Ресурсосбережение в технологии строительных материалов. Учебное пособие

Таблица 66

Физико-механические свойства опытных составов керамических масс после обжига

Примечание:

1.В составах ¹ 6–10 использовалась глина Родионово-Несветаевского месторождения.

2.Максимальная температура обжига для всех образцов – 980 îÑ.

Образцы-плиточки в изломе имеют равномерно распределенный цвет. В образцах-кубах в изломе сердцевина светло-серого цвета. Визуально обнаруживаемых дефектов в опытных образцах нет.

201

По внешнему виду после обжига опытные образцы видимых дефектов не имеют, цвет равномерный, на некоторых образцах с незначительным налетом. Образцы-плиточки в изломе имеют равномерно распределенный цвет. В образцах-кубах в изломе сердцевина светло-серого цвета. Появление такого цвета связано с присутствием закисных форм железа.

Из полученных результатов следует, что добавки золошлаковых отходов и отсевов дробления горелых пород оказывают положительное влияние на технологические параметры и свойства керамических масс:

–улучшаются формовочные и сушильные свойства: снижается формовочная влажность и коэффициент чувствительности к сушке, уменьшается общая усадка;

–улучшаются физико-механические свойства образцов: повышается прочность при сжатии и изгибе; образцы выдерживают 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Испытания образцов-кубиков на капиллярный подсос в дистиллированной воде не выявили склонности обожженных керамических масс к образованию высолов.

Золошлаковые отходы и горелые шахтные породы можно использовать в составе керамических масс в технологии полусухого прессования. В этом случае содержание этих добавок может составлять до 45 %, общий зерновой состав должен быть следующим: зерен 3–1 мм – 45 %; 0,5–1 мм 20–25 %; менее 0,5 мм – 20–25 %. Для полусухого прессования допускается содержание зерен свыше 3 мм до 5 %.

Из состава ¹ 5–10 были отформованы образцы способом полусухого прессования. Давление прессования – 300 кг/см2, формовочная влажность – 6,7–8,3 %. Сушка и обжиг этих кирпичей производились по тем же режимам, что и образцов пластического

прессования, за исключением максимальной температуры обжига (980 îÑ).

По внешнему виду образцы видимых дефектов не имеют, цвет – от светло-терракотового до кирпично-красного. При простукивании – образцы звенят, на некоторых образцах есть следы белого налета.

Значения прочностных показателей и других физико-механи- ческих свойств опытных образцов позволяют сделать заключение о потенциальной возможности из исследуемых материалов получить

202

керамический кирпич как пластического, так и полусухого прессования не ниже марки «125».

При производстве черепицы используется, как правило, то же глинистое сырье, что и при производстве кирпича. Более сложная форма черепицы, легко подверженная деформационным изменениям при сушке и обжиге, и повышенные требования к черепку по плотности вызывают необходимость вести тщательную переработку сырья и подготовку масс, соблюдать заданный гранулометрический состав и улучшать глинистое сырье корректирующими добавками – золошлаковой смесью, горелыми породами. Разработанные и испытанные составы керамических масс могут быть использованы при изготовлении керамической черепицы. Изготовление черепицы производится способом полусухого прессования. В зерновом составе отощающих добавок (золошлака и шахтных пород) должна преобладать мелкая фракция: содержание частиц менее 0,1 мм – 60–70 %; 1–0,25 мм – 20–45 %; 2–1 мм – 3–5 %. Для создания прочного каркаса черепицы, работающего на изгиб и сжатие, должны присутствовать частицы размером менее 2 мм.

Содержание золошлаковой смеси и породы – до 35 %. Формовочная влажность – 11–12 %. Максимальная температура обжига – 980 îС. Прочность на сжатие образцов – 30–35 МПа, марка по морозостойкости – F35.

