Керамзит

влияют количество и качество (размеры) воздушных пор, а также влажность.

Заметное влияние оказывает фазовый состав материала. Аномалия в

коэффициенте теплопроводности связана с наличием стекловидной фазы. Чем

больше стекла, тем коэффициент теплопроводности для заполнителя одной и той

же плотности ниже. С целью стимулирования выпуска заполнителей с лучшими

теплоизоляционными свойствами для бетонов ограждающих конструкций

предлагают нормировать содержание шлакового стекла (например, для

высококачественной шлаковой пемзы 60—80%) .

Искусственные пористые пески — это в основном продукты дробления

пористых кусковых материалов (шлаковая пемза, аглопорит) и гранул

(керамзит). Специально изготовленные вспученные пески (перлитовый,

керамзитовый) пока не занимают доминирующего положения.

Большое преимущество дробленых песков — возможность их производства в

комплексе с производством щебня. Однако это обстоятельство обусловливает и

существенные недостатки в качестве песка. Являясь попутным продуктом при

дроблении материала на щебень, песок в ряде случаев не соответствует

требуемому гранулометрическому составу для производства легкого бетона.

Очень часто песок излишне крупный, не содержит в достаточном количестве

наиболее ценной для обеспечения связности и подвижности бетонной смеси

фракции размером менее 0,6 мм

Насыпная объемная масса пористых песков еще в меньшей степени, чем

крупных заполнителей, характеризует их истинную «легкость». Малая объемная

масса песка часто достигается за счет не внутризерновой, а междузерновой

пористости вследствие специфики зернового состава (преобладание зерен

одинакового размера). При введении в бетонную смесь такой песок не

облегчает бетон, а лишь повышает его водопотребность. Очевидно, для

улучшения качества пористого песка необходим специальный технологический

передел дробления материала на песок заданной гранулометрии, а не попутное

получение песка при дроблении на щебень.

Производство дробленого керамзитового песка, особенно при преобладании

в нем крупных фракций, нельзя признать рациональным. Крупные фракции

(размером 1,2—5 мм) дробленого песка мало улучшают удобоукладываемость

смеси, но вызывают повышение ее объемной массы из-за наличия открытых пор и

повышенной пустотности. Вспученный (в печах «кипящего слоя») керамзитовый

песок производится пока в небольшом количестве. По физико-техническим

показателям он лучше дробленого песка. Прежде всего меньше его

водопоглощение.

Характеристика вспученных и дробленых песков по фракциям:

50% составляет фракция 1,2—5 мм. Поэтому в легком бетоне приходится

снижать расход керамзитового гравия, что нерационально (заменять гравий

песком).

С уменьшением объемной массы пористых заполнителей (насыпной и в зерне)

их пористость и водопоглощение увеличиваются. Однако водопоглощение,

отнесенное к пористости зерен, уменьшается, что указывает на увеличение

«закрытой» пористости у более легких ма- териалов.

Свойства легкого бетона.

Удобоукладываемость легких бетонных смесей оценивают теми же методами,

которые применяют для бетонных смесей на плотных заполнителях.

Подбор количества воды затворения по заданному показателю

удобоукладываемости затруднен тем, что последний зависит от характера

применяемого пористого заполнителя.

Основы теории легких бетонов, а также общий метод подбора оптимального

количества воды затворения для легкобетонной смеси разработаны Н. А.

Поповым. Этот метод основан на зависимости прочности и коэффициента выхода

легкого бетона от расхода воды

Кривая зависимости прочности от расхода воды имеет две ветви. Левая

(восходящая) показывает, что прочность бетона при повышении расхода воды

постепенно возрастает. Это объясняется увеличением удобоукладываемости

бетонной смеси и плотности бетона. Правая (нисходящая) ветвь кривой

свидетельствует о том, что после достижения наибольшего уплотнения смеси

(т. е. минимального коэффициента выхода) увеличение расхода воды приводит к

возрастанию объема пор, образованных не связанной цементом водой, и к

понижению прочности бетона. В легком бетоне отчетливо проявляется вредное

влияние как недостатка, так и избытка воды затворения.

Наиболее важной (наряду с прочностью) характеристикой легкого бетона

является объемная масса. В зависимости от объемной массы и назначения

легкие бетоны подразделяют на следующие группы: теплоизоляционные с

объемной массой 500 кг/м3 и менее; конструкционно - теплоизоляционные (для

ограждающих конструкций — стен, покрытий зданий) с объемной массой до 1400

кг/м3; конструкционные с объемной массой 1400— 1800 кг/м3. Объемная масса

легкого бетона в значительной степени определяется объемной массой

пористого заполнителя.

