Лекции по дисц. -ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ И
advertisement
Лекция № 1 по дисциплине «Технология строительной керамики и искусственных пористых заполнителей» Тема: «КЛАССИФИКАЦИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КЕРАМИКИ» Вопросы: 1.1 Общие сведения о керамических материалах; 1.2 Классификация керамических изделий; 1.3 Сырье для производства керамических материалов; 1.4 Добавки к глинам для керамических материалов 1.1. Общие сведения о керамических материалах Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, полученные в процессе технологической обработки минерального сырья и последующего обжига при высоких температурах. Название "керамика" происходит от греческого слова ″keramos" - глина. Поэтому под технологией керамики всегда подразумевали производство материалов и изделий из глинистого сырья и смесей его с органическими и минеральными добавками. Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, в технологии керамики называют керамическим черепком. Глины всегда в истории человечества были и являются одни из основных видов строительных материалов. Вначале - 8000 дет до н.э. - глины применялись в необожженном виде для глинобитного строительства и изготовления саманного и сырцового кирпича. 3500 лет до н.э. отмечается начало применения керамического кирпича, а 1000 лет до н.э. - глазурованного кирпича и черепицы. С середины первого тысячелетия в Китае начинается производство изделий из фарфора. В России первый кирпичный завод был построен в Москве в 1475 г., а в 1744 году в Петербурге начал работать первый фарфоровый завод. В конце XVIII - середине XIX в. бурное развитие металлургической, химической и электротехнической промышленности привело к развитию производства огнеупорной, кислотоупорной, электроизоляционной керамики и плиток для полов. С начала текущего столетия получило развитие производство эффективного кирпича и пустотелых камней для возведения стен и перекрытий, а также керамических плиток для внутренней и наружной отделки и санитарно-технических изделий. В последнее время получило распространение производство специальной керамики с уникальными свойствами для нужд ядерной энергетики, машиностроения, электронной, ракетной и других отраслей промышленности. Страница 1 из 73 Большой практический интерес имеют керметы, состоящие из металлической и керамической частей. В понятие керамические материалы и изделия входит широкий круг материалов с различными свойствами. 1.2 Классификация керамических изделий Классификация керамики производится по плотности, прочности и по назначению. Общая классификация керамических материалов и изделий приведена в таблице 1.1. По плотности изделия делят на: плотные с водопоглощением менее 5% и пористые – более 5%. Пористые материалы – кирпич глиняный, стеновые камни, черепица, облицовочные плитки и трубы керамические. Плотными являются керамические плитки для полов и дорожный кирпич. Санитарнотехнические изделия: ванны, унитазы, умывальники – бывают пористыми (фаянс) и плотными (фарфор). Высокопористые: керамзит и аглопорит. По прочности и морозостойкости керамические изделия делят на марки. По назначению изделия строительной керамики подразделяются на: - стеновые: кирпич глиняный и керамические камни пустотелые; - отделочные: плитки керамические глазурованные для внутренней облицовки и фасадные облицовочные плитки, а также плитки для полов; - санитарно-технические: ванны, умывальники, унитазы трубы канализационные и дренажные; - кровельные: черепица ленточная, пазовая и коньковая; - теплоизоляционные: диатомитовый кирпич, керамзит, аглопорит; - огнеупорные: шамот, динас, окисная керамика; - кислотоупорные: плиты, резервуары и их детали, трубы. По температуре плавления керамические материалы и изделия подразделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350°С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350-1580°С), огнеупорные (15802000°С), высшей огнеупорности (более 2000ºС). По качеству переработки сырья керамику делят на грубую и тонкую: - грубая: кирпич, черепица, плитки фаянсовые и для полов; - тонкая: фарфор и полуфарфор. Страница 2 из 73 Таблица 1.1 – Общая классификация керамических материалов и изделий Назначение Основные изделия Конструкционная керамика Керамический кирпич и камни, панели из них, кирпич для дымовых труб Облицовочная керамика Кирпич и камни лицевые Плитки облицовочные Способ производства изделий Глина легкоплавкая, Пластический, кварцевый песок, жесткий, промышленные полусухой отходы угледобычи и углеобогащения, кремнеземистые осадочные породы Глина легкоплавкая и Пластический, тугоплавкая жесткий, красножгущаяся и полусухой светложгущаяяся, кварцевый песок, шамот Глина тугоплавкая и Полусухой со огнеупорная шликерной светложгущаяяся, подготовкой кварцевый песок, массы, полевой шпат, каолин пластический Глина легкоплавкая, Пластический, кварцевый песок, полусухой шамот Основное исходное сырье Кровельная керамика Черепица Санитарнотехническая керамика Умывальники, Глина беложгущаяся раковины, огнеупорная, каолин, сливные бачки и кварцевый песок, др. шамот, полевой шпат Дренажные Глина легкоплавкая, кварцевый песок Канализационные Глины огнеупорные Трубы Литьем гипсовых формах в Температура обжига, ºС Вид черепка Вид керамики 950-1100 Пористый, грубозернистого строения Грубая (грубозернистая терракота) 950-1100 Пористый, грубозернистого строения Грубая (грубозернистая терракота) 1000-1200 Пористый или Тонкая (терракота, спекшийся, фаянс), макрооднородного «каменная» строения 950-1100 Пористый, однородный, зернистого строения Пористый спекшийся 1150-1300 Пластический 1000-1050 Пористый Пластический 1250-1300 Пористый Грубая (терракота) или Тонкая (фаянс, полуфарфор, фарфор) Грубая (терракота) и Грубая Страница 3 из 73 Дорожные материалы Клинкерный кирпич, плитка Специальная керамика - кислотоупорная Кирпич, плитка или тугоплавкие, шамот, каолин, кварцевый песок Тугоплавкие глины, Пластический, шамот, песок полусухой Глина беложгущаяся Пластический огнеупорная, каолин, кварц, полевой шпат, шамот, тугоплавкая глина - огнеупорная Кирпич, камни, Огнеупорная глина, Пластический, фасонные каолин, шамот полусухой, изделия трамбование из порошковых масс Кирпич, плиты, Трепел, диатомит, Пластический, теплоизоляционная скорлупы пенообразователи, литьевой опилки, перлит огнеупорная Плиты, войлок, МуллитоВибропрессова теплоизоляционная рулонный кремнеземистая вата, ние, материал, бумага, бентонитовая, прессование, картон, фетр каолинитовая глины, литье пенообразователь, каолин ДекоративноИзразцы, Глина легкоплавкая и Пластический, художественная декоративные тугоплавкая, полусухой, керамика детали, кварцевый песок, трамбование, скульптура, вазы шамот литье спекшийся 1250-1300 Спекшийся «Каменная» (керамогранит) 1200-1300 Спекшийся «Каменная», кислотоупорный фарфор 1350-2000 Пористый спекшийся и Алюмосиликатная 850-100 Высокопористый, ячеистый Грубая высокопористая 1200-2000 Высокопористый, ячеистый, волокнистый Огнеупорная высокопористая 950-1100 Пористый, грубо Грубая (терракота) или тонкозернистый Страница 4 из 73 Грубая керамика изготовляется чаще из одних глин или из глин с небольшим количеством добавок грубого помола. Обычно она пористая с высоким водопоглощением, за исключением плиток для полов, которые обжигают почти до полного спекания. Тонкую керамику изготовляют из глин с добавлением до 50 – 60% отощающих материалов и плавней, которые измельчают до полного прохода через сито 0,08 мм (остаток не превышает 5 – 6 %). Свойства керамики специфичны для пластичных масс и для готовых изделий. Основные свойства изделий: прочность при изгибе и при сжатии, водопоглощение и морозостойкость, истираемость. Предел прочности при изгибе, МПа, керамических материалов Rиз зависит прежде всего от их структуры. Например, кирпич полусухого прессования имеет меньшую величину Rиз, чем кирпич пластического формования, изготовленный из тех же глин, даже при равной прочности при сжатии. Предел прочности при изгибе регламентируется ГОСТами для кирпича, поскольку в стене он испытывает не только сжимающие, но и изгибающие нагрузки из-за деформаций поверхности. Этот показатель регламентируется и для некоторых других керамических изделий. Обычно он находится в пределах 0,7 – 5 МПа. Прочность при сжатии, МПа, характеризует сопротивление сжимающим нагрузкам вышележащих слоев кладки. Она зависит от пористости, структуры и водопоглощения. По ее величине определяют марку стеновой керамики, по отношению прочности насыщенных и сухих образцов – коэффициент водостойкости (Кв) или размягчения. Материал считается водостойким, если Кв больше 0,7. Морозостойкость - это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и понижения прочности. Марки по морозостойкости характеризуются количеством теплосмен от – 15…– 20°С до + 18 ± 2°С, которое выдерживает материал без признаков разрушения. Существуют марки F15, F25, F35, F50. Исследования влияния характера пор на морозостойкость керамики выявили, что все поры делятся на три вида: опасные, безопасные и резервные. Опасные поры заполняются холодной водой при насыщении. В них она удерживается при извлечении материала из воды и замерзает при температуре – 15…– 20°С. Диаметр этих пор от 200 до 0,1 мкм. Безопасные поры при насыщении водой не заполняются либо заполнившая их вода не замерзает при указанных температурах, так как они очень мелкие. Заполняющая их вода становится пристеночной адсорбированной влагой с Страница 5 из 73 растворенными в ней солями. Она замерзает при температуре значительно ниже – 20°С. Резервные поры при насыщении полностью заполняются холодной водой, но при извлечении образца из воды она частично вытекает, вследствие малых капиллярных сил, и поры остаются не заполненными, оставляя резерв для расширения при замораживании. Это крупные поры диаметром более 200 мкм. Вода при замерзании расширяется всего на 9%, но давление при этом может достигать 280 МПа. Керамика будет морозостойкой, если объем резервных пор достаточен для компенсации прироста объема замерзающей воды в опасных порах. Это условие называют структурной характеристикой С и выражают в %: C = Vр / (Vоп – Vр) (1) где Vp и Voп – объем пор соответственно резервных и опасных. Морозостойкость определяет долговечность керамических материалов в условиях воздействия на них внешней среды. Поэтому марки по морозостойкости регламентированы ГОСТами для стеновых фасадных, кровельных изделий. Теплопроводность керамики зависит от ее плотности, состава, вида и размера пор. Она резко возрастает с увеличением влажности. Паропроницаемость действующими ГОСТами и ТУ не регламентирована. Однако в некоторых случаях она влияет на долговечность строительных конструкций. Низкая паропроницаемость стеновых материалов может явиться причиной потения внутренней поверхности стен, особенно в зданиях с повышенной влажностью воздуха. 1.3 Сырье для производства керамических материалов Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками - отощающими, породообразующими, плавнями, пластификаторами и др. Г л и н и с т о е с ы р ь е . Глинистое сырье (глины и каолины) - продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород, содержащий примеси других горных пород. Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня. Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определенное содержание пылевидных частиц с размерами зерен 0,005-0,16 мм и песчаных частиц с размерами зерен 0,16-2 мм. Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и Страница 6 из 73 способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка их. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умереннопластичные, малопластичные и непластичные. Высокопластичные глины имеют в своем составе до 80-90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28% и воздушную усадку 10-15%. Средне- и умеренно-пластичные глины имеют в своем составе 30-60% глинистых частиц, число пластичности 15-25, водопотребность 20-28% и воздушную усадку 7-10%. Малопластичные глины имеют в своем составе от 5% до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7-15 и воздушную усадку 5-7%. Непластичные глины не образуют пластичное удобоформуемое тесто. Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют "жирными", отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют "отощающие" добавки. Глины с содержанием глинистых частиц менее 10-15% "тощие" глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например, бентонитовую глину. Различное сочетание химического, минералогического и гранулометрического состава компонентов обуславливает различные свойства глинистого сырья и пригодность его для получения керамических изделий тех или иных свойств и назначения. Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогическим составом. Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.). Глинистые частицы в большинстве своем состоят из вторичных минералов: каолинита Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 O, монтмориллонита Al 2 O 3 ·SiO2·4Н2O, гидрослюдистых и их смесей в различных сочетаниях. Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке. Глины, содержащие монтмориллонит, весьма пластичны, сильно набухают, при формовке склонны к свилеобразованию, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривления изделий и растрескивания. Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами. Содержание в них частиц размером менее 0,001 мм достигает 85-90%. Образцы с преобладанием в глинистой части Страница 7 из 73 гидрослюдистых минералов характеризуются промежуточными показателями пластичности, усадки и чувствительности к сушке. Химический состав глин выражается содержанием и соотношением различных оксидов. В керамическом сырье содержание важнейших оксидов колеблется в широких пределах: SiO2 – 40-80%; Аl2O3 – 8-50%; Fe2O3 – 0-15%; CaO – 0,5-25%; MgO – 0-4%; R2O – 0,3-5%. С увеличением содержания Аl2O3 повышается пластичность и огнеупорность глин, а с повышением содержания SiO2 пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижайся прочность обоженных изделий. Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глин, тонкодисперсного известняка придает светлую окраску и понижает огнеупорность глин, а камневидные включения его являются причинами появления дутиков и трещин в керамических изделиях. Оксиды щелочных металлов (Na2O и К2O) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности. Наличие в глинистом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на поверхности изделий. Для изготовления отдельных видов огнеупорных теплоизоляционных изделий применяют глинистое сырье из трепелов и диатомитов, состоящие в основном из аморфного кремнезема, а для производства легких заполнителей используют перлит, пемзу, вермикулит. В настоящее время природные глины в чистом виде редко являются кондиционным сырьем для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения. Глазури и ангобы. Некоторые виды керамических изделий для повышения санитарно-гигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем - глазурью или ангобом. Глазурь - стекловидное покрытие толщиной 0,1-0,2 мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури могут быть прозрачными и глухими (непрозрачными) различного цвета. Для изготовления глазури используют: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов. Сырьевые смеси размалывают в порошок и наносят на поверхность изделий в виде порошка или суспензии перед обжигом. Ангобом называется нанесенный на изделие тонкий слой беложгущейся или цветной глины, образующей цветное покрытие с матовой поверхностью. По свойствам ангоб должен быть близок к основному черепку. Страница 8 из 73 1.4 Добавки к глинам для керамических материалов Добавки к глинам вводятся для регулирования свойств керамики и снижения расхода дефицитных глин. По влиянию на свойства они делятся на: - отощающие, - флюсующие, - выгорающие, - пластифицирующие, - и специального назначения. 