48. Сформулируйте определение понятия «керамзит». Перечислите основные специфические технологические свойства глинистого сырья для получения керамзитового гравия и приведите их характеристику

Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300 С в течение 25–45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.Керамзит применяют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок.

Керамзитовый гравий — частицы округлой формы с оплавленной поверхностью и порами внутри. Керамзит получают главным образом в виде керамзито­вого гравия. Зерна его имеют округлую форму. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется бо­лее плотная корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе — почти черный. Его получают вспучиванием при обжиге легкоплавких глин во вращающих печах. Такой гравий с размерами зерен 5 – 40 мм морозоустойчив, огнестоек, не впитывает воду и не содержит вредных для цемента примесей. Керамзитовый гравий используют в качестве заполнителя при изготовлении легкобетонных конструкций.

Свойства:

-высокая прочность;

-хорошая теплоизоляция;

-морозоустойчивость, огнеупорность;

-химическая инертность и кислоустойчивость;

-долговечность;

-натуральный, экологически чистый материал;

-оптимальное соотношение цены и качества;

Благодаря своим уникальным свойствам данный строительный материал наиболее востребован как:

экономичный утеплитель, применяемый для стен, полов, перекрытий, подвалов;

наполнитель для легких бетонов;

декоративный материал, позволяющий обеспечить надлежащую теплоизоляцию грунта и газонов;

дренажный и теплоизоляционный материал для земляных насыпей дорог, прокладка которых производится в водонасыщенных грунтах.

49. Перечислите нормативные требования к составу глинистого сырья для получения керамзитового гравия. Перечислите основные добавочные материалы, корректирующие состав глинистого сырья, которые применяют при производстве керамзитового гравия и приведите их характеристику

Сырьем для получения керамзита являются преимущественно осадочные глинистые породы, реже – метаморфические (аргиллит, глинистые сланцы и другие камнеподобные породы).

Они имеют сложный состав и включают в себя как глинистые минералы (гидрослюды, каолинит и т. д.), так и полевой шпат, кварц, карбонаты, органические и железистые примеси.

Лучше всего для изготовления керамзита подходят глины, которые содержат максимум 30% кварца.

Подходит ли тот или иной материал для производства, устанавливают с помощью специальных исследований.

Важнейшее из требований к сырью -вспучивание при обжиге.

Вспучиваемость характеризуется коэффициентом вспу­чивания

.Второе требование к сырью — легкоплавкость. Температура об­жига должна быть не выше 1250°С, и при этом переход значительной части наиболее мелких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал.

Третье из важнейших требований — необходимый интервал вспучивания. Так называют разницу между пре­дельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают ту температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см3. Предельно возможной температурой обжига считается тем­пература начала оплавления поверхности гранул.

Для расширения температурного интервала вспучива­ния используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, что позво­ляет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавления гранул.

Иногда в сырье вводят специальные добавки для повышения коэффициента вспучивания. В качестве добавки может быть использованы органические (соляровое масло, мазут и др.), железистые вещества, горные породы (перлит, алунит и т. п.) или искусственные вещества.

В результате переработки исходного сырья получают сырцовые гранулы определенных размеров и состава. Эти гранулы поддаются термической обработке: они просушиваются, обжигаются и охлаждаются. На следующем этапе полученный материал сортируют по плотности и в случае надобности дробят на более мелкие фракции. После сортировки керамзит готов к складированию или отгрузке к месту использования.

50. Перечислите основные стадии и способы производства керамзитового гравия и приведите их характеристику. Укажите какие требования предъявляют к технологическому режиму термоподготовки и обжига гранул при производстве керамзитового гравия

Основные стадии изготовления керамзита:

завоз сырья - сушка глины - обжиг сырья - охлаждение гранул - разделение на фракции - транспортировка и складирование.

Процесс производства керамзита начинается с добычи глинистого сырья в карьерах и перевозки его в глинозапасник. Разработка выполняется открытым способом, с использованием экскаваторов.

