книги из ГПНТБ / Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях учеб. пособие

пой среде. Стойкость материала в результате этого мо­ жет снизиться более чем в 2 раза.

Строение гранулы керамзита зависит от особеннос­ тей сырья и применяемого режима обжига. Обычно с по­ вышением степени вспучивания зерно становится более неоднородным: четко выявляется плотная оболочка и пористое ядро. Как видно пз рис. II.2, у гранул керамзи­ та Никольского завода (Ленинград), который имеет на­ иболее высокую прочность и насыпную объемную мас­ су, оболочки нет; у аджарского керамзита ее толщина менее 1 мм, а у смышляевского доходит до нескольких миллиметров. Нередко толщина оболочки достигает 2— 3 мм, она становится своеобразной обоймой для внутрен­ ней более пористой и слабой части и способствует повы­ шению прочности зерна керамзита.

Прочность гранулы зависит также от характера по­ ристости. Чем меньше размер пор и больше закрытых пор, тем выше прочность. Еще в большей степени эти факторы влияют на водопоглощение и газопроницае­ мость гранул. Водопоглощение в течение двух суток со­ ставляет лишь 50—60% конечного водосодержапия по­ ристого заполнителя. В результате насыщения водой и последующего высушивания до постоянной массы керам­ зит получает значительные остаточные деформации рас­

при нагревании бетона, защемленный воздух способству­ ет перераспределению влаги между заполнителем и це­ ментным камнем. Возникающий градиент давления при­ водит к упругому расширению бетона.

Основными показателями, определяющими качество керамзита, является величина его насыпной объемной массы и прочность. ГОСТ 9759—71 регламентирует вы­ пуск керамзита 12 марок по его объемной насыпной мас­ се: 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800.

Значения требуемой прочности в зависимости от марки керамзита приведены в табл. II.2. При одной и

40

Т а б л и ц а 11.2. Допускаемая минимальная прочность керамзитового гравия при испытании по ГОСТ 9758—69

той же объемной массе керамзит может иметь различ­ ную прочность, что объясняется различными свойствами применяемого сырья для его производства. В зависимо­ сти от марки керамзита предложены следующие наиме­ нования заполнителя:

Наименование керамзита Марка по объемной массе

зит, если он имеет соответствующую прочность, предназ­ начается для получения конструктивного бетона.

Морозостойкость керамзита высокая. В соответствии с требованиями ГОСТ 9759—71 он должен выдерживать всего 15 циклов попеременного замораживания и оттаи­ вания. Однако действительная его стойкость намного выше. Обычно керамзит выдерживает 100 и даже более циклов попеременного замораживания и оттаивания.

В последнее время по технологической схеме произ­ водства керамзита стали изготовлять пористые заполни­ тели на базе кремнеземистого сырья: трепела, диатоми­ та, опоки. В зависимости от структуры исходной породы сырье подсушивают и размалывают или сразу иаправля-

42

ют в двухвальную глиномешалку, затем формуют грану­ лы на дырчатых вальцах и далее обжигают во вращаю­ щейся печи. Полученный пористый гравий характеризу­ ется высокой прочностью 80—130 кгс/см2 при объемной насыпной массе 850—1070 кг\мъ.

Аглопорит

Основным сырьем для производства аглопорита слу­ жат глинистые породы: непластичные, тощие, запесочениые глины и суглинки. Сырьевая база аглопорита мо­ жет быть расширена за счет использования зол и шла­ ков ТЭС, углесодержащих шахтных пород, отходов, получаемых при углеобогащении, добыче и переработке

производства аглопорита, можно разделить на три груп­ пы: к первой относится сухое, плотное или зернистое сырье (топливные шлаки, сланцеватые шахтные или глинистые породы); ко второй — рыхлые горные породы естественной или повышенной влажности (шахтные гли­ нистые породы, глина, суглинки, супеси); к третьей — сухие пылевидные материалы (преимущественно золы ТЭС). Шихту для спекания приготовляют двумя спосо­ бами: сухим (сырье первой группы) и влажным с после­

штейн, С. М. Ицковичем, Л. К. Петровым, Л. Н. Поповым. Производство аглопорита осуществляется спеканием (агломерацией) на колосниковой решетке сырьевой ших­ ты, в составе которой имеется или специально вводится твердое топливо. Режим спекания следующий: быстрый

симальных температур (1-—3 мин).

В результате разрежения, создаваемого в вакуум-ка­ мерах, расположенных под колосниковой решеткой, воз­ дух интенсивно просасывается через слой шихты и име­ ющееся в ней топливо сгорает. Зона горения перемеща­ ется сверху вниз и одновременно смещается в направле­ нии движения ленты. Газы, образующиеся при сгорании

43

топлива, проходя через нижележащие слои, подогревают и подсушивают их (рис. II.4).