К основным преимуществам использования золошлаковых отходов и горелых пород в технологии кирпича и черепицы относятся эффект отощения керамической массы, уменьшение чувствительности сырья к сушке, расширение интервала его спекания, исклю- чение образования напряжений в структуре материала, повышение марочной прочности, морозостойкости готовых изделий, снижение усадки, уменьшение брака.

Выводы по лабораторно-технологическим испытаниям

1. Золошлаковые отходы и горелые породы являются не только отощающей, снижающей чувствительность керамической массы к сушке, но и легкоплавкой добавкой. Содержание оксидов железа, наличие углистой составляющей, щелочных оксидов интенсифицируют процесс спекания черепка и способствуют образованию легкоплавких соединений и кристаллизации

203

новообразований на ранней стадии обжига. В результате снижается температура обжига, повышается механическая прочность

èплотность изделий.

2.Из опробованных в лабораторных условиях опытных составов для практической реализации можно рекомендовать составы для пластического прессования ¹ 1 и 3. Показатели физико-ме- ханических свойств этих составов близки. Однако в составе ¹ 2 расход глины меньше, сушильные свойства лучше, и вероятность появления дефектов при изготовлении кирпича у этого состава меньше.

3.Из исследуемой глины с добавками золошлаковой смеси

èгорелых пород можно получить полнотелый высокомарочный керамический кирпич пластического прессования. Для этого необходимо обеспечить правильную подготовку и дозировку исходных компонентов, тщательную переработку глиномассы (керамической массы), ее гомогенность, предусмотреть обязательное вылеживание. Вылеживание глиномассы способствует снятию напряжений, повышению связности, плотности формуемой смеси, за счет чего повышается марочность изделий. Для практической реализации можно рекомендовать составы ¹ 5, 9, 10.

Полупроизводственные испытания

По результатам лабораторных исследований проводились полупроизводственные испытания с целью установления степени пригодности золошлаковых отходов для производства керамического кирпича пластического прессования. Полузаводские испытания проводились на ООО «Шахтинский кирпичный завод».

Технологический процесс изготовления опытной партии керамического кирпича состоял из следующих операций: подготовка исходных компонентов; приготовление керамической массы; формование, сушка и обжиг кирпича; контроль качества полученного кирпича.

Для испытаний был принят состав ¹ 1:

–глина – 62,0 %;

–золошлаковая смесь – 20,0 %;

–отсев дробленой горелой породы – 18,0 %.

204

Подготовка компонентов керамической массы Глина с глинозапасника подавалась автосамосвалом в прием-

ный бункер 4-х вального глинорыхлителя, дозировалась ящичным питателем, обрабатывалась на вальцах грубого и тонкого помола. Подготовленная таким образом глина поступала в глиносмеситель.

Золошлаковая смесь из отвалов усредняется путем многократной перевалки бульдозером на открытом складе напольного типа. Золошлаковая смесь подавалась бульдозером в приемный бункер ящичного питателя, на вальцы грубого и тонкого помола и в глиносмеситель.

Отсев горелой породы, предназначенный для использования в производстве кирпича, поступает с дробильно-сортировочно- го комплекса и складируется под навесом, откуда подается в технологическую линию. Отдозированный ящичным питателем отсев подавался на вальцы грубого и тонкого помола, а затем в глиномешалку.

Прессование кирпича

Отдозированные компоненты керамической массы: глина, золошлаковая смесь, отсев горелой породы соединялись на ленте ¹ 3, усреднялись на вальцах грубого и тонкого помола, поступали в глиномешалку. С глиномешалки масса поступала на ленточный вакуум-пресс СМК-325, предназначенный для пластического прессования кирпича. Формование осуществлялось методом экструзии при влажности бруса 18,5 %. Резка бруса полнотелого кирпича, выходящего из мундшутука, осуществляется резательным автоматом СП–5М.

После формования кирпич-сырец автоматом-укладчиком помещается на рамы и подавался в туннельные сушила.

