Смесь для изготовления керамической плитки
Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для создания смеси, предназначенной для изготовления керамических плит. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности керамической плитки. Смесь для изготовления керамической плитки содержит следующие компоненты, масс.%: глину 21-34; молотое стекло 30,5-34; каменноугольную золу 25-27; нанопорошок оксида кремния 0,5-3; воду 10-15. 2 табл.
Реферат
Предлагаемое техническое решение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для создания смеси, предназначенной для изготовления керамических плит, обладающих более высокой прочностью по сравнению с аналогами.
Аналогичные технические решения известны см., например, описание изобретения РФ к патенту №2425003, в котором охарактеризована сырьевая смесь для изготовления облицовочной керамической плитки, которая содержит нижеследующее соотношение компонентов, в масс.%:
каменноугольная зола | 49…51 |
глина | 2,0…3,0 |
кварцевый песок | 11,0…13,0 |
стеклобой молотый | 15,0…17,0 |
жидкое стекло | 16,0…21,0 |
вода | остальное |
Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного технического решения являются:
- каменноугольная зола;
- глина;
- стеклобой молотый;
- вода.
Известно аналогичное техническое решение см. описание изобретения РФ к патенту №2420485, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа, которое содержит нижеследующее соотношение компонентов, в масс. %:
компоненты: масс, % каменноугольная зола | 34,5…37,5 |
глина | 60…64 |
кварцевый песок | 11,0…13,0 |
стекловолокно | в виде нарезанных |
отрезков длиной | 2-7 |
мм.
вода | остальное |
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:
- каменноугольная зола;
- глина;
- стеклобой молотый;
- вода.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из известных аналогичных технических решений, заключается в обеспечении более высоких сил сцепления между поверхностями частиц глины, молотого стекла и каменноугольной золы.
Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что между поверхностями частиц глины, молотого стекла и каменноугольной золы имеются наноразмерные полости, заполненные водой, воздухом, которые в дальнейшем, при изготовлении керамической плитки создают наноразмерные каверны, значительно снижающие ее прочность.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технологических решений, можно сделать вывод, что задача создания смеси для изготовления керамических плит, имеющей в составе твердые техногенные отходы и обладающей более высокой прочностью, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в смесь для изготовления керамической плитки, содержащей глину, стеклобой молотый, каменноугольную золу тепловых электростанций (предварительно просеянную и прошедшую радиационный контроль) и воду, вводят нанопорошок оксида кремния при следующих соотношениях компонентов, масс. %:
глина | 21…34 |
стеклобой молотый | 30,5…34 |
зола | 25…27 |
нанопорошок оксида кремния | 0,5…3 |
вода | 10…15 |
Использование нанопорошка оксида кремния в смеси для изготовления керамической плитки, в совокупности с глиной, стеклобоем молотым с крупностью частиц менее 1 мкм, каменноугольной золой и водой в процессе их перемешивания, создает равномерное распределение частиц по объему, что обеспечивает в дальнейшем получение керамических плит с более высокой прочностью (по сравнению, например, с керамогранитом) и низким водопоглощением, обуславливающим высокую морозостойкость. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
При этом необходимо отметить, что использование глины более 34 масс.% приводит к ее неэффективному использованию (перерасходу) и к снижению физико-химических параметров готовой смеси (например, прочности), а использование глины менее 21 масс.% приводит к недостаточному количеству глины, чтобы получить смесь для керамической плитки с требуемой высокой прочностью.
Использование молотого стекла (с крупностью частиц менее 1 мкм) более 34 масс.% приводит к его перерасходу и к большим ценовым затратам, а использование молотого стекла менее 30,5 масс.% приводит к снижению физико-химических параметров готового продукта.
Использование каменноугольной золы более 27 масс.% приводит к недостаточно высокому сцеплению частиц с молотым стеклом, а использование каменноугольной золы менее 25 масс.% приводит к перерасходу наполнителя, в виде молотого стекла, и к повышению стоимости керамической плитки.
Использование нанопорошка оксида кремния более 3 масс.% приводит к перерасходу оксида кремния, что экономически не целесообразно, а использование оксида кремния менее 0,5 масс.% приводит к недостаточному заполнению пространства между частицами молотого стекла, каменноугольной золы и глины и, как следствие этому, к более низкой прочности керамической плитки, изготовленной из предлагаемой смеси.
