Строительство

Панельное и крупноблочное строительство промышленных и энергетических объектов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

а)  Пористые природные заполнители

В качестве природных пористых неорганических заполнителей применяются щебень, песок и мука из вулканических и осадочных горных пород, характеризующиеся значительной пористостью, небольшим объемным весом: и низкой теплопроводностью и не содержащие вредных примесей. К таким породам относятся: вулканические туфы и шлаки, пемза и« андезито-базальты, а также известняки-ракушечники, известковые туфы и некоторые-другие породы [Л. 33, 65].

На территории СССР известно более 400-месторождений пород, пригодных для производства пористых заполнителей. Особенностью распространения месторождений является их приуроченность к определенным; районам страны (областям вулканической, деятельности в Армянской ССР, на Северном Кавказе, в Приморском крае).

Вулканические   туфы   известно-; вые   туфы   и   известняк и-ракушечники  описаны в гл. 2  применительно  к  использованию     их    для     пиленых     стеновых блоков.

Вулканическая п ем з а — пористая порода пенистого или губчатого строения,, продукт выброса вулканов. Встречается в виде кусков остроугольной формы различных размеров — от крупности фракций муки и песка до 500 мм в поперечнике.

В Армянской ССР имеются значительные-месторождения  пемзы:  Анийское,  Пемзашен-ское, Лусаванское, Гюмушское, Джраберское^ Кармрашенское, Капанакское,  Горисское и др.

Различают два типа пемзы — анийскую и литоидную. Пемза анийского типа более легкая, обычно имеет пенистое, губчатое -строение; литоидная пемза — плотнее и прочнее, преимущественно струистого, волокнистого строения. Вредных для бетона примесей пемза обычно не содержит.

По величине кусков пемза разделяется на кусковую размерами в поперечнике 50 мм и выше, пемзовый орешек'—размерами от 5 до • 50 мм и пемзовый песок с зернами менее •5 мм. В месторождениях обычно основную массу составляет пемзовый орешек, кусковой пемзы находится немного.

Вулканические шлаки —пористая горная порода, по свойствам близкая к пемзе, но несколько более тяжелая.

Известно много месторождений вулканических шлаков. Только в Армении разведано 50 месторождений с запасами около 2 млрд. м3, как, например: Мастара — Кармрашен-ское, Аванское, Аринджское, Артикское, Си-сианское, Шенуайрское, Караунджское, Джер-мукское,  Шамирамское,  Мартунинское и др.

Различаются вулканические шлаки: пористые (кармрашенские)и более плотные (аван-ские). Физико-механические свойства вулканических шлаков приведены в табл. 5-13.

Известняки-ракушечники и известковые туфы по физико -механическим свойствам могут весьма отличаться, и некоторые разности имеют объемный вес в куске до 2 270 кг/м3 (см. данные, приведенные в гл. 2); поэтому известковые туфы и известняк-ракушечник нельзя относить без определенных ограничений к пористым заполнителям для легких бетонов, так как в большинстве случаев бетон на этом заполнителе имеет объемный вес более 1800 кг/м3 (2 200— 2 400 кг/м3).

Опоки — осадочные горные породы светло- и темно-серого цвета, состоящие из уплотненного мелкозернистого водного аморфного кремнезема, диатомитов и трепелов (до 97%) с незначительной примесью глины, песка и глауконита.

Опоки иногда обладают значительной твердостью и имеют объемный вес от 1 000 до 1850 кг/м3. Опоки, более легкие, обладают большим водопоглощением и при перемешивании бетонной смеси обезвоживают раствор. Отдельные сорта опок, довольно прочные в сухом виде, при увлажнении размокают и поэтому служить заполнителями бетона не могут.

Более плотные сорта опок, по объемному весу и прочности приближающиеся к кремнию, не размокают в' воде, но зато некоторые разновидности из иих, будучи чрезвычайно прочными во влажном состоянии, по высыхании 'растрескиваются и рассыпаются на мелкие лещадки.

В СССР известно 8 месторождений опок с общими учтенными запасами свыше 75 млн. м3, из них шесть на Украине и два в РСФСР — Саринское в Оренбургской обл. (запасами свыше 24 млн. мв) и Ялуниховское в Свердловской обл.

Map шалит — горная порода, содержащая 85—98% кристаллического кремнезема. Удельный вес маршалита 2,6. Объемный насыпной вес 1 200—1 300 кг/м3.

б) Пористые искусственные заполнители Шлаки, В последние годы в связи в переводом действующих крупных котельных на сжигание топлива в виде пыли, с повсеместным строительством сколь-нибудь крупных электростанций также с пылевидным сжиганием топлива и переводом железных дорог на электро- и тепловозную тягу ресурсы топливных шлаков (слоевого сжигания) резко сокращаются, а в ряде районов СССР практически они исчерпаны (если не считать шлаков от мелких котельных установок). Перспективными ресурсами шлаков, которые могут быть использованы широко в крупном строительстве, являются шлаки металлургических заводов. Однако для эффективного использования этих шлаков для изготовления стеновых элементов требуется их переработка в легкий заполнитель — шлаковую пемзу термозит. Районы использования шлаков ограничиваются транспортными возможностями. При соответствующих экономических обоснованиях применение этого материала сравнительно с местными, даже менее эффективными материалами, как правило, оказывается целесообразным. Однако это бесспорно только в пределах сравнительно ограниченного радиуса перевозок вокруг металлургических предприятий и при наличии там запасов (или достаточного поступления)  шлаков.

В качестве крупного пористого заполнителя применяется шлаковый щебень с крупностью зерен до 40 мм (ГОСТ 9760-61). Шлаковый щебень может изготовляться:

1)         из топливных кусковых шлаков   (в том числе газогенераторных);  от слоевого  сжигания    углей,    торфов,  горючих    сланцев   и  от пылевидного сжигания углей;

2)         из горелых пород;

3)         из     доменных     отвальных     кусковых шлаков.

