Изобретение относится к производству стеновой керамики и может быть использовано при получении теплоизоляционных изделий - плиток, кирпича, блоков, стеновых панелей и др.
Известен способ изготовления стеновых керамических изделий, включающий совместный мокрый помол стеклобоя, электротермофосфорного шлака и глины до тонкости помола - остатка на сите 0,355 не более 4%, сушки до влажности 4...8%, формование заготовок и последующий обжиг при 980°С [Патент РФ №2070177, кл. 6 С 04 В 33/02, 1996].
Недостатками этого способа являются: высокий коэффициент теплопроводности (0,72...0,86 Вт/м·К), что обуславливает увеличение расхода строительных материалов в строительстве; высокая плотность (1850...2100 кг/м3), что требует увеличения затрат материалов на стадии изготовления и, как следствие этого, утяжеляет массу стеновых конструкций; высокая огневая усадка (до 12 об.%) способствует возникновению напряжений и дефектов структуры, отрицательно влияющих на прочностные характеристики обожженного материала. Эти недостатки ухудшают технологические и эксплуатационные характеристики стеновых керамических изделий.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ изготовления стеновых керамических изделий, заключающийся в перемешивании массы, состоящей из молотой глины (53-93 мас.%), зерен расширяющейся в процессе нагревания добавки с первоначальным размером не более 2 мм, состоящей из вермикулита, или гидрофлогопита, или гидробиотита (2-42 мас.%) и отощителя, состоящего из песка, или золы, или шлака с размером зерен не более 2 мм (4-45 мас.%). Из перемешанной массы пластическим способом формуют изделия, которые после сушки обжигают в туннельной печи при 950°С с изотермической выдержкой 2 часа [Патент РФ №1780276, кл. 6 С 04 В 33/00, 1995].
Недостатками прототипа являются: высокий коэффициент теплопроводности, повышенная общая усадка при сушке и обжиге (до 5...7,9 объемн. %) получаемых стеновых керамических изделий.
Предлагаемое изобретение решает задачу расширения арсенала технических средств для производства малоусадочных стеновых керамических изделий, обладающих пониженным коэффициентом теплопроводности с сохранением или улучшением физико-механических характеристик.
Технический результат достигается двумя вариантами решения задачи.
По первому варианту решения задачи в способе изготовления стеновых керамических изделий, включающем смешивание молотой глины с отощающей и вспучивающейся добавками, увлажнение, формование сырцовых изделий пластическим способом, сушку и обжиг, согласно предлагаемому решению в качестве отощающей и вспучивающейся добавок используют стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный с размером гранул 0,1...2,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
в качестве порообразователя используют карбонаты кальция или магния или их смесь, его количество в гранулах составляет 1...6% от массы стеклобоя, а количество гидрофобизатора - 1...10% от массы стеклобоя.
Сглаженная гидрофобизатором поверхность гранулированного стеклобоя с порообразователем имеет сферическую или яйцевидную формы.
По второму варианту решения задачи в способе изготовления стеновых керамических изделий, включающем смешивание молотой глины с отощающей и вспучивающейся добавками, увлажнение, формование сырцовых изделий, сушку и обжиг, согласно предлагаемому решению формование сырцовых изделий ведут методом полусухого прессования, а в качестве отощающей и вспучивающейся добавок используют стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный с размером гранул 0,1...2,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
в качестве порообразователя используют карбонаты кальция или магния или их смесь, его количество в гранулах составляет 1...6% от массы стеклобоя, а количество гидрофобизатора - 1...10% от массы стеклобоя.
Полусухое прессование ведут при удельном давлении 2-5 МПа.
Сглаженная гидрофобизатором поверхность гранулированного стеклобоя с порообразователем имеет сферическую или яйцевидную формы.
Сравнение способа по первому варианту с прототипом позволило установить, что предлагаемое решение отличается введением в сырьевую керамическую массу в качестве отощающей и вспучивающейся добавок стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный, имеющий размеры зерен 0,1-2,0 мм, при этом в качестве порообразователя используют карбонаты кальция или магния или их смесь, его количество в гранулах составляет 1...6% от массы стеклобоя, а количество гидрофобизатора - 1...10% от массы стеклобоя. Введение предлагаемых гранул позволяет одновременно пластифицировать смесь, что ведет к уменьшению величины формовочной влажности, снизить теплопроводность и плотность готовых изделий в 1,4...1,7 раза. Таким образом, предлагаемое решение обладает критерием «новизна».
