Керамическая масса Российский патент 2023 года по МПК C04B35/14 

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, и, в частности, к производству лицевого керамического кирпича. Основным сырьём для производства изделий стеновой керамики является легкоплавкое глинистое сырьё (глины, суглинки), однако керамический камень на его основе обладает повышенной средней плотностью – 1700-2100 кг/м³, что вызывает повышенную теплопроводность изделий.

Известны керамические массы на основе кремнистых опал-кристобалитовых – опок с различными видами добавок и легкоплавких примесей (В.Н. Иваненко. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. Будевильник, Киев, 1978 г.). Керамический камень на основе опок, в силу их высокой микропористости – 40-60%) имеет низкую плотность и соответственно теплопроводность в сухом состоянии. Однако в силу того, что опоки являются камневидным не размокаемым сырьём, они обладаю плохими формующими свойствами. Ввод пластичных глин приводит к снижению микропористости, повышению средней плотности и теплопроводности.

Наиболее близким техническим решением является керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельченную до зернового состава 0-0,315 – 0-2,5 мм, дополнительно содержащую в составе в качестве поверхностно-активного вещества суперпластификатор С-3, при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанная опока – 80-90, суперпластификатор С-3 – 0,2-2,0, вода – остальное (см. патент RU 2303020, C04B 35/14, опубликовано 20.07.2007, Бюл. № 20).

Недостатком известной массы является высокая пористость керамического камня на её основе, за счёт чего влага при дожде или повышенной влажности воздуха проникает в изделие в результате чего существенно увеличивается теплопроводность изделий, снижается морозостойкость, кроме того, на пористой поверхности со временем осаждается трудноудаляемая пыль и цвет изделий приобретает некрасивый серый оттенок. Увеличение степени спекания за счёт повышение температуры обжига приводит к снижению пористости и водопоглощению, но при этом существенно возрастает и теплопроводность, что не желательно.

Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельченную до зернового состава не более 2,5 мм, и поверхностно-активное вещество – суперпластификатор С-3 дополнительно содержит буру – десятиводный тетраборат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

– указанная опока – 65,0-82,6

– суперпластификатор С-3 – 0,8-1,2

– бура - десятиводный тетраборат натрия – 0,4-2,0

– вода – 16,2-31,8.

Технический результат заключается в повышении морозостойкости, снижении водопоглощения.

Изменяя зерновой состав измечённой опоки можно регулировать прочность изделий за счёт степени спекания, так как дисперсность частиц является одним из важнейших факторов, влияющих на степень спекания и в определённой мере формовочные свойства керамических масс на основе опок. Введение суперпластификатора С-3 позволяет в значительной степени снизить внешнее (между массой и стенками формы) и внутреннее трение (между частицами) при формовании и существенно улучшить формовочные свойства керамических масс на основе опок.

Введение в состав керамической массы буры (десятиводный тетраборат натрия) в водорастворимом состоянии в указанном количестве и преимущественно одно- двухсторонняя сушка изделий, которая приводит к миграции буры к лицевым поверхностным слоям изделий за счет её водорастворимости, в результате чего возрастает её процентное содержание и повышается спекаемость, при этом в поверхностных слоях существенно снижается водопоглощение – до 1-6 %, повышается морозостойкость изделий, а лицевые грани изделий приобретают полиструктурированную полублестящую или полуматовую привлекательную поверхность через которую вода не проникает в толщу изделий и с которой легко удаляются загрязнения.

Характеристики исходных материалов.

1. Опоки.

Лёгкие тонкопористые не размокающие в воде породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность их составляет 1100-1600 кг/м3, предел прочности при сжатии в сухом состоянии 5-20 МПа, пористость составляет 40-55 %. Помимо опалового кремнезёма постоянной составляющей опок являются глинистые минералы, содержавшиеся в том или ином количестве. В качестве примеси могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают размера 0,01 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разности кремнистых пород – глинистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обуславливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Усредненный химический состав опок приведен в таблице 1.

Таблица 1

Усредненный химический состав опок, % по массе

п.п.п. SiO2 общ.,
опал. Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
общ. К2О Na2O 2-22 51-88;
20-70 4-15 1-6 0,5-25 0,1-5 0,1-2 0,5-3 0,1-1,5

Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород – опок. На территории России они 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. Находят различное применение, в том числе и для облегчённой керамики, однако для получения лицевого керамического кирпича со спечённым лицевым слоем пока не используются.

2. Суперпластификатор С-3 (ТУ 2481-111-07511608-2012) получают на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Жидкость или водорастворимый порошок, не выделяет при хранении вредных газов и паров. Водные растворы С-3 не изменяют свойств при нагревании до 85°С, пожаро- и взрывобезопасны. Суперпластификатор С-3 является одной из специальных отечественных химических добавок для бетонов, производимой методом химического синтеза. Используют в производстве железобетонных, бетонных изделий и конструкций: плит, панелей перекрытий, массивных густоармированных конструкций, возведение монолитных строений, изготовления бетонных полов и покрытий, а также при производстве тротуарной плитки и малых архитектурных форм.

