ФОРМОВОЧНАЯ СМЕСЬ Российский патент 1997 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к строительным растворам, в частности к растворам с наполнителями в виде гранулированных материалов на базе кварцевого песка. Изобретение может быть использовано при производстве кирпичей и т.п. строительных изделий.

Известны формовочные смеси в виде гомогенной суспензии частиц диоксида кремния в коллоидном растворе кремниевой кислоты. Твердая фаза в этой формовочной смеси составляет 50 мас. а частицы диоксида кремния, являясь аморфными, состоят из трех групп крупности, распределенных по массовым долям в соотношении 2: 3:3 и имеющих соотношения средних размеров частиц, в мкм: 40±39,9; 250±100; 590±210. При этом три группы аморфных порошков тщательно перемешиваются между собой, а затем совместно с коллоидным раствором кремниевой кислоты. Полученная при этом суспензия обладает вяжущими свойствами, но является довольно дорогостоящим продуктом, т.к. для приготовления ее требуется большое количество коллоидного раствора кремниевой кислоты, а для приготовления трех видов аморфного диоксида кремния, один из которых имеет средний размер частиц, превышающий средний размер частиц природного кварцевого песка, требуется электропереплавка природного кварцевого песка при температурах 1700-1750^oС с последующим дроблением, сухим помолом и рассевом до требуемых фракционных составов, что к тому же обуславливает длительный временной цикл.

Целью изобретения является снижение стоимости формовочной смеси и затрат времени на ее приготовление.

Для этого известная формовочная смесь в виде гомогенной суспензии частиц диоксида кремния в коллоидном растворе кремниевой кислоты выполняется с содеpжанием 90-95 мас. твердой фазы, состоящей из смеси массовых долей природного кварцевого песка, двух массовых долей аморфного оксида кремния со средним размером частиц, составляющим 2% среднего размера частиц используемого природного кварцевого песка, и одной массовой доли аморфного оксида кремния со средним размером частиц, составляющим 16% среднего размера частиц того же природного кварцевого песка.

Природный кварцевый песок, как правило, содержит кристаллические частицы размером от 0,1 до 2500 мкм со средним значением 340±160 мкм. Поэтому аморфные частицы диоксида кремния, средние размеры которых меньше средних размеров кристаллических частиц природного кварцевого песка, можно получить помолом природного кварцевого песка, минуя стадию его переплавки. Кроме того, согласно изобретению, аморфный диоксид кремния составляет лишь 30% твердой фазы формовочной смеси.

Благодаря этому затраты времени и энергии на приготовление заявляемой формовочной смеси существенно ниже затрат на получение смеси-прототипа за счет исключения электропереплавки природного кварцевого песка и снижения потребности в аморфном диоксиде кремния и в коллоидном растворе кремниевой кислоты.

В предлагаемом составе формовочной смеси две группы частиц аморфного диоксида кремния, средние размеры частиц которых составляют соответственно 2% и 16% среднего размера частиц используемого кварцевого песка и относятся в массовых долях друг к другу, как 2:1, выполняют функцию активного микронаполнителя коллоидного раствора кремниевой кислоты. Суспензия частиц аморфного диоксида кремния данного гранулометрического состава в коллоидном растворе кремниевой кислоты и является собственно вяжущим раствором, имеющим фирменное наименование "кварцоль" (авт. св. на товарный знак N 100237), а частицы природного кварцевого песка, составляющего в твердой фазе заявляемой формовочной смеси семь массовых долей, являются макронаполнителем. Необходимые прочностные свойства обеспечиваются максимальной плотностью упаковки частиц природного кварцевого песка и гидратированных аморфных частиц диоксида кремния, которые при процентном соотношении средних размеров 2:16:100 имеют соответствующее соотношение в массовых долях 2:1:7, независимо от среднего значения размера частиц исходного природного песка различных месторождений или техногенного происхождения.

Коллоидный раствор золь кремниевой кислоты содержит частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм, затворенные водой, и обладает хорошими связующими свойствами. Высокие прочностные свойства вяжущего "кварцоль" при относительно низких концентрациях коллоидных частиц объясняются гомогенностью гранулометрического состава микронаполнителя и коллоидной фракции, соотношением средних размеров аморфных частиц диоксида кремния и коллоидной фракции, обеспечивающим точное размещение этих частиц между частицами макронаполнителя, и оптимальной толщиной клеевого шва, образующегося из коллоидных частиц при сушке.

Наличие в составе вяжущего "кварцоль" дополнительно оксидов кальция, алюминия или железа в количестве от 0,5 до 1 мас. твердой фазы позволяет повысить водостойкость и прочностные показатели материала. Это объясняется топохимическим модифицированием поверхности коллоидных частиц кремниевой кислоты оксидом металлов с образованием фаз, близких по составу к гидросиликатам. Такое модифицирование увеличивает прочность адгезионных контактов между частицами вяжущего, которые при этом лучше противостоят расклинивающему действию воды.

