КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИРПИЧА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
CERAMIC MASS FOR BRICK PRODUCTION AND METHOD FOR ITS MAKING

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству строительного стенового кирпича.
В настоящее время в формуемые массы вводят различные добавки: доломитовую муку, отощители, отходы производств: электрохимического, угледобычи, растительных масел, бензосульфокислоты с олигофурфуроксилоксаном и другие для снижения температуры термообжига при производстве керамических изделий.
Известен состав сырьевой массы для изготовления кирпича, содержащий отходы угледобычи (Caligaris Е.Е. // Tile and brick Jnt/-1990 - 6, № 4, с.41-42; // Реферативный журнал Химия (РЖХ), 1990, 8М, 220). Введение дополнительно твердых компонентов в формуемую массу с целью снижения температуры термообжига не позволило сохранить и улучшить качество кирпича при создаваемой температуре термообжига 500-820°С, даже используя для этого прессование массы под давлением 20-80 МПа. Механическая прочность кирпича составляла 10-18 МПа.
Известна также «Керамическая масса для изготовления строительного кирпича», (Авторское свидетельство СССР № 1662984, С04В 33/00, приоритет 01.11.1988 г, опубликовано 15.07.1991 г.), включающая глинистый компонент, кварцевой песок, поверхностно-активную добавку и воду. В качестве глинистого компонента масса содержит глину, а в качестве поверхностно-активной добавки - соапсток, являющийся отходом производства растительных масел, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глина 45,34
49,37
Кварцевой песок
27,21-29,63
Соапсток - отход производства
растительных масел
0,05-0,4
Вода
остальное.
Изобретение направлено на повышение механической прочности и снижение водопоглощения при одновременном повышении пластичности сырьевой массы. Из данной керамической массы можно получить качественный кирпич.
Однако процесс его изготовления происходит при достаточно высокой температуре термообжига 980-1020°С, что ведет к большим энергозатратам при производстве кирпича.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Керамическая масса для изготовления изделий стеновой керамики» (авторское свидетельство СССР № 922098, приоритет 24.01.1980, опубликовано 23.04.1982), выбранная в качестве прототипа, и включающая пластичную глину, отощитель и дополнительно введенные в массу отходы электрохимического производства, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Пластичная глина
68-80
Отощитель
15-30
Отходы электрохимического
производства на основе гидроокиси кальция
и двуокиси кремния
2-5.
Отходы электрохимического производства введены в массу для снижения температуры обжига и уменьшения общей усадки при сохранении прочности изделий.
Недостатками данной керамической массы являются относительно высокая температура обжига 920-980°С, что ведет к значительному расходу энергоресурсов при производстве продукции, а также ограничения по использованию в ней менее пластичных глин и введение экологически вредных добавок. Кроме того, на повышение энергозатрат влияет еще один из параметров термообжига - это время выдержки образцов при максимальной температуре. Известно, что незначительное снижение температуры термообжига изделий всегда требует существенного увеличения времени выдержки, что позволяет сохранить качество готовой продукции.
2
Известен способ приготовления керамических изделий, преимущественно облицовочного кирпича (патент РФ № 2095329, «Керамическое стеновое изделие и способ его приготовления из песчано-глинистых смесей», С04В 33/00, С04В 33/02, приор. 05.08.1996 г., опубл. 10.11.1997 г.), который включает приготовление сырьевой смеси путем роспуска и диспергации глинистого компонента при 200 - 300°С, смешивание глинистого компонента, кварцевого песка и шамота, а также увлажнение, прессование заготовок, сушку и обжиг с изотермической выдержкой. Смесь измельчают до удельной поверхности 2000 - 7000 см/г, увлажняют раствором едкого натра, при этом сырьевая смесь содержит, мас.%:
Глинистая компонента
50-85
Кварцевый песок
3-40
Шамот
5-15
Едкий натр (в пересчете на Na<sub>2</sub>O)
0,2-15
и проводят обжиг с изотермической выдержкой при 950-1000°С в течение 3-5 ч.
