Реферат: Керамзит

Реферат: Керамзит

1.Введение:

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.

 Керамзитовый щебень — заполнитель для легких бетонов произвольной формы, преимущественно угловатой с размерами зерен от 5 до 40 мм, получаемый путем дробления крупных кусков вспученной массы керамзита.

Некоторые глины при обжиге вспучиваются. Например, при производстве глиняного кирпича один из видов бра­ка— пережог — иногда сопровождается вспучиванием. Это явление использовано для получения из глин пористого ма­териала — керамзита.

Вспучивание глины при обжиге связано с двумя про­цессами: газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние.

Источниками газовыделения являются реакции восста­новления окислов железа при их взаимодействии с органи­ческими примесями, окисления этих примесей, дегидрата­ции гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. В пиропластическое состояние глины переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав), в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в то же время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами.

Для изготовления керамзитобетонных изделий нужен не только керамзитовый гравий, но и мелкий пористый заполнитель. Керамзитовый песок — заполнитель для легких бетонов и растворов с размером частиц от 0,14 до 5 мм получают при обжиге глинистой мелочи во вращающих и шахтных печах или же дроблением более крупных кусков керамзита.

Производство керамзитового песка по обычной техно­логии во вращающейся печи неэффективно. Некоторая примесь песчаной фракции получается при производстве керамзитового гравия за счет разрушения части гранул в процессе термообработки, однако он сравнительно тяжелый, так как мелкие частицы глинистого сырья практически не вспучиваются (резервы газообразования исчерпываются раньше, чем глина переходит в пиропластическое состоя­ние). Кроме того, в зоне высоких температур мелкие гра­нулы разогреваются сильнее крупных, при этом, возможно, их оплавление и налипание на зерна гравия.

На многих предприятиях керамзитовый песок получают дроблением керамзитового гравия, преимущественно в вал­ковых дробилках. Себестоимость дробленого керамзитового песка высока не только в связи с дополнительными затра­тами на дробление, но главным образом потому, что выход песка всегда меньше объема дробимого гравия. Коэффи­циент выхода песка составляет 0,4—0,7, т. е. в среднем из 1 м3 гравия получают только около 0,5 м3 дробленого керамзитого песка. При этом почти вдвое возрастает его на­сыпная плотность.

В настоящее время при получении керамзитового песка лучшей считают технологию его обжига в кипящем слое.

В вертикальную печь загружается глиняная крошка крупностью до 3 или 5 мм, получаемая дроблением под­сушенной глины или специально приготовленных по пла­стическому способу и затем высушенных гранул. Через ре­шетчатый (пористый) под печи снизу под давлением по­дают воздух и газообразное топливо (или же горячие газы из выносной топки). При определенной скорости подачи газов слой глиняной крошки разрыхляется, приходит в псевдоожиженное состояние, а при ее увеличении как бы кипит. Газообразное топливо сгорает непосредственно в кипящем слое. Благодаря интенсификации теплообмена в кипящем слое происходит быстрый и равномерный нагрев материала. Частицы глины обжигаются и вспучиваются примерно за 1,5 мин. Перед подачей в печь обжига глиня­ная крошка подогревается в кипящем слое реактора тер­моподготовки примерно до 300 °С, а готовый песок после обжига охлаждается в кипящем слое холодильного устрой­ства. Насыпная плотность получаемого керамзитового пе­ска— 500—700 кг/м3. К зерновому составу керамзитового песка предъявляются требования, аналогичные требова­ниям к природному песку, но крупных фракций в нем дол­жно быть больше.

Проблему получения керамзитового песка, достаточно эффективного по свойствам и себестоимости, нельзя счи­тать полностью решенной. Часто при получении керамзитобетона в качестве мелкого заполнителя применяют вспу­ченный перлит, а также природный песок.

Сырье.

Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным. Некоторые   камнеподобные   глинистые породы — глинистые сланцы, аргиллиты — относятся к метаморфическим.

Глинистые породы отличаются сложностью минералогического состава и, кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, по­левые шпаты, карбонаты, железистые, органические при­неси.

Глинистые минералы слагают глинистое вещество — наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества.

Для производства керамзита наиболее пригодны монт-мориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание SiO2 должно быть не более 70%, А12О3 — не менее 12% (желательно около 120%), Fe2O3 + FeO — до 10%, органических примесей -1-2%.

Пригодность того или иного глинистого сырья для производства керамзита устанавливают специальным исследованием его свойств. Важнейшее из требований к сырью -вспучивание при обжиге.

