КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2010 года по МПК C04B33/132 

Изобретение относится к составам керамических масс для изготовления стеновых материалов, преимущественно кирпича, и может быть использовано в промышленности строительных материалов.

Известна керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину (в мас.%) - 93,5-97,5 и кварцевый песок, термообработанный при 500-900°С - 2,5-6,5 (а.с. №814962). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе имеют высокое водопоглощение (21-22%) и обладают незначительной прочностью - 19-25 МПа. Кроме того, термическая обработка кварцевого песка требует дополнительных энергетических затрат и обуславливает увеличение себестоимости изделий.

Другая керамическая масса (а.с. №1054324), содержащая 70-80% глины и 20-30% отходов дробления кристаллических сланцев фракции менее 0,63 мм не позволяет получить керамические материалы высокой прочности (R_сж - 25-27 МПа).

Наиболее близким аналогом к предлагаемой является масса для изготовления керамических стеновых материалов, включающая глину (в мас.%) - 72-90; отсев ортофира фракций менее 2,0 мм - 10-28 (а.с. 881066). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе после обжига имеют незначительную прочность при сжатии (24-26 МПа) и высокое водопоглощение 18-19%.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочности и уменьшение водопоглощения керамических стеновых материалов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину и наполнитель, отличается тем, что в качестве наполнителя она содержит отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм при следующем соотношении компонентов массы, мас.%: глина - 65-90, отсев цеолитсодержащей породы - 10-35.

Отсев цеолитсодержащей породы представляет собой тонкоизмельченный порошок красно-коричневого цвета, полученный в результате дробления и измельчения горной породы при получении мелкофракционной дорожной засыпки. Объемная масса - 960 кг/м³, плотность - 2720 кг/м³. Огнеупорность - 1180°С. В минералогический состав входят клиноптилолит, ортоклаз, альбит, кварцит, гетит и монтмориллонит. Химический состав отсева цеолитсодержащей породы приведен в таблице 1.

Таблица 1 SiO₂ Аl₂O₃ Fe₂O₃ СаО MgO R₂O п.п.п. 61,16 11,64 4,82 5,45 1,92 4,88 9,86

В качестве глинистой породы принята шеминская гидрослюдистая глина с химическим составом, включающим, мас.%: SiO₂ 61,22, Аl₂О₃ 16,24, Fe₂O₃ 7,68, TiO₂ 0,97, СаО 0,60, MgO 2,58, К₂O 2,16, Na₂O 1,55, п.п.п.6,65. Температура огнеупорности глины 1200°С. Глина является основным компонентом, обеспечивающим пластичность и спекание керамической массы.

Из научной и технической литературы, а также из известного перечня информации заявителем не обнаружены технические решения с применением отсева пород с малым содержанием цеолита (в пределах 10-12%) при значительном присутствии полевых шпатов (55-60%) или с аналогичными наполнителями подобного химического состава.

Химическое взаимодействие основных элементов (клиноптилолита и ортоклаза) отсева цеолитсодержащей породы при указанной совокупности оксидов с продуктами разложения глинных минералов обуславливает более раннее протекание реакции в твердой фазе с образованием соединений типа шпинелей и формированием большого количества жидкой фазы за счет взаимодействия оксидов щелочных и щелочно-земельных элементов с оксидами железа, кремнезема и глинозема. Поскольку жидкая фаза практически является цементирующим веществом, то образование ее в большем количестве, чем в известных составах при пониженных температурах обжига, обуславливает получение искусственного камня более плотной структуры, что снижает водопоглощение и повышает прочность изделий.

Таким образом, совокупность предлагаемых признаков, по мнению заявителя, отвечает критерию «существенных отличий», приобретает новые свойства, заключающиеся в получении искусственного камня более плотной структуры, обуславливающей прочность и низкое водопоглощение материала.

Пример конкретного выполнения

Керамические массы готовились согласно известной методике (Книгина Г.И., Вершинина З.Н., Тацки Л.Н. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей. - М.: Высшая школа, 1977. - 208 с). Высушенные сырьевые материалы подвергались помолу до зерен 0,63 мм. Смесь в необходимых соотношениях тщательно смешивались всухую. С добавлением воды приготовили массы с требуемой формовочной влажностью. Образцы-цилиндрики размерами h=d=40 мм отформовались пластическим способом. Высушенные при 100-105°С образцы обжигались при температуре 1050°С с изотермической выдержкой 2 часа. Определение водопоглощения и предела прочности при сжатии образцов проводились согласно ГОСТ 13449-82 и 473.6-81. Шихтовой состав масс приведен в табл.2.

Таблица 2 Компоненты Составы I II III IV V VI Глина 95 90 80 70 65 60 Отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 5 10 20 30 35 40

Результаты испытаний приведены в табл.3.

Таблица 3 Номера составов Предел прочности при сжатии, МПа Водопоглощение, % I 27,1 17,6 II 29,8 16,4 III 34,9 13,5 IV 40,2 10,7 V 43,4 8,8 VI 46,7 7,6 прототип 24-26 18-19

Результаты испытаний показали эффективность введения отсева цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм в количестве 10-35% по сравнению с прототипом и отходами дробления кварцитов. При добавке 5% предлагаемого отсева существенного роста прочности не наблюдается. При увеличении содержания вводимой добавки более 35% водопоглощение образцов снижается ниже требований ГОСТа (не менее 8%). По сравнению с прототипом прочность полученных образцов из предлагаемой массы больше на 40-60% и снижается водопоглощение. В результате спекания указанной керамической массы кристаллизуются новообразования, такие как железистые шпинели, анортит и муллитоподобная фаза.

Применение предлагаемой керамической массы позволяет следующее.

1. Получить стеновые керамические изделия с повышенной прочностью и малым водопоглощением.

2. Снизить энергетические затраты на подготовку сырья за счет использования готовой тонкоизмельченной добавки.

3. Утилизировать отходы камнедробления.

4. Благодаря утилизации отходов предотвращается загрязнение окружающей среды.

Керамическая масса относится к составам керамических масс для изготовления стеновых материалов, преимущественно кирпича, и может быть использована в промышленности строительных материалов. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и уменьшение водопоглощения изделий. Керамическая масса для изготовления стеновых материалов включает глину и отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм, характеризующийся объемной массой 960 кг/м³, плотностью 2720 кг/м³, огнеупорностью 1180°С, минералогическим составом, включающим клиноптилолит, ортоклаз, кварц, глинистые минералы и железистые соединения, химическим составом, включающим, мас.%: SiO₂ - 61,16; Аl₂O₃ - 11,64; Fе₂O₃ - 4,82; CaO - 5,45; MgO - 1,92; R₂O - 4,88; п.п.п. 9,86, при следующем соотношении компонентов массы, мас.%: глина - 65-90; отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм - 10-35. 3 табл.

Керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм, характеризующийся объемной массой 960 кг/м³, плотностью 2720 кг/м³, огнеупорностью 1180°С, минералогическим составом, включающим клиноптилолит, ортоклаз, кварц, глинистые минералы и железистые соединения, химическим составом, включающим мас.%: SiO₂ - 61,16; Аl₂O₃ - 11,64; Fе₂О₃ - 4,82; CaO - 5,45; MgO - 1,92; R₂O - 4,88; п.п.п. 9,86 при следующем соотношении компонентов массы, мас.%:
глина 65-90 отсев цеолитсодержащей породы   фракции менее 0,31 мм 10-35