СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КИРПИЧА, БЛОКОВ, ФАСАДНЫХ ПЛИТОК, ПЛИТОК ВНУТРЕННЕЙ ОБЛИЦОВКИ СТЕН Российский патент 1997 года по МПК C04B33/02 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству керамических изделий, например, стеновых изделий, кирпича, блоков, фасадных плиток, плиток внутренней облицовки стен и т.п.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат, улучшение качества строительных изделий, использование более доступного и дешевого природного сырья.

Известен способ изготовления строительных изделий из золы ТЭЦ, включающий смещение золы ТЭЦ со связующим на основе водорастворимой соли натрия, вводимыми в количестве 5,5 14% от массы сухой золы в расчете на оксид натрия, а обжиг производят сразу после формования при воздействии температуры 250 900^oC в течение времени, определяемого по формуле:
Ч = 1:(αt^°+b),
где Ч время обжига, ч;
t^o температура, ^oC;
α коэффициент, расный 10^-3 град.^-1;
b коэффициент, равный 0,25 ч^-1 [1]
По этому способу сода кальцинирования, сода двууглекислая, либо сода каустическая добавляется к золе в виде раствора.

Недостатками способа является: низкая прочность сырца после прессования, обусловленная неплатичностью золы, что требует значительных усилий при прессовании и создает определенные технические трудности для непрерывных автоматизированных производств.

Использование в качестве водорасторимой соли каустической соды в количестве 5,5 14 мас. в пересчете на Na₂O становится малорентабельным из-за высокой ее стоимости.

Использование в качестве соли кальцинированной соды, либо двууглекислого натрия в минимальном количестве 5,5% как показывают расчеты, приводит к влажности сырца 28 30% из-за слабой их растворимости, что создает значительные трудности при сушке сырца. При этом значительно увеличиваются энергозатраты, связанные с удалением большого количества влаги, наблюдается существенная миграция соли на поверхность изделия при сушке сырца. За счет этого снижается равнопрочность спеченного изделия по всему объему, наблюдается пузырение и коробление поверхности из-за стеклообразования при спекании.

Известен способ изготовления строительной керамики, по которому смешивают каолин, полевой шпат с карбонатами щелочных металлов в сухом виде с последующим обжигом формованной смеси при температуре 700 1100^oC с выдержкой до 4 ч.

Полученный керамический материал рекомендуется в качестве кислотостойкого керамического материала, пригодного к использованию в химической промышленности.

Общеизвестным недостатком глин является их высокая способность к трещинообразованию и как следствие этого длительный срок сушки достигающий 24 ч и более даже при полусухом методе прессования. Для получения керамики с высокими механическими свойствами требуются сравнительно высокие температуры, достигающие 1100^oC. Кроме того, глина обладает сравнительно высокой теплоемкостью. Все эти факторы приводят к сравнительно высоким энергозатратам на производство изделий. Кроме того, при температуре 950 1100^oC глина спекается без применения карбонатов щелочных металлов, поэтому нет необходимости их использования в производстве строительных материалов из глины. Глина не является общедоступным сырьем для производства качественных стеновых строительных материалов, поэтому она не может быть использована повсеместно.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления строительных изделий, включающий смешивание минерального наполнителя (лесс, супесь, лессовидный суглинок, маршалит, опока или их смесей) с раствором соли щелочного металла (карбонаты, нитраты или сульфаты натрия или калия), прессование заготовок, сушку и обжиг при температурах 800 1000^oC в течение 4 6 ч [3]
Недостатком указанного способа является повышенная энергоемкость процесса, связанная с необходимостью предварительной сушки сырья, а также усложненная технология за счет 2-х этапного смешивания мелких и крупных заполнителей, и раствора соли щелочного металла.

Задачей изобретения является уменьшение энергозатрат, улучшение качества строительных изделий, использование более доступного дешевого сырья.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления строительной керамики используют такие сырьевые компоненты, как песок, супесь, зола ТЭЦ, добавляют карбонаты щелочных металлов в сухом виде в количестве 4
10% от сухой массы исходного сырья, одновременно смешивают и измельчают смесь до размера частиц менее 640 мкм.

Процесс формования изделия осуществляют при влажности смеси 3 10%
Процесс спекания ведут при температуре 760 900^oC.

Предлагаемый способ позволяет получить керамический материал марки не ниже 100, с морозостойкостью не менее 35 циклов и теплопроводностью не более 0,65 Вт/м. к, водопоглощением не более 15% При этом значительно уменьшаются энергозатраты за счет снижения времени сушки и обжига, что обеспечивается меньшей склонностью к трещинообразованию менее пластичных песков, супесей и зол, а также за счет снижения температуры обжига до 760 900^oC. Кроме того, пески обладают меньшей теплоемкостью в сравнении с глинами, например, теплоемкость песчаников составляет 0,729 0,8 ; глина 0,921 ; каолин 0,938 .

Низкая теплоемкость песчаников позволяет также экономить 17 27% энергии на нагрев изделия.

Пример 1. В супесь с содержанием 15мас. глинистых веществ добавляют карбонат в сухом виде и в разных количествах от 3,5 до 11 мас. Компоненты перемешивают, одновременно измельчая их в шаровой мельнице до размера частиц менее 640 мкм. Из полученной смеси под давлением 2 3 МПа формуют образцы диаметром и высотой 50 мм при влажности смеси 5 мас. и обжигают в течение 30 мин при температуре 800^oC.

