керамическая масса для изготовления стеновых материалов
Классы МПК: | C04B33/132 отработанные материалы; отходы |
Автор(ы): | Кара-сал Борис Комбуй-оолович (RU), Седип Светлана Сергеевна (RU), Сат Дмитрий Хураган-оолович (RU), Чульдум Урана Думетовна (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тывинский государственный университет (ТывГУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-01-30 публикация патента:
20.05.2010 |
Керамическая масса относится к составам керамических масс для изготовления стеновых материалов, преимущественно кирпича, и может быть использована в промышленности строительных материалов. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и уменьшение водопоглощения изделий. Керамическая масса для изготовления стеновых материалов включает глину и отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм, характеризующийся объемной массой 960 кг/м3, плотностью 2720 кг/м3, огнеупорностью 1180°С, минералогическим составом, включающим клиноптилолит, ортоклаз, кварц, глинистые минералы и железистые соединения, химическим составом, включающим, мас.%: SiO2 - 61,16; Аl2O3 - 11,64; Fе2O3 - 4,82; CaO - 5,45; MgO - 1,92; R2O - 4,88; п.п.п. 9,86, при следующем соотношении компонентов массы, мас.%: глина - 65-90; отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм - 10-35. 3 табл.
Формула изобретения
Керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм, характеризующийся объемной массой 960 кг/м3, плотностью 2720 кг/м3, огнеупорностью 1180°С, минералогическим составом, включающим клиноптилолит, ортоклаз, кварц, глинистые минералы и железистые соединения, химическим составом, включающим мас.%: SiO2 - 61,16; Аl2O3 - 11,64; Fе2О3 - 4,82; CaO - 5,45; MgO - 1,92; R2O - 4,88; п.п.п. 9,86 при следующем соотношении компонентов массы, мас.%:
глина | 65-90 |
отсев цеолитсодержащей породы | ![]() |
фракции менее 0,31 мм | 10-35 |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к составам керамических масс для изготовления стеновых материалов, преимущественно кирпича, и может быть использовано в промышленности строительных материалов.
Известна керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину (в мас.%) - 93,5-97,5 и кварцевый песок, термообработанный при 500-900°С - 2,5-6,5 (а.с. № 814962). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе имеют высокое водопоглощение (21-22%) и обладают незначительной прочностью - 19-25 МПа. Кроме того, термическая обработка кварцевого песка требует дополнительных энергетических затрат и обуславливает увеличение себестоимости изделий.
Другая керамическая масса (а.с. № 1054324), содержащая 70-80% глины и 20-30% отходов дробления кристаллических сланцев фракции менее 0,63 мм не позволяет получить керамические материалы высокой прочности (Rсж - 25-27 МПа).
Наиболее близким аналогом к предлагаемой является масса для изготовления керамических стеновых материалов, включающая глину (в мас.%) - 72-90; отсев ортофира фракций менее 2,0 мм - 10-28 (а.с. 881066). Недостатком данной массы является то, что изделия на ее основе после обжига имеют незначительную прочность при сжатии (24-26 МПа) и высокое водопоглощение 18-19%.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочности и уменьшение водопоглощения керамических стеновых материалов.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что керамическая масса для изготовления стеновых материалов, включающая глину и наполнитель, отличается тем, что в качестве наполнителя она содержит отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм при следующем соотношении компонентов массы, мас.%: глина - 65-90, отсев цеолитсодержащей породы - 10-35.
Отсев цеолитсодержащей породы представляет собой тонкоизмельченный порошок красно-коричневого цвета, полученный в результате дробления и измельчения горной породы при получении мелкофракционной дорожной засыпки. Объемная масса - 960 кг/м3, плотность - 2720 кг/м3. Огнеупорность - 1180°С. В минералогический состав входят клиноптилолит, ортоклаз, альбит, кварцит, гетит и монтмориллонит. Химический состав отсева цеолитсодержащей породы приведен в таблице 1.