1. Отощающие добавки – это материалы, снижающие пластичность и усадку глин в сушке и обжиге. К ним относятся: кварц, шамот, золы, шлаки и др. Кварцевые материалы – наиболее распространенные природные отощающие добавки. К ним относятся жильный кварц, кварцевые пески и кремень. Они состоят из кремнезема и являются отощителями из-за способности не давать усадку при сушке и обжиге. Кварц и его кристаллические разновидности устойчивы к действию кислот (за исключением плавиковой) и менее стойки к щелочам. Степень воздействия щелочей на кварц тем выше, чем мельче его зерна. При нагревании кварц претерпевает модификационные превращения в твердой фазе: при 575°С он перекристаллизуется из β-кварца в α-кварц с увеличением объема, что может привести к растрескиванию изделий. При 870°С он превращается в тридимит, а при 1410°С – в кристобалит. При 1710°С кварц плавится и при резком охлаждении дает кварцевое стекло. Эти особенности кварца в технологии керамики известны и учитываются при разработке режимов обжига: при температурах указанных превращений скорость подъема и охлаждения замедляют. Заменителями жильного кварца могут быть чистые кварцевые пески, а также пески, получаемые при отмучивании каолинов. Пылевидный кварц (маршаллит) – это природное вещество от сероватобелого до чисто белого цвета, с высокой дисперсностью. Он не является чистым кремнеземом, так как содержит значительное количество щелочных оксидов. Маршаллит применяется в производстве изделий тонкой керамики. Кремень представляет собой кристаллическую разновидность кремнезема и встречается в природе в виде кусков различной формы. После предварительного обжига лучшие сорта кремня без примесей железа используют в производстве тонкой керамики. Кремневую гальку применяют в качестве мелющих тел в шаровых мельницах для измельчения керамических масс и глазурей. При оценке кварцевого сырья существенное значение имеет его чистота. Вредны примеси, снижающие качество кварцевых материалов, а в случае Страница 9 из 73 высокого их содержания исключающие возможность его применения. Сюда относятся окрашивающие примеси: Fe2O3, TiO2, слюда и железистые силикаты. Шамот изготовляют обжигом огнеупорных или тугоплавких глин при температурах 1000…1400°С. Его применяют как отощитель керамических масс, при производстве облицовочных плиток, фарфора и фаянса, шамотных огнеупоров. Шамот в отличие от других отощителей не понижает огнеупорности масс. Зерновой состав и количество шамота определяются рецептурой массы для разных видов изделий. Лучше применять его тонкозернистым и при совместном помоле с глинистыми минералами для равномерного распределения в массе. На многих керамических заводах вместо шамота применяют измельченный бой готовых изделий или утильного обжига, а также бой огнеупоров, который предварительно сортируют и очищают от загрязнений. На кирпичных заводах вместо шамота используют молотый обожженный кирпич. Но количество этих отходов невелико, поэтому они не оказывают заметного влияния на свойства масс. Применение боя и отходов кирпича важнее с точки зрения их утилизации, создания безотходных технологий и охраны окружающей среды. Дегидратированная глина применяется при недостатке отощителей. Она получается нагреванием обычной глины до 600…700°С, когда та теряет пластичность при удалении химически связанной воды. Ее применяют чаще в производстве грубой строительной керамики. Это позволяет снизить сроки сушки без появления трещин на изделиях, расширить базу отощителей. Известняк является отощающей и разрыхляющей добавкой. При нагревании до 910°С карбонаты разлагаются на СО2 и СаО, поэтому нельзя применять известняк размером более 0,63 мм, чтобы исключить растрескивание керамики. Его надо применять тонкозернистым и в небольших количествах. При 1000°С СаО вступает в реакцию с другими оксидами массы, особенно с щелочными. С кварцем он образует волластонит (Са 3[Si3O9]), упрочняющий керамику. Скорость реакции возрастает с повышением температуры обжига и ростом количества легкоплавких соединений, содержащих СаО. Присутствие извести в глинистых массах понижает температуру спекания, но уменьшает интервал спекания, затрудняя обжиг и создавая опасность деформации изделий. Из карбонатов кальция в состав керамических масс обычно вводят мел, так как он состоит из более тонких частиц, легче размалывается и дешевле мрамора. Однако после обжига мел дает более темную, чем мрамор, окраску керамики. Добавка мела в массы, обжигаемые не до спекания и покрываемые глухими свинцово-оловянными Страница 10 из 73 глазурями, полезна, так как при этом повышается пористость изделий, в результате чего лучше закрепляется глазурь на керамике. 2. Флюсующиеся добавки. Флюсующие материалы (плавни) – это материалы, взаимодействующие в обжиге с глинистыми минералами с образованием более легкоплавких соединений. Поэтому введение в состав массы плавней улучшает степень спекания и снижает температуру обжига. Плавни делят на две группы: флюсующие, имеющие низкую температуру плавления, – полевые шпаты, пегматиты, сиениты – и материалы с высокой температурой плавления, но дающие при обжиге легкоплавкие соединения с компонентами массы – мел, доломит, тальк. Полевые шпаты представляют собой плавни, широко применяемые в производстве тонкой керамики. Различают следующие виды полевых шпатов. Калиевый полевой шпат (ортоклаз) – K2O•Al2O3•6SiO2. Цвет его от белого, серого, желтоватого до коричнево- и темно-красного в зависимости от примесей. Плотность – 2,55 г/см3. Температура начала плавления – 1200°С. Натриевый полевой шпат (альбит) – Na2O•Al2O3•6SiO2 . Цвет белый, чаще светлых оттенков, но встречается также красного, желтого, серого и других тонов. Плотность – 2,6 г/см3 , температура плавления – 1160…1190°С. Известковый полевой шпат (анортит) – СаО•Al2O3•2SiO2. Обычно желтоватого цвета. Температура плавления около 1550°С. Плагиоклазы – это полевые шпаты, содержащие смесь альбита и анортита в разных соотношениях. Обычно белого цвета. Плотность 2,62…2,76 г/см3. Полевые шпаты редко встречаются в чистом виде, чаще – в смеси этих минералов. Основное требование, предъявляемое к ним – легкоплавкость. При введении в состав массы в обжиге они образуют вязкое стекло, которое в фаянсовых массах частично заполняет поры и способствует спеканию. В фарфоровых массах полевой шпат с другими компонентами образует сплавы, заполняющие поры до монолитного стекловидного состояния. Реакционная способность расплава возрастает с повышением температуры и тонкости помола компонентов. У альбитов она выше, чем у ортоклазов и плагиоклазов. Вредные примеси в полевых шпатах – оксиды железа, которых должно быть не более 0,1…1%. Пегматиты – это полевые шпаты, проросшие кристаллами кварца, содержание которого может колебаться в широких пределах. Ввиду того, что кварц и полевой шпат являются компонентами фарфоровых и фаянсовых масс, пегматиты являются заменителями полевых шпатов и частично кварца. Поведение пегматита в обжиге зависит от свойств полевого шпата, входящего в его состав: температуры плавления и растворяющей способности. Страница 11 из 73 Нефелиновые сиениты представляют собой сростки минерала нефелина (алюмосиликат натрия) с полевым шпатом. Температура плавления нефелина около 1200°С, содержание щелочей – до 20%. Нефелиновые сиениты используются керамической промышленностью в качестве заменителей полевых шпатов при производстве изделий, не требующих белизны черепка (плитки для полов, кислотоупорные изделия). Нефелиновые сиениты, особенно бокситы, применяемые в керамической промышленности, являются попутными отходами горнообогатительных комбинатов и получаются в виде тонкомолотых порошков. Поэтому их использование экономически выгодно. Но они загрязнены железистыми и магнезиальными примесями и имеют темносерую окраску. Поэтому в производстве фаянса и фарфора не применяются. Наряду с нефелиновым сиенитом ведутся успешные опыты по использованию других щелочесодержащих пород в качестве заменителей полевых шпатов, например гранитов. Помимо указанных добавок в производстве разных видов керамических изделий используются и другие добавки. Их характеристика и влияние будут рассмотрены при описании технологии соответствующих видов изделий. Мел — осадочная горная порода белого цвета, мягкая и рассыпчатая, нерастворимая в воде, органического (зоогенного) происхождения. Основу химического состава мела составляет карбонат кальция с небольшим количеством карбоната магния, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов. Доломит – двойная соль СаСО3•МgСО3. Разновидности доломита используются как заменители мела и мрамора в производстве изделий тонкой керамики. Температура диссоциации доломита 765…895 °С. Он оказывает на керамические массы более сильное флюсующее действие, чем чистые СаСО3 и МgСО3, что позволяет снизить температуру обжига масс и глазурей. Тальк 4SiО•3МgO•Н2O имеет огнеупорность 1500…1520°С. Плотная разновидность талька называется жировиком, или стеатитом. Его месторождения имеются на Урале. Это мягкий минерал, легко поддающийся обработке. Чаще всего он применяется в тонкой керамике, включая изделия специального назначения. Добавка талька в фаянсовую массу предотвращает образование трещин в глазурном слое – «цека» – и повышает термостойкость. Тальк, используемый в тонкой керамике, должен иметь однородный состав: содержание оксидов железа не должно превышать 0,3…0,6, а СаО –0,2…1,9%. 3. Выгорающие добавки. Выгорающие добавки выгорают в обжиге почти целиком (за исключением зольной части). В технологии керамики они чаще применяются при производстве стеновых материалов. К ним относятся опилки, уголь, золы ТЭЦ. Страница 12 из 73 Древесные опилки при производстве строительного кирпича вводятся в массу для улучшения сушильных свойств полуфабриката (сырца). Являясь длинноволокнистыми, опилки армируют глинистые частицы и повышают сопротивление разрыву керамической массы и трещиностойкость в сушке. В обжиге они выгорают, оставляя в керамике относительно крупные поры, увеличивающие водопоглощение кирпича, теплоизоляционные свойства, но снижающие морозостойкость. В кирпичные массы добавляют обычно 5…10% опилок (от объема глины). В таком количестве они ускоряют сушку и существенно не снижают прочность кирпича, несмотря на увеличение пористости. Наиболее эффективно повышают трещиностойкость кирпича опилки продольной резки. Антрацит (высшая разновидность угля) и тощие каменные угли добавляют в глину до 60% от требуемого на обжиг объема топлива, или 2…2,5% от объема глины. В таких количествах каменный уголь оказывает небольшое влияние на пористость кирпича. Основное его назначение – создать восстановительную среду в толще обжигаемого материала. Это интенсифицирует процесс спекания и упрочнения керамики. В изломе кирпича, полученного из глины и угля, видна темно-малиновая уплотненная зона, повышающая его прочность. Бурые угли добавляют в глину с той же целью. При их использовании увеличивается недожог кирпича вследствие улетучивания горючих веществ при температурах ниже температуры их воспламенения. Выделение тепла и газов происходит более равномерно и в более широком температурном интервале, чем при вводе антрацита, поэтому почти не возникает пережог кирпича, и его обжиг можно вести более уверенно. Золы ТЭЦ также используются в качестве добавок в глину при производстве кирпича. Они действуют как отощители, а при наличии в золе недожога – невыгоревшего остатка кокса – как выгорающие добавки. 4. Пластифицирующие добавки. Их вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества. 5. Специальные добавки. Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом. Для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана и др.). Страница 13 из 73 Лекция № 2 по дисциплине «Технология строительной керамики и искусственных пористых заполнителей» ТЕМА: «ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМОИЗДЕЛИЙ И ИХ СТРУКТУРА И СВОЙСТВА» Вопросы: 2.1 Подготовка глин и формование изделий; 2.2 Сушка и обжиг керамических изделий; 2.3 Структура и общие свойства керамических изделий 2.1 Подготовка глин и формование изделий При всем многообразии керамических изделий по свойствам, формам, назначению, виду сырья и технологии изготовления основные этапы производства керамических изделий являются общими и состоят из следующих операций: добыча сырьевых материалов, подготовка массы, формование изделий, их сушка и обжиг. Добыча глины осуществляется на карьерах обычно открытым способом экскаваторами и транспортируется на предприятие керамических изделий рельсовым, автомобильным или другим видом транспорта. Разработке карьера предшествуют подготовительные работы: геологическая разведка с установлением характера залегания, полезной толщи и запасов глин; счистка поверхности от растений за год-два до начала разработки, удаление пород, непригодных для производства. Карьерная глина в естественном состоянии обычно непригодна для получения керамических изделий. Поэтому проводится ее обработка с целью подготовки массы. Подготовку глин целесообразно вести сочетанием естественной и механической обработки. Естественная обработка подразумевает собой вылеживание предварительно добытой глины в течение 12 лет при периодическом увлажнении атмосферными осадками или искусственном замачивании и периодическом замораживании и оттаивании. Механическая обработка глин производится с целью дальнейшего разрушения их природной структуры, удаления или измельчения крупных включений, удаления вредных примесей, измельчения глин и добавок и перемешивания всех компонентов до получения однородной и удобоформуемой массы с использованием специализированных машин (глинорыхлителей; камневыделительных, дырчатых, дезинтеграторных, грубого и тонкого помола вальцов; бегунов, глинорастирочных машин, корзинчатых дезинтеграторов, Страница 14 из 73 роторных и шаровых мельниц, одно- и двухвальных глиномешалок, пропеллерных мешалок и др.). В зависимости от вида изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полусухим, сухим и шликерным способами. Способ приготовления массы определяет и способ формования и название в целом способа производства. При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Этот способ производства керамических строительных материалов является наиболее простым наименее металлоемким и потому наиболее распространенным. Он применяется в случаях использования среднепластичных и умеренно-пластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу. На рис. 2.1 приведена одна из технологических схем производства кирпича пластическим способом. Рис. 2.1. Технологическая схема производства керамического кирпича: 1- карьер глины; 2 - экскаватор; 3 - глинозапасник; 4 - вагонетка; 5 - ящичный подаватель; 6 добавки; 7 - бегуны; 8 - вальцы; 9 -ленточный пресс; 10 - резак; 11 - укладчик; 12 тележка; 13 - сушильные камеры; 14 - туннельная печь; 15 - самоходная тележка; 16 склад Страница 15 из 73 Набор и разновидности машин для подготовки массы могут отличаться от приведенных на рис. 2.1 в зависимости от свойств сырья и добавок. Однако формование при пластическом способе всегда производится на машине одного принципа действия - ленточном шнековом прессе (рис. 2.2) с вакуумированием и подогревом или без них. Вакуумирование и подогрев массы при прессовании позволяет улучшить ее формовочные свойства, увеличить прочность обоженного изделия до 2-х раз. В корпусе пресса вращается шнек-вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной части, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывного бруса или ленты, или трубы под давлением 1,6-7 МПа. Рис. 2.2. Ленточный вакуумный пресс: 1 - шнековый вал; 2 - прессовая головка; 3 - мундштук; 4 - глиняный брус; 5 - крыльчатка; 6 - вакуум-камера; 7 - решетка; 8 - глиномялка Производительность современных ленточных прессов по производству кирпича достигает 10000 штук в час. Жесткий способ формования является разновидностью современного развития пластического способа. Влажность формуемой массы при этом способе колеблется от 13% до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравлических прессах. Вакуум-пресс итальянской фирмы "Бонджени", например, создает давление прессования до 20 МПа. В связи с тем, что "жесткое" формование осуществляется при относительно высоких 10-20 МПа давлениях, могут быть использованы менее пластичные и с естественной низкой влажностью глины. При этом способе требуются меньшие Страница 16 из 73 энергетические затраты на сушку, а получение изделия сырца с повышенной прочностью позволяет избежать некоторые операции в технологии производства, обязательные при пластическом способе. Формование при пластическом и жестком способах завершается разрезкой непрерывной ленты отформованной массы на отдельные изделия на резальных устройствах. Эти способы формования наиболее распространены при выпуске: сплошных и пустотелых кирпичей, камней, блоков и панелей; черепицы и т.