Сравнение способа по второму варианту с прототипом позволило установить, что предлагаемое решение отличается введением в сырьевую керамическую массу в качестве отощающей и вспучивающейся добавок стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный, имеющий размеры зерен 0,1-2,0 мм и сглаженную поверхность, при этом количество порообразователя составляет 1...6%, а гидрофобизатора - 1...10,0% от массы стеклобоя, а формирование сырцовых изделий ведут методом полусухого прессования при удельном давлении 2-5 МПа. Введение предлагаемых гранул позволяет одновременно пластифицировать смесь, а также уменьшить величину формовочной влажности и давления прессования до 2 МПа, снизить теплопроводность и плотность готовых изделий в 1,4...1,8 раза. Таким образом, предлагаемое решение также обладает критерием «новизна».
При изучении других технических решений использование предложенного авторами введения в сырьевую керамическую массу в качестве отощающей и вспучивающейся добавок стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного, не выявлено, таким образом, заявляемое решение не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».
При реализации заявляемого способа изготовления стеновых керамических изделий в качестве сырья использованы одинаковые для двух вариантов сырьевые компоненты массы и гранулированный наполнитель.
Характеристика компонентов массы:
1. В качестве стеклобоя использовали бой зеленого тарного стекла, г. Воронеж. Исходный бой тарного стекла дробят в молотковой дробилке, моют и сушат в моечно-сушильном барабане, хранят в накопительном бункере. Химический состав боя тарного стекла приведен в табл.1.
2. В качестве порообразователя использовали карбонаты кальция (мел, известняк), карбонат магния (магнезит) и их природную смесь (доломит):
- мел технический дисперсный МТД-2 по ТУ - 21-020350-06-92, ОАО «Стройматериалы», г. Белгород;
- известняк Яшкинского месторождения;
- магнезит, г. Сатки Челябинской области СМ-1 по ТУ 14-8-64-73;
- доломит, Щелковское месторождение Московской области.
Химические составы мела, известняка, магнезита и доломита приведены в табл.1
3. В качестве глины использовали суглинок Шебекинского месторождения, Белгородская обл. Огнеупорность 1180...1270°С. Водозатворяемость - 28,7% (по ГОСТ 9169-75). Основной глинистый минерал - монтмориллонит. Цвет после обжига зеленовато-желтый. Химический состав суглинка Шебекинского месторождения представлен в табл.1.
4. При гранулировании порошка стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, на тарельчатом грануляторе использовали водный раствор силикатного клея (жидкое стекло) по ТУ 2385-001-54824507-2000. Использование данного связующего вещества существенно повышает прочность получаемых гранул после сушки.
5. В качестве гидрофобизатора поверхности стеклобоя, молотого совместно с порообразователем и гранулированного, использовали парафин нефтяной марки П-2 (ГОСТ 23683-89) в расплавленном состоянии. Толщина парафинового слоя на поверхности гранулята зависит от вязкости парафинового расплава. Вязкость парафинового расплава в большой степени зависит от температуры. Таким образом, меняя температуру парафинового расплава, можно регулировать толщину гидрофобной пленки на поверхности гранулята с целью получения наиболее окатанной ровной поверхности гранул, позволяющих в дальнейшем сформировать сферические и округлые поры в массе готового изделия.
Гидрофобизированная поверхность стеклобоя, молотого совместно с порообразователем и гранулированного, не смачиваясь водой, лучше противостоит механическим воздействиям при перемешивании с глиной, например, в шнековой мешалке, сохраняет свои геометрические размеры в процессе формирования сырцовых изделий, снижает водопотребность, чем и пластифицирует формовочную массу.
Для получения гранулированного наполнителя при реализации заявляемого способа изготовления стеновых керамических изделий дробленый бой стекла дозируют с карбонатами кальция (порообразователем) - мелом, известняком либо с карбонатом магния - доломитом весовым методом и мелют в шаровой мельнице до достижения удельной поверхности 300...500 м2/кг. Гранулирование шихты производят на тарельчатом грануляторе с орошением ее поверхности 10%-ным водным раствором жидкого стекла, улучшающим процесс формирования и повышающим механическую прочность гранул. Сушку гранул осуществляют в ленточно-сетчатой сушилке. На выходе из сушилки гранулы достигают минимальной влажности - 1...2%. Отсев гранул размером менее 0,1 мм и более 2,0 мм производят на вибросите; отбракованные гранулы отправляют обратно на переработку для повторного использования. Гранулы, по размеру соответствующие техническим условиям, направляются на обработку гидрофобизатором. Обработка поверхности стеклобоя, молотого совместно с порообразователем и гранулированного, гидрофобизирующим компонентом заключается в засыпке отсеянных на ситах гранул размером 0,1...2,0 мм в резервуар с расплавом гидрофобизатора, перемешивании данной массы в течение 5...10 минут и удалении жидкой фазы сквозь сетчатую перегородку с размером ячеек чуть менее 0,1 мм. После охлаждения полученные гранулы загружают в бункер запаса, они полностью готовы к технологическому применению.