На движущуюся ленту машины загружают шихту слоем 200—300 мм. В процессе спекания она проходит через четыре зоны: испарения влаги из шихты (/), подо­ грева шихты (//), спекания и вспучивания шихты (///), охлаждения аглопорнта {IV). Каждый слон шихты под­ вергается температурным воздействиям: нагреву до 1400—1600° С за 3—4 мин (при расходе топлива 8—10% массы сухой шихты); изотермическому прогреву при 1400—1600° С в течение 1—3 мин; охлаждению до 600— 800° С за 3—5 мин. Полученный спекшийся корж на вы­ ходе" из машины разламывается на части и направляется иа дальнейшее дробление и сортировку.

Производительность машины зависит от скорости спекания сырья, которая определяется видом сырья и со­ ставом шихты п изменяется от 5 до 20 мм/мин.

Рассмотренная схема агломерации, при которой воз­ дух за счет разрежения под колосниковой решеткой про­ сасывается сверху вниз, не является единственной. По ряду показателей скорости спекания и скорости охлаж­ дения более эффективным может быть дутьевой способ. В этом случае шихту загружают на ленту машины в два приема. Вначале укладывают первый слой толщиной око­ ло 50 мм, который зажигается под горном. В зоне зажи­ гания газы отсасываются вниз под решетку при разре­ жении до 50 мм вод. ст. Непосредственно за горном за­ гружают основную массу шихты непрерывным питателем (рис. II.5). На этом участке и далее, в направлении дви­ жения ленты, под решеткой создается повышенное дав­ ление, в результате чего воздух проходит через шихту снизу вверх, обеспечивая подсушку н спекание вышеле­ жащих слоев. В конце зоны спекания и на участке ох­ лаждения спекшегося аглопорнта давление увеличивает­ ся до 200—300 мм. вод. ст.

Сопоставляя технологические схемы изготовления керамзита и аглопорнта, рассмотрим особенности обжи­

шихте. Это обеспечивает высокие показатели коэффици­ ента использования топлива и высокую температуру в

44

Рис. 11.4. Схема агломерации на машине непрерывного дейст­ вия при подаче воздуха сверху вниз

Рис. 11.5. Схема агломерации на машине непрерывного дейст­ вия при подаче воздуха снизу вверх

/ — питатель; 2— зажигательный горн; 3— агломерационная решетка. Участки агломерационной ленты: А — зажигания; Б — спекания и вспу­ чивания; В — доводки и охлаждения

Рис. II.6. Кривые обжига аглопорита на агломерационных решетках 1 и керамзита во вращающихся печах 2

слое. Кратковременность отдельных этапов агломерации и их высокий температурный уровень позволяют исполь­ зовать сырье с малым интервалом вспучивания. Продол­ жительность нахождения его в зоне высоких температур не превышает 1,5—2 мин, что в 7—10 раз меньше, чем при обжиге керамзита.

Наглядное представление о степени интенсификации процесса обжига глин на агломерационной решетке по сравнению с их вспучиванием во вращающейся печи по­ казывают кривые изменения температуры, представлен­ ные на рис. II.6. Результаты ряда исследований пока­ зали, что подобная скоростная высокотемпературная об­ работка сырья приводит к смещению ряда термических эффектов (удаления адсорбционной воды, аморфизации глинистого вещества, диссоциации карбонатов) в об­ ласть более высоких температур. В толще шихты и не­ посредственно в самих гранулах преобладает восстано­ вительная газообразная среда, в которой процесс спе­ кания интенсифицируется. Отмеченные факторы положительно сказываются на агломерации слабо вспу­ чивающихся глинистых пород, непригодных для произ­ водства керамзита.

Свойства алгопорита должны отвечать требованиям ГОСТ 11991—66 «Щебень аглопоритовый». Аглопоритовый щебень выпускается крупностью от 5 до 40 мм пяти

46

нем больше в 5 раз.'С учетом этого обстоятельства, свя­ занного с условностью стандартной методики определе­ ния прочности заполнителей, керамзит и аглопорит при данной объемной массе имеют примерно одинаковую прочность.

Характерная особенность аглопорита, как и боль­ шинства других пористых заполнителей, состоит в том, что при дроблении изменяется не только его размер, но и происходит сепарация по прочности. Чем мельче фрак­ ция, тем она тяжелее, но вместе с тем и прочнее. Разру­

фракций мелкоячеистое строение и большая прочность. Такая самопроизвольная сепарация аглопорита при

огненно-жидкие шлаки черной и цветной металлургии. Количество ежегодно получаемых шлаков велико. Так. при выплавке 1 т чугуна образуется 0,5—1 т шлака; по объему количество шлака превышает в 2—3 раза объем выплавленного металла. Производство шлаковой пемзы возможно лишь в районах, где имеется металлургичес­ кая промышленность, и на предприятиях, находящихся в непосредственной близости от выдачи огненно-жидких шлаков, так как транспортировать их на большие рас­ стояния нельзя.

