Керамическая масса
CERAMIC MASS

3
Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, и, в частности, к производству лицевого керамического кирпича. Основным сырьём для производства изделий стеновой керамики является легкоплавкое глинистое сырьё (глины, суглинки), однако керамический камень на его основе обладает повышенной средней плотностью – 1700-2100 кг/м, что вызывает повышенную теплопроводность изделий.
Известны керамические массы на основе кремнистых опал-кристобалитовых – опок с различными видами добавок и легкоплавких примесей (В.Н. Иваненко. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. Будевильник, Киев, 1978 г.). Керамический камень на основе опок, в силу их высокой микропористости – 40-60%) имеет низкую плотность и соответственно теплопроводность в сухом состоянии. Однако в силу того, что опоки являются камневидным не размокаемым сырьём, они обладаю плохими формующими свойствами. Ввод пластичных глин приводит к снижению микропористости, повышению средней плотности и теплопроводности.
Наиболее близким техническим решением является керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельченную до зернового состава 0-0,315 – 0-2,5 мм, дополнительно содержащую 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 (см. патент RU 2303020, C04B 35/14, опубликовано 20.07.2007, Бюл. № 20).
Недостатком известной массы является высокая пористость керамического камня на её основе, за счёт чего влага при дожде или повышенной влажности воздуха проникает в изделие в результате чего существенно увеличивается теплопроводность изделий, снижается морозостойкость, кроме того, на пористой поверхности со временем осаждается трудноудаляемая пыль и цвет изделий приобретает некрасивый серый оттенок. Увеличение степени спекания за счёт повышение температуры обжига приводит к снижению пористости и водопоглощению, но при этом существенно возрастает и теплопроводность, что не желательно.
Сущность изобретения заключается в том, что керамическая масса, включающая опал-кристобалитовую породу – опоку, измельченную до зернового состава не более 2,5 мм, и поверхностно-активное вещество – суперпластификатор С-3 дополнительно содержит буру – десятиводный тетраборат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
– указанная опока – 65,0-82,6
– суперпластификатор С-3 – 0,8-1,2
– бура - десятиводный тетраборат натрия – 0,4-2,0
– вода – 16,2-31,8.
Технический результат заключается в повышении морозостойкости, снижении водопоглощения.
Изменяя зерновой состав измечённой опоки можно регулировать прочность изделий за счёт степени спекания, так как дисперсность частиц является одним из важнейших факторов, влияющих на степень спекания и в определённой мере формовочные свойства керамических масс на основе опок. Введение суперпластификатора С-3 позволяет в значительной степени снизить внешнее (между массой и стенками формы) и внутреннее трение (между частицами) при формовании и существенно улучшить формовочные свойства керамических масс на основе опок.
Введение в состав керамической массы буры (десятиводный тетраборат натрия) в водорастворимом состоянии в указанном количестве и преимущественно одно- двухсторонняя сушка изделий, которая приводит к миграции буры к лицевым поверхностным слоям изделий за счет её водорастворимости, в результате чего возрастает её процентное содержание и повышается спекаемость,  при этом в  поверхностных слоях существенно снижается водопоглощение – до 1-6 %, повышается морозостойкость изделий, а лицевые грани изделий приобретают полиструктурированную полублестящую или полуматовую привлекательную поверхность через которую вода не проникает в толщу изделий и с которой легко удаляются загрязнения.
Характеристики исходных материалов.
1. Опоки.
Лёгкие тонкопористые не размокающие в воде породы, состоящие в основном из мельчайших (менее 0,005 мм) частиц опал-кристобалита. Средняя плотность их составляет 1100-1600 кг/м3, предел прочности при сжатии в сухом состоянии 5-20 МПа, пористость составляет 40-55 %. Помимо опалового кремнезёма постоянной составляющей опок являются глинистые минералы, содержавшиеся в том или ином количестве. В качестве примеси могут присутствовать песчано-алевритовый и карбонатный материал, частички которого обычно не превышают размера 0,01 мм. В связи с этим выделяются различные литологические разности кремнистых пород – глинистые, карбонатные и смешанные. Разнообразие состава обуславливает широкий диапазон физико-технических и технологических свойств. Усредненный химический состав опок приведен в таблице 1.
Таблица 1
Усредненный химический состав опок, % по массе
п.п.п.
SiO2 общ.,опал.
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3общ.
К2О
Na2O
2-22
51-88;20-70
4-15
1-6
0,5-25
0,1-5
0,1-2
0,5-3
0,1-1,5
Россия располагает крупнейшей сырьевой базой кремнистых опал-кристобалитовых пород – опок. На территории России они 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. Находят различное применение, в том числе и для облегчённой керамики, однако для получения лицевого керамического кирпича со спечённым лицевым слоем пока не используются.