В качетстве мелких заполнителей (песка) для легких бетонов применяются:

измельченные шлаки, перечисленные выше;

зола пылевидного и слоевого сжигания топлива;

гранулированные доменные шлаки.

Все перечисленные материалы могут также служить сырьем для изготовления легких искусственных заполнителей — аглопорита, шлаковой пемзы, зольного гравия.

Шлаки и золы от сжигания углей следует

разделять по виду сжигаемого угля на антра

цитовые, каменные, смешанные и от бурого

угля

Строгое нормирование химического состава топливных и доменных шлаков, используемых в качестве заполнителей для легких бетонов, как это делается в некоторых технических условиях [Л. 28], считаем недостаточно обоснованным. Обязательным ограничением в использовании шлаков являются показатели содержания несгоревшего угля, органических примесей и сернистых соединений исследуемых шлаков.

Большинство топливных шлаков и зол содержит в себе несгоревшее топливо, количество которого может быть значительным, достигая иногда до 30% и более по весу. Особенно много несгоревшего топлива содержат шлаки при слоевом сжигании топлива. Свежие шлаки от слоевого сжигания бурых или смешанных углей вообще не могут быть безопасно использованы без вторичной термической обработки (спекания) fJI. 45]. К основным недостаткам этих шлаков и бетонов на них относятся значительный объемный вес и резкие колебания в показателях прочности и особенно стойкости против воздействия атмосферных агентов.

Применяемые в качестве заполнителей топливные шлаки должны содержать несгоревшего угля ие более 20% (в зависимости от назначения бетона и сорта угля). Для уменьшения содержания угля и золы в кусковом шлаке иногда применяют его просев, имея в виду, что несгоревшие частицы топлива и золы имеют обычно крупность менее 5— 7 мм (ограничения количества несгоревшего топлива для песков — см. табл. 5-11).

Некоторые шлаки и золы содержат свободную известь и растворимые соли. При действии влаги эта известь гасится, увеличиваясь в объеме; при медленном гашении этот процесс может происходить в конструкции, вызывая внутренние напряжения, приводящие к появлению трещин, отколов и других нарушений структуры материала конструкций.

Для гашения извести и сокращения содержания солей и несгоревших горючих частиц топливные шлаки следует выдерживать в отвалах на воздухе до применения их для изготовления бетона.

'Шлак должен испытываться на распад, причем шлак признается негодным если потеря в весе при определении силикатного или железистого распада составляет более 5%. Методика этого испытания изложена в ГОСТ 9758-61.

Полностью избежать выцветов и разрушений бетона вследствие увеличения его объема при образовании гидросульфоалюмината кальция можно, когда содержание SO3 не превышает 1 %.

Топливным и отвальным шлакам присуща большая неоднородность зерен материала по пористости -и прочности. Большая неоднородность шлаков вызывает необходимость их обогащения при использовании в качестве заполнителей для легких бетонов.

Обогащение шлаков сравнительно сложно и сводится к следующим операциям: отсев мелочи, содержащей большую часть вредных для бетона примесей; отделение несгоревшего угля и наиболее тяжелых кусков; удаление вредных растворимых солей путем промывки или длительного вылеживания и дробление и фракционирование, которые обычно производятся после предварительной подсушки уже обогащенного шлака.

На строительствах и предприятиях, где нет установок для обогащения или спекания шлаков, указанные виды шлаков обычно применяются только для сборных элементов, воспринимающих незначительные нагрузки, как-то: стеновые блоки зданий небольшой высоты, перегородочные (ненесущие) плиты. Для армированных конструкций применять бетоны на топливных шлаках не рекомендуется.

Заметим, что окончательным критерием пригодности шлаков должны служить физико-технические .-. характеристики, получаемые в результате испытаний бетонов изготовленных с применением исследуемых шлаков.

: По нормам США в топливных шлаках от слоевого сжигания углей допускается горючих веществ (несго-ревших)   до  35%,  а-летучих веществ — до  5%.

В Англии и ряде других стран допускаемое содержание несгоревших веществ в топливных шлаках ограничивается в зависимости от характера легких бетонных элементов "и условий их работы. Так, английским стандартом допускается до 20% несгоревших частиц -в шлаке, идущем для бетона внутренних элементов, 30%—в случае работы этих элементов только в сухих условиях и 10%—для легкого бетона, идущего для общих целей [Л. 103].

Золы. Золы довольно широко применяются для изготовления ячеистых бетонов. Золы дифференцируются по исходному углю и способу удаления. Четких технических требований к золам, используемым в качестве мелкого заполнителя, для легких бетонов до настоящего времени не разработано.

Различные технические условия и инструкции [Л. 117, 28, 118, 40] устанавливали различные требования к химическому составу зол, идущих для изготовления легких бетонов, однако, несомненно, что требования, предъявляемые к химическому составу зол, могут быть заметно облегчены. Рекомендуем ориентироваться (до проведения лабораторных испытаний) на требования, предъявляемые к мелким заполнителям, служащим кремнеземистым компонентом по СНиП I-B. 1-62 (табл. 6-3).

Содержащиеся в золе Fe2O3 и АЬОз положительно влияют на прочность золосиликатов, однако решающим для прочности этих материалов является наличие в золе активного кремнезема (Л. 134]. Для автоклавной обработки предпочтительнее золы с большим содержанием кремнезема. А. Т. Баранов и Г. А. Бужевич [Л. 7] рекомендуют применять для золобетонов в зависимости от вида тепловой обработки золы, имеющие химический состав в пределах, приведенных в табл. 5-14,

Приведенные пределы химического состава могут служить только для предварительной оценки пригодности данной золы, окончательно устанавливаемой на основании испытаний  в производственных условиях.

Содержащиеся в золе несгоревшие частицы в зависимости от вида сжигаемого угля и особенностей его сжигания могут быть как углем, так и коксом или полукоксом, что существенно изменяет свойство несгоревших частиц. По мнению ряда исследователей, особенно опасным является не столько количество несгоревших частиц, сколько способность этих частиц к увеличению объема в присутствии влаги и окислению в присутствии воздуха и содержание в несгоревших частицах некоторых углей гуминовых кислот, разлагающе действующих на вяжущее. Отри-•дательно влияют на прочность зольных бетонов и содержащиеся в золе растворимые 'сернистые соединения.