Данный способ направлен на получение изделий с относительно высокими физико-механическими показателями и снижение энергоемкости технологического процесса.
Однако обжиг осуществляют с изотермической выдержкой при 950-1000°С в течение 3-5 ч, что является показателем достаточно высокой энергоемкости технологического процесса, заключенного в данном способе.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Способ изготовления стеновых керамических изделий» (авторское свидетельство СССР №1390216, С04В 33/02, приоритет 14.11.1986, опубликовано 23.04.1988 г.), выбранное за прототип, в котором смешивание компонентов осуществляют в три стадии, причем на первой стадии смешивают в течение 3-4 минут 15-25 мас.% глины, 50-60 мас.% воды и в качестве органической добавки раствор бензосульфокислоты в ацетоне, причем количество ацетона составляет 0,8-1,0 мас.%, а бензосульфокислоты 0,1-0,15 мас.% от количества воды в смеси, на третьей стадии осуществляют совместное смешивание компонентов в течение 5-7 минут.
Изобретение направлено на повышение прочности и морозостойкости и снижение водопоглощения.
Однако недостатком способа является достаточно высокая температура обжига, составляющая 850-900°С и время выдержки - 28-30 часов.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат при производстве стеновых кирпичей.
Технический результат заключается в снижении температуры термообжига и времени выдержки кирпича в печи. Также повышается пластичность массы и сохраняются все другие свойства готовых изделий.
Поставленная задача достигается тем, что в глинистую массу для изготовления кирпича, включающую глину и добавки, в качестве добавки введен 5,0%-ный водный раствор сополимера метилметакрилата (ММА) с 73-80% метакриловой кислоты (МК) с молекулярной массой 800000, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глина
75-81
5,0%-ный водный раствор сополимера (ММА)
с 73-80% (МК) с молекулярной массой 800000
1-3
Вода
остальное.
Способ изготовления кирпича осуществляется путем смешивания глины, воды и различных добавок, формования заготовок, сушки и обжига. Смешивание компонентов проводят в соотношении 75-81 мас.% глины, 20-25 мас.% воды от общего количества смеси и одновременно вводят 5,0%-ный водный раствор сополимера ММА с 73-80% МК с молекулярной массой 800000. При этом обжиг заготовок осуществляют путем медленного подъема температуры до 800°С в течение трех часов, последующей выдержки в течение двух часов при температуре 800°С и охлаждении заготовок в течение 15 часов.
Заявленная совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат. Данный состав, созданный на основе глины и способ его изготовления, обеспечивает возможность достижения низкотемпературного обжига кирпича.
Новый компонент смести - сополимер является экологически чистым товарным веществом. Его техническое название Метакрил 14. При горении сополимера выделяется только двуокись углерода. Физико-химические свойства сополимера со средней молекулярной массой 800000 представлены в Таблице 1.
Исходный продукт Метакрил-14 используется в составах для экструзионного формования строительных изделий с целью снижения водопоглащения (авторское свидетельство СССР №1638130, С04В 28/08, приоритет 15.11.1988 г., опубл. 30.03.1991 г.).
В предлагаемой массе он используется в виде водных растворов. Для приготовления массы можно использовать как карьерную глину с влажностью 18-24%, так и сухую, предварительно измельченную. В этом случае не требуется предварительного увлажнения сухой глины, а сразу вводится раствор сополимера.
Использование водных растворов сополимера позволяет перерабатывать глины различного качества с пластичностью от 6,2 и выше. На стадии перемешивания за счет равномерного распределения сополимера по всему объему массы и его адсорбция на поверхности твердых частиц увеличивает пластичность глины, что способствует созданию структуры повышенной прочности на стадии сушки и более быстрому формированию черепка при температуре 800°С в течение 2 часов. Увеличение времени выдержки при 800°С практически не улучшает физико-химические свойства готовых изделий.