Установлены следующие проектные марки легкого бетона по прочности на

сжатие: М25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350 и 400. Легкобетонные

камни для стен обычно имеют марку 25 и 35, крупные стеновые панели и блоки

изготовляют из легкого бетона марок М50, 75 и 100.

Конструкционные легкие бетоны марок 150—400 получают применяя

портландцемент марок 300—600. Крупным заполнителем служит керамзитовый

гравий, аглопоритовый щебень или шлаковая пемза, в качестве мелкого

заполнителя часто применяют кварцевый песок. Объемная масса конструкционных

легких бетонов с кварцевым песком доходит до 1700—1800 кг/м3, но все же она

на 600— 700 кг/м3 меньше, чем у тяжелого бетона, поэтому коэффициент

конструктивного качества, равный отношению прочности к объемной массе, у

легкого бетона выше примерно в 1,4 (при одинаковой прочности). В силу этого

конструкционный легкий бетон особенно выгодно применять взамен тяжелого

бетона в железобетонных конструкциях больших пролетов (фермы, пролетное

строение мостов и т. п.), где особенно эффективно снижение собственной

массы конструкции. Уменьшение нагрузок от собственной массы позволяет

сократить расход арматурной стали на 15—30 %.

Деформативные свойства легких и тяжелых бетонов сильно различаются.

Легкие бетоны на пористых заполнителях более трещиностойки, так как их

предельная растяжимость выше, чем равнопрочного тяжелого бетона. Однако

следует учитывать и такие особенности легких бетонов, как большие усадка и

ползучесть по сравнению с тяжелым бетоном.

Теплопроводность легкого бетона зависит в основном от объемной

массы и влажности.

Увеличение влажности бетона на 1 % повышает коэффициент

теплопроводности на 0,01—0,03 Вт/(м-К). В зависимости от объемной массы и

теплопроводности толщина наружной стены из легкого бетона может быть от 22

до 50 см.

Долговечность бетона зависит от его морозостойкости. Для ограждающих

конструкций обычно применяют легкие бетоны, выдерживающие 15—35 циклов

попеременного замораживания и оттаивания. Однако для стен влажных

промышленных помещений, в особенности в районах с суровым климатом,

требуются более морозостойкие легкие бетоны. Требования по морозостойкости

еще более повышаются, если конструкционный легкий бетон предназначен для

гидротехнических сооружений, мостовых и других конструкций. В этих случаях

нужен легкий бетон с марками по морозостойкости МрзбО, 75, 100, 150, 200,

300, 400 и 500.

Возможность получения легких бетонов с высокой морозостойкостью и малой

водопроницаемостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на

пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, в

гидротехническом строительстве и даже в судостроении.

В слабоагрессивных и среднеагрессивных средах легкобетонные конструкции

можно применять без специальной защиты при условии, если показатель

проницаемости легкого бетона не отличается от соответствующей

характеристики тяжелого бетона, эксплуатируемого в данной агрессивной

среде. Применение же легких бетонов в сильноагрессивной среде разрешается

лишь после опытной проверки.

Легкий бетон для несущих армированных конструкций должен быть плотным,

т. е. иметь плотную структуру, при которой межзерновые пустоты крупного

заполнителя были бы полностью заполнены цементным раствором. В плотном

легком бетоне защита арматуры от коррозии не нужна.

Водостойкость плотных легких бетонов на цементе существенно не

отличается от водостойкости тяжелых бетонов. Обычно уменьшение прочности

легких бетонов от их кратковременного насыщения водой не превышает 15 %. В

воде легкие бетоны набухают больше, чем равнопрочные тяжелые бетоны.

Водонепроницаемость конструкционных легких бетонов высокая. По данным

Г. И. Горчакова и К. М. Каца, керамзитобетон с расходом цемента 300—350

кг/м3 не пропускал воду даже при давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость

плотных легких бетонов подтверждается долголетней эксплуатацией

гидротехнических сооружений в Армении и Грузии, а также испытанием напорных

труб. Характерно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов

повышается.

Дальнейшее уменьшение объемной массы легких бетонов без ухудшения их

основных свойств возможно путем образования в цементном камне мелких

замкнутых пор. Для поризации цементного камня, являющегося самой тяжелой

составной частью легкого бетона, используют небольшие количества

пенообразующих или газообразующих веществ. Мелкие и равномерно

распределенные поры в цементном камне не понижают прочность, но уменьшают

объемную массу и теплопроводность легкого бетона. Кроме того, поризация

цементного камня в легком бетоне позволяет обойтись без пористого песка.