п. Полусухой способ производства строительных керамических изделий распространен меньше, чем способ пластического формования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты с влажностью 8-12% при давлениях 15-40 МПа. Недостаток способа в том, что его металлоемкость почти в 3 раза выше, чем пластического. Но вместе с тем он имеет и преимущества Длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза; изделия имеют более правильную форму и более точные размеры; до 30% сокращается расход топлива; в производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим количеством добавок отходов производства - золы, шлаков и др. Сырьевая масса представляет собой порошок, который должен иметь около 50% частиц менее 1 мм и 50% размером 1-3 мм. Прессование изделий производится в прессформах на одно или несколько отдельных изделий на гидравлических или механических прессах. По этому способу делаются все виды изделий, которые изготовляются и пластическим способом. Сухой способ является разновидностью современного развития полусухого производства керамических изделий. Пресс-порошок при этом способе готовится с влажностью 2-6%. При этом устраняется полностью необходимость операции сушки. Таким способом изготовляют плотные керамические изделия-плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и фарфора. Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок, и когда требуется подготовить массу для изготовления керамических изделий сложной формы методом литья. Отливка изделий производится из массы с содержанием воды до 40%. Этим способом изготовляются санитарно-технические изделия, облицовочные плитки. 2.2 Сушка и обжиг керамических изделий С у ш к а и з д е л и й . Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5-6% во избежание неравномерной усадки, искривлении и растрескивания при обжиге. Страница 17 из 73 Прежде сырец сушили преимущественно в естественных условиях в сушильных сараях в течение 2-3 недель в зависимости от климатических условий. В настоящее время сушка производится преимущественно искусственная в туннельных непрерывного действия или камерных периодического действия сушилах в течение от нескольких до 72-х часов зависимости от свойств сырья и влажности сырца (рис. 2.3). Сушка производится при начальной температуре теплоносителя отходящих газов от обжиговых печей или подогретого воздуха 120-150 С. Рис. 2.3. Противоточная тоннельная вагонеточная сушилка непрерывного действия для кирпича: а – продольный разрез; б - поперечный разрез: 1 тоннель; 2 - полка с кирпичей; 3 - вагонетка; 4 – главный отводящий коллектор; 5 - клапан; 6 - толкатель; 7- соединительный канал отбора теплоносителя; 8 отверстие для удаления теплоносителя из тоннеля; 9 - отверстие для подачи теплоносителя в тоннель; 10 - соединительный канал подачи теплоносителя; 11 - клапан; 12 - главный поводящий коллектор. О б ж и г и з д е л и й . Обжиг - важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Обжиг керамических изделий производят в печах периодического и непрерывного действия (рис. 2.4). Страница 18 из 73 а) tобж.макс. Температурная площадка Интенсивное охлаждение в пиропластическом состоянии 8ч 7,6 ч Зона подогрева Зона обжига 25650 27000 Замедленное остывание 8,4 ч Зона охлаждения L, τ . 28350 81000 б) 2 Загрузка Выгрузка 1 Воздух 4 Отходящие газы 5 Топливо Рис. 2.4. Туннельная печь для обжига кирпича: а) - график температурного режима обжига; б) - схема печи; 1 - рабочая камера (сквозной канал); 2 вагонетка; 3 - дымосос для выброса в атмосферу отработанных газов; 4 вентилятор Процесс обжига можно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение. При нагреве сырца до 120°С удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются. В температурном интервале от 450°С до 600°С происходит отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние. При этом и при дальнейшем повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства. При 800°С начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твердой фазе на границах поверхностей частиц компонентов. В процессе нагрева до 1000°С возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита Al2O3·SiO2, а при нагреве до 1200°С и муллита 3Аl2O3·2SiO2. Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава, который обволакивает не расплавившиеся частицы, Страница 19 из 73 стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом. Эта усадка называется огневой усадкой. В зависимости от вида глин она составляет от 2% до 8%. После остывания изделие приобретает камневидное состояние, водостойкость и прочность. Свойство глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостъю глин. В зависимости от назначения обжиг изделий ведется до различной степени спекания. Спекшимся считается черепок с водопоглощением менее 5%. Большинство строительных изделий обжигается до получения черепка с неполным спеканием в определенном температурном интервале от температуры огнеупорности. Начала спекания, называемым интервалом спекания. Интервал спекания для легкоплавких глин составляет 50-100°С, а огнеупорных до 400°С. Чем шире интервал спекания, тем меньше опасность деформаций и растрескивания при обжиге. Интервал температур обжига лежит в пределах: от 900 ºС до 1100°С для кирпича, камня, керамзита; от 1100°С до 1300°С для клинкерного кирпича, плиток для полов, гончарных изделий фаянса; от 1300°С до 1450°С для фарфоровых изделий; от 1300°С до 1800°С для огнеупорной керамики. 2.3. Структура и общие свойства керамических изделий Керамические материалы представляют собой композиционные материалы, в которых матрица или непрерывная фаза представлена остывшим расплавом, а дисперсная фаза представлена нерасплавленными частицами глинистых, пылевидных и песчаных фракций, а также порами и пустотами, заполненными воздухом (рис. 2.5 и 2.6). Рис. 2.5. Структура керамической массы: 1 - глинистые частицы, 2 адсорбированная вода, 3 диффузионная вода, 4 - воздух, 5 твердая частица, 6 - свободная влага. Рис. 2.6. Структура обожженной керамики – керамический черепок после обжига и многочисленные поры Страница 20 из 73 Материал матрицы в свою очередь представляет собой микрокомпозиционный материал, состоящий из матрицы - непрерывной стекловидной фазы застывшего расплава и дисперсной фазы - кристаллических зерен силлиманита, муллита, кремнезема различных фракций и других веществ, кристаллизующихся при остывании (в основном алюмосиликатов). Стекловидная, аморфная фаза (переохлажденная жидкость) представлена в микроструктуре легкоплавкими компонентами, которые не успели выкристаллизоваться при заданной скорости остывания расплава. Истинная плотность керамических материалов 2,5 - 2,7 г/см3; плотность 2000 - 2300 кг/м3; теплопроводность абсолютно плотного черепка 1,16 В/(м °С). Теплоемкость керамических материалов 0,75 - 0,92 кДж/(кг°С). Предел прочности при сжатии керамических изделий меняется в пределах от 0,05 до 1000 МПа. Водопоглощение керамических материалов в зависимости от пористости меняется в пределах от 0 до 70%. Керамические материалы имеют марки по морозостойкости: .15;25;35; 50; 75 и 100. Страница 21 из 73 Лекция № 3 по дисциплине «Технология строительной керамики и искусственных пористых заполнителей» Тема: «ТЕХНОЛОГИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕНОВЫХ И ОБЛИЦОВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ» Вопросы: 3.1 Керамические кирпичи и камни 3.2 Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней 3.3 Керамические изделия для внешней и внутренней облицовки зданий 3.1 Керамические кирпичи и камни К группе стеновых изделий относятся: кирпич керамический обыкновенный, эффективные керамические материалы (кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легкий, пустотелые камни, блоки и плиты), а также крупноразмерные блоки и панели из кирпича и керамических камней. Керамические кирпичи и камни изготовляют из легкоплавких глин с добавками или без них и применяются для кладки наружных и внутренних стен и других элементов зданий и сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков. В зависимости от размеров кирпич и камни подразделяются на виды: кирпич одинарный, утолщенный, модульный, камень обыкновенный, укрупненный, модульный и с горизонтальным расположением пустот (табл. 3.1 и рис. 3.1). Таблица 3.1 – Кирпич и камни керамические Номинальные размеры, мм, по длине ширине толщине Кирпич одинарный 250 120 65 Кирпич утолщенный 250 120 88 Кирпич модульных размеров одинарный 288 138 63 Кирпич модульных размеров утолщенный 288 138 88 Кирпич утолщенный с горизонтальным расположением 250 120 88 пустот Камень 250 120 138 Камень модульных размеров 288 138 138 Камень модульных размеров укрупненный 288 288 88 Камень укрупненный 250 250 138 250 250 188 180 250 138 Камень укрупненный с горизонтальным расположением 250 250 120 пустот 250 200 80 Примечание Допускается по согласованию с потребителем выпускать укрупненные камни размерами: 380 180 138 380 255 188 Вид изделия Страница 22 из 73 380 250 138 Рис. 3.1. Типы керамического кирпича и камня: Кирпич: а) обыкновенный; б ) утолщенный; в ) модульный. Камень: г) обыкновенный; д) укрупненный; е) модульный; ж ) , з ) с горизонтальным расположением пустот. Кирпич может быть полнотелым и пустотелым, а камни только пустотелыми. Утолщенный и модульный кирпич должен бы также только с круглыми или щелевыми пустотами, чтобы масса одного кирпича не превышала 4 кг. Поверхность граней может быть гладкой и рифленой. Кирпич и камень должен быть нормально обожжен, так как недожог (алый цвет) обладает недостаточной прочностью, малой водостойкостью и морозостойкостью, а пережженный кирпич (железняк) отличается повышенной плотностью, теплопроводностью и, как правило, имеет искаженную форму. Допускается изготовление кирпича и камней с закругленными углами с радиусом закругления до 15 мм. Размер цилиндрических сквозных пустот по наименьшему диаметру должен быть не менее 16 мм, ширина щелевых пустот не более 12 мм. Диаметр несквозных пустот не ограничивается. Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. По внешнему виду кирпич и камень должны удовлетворять определенным требованиям. Это устанавливается путем осмотра и обмера определенного количества кирпича от каждой партии (0,5%, но не менее 100 шт.) по отклонениям от установленных размеров, непрямолинейности ребер и граней, отбитости углов и ребер, наличию сквозных трещин, проходящих по постели кирпича. Общее количество изделий с отклонениями, выше допустимых, должно быть не более. Страница 23 из 73 5%. В зависимости от вышеописанных показателей прочности определяют марку изделий, например, кирпича (табл. 3.2). Марка кирпича Таблица 3.2 – Марка кирпича в зависимости от пределов прочности при сжатии и изгибе Предел прочности, МПа При изгибе для полнотелого для полноДля всех видов кирпича для утолкирпичей при телого кирпича полусухого щенного пластического сжатии прессования и кирпича прессования пустотелого кирпича средний средний средний средний для 5 для 5 для 5 для 5 min min min min образобразобразобразцов цов цов цов 300 30,0 25,0 4,4 2,2 3,4 1,7 2,9 1,5 250 200 29,0 20,0 20,0 17,5 3,9 3,4 2,0 1,7 2,9 2,5 1,5 1,3 2,5 2,3 1,3 1,1 175 150 17,5 15,0 15,0 12,5 3,1 2,5 1,5 1,4 2,3 1,9 1,1 0,9 2,1 1,6 1,0 0,8 100 75 10,0 7,5 7,5 5,0 2,2 1,8 1,2 0,9 1,6 1,4 0,8 0,7 1,4 1,2 0,7 0,6 Морозостойкость кирпича и камней 15, 25, 35 и 50. Водопоглощение для полнотелого кирпича должно быть для марок до 150 не менее 8%, а для полнотелого кирпича более высоких марок и пустотелых изделий не менее 6%. По плотности в сухом состоянии кирпич и камни подразделяются на 3 группы: - обыкновенные – с плотностью более 1600 кг/м3; - условно-эффективные – с плотностью более 1400-1600 кг/м3; - эффективные – с плотностью не более 1400-1450 кг/м3. К эффективным стеновым материалам относятся также пористые сплошные и пустотелые кирпич и камни, изготовляемые из диатомитов и трепелов и имеющие плотность: класс А - 700-1000 кг/м3, класс Б - 1001-1300 кг/м3, класс В > 1301 кг/м3. Страница 24 из 73 Применение эффективных стеновых керамических материалов позволяет уменьшить толщину наружных стен, снизить материалоемкость ограждающих конструкций до 40%, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание. В различных странах выпускаются отличающиеся между собой стеновые материалы как по номенклатуре, так и по типоразмерам и маркам. Так, марка кирпича, выпускаемого за рубежом, составляет 125-600, причем основная масса кирпича производится с маркой 400. В Германии, например, стандарт "Стеновой кирпич" предусматривает производство: обыкновенных полнотелых и пустотелых кирпичей и камней 14-ти типов с размерами 240x115x52 490х300х238 плотностью 1200-2200 кг/м3;легких пустотелых кирпичей и камней 13-ти типоразмеров марок от М20 до М280 и плотностью 600-1000 кг/м3; высокопрочных кирпичей и камней марок М360, М480 и М600: для внутренних стен и перегородок - пустотелых кирпичей, камней и плит размерами 330x175x40 - 945x320x115. В Санкт-Петербурге фирма "Кнауф" (Германия) выпускает: кирпич строительный, размером 250x120x65 мм, плотностью 1200 кг/м3; поризованный камень 2NF, размером 250x120x142 мм, плотностью 850 кг/м3; камень 2NF крупноформатный поризованный, размером 510x260x129 мм, плотностью 850 кг/м3. В зарубежной практике известно производство кирпича пазогребневой конструкции для безрастворной кладки, крупноразмерных керамических стеновых элементов, звукоизоляционного кирпича и других стеновых изделий. 3.2 Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней изготовляют для повышения индустриального строительства согласно ГОСТ 24594-81 «Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней». Панели и блоки классифицируют по: - назначению – для наружных и внутренних (несущих, самонесущих и ненесущих) стен и перегородок; - видам конструкций – однослойные и многослойные; - наличию в панелях проемов – без проемов и с оконным или дверным проемом; - виду разрезки – однорядные, а также двухрядные и многорядные при вертикальном или горизонтальном членении; Страница 25 из 73 - месту расположения – рядовые, простеночные, торцевые, угловые, парапетные и др. Многослойные панели и блоки наружных стен по конструкции связей между слоями подразделяют: с соединениями из сварных каркасов или одиночных стальных стержней; с соединениями из армированных ребер или отдельных шпонок из цементно-песчаного раствора или бетона, а также в виде ребер из кирпичной кладки. Многослойные панели и блоки изготовляют обычно в горизонтальном положении в металлической форме с матрицей, имеющей ячейки для фиксации положения каждого кирпича и камня и обеспечивающей расшивку швов с лицевой стороны изделия или с матрицей со специальным рисунком отделочного слоя. Они изготовляются трех-, двух-, и однослойные длиной на один или два планировочных шага и высотой на 1 и 2 этажа, толщина панелей для внутренних стен и перегородок 80, 140, 180 и 280 мм. Однослойные панели изготавливаются из керамических камней. Двухслойная панель состоит из одного слоя в 1/2 кирпича и слоя утеплителя толщиной до 100 мм. Трехслойная панель состоит из двух кирпичных наружных слоев, каждый толщиной 65 мм, и слоя утеплителя толщиной 100 мм между ними. Для обеспечения прочности панели при транспортировании и монтаже их армируют стальными каркасами из проволоки по периметру панели и проемов. Склады хранения панелей и блоков должны быть оборудованы специальными кассетными устройствами для хранения изделий в вертикальном положении. Панели и блоки должны устанавливаться на деревянные подкладки высотой не менее 100 мм, расположенные по линии подъемных петель. На боковом или верхнем торце панели или блока наносят несмываемой краской маркировочный знак, дату изготовления, штамп ОТК, наименование завода-изготовителя или товарный знак и масса в кг. При погрузке, разгрузке, хранении и транспортировании панелей и блоков должны приниматься меры, исключающие возможность их повреждения. При хранении панели и блоки должны быть защищены от увлажнения. Окна и двери, вмонтированные в панели, при хранении и транспортировании должны быть закреплены в закрытом положении. Транспортирование панелей и блоков производят на панелевозах закрепленными к раме панелевоза; допускается перевозить блоки на автомашинах. Предприятие-изготовитель должно сопровождать каждую партию панелей и блоков паспортом, в котором указывают: Страница 26 из 73 -наименование и адрес предприятия-изготовителя; -номер и дату выдачи паспорта; -номер партии; -наименование (маркировочный знак) панелей или блоков с указанием количества изделий каждой марки; -дату изготовления панелей или блоков; -вид материала конструктивных слоев, пределы прочности кирпича и раствора на сжатие; -вид, плотность и влажность утеплителя; -марку материала конструктивных слоев по морозостойкости; -марки вмонтированных оконных и дверных блоков; -массу одной панели или блока каждой марки в кг; -обозначение настоящего стандарта. 