Вспучиваемость характеризуется коэффициентом вспу­чивания

где VК — объем вспученной гранулы керамзита;

      Vc — объем сухой сырцовой гранулы до обжига.

Второе требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) — 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.

Применение.

Наиболее широкое применение керамзитобетон находит в качестве стенового материала. В ряде районов страны стеновые панели из керамзитобетона стали основой массо­вого индустриального строительства. Особенно эффектив­но применение для стеновых панелей хорошо вспученного легкого керамзитового гравия марок 300, 400, до 500 (по насыпной плотности).

Плотность конструкционно-теплоизоляционного керам­зитобетона для однослойных стеновых панелей, как прави­ло, составляет 900—1100 кг/м3, предел прочности при сжа­тии — 5—7,5 МПа. Такой бетон в конструкции выполняет одновременно несущую и теплоизоляционную функции. В двух- или трехслойных стеновых панелях требуемую не­сущую способность может обеспечить слой (или два слоя) конструкционного керамзитобетона, а теплозащитную — слой крупнопористого теплоизоляционного керамзитобето­на плотностью 500—600 кг/м3.

Исследования, проведенные в Белорусском политехни­ческом институте (С.М.Ицкович, Г.Т.Широкий и др.), Алма-Атинском НИИстромпроекте (М.3.Вайнштейн, В.П.Грицай и др.), Уралниистромпроекте (Г.В.Геммер-линг, А.Н.Чернов и др.),  показали, что переход от одно­слойной конструкции панелей к двух- или трехслойной с разделением несущей и теплозащитной функций стен и возложением их на соответствующие слои конструкционно­го и теплоизоляционного керамзитобетона повышает каче­ство и надежность панелей, снижает их материалоемкость.

Теплоизоляционный крупнопористый керамзитобетон - самый легкий бетон, который можно получить на данном заполнителе. Его плотность при минимальном расходе це­мента лишь немного больше насыпной плотности керамзи­тового гравия.

На керамзите марок 700, 800 получают конструкцион­ные легкие бетоны с пределом прочности при сжатии 20, 30, 40 МПа, используемые для производства панелей пере­крытий и покрытий, в мостостроении, где особенно важно снизить массу конструкций.

2.Номенклатура

В ГОСТ 9759—76 предусматриваются следующие фрак­ции керамзитового гравия по крупности зерен: 5—10, 10— 20 и 20—40 мм. В каждой фракции допускается до 5% бо­лее мелких и до 5% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Из-за невысокой эффективности грохочения материала в барабанных грохотах трудно добиться разделения керамзита на фракции в пре­делах установленных допусков.

По насыпной плотности керамзитовый гравий подраз­деляется на 10 марок: от 250 до 800, причем к марке 250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м3, к марке 300 — до 300 кг/м3 и т. д. Насыпную плотность определяют по фракциям в мерных сосудах. Чем крупнее фракция керамзитового гравия, тем, как правило, меньше насыпная плотность, поскольку крупные фракции содержат наиболее вспученные гранулы.

Для каждой марки по насыпной плотности стандарт устанавливает требования к прочности керамзитового гра­вия при сдавливании в цилиндре и соответствующие им марки по прочности (табл.). Маркировка по прочности позволяет сразу наметить область рационального применения того или иного керам­зита в бетонах соответствующих марок. Более точные дан­ные получают при испытании заполнителя в бетоне

Требования к прочности керамзитового гравия

Прочность пористого заполни­теля - важный показатель его качества. Стандартизована лишь одна методика опреде­ления прочности пористых заполнителей вне бетона — сдавливанием зерен в цилиндре стальным пуансоном на заданную глубину. Фиксируемая при этом величина напряжения принимается за условную прочность заполни­теля. Эта методика имеет принципиальные не­достатки, главный из которых — зависимость показателя прочности от формы зерен и пустотности смеси. Это настолько искажает дей­ствительную прочность заполнителя, что ли­шает возможности сравнивать между собой различные пористые заполнители и даже за­полнители одного вида, но разных заводов. Методика определения прочности керамзи­тового гравия основана на испытании од­ноосным сжатием на прессе отдельных гранул керамзита. Предварительно гранулу стачива­ют с двух сторон для получения параллельных опорных плоскостей. При этом она приобрета­ет вид бочонка высотой 0,6—0,7 диаметра. Чем больше количество испытанных гранул, тем точнее характеристика средней прочности. Чтобы получить более или менее надежную характеристику средней прочности керамзита, достаточно десятка гранул.