Использование воды более 15 масс.% приводит к перерасходу воды и непроизводительным затратам при ее удалении в процессе изготовления керамической плитки, а использование воды менее 10 масс.% не приводит к образованию однородной суспензии.
Таким образом, из приведенных выше обоснованных граничных значений компонентов предлагаемой смеси для изготовления керамической плитки следует, что технический результат достигается только в диапазоне граничных значений и не достигается за его пределами.
Проведенный анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности, так и отличительных признаков предлагаемого к патентованию технического решения, что позволило сделать вывод о наличии критериев патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Для подтверждения достижения вышеуказанного технического результата предлагаемой смеси для изготовления керамической плитки были подготовлены и испытаны три серии образцов (см. приложение 1, таблицы - 1, 2 с результатами проведенных испытаний).
Серия 1.
- глина 34 масс. %;
- стеклобой молотый - 30,5 масс. %;
- каменноугольная зола - 25 масс. %;
- нанопорошок оксида кремния - 0,5 масс. %;
- вода - 10 масс. %.
Серия 2.
- глина 27,5 масс. %;
- стеклобой молотый - 32,25 масс. %;
- зола - 26 масс. %;
- нанопорошок оксида кремния - 1,75 масс. %;
- вода - 12,5 масс. %.
Серия 3.
- глина 21 масс. %;
- стеклобой молотый - 34 масс. %;
- каменноугольная зола - 27 масс. %;
- нанопорошок оксида кремния - 3 масс. %;
- вода - 15 масс. %.
Технология получения смеси для изготовления керамической плитки осуществляется следующим образом:
- измельчают стеклобой до размера частиц менее 1 мкм, используя, например, планетарную мельницу «Pulverisette - 5» (Германия) и ситовой анализатор «ВП30-Т» (Россия);
- просеивают каменноугольную золу, используя сито с 10-12 решетчатыми фильтрами до размера 0,1-0,08 мм;
- подают в вертикальную роторную мешалку «HS-50 A» (Wise Therm, Корея) стеклобой молотый и нанопорошок оксида кремния, глину, каменноугольную золу, воду с перемешиванием до получения однородной массы и таким образом получают смесь для изготовления керамической плитки;
- полученную смесь прессуют;
- проводят обжиг прессованной смеси в высокотемпературной муфельной печи типа Wise Therm, (Корея) с постепенным повышением температуры до 600°С в течение до 1,5 часа, и далее при более быстром повышении температуры, равной 1250°С, в течение 2 часов;
- вынимают обожженные керамические плитки.
Таким образом, керамическая плитка, изготовленная из предлагаемой смеси, обладает по сравнению с известными аналогичными техническими решениями более высокой прочностью и водостойкостью, а также более высокой кислотостойкостью и щелочестойкостью, о чем свидетельствуют результаты проведенных испытаний, представленных в приложении 1.
Приложение 1
Таблица 1 | ||||
№№ п/п | Компоненты смеси для изготовления керамической плитки | Содержание масс. % | ||
1 | 2 | 3 | ||
1. | Глина | 34 | 27,5 | 21 |
2. | Молотое стекло | 30,5 | 32,25 | 34 |
3. | Каменноугольная зола | 25 | 26 | 27 |
4. | Нанопорошок оксида кремния | 0,5 | 1,75 | 3 |
5. | вода | 10 | 12,5 | 15 |
Таблица 2 | |||||
№№ п/п | Компоненты смеси для изготовления керамической плитки | Прототип | Содержание масс. % | ||
1 | 2 | 3 | |||
1 | Водопоглощение (%) | 0,35 | 0,947 | 0,572 | 0,709 |
2 | Прочность (МПа) | 22,0 | 69,0 | 74,0 | 61,0 |
3 | Кислотостойкость (%) | 99,7 | 96,7 | 99,99 | 99,9 |
4 | Щелочестойкость (%) | 49 | 64,6 | 61,2 | 60,0 |
Смесь для изготовления керамической плитки, содержащая глину, молотое стекло, каменноугольную золу и воду, отличающаяся тем, что она содержит нанопорошок оксида кремния при следующем соотношении, мас.%:глина 21-34молотое стекло 30,5-34каменноугольная зола 25-27нанопорошок оксида кремния 0,5-3вода 10-15