способ изготовления пористых керамических стеновых изделий

Формула изобретения

1. Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий, включающий смещение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, натрийсодержащую добавку, шелуху гречихи в количестве до 20-56% объема шихты: для среднепластичной глины до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины до 40-43%, а малопластичной до 20-22%, пластическое формование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% от объема глины и дополнительно в качестве упрочняющей добавки вводят алюминийсодержащую добавку в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты.

2. Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий, включающий смешение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, выгорающую добавку, натрийсодержащую добавку, пластическое формование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что в качестве выгорающей добавки вводят древесную муку фракции 560 мкм в количестве 15-50% объема шихты: для среднепластичной глины до 45-50% объема шихты, для умереннопластичной до 35-40%, а малопластичной до 15-20%, в качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% объема глины, и дополнительно в качестве упрочняющей добавки вводят алюминийсодержащую добавку в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что натрий- и алюминийсодержащую добавки предварительно подвергают совместному интенсивному перемешиванию в течение 30-60 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства эффективных керамических кирпичей, камней и блоков, в особенности пористо-пустотелых.

Известен способ изготовления стеновых керамических материалов [Sedliacek Z. Moznostivysokol ahcenytoholv SST, n.p.v. Zavoge Martin, Ahlarsky spravodaj. - 1988], в котором, с целью снижения средней плотности и теплопроводности в качестве выгорающей и отощающей добавки, вводят древесные опилки, являющиеся вторичными продуктами деревообрабатывающих предприятий.

Недостатком является то, что при увеличении количества опилок в шихте происходит резкое снижение формуемости сырца и прочности пористого черепка, что не позволяет получить черепок с плотностью менее 1300 кг/м ³ и пористо-пустотелый кирпич (камень, блок) с кажущейся плотностью менее 1000 кг/м³.

Известен способ изготовления керамических изделий [патент № 2082692, опубл. 27.06.97, бюл. № 18], в котором с целью снижения средней плотности черепка до 1300 кг/м³ предлагают вводить в составы шихт на основе малопластичного глинистого сырья (число пластичности равно 7) большое количество смеси выгорающих добавок, состоящих из древесных опилок и активного ила до 50% в пересчете на сухое вещество по отношению к глинистому сырью. Здесь введение активного ила способствует повышению пластичности шихты, что очень важно для малопластичных глин, так как введение древесных опилок, особенно в больших количествах приводит практически к линейному снижению пластичности и к снижению, или полному исключению формуемости кирпича.

Недостатком этого способа является большое количество вводимого ила (до 50% по массе) от расхода глины. Добыча ила со дна озер или рек связана со значительными затратами на его разработку, транспортировку, трудоемкостью его добычи и последующей сушки. Эта работа, связанная в условиях РФ с сезонностью, потребует дополнительных значительных площадей на кирпичном заводе для организации хранения предварительно добытого ила на годовую мощность кирпичного завода в специальных запасниках ила и значительных энергозатрат на сушку. По этой причине в керамической промышленности использование ила не нашло широкого применения и практически этот способ реализован, в основном, только в лабораторных условиях. Кроме того, ил не однороден по составу и имеется не во всех регионах страны.

Аналогом изобретения является способ изготовления шихты для производства керамических изделий [Куликов О.Л. Способ увеличения прочности пористого керамического кирпича // Строительные материалы, 1995, № 11, с.18-19], в котором с целью снижения средней плотности и теплопроводности кирпича в качестве выгорающей добавки используют древесные опилки, которые предварительно с целью повышения прочности черепка подвергают обработке натрийсодержащей добавкой.