Если выполняется добыча камнеподобных пород, таких как аргиллиты или глинистые сланцы, прибегают к проведению буровзрывных работ. Разработку таких пород можно делать круглый год, в том время как мягкие породы добывают лишь в определенный период. Чтобы производство керамзита было непрерывным, оборудуют специальные морозостойкие глинохранилища, которые могут вместить около полугодового запаса материала. Также для хранения глины используют промежуточные конусы, в которых она находится на открытом воздухе несколько месяцев.

Существует четыре основных способа изготовления керамзита, которые отличаются своей технологией:

1.Сухой способ

Этот способ является наиболее простым. Он применяется в случае, когда имеют дело с камнеподобным сырьем. Вначале его дробят, затем отправляют во вращающуюся печь. Такой способ наиболее эффективен, если порода однородная, без вредных включений. Он отличается невысокими затратами и низкой энергоемкостью.

2.Мокрый (или шликерный) способ

Глину помещают в емкости большого размера – глиноболтушки. Затем ее разводят водой, получая шликер влажностью около 50%. Его подают насосами в шламбассейн, откуда он перемещается во вращающуюся печь. Здесь он разбивается на отдельные гранулы. Их высушивают газы, которые выходят из печи.

Мокрый способ требует большого расхода топлива, поскольку шликер имеет высокую влажность. Однако он позволяет очищать сырье от каменистых включений, вводить в него добавки, получать однородную массу. Его используют в случае высокой влажности исходного сырья.

3.Пластический способ

Этот метод наиболее распространен при производстве керамзита. Он предусматривает увлажнение рыхлого сырья и его переработку в вальцах или глиномешалках. Процесс изготовления керамзита напоминает производство кирпича.

Из полученной массы на дырчатых вальцах или ленточных прессах формируют цилиндрические гранулы, которым позже придается шарообразная форма. Гранулы сразу отправляют во вращающуюся печь или дополнительно просушивают в специальных барабанах.

Пластический способ более сложный, энерго- и капиталозатратный, чем сухой, но он позволяет сделать материал с лучшими свойствами. Во время переработки природная структура сырья нарушается, оно гомогенизируется, поэтому имеет более высокий коэффициент вспучивания.

4.Порошково-пластический способ

Вначале сухое сырье доводят до порошкообразного состояния, затем разводят водой. В итоге получают пластичную массу, из которой формируют гранулы. Этот метод является довольно затратным, поскольку необходимо дополнительно выполнять измельчение материала. Еще одним недостатком является необходимость дополнительной сушки гранул.

Для термоподготовки можно применять печи различной конструкции, в которых могут быть соблюдены необходимые температурно-временны параметры (вращающиеся противоточные, кипящего слоя и др.). Из печи термоподготовки нагретый материал самотеком или специальными устройствами подается в печь обжига.

При производстве керамзита следует стремиться к повышению коэффициента вспучивания сырья, так как невспучивающегося или маловспучивающегося глинистого сырья для получения высокопрочного заполнителя имеется много, а хорошо вспучивающегося не хватает. С этой точки зрения наличие плотной корочки значительной толщины на керамзитовом гравии свидетельствует о недоиспользовании способности сырья к вспучиванию и уменьшении выхода продукции.

В восстановительной среде зоны вспучивания печи может произойти оплавление поверхности гранул, поэтому газовая среда здесь должна быть слабоокислительной. При этом во вспучивающихся гранулах поддерживается восстановительная среда, обеспечивающая пиропластическое состояние массы и газовыделение, а поверхность гранул не оплавляется.

51. Перечислите основные физико-химические процессы, происходящие в керамической массе при сушке сырца, термоподготовке и обжиге гранул при производстве керамзитового гравия. Ответ мотивируйте приведением химических реакций соответствующих процессов

При нагревании (обжиге) сформованного изделия (сырца) протекают физико-химические процессы, которые приводят к изменению химического, фазового составов, структуры и физико-механических свойств, превращению сырца в керамику (керамический черепок).

