Способ изготовления строительной керамики на основе природного песка и керамическое изделие

 

Изобретение относится к изготовлению керамических строительных изделий - облицовочного и строительного кирпича и плиток. Сущность изобретения: сырьевая смесь содержит, мас.%: молотый песок 30 - 60, вяжущее вещество, в качестве которого используют известково-натриевый полевой шпат, или доусенит, или нефелин в сочетании с боратом или галогенидом натрия при их соотношении 0,5:1,5 - 1:1 5 - 10, наполнитель 3 - 15, немолотый кварцевый песок - остальное. Часть песка и вяжущее вещество подвергают тонкому помолу, смешивают с немолотым песком, увлажняют в зависимости от соотношения фракций песка до 7 - 10%, брикетируют на поддонах при давлении 7 - 15 МПа, сушат при 250 - 300^oC в течение 70 мин, обжигают при 900 - 1000°С в течение 90 мин. Изобретение позволяет достигать высокой гомогенизации сырьевой смеси при следующих физико-химических показателях изделий: влагопоглощение 2 - 8%, морозостойкость 65 - 150 циклов, предел прочности на сжатие 69 - 111 МПа, предел прочности на изгиб 23 - 42 МПа, износостойкость 0,1 - 0,32 г/см², химическая устойчивость 98,32 - 99,51%, теплопроводность 0,59 - 0,7 Вт/мК. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к классу керамических строительных материалов и может быть использовано при производстве стеновых изделий, в частности облицовочного и строительного кирпича, плиток широкого использования, тротуарных и химически устойчивых плит.

При производстве новых строительных материалов определяющими критериями становятся низкая энергоемкость, простота аппаратурного оформления, доступность сырьевых материалов и экологическая чистота производства материалов. Поставленная задача частично решена в (1 - 3), где в качестве вяжущего вещества используется кремнеземистая суспензия, разбавленное жидкое стекло (0,1% водный раствор) и смесь жидкого стекла с едким натром. Использование кремнеземистой суспензии сопряжено с мокрым помолом SiO₂ в слабом щелочном растворе (pH ≈ 8,5), что снижает эффективность технологии и не позволяет достигать в изделиях высоких физико-механических свойств. В [2] достигнуты относительно высокие физико-механические свойства в связи с тем, что в сырьевую массу дополнительно, на ряду с разбавленным жидким стеклом вводят фторид натрия и Al₂O₃. В [3] в качестве вяжущего вещества используется едкий натр в сочетании с жидким стеклом. В сырьевую массу наряду с песком в качестве наполнителя вводят CaO, концентрация которого меняется в пределах 5 - 10 весовых процентов. Достигнуты высокие физико-механические свойства в строительной керамике (кирпич) σ сжатия ≈ 50 - 120 МПа, σ изгиба ≈ 25 - 70 МПа.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ изготовления керамических изделий [3] (блоков, плит, кирпича), включающий приготовление сырьевой смеси путем смешивания исходных компонентов: кварцевый песок 70 - 85 мас.%, оксид кальция 5 - 10 мас.%, едкий натр 5 - 10 мас.% и жидкое стекло с удельным весом 1,3 - 1,35 г/см³ 5 - 10 мас.%.

Недостатком [3] является неудовлетворительная гомогенизация сырьевой массы в присутствии жидкого стекла, что приводит к неоднозначности полученных физико-механических и химических свойств.

Задачей изобретения является достижение высокой гомогенизации сырьевой массы при производстве строительной керамики.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от [3] сырьевая масса состоит в основном из природного песка, содержание которого может достигнуть до 95 мас. %. В зависимости от функционального назначения керамики в массу вводятся наполнители: стеклобой любой марки, перлит, абсидан, отходы черной и цветной металлургии, двухкальциевый силикат, доломит, полевой шпат, продукты сжигания производственного мусора. Гомогенизация сырьевой массы достигается при совместном помоле компонентов в вибромельнице. Увлажнение проводится водой, после чего масса пропускается через двухвальный шнековый смеситель непрерывного действия. Сырьевая смесь содержит в качестве вяжущего вещества известково-натриевый полевой шпат, или доусенит, или нефелин в сочетании с боратом или галогенидом натрия при их соотношении от 0,5 : 1,5 до 1 : 1. Взаимодействие указанных соединений при температуре ≈ 250^oC создают щелочную среду с pH 8 - 10, которая способствует при взаимодействии с природным песком формированию кремниевых кислот, что в свою очередь придает изделию высокие физико-механические свойства. Керамические изделия отличаются тем, что сырьевая смесь дополнительно содержит пигмент в количестве от 0,1 до 5% сверх 100% от массы сырьевой смеси, что химическая устойчивость изделия составляет 98,32 - 99,51%, что изделие обладает высокой морозостойкостью 65 - 150 циклов при водопоглощении 2,5 - 8%, при этом механические свойства, σ_сж составляет 69 - 110 МПа, σ_изг ≈ 20 - 42 МПа, а износостойкость меняется в пределах от 0,1 до 0,32 г/см².

