КОМПЛЕКСНАЯ МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МАЛОПЛАСТИЧНЫХ ГЛИН
COMPLEX MODIFYING ADDITIVE FOR PRODUCTION OF CONSTRUCTION CERAMIC PRODUCTS FROM LOW-PLASTIC CLAYS

Изобретение относится к производству строительных керамических изделий и может быть использовано при изготовлении кирпича, керамического камня, черепицы методом пластического формования из низкопластичных и умереннопластичных глин с повышенной карьерной влажностью.
Известно, что влажность шихты, используемой для производства строительных керамических изделий методом пластического формования, не должна превышать 18-20%. Поскольку основной компонент шихты - глина может иметь влажность в пределах 22-30%, требуются приемы и/или вещества, связывающие ее излишнюю влагу. Для этих целей традиционно используют сушку глины или известь - в качестве водоудерживающей добавки. При этом сушка глины требует расхода теплоносителя, кроме того, эксплуатация сушильного барабана является трудоемким и энергозатратным переделом производства керамических изделий. Применение извести приводит к появлению белесового налета на готовом изделии, что недопустимо для лицевой строительной продукции. Кроме того, в процессе обжига керамических изделий возможна карбонизация кальция, которая приводит к появлению «дутиков» и снижению прочности готовых изделий. Таким образом, снижения влажности глинистого сырья достигают в сушильных барабанах с использованием топливно-энергетических ресурсов, либо за счет использования извести с присущими ей недостатками, которые проявляются в готовых изделиях.
Задача настоящего изобретения заключается в экономии топливно-энергетических ресурсов за счет исключения передела подсушки сырья перед формованием керамических изделий, а также исключении недостатков изделий из глины с повышенной карьерной влажностью, обусловленные применением извести. Для решения поставленной задачи разработана комплексная модифицирующая добавка, содержащая смесь органического пластификатора глинистого сырья и водоудерживающей целлюлозосодержащей добавки при соотношении 1:0,05±0,01 соответственно, при этом смесь содержит пластификатор из группы полиметиленнафталинсульфонатов.
Улучшение качества глинистого сырья путем введения модифицирующих добавок на этапе его подготовки к смешиванию с другими компонентами шихты является новым направлением в производстве строительных керамических изделий. Относящиеся к полиметиленнафталинсульфонатам добавки серии «Литопласт М», известные как разжижители сырьевого шлама при производстве портландцементного клинкера для цементов, начали применять при пластическом формовании кирпича (С.В.Маркова, О.В.Турлова, Е.В.Клевакина «Строительные материалы, май 2012 г., стр.32-33, 90-92) [1]. Однако, как следует из источника [1], добавки «Литопласт М» используют как разжижители глинистого сырья, а информация о том, что введение в глинистую шихту добавки Литопласт 5М в количестве 0,3% приводит к снижению формовочной влажности массы на 4% при сохранении пластичности (14) не подтверждена промышленными испытаниями на Рябовском кирпичном заводе. Влажность полученного из этой массы бруса составила 18-19%, из чего следует, что испытываемая глина имела низкую, в пределах 21%, карьерную влажность. Установлено также, что в зависимости от пластичности используемых глин добавки серии Литопласт М вводят в количестве от 0,1-0,5% от массы шихты. Это обусловлено требованиями технологичности введения добавки в глинистое сырье, т.к. в условиях многотоннажного производства керамических изделий введение малого количества добавки в расчете, например, на тонну глиносодержащей шихты, представляет собой технологическую проблему, не решив которую, достичь качественного взаимодействия добавки с глиной трудно.
Заявленное изобретение представляет собой комплексную добавку в виде смеси, где основным компонентом, удерживающим из глины излишнюю влагу, является целлюлозосодержащая добавка. Органический пластификатор, выбранный из класса полиметиленнафталинсульфонатов, повышая пластичность глинистого сырья, является одновременно разбавителем целлюлозосодержащей добавки. Смесь органического пластификатора и водоудерживающей целлюлозосодержащей добавки при соотношении 1:0,05±0,01 соответственно снижает относительную формовочную влажность глинистого вещества за счет протекающих в процессе подготовки глины физико-химических процессов, при этом пластифицирующие свойства комплексной модифицирующей добавки обеспечивают связность керамической массы. Заявленная комплексная добавка позволяет снижать карьерную влажность глинистого сырья на величину от 5 до 7%. Соотношение пластификатора к водоудерживающей добавке 1:0,05=1=0,01 определено экспериментально и обусловлено следующим. При введении в глину с повышенной влажностью модифицирующей добавки, имеющей соотношение пластификатора к водоудерживающей добавке менее 1:0,04, излишняя вода связываться не будет. В этой ситуации необходимо увеличивать количество вводимой модифицирующей добавки, что экономически нецелесообразно. При введении в глину модифицирующей добавки, имеющей соотношение пластификатора к водоудерживающей добавке более чем 1:0,06, существует вероятность подсушки глины, что приведет к увеличению расхода воды при формовании изделий и увеличению износа формующего оборудования.
