и плотность (в среднем 1500-1700 кг/м³), повышенную пористость и водопоглощение (до 30%). В технологии керамики используется как плавень 2-го порядка и осветляющий компонент. Усредненный химический состав мергелистых глин приведен в таблице 1.

3. Суперпластификатор С-3 (ТУ 6-36-020429-635) получают на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида Жидкость или водорастворимый порошок (нами использовалась жидкость, так как формовочные массы по технологии мягкого формования отличаются повышенной влажностью), не выделяет при хранении вредных газов и паров. Водные растворы С-3 не изменяют свойств при нагревании до 85°С, пожаро- и взрывобезопасны.

4. Карбонат лития. Химическая формула - Li₂CO₃. Образует бесцветные кристаллы. Плотность 2,11 г/см³ (при 0°С), умерено растворяется в холодной воде и плохо в горячей. Температура плавления 732°С.

Карбонат лития применяется в пиротехнике, производстве стекол и пластмасс, электроизоляционного фарфора, ситаллов, а также металлургии, в сельском хозяйстве. Крупным потребителем карбоната лития является стекольная промышленность. Оксид лития в количестве более 0,15% в составе стекла приводит к понижению температуры плавления (выступает в роли флюса), снижению вязкости стекломассы, повышению качества и блеска готовой продукции, улучшает колер стекла.

В составе заявленных нами керамических масс, выполняет роль сильного плавня и минерализатора, что способствует снижению температуры спекания, существенному усилению осветляющего эффекта мелоподобного известняка, увеличению прочности изделий, за счет спекания и интенсификации образования минерала волластонита - СаО⋅SiO₂, имеющего белый цвет и игольчатое строение кристаллов. Действие карбоната лития усиливается за счет наличия суперпластификатора С-3, который имеет в своем составе оксид натрия, являющийся сильным плавнем.

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 была использована опал-кристобалитовая порода - опока Авило-Фёдоровского месторождения Ростовской области.

Образцы изготовлялись следующим образом. Предварительно опал-кристобалитовая порода подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке и дезинтеграторе (пропускалась один-два раза) до максимальной крупности частиц менее 0,5 мм, после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек и смешивалась в заданных пропорциях с тонкодисперсным мелоподобным известняком. Затем от дозированные С-3 и карбонат лития в растворенном состоянии добавлялись к опоке, предварительно смешанной с мелоподобным известняком при необходимом соотношении масс, и добавлялась вода до необходимой формовочной влажности, которая больше нормальной формовочной влажности для технологии мягкого формования. Приготовленная масса вылеживалась в герметичных емкостях 6 часов и далее поступала на формование. После подсушки изделия обжигались с выдержкой при максимальной температуре 1000-1050°С 2 часа.

Технический результат - получение лицевого клинкерного кирпича белой окраски с пониженными показателями по водопоглощению, повышенной прочностью и морозостойкостью, при хороших формовочных свойствах керамических масс для технологии мягкого формования достигается за счет использования опал-кристобалитовых пород - опок и оптимального содержания пластифицирующей добавки, содержания тонкодисперсного карбоната кальция в виде мелоподобного известняка (работает как осветляющий компонент и плавень 2-го порядка при температурах обжига выше 1000°С), а также ввода карбоната лития, который способствует снижению температуры спекания, существенному усилению осветляющего эффекта мелоподобного известняка, увеличению прочности изделий, за счет спекания и интенсификации образования минерала волластонита - СаО⋅SiO₂. Использование заявленных керамических масс позволит наладить производство лицевого клинкерного кирпича светлой окраски, столь востребованного на современном рынке стеновых материалов и поставляемого только из-за рубежа.

Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, при степени измельчения менее 0,5 мм, суперпластификатор С-3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит тонкоизмельченный мелоподобный известняк - менее 0,05 мм и карбонат лития, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

опал-кристобалитовая порода - опока - 60-70;

мелоподобный известняк - 5-15;

карбонат лития - 0,6-1,2;

суперпластификатор С-3 - 0,2-1,0;

вода - остальное.