Керамическая масса
Владельцы патента RU 2787483:
Общество с ограниченной ответственностью "БРИК-ДИЗАЙН" (ООО "БРИК-ДИЗАЙН") (RU)
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий и, в частности, к производству лицевого керамического кирпича. Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельченную до зернового состава не более 2,5 мм, и поверхностно-активное вещество – суперпластификатор С-3, дополнительно содержит буру – десятиводный тетраборат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная опока – 65,0-82,6, суперпластификатор С-3 – 0,8-1,2, бура - десятиводный тетраборат натрия – 0,4-2,0, вода – 16,2-31,8. Технический результат заключается в повышении морозостойкости, снижении водопоглощения. 3 табл., 1 пр.
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, и, в частности, к производству лицевого керамического кирпича. Основным сырьём для производства изделий стеновой керамики является легкоплавкое глинистое сырьё (глины, суглинки), однако керамический камень на его основе обладает повышенной средней плотностью – 1700-2100 кг/м3, что вызывает повышенную теплопроводность изделий.
Известны керамические массы на основе кремнистых опал-кристобалитовых – опок с различными видами добавок и легкоплавких примесей (В.Н. Иваненко. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. Будевильник, Киев, 1978 г.). Керамический камень на основе опок, в силу их высокой микропористости – 40-60%) имеет низкую плотность и соответственно теплопроводность в сухом состоянии. Однако в силу того, что опоки являются камневидным не размокаемым сырьём, они обладаю плохими формующими свойствами. Ввод пластичных глин приводит к снижению микропористости, повышению средней плотности и теплопроводности.
Наиболее близким техническим решением является керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельченную до зернового состава 0-0,315 – 0-2,5 мм, дополнительно содержащую 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 (см. патент RU 2303020, C04B 35/14, опубликовано 20.07.2007, Бюл. № 20).
Недостатком известной массы является высокая пористость керамического камня на её основе, за счёт чего влага при дожде или повышенной влажности воздуха проникает в изделие в результате чего существенно увеличивается теплопроводность изделий, снижается морозостойкость, кроме того, на пористой поверхности со временем осаждается трудноудаляемая пыль и цвет изделий приобретает некрасивый серый оттенок. Увеличение степени спекания за счёт повышение температуры обжига приводит к снижению пористости и водопоглощению, но при этом существенно возрастает и теплопроводность, что не желательно.
Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельченную до зернового состава не более 2,5 мм, и поверхностно-активное вещество – суперпластификатор С-3 дополнительно содержит буру – десятиводный тетраборат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
– указанная опока – 65,0-82,6
– суперпластификатор С-3 – 0,8-1,2
– бура - десятиводный тетраборат натрия – 0,4-2,0
– вода – 16,2-31,8.
Технический результат заключается в повышении морозостойкости, снижении водопоглощения.
Изменяя зерновой состав измечённой опоки можно регулировать прочность изделий за счёт степени спекания, так как дисперсность частиц является одним из важнейших факторов, влияющих на степень спекания и в определённой мере формовочные свойства керамических масс на основе опок. Введение суперпластификатора С-3 позволяет в значительной степени снизить внешнее (между массой и стенками формы) и внутреннее трение (между частицами) при формовании и существенно улучшить формовочные свойства керамических масс на основе опок.
Введение в состав керамической массы буры (десятиводный тетраборат натрия) в водорастворимом состоянии в указанном количестве и преимущественно одно- двухсторонняя сушка изделий, которая приводит к миграции буры к лицевым поверхностным слоям изделий за счет её водорастворимости, в результате чего возрастает её процентное содержание и повышается спекаемость, при этом в поверхностных слоях существенно снижается водопоглощение – до 1-6 %, повышается морозостойкость изделий, а лицевые грани изделий приобретают полиструктурированную полублестящую или полуматовую привлекательную поверхность через которую вода не проникает в толщу изделий и с которой легко удаляются загрязнения.
Характеристики исходных материалов.
1. Опоки.
Лёгкие тонкопористые не размокающие в воде породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность их составляет 1100-1600 кг/м3, предел прочности при сжатии в сухом состоянии 5-20 МПа, пористость составляет 40-55 %. Помимо опалового кремнезёма постоянной составляющей опок являются глинистые минералы, содержавшиеся в том или ином количестве. В качестве примеси могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают размера 0,01 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разности кремнистых пород – глинистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обуславливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Усредненный химический состав опок приведен в таблице 1.
Таблица 1
Усредненный химический состав опок, % по массе
| п.п.п. | SiO2 общ., опал. |
Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 общ. |
К2О | Na2O |
| 2-22 | 51-88; 20-70 |
4-15 | 1-6 | 0,5-25 | 0,1-5 | 0,1-2 | 0,5-3 | 0,1-1,5 |
Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород – опок. 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, Дальнем Востоке, Кольском полуострове, на Камчатке. Находят различное применение, в том числе и для облегчённой керамики, однако для получения лицевого керамического кирпича со спечённым лицевым слоем пока не используются.
