СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА Российский патент 2003 года по МПК C04B28/22 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении силикатного кирпича.

Известна сырьевая смесь для изготовления силикатных изделий, содержащая в мас. %: тонкодисперсный туф 11,4-15,73; известь 5,7-7,26; туф фракции 0,14-5,0 мм 46,4-66,2; цеолитовую породу клиноптилолитового состава (тонкодисперсная) 2,28-4,84; цеолитовую породу клиноптилолитового состава (фракции 0,315-1,25) 1,5-6,7; цеолитовую породу клиноптилолитового состава (фракции 1,2-5,0 мм) 1,5-12,7; вода - остальное. Полученные изделия имеют объемную массу 1730-1800 кг/м³ и прочность сырца 0,2-0,4 МПа (a.c. 1735238, МПК 5 С 04 В 28/22, БИ N 12.1992, с.96).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относят то, что при использовании известной сырьевой смеси получают сырец с низкой прочностью, а получаемые изделия имеют высокую плотность, что отрицательно сказывается на теплоизоляционных свойствах.

Известна сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича, содержащая в мас. %: песок кварцевый 50-80 и в качестве известьсодержащего вяжущего обожженный карбонатит 20-50 (пат. РФ N 2081861, МПК 6 С 04 В 28/20, БИ N 17, 1997, с. 103). Изделия, полученные на основе этого состава, имеют плотность 1750-1950 кг/м³ и прочность при сжатии автоклавированного изделия 21-27 МПа.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относят то, что при использовании известной сырьевой смеси получают изделия с высокой плотностью, что отрицательно сказывается на теплоизоляционных свойствах.

Известна смесь для изготовления легкого силикатного кирпича, в состав которой входит в мас.%: известь 5,89-8,78; бархатный песок 32,26-47,95; пористый аргиллитовый песок определенного грансостава 29,0-45,75; обожженная аргиллитовая пыль 3,69-11,27; остальное - вода. Легкий силикатный кирпич на основе этой смеси имеет плотность 1190-1420 кг/м³ и прочность при спекании 12-18 МПа (A.c. N 1114646, МПК 3 С 04 В 15/06, БИ 35, 1984).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной смеси, относят то, что получаемые изделия не обладают достаточной прочностью на сжатие.

Наиболее близким к заявленному изобретению составом того же назначения по совокупности признаков является состав сырьевой смеси для изготовления силикатного кирпича, включающий в мас.%: известково-песчаное вяжущее - 20 и добавку, состоящую из немолотого кварцевого песка - 60 и предварительно обожженной опоки - 20 (A.c. 1557131, МПК 5 С 04 В 28/20, БИ N 14, 1990).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного состава сырьевой смеси, принятого за прототип, относят то, что получаемые изделия имеют высокую плотность и недостаточную прочность сырца.

Изобретением решается задача изготовления силикатного кирпича на базе использования местного сырья, а именно породы кремнеземистый мергель.

Технический результат - повышение прочности сырца, снижение средней плотности и уменьшение теплопроводности автоклавированного кирпича.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича, включающая известково-песчаное вяжущее, кварцевый песок и обожженную минеральную добавку, содержит в качестве минеральной добавки кремнеземистый мергель класса от 5,0 до 0,0 мм при следующем соотношении компонентов в мас.%: известково-песчаное вяжущее 29,5 - 32,6, кварцевый песок 32,7 - 33,3, обожженный кремнеземистый мергель класса от 5,0 до 0,0 мм 21,5 - 44,9.