Изготовлять шлаковую пемзу в СССР начали еще в

47

30-е годы. В этот период она была известна под назва­ нием «термозит». В развитии ее производства большую роль сыграли работы Ы. А. Попова, В. С. Григорьева, М. К. Зпльберг, М. П. Элинзона, Г. М. Эфроса и др.

Применяют несколько способов получения шлаковой пемзы, основанных па вспучивании огненно-жидкого расплава (температура около 1300° С) в результате кон­ такта с водой. При этом происходит мгновенное испаре­ ние воды с одновременным повышением вязкости рас­ плава. Образующиеся пузырьки пара не могут выде­ литься из пластично-вязкого расплава и вспучивают его.

Наиболее рациональным и надежным считается бас­ сейновый способ производства. В ванну через перфори­ рованное дно под давлением подается вода. Бассейны могут быть и опрокидными п стационарными. Для пред­ приятий с большой производительностью (200 тыс. м3 шлаковой пемзы в год) рекомендуется устанавливать опрокидные бассейны. Такой бассейн представляет со­ бой металлическую ванну размером 6X6 м и глубиной более 1 мм. Шлаковый расплав подается ковшами емко­ стью 16,5 м3. Емкость ванны рассчитана на переработку расплава одного ковша. Вспучивание и отвердевание шлака происходит в течение 5—6 мин, после чего бас­ сейн опрокидывается и разгружается. Полученные глы­ бы подвергают дроблению и рассеву. В стационарном бассейне осуществляются те же операции, только полу­ ченная пемза выгружается лебедкой со скрепером.

Струйный и центробежный способы производства шлаковой пемзы не получили распространения главным образом из-за того, что рабочие органы машины не вы­ держивают действия высокой температуры, выделяю­ щихся сернистых газов и быстро изнашиваются.

Свойства шлаковой пемзы должны отвечать требова­ ниям ГОСТ 9760—61 «Щебень и песок из поризованного металлургического шлака (шлаковая пемза)». Щебень из шлаковой пемзы выпускают крупностью 5—40 мм че­ тырех марок: 400, 600, 800 и 1000. В зависимости от мар­ ки шлаковой пемзы к прочности предъявляются следую­ щие требования:

48

Мелкие фракции (крупностью до 5 мм), получаемые при дроблении, применяют в качестве песка. Объемная насыпная масса такого пористого песка должна быть не более 1200 кг/м3.

Из рассмотренных пористых заполнителей только для шлаковой пемзы предусмотрена марка крупного запол­ нителя 1000 кг/м3. Поясним, чем вызвано это обстоятель­ ство. Независимо от способа производства, существен­ ным недостатком шлаковой пемзы является ее значи­ тельная неоднородность. Из-за разной степени вспучива­ ния шлакового расплава в бассейне по высоте наряду с хорошо вспученной пемзой имеются зоны с менее поризованной массой. При последующем дроблении из нее получаются тяжелые фракции, имеющие насыпную объ­ емную массу до 1000 кг/м3. Благодаря мелкопористой структуре (средний диаметр пор < 1 мм) и повышенной прочности эти фракции можно применять в высокопроч­ ных бетонах, но они непригодны для бетона в огражда­ ющих конструкциях.

Поскольку бетон на шлаковой пемзе имеет более вы­ сокую объемную массу, чем, например, на керамзите, на ней рекомендуется изготовлять только конструктивнотеплоизоляционные и конструктивные бетоны. В Днепро­ петровске, Жданове, Челябинске и других районах ме­ таллургической промышленности, где шлаковая пемза служит дешевым местным материалом, считается целе­ сообразным использовать ее для изготовления стеновых панелей с объемной массой шлакопемзобетона 1400— 1600 кг/м3. Возможность эффективного применения отно­ сительно тяжелой шлаковой пемзы в ограждающих кон­ струкциях обусловлена тем, что шлакопемзобетон имеет меньший коэффициент теплопроводности, чем другие бе­ тоны с такими же показателями объемной массы и влажности. Это объясняется тем, что материалы со стек­ ловидной аморфной структурой, каким является шлако­ вая пемза, представляющая собой быстроохлажденное силикатное пористое стекло, менее теплопроводны, чем с кристаллической структурой.

Однако необходимо иметь в виду, что под влиянием сернистых соединений, содержащихся в некоторых шла­ ках, стальная арматура в бетоне способна подвергаться коррозии. Очень важно учитывать и возможность сили­ катного распада пемзы, вызванного полиморфными превращениями двухкальциевого силиката (|3-2СаО-