Спосіб виробництва облицювального матеріалу

Винахід стосується будівельної галузі, а саме виробництва матеріалу для оздоблювальних і облицювальних виробів на основі стеклогранулята. Також можливе використання винаходу в галузі футерування агрегатів, що використовуються у високотемпературних і/або хімічно агресивних процесах. Відомий оздоблювальний матеріал - керамічна плитка - виготовляється із природної глиняної сировини або з мінеральних композицій на базі оксидів металів і інших вогнетривких компонентів. Відформовані і висушені напівфабрикати обпалюють при заданих режимах. Таким чином отримують будівельні, побутові, хімічно - та температурно-стійкі керамічні вироби За своїми фізико-хімічними властивостями керамічні плитки придатні до використання переважно для облицювання всередині приміщень.(Енциклопедія "Стройиндустрия и промышленность строительных материалов" М. Стройиндустрия 1996 стор. 115. 116). Скло як оздоблювальний матеріал отримують розплавом оксидів кремнію, фосфору, барію, лужних, лужноземельних та інших металів. Для цього використовують такі матеріали: кварцовий пісок, борна кислота, крейда, сода, вапняк, сульфат натрію, поташ, магнезит, каолін, оксиди свинцю, сульфат або карбонат барію, польові шпати, бите скло, доменні шлаки та ін. Крім цього, під час варення скла додають як окислювачі натрову селітру і хлорид амонію, як освітлювачі (для видалення газів) хлорид натрію і триоксид миш'яку, як речовини, що обезбарвлюють, селен, сполуки кобальту і марганцю. Для отримання матового або молочного скла або емалей додають кріоліт, фтори кальцію, фосфати, сполуки олова. Скло переважає керамічний матеріал за показниками хімічної стійкості, твердості, гігроскопічності і температурі застосування. До недоліків цього оздоблювального матеріалу слід віднести його крихкість і велику кількість складових компонентів. (В.Г. Микульский «Строительные материалы» Μ. 2000 стор. 136) Відомі способи отримання облицювальної плитки зі ситалів. Будівельні ситали отримують зокрема кристалізацією скла із розплавів, до яких в якості центрів кристалізації додають відповідні каталізатори, які ініціюють ріст кристалів основної маси. В якості каталізаторів кристалізації використовують порошки дорогоцінних металів: золота, платини, срібла, а також оксидів титану, цирконію та ін. Кристалізацію ситалу здійснюють остаточною термообробкою сформованих виробів, яка забезпечує готовим виробам потрібні властивості. За сукупністю суттєвих ознак спосіб виробництва ситалів є найближчим аналогом до способу, що пропонуються. (В.Г. Микульский «Строительные материалы» М. 2000 стор.150). Основним недоліком способу виробництва ситалів є використання дорогих або дефіцитних компонентів в якості ініціаторів кристалізації, що дещо обмежує впровадження ситалів в промисловість. В якості прототипу прийнято рішення за патентом РФ № 2 164 896 СОЗВ 31/00 15.05.2000 "Способ изготовления декоративно-облицовочных плит и установка для их непрерывного получения", який складається з наступних операцій. “Способ изготовления декоративнооблицовочных плит на основе цветного стеклогранулята и кварцевого песка, включающий загрузку исходных компонентов в формы и последующую термообработку в печи при 900-950 градусах Цельсия с оплавлением, спеканием, кристаллизацией, снижением температуры перед отжигом и последующим отжигом, затем формы помещают в открытый теплоизолированный поддон, который после термообработки при максимальной температуре выталкивают из печи в горизонтальном направлении и выдерживают при температуре окружающей среды в течении 8090с, охлаждая лицевую поверхность плит до 600-634 градусов Цельсия, затем помещают плиты в замкнутый теплоизолированный объем с термическим сопротивлением стенок, обеспечивающим охлаждением лицевой поверхности плиты до 100-140 градусов Цельсия со средней скоростью охлаждения от 0.016 до 0,020град/с” Недоліком прототипу є неконтрольований процес кристалізації матеріалу та зниження експлуатаційних якостей матеріала. В основу винаходу поставлено задачу створення способу виробництва матеріалу із високими фізико-хімічними і механічними властивостями, придатного для оздоблювальних та облицювальних виробів, що знаходитимуться в несприятливих умовах, в складі якого були б недорогі і доступні компоненти. При цьому гама кольорів нового матеріалу має бути наближеною до природних каменів. Цей матеріал названий нами кристалограніт. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що сировину утворюють змішуванням у визначеному співвідношенні попередньо подрібнених і просіяних скляного грануляту, склобою і кварцового піску, а на кінцевій стадії змішування до них додають Релаксол як ініціатор кристалізації і фарбники. Суміш нагрівають і витримують при температурі близько 1000 градусів за Цельсієм, після чого охолоджують. Відома група ситалів на основі силікатного скла. Вони отримуються розплавленням і наступною кристалізацією розплавленої сировини, яка містить переважно двооксид кремнію. Потрібного забарвлення ситалів досягають застосуванням відповідних барвників, зокрема оксидів хрому, нікелю, міді тощо. Кристалічна структура матеріалу формується під час термообробки під впливом ініціаторів кристалізації. Нами експериментальне встановлено, що функцію ініціатора кристалізації силікатного скла може виконувати така речовина, як Релаксол. Вона випускається промисловістю і коштує дешевше за ініціатори кристалізації, які традиційно використовуються. Це дає змогу досягти головної мети винаходу - здешевлення виробництва облицювального матеріалу. Супутня мета винаходу - покращення естетичних властивостей виробів із кристалограніту досягається тим, що обмежують максимальний розмір часток складових компонентів для нового матеріалу. Поруч із додатковим впливом Релаксолу на формування кристалів це забезпечує певну структурованість поверхневого малюнку, який утворюється на готових виробах. Наступна супутня мета - утилізація відходів, в даному випадку склобою. Цьому сприяє те, що базовою речовиною такої сировини є силікатне скло. Перед використанням склобій подрібнюють до потрібного розміру. Спосіб отримання кристалограніту містить етапи переробки первинної сировини (скло, кварцовий пісок), переробку вторинної сировини (склобою), їх подрібнення, відсів, дозування компонентів, переміщування з додаванням наприкінці перемішування фарбників для створення певного кольорового розмаїття та Релаксолу для забезпечення керованої кристалізації. Після цього готову суміш нагрівають в печі, піддають термообробці і охолоджують. Релаксол представляє собою продукт відходів очистки коксових газів. Його зазвичай застосовують як регулятор тужавлення бетонних сумішей, який сприяє підвищенню міцності бетону і впливає на його морозостійкість. Товарний Релаксол відповідає вимогам ТУ У В-2.7-19266746.001-96. В запропонованому винаході Релаксол застосовано за іншим призначенням, а саме для впливу на процес кристалізації і розподіл фарбників серед інших компонентів. Як фарбники використано такі речовини; оксиди заліза, міді, кобальту, марганцю, нікелю, селен, тощо. Декорування верхнього шару поверхні плит виконують двома способами -сумішшю гранул кольорового скла, або підсипкою на верхній шар кольорового гранулята іншого кольору. Наприклад суміш гранулята основного складу з окислом нікелю - кольор світоло-русявий, суміш гранулята основного складу з окислом хрома -кольор світло-зелений, такі співвідношення кольорів широко відомі. В залежності від співвідношення масси оздоблювального матеріалу може бути виготовлена різноманітна гамма візерунків лицевої поверхні плит. Склад готової суміші такий (мас.%): гранулят скляний — 50-60, дроблений склобій - 25-35, кварцевий пісок - 12 - 17, решта - Релаксол і фарбники в залежності від бажаної гами кольорів, причому Релаксол містить двооксид кремнію у кількості 20-40% у вигляді тридимита , сіліката натрія до 1% та крони у кількості до 1%, а термообробку суміші виконують при температурі близько 1000 градусів за Цельсієм. Розмір гранул компонентів не більше 5 мм. Після цього підготовленою сумішшю заповнюють форми майбутніх виробів і піддають термообробці при температурі близько 1000 градусів за Цельсієм, потім повільно охолоджують. Введення Релаксола має наступні властивості в матеріалі - ініціірує кристалізацію, збільшує пластичність, запобігає виникненню усадочних раковин, макро та мікротріщин. Отримані зразки кристалограніту випробувані з метою визначення їх фізико-хімічних і механічних властивостей. При цьому визначались такі показники, як густина, міцність на стиск і вигин, морозостійкість, водопоглинання, термостійкість, коефіцієнт теплового розширення (КТР), ударна міцність (h), втрата маси тертям (антизношувальні властивості), твердість по Моосу, хімічна стійкість і радіоактивність. Ці показники визначались за відомими методиками (див., наприклад, Бережной А.