Керамическая масса

Керамическая масса

Реферат

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности стеновым керамическим изделиям, и может быть использовано при производстве керамического кирпича и камней.

Основным сырьем для производства стеновой керамики является легкоплавкое глинистое сырье, однако черепок на его основе обладает повышенной средней плотностью 1,7-2,1 г/см³ и соответственно повышенной теплопроводностью 0,7 - 0,9 Вт/(м·К).

Известны способы изготовления стеновых керамических изделий на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок. Однако в силу того, что кремнистые породы являются камневидным сырьем, они обладают даже в измельченном виде малой пластичностью, связующей способностью и, как следствие, плохими формовочными свойствами при пластическом способе формования. Но в силу их высокой пористости керамический черепок на их основе имеет невысокую среднюю плотность 1,25-1,55 г/см³. Для улучшения формовочных свойств вводят большое количество глинистого компонента. Однако это приводит к увеличению средней плотности керамического черепка и изделия в целом.

Известна керамическая масса для получения керамического кирпича (см. А.С. СССР 800161) на основе одной из разновидностей кремнистых опал-кристобалитовых пород (диатомит, трепел, опока) 66-72%, отходов производства хлористого кальция 6-12% и подмыльного щелока 20-24%.

Недостатком этой массы является использование хлористого кальция, который вызывает быструю коррозию металлических поверхностей технологического оборудования на стадии подготовки массы и прессования изделий, а на стадии обжига часть хлора улетучивается, что вызывает высокую агрессивность дымовых газов. Кроме того, в силу высокой растворимости хлорного кальция и его повышенного содержания в керамической массе на гранях изделий образуются высолы и оплавление поверхности.

Наиболее близким техническим решением является керамическая масса на основе кремнистых пород (опок) с незначительным количеством легкоплавких примесей (В.Н.Иваненко. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. Будевельник, Киев, 1978, стр.10, 22-23).

Недостатком известной массы является повышенная температура обжига (до 1300°С), пониженная степень спекаемости, невысокие показатели по прочности, относительно высокое давление прессования, тонкое измельчение пресс-порошка.

Задачей настоящего изобретения является получение стеновых керамических изделий на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок, пониженной средней плотности, измельченной до крупности 0,315-2,5 мм. Учитывая неудовлетворительные формовочные свойства опок при пластическом способе формования, изделия получают полусухим способом. Помимо воды затворения пресс-порошок на основе опок включает поверхностно-активное вещество и, в частности, суперпластификатор С-3.

Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, измельченную до крупности 0,315-2,5 мм, дополнительно содержит 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

Введение С-3 позволяет в значительной степени снизить внутреннее и внешнее трение при прессовании и, как следствие, достичь максимальной равноплотности керамического черепка, что, в свою очередь, значительно повышает прочность как свежеотформованных изделий, так и обожженных.

Измельченная до крупности 0,315-2,5 мм опока дает удешевление технологического процесса, уменьшение усадочных деформаций, позволяет повысить прессуемость массы.

Характеристики исходных материалов

1. Опока

Опоки - легкие плотные тонкопористые породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность их составляет 1100-1600 кг/м³, пористость достигает 55% (обычно 30-40%).

Опоки - это не чистые силициты, а многокомпонентные системы. Постоянной составляющей их наряду с аморфным кремнеземом являются глинистые минералы, содержавшиеся в том или ином количестве. В качестве примеси могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают 0,01 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разности кремнистых пород - глинистые, песчанистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обусловливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Усредненный химический состав опок приведен в таблице 1.

Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород, наибольшим распространением среди которых пользуются опоки. На территории России опоки 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.

2. Суперпластификатор С-3 (ТУ 6-36-020429-635) получают на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Жидкость или водорастворимый порошок (нами использовался порошок) не выделяет при хранении вредных газов и паров. Водные растворы С-3 не изменяют свойств при нагревании до 85°С, пожаро- и взрывобезопасны.

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс были изготовлены стандартные образцы кирпича полнотелого размером 250×120×65 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов. В качестве сырья были использованы глинисто-карбонатные опоки Журавского месторождения. Зерновой состав измельченных проб опок и влияние степени измельчения опок и формовочной влажности на среднюю плотность и прочность при сжатии приведены в таблицах 2 и 3.

Образцы изготовлялись следующим образом.

Предварительно опока подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке (пропускалась один-три раза) до максимальной крупности 2,5-0,315 мм, после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек. Затем отдозированное ПАВ растворялось в воде, и данным раствором равномерно увлажнялась измельченная опока. Приготовленный пресс-порошок вылеживался в герметичных емкостях 6-12 часов, после чего снова просеивался через сита 2,5 мм. Подготовленный пресс-порошок поступал на прессование. Удельное давление прессования составляло 200 кгс/см². После подсушки изделия обжигались с выдержкой при максимальной температуре 1000°С 2 часа.

Изобретение применимо при производстве стеновой керамики. Средняя плотность пустотелых изделий при сохранении требований ГОСТ 530-95 может достигать 800 кг/м³.

Таблица 1Усредненный химический состав опок
Порода	П. п.п	SiO2	AI2O3	Fe2O3+FeO	CaO	MgO	SO3 общ.	К2O	Na2O	SiO2 раст-й в 5% КОН
Опоки	1,7-17,6	62,3-89,8	3,2-16,5	1,0-7,6	0,1-22.8	0,03-5,6	0,0-0,55	0,6-3,08	0,02-1,79	12,0-76,0

Таблица 2

Влияние степени измельчения опок и формовочной влажности на среднюю плотность и прочность при сжатии

Шифр зернового состава	Содержание пластификатора С-3	Формовочная влажность, %	Средняя прочность, г/см3	Предел прочности при сжатии, кгс/см2
I	0.5	12	1,21	78,3
18	1,34	99,0
II	0.5	12	1,22	91,1
18	1,36	149,5
III	0.5	12	1,22	137,7
18	1,37	220,1
IV	0.5	12	1,24	195,9
18	1,41	377,0

Таблица 3Зерновой состав измельченных проб опок
Группа порошка	Содержание фракций, мм, в %
2,5-1,25	1,25-0,63	0,63-0,315	0,315-0,14	0,14-0,071	Менее 0,071
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

Таблица 4

Составы и свойства изделий

№	Состав предлагаемый	Физико-механические характеристики
Опока, %	Суперпластификатор С-3, %	Вода, %	Rсж, кгс/см2	Плотность, г/см3	Коэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м·К)
1	78	0,1	21,9	180,6	1,29	0,51
2	80	0,2	19,8	365,3	1,39	0,59
3	85	1,0	14,0	370,2	1,48	0,62
4	90	2,0	8,0	192,0	1,31	0,56
5	92	2,5	5,5	70,4	1,25	0,47
Состав известный
1	80,2-92	-	8,0-19,8	90-160	1,31-1,43	0,60

Керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу - опоку, отличающаяся тем, что используется опока, измельченная до крупности 0,315-2,5 мм, и масса дополнительно содержит 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