Анализируя результаты физико-механических испытаний серии экспериментальных образцов, можно сделать вывод, что:
- по способности формировать пористую структуру обожженных керамических материалов предпочтителен совместный помол стеклобоя с пороообразователем до достижения удельной поверхности 300...500 м2/кг;
- в качестве порообразователя можно использовать мел, известняк, магнезит либо смесь этих компонентов (доломит);
- исходя из прочностных характеристик гранул стеклобоя, молотого совместно с пороообразователем, предпочтительно сушить их до влажности 2%;
- наиболее предпочтительна форма стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного - сферическая и яйцевидная, что достигается подбором вязкости гидрофобизирующего раствора.
Способ изготовления стеновых керамических изделий осуществляют следующим образом по двум вариантам.
Согласно первому варианту измельчали глинистое сырье до дисперсности частиц менее 0,1 мм, дозировали, добавляли стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный, с размером зерен 0,1...2,0 мм в соотношении по сухой массе, указанной в табл.2. Смесь сухих компонентов увлажняли водой до формовочной влажности согласно [Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: «Вища школа», 1980. - С.79-84], перемешивали до равномерного распределения гранул и глины. Сырцовые изделия из полученной смеси формовали пластическим способом на ленточном прессе. Снижению влажности при формовании изделий по сравнению со способами, описанными в [Патент РФ №2070177, кл. 6 С 04 В 33/02, 1996; патент РФ №1780276, кл. 6 С 04 В 33/00, 1995], способствует заметное повышение удобоукладываемости сырьевых смесей, приготовленных по заявляемому способу, за счет лучшего скольжения между частицами глины и гидрофобизированной поверхностью гранул. Водозатворяемость сырьевых шихт по сравнению с прототипом можно снизить на 6...7,7%, что также облегчает сушку сырца, при этом усадка при сушке минимальна. Изделия высушивают до остаточной влажности 0,5...2% аналогично [Патент РФ №1780276, кл. 6 С 04 В 33/00, 1995; Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: «Вища школа», 1980. - С.95-101], а затем обжигают при температуре 950°С аналогично [Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: «Вища школа», 1980. - С.121-128].
Пример 1. Взвесили предварительно высушенный измельченный и просеянный через сито с размером отверстий 0,1 мм Шебекинский суглинок в количестве 7,8 кг (78%, см. табл.2, смесь 1), к этой глине добавили 2,2 кг (22%, см. табл.2, смесь 1) стеклобоя, молотого совместно с порообразователем до удельной поверхности 400 м2/кг, гранулированного и гидрофобизированного, с размером зерен 0,1...2,0 мм (состоящего из порошка стеклобоя, молотого совместно с 3 мас.% мела, гранулированного, просеянного через сито с размером диаметра ячеек 2,0 мм и оставшегося на сите 0,1 мм и обработанного 0,22 кг расплавленного парафина - 10% по отношению к массе стеклобоя, см. табл.2, смесь 1). Эти два компонента смешали в лабораторном шнековом смесителе и одновременно при смешивании подавали распылителем воду в количестве 0,94 кг (см. табл.3, смесь 1). Полученную массу формовали пластическим способом на ленточном шнековом прессе. Полученная прочность сырца позволяет производить перекладку и сушку образцов без каких-либо ограничений. Сформованные образцы в виде плиток с размером 192×142×9 мм и цилиндров с диаметром и высотой 50 мм (последние образцы предназначались для определения предела прочности при сжатии) высушивали до остаточной влажности 2%, а затем обжигали при максимальной температуре 950°С с выдержкой 2 часа, т.е. моделировались производственные условия получения строительного керамического кирпича [Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: «Вища школа», 1980. - С.89-128]. После охлаждения образцы изделий испытывали на прочность, определялась плотность, общая усадка и теплопроводность. Результаты испытаний приведены в табл.3 (смесь 1).
