Сырьевая смесь для изготовления золокерамических изделий
Владельцы патента RU 2532933:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) (RU)
Изобретение относится к сырьевой смеси для изготовления золокерамических изделий. Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических характеристик и снижение температуры обжига изделий. Сырьевая смесь для изготовления строительных золокерамических изделий содержит золу ТЭС, глину, жидкое стекло и углеродную сажу при следующем соотношении компонентов, мас. %: зола ТЭС - 50,0-60,0; глина - 32,0-45,5; жидкое стекло - 4,0-6,0; углеродная сажа - 0,5-2,0. 1 табл.
Изобретение относится к составам сырьевой смеси для производства строительных золокерамических изделий, например золокерамических кирпичей или крупноформатных камней, которые могут быть использованы для возведения несущих стен и перегородок промышленных и жилых зданий.
Из уровня техники известна шихта для изготовления кирпича (1. RU патент №2183208, опубликовано 10.06.2002, МПК7 C04B 33/00, C04B 38/06), содержащая следующие компоненты, масс.%: зола ТЭЦ, измельченный бой кирпича или измельченный отвальный шлак 0,5-10,0, опилки и/или уголь с крупностью частиц не более 5 мм 0,5-15,0, гранулированный доменный шлак 0,1-6,9, глина и/или суглинок - остальное. Кирпич, изготовленный по традиционной технологии и по составу, указанному в (1), имеет максимальную прочность при сжатии 39 МПа и максимальную прочность при изгибе 5,0 МПа - см. таблицу 2 в (1). Недостатком известного технического решения (1) является получение из заявляемой смеси кирпича с низким пределом прочности при сжатии и при изгибе. Кроме того, шихта для кирпича по (1) содержит глины или суглинки более 80%, а золы ТЭЦ около 10% - таблица 1 в (1), что не позволяет в больших объемах утилизировать отходы производства.
Из уровня техники известна сырьевая смесь (2. RU патент №2304123, опубликовано 10.08.2007, МПК C04B 33/135), содержащая следующие компоненты, масс.%: зола ТЭС 50-60; каустический магнезит 5-7, глина 30-40, керамический бой 3-5. Известная сырьевая смесь (2) содержит в большом количестве золу ТЭС до 60% и глину до 40%, при этом изделия, изготовленные по (2), имеют прочность при сжатии 40-50 МПа. Недостатком является низкая прочность при сжатии изделий, изготовленных по составам, представленным в таблице аналога (2).
Из уровня техники известна сырьевая смесь для строительной керамики, которая взята за прототип (3. RU патент №2326852, опубликовано 20.06.2008, МПК C04B 33/138), включающая следующие компоненты, масс.%: зола ТЭС - 40,0-50,0; глина - 40,0-50,0; едкий натр - 2,0-4,0; молотый граншлак силикомарганца - 6,0-8,0. Сырьевая смесь (3) содержит в большом количестве золу ТЭС 40-50% и глину 40-50%, при этом изделия, изготовленные по составам, представленным в таблице прототипа (3), имеют показатели прочности при сжатии 45±5 МПа. Недостатком прототипа (3) являются низкие показатели прочности при сжатии изделий, полученных из сырьевой смеси (3). Кроме того, наличие в составе сырьевой смеси едкого натра, который является щелочью, требующей особых условий хранения и применения, ведет к значительному усложнению технологии производства керамических изделий. При этом для получения изделий с указанными прочностными характеристиками по составу прототипа (3) требуется температура обжига до 1000°C, что является энергозатратным.
Задачей и техническим результатом изобретения является улучшение физико-механических характеристик строительных золокерамических изделий при одновременном снижении температуры обжига при их производстве.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что заявляемая сырьевая смесь, как и прототип, содержит глину и золу ТЭС. В отличие от прототипа заявляемая сырьевая смесь дополнительно содержит углеродную сажу и жидкое стекло при следующем содержании входящих компонентов, масс.%:
глина 32,0-45,5
зола ТЭС 50,0-60,0
жидкое стекло 4,0-6,0
углеродная сажа 0,5-2,0
Из известного заявителю уровня техники не обнаружены сырьевые смеси для производства строительных золокерамических изделий, содержащие глину, золу ТЭС, жидкое стекло, углеродную сажу, при выше названном соотношении входящих компонентов, что позволяет сделать вывод о новизне заявляемого изобретения.
Из известного заявителю уровня техники не обнаружены сырьевые смеси для производства строительных золокерамических изделий, которые наряду с глиной и золой ТЭС дополнительно содержат углеродную сажу и жидкое стекло в заявляемых количествах. Углеродная сажа обладает повышенной теплотворной способностью, это позволяет при нагревании создать эффект локального разогрева, способствующий более равномерному и быстрому распределению тепла внутри обжигаемого изделия, что ведет к повышению прочностных характеристик изделия и снижению энергозатрат на обжиг. Жидкое стекло является плавнем, что способствует образованию большого количества первоначального расплава на начальных стадиях термообработки изделий, что также способствует снижению температуры обжига и повышению предела прочности при сжатии и изгибе, а также понижению водопоглощения и повышению морозостойкости золокерамических изделий, получаемых из заявляемой сырьевой смеси.
Заявляемое изобретение поясняется конкретными примерами выполнения.
При изготовлении золокерамических изделий из заявляемой смеси могут быть использованы любые глины или суглинки, отвечающие требованиям ГОСТ 9169-75 и ОСТ 21-78-88.