Таблица 1 | ||||||
SiO2 | Аl2O3 | Fe2O3 | СаО | MgO | R2O | п.п.п. |
61,16 | 11,64 | 4,82 | 5,45 | 1,92 | 4,88 | 9,86 |
В качестве глинистой породы принята шеминская гидрослюдистая глина с химическим составом, включающим, мас.%: SiO2 61,22, Аl2О 3 16,24, Fe2O3 7,68, TiO2 0,97, СаО 0,60, MgO 2,58, К2O 2,16, Na2 O 1,55, п.п.п.6,65. Температура огнеупорности глины 1200°С. Глина является основным компонентом, обеспечивающим пластичность и спекание керамической массы.
Из научной и технической литературы, а также из известного перечня информации заявителем не обнаружены технические решения с применением отсева пород с малым содержанием цеолита (в пределах 10-12%) при значительном присутствии полевых шпатов (55-60%) или с аналогичными наполнителями подобного химического состава.
Химическое взаимодействие основных элементов (клиноптилолита и ортоклаза) отсева цеолитсодержащей породы при указанной совокупности оксидов с продуктами разложения глинных минералов обуславливает более раннее протекание реакции в твердой фазе с образованием соединений типа шпинелей и формированием большого количества жидкой фазы за счет взаимодействия оксидов щелочных и щелочно-земельных элементов с оксидами железа, кремнезема и глинозема. Поскольку жидкая фаза практически является цементирующим веществом, то образование ее в большем количестве, чем в известных составах при пониженных температурах обжига, обуславливает получение искусственного камня более плотной структуры, что снижает водопоглощение и повышает прочность изделий.
Таким образом, совокупность предлагаемых признаков, по мнению заявителя, отвечает критерию «существенных отличий», приобретает новые свойства, заключающиеся в получении искусственного камня более плотной структуры, обуславливающей прочность и низкое водопоглощение материала.
Пример конкретного выполнения
Керамические массы готовились согласно известной методике (Книгина Г.И., Вершинина З.Н., Тацки Л.Н. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей. - М.: Высшая школа, 1977. - 208 с). Высушенные сырьевые материалы подвергались помолу до зерен 0,63 мм. Смесь в необходимых соотношениях тщательно смешивались всухую. С добавлением воды приготовили массы с требуемой формовочной влажностью. Образцы-цилиндрики размерами h=d=40 мм отформовались пластическим способом. Высушенные при 100-105°С образцы обжигались при температуре 1050°С с изотермической выдержкой 2 часа. Определение водопоглощения и предела прочности при сжатии образцов проводились согласно ГОСТ 13449-82 и 473.6-81. Шихтовой состав масс приведен в табл.2.
Таблица 2 | ||||||
Компоненты | Составы | |||||
I | II | III | IV | V | VI | |
Глина | 95 | 90 | 80 | 70 | 65 | 60 |
Отсев цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 | 5 | 10 | 20 | 30 | 35 | 40 |
Результаты испытаний приведены в табл.3.
Таблица 3 | ||
Номера составов | Предел прочности при сжатии, МПа | Водопоглощение, % |
I | 27,1 | 17,6 |
II | 29,8 | 16,4 |
III | 34,9 | 13,5 |
IV | 40,2 | 10,7 |
V | 43,4 | 8,8 |
VI | 46,7 | 7,6 |
прототип | 24-26 | 18-19 |
Результаты испытаний показали эффективность введения отсева цеолитсодержащей породы фракции менее 0,31 мм в количестве 10-35% по сравнению с прототипом и отходами дробления кварцитов. При добавке 5% предлагаемого отсева существенного роста прочности не наблюдается. При увеличении содержания вводимой добавки более 35% водопоглощение образцов снижается ниже требований ГОСТа (не менее 8%). По сравнению с прототипом прочность полученных образцов из предлагаемой массы больше на 40-60% и снижается водопоглощение. В результате спекания указанной керамической массы кристаллизуются новообразования, такие как железистые шпинели, анортит и муллитоподобная фаза.
Применение предлагаемой керамической массы позволяет следующее.
1. Получить стеновые керамические изделия с повышенной прочностью и малым водопоглощением.
2. Снизить энергетические затраты на подготовку сырья за счет использования готовой тонкоизмельченной добавки.
3. Утилизировать отходы камнедробления.
4. Благодаря утилизации отходов предотвращается загрязнение окружающей среды.
Класс C04B33/132 отработанные материалы; отходы