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет получать черепок с плотностью менее 1200 кг/м³ и пористо-пустотелые керамические изделия с кажущейся плотностью менее 900 кг/м ³ на средне-, умеренно- и малопластичных кирпичных глинах, так как при введении большого количества выгорающих добавок происходит снижение пластичности шихты и невозможно сформовать из такой смеси высокопустотный кирпич-сырец по причине низкой пластической прочности. Поэтому изделия имеют теплопроводность более 0,22 Вт/(м °С). Кроме того, в этом способе не установлены граничные значения дозировок выгорающих добавок (древесных опилок) в зависимости от вида используемой глины. Для разной глины (средне-, умеренно- и малопластичной глины) существуют свои верхние уровни дозировок добавок, выше которой сформировать изделие (кирпич) невозможно ввиду полной потери формуемости шихты.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления керамических стеновых изделий, включающий смешение шихты, содержащей средне-, умеренно- или малопластичную кирпичную глину, натрийсодержащую добавку в виде 10%-ного водного раствора подмыльного щелока (жидкий побочный продукт мыловаренного производства) в количестве 1,3-1,7 мас.% т массы глины в перерасчете на сухое вещество, обработанную этой натрийсодержащей добавкой, выгорающую добавку в виде шелухи гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, которую для среднепластичной глины вводят до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22% шелухи гречихи, пластическое формование, сушку и обжиг (патент РФ № 2240294, опубл. 20.11.04, Бюл. № 32).

Недостатком прототипа является то, что при использовании натрийсодержащей добавки в виде подмыльного щелока, в процессе сушки происходит частичная миграция электролита на поверхность образцов с образованием высолов, которые после обжига остаются на поверхности кирпича, ухудшая эстетические свойства, как самого кирпича, так и кирпичной стены, выложенной из него. Кроме того, в процессе обжига из-за этого происходит неравномерное спекание кирпича по объему. Как следствие этого - большой разброс по прочности у кирпичей и снижение морозостойкости до марки F25. Наличие таких высолов потребует дополнительных затрат и средств для очистки фасада здания из кирпича. Кроме того, в составе подмыльного щелока имеется хлористый натрий (NaCl), который при сушке и обжиге выделяет агрессивные ионы хлора, вызывающие химическую газовую коррозию металлических конструкций технологического оборудования. Это связано с тем, что ион хлора является энергичным ускорителем, который разрушает защитные пленки на металлах. Известно, что любой металл (кроме платины и ее аналогов), отбирая у ионов хлора лишние электроны, быстро корродирует и разрушается. Значительным недостатком подмыльного щелока является также то, что он является водным раствором, который в зимнее время при отрицательных температурах может промерзать и поэтому требует специального автотранспортного оборудования, снабженного емкостями с подогревом.

Кроме того, в прототипе в качестве выгорающей добавки используется шелуха гречихи, которая в виде отходов сельхозпродукции скапливается в местах их утилизации в небольших количествах, так как эта культура произрастает не везде. Поэтому при большой производительности кирпичного завода этой выгорающей добавки недостаточно для обеспечения бесперебойной работы технологической линии приготовления выгорающей добавки в виде шелухи гречихи. При этом, если скопления этих отходов расположены далеко от кирпичного завода, то транспортировка их при малой средней плотности в ж/д вагонах или в а/фурах на завод потребует значительных затрат. Это повлияет на повышение стоимости добавки и себестоимости изделий. Следовательно, необходимо расширить номенклатуру выгорающих добавок, используя для этих целей другие традиционные выгорающие добавки.

Изобретение направлено на создание возможности получения на основе средне-, умеренно- и малопластичных кирпичных глин пористо-пустотелых кирпичей, камней, а также крупноформатных пористо-пустотелых камней и блоков с плотностью от 750 до 950 кг/м³ при марочности по прочности от 75 до 150 и теплопроводности от 0,138 до 0,185 Вт/(м °С).

Результат достигается тем, что в способе изготовления пористых керамических стеновых изделий, включающем смешение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, натрийсодержащую добавку, шелуху гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 55-56%

объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22%, пластическое формование, сушку и обжиг, в качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% от объема глины и дополнительно в качестве упрочняющей добавки алюминийсодержащую добавку (далее АСД) в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты.

