СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРИЗОВАННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1998 года по МПК C04B33/00 C04B38/06 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к сырьевым массам для изготовления керамических поризованных изделий, и может быть использовано при производстве строительных керамических поризованных изделий, например дырчато-поризованного кирпича, керамических камней, черепицы, крупноразмерных блоков.

Известна керамическая масса для изготовления стеновой керамики, включающая легкоплавкую глину, песок и уголь [1].

В данной керамической массе песок является отощающей добавкой, которая уменьшает усадку и внутренние напряжения материала в процессе сушки сырца, при котором, как известно, потеря влаги сырца происходит в основном на втором и третьем этапах сушки [2, 3, 4]. Наибольшая усадка глинистых материалов наблюдается на втором этапе сушки. Она совпадает с периодом интенсивного удаления влаги и развитием капиллярных сил, которые тем выше, чем дисперснее и эластичнее глиномасса. Величина усадки при сушке зависит от числа водяных пленок между частицами глины. Поэтому введение песка, а также любого другого крупнозернистого отощителя будет уменьшать воздушную усадку смеси [4]. Уменьшение воздушной усадки за счет введения отощителя не избавляет смесь от усадок, которые являются еще достаточно существенными для образования сильных усадочных напряжений, приводящих к появлению в изделиях, полученных экструзией, трещин.

Кроме того, использование в качестве отощителя крупнозернистого материала - песка приведет к уменьшению поризованности готовых изделий вследствие заполнения песком воды пор.

Таким образом, изделия, изготовленные из указанной массы, будут обладать повышенной чувствительностью материала к усадке, приводящей к появлению трещин на полуфабрикате и внутри его и, следовательно, низкой механической прочностью, а также низкой поризованностью, обуславливающей снижение морозостойкости и повышение теплопроводности.

Известна также масса для изготовления кирпича, включающая глину 90% и топливную добавку растительного происхождения - древесные опилки 10% [5].

Данная масса за счет содержания топливной добавки растительного происхождения - древесных опилок обеспечит повышение трещинностойкости материала в процессе сушки. Это обусловлено тем, что древесные опилки, являясь длинноволокнистым материалом в сравнении с величиной зерен глинистых частиц, как бы армируют керамическую массу, повышая ее сопротивление разрыву, а вместе с тем и трещинностойкость в сушке.

Однако несмотря на наличие в указанной глиномассе эффективного средства повышения трещинностойкости - древесных опилок, последние из-за содержания в данной смеси в небольшом количестве (10%) относительно глины (90%), а также из-за низкой влажности опилок, которая равна значению формовочной влажности, не смогут оказать существенного влияния на влагосодержание глины, и отбор влаги в процессе сушки будет происходить в основном из водяных пленок между пластинками глины, что приведет к появлению усадочных напряжений в сырце и возникновению трещин.

Кроме того, поскольку процесс испарения на стадии сушки будет определяться влагосодержанием глины, то объем пор воды в глине будет также уменьшаться в процессе сушки, что приведет к снижению поризованности изделия в целом после обжига и выгорания опилок из-за небольшого их количества в смеси. Все это приведет к ухудшению технико-эксплуатационных характеристик изделия.

В качестве прототипа выбрана керамическая масса, описанная в способе изготовления строительной керамики, включающая, мас.%: хромсодержащий шлам гальванического производства 0,5-7; волокнистая гигроскопическая добавка растительного происхождения (опилки, торф) 5-15; бой 3-8; глина - остальное [6].

Недостатком известной керамической массы, как и в предыдущем аналоге, является ее повышенная чувствительность к усадочным явлениям в процессе сушки, приводящая к снижению трещинностойкости материала и его прочности при нормальной формовочной влажности вследствие малого содержания в указанной глиномассе данной добавки растительного происхождения (опилок или торфа) и ее недостаточной влажности.

Кроме того, так как данная добавка растительного происхождения (опилки или торф) является в данной смеси выгорающей добавкой, то в процессе обжига такая добавка в опилочно(торфо-) шламовой смеси приведет к образованию в черепке относительно крупных и неравномерно распределенных пор, приводящих к снижению поризованности изделия, и, следовательно, к снижению морозостойкости и теплофизических характеристик изделия.

Техническим результатом изобретения является улучшение технико-эксплуатационных характеристик изделия за счет обеспечения равномерного распределения усадочных явлений в материале в процессе сушки и увеличения поризованности изделия.

Указанный технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления поризованных строительных изделий, включающая глину и волокнистую гигроскопическую добавку растительного происхождения, согласно изобретению содержит волокнистую гигроскопическую добавку растительного происхождения с влажностью не менее минимального значения точки насыщения волокон этой добавки при следующем соотношении компонентов, об.%: волокнистая гигроскопическая добавка заданной влажности 28,6 - 50; глина 50 - 71,4.

При этом сырьевая смесь может содержать в качестве волокнистой гигроскопической добавки заданной влажности древесные опилки с влажностью 23-38%.

Кроме того, сырьевая смесь может также содержать в качестве волокнистой гигроскопической добавки заданной влажности торф с влажностью 23-55%.