3.3 Керамические изделия для внешней и внутренней облицовки зданий Керамические изделия для внешней облицовки зданий. Керамические облицовочные изделия применяются для наружной и внутренней облицовки конструкции зданий и сооружений не только с целью декоративнохудожественной отделки, но и повышении их долговечности. Керамические изделия для внешней облицовки зданий подразделяют на кирпич и камни лицевые, крупноразмерные плиты, плитки керамические фасадные и ковры из них. Кирпич и камни лицевые являются не только облицовочными изделиями. Они укладываются вместе с кладкой стены и одновременно служат конструктивным несущим элементом вместе с обычным кирпичом. Лицевые кирпичи и камни выпускаются текже размеров и форм, что и обычные, и отличаются от последних более высокой их плотностью и однородностью цвета. Производятся по прочности марок 75, 100, 125 и 150, а по морозостойкости не менее 25. Регулируя состав сырья и режим обжига получают от белого, кремового до светло-красного и коричневого цветов. При отсутствии высококачественного сырья изготавливаются с лицевой поверхностью офактуренной: ангобированием, двухслойным формованием, глазурованием и торкретированием цветной минеральной крошкой. Двухслойные изделия изготовляют формованием из двух масс: основной части - местных красножгущихся глин и лицевого слоя толщиной 3-5 мм из светложгущихся окрашенных или неокрашенных глин. Применяется и рельефное Страница 27 из 73 офактуривание, которое производится путем обработки еще влажных сырцовых изделий специальными металлическими ершами, гребенками, рифлеными валиками. Для зданий, возводимых из кирпича, лицевые кирпичи являются наиболее экономичным видом облицовки зданий. Крупноразмерные облицовочные керамические плиты типа "плинк" универсального назначения выпускаются глазурованные и неглазурованные с гладкой, шероховатой или рифленой, одно- или многоцветной поверхностью. Плиты имеют водопоглощение менее 1% и морозостойкость 50 циклов и более. Изготовляются квадратной или прямоугольной формы длиной 490, 990, 1190 мм, шириной 490 и 990 мм и толщиной 9-10 мм. Применяются для лицовки фасадов и цоколей зданий, подземных переходов. Плитки керамические фасадные и ковры из них выпускаются методом пластического и полусухого прессования. Применяются для облицовки наружных стен кирпичных зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, цоколей,подземных переходов и оформления других элементов зданий. Плитки выпускаются глазурованные и неглазурованные, рядовые и специального назначения с гладкой и рельефной поверхностью 26-ти типов с размерами от 292x192x9 мм до 21x21х4 мм. Стандартом допускается выпуск плиток и других типоразмеров. Водопоглощение рядовых плиток 7-10%, а специальных более 5%. Морозостойкость должна быть для рядовых плиток не менее 35 циклов, а специальных не менее 50 циклов. Плитки могут поставляться в коврах. Заводы выпускают ковры с наклейкой плиткой их лицевой стороной на крафт-бумагу. Керамические плитки для внутренней облицовки. Плитки керамические для внутренней облицовки подразделяются на две группы - для облицовки стен и для покрытия полов. Эти изделия не подвергаются в условиях эксплуатации действию отрицательных температур, поэтому требования морозостойкости к ним не предъявляются. Плитки для облицовки стен применяются двух видов - майоликовые и фаянсовые. Фаянсовые плитки изготовляются из сырьевой смеси каолина, полевого шпата и кварцевого песка, а майоликовые из красножгущихся глин с последующим покрытием глазурью. Плитки классифицируют: по характеру поверхности - на плоские рельефно-орнаментированные, фактурные; по виду глазурного покрытия - прозрачные и глухие, блестящие и матовые одноцветные и декорированные многоцветными рисунками. По форме, назначению и характеру кромок плитки производятся (рис. 3.2) следующих видов: квадратные, прямоугольные, фасонные угловые, фасонные карнизные прямые, для отделки внешних и внутренних углов; фасонные плинтусные прямые, для отделки внешних и внутренних углов. Страница 28 из 73 Размеры плиток для внутренней отделки (150÷200)х(50÷200)х(5÷8) мм. Водопоглощение плиток для внутренней отделки до 16%, предел прочности при изгибе – 12 МПа. Плитки должны выдерживать перепады температур от 125±5°С до 15÷20°С без появления дефектов. Рис. 3.2. Типы керамических плиток для внутренней отделки: 1-5 – квадратные; 6-10 – прямоугольные; 11, 12 – фасонные угловые; 13-16 – фасонные карнизные; 17-20 – фасонные плинтусные Плитки керамические для полов (метлахские – от названия города Mettlach в Германии, где еще в средние века было налажено их производство) производятся из тугоплавких и огнеупорных глин с добавками и без них. Их применяют для настилки полов в зданиях, к чистоте которых предъявляются высокие требования, где возможны воздействия жиров и других химических реагентов, интенсивное движение, а также в случаях, когда материал для полов служит и декоративным элементом в архитектурном оформлении помещения. При производстве плитки обжигаются до спекания, вследствие чего имеют водопоглощение не более 4% и высокую износостойкость. Плитки могут быть (рис. 3.3) квадратными, прямоугольными, четырех-, пяти-, шести- и Страница 29 из 73 восьмигранными. Размеры плиток 16-ти типов (200÷4)х(173÷49)х(10÷13) мм. По виду лицевой поверхности плитки выпускаются гладкими, с рельефом и тиснением: одноцветные и многоцветные, матовые и глазурованные, с рисунками и без них. Выпускаются и крупноразмерные универсальные керамические плитки размерами (1200-1500)х500 мм, которые применяются для облицовки и стен и полов. Для устройства полов применяют и мозаичные плитки квадратной или прямоугольной формы размером 23 и 48 мм при толщине 6-8 мм, собранные в "ковры" на крафт-бумаге размером 398x598 мм. Рис. 3.3. Типы керамических плиток для полов: 1 – квадратная; 2 – прямоугольная; 3 – треугольная; 4 – шестигранная; 5 – четырехгранная; 6 – пятигранная; 7 – восьмигранная; 8, 9 – фигурные Мировым лидером в производстве керамической плитки является Италия, которая производит их около 30% мирового производства. Страница 30 из 73 Лекция № 4 по дисциплине «Технология строительной керамики и искусственных пористых заполнителей» ТЕМА: «ТЕХНОЛОГИЯ КРОВЕЛЬНОЙ, САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И СПЕЦИАЛЬНОЙ КЕРАМИКИ» Вопросы: 4.1 Керамические изделия для кровли и перекрытий 4.2 Санитарно-технические керамические изделия и трубы 4.3 Специальные керамические изделия 4.4 Использование отходов в керамическом производстве 4.1 Керамические изделия для кровли и перекрытий Наибольшее применение керамические изделия для кровли и черепицы нашли в западноевропейских странах, в некоторых из них кровля до 100% жилых зданий решается за счет применения черепицы. Черепица, имея долговечность до 300 лет, по этому показателю значительно превышает любые другие кровельные материалы, а по текстурным качествам и по стоимости не уступает им. К недостаткам черепицы относятся необходимость большого уклона (не менее 30%) кровли и значительный вес кровли, что требует особой прочности конструкции стропил, и высокая трудоемкость кровельных работ. Однако высокая долговечность, огнестойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям и распространенность сырья делают керамическую черепицу одним из самых эффективных кровельных материалов. Известна черепица разных типов (рис. 4.1). По назначению черепицу подразделяют на: рядовую, коньковую, разжелобочную, концевую для замыкания рядов и черепицу специального назначения. Черепица производится из легкоплавких глин. Черепица при монтаже укладывается друг на друга и в связи с этим полезная площадь составляет соответственно у плоской -50%, у штампованной и ленточной пазовой - 75-85%. При испытании черепица должна выдерживать не менее 70 кг при расстоянии между опорами у плоской - 180 мм, у ленточной пазовой и штампованной - 300 мм. Вес штампованной и ленточной пазовой, уложенной в кровлю и насыщенной водой, должен быть не более 50 кг/м2, а плоской - не более 65 кг/м2. Морозостойкость черепицы должна быть не менее 25 циклов. Камни и плиты для перекрытий. Перекрытия из пустотелых камней и плит огнестойки, долговечны, обладают хорошими теплои Страница 31 из 73 звукоизоляционными свойствами. Для их устройства требуется небольшой расход цемента и стали и не требуется дополнительная засыпка. Рис. 4.1. Разновидности керамической черепицы: а) пазовая штампованная; б) пазовая ленточная; в ) плоская ленточная; г) коньковая; д) голландская; е) желобчатая; ж) татарская Камни керамические для перекрытий (рис. 4.2) по назначению подразделяются для: сборных элементов настилов, часторебристых сборных или монолитных перекрытий, накатов (заполнение между балками). Пустотность керамических камней для перекрытий – 50-75 %. Рис. 4.2. керамические камни для перекрытий: а) – несущие; б) – ненесущие Страница 32 из 73 4.2 Санитарно-технические керамические изделия и трубы Изделия санитарные керамические – умывальники, унитазы, сливные бачки, биде, писсуары, раковины и другие аналогичные изделия производятся из фарфоровых, полуфарфоровых, фаянсовых и шамотированных масс, которые получают из одинаковых материалов (табл. 4.1). Таблица 4.1 – Типовые составы масс для производства санитарнотехнических изделий (% по массе) Материалы Фарфор Полуфарфор Фаянс 28-30 28-32 32-34 20-22 20-24 20-22 10-12 22-24 2-4 20-22 6-10 25-28 8-12 26-30 26-30 Жидкое стекло 0,15-0,30 0,15-0,30 0,15-0,30 Сода 0,07-0,15 0,07-0,15 0,07-0,15 Каолин Пластическая жгущаяся глина Полевой шпат Песок кварцевый Бой обожженный бело- Изделия покрываются блестящей однотонной или цветной глазурью и обладают разными свойствами (табл. 4.2). Таблица 4.2 – Физико-механические свойства санитарно-технической керамики Свойства Фарфор Полуфарфор Фаянс Водопоглощение, % 0,2-0,5 3-5 10-12 3 Плотность, кг/м 2250-2300 2000-2200 1900-1960 Предел прочности при 400-500 150-200 100 сжатии, МПа Предел прочности при 70-80 38-43 15-30 изгибе, МПа Трубы керамические канализационные применяют для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые, дождевые, агрессивные и не агрессивные воды. Трубы изготовляются из пластичных тугоплавких и огнеупорных глин, цилиндрической формы длиной 1000-1500 мм с внутренним диаметром 150-600 мм. На одном конце имеется раструб для соединения отдельных звеньев трубопровода. Водопоглощение Страница 33 из 73 труб должно быть не более 8%, а кислотостойкость не ниже 93%. Трубы должны быть водонепроницаемыми и выдерживать внутреннее давление не менее 0,15 МПа. Трубы керамические дренажные изготовляются из глины с добавками и без них и применяются в мелиоративном строительстве для устройства закрытого дренажа с защитой стыков фильтрующими материалами. Трубы производятся с цилиндрической, шести- и восьмигранной поверхностью с внутренним диаметром 50-250 мм и длиной 333 мм. Морозостойкость их не менее 15 циклов, а разрушающая внешняя нагрузка от 3,5 до 5,0 кН в зависимости от диаметра. Внешняя поверхность труб покрывается глазурью. Вода в трубы поступает через .круглые или щелевидные отверстия в стыках, а также через стыки труб. 4.3 Специальные керамические изделия К специальным керамическим изделиям относятся кирпич для дымовых труб, клинкерный кирпич и кислотоупорные изделия. Кирпич для дымовых труб применяется для кладки дымовых труб и обмуровки промышленных труб в случае, если температура нагрева их дымовыми газами не превышает 700°С. Кирпич изготовляется марок от 125 до 300. Размеры кирпича: длина 120 и 250 мм, ширина 120 или 250 мм, толщина 65 или 88 мм. Кирпич бывает прямоугольный или клинообразный. Меньшую длину клинообразного кирпича принимают 70, 100, 200 и 225 мм. Водопоглощение кирпича должно быть не менее 6%, а морозостойкость 25, 35 и 50. Клинкерный кирпич получают обжигом глин до полного спекания, но без остекловывания поверхности, поэтому он отличается от обычного высокими прочностью и морозостойкостью. раз. мер кирпича 220x110x65 мм. В соответствии с пределом прочности при сжатии его разделяют на 3 марки 1000, 700 и 400, морозостойкость которых соответственно - 100-50 циклов, а водопоглощение - соответственно не более 2-6%. Клинкерный кирпич называют и дорожным и применяется он для покрытия дорог и мостовых, обмуровки канализационных коллекторов и облицовки набережных. Применяется он и в химической промышленности как кислотостойкий материал. Кислотоупорный кирпич применяется для защиты аппаратов и строительных конструкций, работающих в условиях кислых агрессивных сред, и при футеровке дымовых труб, которые служат для отвода дымовых газов, содержащих агрессивные среды. Кирпич изготовляется высшей и первой категории качества трех классов А, Б и В и четырех форм: прямой, клиновой Страница 34 из 73 (торцовый и ребровый), радиальный (поперечный и продольный) и фасонный (слезник). Размеры кирпича 230x113x65 н 230x113x55 мм. Свойства кирпича имеют следующие значения: кислотостойкость - (98,5-96)%; прочность при сжатии (60-35) МПа; термическая стойкость (5-25) теплосмен. Кислотоупорные плитки применяются для футеровки оборудования и защиты строительных конструкций и сооружений, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред. Плитки производятся высшего и первого сортов 6-ти марок: кислотоупорные фарфоровые - КФ, термокислотоупорные дунитовые -ТКД, термокислотоупорные для гидролизной промышленности -ТКГ, кислотоупорные для строительных конструкций - КС, кислотоупорные шамотные - КШ и термокислотоупорные шамотные - ТКШ. По форме плитки бывают: квадратные плоские, квадратные радиальные, прямоугольные, клиновые и спаренные. С одной стороны плитки имеют ребристую поверхность, обеспечивающую лучшее сцепление с футерируемой конструкцией. Размеры плиток меняются в пределах: длина и ширина 50-20 мм, толщина 15-50 мм. Значения свойств плиток в зависимости от сорта и марок колеблются в пределах: водопоглощение – (0,4-8)%; кислотостойкость - (97-99)%; предел прочности при сжатии – (10-150) МПа, а при изгибе – (10-40) МПа; термическая стойкость 2-10 теплосмен; морозостойкость – 15-20 циклов. 4.4 Использование отходов в керамическом производстве При производстве обжиговых изделий имеются отходы в виде керамического боя, очажных остатков в печах. Керамический бой после дробления и помола (шамот) можно использовать, как отощающие добавки в керамическом производстве и как заполнители для растворов и бетонов. Очажные остатки печей, состоящие из топливной золы и керамического боя, могут служить гидравлической добавкой при получении известковых местных гидравлических вяжущих. С другой стороны, керамическое производство имеет возможности утилизации экологически вредных отходов многих отраслей промышленности, которые в качестве добавок могут улучшать технологические свойства глин, а при обжиге последних терять вредность к окружающей среде. Страница 35 из 73 Лекция № 5 по дисциплине «Технология строительной керамики и искусственных пористых заполнителей» ТЕМА: «ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСКУССТВЕННЫХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ» Вопросы: 5.1 Классификация и свойства искусственных пористых заполнителей 5.2 Природное сырье для производства искусственных пористых заполнителей 5.1 Классификация и свойства искусственных пористых заполнителей Искусственными пористыми неорганическими заполнителями, используемыми для приготовления бетонов различного назначения (теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных, конструкционных, в том числе высокопрочных), называют пористые сыпучие материалы гравиеили щебнеподобной формы, получаемые, как правило, при термической обработке природного силикатного сырья или соответствующих отходов промышленности, предварительно подготовленных в виде гранул (зерен) или шихт с последующим дроблением и рассевом готовой продукции. Насыпная плотность этих заполнителей не должна превышать, кг/м3: при крупности зерен (гранул) от 5 до 40 мм (гравий, щебень) — 1000; менее 5 мм (песок) — 1200. Классификация по методу термической обработки. В соответствии с ГОСТ 25137-82 к искусственным пористым заполнителям, специально изготовленным путем термической обработки подготовленных сырцовых зерен (гранул) из природного сырья или отходов промышленности с последующим рассевом или дроблением и рассевом, относят заполнители, приведенные в табл. 5.1. Классификация по форме и характеру поверхности. По форме и состоянию поверхности зерен (гранул) искусственные пористые заполнители подразделяют на следующие четыре вида: - гравиеподобной формы — гранулы имеют округлую форму с оплавленной поверхностью; - щебнеподобной формы—зерна имеют неправильную угловатую форму с пористой, иногда ноздреватой, поверхностью; - песок гравнеподобной формы — зерна имеют округлую форму с относительно гладкой поверхностью; - песок щебнеподобной формы — зерна имеют неправильную угловатую форму с пористой поверхностью. Страница 36 из 73 Таблица 5.1 – Классификация искусственных пористых заполнителей по методу термической обработки № п.