При повышении температуры сырца до 100-120°С испаряется свободная и физически-связанная вода; в интервале от 300 до 400°С выгорают органические примеси. При нагревании до 450-700°С происходит полиморфное превращение β-кварц →α-кварц, начинается дегидратация водных алюмосиликатов, например каолинита с образованием метакао-линита Al₂O₃·2SiO₂. При повышении температуры до 900°С начинается диссоциация карбонатов с выделением CO₂, а также разложение мета-каолинита Al₂O₃·2SiO₂ →Al₂O₃+2SiO₂. При температуре выше 1100°С образуется муллит 3Al₂O₃·2SiO₂.При нагревании до 500°С и выше начинается изменение агрегатного состояния и структуры системы (спекание).Различают два типа (механизма) спекания:

1.Твердофазовое спекание обусловлено объемной диффузией вещества в твердом теле (диффузионный массоперенос), а также химическим взаимодействием компонентов с образованием новых веществ.

2.Спекание с образованием и участием жидкой фазы (расплава)– основной процесс, происходящий при обжиге в производстве строительной керамики. Глина может содержать примеси, например полевые шпаты и слюды, сосравнительно невысокой температурой плавления (плавни). Кроме того, глины содержат соли натрия и калия.

Образующиеся при обжиге оксиды калия, натрия (а позднее и кальция) взаимодействуют с Al₂O₃ и SiO₂ с образованием алюмосиликатов щелочных металлов, имеющих сравнительно невысокую температуру плавления. Это приводит к образованию жидкой фазы (расплава), которая постепенно заполняет поры и понижает пористость сырья. Изменяется также и характер пор, система сообщающихся пор в сырце постепенно разделяется на замкнутые участки. О кинетике процессов спекания можно судить по изменению водопоглощения сырца и керамики (рис. 3.1).Температура 900 C называется температурой начала спекания . Температура обжига, при которой водопоглощение керамики приблизительно равно 5%, называют температурой спекания (1100 C). Пористую керамику получают при максимальной температуре обжига ниже температуры спекания шихты, ее водопоглощение превышает 5%. Плотную (спекшуюся) керамику получают обжигом сырца при более высокой температуре. Практически водопоглощение плотной керамики не превышает 0,5-0,7%.Температура, соответствующая 1250 C, называется температурой полного спекания обжигом . При этой температуре можно получить плотную керамику с минимальным водопоглощением. Температуру, соответствующую 1330 C называют температурой огнеупорности, или размягчения,. Ее определяют с помощью пироскопа – трехгранной усеченной пирамиды, изготовленной из сырьевой смеси. Пироскоп при нагревании деформируется и вершиной касается огнеупорного основания.

52. Какие характеристики керамзитового гравия регламентируются ГОСТ. Приведите примеры. По каким показателям устанавливаются нормативные требования к их качеству? Перечислите области применения керамзитовых гравия, щебня, песка

ГРАВИЙ — осадочная горная порода, которая состоит из окатанных (в большей или меньшей степени) обломков горных. В зависимости от размеров камней в геологических классификациях различают гравий крупный (5-10 мм.), средний (2,5-5 мм.) и мелкий (1-2,5 мм.). В строительстве различают следующие фракции гравия по размерам зёрен: 5-10, 10-20, 20-40, 40-70 мм.

Состав гравия может быть разным, поэтому для характеристики его свойств, проводят испытания по конкретным образцам, которые включают все разновидности пород данного гравия. Физико-механические свойства гравия (прочность по дробимости, водопоглощение, объемная и насыпная масса, морозостойкость, износ, содержание слабых зерен и прочее) зависят от слагающих его горных пород. Свойства гравия регламентируются техническими требованиями на стройматериалы различного назначения:ГОСТ 8269-76 (DOCX, 285.85 KB), ГОСТ 26633-91 (DOCX, 107.05 KB), ГОСТ 4.211-80 (DOCX, 48.41 KB). В ГОСТе 8267-93 приведены требования к гравию природному, гравию керамзитовому – в ГОСТ 25214-82 (DOCX, 28.2 KB).

