КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА Российский патент 2007 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности стеновым керамическим изделиям, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней.

Основным сырьем для производства стеновой керамики является легкоплавкое глинистое сырье, однако черепок на его основе обладает повышенной средней плотностью 1,7-2,1 г/см³ и соответственно повышенной теплопроводностью 0,7 - 0,9 Вт/(м·К).

Известны способы изготовления стеновых керамических изделий на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок. Однако в силу того, что кремнистые породы являются камневидным сырьем, они обладают даже в измельченном виде малой пластичностью, связующей способностью и, как следствие, плохими формовочными свойствами при пластическом способе формования. Но в силу их высокой пористости керамический черепок на их основе имеет невысокую среднюю плотность 1,25-1,55 г/см³. Для улучшения формовочных свойств вводят большое количество глинистого компонента. Однако это приводит к увеличению средней плотности керамического черепка и изделия в целом.

Известна керамическая масса для получения керамического кирпича (см. А.С. СССР 800161) на основе одной из разновидностей кремнистых опал-кристобалитовых пород (диатомит, трепел, опока) 66-72%, отходов производства хлористого кальция 6-12% и подмыльного щелока 20-24%.

Недостатком этой массы является использование хлористого кальция, который вызывает быструю коррозию металлических поверхностей технологического оборудования на стадии подготовки массы и прессования изделий, а на стадии обжига часть хлора улетучивается, что вызывает высокую агрессивность дымовых газов. Кроме того, в силу высокой растворимости хлорного кальция и его повышенного содержания в керамической массе на гранях изделий образуются высолы и оплавление поверхности.

Наиболее близким техническим решением является керамическая масса на основе кремнистых пород (опок) с незначительным количеством легкоплавких примесей (В.Н.Иваненко. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. Будевельник, Киев, 1978, стр.10, 22-23).

Недостатком известной массы является повышенная температура обжига (до 1300°С), пониженная степень спекаемости, невысокие показатели по прочности, относительно высокое давление прессования, тонкое измельчение пресс-порошка.

Задачей настоящего изобретения является получение стеновых керамических изделий на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок, пониженной средней плотности, измельченной до крупности 0,315-2,5 мм. Учитывая неудовлетворительные формовочные свойства опок при пластическом способе формования, изделия получают полусухим способом. Помимо воды затворения пресс-порошок на основе опок включает поверхностно-активное вещество и, в частности, суперпластификатор С-3.

Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, измельченную до крупности 0,315-2,5 мм, дополнительно содержит в составе в качестве поверхностно-активного вещества суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанная опока 80-90Суперпластификатор С-3 0,2-2,0Вода Остальное

Введение С-3 позволяет в значительной степени снизить внутреннее и внешнее трение при прессовании и, как следствие, достичь максимальной равноплотности керамического черепка, что, в свою очередь, значительно повышает прочность как свежеотформованных изделий, так и обожженных.

Измельченная до крупности 0,315-2,5 мм опока дает удешевление технологического процесса, уменьшение усадочных деформаций, позволяет повысить прессуемость массы.

Характеристики исходных материалов

1. Опока

Опоки - легкие плотные тонкопористые породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность их составляет 1100-1600 кг/м³, пористость достигает 55% (обычно 30-40%).

Опоки - это не чистые силициты, а многокомпонентные системы. Постоянной составляющей их наряду с аморфным кремнеземом являются глинистые минералы, содержавшиеся в том или ином количестве. В качестве примеси могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают 0,01 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разности кремнистых пород - глинистые, песчанистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обусловливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Усредненный химический состав опок приведен в таблице 1.

Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород, наибольшим распространением среди которых пользуются опоки. На территории России опоки широко встречаются в районах Поволжья и Дона, Западной Сибири, на юге России, в центральных и западных областях Европейской части России, Ленинградской области, Дальнем Востоке, Кольском полуострове, на Камчатке.

2. Суперпластификатор С-3 (ТУ 6-36-020429-635) получают на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Жидкость или водорастворимый порошок (нами использовался порошок) не выделяет при хранении вредных газов и паров. Водные растворы С-3 не изменяют свойств при нагревании до 85°С, пожаро- и взрывобезопасны.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс были изготовлены стандартные образцы кирпича полнотелого размером 250×120×65 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов. В качестве сырья были использованы глинисто-карбонатные опоки Журавского месторождения. Зерновой состав измельченных проб опок и влияние степени измельчения опок и формовочной влажности на среднюю плотность и прочность при сжатии приведены в таблицах 2 и 3.

Образцы изготовлялись следующим образом.

Предварительно опока подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке (пропускалась один-три раза) до максимальной крупности 2,5-0,315 мм, после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек. Затем отдозированное ПАВ растворялось в воде, и данным раствором равномерно увлажнялась измельченная опока. Приготовленный пресс-порошок вылеживался в герметичных емкостях 6-12 часов, после чего снова просеивался через сита 2,5 мм. Подготовленный пресс-порошок поступал на прессование. Удельное давление прессования составляло 200 кгс/см². После подсушки изделия обжигались с выдержкой при максимальной температуре 1000°С 2 часа.

Изобретение применимо при производстве стеновой керамики. Средняя плотность пустотелых изделий при сохранении требований ГОСТ 530-95 может достигать 800 кг/м³.

Таблица 1
Усредненный химический состав опокПородаП. п.пSiO₂AI₂O₃Fe₂O₃+FeOCaOMgOSO₃ общ.К₂ONa₂OSiO₂ раст-й в 5% КОНОпоки1,7-17,662,3-89,83,2-16,51,0-7,60,1-22.80,03-5,60,0-0,550,6-3,080,02-1,7912,0-76,0

Таблица 2

Влияние степени измельчения опок и формовочной влажности на среднюю плотность и прочность при сжатии

Шифр зернового составаСодержание пластификатора С-3Формовочная влажность, %Средняя прочность, г/см³Предел прочности при сжатии, кгс/см²I0.5121,2178,3181,3499,0II0.5121,2291,1181,36149,5III0.5121,22137,7181,37220,1IV0.5121,24195,9181,41377,0

Таблица 3
Зерновой состав измельченных проб опокГруппа порошкаСодержание фракций, мм, в %2,5-1,251,25-0,630,63-0,3150,315-0,140,14-0,071Менее 0,071I12,7-13,810,5-12,914,8-16,313,6-15,120,6-22,321,6-27,8II-14,3-17,915,4-17,016,5-19,421,0-24,226,5-32,8III--18,1-21,823,5-27,023,9-26,428.8-34,5IV---27,0-31,130,1-33,242,9-49,7

Таблица 4

Составы и свойства изделий

№Состав предлагаемыйФизико-механические характеристикиОпока, %Суперпластификатор С-3, %Вода, %R_сж, кгс/см²Плотность, г/см³Коэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м·К)1780,121,9180,61,290,512800,219,8365,31,390,593851,014,0370,21,480,624902,08,0192,01,310,565922,55,570,41,250,47Состав известный180,2-92-8,0-19,890-1601,31-1,430,60

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности стеновым керамическим изделиям, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней. Техническим результатом изобретения является получение стеновых керамических изделий пониженной средней плотностью. Указанный результат изобретения достигается тем, что керамическая масса, включающая опоку, дополнительно содержит в составе в качестве поверхностно-активного вещества суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: опока 80-90; суперпластификатор С-3 0,2-2,0; вода остальное. 4 табл.

Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, отличающаяся тем, что используется опока, измельченная до крупности 0,315-2,5 мм, и масса дополнительно содержит в составе в качестве поверхностно-активного вещества суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанная опока80-90Суперпластификатор С-30,2-2,0Водаостальное