Реферат: Керамзит

Другие важные свойства пористых заполни­телей, влияющие на качество легкого бетона— морозостойкость и стойкость против распада (силикатного и железистого), а также содер­жание водорастворимых сернистых и серно­кислых соединений. Эти показатели регламен­тированы стандартами.

Искусственные пористые заполнители, как правило, морозостойки в пределах требований стандартов. Недостаточная морозостой­кость некоторых видов заполнителей вне бетона не всегда свидетельствует о том, что легкий бетон на их основе также неморозо­стоек, особенно если речь идет о требуемом количестве циклов 25—35. Заполнители лег­ких бетонов, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации, не всегда удовлетворя­ют требованиям по морозостойкости и потому должны тщательно исследоваться.

На теплопроводность пористых за­полнителей, как и других пористых тел, 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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7