Сушка изделий

Отформованные изделия сушили в туннельной прямоточно-про- тивоточной сушилке с верхним подводом и отводом теплоносителя в течение 68 часов.

205

Единовременная емкость туннеля – 7600 шт. условного кирпича.

Относительная влажность в камере – 95–100 %. Влажность сырца после сушки – 6–9 %. Показатели влагоотдачи, удовлетворительно высушенных образцов, представлены в табл. 65. Результаты разбраковки сырца, высушенного в туннельной сушилке при продолжительности 68 часов, приведены в табл. 66.

Обжиг изделий

Кирпич обжигали в туннельной печи в течение 38 часов по следующему режиму:

–зона подготовки и выжигания топлива – 22 час. (50– 900 îÑ);

–зона обжига – 6 час. (950–980 îÑ);

–зона охлаждения – 10 час. (50–60 îÑ).

Максимальная температура обжига 980 îÑ.

Время выдержки при максимальной температуре 3 часа. Результаты разбраковки обожженного кирпича приведены

в табл. 67, физико-механических испытаний кирпича в табл. 68.

Таблица 67

Показатели влагоотдачи опытных образцов в процессе сушки

206

Выводы по полупроизводственным испытаниям

1.Керамическая масса, содержащая 20,0 % золошлаковой смеси и 18,0 % горелой шахтной породы, при влажности 18,5 % обладает удовлетворительной формовочной способностью при формовании полнотелого кирпича пластического прессования.

2.Кирпич-сырец после сушки в течение 68 часов при «мягком» режиме имеет мелкие посечки, количество брака составляет 1,0 %.

3.После обжига при температуре 980 îС кирпич имеет ровный насыщенный терракотовый цвет с небольшим белым налетом на некоторых образцах. Количество брака после обжига составило 4,0 %, в основном за счет раскрытия технологических трещин прессования и внешнего вида.

4.По показателям механической прочности при сжатии кирпич соответствует марке «150», при изгибе марке «200».

5.Средняя плотность кирпича (объемная масса) составляет 1780 кг/м3.

6.Общая усадка образцов – 6,0 %, водопоглощение – 14,8 %.

7.После испытаний на капиллярный подсос на поверхности кирпича появился незначительный белый налет.

207

\0

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные научные исследования и опытно-промышленные испытания показали, что имеющиеся на территории Ростовской области шахтные породы и золошлаковые отходы по объемам запасов и свойствам являются наиболее перспективным техногенным сырьем и их можно рассматривать как альтернативный источник сырья для стройиндустрии. Систематический контроль экологической безопасности рассматриваемых отходов подтверждает, что это техногенное сырье экологически чисто. Утилизация отходов добы- чи и сжигания углей позволит улучшить состояние окружающей среды и расширить минеральную сырьевую базу стройиндустрии региона.

Разработанные технологии позволяют получать на основе шахтных пород материалы, отличающиеся повышенной прочностью, морозостойкостью, износостойкостью, устойчивостью к атмосферным воздействиям и действию агрессивных сред. По физико-механи- ческим свойствам и техническим характеристикам получаемые на основе шахтных пород материалы отвечают всем требованиям нормативных документов, предъявляемым к конкретным видам продукции. Особенность предлагаемых технических решений состоит в том, что в технологический процесс вовлекается в минимальных количествах природное сырье и в наибольших – техногенное.

Следует отметить, что выполненные лабораторно-аналитичес- кие исследования и опытно-промышленные испытания позволили обозначить возможные наиболее целесообразные направления использования горелых пород. По мере накопления производственного опыта и результатов научных исследований области применения горелых пород могут расширяться. На развитие других направлений утилизации шахтных пород может оказывать влияние потребность рынка в новой продукции.

Предприятия по переработке шахтных пород и золошлаковых отходов, организованные непосредственно при отвалах и включа- ющие цеха по производству различных строительных материалов, будут малозатратными в сравнении с предприятиями по переработке

209