Результат достигается тем, что в способе изготовления пористых керамических стеновых изделий, включающем смешение шихты, содержащей кирпичную средне-, умеренно- или малопластичную глину, выгорающую добавку, натрийсодержащую добавку, в качестве выгорающей добавки вводят древесную муку фракции 560 мкм в количестве 15-50% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 45-50% объема шихты, для умереннопластичной - до 35-40%, а малопластичной - до 15-20%, в качестве натрийсодержащей добавки вводят перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% от объема глины, и дополнительно содержит упрочняющую - алюминийсодержащую добавку (далее АСД) - в количестве 0,5-3% сверх 100% объема шихты.

Результат достигается также тем, что натрийсодержащую добавку - перлит и алюминийсодержащую добавку подвергают интенсивному совместному перемешиванию в течение 30-60 с.

В качестве основного сырья использованы кирпичные глины Калининского, Тураевского и Пестречинского месторождений РТ.

Среднепластичная глина Калининского месторождения по внешнему виду представляет собой землистую массу светло-коричневого цвета. Данная глина низкодисперсная с низким содержанием карбонатных включений (слабо вскипает при воздействии 10%-ного раствора HCl); высокочувствительная (чувствительность к сушке по методу Чижского составляет 65 сек); легкоплавкая (t=1260°С) с карьерной влажностью 15-22%.

Умереннопластичная глина Тураевского месторождения по внешнему виду представляет собой землистую массу от светло- до темно-коричневого цвета. Данная глина низкодисперсная с низким содержанием карбонатных включений (слабо вскипает при воздействии 10%-ного раствора HCl); высокочувствительная (чувствительность к сушке по Чижскому 60 сек); легкоплавкая (t=1280°С) с карьерной влажностью 18-23%.

Малопластичная глина Пестречинского месторождения по внешнему виду представляет собой землистую массу светло-коричневого цвета. Данная глина низкодисперсная с низким содержанием карбонатных включений (слабо вскипает при воздействии 10%-ного раствора HCl); высокочувствительная (чувствительность к сушке по методу Чижского составляет 60 сек); легкоплавкая (t=1330°С) с карьерной влажностью 20-25%. Свойства глин представлены в таблице 1.

В качестве добавок, регулирующих усадку, среднюю плотность, пористость и теплопроводность, использованы выгорающие добавки: отходы сельхозпереработки в виде шелухи гречихи и древесная мука.

Шелуха гречихи - сыпучий материал, высокооднородный по размеру гранул (1,25-2,5 мм) и насыпной плотности, являющийся побочным продуктом сельхозперерабатывающих предприятий, например, Буинского. Среднее значение насыпной плотности в естественном состоянии равно 160-170 кг/м³. Гранулометрический состав шелухи гречихи представлен в таблице 2.

Древесная мука - это продукт сухого механического измельчения древесины, свойства которого регламентируются ГОСТ 16361-87.

Перлитовый песок (натрийсодержащая добавка - далее НСД) - это сыпучий, пористый, рыхлый, легкий, долговечный материал. Огнестоек: температура применения - от минус 200 до 900°С. Обладает тепло- и звукоизолирующими свойствами, высокой впитывающей способностью: способен впитать жидкости до 400% собственного веса. Биологически стоек: не подвержен разложению и гниению под действием микроорганизмов, не является благоприятной средой для насекомых и грызунов.

Таблица 1
Свойства глинистого сырья
Параметры глинистого сырья	Месторождения
Калининское	Тураевское	Пестречинское
Пластичность	Среднепластичная	Умереннопластичная	Малопластичная
Дисперсность	Низкодисперсная	Низкодисперсная	Низкодисперсная
Огнеупорность	Легкоплавкая (t плавл.=1260°С)	Легкоплавкая (tплавлен.=1280°С)	Легкоплавкая (tплавл.=1330°C)
Чувствительность к сушке (по Чижскому), сек	65	60	60
Содержание оксидов, %:
SiO 2	75,16	73,70	71,22
Al 2O3	12,20	11,02	8,93
FeO общ.	3,26	3,89	5,78
TiO 2	0,05	0,19	0,55
СаО	2,15	3,64	1,72
MgO	1,13	-	2,24
K 2O	1,35	1,08	1,27
Na 2O	2,52	1,55	2,88
п.п.п.	2,18	4,93	5,41
Карьерная
Влажность, %	15-22	18-23	20-25