При введении добавки обожженного кремнеземистого мергеля в сырьевую смесь, вместо или 50%-ной замены песка, происходит его взаимодействие с гидроксидом кальция, который частично разрушает структуру мергеля, в результате чего, находящийся в составе мергеля свободный (аморфный) кремнезем может частично соединяться при сжатии при обычных температурах с гидроксидом кальция, образуя вяжущее соединение - гидросиликаты, прочно соединяющиеся с имеющимися зернами кварца и частицами мергеля, обеспечивая повышение прочности сырца, но при этом за счет сохранения пористой структуры частиц мергеля уменьшается средняя плотность готового автоклавированного изделия.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых отличительными и существенными признаками заявляемого изобретения преобразований для достижения технического результата, таким образом, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Примеры конкретного выполнения
Вещества, используемые в составе сырьевой смеси для получения силикатного кирпича:
- известково-кремнеземистое вяжущее;
- кварцевый песок с модулем крупности 1,08 (гранулометрический состав в мас.%:
класс (-2,5+1,25 мм) - 0,2; класс (-1,25+0,63 мм) - 1,8; класс (-0,63+0,315 мм) - 30; класс (-0,315+0,16 мм) - 42; класс (-0,16+0,0 мм) - 26 и насыпной плотностью 1200 кг/м³;
- порода кремнеземистый мергель (мергель с соотношением SiO₂:R₂ О₃>4 относится к группе кремнеземистых. См. Геологический словарь. Том I, М., 1973, изд-во "Недра", с.422) Городищенского проявления Республики Татарстан, представленная в природном (естественном состоянии) минералами, мас.%: монтмориллонит - 30; кварц - 36; клиноптилолит - 13; кальцит - 21; имеет следующий хим. состав в мас. %: SiO₂ - 63,86; Al₂O₃ - 5,52: ТiО₂ - 0,26; Fе₂O₃ - 1,59; MnO - 0,01; CaO - 12,93; MgO - 0,83; Na₂O - 0,06; K₂O - 0,97; Р₂O₅ - 0,08; SO₃ - 0,06; СO₂ - 9,07; вода - остальное. Кремнеземистый мергель обжигают при температуре 1000^oС в течение 15 мин, дробят до класса крупности меньше 5,0 мм при гранулометрическом составе в мас.%: класс (-5,0+2,5 мм) - 29,56; класс (-2,5+1,25 мм) - 26,43; класс (-1,25+0,63 мм) - 16,49; класс (-0,63+0,315 мм) - 11,21; класс (-0,315+0,16 мм) - 6,94; класс (-0,16+0,0 мм) - 9,37 с модулем крупности 3,3; обожженный кремнеземистый мергель имеет следующие физико-механические свойства: средняя плотность 890 кг/м³, насыпная плотность в обожженном состоянии класса (-5,0+0,0 мм) 620 кг/м³ и морозостойкость больше Мрз 25. Количество песка и мергеля берут по объему, с учетом их насыпной плотности. В примерах значения приведены в мас. %.

Пример 1.

Для сравнительной оценки технической характеристики силикатных изделий, изготавливаемых с применением породы мергель, проведен эксперимент получения силикатного изделия без применения породы мергель (табл.1, состав 1), из приведенного примера видно, что образец имеет высокую среднюю плотность и теплопроводность автоклавированного образца
Пример 2.

Образцы готовят при комнатной температуре. Комовую известь и кварцевый песок в соотношении 1:1 смешивают и подвергают совместному помолу до класса крупности -0,2+0,0 мм в шаровой мельнице. Затем полученную смесь в количестве 32,6 мас.% смешивают с 44,9 мас.% мергеля, обожженного при температуре 1000^oС в течение 15 минут, увлажняют водой до влажности 22,5 мас.% и размешивают. Потом полученную массу помещают в сосуд для гашения, где она находится в течение 2-х часов. Из подготовленной таким образом смеси изготавливают полнотелые образцы цилиндрической формы (диаметр 60 мм, высота 60 мм) способом полусухого прессования при давлении 200 кг/см² и подвергают их автоклавированию при давлении пара 1 МПа и температуре 175^oС по режиму 2+8+2. После чего полученный материал используют по назначению. Состав и данные физико-механических свойств полученных образцов приведены в табл.1 (состав 2).

Пример 3.

Состав для силикатного материала (изделия) готовят по примеру 1 с тем отличием, что берут 29,8 мас.% известково-кремнеземистого вяжущего, 32,7 мас. % кварцевого песка и 22,3 мас.% обожженного кремнеземистого мергеля и воды для увлажнения 15,2 мас.%. Состав и данные физико-механических свойств силикатного изделия приведены в табл.1 (состав 3).

Пример 4.

Состав для силикатного материала (изделия) готовят по примеру 1 с тем отличием, что берут 29,5 мас.% известково-кремнеземистого вяжущего, 33,3 мас.% кварцевого песка, 21,5% обожженного кремнеземистого мергеля и воды для увлажнения 15,7 мас. %. Состав и данные физико-механических свойств полученного силикатного изделия приведены в табл.1 (состав 4).

Примеры 5-6.

Для определения оптимального количества ингредиентов по составу проведены дополнительные эксперименты, в которых кремнеземистый мергель берут в количестве 21 и 20 мас.% соответственно. Состав и данные физико-механических свойств полученных образцов приведены в табл. 1 (состав 5-6).

Примеры 7-11.

Для определения возможности использования породы мергель других месторождений были проведены дополнительные эксперименты. Была использована порода мергель Татарско-Шатрашанского месторождения Республики Татарстан, обожженная при 1000^o С в течение 15 минут, раздробленная до класса меньше 5,0 мм, модуль крупности 3,3, содержащая в мас.%: SiO₂ - 54,58; Аl₂О₃ - 5,27; ТiO₂ - 0,26; Fе₂О₃ - 2,08; CaO - 15,78; MgO - 1,10; Na₂O - 0,19; K₂O - 0,74; P₂O₅ - 0,04; CO₂ - 6,94; вода - остальное и представленная в природном (естественном) состоянии минералами в мас.%: монтмориллонит - 33; кварц - 30; клиноптилолит - 18; кальцит - 19; средней плотностью в обожженном состоянии 840 кг/м³; насыпной плотностью в обожженном состоянии класса (-5,0+0,0 мм) 600 кг/м³ и морозостойкостью больше Мрз 25.