п. 1 1. Заполнитель 2 Керамзитовый гравий 2. Керамзитовый песок гравиеподобной формы 3. Керамзитовый щебень Керамзитовый песок щебнеподобной (угловатой) формы 4. 5. Шунгизитовый гравий 6. Шунгизитовый песок гравиеподобной формы 7. Глинозольный керамзитовый гравий 8. Глинозольный керамзитовый песок гравиеподобной формы 9. Вспученный гравий 10. Вспученный трепельный песок гравиеподобной формы Вспученный перлитовый щебень 11. трепельный Метод получения заполнителя 3 4 Глинистые и Обжиг со вспучиванием песчано-глинистые гранул, отформованных из породы — глины, породы суглинки Глинистые и Обжиг со вспучиванием песчано-глинистые подготовленных зерен породы, топливосодержащие отходы обогащения и сжигания углей Глинистые сланцы, Обжиг со вспучиванием аргиллит, алевролит зерен дробленых пород Глины, суглинки, Отсев фракции менее 5 глинистые сланцы, мм при получении аргиллит, алевролит керамзитовых гравия и щебня. Дробление несортных фракций, а также сваров керамзитовых гравия или щебня и отсев фракции менее 5 мм Шунгитсодержащне Обжиг со вспучиванием сланцы подготовленных зерен породы То же Отсев фракции менее 5 мм при получении шунгизитового гравия Глинистые и Обжиг со вспучиванием песчано-глинистые отформованных гранул из породы — глины, глинозольной массы суглинки с добавкой золы-уноса или золошлаковой смеси отвалов ТЭС Глины, суглинки с Отсев фракции менее 5 добавкой золы-уноса мм при получении или золошлаковой глинозольного керамзита смеси отвалов ТЭС Трепельные породы Обжиг со вспучиванием подготовленных гранул породы То же Отсев фракции менее 5 мм при получении трепельного гравия Вулканические Обжиг со вспучиванием водосодержащие подготовленных из пород Исходное сырье Страница 37 из 73 № п.п. 1 12. Заполнитель 2 3 породы — обсидиан Вспученный перлитовый То же песок щебнеподобной формы 13. Вспученный вермикулитовый щебень 14. Вспученный вермикулитовый песок щебнеподобной формы 15. Зольный гравий 16. 17. 18. Метод получения заполнителя 4 перлит, гранул Исходное сырье обжиговый Термолитовый щебень Термолитовый песок щебнеподобной формы Термолитовый гравий Природные гидратированные слюды То же Золы отвалов ТЭС Кремнистые опаловые породы То же То же 19. Термолитовый песок гравиеподобной формы 20. Зольный гравий 21. Аглопоритовый щебень из Песчано-глинистые природных глинистых породы пород Аглопоритовый песок То же щебнеподобной формы 22. безобжиговый То же Зола-унос смеси с веществом известь) ТЭС в вяжущих (цемент, 23. Аглопоритовый щебень из Отходы обогащения отходов углеобогащения угля 24. Аглопоритовый песок из отходов углеобогащения 25. Аглопоритовый гравий То же Текущие выходы Обжиг со вспучиванием подготовленных зерен породы, а также отсев фракции менее 5 мм при получении вспученного перлитового щебня Обжиг со вспучиванием подготовленных зерен породы Обжиг со вспучиванием подготовленных зерен породы с отсевом мелкой и средней фракций Обжиг со вспучиванием подготовленных гранул из золы ТЭС Обжиг без вспучивания подготовленной фракционированной породы Отсев фракции менее 5 мм при получении термолитового щебня Обжиг без вспучивания гранул, подготовленных из породы Отсев фракция менее 5 мм при получении термолитового гравия Твердение подготовленных гранул на воздухе или их гидротермальная обработка (пропаривание) Спекание при обжиге зерен, подготовленных из глинистых пород Отсев фракции менее 5 мм после дробления аглопоритовых брусьев Спекание при обжиге подготовленных зерен из отходов углеобогащения Отсев фракции менее 5 мм при дроблении аглопоритовых брусьев Спекание при обжиге Страница 38 из 73 № п.п. 1 Заполнитель 2 (щебень) из золы ТЭС 26. Аглопоритовый песок гравиеподобной или щебнеподобной формы из золы ТЭС 27. Щебень пемзы 28. Песок щебнеподобной формы из шлаковой пемзы 29. Гранулированный шлак мелкозернистый Азеритовый гравий 30. из шлаковой 31. Азеритовый песок гравиеподобной формы 32. Гранулированное ностекло 33. Стеклопор Метод получения заполнителя 3 4 золы-уноса ТЭС подготовленных гранул из тол ТЭС То же Отсев фракции менее 5 мм при получении аглопоритового гравия или после дробления аглопоритовых спеков (брусьев) Шлаковые расплавы Поризация шлакового металлургических к расплава химических производств То же Отсев фракции менее 5 мм при дроблении глыб шлаковой пемзы То же Быстрое охлаждение шлаковых расплавов Глинистые породы и Перевод породы в соответствующие расплав, измельчение отходы охлажденного расплава, промышленности его грануляция и обжиг со вспучиванием сырцовых гранул То же Отсев фракции менее 5 мм при получении азеритового гравия Отходы тарного и Спекание со строительного стекла, вспениванием окатанных вулканический пепел гранул Силикат-глыба, Вспучивание при 0 минеральный температуре 350-400 С наполнитель, отходы цинкового производства Исходное сырье пе- Классификация по размеру зерен (гранул). По размеру зерен (гранул) искусственные пористые заполнители подразделяют на два класса: крупный пористый от 5 до 40 мм; пористый песок менее 5 мм. Крупные заполнители подразделяют на три фракции, мм: от 5 до 10, от 10 до 20 и от 20 до 40. Классификация по насыпной плотности. По показателям насыпной плотности в сухом состоянии крупные искусственные пористые заполнители подразделяют на двенадцать марок – от 250 до 1200, а пористые пески—на пятнадцать марок — от 100 до 1400. Насыпная плотность для каждой данной марки приведена в табл. 5.2. Страница 39 из 73 Таблица 5.2 – Насыпная плотность искусственных пористых заполнителей по маркам (по ГОСТ 9757—83) Марка по Марка по Насыпная Насыпная насыпной насыпной 3 плотность, кг/м плотность, кг/м3 плотности плотности 100 до 100 600 св. 500 до 600 150 св. 100 до 150 700 » 600 до 700 200 » 150 до 200 800 » 700 до 800 250 » 200 до 250 900 » 800 до 900 300 » 250 до 300 1000 » 900 до 1000 400 » 300 до 400 1100 » 1000 до 1100 500 » 400 до 500 1200 » 1100 до 1200 1400 » 1200 до 1400 П р и м е ч а н и е . Допускается вводить промежуточные марки по насыпной плотности с градацией 50. Такие марки введены в ГОСТ 9759-83, 9760-75, 22263-76. По ГОСТ 10832-83 для вспученного перлитового песка принят нижний предел насыпной плотности 75 кг/м3. Классификация по направлению использования. Искусственные пористые заполнители в зависимости от насыпной плотности подразделяют на три группы: для приготовления теплоизоляционных, конструкционнотеплоизоляционных и конструкционных, в том числе, высокопрочных легких бетонов. Для приготовления указанных легких бетонов могут быть применены искусственные крупные пористые заполнители с насыпной плотностью 250-400 кг/м3 для теплоизоляционных бетонов, 250-800 кг/м3 —для конструкционнотеплоизоляционных и 500-1000 кг/м3 —для конструкционных. Общие технические свойства искусственных пористых заполнителей. Важнейшими техническими свойствами, характеризующими искусственные пористые заполнители, являются: насыпная плотность, прочность, стойкость, зерновой состав (крупность), объем межзерновых пустот крупного заполнителя (гравия, щебня), пористость, характер поверхности зерен и их форма, водопоглощение, теплопроводность. Из перечисленных важнейших свойств искусственных пористых заполнителей наибольшее значение имеют: насыпная плотность как предопределяющая среднюю плотность легкого бетона, прочность и стойкость. Зерновой состав, характер поверхности зерен и объем межзерновых пустот крупного заполнителя (гравия, щебня) оказывают влияние на свойства легкобетонных смесей (подвижность, удобоукладываемость), расход цемента, среднюю плотность и прочность легкого бетона. При расчете состава легкого бетона с использованием показателя насыпной плотности искусственного пористого заполнителя необходимо учитывать крупность зерен (гранул) последнего, а также объем межзерновых пустот. Страница 40 из 73 С увеличением размеров зерен (гранул) насыпная плотность соответственно уменьшается. Разница в насыпной плотности двух смежных фракций искусственного пористого заполнителя тем больше, чем больше средняя крупность пор и общая (истинная) пористость и чем мельче эти фракции. Насыпная плотность искусственного пористого заполнителя связана с его межзерновой пустотностью. Межзерновая пустотность крупных искусственных пористых заполнителей влияет на расход цемента при приготовлении легкобетонных смесей: при сравнимых условиях для получения легкого бетона заданной прочности чем больше межзерновая пустотность, тем больше расход цемента (вяжущего). Чем прочнее искусственный пористый заполнитель, тем при прочих равных условиях можно достичь большей прочности легкого бетона. При сравнимых условиях чем больше прочность искусственного пористого заполнителя, тем меньше расход цемента и средняя плотность легкого бетона. Искусственные пористые заполнители, характеризующиеся недостаточной стойкостью, могут разрушаться, в том числе, и в бетоне в период его эксплуатации. Искусственные пористые заполнители должны быть стойкими к попеременному насыщению водой и последующему высушиванию; от насыщения водой не должны снижать своей прочности более определенного предела; при прокаливании могут терять свою массу не более определенного количества; должны быть морозостойкими, а также стойкими при испытании на силикатный и железистый распады и в растворе сернокислого натрия. Требования, предъявляемые к искусственным пористым заполнителям. К искусственным пористым заполнителям предъявляются следующие основные требования. Гравий керамзитовый. Насыпная плотность — 250-600 кг/м3, прочность (при сдавливании в цилиндре) для высшей и первой категории керамзитового гравия должна составлять соответственно 0,8-2,1 МПа (8-21 кгс/см2) и 0,6-2,5 МПа (6-25 кгс/см2); зерновой состав каждой фракции гравия должен находиться в следующих пределах: полный остаток на сите, % по объему — DНАИМ. — от 90 до 100; DНАИБ — до 10; 2 DНАИБ. — не допускается; коэффициент формы (отношение наибольшего размера к наименьшему)— не более 1,5 (среднее значение); зерен с коэффициентом формы более 2,5 — не более 15%; содержание расколотых зерен — не более 15% по массе для гравия первой категории качества и 10%—для гравия высшей категории качества; потеря массы после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не должна превышать 8%, при кипячении — более 5%; водопоглощение, % по массе, в течение 1 ч не должно превышать от 20 до 30 (в зависимости от марки гравия по насыпной плотности — соответственно от 600 до 400 включительно); содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений не должно превышать 1%; влажность поставляемого керамзитового гравия — не более 5% по массе. Страница 41 из 73 Песок керамзитовый гравиеподобной формы. Насыпная плотность— 500900 кг/м3; зерновой состав — содержание зерен 5-10 мм — не более 10% по объему: гранулометрия — в зависимости от области его использования. Песок, полученный в печи кипящего слоя и применяемый для конструкционнотеплоизоляционного бетона, может содержать частицы размером 0,16 мм не более 5% по объему. Содержание в песке слабообожженных частиц—не более 3% по массе; содержание в песке, применяемом для армированных бетонов, водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на S03 — не более 1% по массе; влажность поставляемого песка—не более 2% по массе. Щебень керамзитовый. Насыпная плотность — 350-800 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре) — 1,8-3 МПа (18-30 кгс/см2); зерновой состав тот же, что у гравия керамзитового; содержание зерен пластинчато-угловатой формы (зерна, толщина и ширина которых меньше длины не менее, чем в три раза) — не более 15% по массе; потеря массы: после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания — не более 8%, при кипячении — 5%; водопоглощение в течение 1 ч в зависимости от марки щебня по насыпной плотности — не более 15-25%; содержание сульфатных соединений в пересчете на S03—не более 3%, а сульфидных также в пересчете на S03 — не более 1%; влажность поставляемого щебня — не более 2% по массе. Песок керамзитовый щебнеподобной формы должен отвечать требованиям, изложенным для керамзитового песка гравиеподобной формы. Исходный материал (керамзитовый гравий несортный, а также спёки), подвергаемый дроблению на керамзитовый песок, должен удовлетворять следующим требованиям: морозостойкость керамзита — не менее 15 циклов; потеря массы керамзита при кипячении — не более 5%. Гравий шунгизитовый. Насыпная плотность 200-550 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре) — в зависимости от категории качества 0,5-1,2 МПа (5-12 кгс/см2); зерновой состав каждой фракции должен находиться в следующих пределах: полный остаток на сите, % по объему DНАИМ. — от 90 до 100; DНАИБ — не более 10, 2 DНАИБ — не допускается; содержание расколотых зерен — не более 15% по массе; потери массы: после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не более 3%; при кипячении—не более 4%; водопоглощение в течение 1 ч в зависимости от марки гравия шунгизитового по насыпной плотности не более 15-20%; теплопроводность — не более 0,116 Вт/(м·°С); влажность поставляемого шунгизитового гравия — не более 2% по массе. Песок шунгизитовый гравиеподобной формы. Насыпная плотность— 500900 кг/м3; зерновой состав — зерна размером от 5 до 10 мм — не более 10% по объему. Глинозольный керамзитовый гравий. Насыпная плотность — 350-800 3 кг/м ; прочность (при сдавливании в цилиндре) 1,2-6,3 МПа (12-63 кгс/см2); водопоглощение — от 6 до 25%; потеря массы при кипячении — до 5%; морозостойкость — выдерживает 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания; коэффициент формы — 1,2-1,8; содержание расколотых зерен — Страница 42 из 73 от 5 до 15%; зерновой состав, %: содержание фракции 5-10 мм — 5-40; 20-40 мм — 2-20. Глинозольный керамзитовый песок гравиеподобной формы. Содержание песка в смеси гравия и песка—от 5 до 20%. Вспученный перлитовый щебень. Насыпная плотность — 300-600 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре) — 0,5-2,1 МПа (5-21 кгс/см2); зерновой состав каждой фракции перлитового щебня должен находиться в следующих пределах: полный остаток на сите, % по объему: DНАИМ. — не более 85; DНАИБ — не более 10; 2DНАИБ. — не допускается; коэффициент формы зерен — 1,3-2,5; содержание расколотых зерен — до 20%; содержание зерен пластинчато-угловатой формы при шестоватой структуре перлитового сырья — до 50-60%; потеря массы: после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания — не более 10%, после прокаливания — до 0,5-0,9%, при силикатном распаде — до 2,8%, при железистом распаде — до 1,6%. водопоглощение через 1 ч в зависимости от испытуемой фракции — не более 25-75% по массе; коэффициент размягчения — 0,7-0,8; объем межзерновых пустот — до 48%; влажность отгружаемого вспученного перлитового щебня — не более 1,5% по массе. Вспученный перлитовый песок щебнеподобной формы. Насыпная плотность — 75-500 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре)— 0,02-1,5 МПа (0,2-15 кгс/см2); зерновой состав: содержание зерен размером менее 0,16 мм — не более 10% по объему; теплопроводность в зависимости от марки вспученного перлитового песка по насыпной плотности — от 0,046 — до 0,092 Вт/(м·К). Вспученный вермикулитовый щебень. Насыпная плотность — 100-200 3 кг/м . Зерновой состав: содержание зерен размером менее 0,16 мм — не более 10% по объему; теплопроводность — 0,064-0,075 Вт/(м·К); влажность поставляемого вспученного вермикулитового щебня — не более 3% по массе. Вспученный вермикулитовый песок. Насыпная плотность, зерновой состав и теплопроводность в зависимости от марки по насыпной плотности такие, как и для вспученного вермикулитового щебня; влажность поставляемого вспученного вермикулитового песка — не более 3% по массе. Зольный обжиговый гравий. Насыпная плотность 300-1000 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре) — 0,5-10 МПа (5-100 кгс/см2). Содержание расколотых зерен — не более 5%; потеря массы: после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не более 10%, при прокаливанин—не более 5%; водопоглощение — 3-13%. Щебень из шлаковой пемзы. Насыпная плотность — 300-1000 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре) — 0,2-2,7 МПа (2-27 кгс/см2); зерновой состав каждой фракции щебня: полный остаток на сите DНАИМ.