Аналогичным образом приготавливали все остальные смеси по заявляемому способу получения керамической массы и, соответственно, на ее основе образцы стеновых изделий и облицовочной плитки, в том числе и с запредельными значениями размеров гидрофобизированных гранул (составы 5, 6, 11, 12, 17, 18, 23 и 24).
Составы смесей и характеристики компонентов приведены в табл.2. Свойства полученных керамических изделий приведены в табл.3.
Анализ данных табл.3 результатов испытаний свойств образцов стеновой керамики, изготовленных по первому варианту заявляемого способа, показывает следующее.
1. Все смеси 1-4, 7-10, 13-16 и 19-22 отвечают требованиям ГОСТ 7025-91 «Кирпич и камни керамические и силикатные».
2. Введение в состав массы стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного, в заявляемых количествах и размером зерен 0,1...2,0 мм позволяет получать прочные высококачественные стеновые керамические изделия.
3. Обожженные керамические изделия, полученные из сырьевых смесей 13, 14, и 16, имеют отрицательную усадку, т.е. наблюдается равномерное увеличение линейных и объемных размеров обожженных образцов по сравнению с размерами исходных сырцовых изделий.
4. Уменьшать количество крупки в сырьевой массе менее 3 мас.% нецелесообразно, т.к. получаемые керамические изделия по техническим характеристикам получаются плотнее, чем по прототипу, и несмотря на то, что изделия отвечают требованиям ГОСТ 7025-91, их теплоизоляционные характеристики недостаточны, поэтому составы 3, 9, 15 и 21 приняты как граничные.
Увеличение количества крупки в массе свыше 30 мас.% нецелесообразно, т.к. происходит падение прочности получаемых стеновых керамических материалов за счет уменьшения доли глинистого компонента в шихте и нарушения геометрических размеров изделий в процессе обжига, их физико-механические характеристики не отвечают требованиям ГОСТ 7025-91, поэтому составы 4, 10, 16 и 22 приняты как граничные.
5. Использование стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного, с размером частиц менее 0,1 мм не позволяет получать керамические изделия низкой плотности и с пониженным коэффициентом теплопроводности, т.к. слишком мелкие гранулы при обжиге ведут себя как плавень, вызывают линейные и объемные деформации изделий при обжиге, увеличивают плотность, теплопроводность и объемную усадку образцов. Таким образом, составы 5, 11, 17 и 23 выходят за границы заявляемого способа.
6. Использование стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного, с размером частиц более 2,0 мм также нецелесообразно, т.к. образующаяся система крупных пор способствует возникновению в них конвективного теплообмена, что снижает теплоизоляционные характеристики получаемых материалов (смеси 6, 12, 18 и 24), при обжиге такой массы наблюдаются серьезные дефекты структуры и ее рыхлость, которые снижают прочностные характеристики, нарушают геометрические размеры получаемых стеновых керамических изделий. Таким образом, составы 6, 12, 18 и 24 выходят за границы заявляемого способа.
Заявляемый способ изготовления стеновых керамических изделий по первому варианту в сравнении с прототипом имеет следующие преимущества:
1) теплоизоляционные свойства улучшаются на 30-35%;
2) плотность при сохранении требуемых физико-механических характеристик уменьшается на 20-25%;
3) вводя стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный, с размером зерен 0,1...2,0 мм в сырьевую смесь взамен вермикулита-сырца и отощителя, мы одновременно осуществляем пластификацию смеси, при этом формовочные свойства шихт улучшаются настолько, что позволяют снизить влажность заготовок при формовании сырцовых изделий пластическим способом на 6...7,7% по сравнению с прототипом (табл.3);
4) полученные в результате обжига стеновые керамические изделия имеют однородную замкнуто-поризованную упрочненную структуру с минимальными объемными усадочными дефектами.