Зерновой состав золы влияет на качество -золобетонов. При просеивании золы по данным инструкции [Л. 40] остатки не должны превышать: на сите № 02—3%, на сите № 008—15%.

Опытами установлено, что даже частичный (30—50%) помол золы повышает прочность золобетонов  и  золосиликатов  {Л.   134].

Влажность золы для золобетонов, приготовляемых в бетономешалках на сухих вяжущих, не должна превышать 30%, а для приготовляемых на бегунах—;20%.

При решении вопроса об источниках получения золы для организации производства стеновых панелей и блоков надо иметь в виду, что гидроудаление приводит к неравномерному отложению составляющих золы по зольному полю. С увеличением расстояния от места выхода пульпы увеличивается количество наиболее мелкой части золы.

Исследования показывают, что в большинстве случаев в первой трети зольного поля (от места сброса пульпы) сосредоточивается большое количество крупных и тяжелых частиц золы, преимущественно оплавленных и стекловидных. Помол такой золы обязателен. Зола в средней трети зольного поля в основ-.ном содержит незначительный процент кремнезема, и к такой золе желательно добавлять молотый или мелкий природный песок.

В последней трети откладывается наибольшее количество несгоревших частиц топлива, и эта зола не может применяться .непосредственно для изготовления золобетон-дых  изделий, в том  числе и ячеистых, но успешно может быть использована для изготовления зольного агломерата с применением его в качестве заполнителей для легких или ячеистых бетонов.

При использовании зол гидрозолоудаления необходимо их предварительно подсушивать до требуемой влажности. При назначении количества воды, идущей на приготовление бетонов, необходимо учитывать воду, находящуюся в золе.

Учитывая неравномерность химического состава и крупности золы по зольному полю (даже в пределах одной карты намыва), для изготовления всех видов сколько-нибудь ответственных изделей на базе золы рекомендуют применять золу-унос сухого отбора, а не золу гидрозолоудаления.

На производственных предприятиях, использующих золу электростанций для произ-водста золобетонных изделий и особенно изделий из ячеистого золобетона, производится предварительная обработка золы, которая в общем случае может заключаться в следующих операциях.

1.         Оттаивание    и     подогрев    влажной    золы    до температуры   не   менее   +5° С,   что   обычно   осуществляется   в   бункерах   с   помощью   паровых   регистров   и труб   (при  сухой  золе  оттаивание  и  подогрев  обычно не  производятся, .но  при  изготовлении  бетона  в  зимнее время охлажденная зола обычно  затворяется теплой водой).

2.         Усреднение золы,  что  особенно  важно  в  случае неустойчивого химического или зернового ее состава по времени или по источникам получения. Для усреднения золы может быть использовано несколько  приемов:

а)         перемешивание посредством  одновременной  по

дачи  через  шнек  золы из  нескольких   промежуточных

силосов  с загрузкой  смеси  в  один  из   производствен

ных  силосов;

б)         пневматическое     перемешивание     сухой     золы

внутри силоса с помощью сжатого воздуха;

в)         перемешивание   в   шлам-бассейнах    (применяет

ся   для   золы   гидрозолоудаления).   В   этих   бассейнах

иногда механическое перемешивание сочетается с пнев

матическим.

3.         Уменьшение     влажности      золы      производится в   редких   случаях,    так   как   фактическая    влажность обычно   учитывается   при   назначении   количества   воды во   время   приготовления   золобетона.    При    необходимости уменьшения влажности проводится или выдержка золы летом в штабелях, или подсушка золы в сушильных барабанах.

4.         Отделение     золы    от    шлака    и    несгоревшего топлива   производится   с   помощью   различных   систем виброгрохотов  и  сит,  реже  с  помощью центробежных сепараторов.

5. Извлечение случайных включений металла осуществляется обычно с помощью магнитных сепараторов которые  устанавливаются   на   транспортерах.

7. Нейтрализация свободной извести и серы в золе производится  следующими  приемами:

выдержкой золы в отвалах в течение длительного срока   (обычно   вне  завода);   золу,  способную   вызвать вспучивание бетона, выдерживают от 1 до 3 мес,

с обязательной поливкой водой в течение первых семи

дней; увлажнением золы водой или, лучше, известко

вым молоком из расчета 1 кг извести на 20 л воды для

нейтрализации свободной серы и смешиванием золы

с молотой известью-кипелкой из расчета 50—60 кг на

1 мг/золы.      -

Необходимо подчеркнуть, что все приведенные выше требования к золе служат для предварительной, ориентировочной оценки, и только испытания материала, изготовляемого из данной золы в производственных условиях (менее достоверно — в лабораторных), позволяют надежно установить пригодность ее для запроектированных изделий и назначить действительно необходимые приемы «облагораживания» золы. При этом нужно учитывать, что все виды обработки золы существенно осложняют технологический процесс и повышают стоимость изделий. Поэтому те или иные приемы этой обработки должны быть назначены только после убедительных опытов, устанавливающих непригодность необработанной золы и необходимые способы ее обработки.

Шлаковая пемза. Шлаковая пемза (т е р-м о з и т) — кусковой пористый материал, получаемый путем быстрого охлаждения огненно-жидких шлаков, вызывающего их вспучивание. Для производства шлаковой пемзы могут быть использованы шлаки черной и цветной металлургии.

Шлаковая пемза должна соответствовать техническим требованиям ГОСТ 9760-61.

В зависимости от объемного насыпного веса термозитовый щебень разделяется на марки 400, 600 и 800.

Предел прочности при сжатии щебня должен быть не менее 4, 10 и 20 кГ/см2 для марок  (соответственно)  400, 600 и 800.

Песок и щебень не должны содержать посторонних примесей. Щебень должен быть устойчив против силикатного распада.