— не менее 95%, DНАИБ. — не более 5% по объему; коэффициент формы зерен — не более 2; потеря массы, не более: после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания — 8%, при испытании на силикатный распад — 5%; объем межзерновых пустот — не более 50%. Страница 43 из 73 Песок щебнеподобной формы из шлаковой пемзы. Насыпная плотность — 600-1200 кг/м3; зерновой состав крупного песка: полный остаток на сите 5 мм — 0,5% по объему, на сите 2,5 мм — 20-70%, на сите 1,25 мм — 100% по объему; зерновой состав мелкого песка: полный остаток на сите 1,25 мм — 015% по объему, 0,63 мм — 15-30%, 0,315 мм —35-70% и 0,14 мм — 50-90% по объему. Гидроудаленная зола ТЭС как мелкий заполнитель. Насыпная плотность— не более 1300 кг/м3; зерновой состав: содержание зерен крупнее 5 мм — не более 5% по массе; удельная поверхность 1500-4000 см2/г; потеря массы при прокаливании — от 5 до 25% в зависимости от вида сжигаемого топлива; содержание сернистых соединений в пересчете на SO3 — не более 37о по массе; влажность золы—не более 20% по массе. Азеритовый гравий. По данным НИИЖБ Госстроя СССР: насыпная плотность фракций 5-10 и 10-20 мм — 490-542 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре) — 4,2-10 МПа (42-100 кгс/см2); межзерновая пустотность — 39,8-40,5%; водопоглощение — за 1 ч — 16,3, за 43 ч — 15,619,8%; коэффициент размягчения — 0,7-0,88. Азеритовый песок гравиеподобной формы. По данным НИИЖБ Госстроя СССР: насыпная плотность 590-770 кг/м3; зерновой состав— полный остаток на ситах размером (мм), % по объему: 2,5-61,4; 1,25-89,4; 0,63-92,8; 0,315-94,5; 0,14-96,2; менее 0,16-3,8. Азеритовый песок щебнеподобной формы. Насыпная плотность — 722-770 3 кг/м ; зерновой состав — полный остаток на ситах размером, мм, % по объему: 2,5 — 10,1-42,8; 1,25 — 24,7-57,1; 0,63 — 36,3-69,4; 0,315 — 46,3-77,7; 0,16 — 57,2-84,77; меньше 0,16 — 42,8-15,2. Гранулированное пеностекло. По данным МИСИ им. В. В. Куйбышева: насыпная плотность — 160-200 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре) – 0,5-1 МПа (5—10 кгс/см2); зерновой состав: минимальный размер гранул — 5-7 мм, максимальный размер— 30 мм; водопоглощение по массе за 24 ч — 514%; теплопроводность — 0,067-0,072 Вт/(м-К); потеря массы при кипячении отсутствует; температура применения — 600 0С. Стеклопорит. По данным МИСИ им. В. В. Куйбышева: насыпная плотность — 25-100 кг/м3; прочность (при сдавливании в цилиндре)— 0,03-0,6 МПа (0,3-6 кгс/см2); зерновой состав: минимальный размер гранул — 1 мм, максимальный размер гранул — 30 мм; водопоглощение по массе за 24 ч — 811%; теплопроводность — 0,035-0,052 Вт/(м-К); температура применения — 500°С. 5.2 Природное сырье для производства искусственных пористых заполнителей Сырьем для производства искусственных пористых заполнителей в основном служит глинистые породы. Глинистыми называют породы, содержащие специфические так называемые «глинистые» минералы — слоистые гидроалюмосиликаты с преобладающим размером частиц менее 0,001 мм (табл. 5.3). Страница 44 из 73 Таблица 5.3 – Номенклатура глинистых пород № п.п. Сырье Определение 1. Глина Порода, содержащая свыше 30 % частиц менее 0,001 мм и образующая при затворении или растирании с водой пластичную массу 2. 3. 4. 5. 6. Вспучивание при быстром нагреве до температуры 1100-1250 0С Вспучивает ся Назначение Для керамзитовых гравия и песка Не Связующая вспучивается добавка или или слабо основное сырье для вспучивается аглопоритовых щебня, гравия и песка Сугли Малопластичная порода, Не Для аглопоритовых нок и содержащая частицы менее 0,001 вспучивается щебня, гравия и супесь мм в количестве от 10 до 30% или слабо песка вспучивается Аргил Камнеподобная, не Вспучивает Для керамзитовых лит размокающая в воде глинистая ся щебня и песка порода, образовавшаяся при Не Для аглопоритовых диагенезе: или начальной стадии вспучивается щебня и песка динамотермального или слабо метаморфизма глины, суглинка вспучивается или супеси Глини Камнеподобная, не Вспучивает Для керамзитовых стый размокающая в воде глинистая ся щебня и песка сланец порода с четко выраженной Не Для аглопоритовых сланцеватостью, являющаяся вспучивается щебня, гравия и продуктом динамотермального или слабо песка метаморфизма глины, суглинка вспучивается или супеси Шунги Камнеподобная, не Вспучивает Для керамзитовых тсодерж размокающая в воде порода с ся (шунгизитовых) ащая нечетко выраженной гравия и песка порода сланцеватостью, возникающая при натровом метасоматозе глин, суглинков, супесей и вулканогенно-осадочных пород. Характеризуется присутствием слоистых гидроалюмосиликатов магния и железа, хлоритов и гидрохлоридов, а также графитезированного углистого вещеетва Трепе Камнеподобная или рыхлая Вспучивает Для пористых ловидна порода, включающая глобулы ся гравия и песка я глина аморфной кремнекислоты (опала) Не Для термолитовых и трепел и тонкодисперсные глинистые вспучивается гравия и песка минералы или слабо вспучивается Страница 45 из 73 По минеральному составу тонкодисперсных фракций (частиц размером менее 0,01 мм): мономинеральное — с преобладанием (свыше 50%) одного из глинистых минералов: полиминеральное — в тонкодисперсных фракциях ни один из присутствующих глинистых минералов не преобладает. Упрощенная минералогическая классификация промышленного глинистого сырья приведена в табл. 5.4. Таблица 5.4 – Упрощенная минералогическая классификация промышленного глинистого сырья Тип структуры Стабильность Особенности Пластично Группа (слоистой криструктуры при химического сть сталлической решетки) действии воды состава Каолинит Двухслойный Не разбухает Низкая А12О3 : SiO2 овое (тетраэдрический и от 0,8 до 0,9 октаэдрический слои) Гидрослю Трехслойный (два Не разбухает Высокая дистое тетраэдрических слоя и один октаэдрический) Монтмор Трехслойный (два Сильно Высокая иллонитов тетраэдрических слоя и разбухает ое один октаэдрический) Моно Смешаннослойный Не разбухает Высокая термитовое (сростки каолинитовой и или разбухает гидрослюдистой слабо решеток) R2О3: SiO2 от 0,5 до 0,7 R2О > 4 % R2О3 : SiO2 от 0,3 до 0,4 RO > 3 % A12O3 : SiO2 от 0,7 до 0,8 R2O > 2 % Бейделли Смешанно слойный Разбухает товое (сростки каолинитовой и монтмориллонитовой решеток) Al2O3 : SIO2 от 0,5 до 0,6 RO > 2 % Высокая По температуре спекания (ГОСТ 9169-75): низкотемпературное — с температурой спекания ниже 1100 °С; среднетемпературное — с температурой спекания от 1100 до 1300 °С; высокотемпературное — с температурой спекания свыше l300 0C. По спекаемости (ГОСТ 9169-75): сильноспекающееся — способное при обжиге давать черепок с водопоглощением не более 2 %; среднеспекающееся — способное при обжиге давать черепок с водопоглощением от 2 до 5 %; несиекающееся — образующее при обжиге без признаков пережога черепок с водопоглощением свыше 5 %. Страница 46 из 73 По огнеупорности (ГОСТ 9160-82, с изм.): огнеупорное — с показателем огнеупорности свыше 1580°С; тугоплавкое — с показателем огнеупорности от 1350 до 1580°С; легкоплавкое — с показателем огнеупорности ниже 1350 0С. По вспучиваемости: высоковспучивающееся — способное при обжиге давать пористый черепок со средней плотностью менее 400 кг/м3; средневспучивающееся — способное при обжиге давать пористый черепок со средней плотностью от 400 до 750 кг/м3; слабовспучивающееся — способное при обжиге давать пористый черепок со средней плотностью от 750 до 1500 кг/м3; невспучивающееся — не способное давать при обжиге пористый черепок со средней плотностью менее 1500 кг/м3. Страница 47 из 73 Лекция № 6 по дисциплине «Технология строительной керамики и искусственных пористых заполнителей» ТЕМА: «ДОБЫЧА ИСКОПАЕМОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННЫХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ И ЕГО ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ» Вопросы: 6.1 Добыча глинистых пород 6.2 Транспортирование ископаемого сырья 6.1 Добыча глинистых пород Разработка месторождений ископаемого сырья для производства искусственных пористых заполнителей в основном идентична разработке месторождений другого общераспространенного нерудного сырья, и для нее применимы рекомендации существующих справочных источников. Поэтому в данной лекции приведены только краткие общие сведения, касающиеся добычи сырья и его транспортирования. Разработку месторождений глинистых пород производят, как правило, открытым способом (рис. 6.1). Рис. 6.1 – Открытая разработка месторождений глинистых пород: 1 — нижняя площадка; 2 — откос; 3 — верхняя площадка; 4 — забой Эксплуатационные работы на карьерах включают: - подготовительные работы — удаление кустарников, пней, деревьев; - вскрышные работы — удаление почвенно-растительного слоя и перемещение их в отвалы; - добычные работы — выемка породы из массива и погрузка ее на транспортные средства; - транспортирование породы из карьера на предприятие; - работы по горнотехнической рекультивации земель. Страница 48 из 73 Вскрышные породы и полезные ископаемые по трудности разработки классифицируют на категории. К первой категории относят грунт растительный, супесь, песок, суглинок, лесс, гальку и гравий; ко второй — глину, к третьей — глину с примесью гравия, к четвертой — глину жирную, выветрившиеся глинистые сланцы, к пятой — шестой — глинистые сланцы. Угол естественного откоса указанных пород в зависимости от их влажности колеблется в пределах от 15 до 50 град. Объемы выполненных горных пород измеряют в плотном теле. При необходимости объем работ в плотном теле ВП переводится в объем работ в разрыхленном состоянии ВР по формуле: ВР = ВП·КР. где КР — коэффициент разрыхления, колеблющийся от 1,08 до 1,4 в зависимости от вида породы (глина, супесь, лесс, песок и др.). Режим работы карьеров принимается: - при добыче мягких глинистых пород — сезонный, с продолжительностью сезона в зависимости от климатических условий района; число рабочих дней в зависимости от температурной зоны от 125 до 260; - при добыче камнеподобных глинистых пород (глинистые сланцы, аргиллиты и др.) — круглогодовой. Выбор типа экскавационного оборудования (экскаваторы, скреперы, бульдозеры) зависит от горногеологических и гидрологических условий месторождения, физико-механических свойств пород и производительности карьера. На карьерах глинистых пород преимущественно применяют одноковшовые экскаваторы на гусеничном ходу с прямой лопатой и вместимостью ковша от 0,4 до 2,5 м3 (рис. 6.2). а) б) Рис. 6.2 – Экскаваторы: а – с прямой лопатой; 2 – с обратной лопатой; При необходимости сезонной добычи переувлажненных глинистых пород возможно применение экскаваторов-драглайнов (рис. 6.3). Многоковшовые экскаваторы на рельсовом ходу (рис. 6.4) применяют для разработки мягких глинистых пород при объемах годовой добычи не более 150-200 тыс. м3. Страница 49 из 73 Рис. 6.3 – Экскаватор-драглайн б) а) Рис. 6.4 – Многоковшовые экскаваторы: а – цепной; б - роторный Колесные скреперы (рис. 6.5) марок ДЗ-33А, ДЗ-111, ДЗ-20В, Д3-13 используются для вскрышных работ и селективной (послойной) выемки мягких глинистых пород, залегающих горизонтальными или наклонными пластами (с уклоном до 10-15°) небольшой мощности. Рис. 6.5 – Виды скреперов: а – прицепной; б – самоходный; 1 – бульдозертягач; 2 и 6 – поворотное соединение прицепного скрепера с тягачом; 3 – механизм для подъема и опускания емкости скрепера; 4 – емкость для сырья; кабина самоходного скрепера Страница 50 из 73 Бульдозеры (рис. 6.6) марок ДЗ-42, ДЗ-101, ДЗ-109, ДЗ-110А используют: - для разработки вскрышных пород и перемещения их непосредственно в отвалы. При большом удалении отвалов бульдозеры используют в сочетании с одноковшовыми экскаваторами, выполняющими роль погрузчика, и автосамосвалами; - для подготовительных и вспомогательных работ на карьерах (уборка кустарников, пней, зачистка кровли полезного ископаемого, зачистка подошвы уступа, планировка отвалов и др.). Рис. 6.6 – Бульдозер типа ДЗ-42: 1 – бульдозерное оборудование; 2 – базовый трактор Т-130МГ-1 Гидромеханизацию на карьерах глинистых пород (рис. 6.7) можно применять для выполнения вскрышных работ при больших объемах работ и мощности вскрыши (более 8-10 м) в тех случаях, когда глинистая порода представлена тяжелыми (плотными) глинами или суглинками. Рис. 6.7 – Гидромеханизация на карьерах глинистых пород: 1 - пульповод; 2 - водопровод; 3 - пульпопроводная канава; 4 - поворотный шарнир; 5 гидромонитор; 6 - зумпф; 7 - землесосная станция. Страница 51 из 73 Гидромеханизация эффективна в тех случаях, когда вскрышные породы рыхлые, малосвязные и хорошо размываются водой. Основной способами являются гидромониторная разработка вскрышной породы с размывом ее в целике в сочетании с напорным гидротранспортом пульпы и гидроотвалом. Достоинствами гидромеханизации вскрышных работ являются простота оборудования, более высокая производительность труда (в 1,5-2 раза) значительно меньшие, чем при экскаваторных работах, эксплуатационные затраты на 1 м3 вскрыши. К недостаткам следует отнести значительную энергоемкость и потребность в больших ресурсах воды. По практическим данным, удельный расход воды с напором 0,4-0,6 МПа на разработку и транспортировку 1 м3 вскрышных пород I и II категории составляет 5-6 м3 в зависимости от высоты забоя. Буровзрывные работы являются специальным видом работ, их выполняют на карьерах по добыче камнеподобных глинистых и водосодержащих горных пород, как правило, специализированные подрядные организации. Рис. 6.8 – Разработка камнеподобных глинистых и водосодержащих горных пород буровзрывным способом: 1 — подошва уступа; 2 — откос; 3 — контур развала породы после взрыва; 4 — скважины 6.2 ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ИСКОПАЕМОГО СЫРЬЯ Основными видами транспорта при перевозке ископаемого сырья являются настоящее время автомобильный или железнодорожный в сочетании автомобильным (табл. 6.1). в с Таблица 6.1 – Условия рационального применения различных видов транспорта при перевозке сырья из карьеров Годовая Расстояние произвоХарактеристика Вид транспорта транспортиро дительность ископаемого сырья вания, км карьера, тыс.