Состав и данные по определению свойств силикатного изделия с обожженным кремнеземистым мергелем Татарско-Шатрашанского месторождения приведены в табл. 2 (составы 8-10). Состав 7 - контрольный, без мергеля. Состав 11 - для определения оптимального количества ингредиентов.

Примеры 12-16.

Была также использована порода мергель проявления Большая Акса Республики Татарстан, обожженная при температуре 1000^o С в течение 15 минут, раздробленная до класса меньше 5,0 мм, модуль крупности 3,2, содержащая в мас.%: SiO₂ - 67,17; Al₂O₃ - 4,38; TiO₂ - 0,22; Fе₂О₃ - 1,46; MnO - 0,01; CaO - 11,87; MgO - 0,55; Na₂O - 0,03; K₂O - 1,02; Р₂O₅ - 0,07; SO₃ - 0,08; СO₂ - 8,85; вода - остальное и представленная в природном (естественном) состоянии минералами в мас. %: монтмориллонит - 32; кварц - 35; клиноптилолит - 13; кальцит - 20; средней плотностью в обожженном состоянии 790 кг/м³; насыпной плотностью в обожженном состоянии класса (-5,0+0,0 мм) 590 кг/м³ и морозостойкостью больше Мрз 25.

Состав и данные по определению свойств силикатного изделия с использованием предварительно обожженного кремнеземистого мергеля проявления Большая Акса приведены в табл.3 (составы 13-16). Состав 12 - контрольный, без мергеля. Состав 16 - для определения оптимального количества ингредиентов.

Из данных, приведенных в табл. 1-3, следует, что силикатный кирпич, полученный на основе заявляемого состава (примеры 2-4 табл.1, примеры 8-10 табл. 2, примеры 13-15 табл.3), обладает меньшей средней плотностью (менее 1500 кг/м³) и теплопроводностью по сравнению с прототипом. В примерах 5-6, 11, 16 показано, что введение в состав сырьевой смеси кремнеземистого мергеля менее 21,5 мас.% нецелесообразно, т.к. дальнейшее снижение средней плотности и теплопроводности не происходит.

В примерах 2, 8, 13 показано, что возможна полная замена кварцевого песка на кремнеземистый мергель.

Введение его в состав более 44,9 мас.% нецелесообразно, так как это приведет к снижению прочности при сжатии автоклавированного образца за счет более высокого содержания в смеси активного SiO₂ (растворимой кремнекислоты), которая формируется не только в результате воздействия извести на зерна кварца, но и находится в большом количестве в свободном состоянии в мергеле. Если в силикатном кирпиче, изготовленном на основе классической смеси (известково-кремнеземистое вяжущее +кварцевый песок), содержание растворимой кремнекислоты находится в пределах 4,5-10% и она полностью расходуется на образорвание вяжущего, то в силикатном кирпиче, в котором содержание мергеля будет более 44,9 мас.%, количество растворимой кремнекислоты увеличивается до 15% и более, что обуславливает ее излишек, и она оказывается не задействованной, это приводит к уменьшению кристаллической фазы в изделии и как следствие снижению прочности при сжатии.

Прочность на сжатие получаемых изделий из заявляемого материала отвечает требованиям ГОСТа 379-95.

Использование в составе для силикатного кирпича породы мергель, предварительно обожженной при 1000^oС, в количествах 21,5-44,9 мас.% позволит получать легкие силикатные кирпичи со средней плотностью 1260-1500 кг/м³ и низкой теплопроводностью, что важно при использовании их в качестве конструкционного и теплоизоляционного материала; позволит получить более прочный сырец; будет способствовать расширению сырьевой базы для получения силикатных кирпичей на основе местного сырья.

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, так как удовлетворяет следующим условиям:
заявляемый состав сырьевой смеси предназначен для использования в промышленности, а именно в промышленности строительных материалов при изготовлении силикатного кирпича;
для заявляемой сырьевой смеси в том виде, как она охарактеризована в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность получения смеси с помощью описанных в заявке примеров.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении силикатного кирпича. Техническим результатом является повышение прочности сырца, снижение средней плотности и уменьшение теплопроводности автоклавированного кирпича. Сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича, включающая, мас.%: известково-песчаное вяжущее 29,5 - 32,6, кварцевый песок 32,7 - 33,3, обожженный кремнеземистый мергель класса 5,0 - 0,0 мм 21,5 - 44,9. 3 табл.

Сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича, включающая известково-песчаное вяжущее, кварцевый песок и обожженную минеральную добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве минеральной добавки кремнеземистый мергель класса 5,0 - 0,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Известково-песчаное вяжущее - 29,5 - 32,6
Кварцевый песок - 32,7 - 33,3
Обожженный кремнеземистый мергель класса от 5,0 до 0,0 мм - 21,5 - 44,9