В табл. 5-16 приведены характеристики шлаковой пемзы трех заводов СССР [Л. 138].

По данным ГДР, самые легкие сорта шлаковой пемзы могут иметь объемный насыпной вес 300 кг/м3, а наиболее тяжелые — 750 кг/м3 {Л. 103].

При производстве заполнителей из шлаковой пемзы серьезным вопросом является фракционирование -песка, получаемого в результате дробления. Грохочение легких песков малопроизводительно и дает недостаточную точность фракционирования при большом износе   сит. ВНИИНСМ   создан   классификатор, в котором разделение песка производится продуванием воздуха через слой песка с определенной скоростью. Такой классификатор обеспечивает обеспыливание песка, т. е. удаление фракций меньше 0,15 мм и выделение заданных фракций с точностью 80—90%.

Шлаковая пемза в отличие от топливного шлака почти не содержит серы, несгоревшего угля и других органических примесей, вредных для 'бетона.

Получение этого качественного и сравнительно дешевого заполнителя для легких бетонов непосредственно при металлургических заводах значительно упростит процесс их производства. На металлургических заводах в СССР работают установки различных систем (бассейновые, на центробежных машинах, струйные и др.) для производства шлаковой пемзы, получаемой вспучиванием огненно-жидких шлаков [Л. 75].

В 1960 г. в Челябинске состоялась Всесоюзная конференция по шлакопереработке, на которой было установлено, что из практикуемых   методов   вспучивания   расплавленных

металлургических шлаков лучшими являются бассейновые (и прежде всего с опрокидными бассейнами) и с применением центробежных машин.

Недостатком производства шлаковой пемзы является получение неустойчивых показателей насыпного объемного веса для одинаковых зерновых составов.

Зависимость между объемным весом шлаковой пемзы в куске и ее насыпным объемным    весом    представлена на     5-1.

Характеристики шлаковой пемзы, получаемой на различных установках для двух видов исходного шлака, приведены в табл. 5-17 [Л. 75, 36 и 97].

Аглопорит. Аглопорит — кусковой пористый материал, получаемый спеканием при обжиге до температуры 1200—1 500° С глинистых пород (глины, суглинки, супеси, сланцы и т. п.), отходов предприятий по добыче и обогащению угля, котельных шлаков, зол электростанций или их смесей.

Аглопорит — неоднородный материал. Показатели его свойств изменяются в широких пределах: удельный вес около 2,7 г/см3, объемный вес в куске 700—1 600 кг/ж3, объемный насыпной вес отдельных фракций щебня 350—800 и песка 550—1 100 кг/м3, прочность щебня 10—70 кГ/см2, объем межзерновых пустот щебня 55—65%, морозостойкость— около 50 циклов замораживания и оттаивания, потеря при прокаливании 0,4—1,0% и содержание сернистых соединений в пересчете на SO3 — 0,2—0,5%. Заполнители из аглопо-рита— щебень и песок — имеют угловатую форму и открытые поры, что является причи-

ной большей жесткости смесей легких бетонов по сравнению со смесями, изготовляемыми на заполнителях окатанной формы и с закрытой пористостью  (керамзит).

Аглопорит должен соответствовать требованиям  ГОСТ  11991-66.

Для спекания аглотюрита применяются агломерационные решетки либо периодического действия—'агломерационные чаши, либо непрерывного действия — агломерационные ленты.

Агломерационные ленты работают в весьма тяжелых условиях, подвергаясь периодическому (в течение 0,5—2 ч) нагреванию до 1500—1600° С и охлаждению до 50—20° С, однако они позволяют организовать поточное механизированное производство.

Основные операции по получению аглопорита сводятся к следующему: исходное сырье подвергается дроблению и рассеву и смешивается с водой и топливом (в отдельных случаях для зол и шлаков введение топлива не требуется); золы и некоторые виды глин после перемешивания гранулируются; подготовленная шихта загружается на колосники агломерационной решетки слоем около 30 см и зажигается; одновременно зпод колосниками решетки создается разрежение для прососа воздуха через слой шихты; процесс спекания шихты продолжается в течение от 15 до 40 мин (в зависимости от вида сырья); в результате спекания получаются крупные глыбы пористого материала, подвергающиеся дроблению и сортировке.

Дробление аглопоритового спека произво-.дится обычно в два приема: первичное дробление до кусков размером 80—150 мм и вторичное— до    40    мм;   при    дроблении   выход песка    составляет   около    15%   [Л.   55],   при дроблении   аглопоритового   спека   на   щебень •размером   5—20 мм выход   песка составляет до 30% [Л. 84]..

 В настоящее время отечественными специалистами созданы надежные агломерационные решетки и разработаны проекты установок по производству аглопорита производительностью от 20 до 200 тыс. м3/год, а также технические условия и инструкции по производству аглопорита (ВНИИНСМ) [Л. 4]. Необходимо отметить сравнительную сложность агломерационной установки и необходимость тщательной разработки режимов ее эксплуатации для различного вида сырья.

Исследования [Л. 93] показали, что наличие в аглопорите до 20% неспекшихся зерен не снижает прочности аглопоритобетона, при этом не допускается наличие глинистых включений.

Характеристики аглопоритов, выпускаемых я а девяти заводах СССР '[Л. 138], приведены в табл. 5-18.

Ниже приведены некоторые данные об условиях изготовления, составах и свойствах аглопорита, получаемого в производственных условиях    и   в   экспериментальной   практике.

Гранулированная шихта ковшовым элеватором подается на ленту агломерационной машины длиной 25 м, разравнивается плужковым скребком слоем толщиной 270 мм и разжигается двухфорсуночным горном, работающим на жидком топливе. Температура розжига 1100—1 300° С при разрежении в вакуум-камерах 50—100 мм вод. ст. Скорость движения ленты 0,5—4,5 м/мин. Куски аглопоритового спека дробятся на зубчатых дробилках первичного и вторичного  дробления.