Таблица 2
Гранулометрический состав шелухи гречихи
Размеры отверстий контрольных сит, мм	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14	менее 0,14
Полные остатки на контрольных ситах, %	78,9	89,7	97,7	100	100	100

Химически инертен: нейтрален к действию щелочей и слабых кислот. Перлит является экологически чистым и стерильным материалом, не токсичен, не содержит тяжелых металлов. Выпускается по ГОСТ 10832-91 по насыпной плотности марки М-75. Химический состав перлита приведен в таблице 3.

Таблица 3
Химический состав НСД
SiO2	Al2O3	TiO2	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O	K2O	H 2O
71,78	12,77	0,9	1,54	1,31	0,6	4,1	3,0	4,0

Из данных химического состава перлита видно, что в его составе содержится значительное количество оксидов щелочных металлов (Na₂O+K₂ O), суммарное содержание которых достигает 7,1%. Поэтому даже небольшое добавление перлита в состав глиняной шихты будет способствовать снижению температуры обжига кирпича, увеличит количество стеклофазы или «огневой связки», которая при остывании после обжига будет цементировать реликты глинистых минералов, кристаллические новообразования, крупнозернистые включения и укрепит стенки пор, а следовательно, увеличит прочность кирпича.

Алюминийсодержащая добавка - АСД - это влажная шламообразная масса, гальванический шлам - отход гальванического производства, например, Набережно-Челнинского алюминиевого производства. Эти многотоннажные отходы, которых ежесуточно образуется до 10 т, в настоящее время нигде не используются. Средняя влажность АСД - 75%, среднее значение насыпной плотности - 0,84 г/см³, среднее значение истинной плотности - 2,7 г/см³. Химический состав АСД представлен в таблице 4.

Таблица 4
Химический состав АСД
SiO2	Al2O3	TiO2	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	Na2 O	K2O	Р2О5	SO3	П.п.п.
0,61	55,47	0,01	0,13	<0,01	1,52	1,06	1,90	<0,01	0,05	9,47	29,78

Выбор АСД обоснован высоким содержанием в этой добавке оксидов алюминия (глинозема), которых недостаточно в наших глинах. Особенностью этих отходов является то, что содержащаяся в них Al₂ O₃ повышает прочность черепка, а даже незначительное количество Na₂O снижает температуру образования пиропластической массы.

Способ изготовления пористых керамических стеновых изделий осуществляли следующим образом.

Шихту готовили следующим образом. В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде шелухи гречихи или древесной муки, затем в процессе перемешивания добавляли в смеситель натрийсодержащую добавку - 5-10% перлитового песка марки М75 и АСД в количестве 0,5-3% сверх 100% от объема шихты и перемешивали компоненты еще в течение 30-60 с. Постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от расхода шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с.

Для повышения прочности кирпича при его изготовлении целесообразно НСД и АСД предварительно готовить. Готовили добавку следующим образом. Предварительно АСД высушивали до постоянной массы при температуре 105°С, а затем производили механический размол до тонины 250-300 м²/кг. Затем интенсивно смешивали 0,5-3% (сверх 100% объема шихты) молотой АСД и перлитовый песок марки М75 в количестве 5-10% объема глины в смесителе с завихрителем в течение 30-60 с и готовую добавку вводили в шихту.

Изготовление образцов осуществляли пластическим способом в формах размером 50×50×50 мм путем формования сырцовых гранул при давлении прессования 0,2-2 МПа. Сушку образцов производили в лабораторном сушильном шкафу СНОЛ до остаточной влажности 4%. Обжиг осуществляли в печи ПК путем ступенчатого подъема температуры до 1000°С в течение 10-12 часов, выдержки при максимальной температуре в течение 1-2 часов и остывания до 40°С в течение 8-10 часов. После остывания образцы подвергали стандартным испытаниям: определяли среднюю плотность сырцовых образцов после сушки, среднюю плотность обожженных образцов, общую пористость, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и предел прочности при сжатии.