Заявленную добавку можно вводить в количестве от 0,1 до 0,4% от массы шихты, облегчая формообразование изготавливаемого изделия, способствуя более плотной упаковке частиц в формовочной массе, повышению механической прочности полуфабрикатов и готовых изделий, а также снижению открытой пористости и водопоглощения, при том, что заявленная добавка удовлетворяет требованиям технологичности ее введения. Новый технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в том, что в процессе подготовки глинистого сырья комплексно достигается снижение его карьерной влажности и улучшение пластичности при условии технологичности введения модифицирующей добавки.
Для приготовления комплексной модифицирующей добавки в качестве органического пластификатора глины использовали разжижитель сырьевого шлама при производстве портландцементного клинкера для цементов марки «Литопласт М» по ТУ 5743-047-58042865-2009, а также Суперпластификатор С-3 по ТУ 6-36-0204229-625. В качестве водоудерживающей целлюлозосодержащей добавки использовали гидроксипропилметилцеллюлозу марки RUTOCEL 55RT (НРМС) ООО «Банг и Бонсомер» (www.bangbonsomer.com), а также полиакриламид марки Agocel S-2000 компании The International Community for Dryimix Mortar (www.dryimix.info/industry-directory/polyacrylamide). Для приготовления образцов из глины с числом пластичности по ГОСТ 9169-75 - до 15 были использованы:
- краснодарская глина, число пластичности - 6-7, карьерная влажность - 23-25%, производства ООО «Краснодарский кирпичный завод», г.Краснодар; - шихта «Озера», содержащая глину - 60%, наглинок - 40%, число пластичности - 9-11, карьерная влажность - 25-30%, производства ЧАО «СБК» с.Озера Киевской обл.
Модифицирующую добавку готовили в лабораторных условиях. На 100 г сухого пластификатора добавляли 5 г сухой водоудерживающей добавки при постоянном механическом перемешивании в течение 5-10 минут. Образцы для испытаний формовали размером 50×50×50 из глин исходного состава: без модифицирующей добавки и с добавлением 0,3% приготовленной модифицирующей добавки. После сушки образцы обжигали при температуре 1000°С и испытывали на: прочность на сжатие, водопоглощение, пористость. По приведенным в таблице результатам сравнительных испытаний глинистых образцов с добавкой и без нее, выявлено, что ввод комплексной модифицирующей добавки с использованием смеси органического пластификатора глинистого сырья и водоудерживающей целлюлозосодержащей добавки снижает водопоглощение образцов, их пористость от 1% до 2%, повышает механическую прочность от 10% до 50%. Введение заявленной модифицирующей добавки позволяет изготавливать пластическим формованием из низкопластичных и умереннопластичных глин с повышенной карьерной влажностью, продукцию, соответствующую ГОСТ 530-2007. Аналогичные данные получены при испытаниях образцов при соотношении пластификатора и водоудерживающей добавки 1:0,04 и 1:0,06 соответственно.
Таким образом, использование комплексной модифицирующей добавки в технологии производства строительных керамических изделий позволяет исключать передел подсушки сырья перед формованием, экономя топливно-энергетические ресурсы, а также исключить недостатки изделий из глины с повышенной карьерной влажностью, обусловленные применением извести.
Комплексная модифицирующая добавка для производства строительных керамических изделий из малопластичных глин
Таблица
Наименование глины
Тип добавки
Водопоглощение, %
Пористость, %
Разрушающая нагрузка, кгс
Предел прочности на сжатие, кгс/см<sup>2</sup>
Шихта «Озера»
-
15
32,2
2900
144,3
Шихта «Озера»
С-3+Agocel S-2000
16,5
34,8
2000
97,1
Шихта «Озера»
«Литопласт М» + Agocel S-2000
15,5
32,5
2400
116,0
Шихта «Озера»
С-3+Rutocel 400
14,0
31,2
2800
137,3
Шихта «Озера»
«Литопласт М» + Rutocel 400
13,5
31,0
3400
167,5
Краснодарская глина
-
16,0
35,0
1900
81,9
Краснодарская глина
С-3+Agocel S-2000
16,0
34,0
1800
78,3
Краснодарская глина
«Литопласт М» + Agocel S-2000
16,0
34,2
1800
77,6
Краснодарская глина
С-3+Rutocel 400
14,5
32,6
2800
120,2
Краснодарская глина
«Литопласт М» + Rutocel 400
15,0
33,1
2000
81,5