Способ изготовления строительной керамики включает следующие технологические этапы: просев исходных компонентов через вибросито, измельчение части кварцевого песка вибромельницей, перемешивание исходных компонентов в смесителе принудительного действия, увлажнение смеси, брикетирование, сушку и обжиг.

Способ приготовления кирпичей, плиток широкого использования, тротуарных и химически устойчивых плит отличается тем, что производится совместный помол вяжущей композиции и части песка после вибросита, достижения удельной поверхности смеси 4000 - 7000 см²/г, перемешивания в соответствующих мас.% молотой смеси с немолотым песком (размером частиц не более 3 мм) и наполнителем. Сырьевая масса увлажняется водой в мешалке принудительного действия, масса брикетируется при удельных давлениях 7 - 15 МПа. Влажность брикетов составляет 7 - 10%. Отформованные заготовки сушатся при температуре 250 - 300^oC в течение 75 мин, далее обжигаются при температуре 900 - 1000^oC в течение 90 мин.

Состав сырьевой массы, мас.%: Молотый песок - 30 - 60 Вяжущее вещество - 5 - 10 Наполнитель - 3 - 15 Немолотый песок - остальное дополнительно сверхстехиометрии в сырьевую массу вводится пигмент в концентрационном интервале 0,1 - 5 мас.%. В качестве пигментов используются оксиды, карбонаты, щавелевокислые соединения меди, кобальта, марганца и никеля, а также отходы цветной металлургии.

Вяжущее вещество состоит из смеси следующих компонентов: известково-натриевый полевой шпат и галогенид натрия в соотношении 1 : 1, нефелин и борид натрия в соотношении 0,5 : 1,5; доусенит и галогенид натрия в соотношении 0,8 : 1,2.

Конкретные примеры приведены в таблицах 1 и 2. В таблице 1 приведены составы сырьевых масс и вяжущих веществ (I, II, III). В таблице 2 приведены результаты испытаний физических свойств, морозостойкости, влагопоглощения кирпичей и плиток, а также коэффициенты износа и химическая устойчивость изделий.

Химическая устойчивость изделий определяется по потере веса образца при исследовании кинетики взаимодействия с агрессивными средами, в частности с разбавленными и концентрированными кислотами.

Источники информации, принятые во внимание: 1. Трубицин М.А., Немец И.И. и др. Производство безобжиговых материалов на основе кремнеземистых вяжущих суспензий. Строительные материалы, п. 1, 1993, стр. 5.

2. Айвазов М. И., Щукина З.А. и др. Патент СССР C 04 B 35/14, 1790567, 23.01.93 г.

3. Айвазов М. И. , Крифукс О.В. и др. Патент РФ C 04 B 35/00, 35/14, 2064910, 10.08.96 г.

Формула изобретения

1. Керамическое изделие, преимущественно кирпич облицовочный, плитки широкого использования и тротуарные плиты, выполненное из сырьевой смеси, включающей кварцевый песок, вяжущее вещество и наполнитель, отличающееся тем, что сырьевая смесь содержит в качестве вяжущего вещества известково-натриевый полевой шпат, или доусенит, или нефелин в сочетании с боратом или галогенидом натрия при их соотношении 0,5 : 1,5 - 1 : 1 и следующем соотношении компонентов смеси, мас.%: Молотый песок - 30 - 60 Вяжущее вещество - 5 - 10
Наполнитель - 3 - 15
Немолотый кварцевый песок - Остальное
2. Керамическое изделие по п.1, отличающееся тем, что сырьевая смесь дополнительно содержит пигмент в количестве 0,1 - 5,0% сверх 100% от массы сырьевой смеси.

3. Керамическое изделие по п.1 или 2, отличающееся тем, что химическая устойчивость изделия 98,32 - 99,51%.

4. Керамическое изделие по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что изделие обладает высокой морозостойкостью: 65 - 150 циклов при водопоглощении 2,5 - 8,0%.

5. Керамическое изделие по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что изделие обладает высокими механическими свойствами, σ_сж составляет 69 - 110 МПа, σ_изг составляет 20 - 42 МПа, при этом износостойкость меняется от 0,1 до 0,32 г/см².

6. Способ изготовления керамических изделий, преимущественно кирпича облицовочного, плиток широкого использования и тротуарных плит, включающий приготовления сырьевой смеси путем измельчения кварцевого песка и перемешивания компонентов сырьевой смеси, содержащей кварцевый песок, вяжущее вещество и наполнитель, увлажнение смеси, прессование заготовок при давлении 7 - 15 МПа, сушку при 250 - 300^oС и обжиг при 900 - 1000^oС, отличающийся тем, что перед измельчением к части кварцевого песка добавляют вяжущее вещество - известково-натриевый полевой шпат, или доусенит, или нефелин в сочетании с боратом или галогенидом натрия при их соотношении от 0,5 : 1,5 до 1 : 1, проводят совместное измельчение кварцевого песка и вяжущего вещества до удельной поверхности 4000 - 7000 см²/г при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:
Молотый кварцевый песок - 30 - 60
Вяжущее вещество - 5 - 10
Наполнитель - 3 - 15
Немолотый кварцевый песок - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2