Смеси получают обычным смешиванием компонентов. Из полученных масс влажностью 18-25% формуют образцы с размером сторон 60-52 мм, сушат обычным способом до влажности образцов не более 2% и обжигают в муфельной печи по следующему режиму: медленный подъем температуры до 800°С в течение трех часов, выдержка два часа при температуре 800°С и охлаждение в течение 15 ч.
В производственных условиях время выдержки кирпича в печи может быть сокращено на 10-30% по сравнению с существующей технологией обжига на предприятии.
Оптимальное количество вводимых добавок водных растворов сополимера составляет 1-3 мас.%. Введение их менее 1 мас.%. не обеспечивает достаточной пластичности формуемой массы и прочности изделий при температуре обжига 800°С, то есть в этом случае требуется обжиг при более высоких температурах.
Введение раствора сополимера более 3 мас.% не приводит к дальнейшему понижению температуры и может привести к удорожанию стоимости готовой продукции.
Таблицы 2 и 3 поясняют предлагаемое изобретение. В Таблице 2 приведены составы масс на основе глины. В Таблице 3 представлены свойства обожженных образцов в зависимости от состава масс, температуры обжига, времени выдержки при максимальной температуре из заявляемой глинистой массы в сравнении с прототипом, где приведены следующие обозначения:
ОУ - общая усадка, %;
ВП - водопоглащение, %;
сж
σ - предел прочности при сжатии, МПа;
изг
σ - предел прочности при изгибе, МПа.
Из таблицы 3 видно, что образцы из заявляемой глинистой массы, обожженные при температуре 800°С и выдержанные в течение двух часов, не ухудшили свои физико-химические свойства по сравнению с образцами, полученными по прототипу, но обожженными при более высокой температуре, при 920°С.
Таким образом, достигнута более низкая температура обжига для заявляемой глинистой массы по сравнению с прототипом, обусловленная ее новыми компонентами, при сохранении других физико-механических показателей кирпича.
Использование в промышленности предлагаемого изобретения при производстве глиняного кирпича позволит значительно снизить расход энергоресурсов, так как данная керамическая сырьевая масса на основе глины создана для низкотемпературного обжига кирпича.
Снижение температуры обжига, а именно не выше 800°С, влечет за собой не только снижение энергоемкости, что ведет также к снижению себестоимости готовых изделий, но и вызывает определенные экологические преимущества (уменьшаются выбросы в окружающую среду оксидов азота, серы и углерода), борьба с которыми также приводит к удорожанию производства.
Таблица 1.
Физико-химические свойства сополимера.
Марка
ТУ
Плотность кг/м<sup>3</sup>
Химическая формула
Содержание метакриловой кислоты мас. %
Метакрил - 14
6-01-1070-90
1206
<img file="00000001.tif" he="33" wi="30" img-content="undefined" img-format="tif" /><img file="00000002.tif" he="26" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
73-80
Таблица 2
Составы керамических масс на основе глины.
Компоненты
Состав, мас.%
1
2
3
Глина
75
78
81
Добавка 5 мас.% водный раствор сополимера
3
2
1
Вода
22
20
18
Таблица 3
Свойства обожженных образцов по прототипу и предлагаемому изобретению
По прототипу:
Компоненты
Состав, мас.%
Обжиг 920°С
Время выдержки - не указано
№3
№4
№5
№ состава
ОУ, %
ВП, %
σ<sub>сж</sub>, МПа
σ<sub>изг</sub>, МПа
Глина пластичная
68,0
76,5
80,0
3
4,3
20
26,26
не приводятся
Добавки: отощитель
30,0
15,0
30,0
4
4,0
19
29,10
-«-
Отходы электрохим. производства
2,0
3,5
5,0
5
4,7
18
31,92
-«-
По предлагаемому изобретению:
№1
№2
№3
Обжиг 800°С
Время выдержки - 2 ч
Глина
75,0
78,0
81,0
1
4,4
18,1
30,2
11,8
Добавка 5% водный р-р сополимера
3,0
2,0
1,0
2
4,2
18,8
29,9
11,7
Вода
22,0
20,0
18,0
3
4,6
19,2
26,8
10,4