Согласно второму варианту измельчали глинистое сырье до дисперсности частиц менее 0,1 мм, дозировали, добавляли стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный, с размером зерен 0,1...2,0 мм в соотношении по сухой массе, указанной в табл.2. Смесь сухих компонентов увлажняли водой до формовочной влажности согласно [Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: «Вища школа», 1980. - С.91], перемешивали до равномерного распределения гранул и глины. Смесь формовали методом полусухого прессования под давлением 2...5 МПа. Снижению давления при формовании изделий по сравнению со способами, описанными в [Патент РФ №2070177, кл. 6 С 04 В 33/02, 1996; Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: «Вища школа», 1980], способствует заметное повышение удобоукладываемости сырьевых смесей, приготовленных по заявляемому способу, за счет лучшего скольжения между частицами глины и гидрофобизированной поверхностью гранул. Водозатворяемость сырьевых шихт можно снизить до 7%, что также облегчает сушку сырца, при этом усадка при сушке практически отсутствует. Изделия высушивали до остаточной влажности 0,5...2% аналогично прототипу, а затем обжигали при температуре 950°С аналогично [Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: «Вища школа», 1980. - С.121-128].
Пример 2. Взвесили предварительно высушенную измельченную и просеянную через сито с размером отверстий 0,1 мм глину - Шебекинский суглинок в количестве 7,8 кг (78%, см. табл.2, смесь 1), к этой глине добавили 2,2 кг стеклобоя, молотого совместно с порообразователем до удельной поверхности 400 м2/кг, гранулированного и гидрофобизированного, с размером зерен 0,1...2,0 мм (состоящего из порошка стеклобоя, молотого совместно с 3 мас.% мела, гранулированного, просеянного через сито с размером диаметра ячеек 2,0 мм и оставшегося на сите 0,1 мм и обработанного 0,22 кг расплавленного парафина - 10% по отношению к массе стеклобоя, см. табл.2, смесь 1). Эти два компонента смешали в лабораторном шнековом смесителе и одновременно при смешивании подавали распылителем воду в количестве 0,8 кг (табл.4, смесь 1). Полученную массу формовали методом полусухого прессования на гидравлическом прессе под давлением 2 МПа при влажности 8%. Полученная прочность сырца позволяет производить перекладку и сушку образцов без каких-либо ограничений. Сформованные образцы в виде плиток с размером 192×142×9 мм и цилиндров с диаметром и высотой 50 мм (последние образцы предназначались для определения предела прочности при сжатии) высушивали до остаточной влажности 2%, а затем обжигали при максимальной температуре 950°С с выдержкой 2 часа, т.е. моделировались производственные условия получения строительного керамического кирпича [Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: «Вища школа», 1980. - С.89-128]. После охлаждения образцы материала испытывали на прочность, определялась плотность, общая усадка и теплопроводность.
Аналогичным образом приготавливали все остальные смеси по заявляемому способу получения керамической массы и, соответственно, на ее основе образцы стеновых изделий и облицовочной плитки, в том числе и с запредельными значениями размеров гидрофобизированных гранул (составы 5, 6, 11, 12, 17, 18, 23 и 24), а также известный состав массы 25 (прототип - по патенту РФ №1780276, кл. 6 С 04 В 33/00, 1995, табл.5).
Соотношение сырьевых компонентов приведено в табл.2. Результаты испытаний - в табл.4.
Анализ данных табл.4 результатов испытаний свойств образцов стеновой и облицовочной керамики, изготовленных по второму варианту заявляемого способа, показывает следующее.
1. Смеси составов 1-4, 7-10, 13-16 и 19-22 отвечают требованиям ГОСТ 7025-91 «Кирпич и камни керамические и силикатные».
2. Введение в состав массы стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного, в заявляемых количествах и размером зерен 0,1...2,0 мм позволяет получать прочные высококачественные стеновые керамические изделия.
3. Обожженные керамические изделия, полученные из сырьевых смесей 13, 14, 16, и 19, 20 и 22 имеют отрицательную усадку, т.е. наблюдается равномерное увеличение линейных и объемных размеров обожженных образцов по сравнению с размерами исходных сырцовых изделий.
4. Уменьшать количество крупки в сырьевой массе менее 3 мас.% нецелесообразно, т.к. получаемые керамические изделия по техническим характеристикам получаются плотнее, чем по прототипу, и несмотря на то, что изделия отвечают требованиям ГОСТ 7025-91, их теплоизоляционные характеристики недостаточны, поэтому составы 3, 9, 15 и 21 приняты как граничные.
Увеличение количества крупки в массе свыше 30 мас.% нецелесообразно, т.к. происходит падение прочности получаемых стеновых керамических материалов за счет уменьшения доли глинистого компонента в шихте и нарушения геометрических размеров изделий в процессе обжига, их физико-механические характеристики не отвечают требованиям ГОСТ 7025-91, поэтому составы 4, 10, 16 и 22 приняты как граничные.