Зола ТЭС может быть текущего выхода из золошлаковых отвалов ТЭС со следующим химическим составом: масс.%: SiO2 - 55-68; Al2O3 - 10-25; Fe2O3 - 3-7; CaO - 3-8, MgO - 1-3; R2O - 1-2; TiO2 - 1-2; п.п.п. - остальное. Крупность частиц золы должна быть не более 0,35 мм
Жидкое стекло, используемое в сырьевой смеси, может быть натриевым или калиевым с плотностью 1,3-1,5 кг/м3.
Углеродная сажа должна быть крупностью не более 10 мкм.
Для изготовления золокерамических лабораторных образцов были использованы компоненты со следующими характеристиками:
Глина в соответствии с ГОСТ 9169-75 и ОСТ 21-78-88.
Зола с химическим составом: масс.%: SiO2 - 66,2; Al2O3 - 18,3; Fe2O3 - 4,6; CaO - 4,1, MgO - 1,8; R2O - 1,2; TiO2 - 1,4; п.п.п. - 2,4.
Натриевое жидкое стекло плотностью 1,5 кг/м3.
Углеродная сажа крупностью не более 10 мкм.
Для определения показателей предела прочности при сжатии и изгибе, водопоглощения и морозостойкости изделий, получаемых по заявляемому составу сырьевой смеси и сравнения этих показателей с показателями изделий, полученных по составу прототипа, были приготовлены традиционным способом полусухого прессования лабораторные образцы размерами 120×60×30 мм. Полученные образцы были испытаны, результаты испытаний показаны в таблице.
Изготовление золокерамических изделий из сырьевой смеси заявляемого состава осуществлялось традиционным способом полусухого прессования следующим образом. Предварительно подсушенную глину и золу дозировали и перемешивали в смесителе дезинтеграторного типа до получения однородной массы. После чего при постоянном перемешивании компонентов в смеситель вводили жидкое стекло. После чего в массу постепенно вводили углеродную сажу. Из полученной смеси, влажностью 9%, формовали образцы и обжигали их при температуре 850-900°C (температура менялась в зависимости от содержания углеродной сажи в составе).
Изготовление золокерамических изделий из сырьевой смеси по составу прототипа осуществлялось согласно описанию прототипа (3). Компоненты сырьевой смеси дозировали в требуемых количествах согласно таблице в описании (3). К молотому граншлаку силикомарганца добавляли едкий натр, смешивали и выдерживали полученную массу в течение 3 ч. Затем в нее добавляли золу ТЭС, глину и готовили сырьевую смесь. Из сырьевой смеси (влажностью 9%) формовали полусухим способом изделия, которые обжигали при температуре 950°C.
Полученные образцы были испытаны, их физико-механические характеристики представлены в таблице.
| Таблица | ||||||||
| Состав | Компоненты, масс.% | Физико-механические характеристики | ||||||
| Зола ТЭС | Глина | Жидкое стекло | Углеродная сажа | Предел прочности при изгибе, МПа | Предел прочности при сжатии, МПа | Водопоглощение, % | Морозостойкость, кол-во циклов | |
| 1 | 40,0 | 54,0 | 3,0 | 3,0 | 8 | 50 | 17 | 50 |
| 2 | 50,0 | 45,5 | 4,0 | 0,5 | 9 | 59 | 12 | 75 |
| 3 | 55,0 | 39,0 | 5,0 | 1,0 | 8 | 57 | 13 | 75 |
| 4 | 60,0 | 32,0 | 6,0 | 2,0 | 7 | 55 | 15 | 50 |
| 5 | 70,0 | 22,8 | 7,0 | 0,2 | 4 | 38 | 20 | 35 |
| Прототип | ||||||||
| Состав | Компоненты, масс.% | Физико-механические характеристики | ||||||
| Зола ТЭС | Глина | Едкий натр | Молотый граншлак силикомарганца | Предел прочности при изгибе, МПа | Предел прочности при сжатии, МПа | Водопоглощение, % | Морозостойкость, кол-во циклов | |
| 6 | 40,0 | 50,0 | 2,0 | 8,0 | 5 | 47 | 20 | 50 |
| 7 | 45,0 | 45,0 | 3,0 | 7,0 | 5 | 45 | 22 | 35 |
| 8 | 50,0 | 40,0 | 4,0 | 6,0 | 4 | 42 | 24 | 35 |
Из таблицы видно, что введение углеродной сажи в количестве 0,5-2,0 масс.% в совокупности с жидким стеклом (примеры 2, 3, 4 таблицы) способствует улучшению физико-механических характеристик изделий. Следует отметить, что введение сажи в больших количествах (пример 1 таблицы) приводит к снижению физико-механических характеристик золокерамических изделий. Прочность при сжатии изделий, полученных по составу заявляемого изобретения по сравнению с прототипом (3) повышается на 17-40%. Прочность при изгибе увеличивается в 1,5-2 раза. Также наблюдается значительное уменьшение водопоглощения изделий до 30% и значительное увеличение морозостойкости. При этом температура обжига золокерамических изделий из заявляемого состава сырьевой смеси ниже на 50-100°C по сравнению с прототипом.
Золокерамические изделия, полученные из сырьевой смеси заявляемого состава, включающего золу ТЭС до 60%, имеют высокие значения физико-механических характеристик, что позволяет их использовать для возведения несущих стен и перегородок промышленных и жилых зданий.
Сырьевая смесь для изготовления строительных золокерамических изделий, содержащая золу ТЭС, глину и жидкое стекло, отличающаяся тем, что дополнительно содержит углеродную сажу при следующем соотношении входящих компонентов, мас. %: зола ТЭС - 50,0-60,0; глина - 32,0-45,5; жидкое стекло - 4,0-6,0; углеродная сажа - 0,5-2,0.