м3 Автомобильный: автосамосвалы грузоподъемностью, т Не до 5 50 и более регламентируется До 1,5-2 более 5 То же То же До 5-7 Железнодорожный 300 и более Влажность до 15 % Более 50 Страница 52 из 73 Для перевозки сырья и вскрышных пород автомобильным транспортом используют автосамосвалы (рис. 6.9) грузоподъемностью, т: 4,5-8 – ЗИЛ-ММЗ-555К; МАЗ-5549; 10-20 – КамАЗ-5511, КрАЗ-256Б1, МАЗ-6507. На карьерах наибольшее распространение получили фронтальные погрузчики на пневмоколесном ходу (рис. 6.10). Рис. 6.9 – Общий вид автосамосвала Рис. 6.10 – Общий вид погрузчика на пневмоколесном ходу Железнодорожный транспорт для перевозки сырья используют, как правило, от пунктов перегрузки глинистых пород или дробильносортировочных фабрик по переработке водосодержащих горных пород, на которые сырье доставляется из карьеров автомобильным или конвейерным транспортом. Рис. 6.11 – Железнодорожный транспорт для перевозки сырья на карьерах Страница 53 из 73 На пунктах перегрузки устраивают открытые склады глинистых пород; погрузку породы на железнодорожный транспорт осуществляют одноковшовыми экскаваторами. Водосодержащие горные породы, рассортированные на мелкие фракции на дробильно-сортировочных фабриках, грузят на железнодорожный транспорт из бункерных или силосных складов. Для перевозки глинистого сырья и рядового щебня из водосодержащих горных пород используют универсальные железнодорожные платформы и полувагоны; перевозку мелких фракций водосодержащих горных пород осуществляют в крытых вагонах. Перспективным видом карьерного транспорта являются конвейеры. Они обеспечивают высокую производительность предприятий и позволяют значительно улучшить использование оборудования (рис. 6.12). Рис. 6.12 – Конвейерный транспорт на карьерах Страница 54 из 73 Лекция 7 по дисциплине «Технология строительной керамики и искусственных пористых заполнителей» ТЕМА: «ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННЫХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ» Вопросы 7.1 Технология производства керамзита 7.2 Технология аглопорита 7.3 Шлаковая пемза 7.4 Шунгизит 7.5 Азерит 7.6 Термолит 7.7 Обжиговый зольный гравий 7.8 Безобжиговый зольный гравий 7.9 Вспученный перлит 7.10 Вспученный вермикулит 7.1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТА Применение легких пористых заполнителей позволяет получать эффективные легкие бетоны для теплоизоляции, стеновых панелей, монолитных стен и разнообразных несущих конструкций. Из искусственных пористых заполнителей наиболее распространен в настоящее время (примерно 3/4 общего выпуска) керамзит. Некоторые глины при обжиге вспучиваются. Это явление использовано для получения из глин пористого материала — керамзита. ☻ 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. Рис. 7.1. Общий вид керамзитового гравия Страница 55 из 73 Вспучивание глины при обжиге связано с двумя процессами: газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние. Источниками газовыделения являются реакции восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд, и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. ☻ Сырье. Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным. Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание Si02 должно быть не более 70%, А1203 — не менее 12% (желательно около 20%), Fe203 + 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 k=VK /VC , где VК — объем вспученной гранулы керамзита; VC — объем сухой сырцовой гранулы до обжига. Коэффициент вспучивания можно определить также по формуле kВ С П (1 П ), К 100 где ρс—плотность сухой сырцовой гранулы; ρК — плотность вспученной гранулы керамзита; ПП — потеря в массе сухой сырцовой гранулы при прокаливании, %. Как правило, коэффициент вспучивания глинистого сырья для производства керамзита должен быть не менее 2 (желательно не менее 3 ... 4). ☻Второе требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) — легкоплавкость. Температура обжига должна быть не выше 1250 °С. Третье из важнейших требований — необходимый интервал вспучивания. Так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. В ряде случаев природное глинистое сырье может быть улучшено введением добавок. Например, коэффициент вспучивания можно повысить, добавив в глину примерно 1% мазута, солярового масла или других органических веществ. ☻ Основы технологии. Технология производства керамзита включает следующие основные переделы: ☻ добычу сырья в карьере и его транспортирование в глинозапасник; ☻ переработку исходного сырья и получение сырцовых гранул из однородной керамической массы или зерен (крошки) установленных размеров; ☻ термическую обработку сырцовых гранул или зерен, включающую сушку, обжиг и последующее охлаждение готового продукта; Страница 56 из 73 ☻ сортировку, а при необходимости частичное дробление или разделение готового продукта по плотности: ☻ складирование и отгрузку заполнителя. Разработку месторождений глинистых пород производят открытым способом. Для добычи глинистого сырья используют одноковшовые и многоковшовые экскаваторы. Выбор способа переработки сырья определяется свойствами исходного сырья, а качество заполнителя зависит от режима термической обработки, при котором создаются оптимальные условия вспучивания подготовленных сырцовых гранул (зерен). Различают четыре основные технологические схемы подготовки сырцовых гранул, или четыре способа производства керамзита: сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый. Сухой способ используют при наличии камнеподобного глинистого сырья (плотные сухие глинистые породы, глинистые сланцы). Он наиболее прост: сырье дробится и направляется во вращающуюся печь. Этот способ оправдывает себя, если исходная порода однородна, не содержит вредных включений и характеризуется достаточно высоким коэффициентом вспучивания. Влажность сырцовой крошки не должна превышать 9%. Наибольшее распространение получил пластический способ. Рыхлое глинистое сырье по этому способу перерабатывается в увлажненном состоянии в вальцах, глиномешалках и других агрегатах (как в производстве кирпича). Затем из пластичной глиномассы на ленточных шнековых прессах или дырчатых вальцах формуются сырцовые гранулы в виде цилиндров, которые при дальнейшей транспортировке или при специальной обработке окатываются, округляются. Обычно формовочная влажность глин находится в пределах 18 ... 28%. Гранулы с влажностью примерно 20% могут сразу направляться во вращающуюся печь или, что выгоднее, предварительно подсушиваться в сушильных барабанах, в других теплообменных устройствах с использованием теплоты отходящих дымовых газов вращающийся печи. Порошково-пластический способ отличается от пластического тем, что вначале помолом сухого глинистого сырья получают порошок, а потом из этого порошка при добавлении воды получают пластичную глиномассу, из которой формуют гранулы, как описано выше. Мокрый (шликерный) способ заключается в разведении глины в воде в специальных больших емкостях — глиноболтушках. Влажность получаемой пульпы (шликера, шлама) — примерно 50%. Пульпа насосами подается в шламбассейны и оттуда — во вращающиеся печи. Недостаток этого способа — повышенный расход топлива, связанный с большой начальной влажностью шликера. Преимуществами являются достижение однородности сырьевой пульпы, возможность и простота введения и тщательного распределения добавок, простота удаления из сырья каменистых включений и зерен известняка. Этот способ рекомендуется при высокой карьерной влажности глины, когда она выше формовочной (при пластическом формовании гранул). Сушка сырцовых гранул (ее выделение в отдельную технологическую Страница 57 из 73 операцию не обязательно) может производиться во вращающейся печи для обжига или в отдельном сушильном агрегате. Обжиг глиняных гранул по оптимальному режиму является основной технологической операцией в производстве керамзита. Обжиг осуществляется во вращающихся печах, которые в зависимости от конструкции подразделяются на однобарабанные, в том числе с запечными теплообменниками, и двухбарабанные. Наибольшее распространение получили однобарабанные вращающиеся печи диаметром 2,5 м и длиной 40 м, представляющие собой цилиндрический металлический барабан, футерованный внутри огнеупорным кирпичом (рис. 7.2). ☻ Технические требования. ГОСТ 9759—83 предусматривает следующие фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5... 10, 10...20 и 20...40 мм. В каждой фракции допускается до 10% более мелких и до 10% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Рис. 7.2. Схема вращающейся печи для производства керамзита: 1—загрузка сырцовых гранул; 2— вращающаяся печь; 3— форсунка; 4 — вспученный керамзитовый гравий; 5 — поток горячих газов ☻ Керамзитовый песок. Для изготовления керамзитобетонных изделий нужен не только керамзитовый гравий, но и мелкий пористый заполнитель — керамзитовый песок. Производство керамзитового песка по обычной технологии во вращающейся печи неэффективно. На многих предприятиях керамзитовый песок получают дроблением керамзитового гравия, преимущественно в валковых дробилках. ☻ Применение. Наиболее широкое применение керамзитобетон находит в качестве стенового материала. Особенно эффективно применение для стеновых панелей хорошо вспученного легкого керамзитового гравия М300, 400, до 500 (по насыпной плотности). 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 М700, 800 получают конструкционные легкие бетоны с Страница 58 из 73 пределом прочности при сжатии 20, 30, 40 МПа, используемые для производства панелей перекрытий и покрытий, в мостостроении, где особенно важно снизить массу конструкций. 7.2 ТЕХНОЛОГИЯ АГЛОПОРИТПА Вспучивающееся глинистое сырье, пригодное для производства керамзита, не часто встречается. Более распространены малопластичные, тощие, запесоченные глинистые породы, суглинки, которые при обжиге не вспучиваются. Эти породы можно использовать для получения другого искусственного пористого заполнителя — аглопорита. ☻ Сырье. Основным сырьем для производства аглопорита на действующих предприятиях являются глинистые породы. ☻ Основы технологии. Аглопорит получают спеканием (агломерацией) сырья. Этот способ широко применяют в металлургической промышленности для агломерации руд. Сущность процесса состоит в следующем (рис. 7.3 и 7.4). Из сырья с добавкой топлива (угля) готовят рыхлую шихту и укладывают ее на колосниковую решетку. Рис. 7.3. Технологическая схема производства аглопоритового щебня и песка: 1— экскаватор; 2 — автотранспорт; 3 — ящичный подаватель; 4— валковая дробилка; 5 — вибросито; 6 — ленточный питатель; 7 — сборный ленточный транспортер; 8— камневыделительные вальцы; 9 — двухвальная глиномешалка; 10 — барабанный гранулятор; 11 — укладчик шихты; 12 — зажигательный горн; 13 — агломерационная машина; 14 — коржеломатель; 15 — шахтный холодильник; 16 — валковозубчатая дробилка; 17 — гравиесортировочная машина; 18 — склад готовой продукции. Страница 59 из 73 Рис. 7.4. Схема агромерационной машины: 1 — загрузка шихты; 2 — зажигательный горн; 3 — колосниковая решетка; 4— слой спекаемой шихты; 5 — зона горения топлива; 6 — спекшийся корж; 7 — отсос газов; 8 — вакуум-камера Под решеткой в вакуум-камере отсосом воздуха вентилятором (дымососом) создают разрежение, благодаря которому происходит просос воздуха через шихту. Сверху шихту поджигают. За счет горения угля в ней создается высокая температура (до 1400...1500°С). При этом шихта спекается в пористую остеклованную массу. Процесс спекания осуществляется сравнительно быстро. Горячие газы, отсасываемые вниз, подогревают нижележащие слои шихты, и зона горения постепенно передвигается к колосниковой решетке. Верхние спекшиеся слои в это время несколько охлаждаются просасываемым воздухом. Когда зона горения топлива доходит до колосниковой решетки и процесс агломерации завершается, получают спекшийся аглопоритовый корж, который дробят на щебень и песок (рис. 7.5). а) б) Рис. 7.5. Аглопоритовый щебень и песок Межзерновая пустотность аглопоритового щебня составляет 0...60%, (для высшей категории качества — не более 50%), следовательно, плотность зерен в 2 раза и более превышает насыпную плотность щебня. Пористость зерен аглопоритового щебня находится в пределах 40...60%. Коэффициент формы зерен в среднем не должен превышать 2,5 (для высшей категории качества — 2). Аглопорит отличается сравнительно высокой однородностью по насыпной Страница 60 из 73 плотности и прочности, что создает предпосылки для его эффективного применения в бетоне. ☻ Аглопоритовый гравий. Помимо описанной технологии производства аглопоритового щебня и песка разработана (М. П. Элинзон, С. Г. Васильков и др.) и освоена промышленностью технология, позволяющая получать аглопорит в виде гравия (рис. 7.6). Рис. 7.6. Аглопоритовый гравий Основным сырьем для получения такого аглопорита служат золы тепловых электростанций, содержащие 4... 15% остатков топлива (рис 7.7). Рис. 7.7. Технологическая схема приготовления сырцовых гранул их золыуноса ТЭС Насыпная плотность аглопоритового гравия — 550...800 кг/м3, предел прочности при сдавливании в цилиндре— 1,2 ...4,5 МПа. ☻ Применение. Если керамзит, который, как правило, получается более пористым и легким, чем аглопорит, используется преимущественной для стеновых панелей, то для аглопорита главной областью применения являются конструкционные легкие бетоны. Кроме того, аглопоритобетон применяют как конструкционно-теплоизоляционный материал. Из аглопоритобетона выпускают объемные блок-комнаты и другие конструкции. Страница 61 из 73 7.3 ШЛАКОВАЯ ПЕМЗА ☻ Шлаковую пемзу получают главным образом из доменных шлаков, причем не из отвальных (такие шлаки еще нужно было бы расплавить), а непосредственно из шлаковых расплавов, сливаемых из доменных печей в огненно-жидком состоянии. По себестоимости шлаковая пемза — самый дешевый искусственный пористый заполнитель. ☻ Основы технологии. Имеется несколько способов производства шлаковой пемзы, но все они основаны на вспучивании шлакового расплава водой. При контакте шлакового расплава (температура около 1300°С) с водой происходит бурное вскипание с интенсивным образованием пара. Пузырьки пара, внедряясь в расплав, не могут выделиться свободно, поскольку при охлаждении вязкость расплава увеличивается. В результате он вздувается, вспучивается и застывает в виде поризованной массы ячеистой структуры. Бассейновый способ производства шлаковой пемзы состоит в следующем. Шлаковый расплав выливается шлаковозными ковшами в опрокидной бассейн для вспучивания, представляющий собой металлическую ванну с перфорированным дном. Вместимость бассейна позволяет принять сразу весь расплав из шлаковозного ковша (до 16,5 м3). Снизу через отверстия в бассейн подается вода, на ее фонтанирующие струйки выливают шлаковый расплав. Он вспучивается и отвердевает, после чего выгружается, остывает в виде глыб, затем подвергается дроблению и рассеву на фракции (рис. 7.8). Рис. 7.8. Технологическая схема производства шлаковой пемзы в опрокидном бассейне: 1 — машина для вдувания порошковых добавок; 2 — шлаковозный ковш; 3 — опрокидной бассейн; 4 — приямок; 5 — промежуточный склад; 6 — мостовой кран с грейферным захватом; 7— приемное устройство дробильно-сортировочного отделения; 8— первая ступень дробления; 9 — вторая ступень дробления; 10 — грохот; 11— сепаратор для разделения щебня на две марки Страница 62 из 73 Брызгально-траншейный способ наиболее прост. Шлаковый расплав при сливе в траншею орошается водой из перфорированных труб, вспучивается и застывает в ней, а после охлаждения разрабатывается экскаватором и подается на дробление и рассев. Этот способ не является перспективным для производства шлаковой пемзы из-за ее невысокого качества и неоднородности по структуре. Вододутьевой способ состоит в разбивке массы расплава на отдельные гранулы сильной струей водовоздушной смеси с последующим интенсивным смешением еще жидких гранул расплава с водовоздушной смесью и. вспучиванием. Поризация расплава производится в струйных аппаратах (рис. 7.9). Гранулы, вспученные в камере смешения, выбрасываются на экран, с которого они попадают на приемные устройства и агрегируются в глыбы. Полученная шлаковая пемза имеет однородную мелкопористую структуру с размером пор до 1 мм. Рис. 7.9. Схема струйного вододутьевого аппарата: 1 — стенка приемной камеры; 2.