5. Использование стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного, с размером частиц менее 0,1 мм не позволяет получать керамические изделия низкой плотности и с пониженным коэффициентом теплопроводности, т.к. слишком мелкие гранулы при обжиге ведут себя как плавень, вызывают линейные и объемные деформации изделий при обжиге, увеличивают плотность, теплопроводность и объемную усадку образцов. Таким образом, составы 5, 11, 17 и 23 выходят за границы заявляемого способа.
6. Использование стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного, с размером частиц более 2,0 мм также нецелесообразно, т.к. образующаяся система крупных пор способствует возникновению в них конвективного теплообмена, что снижает теплоизоляционные характеристики получаемых материалов (смеси 6, 12, 18 и 24), при обжиге такой массы наблюдаются серьезные дефекты структуры и ее рыхлость, которые снижают прочностные характеристики, нарушают геометрические размеры получаемых стеновых керамических изделий. Таким образом, составы 6, 12, 18 и 24 выходят за границы заявляемого способа.
Заявляемый способ изготовления стеновых керамических изделий по второму варианту в сравнении с прототипом имеет следующие преимущества:
1) теплоизоляционные свойства улучшаются на 30-35%;
2) плотность при сохранении требуемых физико-механических характеристик уменьшается на 20-25%;
3) при введении стеклобоя, молотого совместно с порообразователем, гранулированного и гидрофобизированного, с размером зерен 0,1...2,0 мм в сырьевую смесь взамен вермикулита-сырца и отощителя одновременно осуществляется пластификация смеси, при этом формовочные свойства шихт улучшаются настолько, что позволяют снизить давление прессования до 2-5 МПа и влажность заготовок с 16,5% (прототип) до 7...13% (табл.4);
4) полученные в результате обжига стеновые керамические изделия имеют однородную замкнуто-поризованную упрочненную структуру с минимальными объемными усадочными дефектами.
Физико-химическая сущность технического решения достижения задачи заключается в следующем: стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный, благодаря низкой насыпной плотности (450...470 кг/м3) и занимая объем сырьевой массы, формирует пористую структуру сырца, причем за счет гидрофобизации поверхности гранул и наличия слоя гидрофобизатора обработанная гранула имеет сглаженную (а идеальный вариант - сферическую и яйцеобразную) поверхность, внутри которой заключена относительно рыхлая стеклянная масса. По этой причине структура сырца имеет все предпосылки в процессе обжига для формирования правильных сферических остеклованных изнутри замкнутых пор.
Наличие равномерно распределенных, преимущественно сферических и яйцеобразных, остеклованных замкнутых пор по всему объему керамического изделия позволяет существенно увеличить способность противостоять приложенным механическим нагрузкам по сравнению с керамическими изделиями по прототипу, где форма пор имеет угловатые края и неровные поверхности, способствующие созданию центров напряжения при наличии механических нагрузок. Известно, что сферическая поверхность пор позволяет существенно уменьшить плотность, а следовательно, и теплопроводность получаемых стеновых и облицовочных изделий, полученных по заявляемому способу, при сохранении прочностных характеристик.
Гидрофобизированные гранулы, имея малое сцепление с глинистым компонентом и между собой, делают сырьевую массу шихты легкоподвижной и удобоукладываемой, т.е. пластифицируют ее и при пластическом способе формования требуется гораздо меньше усилий для ленточного шнекового пресса (первый вариант). Стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный, в то же время является отощителем шихты в гораздо большей степени, чем крупка вермикулита-сырца и отощителя в шихте по прототипу, т.к. не поглощает воду, снижая водозатворяемость шихты с 21,8 до 13,7% (первый вариант), что приводит к уменьшению усадочных явлений при сушке сырца.
По второму варианту гидрофобизированные гранулы также по этой причине пластифицируют сырьевую смесь настолько, что при полусухом формовании требуются гораздо меньшие усилия - до 2...5 МПа. Стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный, в то же время также является отощителем шихты в гораздо большей степени, чем крупка вермикулита-сырца и отощителя в шихте по прототипу, т.к. не поглощает воду, снижая ее водозатворяемость с 16,5 до 7-13%, что также приводит к уменьшению усадочных явлений при сушке сырца.