Использование в данной сырьевой смеси волокнистой гигроскопической добавки растительного происхождения с указанной заданной влажностью и в указанном количестве позволяет за счет абсорбционных и гигроскопических свойств, определяемых ее влажностью, обеспечить равномерный отбор влаги из глины в процессе сушки сырца. Это способствует снижению усадочных явлений в материале и повышению его трещинностойкости и прочности изделия по сравнению с прототипом.

Кроме того, влагообразная добавка с заданной влажностью обеспечит сохранение воды пор в глиномассе на стадии сушки, что также приведет к увеличению пористости изделия в целом по сравнению с прототипом.

Содержание добавки растительного происхождения с влажностью менее минимального значения влажности точки насыщения волокон данной добавки не позволит получить сырьевую смесь необходимой формовочной влажности 18-22% для формования сырца экструзией, так как в процессе приготовления сырьевой смеси за счет гигроскопичности добавка самопроизвольно будет поглощать формовочную влагу из глины, пока она не достигнет минимального значения влажности точки насыщения, что потребует поведения сырьевой смеси до необходимой формовочной влажности для насадки экструзии.

Присутствие компонентов в смеси в указанных количествах позволяет увеличить трещинностойкость и поризованность изделия, приводящих к улучшению технико-эксплуатационных свойств по сравнению с прототипом. Нижняя граница содержания добавки определяется максимально предельной прочностью готового изделия с минимальным пределом поризации материала, определяемым его теплопроводностью, а верхняя граница - минимально возможной прочностью изделий, используемых в отечественных строительных конструкциях.

Содержание в указанной смеси древесных опилок или торфа с заданной влажностью обеспечивает за счет абсорбционных и гигроскопических свойств указанные ранее эффекты. Выход значения влажности соответствующей добавки за низкий предел не позволит получить требуемой формовочной влажности, а при превышении верхнего предела появится капиллярная влага, которая повысит пластинчатость глины и сырьевой смеси в целом, что облегчит формование экструзии, но полученные изделия не смогут держать заданную форму.

Указанные отличия предлагаемой сырьевой смеси от прототипа позволяют сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Анализ других технических решений из уровня техники показал, что они не имеют признаков, совпадающих с отличительными признаками изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии последнего критерию "изобретательский уровень".

Применение предлагаемого изобретения в области гражданского и промышленного строительства в производстве строительных поризованных изделий позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "промышленная применимость".

Приготовление сырьевой смеси осуществляют следующим образом.

Исходные компоненты смеси: комовая кембрийская глина (ТУ 571-001-23368990-94) и волокнистая гигроскопическая добавка растительного происхождения, например древесные опилки (ГОСТ 15320-78), предварительно обработанные, подают в глиномешалку в указанных количествах 28,6-50 и 50-71,4 об.% соответственно. Предварительная обработка комовой кембрийской глины заключается в измельчении ее в глинорыхлителе и на вальцах грубого помола, а древесные опилки с влажностью не менее 23%, например 23%, то есть не ниже минимального значения влажности точки насыщения волокон, находящейся в пределах 23-35% для древесины, просеивают на грохоте с отверстиями не более 8 х 8. Более крупные частицы проходят доизмельчение в дробилке.

Влагообразные опилки и глина проходят в глиномешалке после смешивания ряд операций измельчения и усреднения в бегунах, вальцах тонкого помола и протирочном устройстве, что обеспечивает в итоге необходимое перемешивание и растирание массы перед попаданием ее в пресс. При этом гигроскопическая влага опилок не отжимается и не дает своего вклада в формовочную влагу смеси. Поэтому для приобретения смесью необходимой формовочной влажности 18-22% ее доувлажняют, так как глина в смеси с гигроскопическими опилками может потерять необходимую пластичность, что происходит либо на стадии перемешивания в глиномешалке, либо при перетирании ее в бегунах.

Древесные опилки с влажностью не менее значения 23%, соответствующего минимальному значению точки насыщения волокон опилок, легко растираются на стадии массоподготовки в глиноподобное состояние и образуют с глиной хорошо перетертую и усредненную массу.

Готовую массу подают к формовочному автомату для формования сырца изделия, которые затем подвергают сушке и обжигу.

Древесные опилки являются волокнистым гигроскопическим материалом, способным поглощать воду даже из воздуха. Вследствие гигроскопичности они меняют свою влажность в зависимости от влажности окружающей их среды [7]. Точка насыщения волокон древесины определяет состояние древесины, в котором отсутствует капиллярная вода и содержится только гигроскопическая.

Капиллярная влага может быть изъята из опилок путем отжатия. По степени влажности различают опилки: мокрые с влажностью 35% и выше, воздушно-сухие с влажностью 15-2-% и комнатно-сухие 8-13%. Так как влажность древесных опилок больше формовочной влажности и составляет не менее 23%, что соответствует минимальному значению точки насыщения волокон, то второй период сушки сырца из данной сырьевой смеси будет определяться влагосодержанием древесных опилок и процессом удаления из них влаги, а не из глины, то есть усушкой древесных опилок. Последняя происходит только при испарении гигроскопической влаги. Процесс усушки древесных опилок подобен процессу сушки глинистого материала. При испарении гигроскопической влаги уменьшается толщина водяных оболочек, мицеллы сближаются друг с другом, и уменьшаются размеры частиц опилок.