Аглопорит имеет показатели, приведенные в табл.  5-18.

Зерновой состав аглопорита после дробления (%): 0—5 мм— 13,7;- 5—10 мм — 25,2; 10—20 мм — 29,8; 20—40 мм — 25,5 и крупнее 40 мм — 5,8 [Л. 55].

2.         Цех   аглопорита    на   кирпичном   заводе   Л"°   2

в Минске первоначально был оборудован спекательной

машиной   карусельного   типа   с   восемью   чашами,   но

после  опытной  эксплуатации,  выявившей  ненадежность

ее    работы,    она    была    демонтирована    и    заменена

в     1961     г.     ленточной     агломерационной     машиной.

Состав   шихты    (в    процентах   по    весу):    глины — 88,

угля — 8,   опилок — 4;   с   целью   утилизации   отходов и

разувлажнения    шихты    к    общей    массе    добавляется

15% недожога; добавляемый в шихту уголь измельчает

ся,  причем зерна  должны  быть  не крупнее 3 мм.

Шихта гранулируется ленточным кирпичеделатель-ным прессом — размер гранул до 20 мм; влажность шихты 16—18%. Толщина слоя шихты от 290 до 350 мм. Температура факела при розжиге шихты не менее 1 260° С. Скорость движения ленты агломерационной  машины — 0,32 м/мин.

На 1 Л13 аглопорита расходуется: глины — 1 200 кг; угля АШ — 100 кг; опилок —20 кг, солярового масла (на розжиг) — 12—15 кг.

С агломерационной ленты куски спека падают на вибрационную решетку, на которой происходит частичное дробление материала и отсев недожженных гранул, после чего куски спека подвергаются двухстадийному дроблению   в   одновалковых   дробилках.

Характеристика аглопорита приведена в табл. 5-18.

3.         В  1962 г.  на Белостолбовском  сезонном кирпич

ном  заводе  пущен  цех  аглопоритового  щебня  годовой

производительностью 90 тыс. ж3.

Для организации производства аглопорита использованы имевшиеся на кирпичном заводе: карьер глины, массозаготовительное и шихтовочное отделения, все коммуникации и службы; спекательная машина установлена в перестроенном здании формовочного отделения.

Реконструкция кирпичного завода вместо строительства специальной установки такой же мощности позволила сократить капитальные затраты с 650- до 355 тыс. руб и сроки строительства с 18 до 5 мес. Шихта составляется из 86% глины, 11% угля и 3% опилок, увлажняется до 18%; к шихте добавляется 20% недожога. Шихта гранулируется барабанным гранулятором, которым гранулы отбрасываются в бункер над спекательной машиной и под влиянием собственного веса опускаются на ленту агломерационной машины, на которой при помощи шибера укладываются слоем 250—300 мм. Розжиг шихты производится в гор- . не с двумя горелками для жидкого топлива. Температура  розжига  около   1050° С.

 Скорость движения ленты 0,4 — 0,5 м/мин. Спекшийся материал падает- на виброгрохот, где отделяется недожог, и затем подвергается двухстадийному дроблению и рассеву.

Завод выпускает щебень размером 5—20 мм с объемным насыпным весом 550 кг/ж3 и песок размером до 5 мм с объемным насыпным весом 800 кг/.«3.

4. Донецкий научно-исследовательский институт совместно с заводом «Стройдеталь» треста Донецкжил-строй № 1 выполняли в производственных условиях опытные работы по получению аглопорита из зол Кураховской  ГРЭС и Ясиновской ТЭЦ.

Опытами установлено, что золы, содержащие 10—46% яесгоревших частиц, пригодны для производства аглопорита без введения в шихту дополнительного топлива или отощающих добавок; определены следующие оптимальные составы шихты и технологические параметры ее спекания: влажность шихты 28—30%; количество возврата (аглопорит 5—20 мм) 20—25% от объема шихты; содержание топлива в шихте 10— 15%; содержание ССБ (от веса золы в сухом состоянии) 5%; высота спекаемого слоя 250 мм; продолжительность спекания 25 мин; выход продуктов спекания от веса загруженной шихты 70%.

Получен аглопорит мелкопористой структуры, выдерживающий 25 циклов замораживания и оттаивания, стойкий при испытании в автоклаве при давлении 2 ат и имеющий водопоглощение 50—57% при насыпном объемном весе 400 кг/ж3.

Объемный насыпной вес дробленого аглопорита фракции: 20—40 мм — 250; 40—20 мм — 300; 5— 10 мм — 390; 1,2—5 мм— 500 и менее 1,2 мм — 600 кг/м3. Выход песка при дроблении щебня 20— 25%   [Л.  28].

5.         В  лаборатории  кафедры  строительных  материалов   и   специальных  технологий   Новосибирского   строительного    института,    а    также    на    агломерационной установке   с чашей   периодического  действия на  Новосибирском  заводе железобетонных  изделий  №  4  получен    аглопорит   из    гранулированных   зол-уноса    Новосибирской   ТЭЦ   в   смеси   с   легкоплавкими   местными глинами. При этом применялся следующий оптимальный состав шихты, для аглопорита: золы-уноса ТЭЦ — 80%, глина   кирпичная  легкоплавкая — 20%.   К   массе   в   отдельных  случаях добавляли  2%'  опилок.   Оптимальная влажность шихты при грануляции 32—34%'.   Объемный насыпной вес этого  аглопорита составил '650 кг/м3 при прочности 90 кГ/см2 [Л. 29].

6.         Ростовским   НИИ   по   строительству   была   изучена   технология   изготовления   аглопорита   из   пустых шахтных   пород   Донецкого   угольного    бассейна.   Эти породы содержат до 20%   угля и являются,  несомненно,    перспективными    для    изготовления     аглопорита. Исследования   позволили   сделать   следующие   выводы.

Оптимальное содержание в шихте опилок — 8%; угля — 9%. Увеличение количества угля приводит к снижению прочности аглопорита при незначительном уменьшении его объемного  веса.