Пример 1

В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% средне-, умеренно- или малопластичную глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде шелухи гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22%. Затем в процессе перемешивания добавляли в смеситель НСД - 5-10% перлитового песка марки М75 и АСД 0,5-3% сверх 100% от объема шихты и перемешивали компоненты еще в течение 30-60 с. Постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с. Из полученной шихты пластическим формованием получали изделия, которые затем сушили и обжигали.

Пример 2

В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% средне-, умеренно- или малопластичную глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде древесной муки фракции 560 мкм в количестве 15-50% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 45-50% объема шихты, для умереннопластичной - до 35-40%, а малопластичной - до 15-20%. Затем в процессе перемешивания добавляли в смеситель НСД - 5-10% перлитового песка марки М75 и АСД 0,5-3% сверх 100% от объема шихты и перемешивали компоненты еще в течение 30-60 с. Постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с. Из полученной шихты пластическим формованием получали изделия, которые затем сушили и обжигали.

Пример 3

Сначала готовили шихту следующим образом. В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% средне-, умеренно- или малопластичную глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде шелухи гречихи в количестве до 20-56% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 55-56% объема шихты, для умереннопластичной глины - до 40-43%, а малопластичной - до 20-22%. Затем в шихту вводилась добавка, предварительно подготовленная интенсивным перемешиванием НСД и АСД. После введения в шихту добавки вся смесь перемешивалась в смесителе с завихрителем еще в течение 30-60 с и затем, постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от расхода шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с. Из полученной шихты пластическим формованием получали изделия, которые затем сушили и обжигали.

Пример 4

Сначала готовили шихту следующим образом. В смесителе с завихрителем в течение 30-60 с интенсивно смешивали предварительно высушенную до влажности 8-12% средне-, умеренно- или малопластичную глину фракции менее 3 мм с выгорающей добавкой в виде древесной муки фракции 560 мкм в количестве 15-50% объема шихты, вводимой для среднепластичной глины до 45-50% объема шихты, для умереннопластичной - до 35-40%, а малопластичной - до 15-20%. Затем в шихту вводилась добавка, предварительно подготовленная интенсивным перемешиванием НСД и АСД. После введения в шихту добавки вся смесь перемешивалась в смесителе с завихрителем еще в течение 30-60 с и затем, постепенно добавляя воду в количестве до 19 мас.% от расхода шихты, дополнительно перемешивали все компоненты шихты в течение 30-60 с. Из полученной шихты пластическим формованием получали изделия, которые затем сушили и обжигали.

Результаты испытаний изделий по примерам 1-4 приведены в таблицах 5-8.

Результаты испытаний изделий, представленные в таблицах 5-8, показали, что изделия имеют прочность в интервале от марки 75 до 150 кг/см², плотность от 750 до 900 кг/м³, а теплопроводность от 0,138 до 0,185 Вт/(м °С), что соответствует цели изобретения.

Результаты, приведенные в таблицах 5-8 по предлагаемому способу, выше, чем по прототипу, что говорит об эффективности введения в качестве натрийсодержащей добавки перлита и дополнительно АСД.

Сравнение результатов, приведенных в таблице 6 и прототипе, показывают, что введение взамен шелухи гречихи ДМ с дополнительным введением перлита и АСД позволяет получать аналогичные свойства с прототипом. Следовательно, этот предлагаемый способ позволяет расширять номенклатуру выгорающих добавок, при сохранении свойств керамики.

При этом результаты по примерам 3 и 4 показывают достаточно высокое (табл.7 и 8) превышение по прочности (до 15%), по сравнению с примерами 1 и 2, что говорит об эффективности предварительного раздельного приготовления добавки по примерам 3 и 4. Это также подтверждается более высоким коэффициентом конструктивного качества изделий предлагаемых составов, так как при этом получаются изделия пониженной плотности, но достаточно прочные.