2. Суперпластификатор С-3 (ТУ 2481-111-07511608-2012) получают на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Жидкость или водорастворимый порошок, не выделяет при хранении вредных газов и паров. Водные растворы С-3 не изменяют свойств при нагревании до 85°С, пожаро- и взрывобезопасны. Суперпластификатор С-3 является одной из специальных отечественных химических добавок для бетонов, производимой методом химического синтеза. Используют в производстве железобетонных, бетонных изделий и конструкций: плит, панелей перекрытий, массивных густоармированных конструкций, возведение монолитных строений, изготовления бетонных полов и покрытий, а также при производстве тротуарной плитки и малых архитектурных форм.
3. Бура техническая 5 или 10-водная (ГОСТ 8429-77), минерал состава Na2B4O7 10H2O – декагидрат тетрабората натрия. Имеет две метастабильные модификации: β и γ. β-модификация является ромбической с температурой плавления 664оС, γ-модификация — моноклинная с температурой плавления 710оС. Растворимость в воде составляет 3,2г/100мл (при 25оС) 10,5г/100мл (при 50оС). Десятиводную соль Na2B4O7 10H2O получают из природных минералов, например, буры или кернита, осуществляя их перекристаллизацию. Также для этой цели применяют химическое взаимодействие некоторых природных боратов (ашарита и улексита) с карбонатом или гидрокарбонатом натрия.
Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс в производственных условиях кирпичного завода ООО «Элитная строительная керамика» (г. Новочеркасск) были изготовлены стандартные образцы кирпича полнотелого размером 250 х 120 х 65 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов по технологии мягкого формования. В качестве сырья была использована опока Журавского месторождения Ростовской области. Зерновые составы измельчённой опоки и влияние зернового состава и формовочной влажности на плотность и предел прочности при сжатии образцов приведены в таблице 2.
Таблица 2
Зерновой состав измельчённой опоки
| Группа порошка |
Содержание фракций, мм, % по массе | |||||
| 2,5-1,25 | 1,25-0,63 | 0,63-0,315 | 0,315-0,16 | 0,16-0,08 | < 0,08 | |
| 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 |
Образцы изготовлялись следующим образом. Предварительно опока подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке и дезинтеграторе (пропускалась один-два раза) после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек – 0,315-2,5 мм. Затем отдозированным суперпластификатором С-3 в жидком виде и отдозированным насыщенным раствором буры измельчённая опока равномерно увлажнялась до необходимой формовочной влажности в зависимости от выбранного способа формования изделий. Приготовленная масса вылеживалась в герметичных емкостях 6-12 часов и далее из неё формовались изделия. Формование изделий можно производить любым способом, но наибольший декоративный эффект лицевой поверхности достигается по технологии мягкого формования.
После формовки изделий с помощью распыления на одну постельную грань изделия, одну или две тычковые грани и одну ложковую грань наносится с водно-масляная эмульсия (или другое водонепроницаемое вещество – раствор парафина, акрила и др.) для исключения или снижения испарения влаги при сушке с этих граней изделий. После чего изделия укладываются для сушки на сушильные поддоны на постельную грань. Ввод буры в массу и данные мероприятия приводят к тому, что при сушке бура в виде водного раствора мигрирует к одной ложковой и одной тычковой грани изделия, концентрируясь в приповерхностных слоях толщиной 5-10 мм. После сушки в течения 48 часов изделия обжигались в течение 48 часов с выдержкой при максимальной температуре 1000°С 2 часа.
Свойства изделий на полученных составах приведены в таблице 3.
Таблица 3
Составы и свойства изделий
| № | Составы предлагаемые | Физико-механические характеристики | ||||||||
| Опока, % по массе |
Супер- пласти-фикатор С-3, % по массе |
Бура - десятиводный тетраборат натрия, % по массе | Вода, % по массе | Rсж, МПа | Водопоглощение, % | Плотность, кг/м3 | Коэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м*К) | Морозостойкость изделий, циклы | Вид поверхности | |
| 1 | 85,0 | 0,8 | 0,2 | 14 | 18,6 | 14,2 | 1240 | 0,28 | 35 | Гладкая, матовая, обычная, непривлекательная |
| 2 | 82,6 | 0,8 | 0,4 | 16,2 | 23,4 | 6,3 | 1280 | 0,34 | 40 | Полуматовая, полублестящая, привлекательная |
| 3 | 73,8 | 1,0 | 1,2 | 24,0 | 48,5 | 1,12 | 1480 | 0,55 | 75 | Полуматовая, полублестящая, полиструктурированная, привлекательная |
| 4 | 65,0 | 1,2 | 2,0 | 31,8 | 38,7 | 2,4 | 1440 | 0,51 | 50 | Полуматовая, полублестящая, полиструктурированная, привлекательная |
| 5 | 60 | 1,3 | 2,2 | 36,5 | 35,6 | 2,9 | 1420 | 0,49 | 45 | Блестящая,обычная, непривлекательная |
| Патент RU 2303020 | ||||||||||
| 1 | 78-92 | 0,1-2,5 | - | 5,5-21,9 | 7,0-37,0 | 16,1-23,5 | 1250-1480 | 0,47-0,62 | 15-35 | Гладкая, матовая,обычная, непривлекательная |
Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельчённую до зернового состава не более 2,5 мм, поверхностно-активное вещество суперпластификатор С-3, отличающаяся тем, что масса дополнительно содержит буру – десятиводный тетраборат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
– указанная опока – 65,0-82,6
– суперпластификатор С-3 – 0,8-1,2
– бура - десятиводный тетраборат натрия – 0,4-2,0
– вода – 16,2-31,8.