—направляющий лоток; 3- водяная рубашка; 4— камера смешения; 5 — рабочее сегментное сопло Гидроэкранный способ предусматривает последовательную обработку шлака на двух гидрожелобах (рис. 7.10). С первого желоба вспучивающийся шлаковый расплав струями воды бросается на вертикальный экран, отразившись от которого попадает на второй желоб, где снова подхватывается струями воды и направляется на пластинчатый перегружатель для последующего охлаждения и дробления. Все описанные выше способы позволяют получать дробленую шлаковую пемзу в виде пористого щебня и песка. Шлакопемзовый щебень, как и аглопоритовый, имеет зерна остроугольной формы с открытыми порами, отличается большой межзерновой пустотностью. ☻ Применение. Шлаковую пемзу используют главным образом в конструкционно-теплоизоляционных бетонах ограждающих конструкций. Шлаковая пемза М 750 ...900 может использоваться при получении высокопрочных бетонов для различных несущих конструкций. Однако необходимо иметь в виду возможность коррозии стальной арматуры в шлакопемзобетоне из-за содержания в шлаке серы. При производстве предварительно напряженных конструкций, особенно с проволочной Страница 63 из 73 арматурой, стойкость арматуры в шлакопемзобетоне должна быть установлена специальным исследованием. Рис. 7.10. Схема установки для гидроэкранного способа получения шлаковой пемзы: 1 — приемная воронка; 2 — гидромониторная насадка; 3 — экран; 4 — желоб; 5 — пластинчатый перегружатель 7.4 ШУНГИЗИТ ☻ Шунгизит получают вспучиванием при обжиге графитсодержащей сланцевой породы — шунгита. Шунгизитовый гравий получают по сухому способу. В сущности шунгизит — это разновидность керамзита, отличающаяся видом сырья. Институтом «Союзгипростром» разработан типовой проект предприятия по производству шунгизита мощностью 200 тыс. м3 в год (рис. 7.11). Мощность предприятия обеспечивается двумя технологическими линиями, использующими шунгитовую крошку определенной фракции (5...8 и 8...15 мм). Крошка со склада сырья, рассчитанного на работу линий в течение 15 сут, подается скиповыми подъемниками в расходные бункера, установленные над печами термоподготовки (2,5x20 м). В этих печах материал нагревается до 400 °С примерно за 20 мин, а затем через перегрузочные камеры поступает в печи обжига (3,5x24 м), где находится в течение 12...15 мин (производительность одной печи 12,5 м3/ч). Вращение печей термоподготовки и обжига с различной скоростью позволяет осуществлять ступенчатый режим термообработки шунгитовой крошки, вспучивающейся обычно при температуре 1120...1150 0С. Узкий температурный интервал вспучивания (до 30°С, что значительно меньше требуемого при производстве керамзита) усложняет обжиг сырья. Во избежание образования спеков в печь перед зоной обжига вводят опудривающий порошок. Страница 64 из 73 Рис. 7.11. Общий вид завода по производству шунгизита мощностью 200 тыс. м3 в год: 1 – склад сырья; 2 – печь термоподготовки; 3 – обжиговая печь; 4 – холодильник; 5 – склад готовой продукции; 6 – скиповый подъемник Охлаждение шунгизита производят в две стадии: сначала с 900 до 550 оС в барабанном холодильнике (2,2x16 м) в течение 20 мин, а затем до 60...80 °С в аэрожелобе длиной 10 м в течение 2 мин. «Мягкий» режим охлаждения способствует снятию термических напряжений в материале и повышению прочности шунгизита. Применяется шунгизит для теплоизоляционных и конструкционнотеплоизоляционных легких бетонов. 7.5 АЗЕРИТ ☻ Азерит — это искусственный пористый заполнитель, который можно считать одной из разновидностей керамзита, но логично выделить его в особый вид заполнителя, поскольку технология и свойства азерита существенно отличаются от вышеописанных. Азерит своим названием связан с Азербайджаном, где в НИИСМ им. С.А. Дадашева предложена и разработана (Э. В. Пыльник и др.) его технология. Главное отличие технологии азерита (рис. 7.12) от технологии керамзита состоит в том, что исходное глинистое или иное минеральное сырье предварительно в специальном плавильном агрегате (конвертере) при температуре 1450... 2000°С полностью переводят в расплав. Затем расплав при быстром охлаждении водой (300... 400 0С/мин) переводят в стекловидное состояние. Последующие этапы технологии: помол совместно с добавкой глины (связующее) и кокса (газообразователь) в шаровой мельнице, грануляция при Страница 65 из 73 увлажнении порошка на тарельчатом грануляторе, опудривание огнеупорным порошком и вспучивание во вращающейся печи при температуре 900... 1000 0С, как в производстве керамзита. Азеритовый гравий характеризуется насыпной плотностью 140…850 кг/м3. Прочность азеритового гравия при сдавливании в цилиндре в 1,5...2 раза выше прочности керамзитового гравия сопоставимой плотности. Повышение прочности объясняется равномерной мелкой пористостью и однородностью структуры межпоровых перегородок материала. Рис. 7.12. Технологическая схема производства азеритового гравия Повышенная прочность азерита по сравнению с керамзитом дает ему преимущества при применении в высокопрочных конструкционных легких бетонах, а пониженная теплопроводность — в конструкционнотеплоизоляционных легких бетонах для ограждающих конструкций. Страница 66 из 73 7.6 ТЕРМОЛИТ ☻ Термолитом называют материал в виде щебня или гравия, получаемый при обжиге кремнистых опаловых пород (трепелы, диатомиты, опоки) без вспучивания. Исследования показали, что это сырье весьма перспективно для производства искусственных пористых заполнителей, причем некоторые его разновидности при обжиге вспучиваются, другие только спекаются. Вспученный гравий из трепельных пород, согласно принятой классификации, относится к керамзиту и его разновидностям. Технология производства термолита в основных чертах соответствует описанной выше технологии производства керамзита по сухому, порошковопластическому или пластическому способу подготовки сырья. По сухому способу получают термолит из камнеподобных кремнистых пород (опок), по пластическому — из рыхлых трепелов. Насыпная плотность термолитового гравия или щебня составляет 600... 1200 кг/м3, плотность зерен— 1,0...1,9 г/см3, пористость зерен — 20...60%. Прочность при сдавливании в цилиндре термолитового гравия составляет (в зависимости от насыпной плотности) 2...7 МПа, щебня 1,4... 4 МПа. Термолит используют для получения конструкционных и конструкционнотеплоизоляционных легких бетонов. 7.7 ОБЖИГОВЫЙ ЗОЛЬНЫЙ ГРАВИЙ ☻ Сырьем для производства обжигового зольного гравия служат золы теплоэлектростанций, в том числе и из отвалов после их гидроудаления. Технология, разработанная ВНИПИтеплопроектом (рис. 7.13), предусматривает сушку и помол золы, затем ее окатывание в шаровидные гранулы диаметром около 15 мм. Рис. 7.13. Технологическая схема изготовления зольного гравия: 1 – ящичный подаватель с глинорыхлителем; 2 – сушильный барабан контактного нагрева; 3 – дымосос; 4 – шаровая мельница; 5 – тарельчатый гранулятор; 6 – сушильный барабан; 7 – узел приготовления жидкой добавки; 8 – прямоточная вращающаяся печь; 9 – холодильник; 10 – гравиесортировка; 11 – бункера готовой продукции Страница 67 из 73 Для облегчения грануляции и обеспечения достаточной прочности гранул золу смачивают водным раствором ЛСТ (лигносульфонатов технических) или же добавляют глину. Далее гранулы подсушивают и обжигают в коротких вращающихся печах прямоточного действия, причем их подают сразу в высокотемпературную (около 1200°С) зону печи. Для повышения пористости гравия в золу можно добавлять древесные опилки. Насыпная плотность зольного гравия — 300...800 кг/м3. Насыпная плотность гравия фракций 5...10 и 10...20 мм близка. Основное назначение — конструкционно-теплоизоляционные бетоны. 7.8 БЕЗОБЖИГОВЫЙ ЗОЛЬНЫЙ ГРАВИЙ ☻ Основами получения безобжигового зольного гравия (БЗГ) являются: 1) грануляция увлажненной смеси золы и вяжущего; 2) гидратационное твердение вяжущего и его взаимодействие с активными составляющими золы. Для изготовления БЗГ можно применять портландцемент, известь, гипсовые, гипсоцементно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ) и использовать золы ТЭС сухого отбора (из-под фильтров и циклонов), а также высушенные золы из отвалов их гидроудаления (золошлаковые смеси). Содержание частиц несгоревшего топлива в золах и золошлаковых смесях допускается до 25%, что существенно выше, чем для производства обжиговых заполнителей. Таким образом, возможность использования зол расширяется. Удельная поверхность зол должна быть не менее 2500 см2/г. Разработаны различные варианты технологии получения БЗГ, один из которых показан на рис. 7.14. На основе молотой золы или золошлаковой смеси с добавкой 10...15% портландцемента получают гранулы, которые подвергают кратковременному пропариванию в камере (4 ч при температуре 90...95°С). Насыпная плотность такого гравия 700...950 кг/м3. Прочность при сдавливании в цилиндре 0,6...0,8 МПа обеспечивает возможность транспортирования и складирования. Прочность продолжает расти при естественном твердении (до 5...6 МПа в 28-суточном возрасте), а также в составе бетона при тепловой обработке изделий. Насыпная плотность гравия может быть снижена введением в состав сырьевой смеси различных облегчающих добавок: вспученного перлитового песка, древесных опилок, стеклопора, отходов пеностекла или газосиликата и др. Добавки вводят в смеситель при подготовке массы к грануляции. Расход цемента составляет 60...100 кг/м3. Облегченный безобжиговый гравий (ОБЗГ) имеет насыпную плотность 400...600 кг/м3, а прочность при сдавливании в цилиндре в сухом состоянии— 1,0...1,6 МПа. Производство безобжигового зольного гравия характеризуется экономией топливно-энергетических ресурсов. Например, расход условного топлива в 2...3 раза ниже, чем при производстве обжи¬говых искусственных пористых заполнителей. Страница 68 из 73 Рис. 7.14. Технологическая схема изготовления безобжигового зольного гравия (БЗГ): 1 — бункер цемента; 2— бункер золы; 3 — дозатор весовой; 4 — мельница шаровая; 5 — система пневмотранспорта; 6 — циклоны; 7 — бункер золоцементной смеси; 8 — питатель ленточный; 9 — конвейер винтовой; 10 — бак воды с дозатором; 11— емкость для жидких добавок с дозатором; 12 — смеситель двухвальный; 13 — гранулятор тарельчатый; 14 — конвейер ленточный; 15 — камера пропарочная; 16 — бункер приемный; 17 — элеватор; 18 — грохот; 19 — силосы Применяется БЗГ как крупный заполнитель для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов. 7.9 ВСПУЧЕННЫЙ ПЕРЛИТ ☻ Вспученный перлит — материал, получаемый вспучиванием при обжиге подготовленных зерен из вулканических водосодержащих пород (перлит, обсидиан, витрофир и др.). В перлите содержится около 1...2% (иногда больше) связанной воды. При обжиге (1000...1250 °С) перлит размягчается и под давлением паров высвобождаемой воды сильно вспучивается. Коэффициент вспучивания — до 10...12. Чем он больше, тем меньше расход сырья на единицу объема продукции. В соответствии с ГОСТ 10832-83 «Песок и щебень перлитовые вспученные» предусматриваются марки по насыпной плотности для песка 75...500, для щебня — 200...500. Прочность щебня при сдавливании в цилиндре для указанных марок должна быть не менее 0,15...0,9 МПа. Вспученный перлит отличается от других пористых заполнителей высоким Страница 69 из 73 водопоглощением, которое тем больше, чем больше степень вспучивания. В стандарте водопоглощение щебня ограничивается: для марки 500 — не более 30%, для марки 400—50%, для марки 300 — 75%, для марки 250—100%, для марки 200—125% по массе. Технология производства вспученного перлита включает дробление исходной породы (до 1...2 мм при производстве песка и до 5...10 мм при производстве щебня) и сортировку. Перед обжигом сырье в ряде случаев рекомендуется подвергать предварительной термической обработке в сушильном барабане или малой вращающейся печи при температуре 250...450°С в течение нескольких минут. При этом удаляется свободная и слабосвязанная вода, в дальнейшем зерна породы могут при обжиге выдержать более высокую температуру, не растрескиваясь. Остаточной, трудноудаляемой воды в зернах вполне достаточно для бурного вспучивания при температуре до 1250°С. Для получения вспученного перлита используют вертикальные (шахтные) и вращающиеся печи, а также печи кипящего слоя. Для получения вспученного перлита с зернами размером до 10 мм, в основном крупного песка, обжиг целесообразно производить в двухзонных печах кипящего слоя. На рис. 7.15. приведен перлит различных фракций по зерновому составу: крупный – фракция от 1,25 до 5,0 мм, насыпная плотность 75 кг/м³; мелкий – фракция от 0,16 до 1,25 мм, насыпная плотность от 75 до 100 кг/м³; пудра – фракция от 0 до 0,16 мм, насыпная плотность от 100 до 150 кг/м³. Рис. 7.15. Перлит различных фракций по зерновому составу: крупный (фракция от 1,25 до 5,0 мм); мелкий (0,16-1,25 мм); пудра (0-0,16 мм). Применяют вспученный перлит в качестве теплоизоляционного материала Страница 70 из 73 и заполнителя для особо легких теплоизоляционных и конструкционнотеплоизоляционных, а также жаростойких бетонов. В ряде случаев перлитовый песок используют как мелкий заполнитель в других видах легкого бетона: керамзитоперлитобетоне, шлакопемзоперлитобетоне и других, в которых крупный заполнитель — керамзит, шлаковая пемза, а мелкий — вспученный перлит. 7.10 ВСПУЧЕННЫЙ ВЕРМИКУЛИТ ☻ Вермикулит — разновидность слюды, магниево-железистый гидроалюмосиликат с содержанием связанной воды 8...18%. Это сравнительно мягкая горная порода золотистого цвета с перламутровым блеском. Месторождения вермикулита встречаются на Урале, в Мурманской области, Якутской АССР, в ряде районов Сибири и Дальнего Востока. Впервые вермикулит обнаружен в начале XIX века, промышленное применение получил лишь спустя 100 лет. За разработку нескольких технологий его применения изобретатель Якуб Ахтямов (1911-2003 гг.) получил в 1979 году премию Совета Министров СССР за «Исследование, разработку технологии и внедрение в народное хозяйство вермикулита и изделий на его основе». Вспученный вермикулит получают ускоренным обжигом до вспучивания горной породы вермикулита из группы гидрослюд. Вермикулит при нагревании до 1000...1100°С выделяет кристаллизационную воду и быстро вспучивается. Пары воды действуют перпендикулярно плоскостям спайности и раздвигают пластинки слюды, увеличивая первоначальный объем до 20 раз и более. Технология производства вспученного вермикулита состоит из следующих основных операций: дробления природного вермикулита и рассева его на фракции, подсушивания, обжига в шахтных или вращающихся печах и охлаждения. После измельчения вспученный вермикулит представляет собой слоистые чешуйки разных фракций (от 0,5 до 20 мм) серебристого или золотистого цвета, без запаха (рис. 7.16). Типичный химический состав вермикулита: SiO2 – 38-49%; TiO2 – 1,5%; MgO – 20-23,5%; Cr2O3 – 0-0,5%; Al2O3 – 12-17,5%; MnO – 0,1-0,3%; Fe2O3 – 5,4-9,3%; Cl – 0-0,5%; FeO – 0-1,2%; CO2 – 0-0,6%; K2O – 5,2-7,9%; S – 0-0,2%; Na2O – 0-0,8%; H2O – 5,2-11,5%; CaO – 0,7-1,5%. Вспученный вермикулит представляет собой пористый материал в виде чешуйчатых частиц золотисто-желтого цвета размером 5...15 мм, плотностью 80...150 кг/м3, а при более мелких зернах — 200...400 кг/м3. Теплопроводность при температуре до 100°С составляет 0,048...0,10 Вт/(м·°С). С повышением температуры до 400°С увеличивается теплопроводность до 0,14...0,18 Вт/(м·°С). Водопоглощение очень велико, оно может до 500 % по массе. Страница 71 из 73 Рис. 7.16. Вспученный вермикулит – материал в виде чешуйчатых зерен Вспученный вермикулит огнестоек: температура плавления 1350 °С, температура применения — от минус 260 до 1200 °С. Обладает тепло- и звукоизолирующими свойствами, высокой впитывающей способностью: способен впитать жидкости до 500% собственного веса. При этом слабо гигроскопичен (то есть слабо поглощает влагу из окружающего воздуха): влажность вермикулита при 100% влажности воздуха — около 10%. Биологически стоек: не подвержен разложению и гниению под действием микроорганизмов, не является благоприятной средой для насекомых и грызунов. Химически инертен: нейтрален к действию щелочей и кислот. Вермикулит является экологически чистым и стерильным материалом, не токсичен, не содержит тяжелых металлов. pH — 7.0, нейтральный. Вспученный вермикулит применяют в качестве теплоизоляционной засыпки при температуре изолируемых поверхностей до 900 °С, для изготовления теплоизоляционных изделий, а также в качестве заполнителя для Страница 72 из 73 легких бетонов и для приготовления штукатурных огнезащитных, теплоизоляционных и звукопоглощающих растворов (рис. 7.17). Рис. 7.17. Применение вермикулита вспученного в строительстве: 1 – Цементно-вермикулитовые плиты для перегородок; 2 – то же, для тепловой изоляции пола, перекрытий и покрытий; 3 – то же, для тепловой изоляции ограждающих конструкций Цементно-вермикулитовые плиты М300 используют для тепловой изоляции ограждающих конструкций гражданских и промышленных зданий и сооружений. Изготовляют их из вспученного вермикулита на вяжущем портландцементе. Цементно-вермикулитовые плиты имеют размеры 500х500х100 мм, небольшую теплопроводность — до 0,08 Вт/(м·°С), плотность до 300 кг/м3, предел прочности при сжатии 0,5 МПа. Технология производства плит состоит из смешения вспученного вермикулита с цементным молоком, формования плит прессованием с последующей их тепловой обработкой. Керамовермикулитовые плиты М350 применяют для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, горячих поверхностей печных и других тепловых агрегатов и оборудования Плиты выпускают размером 500х500х125 мм, плотностью 350 кг/м3, теплопроводностью до 0,08 Вт/(м·°С). Их можно использовать при температуре до 1200 °С. Производство плит состоит из смешения вспученного вермикулита со шликером, приготовленным из смеси огнеупорной глины и воды. Формовочная масса подается на ленточный пресс, а отформованные изделия направляются на сушку и обжиг. Страница 73 из 73