Щебень применение: ландшафтного дизайна, строительных материалов, цементно-мозаичных  полов.

Песок применение: Производства фактурной штукатурки, буровых растворов, ландшафтного дизайна, обработки дорожных покрытий во время гололеда, камнелитые изделия, изготовления бетона, цементно-мозаичных полов.

Гравий: производство бетонов; устройство и эксплуатация автомобильных дорог и мостовых конструкций; возведение и обслуживание бассейнов; ландшафтное проектирование и благоустройство территорий, для дренажа; птицеводство, флористика и аквариумистика; строительство и ремонт железнодорожного полотна и т.д

53. Сформулируйте определение понятия «аглопорит». Приведите характеристику основных способов его получения. Перечислите основные виды аглопоритовых материалов и приведите их характеристику. Какие свойства аглопоритовых материалов регламентируются ГОСТ. Приведите примеры. Перечислите области применения аглопоритовых материалов

Аглопорит (ГОСТ 11991—66) — искусственный пористый заполнитель, полученный термической обработкой глинистых пород из отходов от добычи, переработки и сжигания угля. Применяется в качестве щебня и песка. Объемный вес щебня из аглопорита 400—800 кг/м3 и 800—1200 —для песка.

Перлит вспученный (ГОСТ 10832—64*) представляет собой пористый материал в виде песка или щебня, получаемый путем дробления и обжига кремнеземистого кислого вулканического стекла (обсидиана, перлита). Вспученный перлит предназначается для применения: перлитовый песок — в качестве заполнителя в бетонах и растворах, применяемых для изготовления теплоизоляционных изделий и огнезащитных штукатурок; перлитовый щебень — в качестве заполнителя в теплоизоляционном, конструктивно-теплоизоляционном и конструктивном бетонах.

В зависимости от размера зерен вспученный перлит делится на следующие фракции, мм:

• Песок мелкий до 1,2.

• Песок крупный 1,2—5.

• Щебень мелкий 5—10.

• Щебень крупный 10—20.

Объемный вес перлитового песка 100—500 кг/м³, а перлитового щебня 300—600 кг/м³. Прочность при сжатии перлитового щебня не менее 5— 18 кгс/см².

Гравий для строительных работ (ГОСТ 8268—62) добывается путем рассева природных гравийно-песчаных смесей. В зависимости от крупности зерен гравий подразделяется на пять фракций: 3—10, 10—20, 20—40, 40—70 и 70—150 мм.

Песок

Песок для бетонов и растворов (ГОСТ 8736—67) не должен иметь зерен гравия размером более 10 мм, а зерен от 5 до 10 мм не должно быть более 5% по весу. Количество пылевидных глинистых и илистых частиц не должно превышать в песке 3% для бетонов, 10 — для кладочных растворов и 15 — для штукатурных.

Растворы (СНиП I-B. 11-62* и СН 290-64)

По объемному весу (в сухом состоянии) строительные растворы подразделяются на тяжелые — с объемным весом 1500

кг/м³ и легкие — с объемным весом менее 1500 кг/м³.

По виду вяжущих строительные растворы делятся на цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, известково-гипсовые и т. п.). Выбор вида вяжущего производится в зависимости от назначения раствора. По назначению растворы делятся на кладочные, штукатурные и специальные (отделочные). Применяются следующие марки растворов для каменной кладки стен (СНиП I-B.ll—62*):

Кладка наружных стен зданий при относительной влажности воздуха в помещении, проц.:

• 60 и менее - 4—10.

• 61—75 - 25.

• более 75 - 25—50.