И. Ситаллы и фотоситаллы. -М.: 1988). Дослідження показали, що високої міцності, морозостійкості, термостійкості і твердості можна досягти лише за умови дотриманнярозміру фракцій компонентів не більше 5 мм, їх визначеного складу, порядку змішування і режиму термообробки суміші. Найбільш близьким аналогом нового матеріалу за складом і технологією отримання є будівельний ситал, що отримується за „скляною технологією". Але призначення кристалограніту і його зовнішній вигляд як оздоблювального матеріалу наближені до граніту, який він імітує. Тому аналогом за призначенням нового матеріалу є граніт. Основні фізико-хімічні показники кристалограніту В залежності від процентного составу стеклогрануляту (основні характеристики) П/П 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Показник Густина Міцність на Стиск/вигин Морозостійкість Водопо-глинання Термостійкість Коефіцієнт Теплового Розширення (КТР) Ударна міцність, h Втрата маси тертям Твердість По Моосу Кислотостійкість H2SО4 Радіоактивність одиниці вимірюв. кГ/м3 МПа Цикл % С h>, см. Г/см2 % Беккерель/кг “Кристалло- “Кристаллогранит” 55% гранит” 50% ст.гран. ст. гран. 2300-2450 2600-2900 141,5-320/23,3 70-330/15 >200 >200 0,13-0,31 0,1-1,0 200 80 100 85-100 0,06-0,15 6 99.99 60 80 100-148 0,04-2,1 7 97,1 200-630 “Кристалло- “Кристаллогранит” 45% гранит” 40% ст. гран. ст.гран. 2600-2800 1900-2000 30-152/27,2 15-180/2-12 210 0,1-0,35 >200 0,13-0,31 100 120 180 210 200 К-іхЮ-6 CM г/см2 бал % Бкр/кг 5-8 75 0,58 5 7 77 0,19-5,1 3,4 200-559 8 100-148 0,04-2,1 7 97,1 200-630 1-9 70-130 0,015-0,05 6,5 99,90 57 10 85-100 0,06-0,15 6 99,99 60 Результати досліджень свідчать про те, що кристалограніт за більшістю показників майже не поступається граніту, а за показниками термостійкості і радіоактивності новий матеріал помітно кращий за граніт. Високі фізико-механічні показники кристалограніту досягнуті без використання дефіцитної сировини, при цьому утилізуються відходи склобою. Це дає можливість широкого застосування запропонованого матеріалу для зовнішнього оздоблення будівель замість більш коштовного природного граніту, ресурси якого обмежені. Можлива гама кольорів кристалограніту (понад 400 кольорів і відтінків) перевершує можливості граніту. При цьому він має однаковий з бетоном КТР, що сприяє розширеному температурному діапазону його застосування для облицювання бетонних поверхонь і дає можливість щільного (без швів) стикування облицювальних плит. Використання запропонованої технології дозволить отримати матеріал з гарантованими властивостями. Кристалограніт представляє собою по суті єдиний найбільш повноцінний замінник природних каменів (в першу чергу граніту) не тільки за фізико-хімічними показниками, а й завдяки зовнішньому вигляду, який імітує ці камені. При його отриманні модулюються природні умови утворення природного граніту завдяки прискореній кристалізації екологічно чистих сировинних компонентів. Основою нового матеріалу є двооксид кремнію, кількість якого сягає 90 - 95%. Він є одним із найпоширеніших природних матеріалів (в різних модифікаціях) і тому недорогий і недефіцитний. Новий матеріал позбавлений таких недоліків, як тріщинуватість, каверни і порожнини, які притаманні природному граніту. Облицювання будівель і споруд кристалогранітом не тільки поліпшує їх естетичні властивості, а й захищає від шкідливого впливу бензопірену, діоксинів і радону, що присутні в умовах промислового довкілля. При цьому виключається схильність зовнішніх поверхонь до розтріскування завдяки незначному (в 40 разів менше, ніж у цегли чи бетону) водопоглинанню нового матеріалу. Облицьований цим матеріалом цоколь будівлі набуває ефективного захисту від впливу атмосфери, а внутрішнє оздоблення із кристалограніту добре протистоїть парам ксилолу, стиролу, толуолу та виробничому пилу тощо. Вміст речовин згаданих парів у новому матеріалі майже в 75000 разів менший за гранічно допустиму норму для будівельних матеріалів. За всією сукупністю властивостей Кристалограніт не має аналогів херед декоративнооблицювальних матеріалів, що застосовуються в будівництві, щодо захисту будівель від зовнішніх і внутрішніх несприятливих чинників.