Формовочную смесь получают выполнением ряда технологических операций, обеспечивающих соблюдение всего комплекса требований, предъявляемых к ее составу с учетом реальных характеристик используемого сырья. Исходные требования к технологии производства формовочной смеси определяются характеристиками грубой фракции природного кварцевого песка. Песок из различных месторождений в общем случае имеет непрерывный фракционный состав в диапазоне от 0,1 до 2500 мкм с одномодульным логнормальным законом распределения частиц по крупности. Среднее значение этого распределения лежит в пределах от 180 до 500 мкм. Преобладающими в природе являются пески с меньшими размерами частиц, а пески, прошедшие дополнительную обработку отмывку, обогащение и т. д. имеют меньший диапазон рассеивания фракционного состава относительно среднего значения. Фракционный состав песка техногенного происхождения зависит от способа его получения дробления, рассева и т.д. Как правило, он имеет ограниченный фракционный состав, сгруппированный относительно среднего значения, лежащего в тех же пределах, что и для природных кварцевых песков. Для выбранного песка экспериментально определяется закон распределения фракционного состава и его расчетное среднее значение. В соответствии с полученным средним значением для песка-макронаполнителя находятся расчетные средние значения размера частиц аморфного диоксида кремния для средней и мелкой фракций. Мелкая фракция формовочной смеси изготавливается путем мокрого помола кварцевого песка в шаровой мельнице. Концентрация твердой фазы в процессе помола 75-80% Помол ведется до обеспечения требуемого значения, реально находящегося в пределах от 2,8 до 9,8 мкм. Контроль завершенности помола ведется по оценке остатка на сите 0,068 мм (ГОСТ СССР 6613-86). Минимальному значению моды закона распределения фракционного состава твердой фазы водопесчаной суспензии соответствует полный проход частиц кварца через сито 0,068 мм, максимальному остаток на сите 10% от общего количества твердой фазы. В процессе мокрого помола кварцевого песка производится наработка золя кремниевой кислоты, как результата растворения диоксида кремния в водно-дисперсионной среде. Полимерная кремниевая кислота присутствует как в виде частиц золя коллоидного раствора, так и сконденсированного остатка геля на поверхности частиц кварца. Средняя фракционная составляющая формовочной смеси может быть получена как отсевом мелкой фракции кварцевого песка, так и грубым его помолом до требуемого размера частиц. Помол песка ведется при влажности не более 3% до получения фракционного состава со средним значением от 25 до 65 мкм. Контроль завершенности помола производится по оценке остатка на сите 0,063 мм. Минимальному значению моды распределения фракционного состава частиц кварца составляет остаток на сите не более 10% максимальному
остаток на сите 50-60% от общего количества песка. Помольный песок вводится в ранее полученную мелкофракционную водопесчаную суспензию в пропорции 1:2 при постоянном перемешивании в гомогенизаторе барабанного типа. В процессе перемешивания золь кремниевой кислоты осаждается на поверхности частиц кварца, образуя гидратированную оболочку.

Полученная после введения молотого песка концентрированная водопесчаная суспензия принудительно смешивается с песком-макронаполнителем в пропорции 3:7 до образования однородной массы, представляющей собой формовочную смесь.

Изобретение поясняется приведенными в таблице тремя примерами составов предлагаемой формовочной смеси на базе кварцевых песков соответственно из трех месторождений (грубая фракция).

Опытные образцы кирпичей одинаковой формы и размеров, изготовленные из трех образцов формовочных смесей, соответствующих трем примерам ее реализации, имели практически одинаковые технические показатели, несмотря на различия в составах грубой, средней и мелкой фракций оксида кремния.

Предлагаемый состав формовочной смеси дает возможность изготавливать дешевые строительные изделия, значительно повышая оптимальность их физико-механических свойств. При этом для достижения этих свойств не требуется энергоемких процессов обжига, автоклавирования, что сокращает продолжительность изготовления изделий и повышает тем самым производительность и удешевляет продукцию.

Использование: составы строительных растворов для производства кирпича и т.п. строительных изделий. Сущность изобретения: формовочная смесь для изготовления строительных изделий представляет собой гомогенную суспензию частиц диоксида кремния в коллоидном растворе кремниевой кислоты, твердая фаза которой составляет 90-95 мас.% и содержит 7 масс. дол. природного кварцевого песка, 2 мас. дол. аморфного диоксида кремния со средним размером частиц, составляющим 2% среднего размера частиц используемого природного кварцевого песка, и 1 мас. дол. аморфного диоксида кремния со средним размером частиц, составляющим 16% среднего размера частиц того же природного кварцевого песка. Использование предлагаемой формовочной смеси обеспечивает получение дешевых изделий. 1 табл.

Формовочная смесь для изготовления строительных изделий в виде гомогенной суспензии частиц диоксида кремния в коллоидном растворе кремниевой кислоты, отличающаяся тем, что твердая фаза составляет 90 95 мас. и содержит 7 мас.д. природного кварцевого песка, две мас.д. аморфного диоксида кремния со средним размером частиц, составляющим 2% от среднего размера частиц используемого природного кварцевого песка и 1 мас.д. аморфного диоксида кремния со средним размером частиц, составляющим 16% от среднего размера частиц того же природного кварцевого песка.