Коэффициент объемной усушки составляет 0,2-0,75%, линейная усушка в радиальном направлении 3-6%, а в тангенциальном 7-12%. В общем случае линейные усушки древесных опилок соответствуют линейным воздушным усадкам кембрийской глины, а коэффициент объемной усадки смеси соответствует 0,7-0,8%.

Учитывая гигроскопичность древесных опилок, последние при снижении значения критической влажности полуфабриката до 13-15% (III-й период сушки) равномерно отбирают влагу из объема глины, стремясь к влажности, соответствующей значению точки насыщения.

Древесные опилки, воспринимая на себя действие усадочных (усушечных) напряжений, выполняют как бы амортизирующую роль в процессах, протекающих при сушке полуфабриката из предлагаемой смеси. Поэтому трещины, возникающие в результате усадочных напряжений, будут появляться на древесных опилках, распределенных равномерно в глиномассе, сохраняя в целостности образующийся глиняный каркас будущего готового изделия. С другой стороны, при этом сохраняется объем пор воды испарения глины и, следовательно, пористость готового изделия, что обеспечивает появление требуемых пор уже на стадии сушки. Кроме того, уменьшение опасности возникновения трещин глиняного каркаса высушенных изделий предполагает выполаживание фактической скорости сушки изделия [8] и повышение этих скоростей за счет увеличения температуры сушки древесных опилок, которая составляет 100-105^oС. В процессе обжига сырца из такой сырьевой массы при 950-980^oС происходит выгорание древесных опилок с образованием множества дополнительных к порам воды глиняного черепка пор от опилок, равномерно распределенных по объему, увеличивая поризованность изделия и уменьшая его среднюю плотность.

В случае использования торфа с заданной влажностью в качестве волокнистой гигроскопической добавки при приготовлении сырьевой смеси последний из-за такой же гигроскопичности, как и у древесных опилок, проявляет на стадии сушки и обжига действия, аналогичные вышеуказанным действиям древесных опилок, что в итоге также обеспечит повышение трещинностойкости и поризованности изделия из указанной сырьевой массы.

Из полученной сырьевой массы были приготовлены составы 1 и 2 с древесными опилками (или торфом) с заданной влажностью, приведенные в табл. 1.

В табл. 2 представлены технико-эксплуатационные характеристики поризованных керамических камней, изготовленных из указанных составов.

Как следует из табл. 2, керамические изделия, например камни, полученные из предлагаемых смесей, дают 100%-ный выход годных изделий, обладают достаточно высокими прочностными характеристиками, высокой морозостойкостью, низкой средней плотностью и хорошими показателями теплопроводности в кладке, выполненные по ГОСТ 530-95.

По своим теплотехническим свойствам - эквивалентному коэффициенту теплопроводности и коэффициенту теплопроводности в кладке керамические камни относятся к группе эффективных и сверхэффективных строительных материалов. Полученные значения обеспечивают уровень тепловой защиты ограждающих конструкций по требованиям 1 этапа "Постановления" N 18-81 от 11.08.95 при кладке наружных стен толщиной 640 мм в условиях строительства в г. С.-Петербурге и Ленинградской области.

Таким образом, предлагаемая сырьевая смесь позволяет обеспечить равномерное распределение усадочных явлений в материале сырца при его сушке, и, следовательно, повышение трещинностойкости материала по сравнению с прототипом, а также увеличение поризованности изделия за счет обеспечения однородности глиномассы и увеличения поризованности в процессе сушки. Все это приводит к улучшению технико-эксплуатационных свойств изделия, а именно: повышению прочности и морозостойкости и снижению теплопроводности и средней плотности по сравнению с прототипом.

Изобретение используется для производства строительных керамических поризованных изделий, например дырчато-поризованного кирпича, камней, черепицы, крупноразмерных блоков. Сырьевая смесь для изготовления поризованных строительных изделий, включающая глину и волокнистую гигроскопическую добавку растительного происхождения, содержит эту добавку с влажностью не менее минимального значения точки насыщения волокон добавки при следующем соотношении компонентов, об.%: волокнистая гигроскопическая добавка растительного происхождения 28,6 - 50, глина 50 - 71,4. При этом сырьевая смесь может содержать древесные опилки с влажностью 23% - 38% или торф с влажностью 23% - 55%. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Сырьевая смесь для изготовления поризованных строительных изделий, включающая глину и волокнистую гигроскопическую добавку растительного происхождения, отличающаяся тем, что она содержит волокнистую гигроскопическую добавку растительного происхождения с влажностью не менее минимального значения точки насыщения волокон этой добавки при следующем соотношении компонентов, об.%:
Волокнистая гигироскопическая добавка заданной влажности - 28,6 - 50
Глина - 50 - 71,4
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве волокнистой гигроскопической добавки заданной влажности древесные опилки с влажностью 23 - 38%. 3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве волокнистой гигроскопической добавки заданной влажности торф с влажностью 23 - 55%.