Композиционная керамическая смесь
Владельцы патента RU 2720340:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве керамических строительных материалов, например, для кирпича. Керамическая смесь содержит кембрийскую глину, гранулированный шлак фракций 0,6-5 мм, стеклянные микросферы фракций 15-200 мкм и нефтезагрязненный грунт с содержанием нефтепродуктов до 14%, при следующем соотношении компонентов, мас. %: кембрийская глина 59,0-64,0; указанный гранулированный шлак 24,0-25,0; указанные стеклянные микросферы 6,0-7,0; указанный нефтезагрязненный грунт 6,0-9,0. Повышается предел прочности при сжатии и изгибе без увеличения средней плотности изделия, утилизация нефтезагрязненного грунта. 3 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано при производстве керамических строительных материалов, например, для кирпича.
Известна керамическая шихта для изготовления кирпича, содержащая, об. %: древесные опилки с размером частиц до 10 мм 4-8, гранулированный шлак металлургического производства 7-13, отходы производства минераловатных плит 4-8, суглинок и/или глина - остальное (RU №2052417, С04В 33/00, С04В 33/02, опубл. 20.01.1996).
Недостатками указанного состава являются высокая теплопроводность кирпича и недостаточно высокие значения прочности при сжатии и изгибе.
Наиболее близкой к предлагаемому составу является композиционная керамическая смесь для стеновых строительных изделий, содержащая, суглинок, керамзитовую глину, гранулированный шлак фракций 0,6-5 мм, содощелочной плав и стеклянные микросферы (стеклосферы) фракций 15-200 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. %: суглинок 43,6-45, керамзитовая глина 13,9-15,5, гранулированный шлак фракций 0,6-5 мм 21,3-23,3, содощелочной плав 16,6-17,4, стеклянные микросферы фракций 15-200 мкм 1,2-2,3. (RU №2668599, С04В 33/04, 33/132, опубл. 02.10.2018, бюл. №28).
Недостатками указанного состава являются недостаточно высокие значения предела прочности при сжатии и изгибе.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение предела прочности при сжатии и изгибе без увеличения средней плотности кирпича с одновременной утилизацией промышленных отходов.
Поставленная задача достигается тем, композиционная керамическая смесь, содержащая глинистое сырье, гранулированный шлак фракций 0,6-5 мм и стеклянные микросферы фракций 15-200 мкм, дополнительно содержит нефтезагрязненный грунт с содержанием нефтепродуктов до 14%, а в качестве глинистого сырья кембрийскую глину при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
| кембрийская глина | 59-64 |
| указанный гранулированный шлак | 24-25 |
| указанные стеклянные микросферы | 6-7 |
| указанный нефтезагрязненный грунт | 6-9 |
Технический результат заключается в повышении прочностных показателей керамического кирпича на основе кембрийской глины в сочетании с грунтом, загрязненным до 14% нефтепродуктами, стеклянными микросферами фракций 15-200 мкм и гранулированным шлаком фракций 0,6-5 мм без увеличения средней плотности кирпича.
Повышение предела прочности материала при сжатии и изгибе определяется присутствием нефтепродуктов в смеси, проявляющих восстановительные свойства при обжиге. В связи с этим более раннее появление жидкой фазы приводит к интенсивному спеканию матрицы и повышению прочности образцов. Стеклянные микросферы, благодаря своей поверхности, обеспечивают мелкопористую структуру кирпича, что не приводит к увеличению средней плотности изделия.
Пример конкретного выполнения
Изделия изготавливаются по общепринятой технологии производства керамического кирпича пластическим формованием с обжигом при температуре плюс 980°С. В качестве глинистого сырья для керамического кирпича используется легкоплавкая красножгущаяся кембрийская глина месторождения Красный Бор (см. таблицу 1).
В качестве отощителя используется гранулированный шлак. При выплавке чугуна и стали образуется около тонны гранулированного доменного шлака на каждую тонну металла. При быстром охлаждении (грануляции) в шлаке присутствует стекло, содержание которого достигает 80% по массе и более. В кристаллической составляющей присутствует геленит, монтичеллит, шпинель и другие силикаты, алюминаты и алюмосиликаты Са и Mg. Так, например, череповецкий гранулированный доменный шлак обладает аморфной структурой, содержит двухкальциевый силикат (2CaO-SiO2) и небольшое количество соединений железа и марганца.
Химический состав Череповецкого шлака представлен в таблице 2.
Стеклянные микросферы (стеклосферы) представляют собой сферические частицы, наполненные воздухом на основе натриевоборосиликатного стекла, состоящие из отдельных полых частиц сферической формы размером в пределах от 15 до 200 мкм. Производят по ТУ 5951-035-00204990-2010. Сочетание таких свойств как: сферическая форма, низкая плотность, высокая механическая прочность, термостабильность, с температурой плавления порядка 1100, способствует решению поставленной задачи. Стеклосферы вырабатывают из натриевоборосиликатного стекла следующего состава масс. %: Na2O - 25.5-28.2; SiO2 - 71.7-73.8; B2O - 3.8-4.4; Al2O3+Fe2O3 не более 0,4. Насыпная масса не более 0,36 г/см3; влажность (массовая доля) не более 0,8%, плавучесть (объемная доля) не менее 80%.
Грунт, загрязненный нефтепродуктами, образуется на объектах железнодорожного транспорта, на подъездных путях, при разгрузке и погрузке нефтепродуктов, в результате утечек технических масел, топлива от спецтехники, передвижного транспорта и содержит до 14% нефтепродуктов, состоящих в основном из мазута.
Образцы кирпича, отформованные вручную в формах размером 160×40×40 мм, сушили при температуре плюс 100°С до влажности 4-6% и обжигали при максимальной температуре плюс 980°С в электропечи с выдержкой не менее 1 часа. После обжига определялись следующие показатели образцов: средняя плотность, предел прочности при сжатии и при изгибе по ГОСТ 8462-85. Результаты представлены в таблице 3.
Анализ результатов, приведенных в таблице, свидетельствует о том, что введение в состав керамической массы грунта, загрязненного до 14% нефтепродуктами в сочетании со стеклянными микросферами приводит к более интенсивному образованию жидкой фазы в керамическом кирпиче, что способствует повышению прочности без увеличения средней плотности изделия в сравнении со значениями, достигаемыми прототипом.
Кроме того, при использовании грунта, загрязненного нефтепродуктами, наблюдается попутный эффект снижения усадки образцов при сушке, что приводит к оптимизации технологического процесса, а также происходит утилизация отходов в виде нефтезагрязненного грунта, относящегося к 4 классу опасности.
Композиционная керамическая смесь, содержащая глинистое сырье, гранулированный шлак фракций 0,6-5 мм и стеклянные микросферы фракций 15-200 мкм, отличающаяся тем, что дополнительно содержит нефтезагрязненный грунт с содержанием нефтепродуктов до 14%, а в качестве глинистого сырья - кембрийскую глину при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
| кембрийская глина | 59-64 |
| указанный гранулированный шлак | 24-25 |
| указанные стеклянные микросферы | 6-7 |
| указанный нефтезагрязненный грунт | 6-9 |