Лучшие результаты были получены при предельных крупностях исходной породы — 5, опилок — 5 и угля — 2,5 мм.

Физико-механические свойства аглопорита из шахтных пород при оптимальном составе шихты:

насыпной объемный вес фракций (кг/м3): 10— 20 мм — 390 (366—405); 5—10 мм — 450 (420—474); 0—5 мм — 720   (660—760);

средняя прочность при сдавливании в цилиндре зерен крупностью 5—10 мм — 28 кГ/см7-

Установлено, что лессовидные грунты для использования в аглопоритовой шихте должны быть размолоты :на бегунах до крупности с остатком 18—20% на сите 0,15 мм; предельная крупность угля и опилок должна быть 2,5 мм. Оптимальные составы шихты для различных лессовидных грунтов 'Приведены з табл. 5-19. Объемный вес и пористость материала зависят от соотношения количества угля и опилок, вводимых в шихту (табл. 5-20).

Предел прочности при сжатии аглопоритового щебня, полученный из лессовых грунтов Узбекской ССР, составляет 23—29 кГ/см2, а при особо крупных лорах он снижается до 12—16 кГ/см2.

Этот материал характеризуется более открытой пористостью, :и его водопоглощение через 24 ч составляет 30—34% .[Л. 95].

8.         Свердловским    научно-исследовательским    инсти

тутом по строительству <проведены исследования высо

копрочных аглопорит-ов, изготовленных из зол пылевид

ного сжигания  экибастузских,  челябинских  и богослов

ских углей. Аглопорит изготовлялся по технологии, раз

работанной институтом Уралмеханобр. При этой технологии зерна аглопорита яе спекаются и получаются достаточно правильной сферической формы и большой прочности. Свойства этого аглопорита характеризуются приближенными данными, приведенными в табл 5-21 [Л. 81].

9. За рубежом производство аглопорита развито широко. На большинстве зарубежных установок по агломерации глин технологический процесс полностью автоматизирован [Л. 80]. По данным США [Л. 81], несмотря на большие единовременные капитальные затраты для производства аглопорита из глинистых материалов сравнительно с затратами на получение керамзита во вращающихся печах, стоимость агломерационного материала почти вдвое ниже, чем кера;мзита. В Англии в промышленных масштабах применяется спекание золы-уноса на агломерационных лентах. При. этом получают пористые заполнители для легких бетонов с объемным весом 800—1 000 кг/м3" [Л.   103].

По данным ГДР {Л. 58], объемные веса в сухом-состоянии (кг/ж3) пористого заполнителя, полученного-путем  агломерации различных  материалов, составляют:

Зола-унос                  450

Вспученная глина    .   .   .               470

Битуминозный сланец                    490

Зола-унос и обломки разрушенных строений      550

Отходы   угольных   обогатительных   фабрик

чистые и с добавкой шлака             600—720

Топливные    шлаки   чистые   и   с   добавкой

шлака              600—750

Спекшиеся обломки •          600—900

Керамзит. Керамзит представляет собой легкий искусственный пористый материал, получаемый вспучиванием легкоплавких глинистых пород путем их обжига. Это один из «аиболее эффективных заполнителей для легких бетонов, имеющий пористую структуру и оплавленную плотную поверхность. Равномерная мелкопористая структура внутренней части зерна керамзита  (пористость до 70% и величина пор около 1 мм) обеспечивает хорошие теплозащитные и звукоизоляционные свойства керамзита и бетона на его основе.

По форме и характеру поверхности зерна керамзит можно разделить на гравий, имеющий округлую (или редко угловатую) форму и оплавленную поверхность, и щебень, имеющий угловатую неправильную форму и сильно шероховатую, с открытыми порами, ноздреватую поверхность.

По объемному насыпному весу керамзит подразделяется я а 12 марок; по прочности— на два класса А и Б (табл. 5-22).

В зависимости от класса гравия прочность зерен определенных фракций керамзита при сдавливании в цилиндре по ГОСТ 9758-61 должна быть не менее указанной в табл. 5-22.

Керамзитовый гравий должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания в воде с потерей в весе при этом не более 8%. При кипячении в воде потеря в весе зерен керамзитового гравия из-за включений извести, высокого содержания окиси магния, недожога и других причин не должна превышать 5%. Так называемый коэффициент формы — отношение наибольшего размера зерна к наименьшему — не должен быть более 1,5, так как при Кф = 2 прочность керамзитобетона на этом заполнителе снижается на 27 %!, а при Л'ф = 2,5— на 34%.   Поэтому  количество  отдельных  гранул с коэффициентом формы зерен 2,5 не должно превышать 20%-

Водопоглощение керамзитового гравия (по весу) в течение 1 ч должно быть не более 25%! для гравия марок до 400 включительно, не более 20% для гравия марок от 450 до 600 включительно и не более 15% для гравия марок 700 и 800.

фракции керамзита менее 5 мм независимо от способа получения относятся к песку и по крупности зерен разделяются   на:

рядовой с размерами зерен до 5 мм: мелкий с размерами зерен менее 1,2 мм; крупный с размерами зерен от 1,2 до 5 мм.

В табл. 5-23 приведены основные характеристики керамзитового гравия нескольких заводов.

При производстве керамзитового гравия получается незначительное количество зерен менее 5 мм. Для получения керамзитового песка обычно производят дробление керамзитового гравия фракций крупнее 40 мм на молотковых или валковых дробилках с рифлеными валками.

Необходимо иметь в виду, что- керамзитовый песок, получаемый дроблением, обладает большой адсорбцией по отношению к воде и вяжущему. С другой стороны, получение керамзитового песка обжигом сырья в двух барабанных печах, а также в кипящем слое технологически сложно при сравнительно большой стоимости продукции.

Для производства керамзита используются глинистые породы, обладающие способностью вспучивания при обжиге. Степень вспучиваемости сырья определяется коэффициентом вспучивания АВСШ выражающим отношение объема вспученного образца V2 к объему сырца (гранулы) V\, высушенного до постоянного веса.