Легкий бетон является эффективным универсальным материалом и его

применение быстро возрастает.

Однородность.

По данным С. Ф. Бугрима, В. Л. Пржецлавского, В. П. Петрова и других

исследователей, изучавших качество керамзита на многих предприятиях,

керамзит везде неоднороден. Очевидно, это предопределено самой технологией

получения керамзитового гравия, когда каждая гранула вспучивается по-

разному при неоднородности сырья и непостоянстве температурных условий в

печи. В результате керамзитовый гравий — это совокупность неодинаково

вспученных гранул различной плотности и прочности.

Применяя такой неоднородный заполнитель, невозможно получить однородный

по качеству бетон. Чтобы конструкции были достаточно надежны по прочности,

надо учесть минимальную статистически вероятную прочность заполнителя, а

при расчете массы и теплопроводности — принять возможную максимальную его

плотность. Если заполнитель неоднороден, то расчетные характеристики бетона

и эффективность его применения в конструкциях тем самым занижаются.

Для повышения однородности керамзита есть два пути. Первый состоит в

совершенствовании технологии производства, усреднении сырья, более

тщательной его переработке и грануляции, стабилизации режимов

термоподготовки, обжига и охлаждения, улучшении фракционирования. В

институте НИИКерамзит проведены исследования основных факторов, влияющих на

однородность керамзитового гравия на всех этапах его производства, и

разработаны соответствующие рекомендации.

Второй путь — разделение готовой продукции на фракции не только по

крупности, но и по плотности зерен.

Обогащение.

Применительно к керамзитовому гравию термин «обогащение» означает

разделение его на классы по плотности зерен. Более легкий будет богаче

хорошо вспученными зернами, более тяжелый — богаче менее вспученными, зато

более прочными зернами.

А. А. Эльконюк и другие (НИИКерамзит) установили возможность сепарации

керамзитового гравия в кипящем слое без промежуточного утяжелителя. В этом

случае утяжелителем служит сам керамзитовый гравий. Он непрерывно поступает

в классификационную камеру сепаратора, через решетчатое дно которой

вентилятором подается поток воздуха. При определенной скорости подачи

воздуха создается режим псевдоожижения, и керамзитовый гравий

расслаивается: сравнительно тяжелые зерна опускаются вниз, а легкие

сосредоточиваются в верхней части слоя, откуда и отбираются отдельно.

Если сравнить два описанных выше способа сепарации — с

промежуточным утяжелителем и без него, то в первом случае эффективность

сепарации абсолютная (в среде определенной плотности легкое зерно

всплывет, а тяжелое потонет), а во втором она зависит от крупности,

зернового состава, формы зерен и других факторов, не связанных

непосредственно с плотностью. Поэтому при разделении без промежуточного

утяжелителя в легком классе с некоторой вероятностью могут оказаться и

тяжелые зерна, в тяжелом классе — легкие. Все же, по данным А. А.

Эльконюка, коэффициенты вариации насыпной плотности сепарированного легкого

и тяжелого керамзита в два раза меньше коэффициента вариации исходного. При

этом без промежуточного утяжелителя упрощаются технология сепарации

и аппаратурное оформление процесса.

Считается, что керамзитовый гравий и другие пористые заполнители

подлежат обогащению только в условиях сухой сепарации, что их нельзя

увлажнять, поскольку, например, по ГОСТ 9759—76 влажность поставляемого

керамзитового гравия должна быть не более 2%. Однако это ограничение

касается поставляемого гравия, а при использовании его можно увлажнять, как

того требует технология. В технологии легких бетонов нередко рекомендуется

предварительно увлажнять пористые заполнители, чтобы уменьшить поглощение

ими воды из бетонной смеси.

В связи с этим, по мнению автора, в ряде случаев целесообразно

проводить сепарацию керамзитового гравия в воде. Предложенный сепаратор

представляет собой ванну с водой, снабженную двумя скребковыми

транспортерами, один из которых убирает со дна ванны тонущий керамзит,

другой — всплывающий. Керамзит, подаваемый на сепарацию, находится в воде

не более 5 с. Вода — подходящая среда для разделения керамзита по плотности

зерен на два класса

Таким образом, для повышения однородности керамзита есть два пути:

первый состоит в совершенствовании технологии производства, усреднении

сырья и т. д.; второй — в разделении готовой продукции по плотности зерен.