3. Бура техническая 5 или 10-водная (ГОСТ 8429-77), минерал состава Na₂B₄O₇ 10H₂O – декагидрат тетрабората натрия. Имеет две метастабильные модификации: β и γ. β-модификация является ромбической с температурой плавления 664^оС, γ-модификация — моноклинная с температурой плавления 710^оС. Растворимость в воде составляет 3,2г/100мл (при 25^оС) 10,5г/100мл (при 50^оС). Десятиводную соль Na₂B₄O₇ 10H₂O получают из природных минералов, например, буры или кернита, осуществляя их перекристаллизацию. Также для этой цели применяют химическое взаимодействие некоторых природных боратов (ашарита и улексита) с карбонатом или гидрокарбонатом натрия.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс в производственных условиях кирпичного завода ООО «Элитная строительная керамика» (г. Новочеркасск) были изготовлены стандартные образцы кирпича полнотелого размером 250 х 120 х 65 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов по технологии мягкого формования. В качестве сырья была использована опока Журавского месторождения Ростовской области. Зерновые составы измельчённой опоки и влияние зернового состава и формовочной влажности на плотность и предел прочности при сжатии образцов приведены в таблице 2.

Таблица 2

Зерновой состав измельчённой опоки

Группа
порошка Содержание фракций, мм, % по массе 2,5-1,25 1,25-0,63 0,63-0,315 0,315-0,16 0,16-0,08 < 0,08 I 12,7-13,8 10,5-12,9 14,8-16,3 13,6-15,1 20,6-22,3 21,6-27,8 II 14,3-17,9 15,4-17,0 16,5-19,4 21,0-24,2 26,5-32,8 III 18,1-21,8 23,5-27,0 23,9-26,4 28,8-34,5 IV 27,0-31,1 30,1-33,2 42,9-49,7

Образцы изготовлялись следующим образом. Предварительно опока подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке и дезинтеграторе (пропускалась один-два раза) после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек – 0,315-2,5 мм. Затем отдозированным суперпластификатором С-3 в жидком виде и отдозированным насыщенным раствором буры измельчённая опока равномерно увлажнялась до необходимой формовочной влажности в зависимости от выбранного способа формования изделий. Приготовленная масса вылеживалась в герметичных емкостях 6-12 часов и далее из неё формовались изделия. Формование изделий можно производить любым способом, но наибольший декоративный эффект лицевой поверхности достигается по технологии мягкого формования.

После формовки изделий с помощью распыления на одну постельную грань изделия, одну или две тычковые грани и одну ложковую грань наносится с водно-масляная эмульсия (или другое водонепроницаемое вещество – раствор парафина, акрила и др.) для исключения или снижения испарения влаги при сушке с этих граней изделий. После чего изделия укладываются для сушки на сушильные поддоны на постельную грань. Ввод буры в массу и данные мероприятия приводят к тому, что при сушке бура в виде водного раствора мигрирует к одной ложковой и одной тычковой грани изделия, концентрируясь в приповерхностных слоях толщиной 5-10 мм. После сушки в течения 48 часов изделия обжигались в течение 48 часов с выдержкой при максимальной температуре 1000°С 2 часа.

Свойства изделий на полученных составах приведены в таблице 3.

Таблица 3

Составы и свойства изделий

№ Составы предлагаемые Физико-механические характеристики Опока,
% по массе Супер-
пласти-фикатор С-3, % по массе Бура - десятиводный тетраборат натрия, % по массе Вода, % по массе Rсж, МПа Водопоглощение, % Плотность, кг/м³ Коэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м*К) Морозостойкость изделий, циклы Вид поверхности 1 85,0 0,8 0,2 14 18,6 14,2 1240 0,28 35 Гладкая, матовая, обычная, непривлекательная 2 82,6 0,8 0,4 16,2 23,4 6,3 1280 0,34 40 Полуматовая, полублестящая, привлекательная 3 73,8 1,0 1,2 24,0 48,5 1,12 1480 0,55 75 Полуматовая, полублестящая, полиструктурированная, привлекательная 4 65,0 1,2 2,0 31,8 38,7 2,4 1440 0,51 50 Полуматовая, полублестящая, полиструктурированная, привлекательная 5 60 1,3 2,2 36,5 35,6 2,9 1420 0,49 45 Блестящая,обычная, непривлекательная Патент RU 2303020 1 78-92 0,1-2,5 - 5,5-21,9 7,0-37,0 16,1-23,5 1250-1480 0,47-0,62 15-35 Гладкая, матовая,обычная, непривлекательная

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий и, в частности, к производству лицевого керамического кирпича. Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельченную до зернового состава не более 2,5 мм, и поверхностно-активное вещество – суперпластификатор С-3, дополнительно содержит буру – десятиводный тетраборат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная опока – 65,0-82,6, суперпластификатор С-3 – 0,8-1,2, бура - десятиводный тетраборат натрия – 0,4-2,0, вода – 16,2-31,8. Технический результат заключается в повышении морозостойкости, снижении водопоглощения. 3 табл., 1 пр.

Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельчённую до зернового состава не более 2,5 мм, поверхностно-активное вещество суперпластификатор С-3, отличающаяся тем, что масса дополнительно содержит буру – десятиводный тетраборат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

– указанная опока – 65,0-82,6

– суперпластификатор С-3 – 0,8-1,2

– бура - десятиводный тетраборат натрия – 0,4-2,0

– вода – 16,2-31,8.