Сырье для производства керамзита должно удовлетворять следующим требованиям:

а)         иметь    коэффициент    вспучивания    не

менее 1,6;

б)         максимальная    температура    вспучива

ния не должна превышать 1250° С;

в)         предел  температурного интервала, при

котором   получается   керамзит   с   объемным

весом   0,95   г/сж3   (в   куске)    и   оплавленной

поверхностью гранул, так называемый интер

вал вспучивания, не должен быть менее 50° С;

г)         содержание   в керамзите   частиц   вели

чиной 0,005 мм и менее не должно быть менее

20%.

Содержание органических веществ в глинистых породах повышает способность глин вспучиваться; желательно их содержание в пределах 1—2%!. При недостатке в сырье железистых и органических соединений они вводятся в сырье искусственно в виде добавок. Наиболее хорошо вспучиваются глинистые породы морского, озерного и озерно-болотного происхождения.

Как показывают технико-зкономические исследования эффективности производства и применения керамзита, себестоимость керамзитового гравия повышается с увеличением его объемного насыпного веса.

Стоимость 1 м3 панельной стены из керам-зитобетона резко возрастает при увеличении объемного веса керамзита и соответственно керамзитобетона. На  5-2 приведен график этой зависимости [Л. 83].

В ряде случаев оказывается более целесообразным транспортировать легкий керамзит или легко вспучивающуюся глину для его производства на сравнительно большие расстояния, чем использовать для производства керамзита местную глину, дающую более тяжелый керамзит и соответственно керам-зитобетон. Например, по данным [Л. 83] выгоднее   заплатить   3—5   руб.  за   перевозку 1 т глины с ^Bcn=5-^6, чем применять для производства керамзита местную глину с /СВСп=2-^2,5. Для одного из подмосковных заводов подсчитано, что керамзит с насыпным весом 350 кг/ж3, завозимый на 300 км по железной дороге, оказался в 1,6 раза дешевле, чем керамзит с насыпным весом 600 кг\мъ из местных глин. Стоимость же панелей была соответственно  дешевле   в   1,85 раза [Л. 54].

Процесс изготовления керамзита состоит из следующих основных операций:

добычи глинистого сырья, складирования и доставки к месту производства;

переработки сырья и приготовления исходного полуфабриката-сырца;

подсушки и обжига гранул и охлаждения керамзита;

сортировки и в случае надобности домола; складирования и выдачи готового продукта.

Учитывая, что керамзит производится на установках заводского характера и технология всех процессов подробно описана во многих литературных источниках, мы не приводим здесь описание этого распространенного в настоящее время производства. Отметим только, что при обжиге используется жидкое, газообразное и пылеугольное топливо.

Охлаждение керамзита производится во вращающемся барабане или на пластинчатом холодильнике, через которые продувается воздух, а иногда подаются распыленные струи воды. Режим охлаждения оказывает большое влияние на строительные качества керамзита: прочность, устойчивость во времени и водо-поглощение.

Вспучиваемость глинистой породы можно улучшить в некоторых случаях путем введения в шихту одной из следующих добавок (%' по весу):

Древесные опилки   От 2 до 4

Уголь каменный       От 1 до 2

Торф мелкий  От 1,5 до  3

Руда железная пылевидная .   . От 2 до 4

Глина охристая         От 6 до 15

Глина огнеупорная   От 10 до 20

Мазут  От 1 до 2

Добавки повышают вспучиваемость только до определенного предела, после которого увеличение их содержания не повышает вспучиваемость глины и ухудшает свойства керамзита, его структуру и прочность.

Американские специалисты рекомендуют при производстве керамзита из вспучивающихся сланцев смачивать заполнитель в конце процесса его изготовления. При этом вспученные сланцы поглощают 4% воды, а керамзит—12%, что достаточно для обеспече-

ния благоприятных условий его использования: заполнитель не пылит и удобен в работе, устраняется рас-слаиваемость при транспортировании и предварительное увлажнение заполнителя перед загрузкой в смеситель [Л.  72].

Зольный гравий. Институтом НИИОМТП, в дальнейшем НИИЖБ разработана и совместно с Ново-Каширским заводом железобетонных изделий в опытном порядке осваивается технология производства зольного гравия, получаемого из золы-уноса теплоэлектростанций путем полусухого гранулирования на тарельчатом грануляторе и последующего спекания во вращающейся печи (прямоточного действия)  при 1200—1250° С.

Водопоглощение составляет не более 15%!. Механическая прочность гравия от 35 до 150 кГ/см2. После 25 циклов замораживания и оттаивания снижения прочности гравия не отмечается.

В этом гравии содержатся песчаные фракции в количестве от 7 до 10 мм до 15%, фракций 10—20 мм— 46% и 20—40 мм — 45% (по весу) при незначительном содержании фракций больше 40 мм.

В Англии также практикуется изготовление легкого заполнителя (в виде гранул) из агломерированных зол электростанций.

Вспученный перлит. Вспученный перлит — пористый материал, получающийся при нагревании некоторых изверженных кремнеземистых горных пород (перлитов, обсидианов, витрофиров, пехштейнов, плотных пемз, туфов и др.), содержащих растворенную в твердой стекловидной массе воду, которая при нагревании вспучивает размягченную массу.

В настоящее время разведаны и частично используются крупные месторождения перлита в Армении (Арагацкое, Фонтанское), Грузии (Ахалцихское), Прикарпатье, Иркутской и Читинской областях, Бурятской АССР и Приморье. По данным [Л. 136], высокая вспучиваемость и малый объемный вес перлита делают рентабельной перевозку перлитового сырья на расстояние до 2 тыс. км, а в практике США это сырье перевозится на расстояние до 3,5 тыс. км.

Вспученный перлит (ГОСТ 10832-64) в зависимости от размера зерен делится на фракции:

песок мелкий — до 1,2 мм; песок крупный —. от 1,2 до 5 мм: щебень мелкий — от 5 до 10 мм; щебень крупный — от 10 до 20 мм.

