КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КИРПИЧА.

Изобретение относится к области производства строительных изделий, в частности к изготовлению керамического кирпича.
Задача настоящего изобретения заключается в получении сырьевой смеси, позволяющей изготавливать керамического кирпича с высокими значениями показателей качества в широком спектре физико-механических свойств при снижении затрат на энергию и сырьё за счет расширения сырьевой базы керамической промышленности, а также в ускорении решения проблемы утилизации золоотвалов Душанбинский ТЭЦ-2.
Для получения керамической массы использована глина месторождения территории Вахдатского района, в качестве добавок – золы - уноса Душанбинского ТЭЦ-2 и уголь Анзобского месторождения при следующих соотношении компонентов, масс в %:
Глина - 60-95
Золы - уноса Душанбинского ТЭЦ-2 - 3,2-20
Уголь Анзобского месторождения - 1,8-20
Используемая зола-уноса Душанбинского ТЭЦ-2 увеличивает пластичность сырья за счет большого количества содержания окиси кремния. Благодаря высокой пластичности в сочетании с оптимальными режимами нагрева и охлаждения при обжиге, адаптированными к сорту глины и добавлением зола-уноса, уменьшается количество микротрещин и увеличивается прочность кирпича.

Изобретение относится к области производства строительных изделий, в частности к изготовлению керамического кирпича.
В настоящее время повторное использование отходов теплоэнергетики в переработку очень актуально. Зола от сжигания углей на электростанциях благодаря своим свойствам, количеству и распространению является перспективным сырьём для производства различных строительных материалов. Одним из наиболее крупномасштабных потребителей золы-уноса может является производство кирпича и плитки.
Известна керамическая масса, содержащая глину, стеклобой, гранитные отсевы, сподумен при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина 58,0-64,0; стеклобой 14,0-16,0; гранитные отсевы 14,0-16,0; сподумен 8,0-10,0 [1].
Известная смесь позволяет изготавливать кирпичи, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 530-2012, а также повысить влагостойкость готовых изделий.
Недостатками известных смесей являются сложность их компонентного состава, а также необходимость использования дорогостоящих первичных материалов - сподумена, кремнегеля.
Наиболее близкой смесью того же назначения к заявляемой смеси по совокупности признаков является керамическая масса для производства кирпича, содержащая глину, уголь, измельченный брак кирпича после сушки, кварцевый песок, сульфитно-дрожжевую бражку, карбоксиметилцеллюлозу и измельченную макулатуру при следующем соотношении компонентов, мас. %: глина - 81,2-87,1; уголь - 1-1,5; измельченный брак кирпича после сушки - 0,1-1,0; кварцевый песок - 10-14; сульфитно-дрожжевая бражка - 1-1,5; карбоксиметилцеллюлоза - 0,3-0,5; измельченная макулатура - 0,3-0,5 [2]. Данный состав принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой смеси - глина; уголь.
Недостатком известной смеси, принятой за прототип, является необходимость использования кварцевого песка как добавки, что ведет к истощению ресурсов, повышает стоимость смеси, а также сложность ее состава и подготовки.
Задача настоящего изобретения заключается в получении сырьевой смеси, позволяющей изготавливать керамического кирпича с высокими значениями показателей качества в широком спектре физико-механических свойств при снижении затрат на энергию и сырьё за счет расширения сырьевой базы керамической промышленности, а также в ускорении решения проблемы утилизации золоотвалов Душанбинский ТЭЦ-2.
Для получения керамического масса использована глина месторождение территории Вахдатского района, в качестве добавок – золы - уноса Душанбинского ТЭЦ-2 и уголь Анзобского месторождения при следующих соотношения компонентов, масс в %:
Глина месторождение Вахдатского региона - 60-95
Золы - уноса Душанбинского ТЭЦ-2 - 3,2-20
Уголь Анзобского месторождения - 1,8-20
Керамическая масса и кирпич получают следующим образом: предварительно глина подвергают дроблению, затем вводят добавки в количестве: золы-уноса 3,2; 6,4; 10 и 20 % и угля 1,8; 3,2; 5 и 20% от массы глина, компонентов при указанных соотношениях перемащивают и полученную смесь подвергают увлажнению. Из вяжущих формировались образцы керамического кирпича размером 248×120×64 мм, твердят их в нормальных условиях при температуре 35 °C в течение 5 суток, затем проводят обжиг при температуре 900 °C.
Золы-уноса ДТЭЦ-2 имеют такой химический состав: SiO2 - 53.13 %, Al2O3 - 30.00 %, Fe2O3 - 6.29 %, CaО - 3.15 %, MgO - 0.61 %, Na2O - 0.13 %, K2O - 3.31 %, TiO2 - 1.46 %, SO3 - 0.98 %, MnO2 - 0.013 %. По химическому составу основными компонентами золы ДТЭЦ‑2 являются оксиды кремния, алюминия и железа.
Новый технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в расширении диапазона применения золы-уноса от сжигания углей без ущерба для качества получаемых золокерамических материалов, а также возможность использования более совершенных и менее затратных методов формования изделий. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости и механической прочности при изгибе и сжатии.
Используемая зола-уноса Душанбинского ТЭЦ-2 увеличивает пластичность сырья за счет большое количество содержания окиси кремния. Благодаря высокой пластичности в сочетании с оптимальными режимами нагрева и охлаждения при обжиге, адаптированными к сорту глины и добавлением зола-уноса, уменьшается количество микротрещин и увеличивается прочность кирпича.
Предел прочности при сжатии кирпича и кирпича при изгибе определяют в соответствии с ГОСТ 8462. Предел прочности при сжатии образцов вычисляют с точностью до 0,1 МПа (1 кг/см) результатов испытания всех образцов. Испытание проводилось на прочность при раздавливании на прессе ПГМ-100МГ4. Предел прочности на сжатие вычисляли как среднее арифметическое результатов пяти испытаний без наибольшего и наименьшего результатов, представлено в таблице 1.
Таблица 1
№ Содержание компонента кирпича, % Размеры и правильность форма кирпича, мм Дефекты внешнего вида кирпича Средний предел прочности, кгс/см2 Средний предел изгиба, кгс/см2 Плотность, кг/м3
1 глина-100%
249,3х120х63 - 95,54 35,10 1465
2 глина-95%
уголь- 1,8%
золь-3,2% 249,3х120х64 - 97,43 35,08 1465
3 глина - 90,4%
уголь - 3,2%
золь - 6,4% 248,6х121х62 - 103,69 37,44 1488
4 глина-85%
уголь-5%
золь-10%
248,6х120х63 - 74,85 23,04 1460
5 глина-80%
золь-20%
248х120х67 - 75,11 35,14 1476