B табл. 1 приведены результаты испытаний по влиянию концентрации корбаната натрия на основе спеченного материала. Испытывалось по 5 образцов каждого состава.

Как видно из табл.1, при содержании карбоната натрия менее 4 мас. предел прочности на сжатие менее 10 МПа. Эти значение выбрано за нижний предел концентраций, так как получение слабопрочных материалов по предлагаемой технологии экономически не целесообразно. В качестве верхнего предела выбрана концентрация 10 мас. так как дальнейшее увеличение концентрации практически не приводит к увеличению прочности изделия.

Пример 2. Для проведения исследования по определению минимальной температуры, при которой материал набирал максимальную прочность на сжатие, в супесь карьерную с содержанием 10% глинистых веществ, речной песок, золу-унос добавляют карбонат натрия или калия 8 мас. В сухом виде смесь перемешивают и измельчают до размера частиц менее 640 мкм в шаровой мельнице, формуют цилиндрические образцы диаметром и высотой 50 мм при влажности сырца 5 8 мас. Прессуют при давлении 2 3 МПа, время обжига 30 мин.

Результаты исследований приведены в табл.2.

Как следует из табл.2 температурный интервал набора максимальной прочности у исследованных смесей составляет 760 900^oC.

Пример 3. Для определения оптимальной влажности сырца были проведены исследования по изучению прочности сырца и качества спеченного образца в зависимости от формованного сырца.

В речной песок или карьерную супесь с содержанием 15 мас. глинистых веществ, или смесь с равным содержанием супеси и золы уноса добавляют 10% карбоната натрия в сухом виде, одновременно перемешивают и измельчают в шаровой мельнице до размера частиц менее 640 мкм. Формуют кирпичи стандартного размера 250х120х65 мм при давлении 30 50 МПа пустотностью 15% Время обжига при максимальной температуре 800 860^o C 2 2,5 ч.

По результатам исследований установлено, что при влажности сырца менее 3 мас. отформованный сырец не обладает достаточной механической прочностью, необходимой для автоматизированных и механизированных производств. При влажности сырца более 10 мас. растворяющийся карбонат щелочного металла мигрирует на поверхность изделия. Этот эффект дает прочную остеклованную сильно шероховатую корку, которая портит внешний вид изделия. Миграция карбоната натрия на поверхность изделия способствует потере равнопрочности по всему объему изделия. Кроме того, дальнейшее повышение влажности выше 10 мас. способствует увеличению времени сушки и соответственно расходу энергии.

Пример 4. С целью реализации предлагаемого способа и паспортизации получаемых керамических материалов была изготовлена партия кирпича стандартного размера 250х120х65 мм пустотностью 15% следующим образом: в супесь с содержанием 15% глинистых веществ добавляют карбонат натрия в количестве 65 мас. Смесь подвергают измельчению до 640 мкм и одновременному перемешиванию. Такая степень измельчения полученной смеси дает прочный сырец и гладкую поверхность изделия. Прессуют при давлении 30 35 М0па. Обжиг проводят при температуре 840 860^o C в течение 2,5 3 ч.

Испытания, проведенные в НИИ строительных материалов при Томской Государственной архитектурно-строительной академии, показали, что кирпич полностью соответствует ГОСТ 7484 78 "Кирпичи и камни керамические лицевые" и обладает следующими характеристиками:
Прочность, МПа,
На сжатие 18 ± 2
На изгиб 2,9 ± 0,2
Марка по прочности 150
Средняя плотность, кг/м³ 1550 1706
Водопоглощение,
По массе 13
По объему 25
Теплопроводность, Вт/м.К 0,52 0,55
Морозостойкость 504

Сущность изобретения: способ включает единовременное смешение и измельчение частиц до размера менее 640 мкм песка, или супеси, или золы ТЭЦ или их смесей с добавкой сухого карбоната щелочных металлов в количестве 4 - 10% от массы сухой формовочной смеси, формование изделия при влажности 3 - 10%, сушку и обжиг при температуре 760 - 900^oC. Физико-механические показатели следующие: марка кирпича не ниже 100, морозостойкость не менее 35 циклов, теплопроводность не более 0,65 Вт/мк водопоглощение не более 15%. 2 ta .

Способ изготовления кирпича, блоков, фасадных плиток, плиток внутренней облицовки стен, включающий смешение песков, или супесей, или золы ТЭЦ, или их смесей с карбонатами щелочных металлов, прессование изделий, их сушку и обжиг, отличающийся тем, что, с целью устранения процесса приготовления раствора соли щелочных металлов, сушки исходных материалов, расширения области применения и упрощения процесса получения изделий, приготовление сырьевой смеси производят путем совместного смешения и измельчения влажных песков, супесей, зол ТЭЦ или их смесей с сухими карбонатами щелочных металлов за одну стадию до размера частиц менее 640 мкм при влажности смеси 3 10 мас. и содержании карбонатов щелочных металлов 4 10% от массы сухой формовочной смеси, а обжигают изделия при 760 900^oС.