При обжиге органический гидрофобизатор выгорает с экзотермическим эффектом при 450...480°С, способствуя ускоренной подготовке сырца к обжигу. Известно, что при достижении 820...850°С стеклопорошок размягчается, а из порообразователя выделяется при декарбонизации углекислый газ, который поризует стекломассу гранулы. Этот процесс, происходящий в поре, имеющей сглаженную, сферическую или яйцевидную формы, создает равномерный распирающий эффект, который активно препятствует возникновению и развитию огневой усадки стеновых керамических изделий в процессе термообработки. При дальнейшем повышении температуры стекло переходит в жидкую фазу и активно взаимодействует с частицами глины по всей поверхности поры (доказано микроскопическими и петрографическими исследованиями). К этому времени глинистая составляющая массы создает прочный структурный скелет материала, который закрепляет практически малоусадочную структуру изделия. Авторами установлено, что высокая плотность остеклованных стенок пор, сформированных при температуре 950°С путем взаимодействия глинистых частиц, примыкающих к порам, с расплавленной стеклофазой из материала стеклогранул определяет высокие эксплуатационные характеристики получаемых стеновых керамических изделий. При охлаждении, повышая вязкость, эти упрочненные участки, равномерно распределенные по объему полученных керамических изделий, препятствуют трещинообразованию, этим объясняется их высокая прочность и малое водопоглощение даже при существенном снижении плотности готовых изделий по сравнению с прототипом. Обеспечение равномерной замкнутой пористости сферической и яйцевидной формы в керамических изделиях также обусловливает снижение коэффициента теплопроводности практически на 25...30% по сравнению с прототипом.
Способ получения стеновых керамических изделий по прототипу, включающий использование зерен вермикулита, или гидрофлогопита, или гидробиотита с размером не более 2 мм и в количестве 2-42 мас.% не позволяет достичь высокого результата, реализованного в заявляемом способе, т.к. расширение этих частиц происходит из-за потери молекул воды, находящихся в межплоскостных промежутках данных слюд. Этот процесс происходит при температурах 540...680°С, т.е. в том температурном интервале, при котором огневая усадка глинистых материалов еще не наблюдается, жидкая фаза практически отсутствует, а значит компенсация термоусадочных явлений не происходит (табл.3, 4; смесь 25). Угловатая форма зерен гидрослюды способствует образованию локальных напряжений в обжигаемых керамических изделиях.
Получаемые по заявляемому способу стеновые керамические изделия обладают хорошими декоративными характеристиками.
Использование заявляемых вариантов способа изготовления стеновых керамических изделий в промышленности строительных материалов позволит также решить проблему утилизации большого количества, не разлагающегося в природе отхода - стеклобоя тарного, листового, ампульного, кинескопного и др. стекла, причем данная технология не требовательна к чистоте исходных материалов.
Изобретение относится к стеновой и облицовочной керамике и может быть использовано при производстве теплоизоляционных изделий - плиток, кирпича, блоков, стеновых панелей и др. Способ изготовления стеновых керамических изделий включает смешивание молотой глины с отощающей и вспучивающейся добавками, увлажнение, формование сырцовых изделий пластическим способом, сушку и обжиг. В качестве отощающей и вспучивающейся добавок используют стеклобой, молотый совместно с порообразователем, гранулированный и гидрофобизированный с размером гранул 0,1...2,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный стеклобой - 3...30; глина - остальное. В качестве порообразователя используют карбонаты кальция или магния, или их смесь, его количество в гранулах составляет 1...6% от массы стеклобоя, а количество гидрофобизатора - 1...10% от массы стеклобоя. Сглаженная гидрофобизатором поверхность гранулированного стеклобоя с порообразователем может иметь сферическую или яйцевидную формы. По второму варианту способа формование сырцовых изделий ведут методом полусухого прессования. Технический результат: расширение арсенала технических средств для производства малоусадочных стеновых керамических изделий, обладающих пониженным коэффициентом теплопроводности с сохранением или улучшением физико-механических характеристик. 2 н. и 3 з.п.ф-лы, 4 табл.
в качестве порообразователя используют карбонаты кальция или магния или их смесь, его количество в гранулах составляет 1÷6 мас.% стеклобоя, а количество гидрофобизатора - 1÷10 мас.% стеклобоя.
в качестве порообразователя используют карбонаты кальция или магния, или их смесь, его количество в гранулах составляет 1÷6 мас.% стеклобоя, а количество гидрофобизатора - 1÷10 мас.% стеклобоя.
| МАССА ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО КРУПНОРАЗМЕРНОЙ | 1989 |
|
RU1780276C |