По полученным данным из экспериментов была построена зависимость прочности золокерамического кирпича от состава смеси золь - уноса (Фиг 1).
Фиг. 1
Доля золы - уноса составляла 3-20% (остальное – глина и угля). Результат показывает, что активация смеси при 3,2 и 6,4% содержании состава керамического кирпича обеспечивает прочность материала, равную 97,43 - 103,69 кгс/ см2 и изгибе 35,08-37.44 кгс/см2, что согласно требованиям п. 5.2.3. табл.7 ГОСТ 530-2012 кирпич соответствует марке М100. Более высокое содержание золы-уноса (10 и 20%) не отвечает требованиями ГОСТа 530-2012. Водопоглощение керамического полнотелого керамического кирпича пластического формования составило в среднем 22.47%, что удовлетворяет п.5.2.4 ГОСТ 530-2012.
Таким образом, наибольшая прочность керамического кирпича достигается при температуре обжига более 900 °C, а также при введении добавок золы-уноса до 5-7% при нормальных условиях. Максимальная прочность образцов при введении 6,5% добавки золы-уноса, а с повышением количества добавки золы-уноса более 10% прочность керамического кирпича снижается. Угли добавляют в глину до 5% от требуемого объема глины. В таких количествах каменный уголь оказывает небольшое влияние на пористость кирпича. Основное его назначение - создать восстановительную среду в толще обжигаемого материала. Это интенсифицирует процесс спекания и упрочнения керамики. В изломе кирпича, полученного из глины, золь-уноса и угля, видна темно-малиновая уплотненная зона, повышающая его прочность. Поэтому применение золы-уноса как добавок для повышения прочности керамического кирпича, является одним из важных направлений строительного материаловедения.
За счёт путей утилизации золы-уноса и золошлаковых отходов, снижается вредное влияние отвалов на прилегающих территориях ДТЭЦ-2, как для безопасности использование отходов производства, как товарная продукция, так и для окружающей среды города Душанбе в целом.
Золошлаковые отходы ТЭЦ с успехом могут быть использованы и в производстве других материалов и изделий. Примерная техническая эффективность их использования в изготовления кирпича является: экономия глинистого сырья на 5-10%, сокращение расхода топлива на 70...90 кг/тыс. шт. кирпича, повышение марки изделий, улучшение внешнего вида, сокращение срока сушки кирпича, снижение средней плотности.

1. Патент Российской Федерации №2509744 от 20.03.2014
2. Патент Российской Федерации №2497775 от 10.11.2013.