Первый путь малоперспективен, т.к. улучшение переработки сырья,

оптимизация режимов термообработки и другие подобные мероприятия повысят

качество керамзита, но однородность его тем не менее останется невысокой:

каждая гранула вспучивается по-своему, добиться идентичности гранул

невозможно, и условия их вспучивания в печи не могут быть одинаковыми. При

этом осуществление мероприятий по более тщательной переработке сырья,

оптимизации режимов требует дополнительных затрат и, возможно, уменьшит

выход продукции.

Поэтому предлагается другой путь: в производстве керамзита на первом

этапе исходить из одного критерия — давать больше продукции при минимальных

затратах, а затем уже путем сепарации готового керамзитового гравия по

плотности зерен получать кондиционную продукцию разных классов по свойствам

и назначению. Это реальный путь повышения качества керамзита, сочетающийся

с увеличением объема его производства и снижением себестоимости.

Схема

3.2. Описание технологического процесса.

Сущность технологического процесса производства керамзита состоит в

обжиге глиняных гранул по оптимальному режиму. Для вспучивания глиняной

гранулы нужно, чтобы активное газовыделение совпало по времени с переходом

глины в пиропластическое состояние. Между тем в обычных условиях

газообразование при обжиге глин происходит в основном при более низких

температурах, чем их пиропластическое размягчение. Например, температура

диссоциации карбоната магния — до 600°С, карбоната кальция — до 950 °С,

дегидратация глинистых минералов происходит в основном при температуре до

800 °С, а выгорание органических примесей еще ранее, реакции восстановления

окислов железа развиваются при температуре порядка 900 °С, тогда как в

пиропластическое состояние глины переходят при температурах, как правило,

выше 1100 °С.

Схема вращающейся печи для производства керамзита:

/—загрузка сырцовых гранул; 2— вращающаяся печь; 3— форсунка; 4—

вспученный керамзитовый гравий; 5—поток горячих газов

В связи с этим при обжиге сырцовых гранул в производстве керамзита

необходим быстрый подъем температуры, так как при медленном обжиге

значительная часть газов выходит из глины до ее размягчения и в результате

получаются сравнительно плотные маловспученные гранулы. Но чтобы быстро

нагреть гранулу до температуры вспучивания, ее сначала нужно подготовить,

т. е. высушить и подогреть. В данном случае интенсифицировать процесс

нельзя, так как при слишком быстром нагреве в результате усадочных и

температурных деформаций, а также быстрого парообразования гранулы могут

потрескаться или разрушиться (взорваться).

Оптимальным считается ступенчатый режим термообработки по С. П.

Онацкому: с постепенным нагревом сырцовых гранул до 200—600 °С (в

зависимости от особенностей сырья) и последующим быстрым нагревом до

температуры вспучивания (примерно 1200 °С).

Обжиг осуществляется во вращающихся печах (рис.), представляющих собой

цилиндрические металлические барабаны диаметром до 2,5—5 м и длиной до

40— 75 м, футерованные изнутри огнеупорным кирпичом. Печи устанавливаются с

уклоном примерно 3% и медленно вращаются вокруг своей оси. Благодаря этому

сырцовые гранулы, подаваемые в верхний конец печи, при ее вращении,

постепенно передвигаются к другому концу барабана, где установлена форсунка

для сжигания газообразного или жидкого топлива. Таким образом,

вращающаяся печь работает по принципу противотока: сырцовые гранулы

перемещаются навстречу потоку горячих газов, подогреваются и, наконец,

попав в зону непосредственного воздействия огненного факела форсунки,

вспучиваются. Среднее время пребывания гранул в печи — примерно 45 мин.

Чтобы обеспечить оптимальный режим термообработки, зону вспучивания

печи, непосредственно примыкающую к форсунке, иногда отделяют от остальной

части (зоны подготовки) кольцевым порогом. Применяют также двухбарабанные

печи, в которых зоны подготовки и вспучивания представлены двумя

сопряженными барабанами, вращающимися с разными скоростями.

В двухбарабанной печи удается создать оптимальный для каждого вида

сырья режим термообработки. Промышленный опыт показал, что при этом

улучшается качество керамзита, значительно увеличивается его выход, а также

сокращается удельный расход топлива. В связи с тем, что хорошо

вспучивающегося глинистого сырья для производства керамзита сравнительно

мало, при использовании средне- и слабовспучивающегося сырья необходимо

стремиться к оптимизации режима термообработки.

Из зарубежного опыта известно, что для получения заполнителей типа

керамзита из сырья (промышленных отходов), отличающегося особой

чувствительностью к режиму обжига, используют трехбарабанные вращающиеся

печи или три-четыре последовательно располагаемые печи, в которых

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7