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

Изобретение относится к производству строительных керамических изделий и может быть использовано при изготовлении кирпича, керамического камня, черепицы методом пластического формования из высокопластичных 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 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, обусловленных применением извести. Для решения поставленной задачи разработана комплексная модифицирующая добавка, содержащая смесь минерального кремнийсодержащего порошка и водоудерживающей целлюлозосодержащей добавки при соотношении минерального порошка к водоудерживающей добавке 1:0,05±0,01 соответственно.
Улучшение свойств 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. Минеральный кремнийсодержащий порошок с размером частиц не более 500 мкм является ее разбавителем. Это его основная функция, в то же время используемый в добавке минеральный кремнийсодержащий порошок по химическому составу близок к глине, следовательно, он, не ухудшая исходные реологические свойства высокопластичной глины, выполняет роль полезного для такой глины отощителя. Смесь минерального кремнийсодержего порошка и водоудерживающей целлюлозосодержащей добавки при соотношении 1:(0,05±0,01) соответственно, снижает относительную формовочную влажность глинистого сырья за счет протекающих в процессе подготовки глины физико-химических процессов. Заявленная комплексная добавка позволяет снизать карьерную влажность глинистого сырья от 5 до 7%. Соотношение минерального кремнийсодержащего порошка к водоудерживающей добавке 1:(0,05±0,01) определено экспериментально и обусловлено следующим. При введении в глину с повышенной влажностью модифицирующей добавки, имеющей соотношение кремнийсодержащего порошка к водоудерживающей добавке менее 1:0,04, излишняя вода связываться не будет. В этой ситуации необходимо увеличивать количество вводимой 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 и увеличению износа формующего оборудования. Кроме того, 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, притом 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 излишней карьерной влажности и сохранение высокой пластичности при условии технологичности введения модифицирующей добавки.
2
2
2
3
2
3
2
2
Для приготовления комплексной модифицирующей добавки в качестве минерального кремнийсодержащего порошка использовали микрокремнезем - Microsilica компании Elkem (Норвегия), содержащий более 85% SiO, а также золу от сжигания углей Рефтинской ГРЭС (п.Рефтинский Свердловская обл.). Химический состав золы, мас.%: SiO - 50÷65, AlO - 25÷30, FeO - 3÷6, CaO+MgO - 2÷4, RO - 1÷3, ппп≤5. Пригоден также тридимитовый порошок, представляющий собой аморфный микрокремнезем - заполнитель кремнеземистый тонкомолотый марки КРТЗ по ТУ 5712-046-00187085-2006, массовая доля SiO в котором не менее 92%, производства ОАО «Динур», г.Первоуральск Свердловской обл. В качестве водоудерживающей 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 - более 15 были использованы:
- глина, используемая ЗАО «Псков кирпич», г.Псков, число пластичности - 16-17, карьерная влажность - 24-65%;
- глина, используемая ООО «ВЗСКМ», пос.Винзили, число пластичности - 16-18, карьерная влажность - 26-28%.
Модифицирующую добавку готовили в лабораторных условиях. На 100 г сухого кремнийсодержащего порошка 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 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 модифицирующей добавкой и без нее, выявлено, что ввод комплексной модифицирующей добавки, содержащей минеральный кремнийсодержащий порошок и водоудерживающую целлюлозосодержащую добавку, снижает водопоглощение образцов, их пористость от 1% до 3%, повышает механическую прочность от 10% до 40%. Введение модифицирующей добавки позволяет изготавливать пластическим формованием из высокопластичных глин с повышенной карьерной влажностью продукцию соответствующую ГОСТ 530-2007. Аналогичные данные получены при испытаниях образцов при соотношении минерального кремнийсодержащего порошка и водоудерживающей целлюлозосодержащей 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.
Таблица
Наименование глины
Тип добавки
Водопоглощение, %
ПорисТость, %
Разрушающая нагрузка, кг·с
Предел прочности на сжатие, кг·с/см<sup>2</sup>
Глина, г.Псков
-
15,0
33,2
2000
96,5
Глина, г.Псков
Зола + Agocel S-2000
16,5
34,8
2000
97,1
Глина, г.Псков
Микрокремнезем + Agocel S-2000
16,5
33,5
2300
115,3
Глина, г.Псков
Зола + Rutocel 400
14,5
31,0
3500
130,7
Глина, г.Псков
Микрокремнезем + Rutocel 400
14,5
31,0
2500
119,8
Глина, пос. Винзили
-
16,5
35,0
2100
98,9
Глина, пос. Винзили
Зола + Agocel S-2000
16,5
35,0
2300
117,3
Глина, пос. Винзили
Микрокремнезем + Agocel S-2000
16,5
35,2
2400
117,8
Глина, пос. Винзили
Зола + Rutocel 400
15,5
33,7
2800
120,0
Глина, пос. Винзили
Микрокремнезем + Rutocel 400
14,0
31,5
3900
137,5