Испытание керамзитового гра­вия в цилиндре дает лишь условную относительную харак­теристику его прочности, причем сильно заниженную. Установлено, что дей­ствительная прочность керамзита, определенная при испы­тании в бетоне, в 4-5 раз превышает стандартную харак­теристику. К такому же выводу на основе опытных данных пришли В. Г. Довжик, В. А. Дорф, М. 3. Вайнштейн и дру­гие исследователи.

Стандартная методика предусматривает свободную засыпку керамзитового гравия в цилиндр и за­тем сдавливание его с уменьшением первоначального объе­ма на 20%. Под действием нагрузки прежде всего проис­ходит уплотнение гравия за счет некоторого смещения зе­рен и их более компактной укладки. Основываясь на опыт­ных данных, можно полагать, что за счет более плотной укладки керамзитового гравия достигается уменьшение объема свободной засыпки в среднем на 7%. Следователь­но, остальные 13% уменьшения объема приходятся на смятие зерен (рис.1).Если первоначальная высота зер­на D, то после смятия она уменьшается на 13%.

     Рис. 1. Схема сдав­ливания зерен керам­зита при испытании                Рис.2. Схема укладки зерен керамзита

Высококачественный керамзит, обладаю­щий высокой прочностью, как правило, харак­теризуется относительно меньшими, замкну­тыми и равномерно распределенными порами. В нем достаточно стекла для связывания час­тичек в плотный и прочный материал, образу­ющий стенки пор. При распиливании гранул сохраняются кромки, хорошо видна корочка. Поверхность распила так как материал мал

Водопоглощение заполнителя выражается в процентах от веса сухого мате­риала. Этот показатель для некоторых видов пористых заполнителей нормируется (напри­мер, в ГОСТ 9759—71). Однако более нагляд­ное представление о структурных особенностях заполнителей дает показатель объемного водопоглощения.

Поверхностные оплавленные корочки на зернах керамзита в начальный период (даже при меньшей объемной массе в зерне и большей пористости) имеют почти в два раза ниже объемное водопоглощение, чем зерна щебня. Поэтому необходима технология гравиеподобных заполнителей с поверхностной оплавленной корочкой из перлитового сырья, шлаковых расплавов и других попутных про­дуктов промышленности (золы ТЭС, отходы углеобогащения). Поверхностная корочка керамзита в первое время способна задержать проникновение во­ды вглубь зерна (это время соизмеримо со временем от изготовления легкобетонной сме­си до ее укладки). Заполнители, лишенные корочки, поглоща­ют воду сразу, и в дальнейшем количество ее мало изменяется..

Между водопоглощением и прочностью зе­рен в ряде случаев существует тесная корре­ляционная связь. Чем больше водопоглощение, тем ниже прочность пористых заполнителей. В этом проявляется дефектность структуры ма­териала. Например, для керамзитового гра­вия коэффициент корреля­ции составляет 0,46. Эта связь выявляется более отчетливо, чем связь прочности и объем­ной массы керамзита (коэффициент корреля­ции 0,29).

Для снижения водопоглощения предпринимаются попытки предварительной гидрофоби-зации пористых заполнителей. Пока они не привели к существенным положительным ре­зультатам из-за невозможности получить не­расслаивающуюся бетонную смесь при одно­временном сохранении эффекта гидрофобизации.

Особенности      деформативных свойств предопределяются пористой структурой заполнителей. Это, прежде всего, отно­сится к модулю упругости, который существен­но ниже, чем у плотных заполнителей Собственные деформации (усадка, набуха­ние) искусственных пористых заполнителей, как правило, невелики. Они на один порядок ниже деформаций цементного камня. При исследованиях деформаций керамзита все образцы при насыщении водой дают набу­хание, а при высушивании — усадку, но вели­чина деформаций разная. После первого цик­ла половина образцов показывает остаточное расширение, после второго — три четверти, что свидетельствует об изменении структуры ке­рамзита. Средняя величина усадки после пер­вого цикла 0,14 мм/м, после второго — 0,15 мм/м. Учитывая, что гравий в бетоне на­сыщается и высушивается в меньшей степени, реальные деформации керамзита в бетоне со­ставляют лишь часть этих величин. Пористые заполнители оказывают сдержи­вающее влияние на деформации усадки (и ползучести) цементного камня в бетоне, в ре­зультате чего легкий бетон имеет меньшую деформативность, чем цементный камень.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7