2. Суперпластификатор С-3 (ТУ 2481-111-07511608-2012) получают на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Жидкость или водорастворимый порошок, не выделяет при хранении вредных газов и паров. Водные растворы С-3 не изменяют свойств при нагревании до 85°С, пожаро- и взрывобезопасны. Суперпластификатор С-3 является одной из специальных отечественных химических добавок для бетонов, производимой методом химического синтеза. Используют в производстве железобетонных, бетонных изделий и конструкций: плит, панелей перекрытий, массивных густоармированных конструкций, возведение монолитных строений, изготовления бетонных полов и покрытий, а также при производстве тротуарной плитки и малых архитектурных форм.
2
4
7
2
2
4
7
2
о
о
о
о
3. Бура техническая 5 или 10-водная (ГОСТ 8429-77), минерал состава NaBO 10HO – декагидрат тетрабората натрия. Имеет две метастабильные модификации: β и γ. β-модификация является ромбической с температурой плавления 664С, γ-модификация — моноклинная с температурой плавления 710С. Растворимость в воде составляет 3,2г/100мл (при 25С) 10,5г/100мл (при 50С). Десятиводную соль NaBO 10HO получают из природных минералов, например, буры или кернита, осуществляя их перекристаллизацию. Также для этой цели применяют химическое взаимодействие некоторых природных боратов (ашарита и улексита) с карбонатом или гидрокарбонатом натрия.
Пример. Для экспериментальной проверки заявляемых составов масс в производственных условиях кирпичного завода ООО «Элитная строительная керамика» (г. Новочеркасск) были изготовлены стандартные образцы кирпича полнотелого размером 250 х 120 х 65 мм с различным соотношением вышеперечисленных компонентов по технологии мягкого формования. В качестве сырья была использована опока Журавского месторождения Ростовской области. Зерновые составы измельчённой опоки и влияние зернового состава и формовочной влажности на плотность и предел прочности при сжатии образцов приведены в таблице 2.
Таблица 2
Зерновой состав измельчённой опоки
Группапорошка
Содержание фракций, мм, % по массе
2,5-1,25
1,25-0,63
0,63-0,315
0,315-0,16
0,16-0,08
< 0,08
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
Образцы изготовлялись следующим образом. Предварительно опока подсушивалась до воздушно-сухого состояния, затем измельчалась на щековой дробилке и дезинтеграторе (пропускалась один-два раза) после чего просеивалась на ситах с заданным размером ячеек – 0,315-2,5 мм. Затем отдозированным суперпластификатором С-3 в жидком виде и отдозированным насыщенным раствором буры измельчённая опока равномерно увлажнялась до необходимой формовочной влажности в зависимости от выбранного способа формования изделий. Приготовленная масса вылеживалась в герметичных емкостях 6-12 часов и далее из неё формовались изделия. Формование изделий можно производить любым способом, но наибольший декоративный эффект лицевой поверхности достигается по технологии мягкого формования.
После формовки изделий с помощью распыления на одну постельную грань изделия, одну или две тычковые грани и одну ложковую грань наносится с водно-масляная эмульсия (или другое водонепроницаемое вещество – раствор парафина, акрила и др.) для исключения или снижения испарения влаги при сушке с этих граней изделий. После чего изделия укладываются для сушки на сушильные поддоны на постельную грань. Ввод буры в массу и данные мероприятия приводят к тому, что при сушке бура в виде водного раствора мигрирует к одной ложковой и одной тычковой грани изделия, концентрируясь в приповерхностных слоях толщиной 5-10 мм. После сушки в течения 48 часов изделия обжигались в течение 48 часов с выдержкой при максимальной температуре 1000°С 2 часа.
Свойства изделий на полученных составах приведены в таблице 3.
Таблица 3
Составы и свойства изделий
№
Составы предлагаемые
Физико-механические характеристики
Опока,% по массе
Супер-пласти-фикатор С-3, % по массе
Бура - десятиводный тетраборат натрия, % по массе
Вода, % по массе
Rсж, МПа
Водопоглощение, %
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Коэффициент теплопроводности (λ), Вт/(м*К)
Морозостойкость изделий, циклы
Вид поверхности
1
85,0
0,8
0,2
14
18,6
14,2
1240
0,28
35
Гладкая, матовая, обычная, непривлекательная
2
82,6
0,8
0,4
16,2
23,4
6,3
1280
0,34
40
Полуматовая, полублестящая, привлекательная
3
73,8
1,0
1,2
24,0
48,5
1,12
1480
0,55
75
Полуматовая, полублестящая, полиструктурированная, привлекательная
4
65,0
1,2
2,0
31,8
38,7
2,4
1440
0,51
50
Полуматовая, полублестящая, полиструктурированная, привлекательная
5
60
1,3
2,2
36,5
35,6
2,9
1420
0,49
45
Блестящая,обычная, непривлекательная
Патент RU 2303020
1
78-92
0,1-2,5
-
5,5-21,9
7,0-37,0
16,1-23,5
1250-1480
0,47-0,62
15-35
Гладкая, матовая,обычная, непривлекательная