Физико-механические показатели вспученного перлита должны соответствовать данным табл. 5-24.

Практикой производства вспученных пер-литов в СССР в последние годы установлено, что перлиты ряда месторождений, к числу которых относятся Закавказские и Закарпатские, хорошо вспучиваются при одностадийной обработке, а других месторождений (в Бурятской АССР, Читинской обл., Приморском крае) —нуждаются в двухстадийном обжиге: первоначально при температуре 250— 450° С удаляется часть воды и затем при температуре 1000—1250° С происходит вспучивание перлита.

Процесс производства перлитового песка или щебня состоит из дробления сырой породы, сортировки ее по фракциям, термообработки, обжига и рассева   полученного   материала. Для обжига перлитового щебня, как правило, применяют вращающиеся печи. Для обжига перлитового песка могут использоваться более простые шахтные печи. Большая скорость процесса вспучивания обеспечивает большую производительность установки при малогабаритных печах [Л. 13].

Во многих районах Забайкалья широко используется перлит Мухор-Талинского месторождения для приготовления качественных стеновых перлитокерамзитовых стеновых панелей и блоков.

Приготовление вспученного перлита производится по  следующей  схеме   (  5-3):

1.         Породу   вагонеткой   подают   в   щековую   камнедробилку.

2.         Из  дробилки  элеватор   переправляет  измельченную породу в цилиндрическую сортировку с отверстиями 3,7 и 40 мм, где порода распределяется по фракциям в   три   бункера.   Крупные   куски   по   лотку   самотеком возвращаются   в   дробилку   для   повторного   измельчения.

3.         Из   бункеров  тарельчатый   питатель   равномерно подает   перлит   через   элеватор   в   печь   для   подсушки. Диаметр печи 75 см, длина 6 м. Печь вращается через редуктор электродвигателем мощностью 7 кв. Скорость вращения   0,5—3   об/мин.   Высокую   температуру   поддерживает факел пламени дизельного топлива, направленный   вдоль   оси   печи.   Форсунка   низкого   давления помещена    в    неподвижную    камеру    из    огнеупорного кирпича.  Печь работает по принципу противотока.  Горелка расположена в нижнем конце печи.

4.         Перлит  загружают  сверху   и   он  движется   навстречу горячим  газам,   теряя  при   этом  гигроскопическую  и  частично  химически  связанную  воду.  Температура  регулируется   подачей  топлива  в  форсунку.   Для замера температуры  в торце печи  со  стороны  загрузки материала установлена термопара.

5.         Подсушенный     перлит     по     лотку     самотеком поступает во  вращающуюся  печь обжига.  Ее  стальной барабан   футерован   огнеупорным   кирпичом  по   трехслойной    асбестовой     прокладке.    Длина    печи    4    м, диаметр    0,9    ж.    Печь    вращается    электродвигателем мощностью   11   кет.

6.         Наклон   печи   при   помощи   винтовых   домкратов может  быть  изменен  от  2  до   6°  к  горизонту,   сырье загружают с верхнего конца. Некоторая часть перлита вспучивается  очень  быстро  и  уносится  горячими  газами в циклон. Более тяжелые частицы продвигаются по печи благодаря ее вращению и под действием высокой температуры вспучиваются.

Коэффициент вспучивания

7.         Оптимальная   температура   вспучивания   зависит ■от размера частиц и колеблется в пределах от 1 050 до 1 150°   (нижний   предел  относится  к  мелкой   фракции, а верхний — к крупной).

8.         В .загрузочном конце печи установлена форсунка низкого  давления.   Регулируя  подачу  топлива,   можно •соответственно   повышать  или   понижать  температуру. Печь работает по принципу прямотока. Факел направляется на стенку   печи,  а  не вдоль ее оси.   При этом очень  важно   максимально   приблизить  зону  вспучивания к загрузочному концу.

9.         Вспученный перлит из печи поступает в приемную   течку   пневмотранспортера,   подхватывается   воздушным  потоком и увлекается в бункер  готовой продукции.   Особо   легкая   перлитовая   пыль   осаждается в циклонах.

10.       Коэффициент  вспучивания   перлита   зависит   от

крупности обжигаемых зерен и характеризуется пока

зателями, приведенными в табл. 5-25.

По данным Закавказметаллургстроя, перлиты Ахалцихского месторождения имеют зерновой состав: фракции 10 мм—1,6; 10—5 мм— 3,7; 5—12 мм — 51,1; 1,2—0,15 мм— 14,2 и мельче 0,15 жж —2,4%. В процессе производства вспученного перлита в материале образуется значительное количество фракций и мельче 0,15 мм, которые отсеиваются и используются как добавка-наполнитель. Объемные насыпные ве-•са — перлитового песка — 257 кг/ж3, а перлита фракции менее 0,15 мм— 273 кг/ж3.

Работами института Теплопроект установлено, что легкий песок может быть получен из перлита с размером зерен до 3 мм путем обжига (без предварительной термообработки) во взвешенном состоянии при температуре 1 150—1200° С.

Показатели вспученного перлита различных фракций некоторых месторождений приведены в табл. 5-26.

Характеристика перлита производства Иркутского завода приведена в табл. 5-27.

Испытание перлитового щебня по ГОСТ 9758-61 показало, что он относится к категории особо легких заполнителей, морозостоек, устойчив против силикатного распада и щело-честоек. Исследованиями вспученного перлита различных месторождений установлено, что предел прочности при сжатии вспученного перлита каждого месторождения, определяемый сдавливанием зерен в стальном цилиндре, находится в линейной зависимости от его объемного насыпного веса; увеличение объемного веса на 1О0 кг/м3 приводит к увеличению предела прочности при сжатии на 8—10 кГ/см2.

Характеристика вспученного обсидиана приведена в табл. 5-28.

Вспученный вермикулит получается из вермикулита— вторичного минерала из группы гидрослюд, содержащего до 10 %: воды (в том числе химически связанной). При нагревании вода, превращаясь в пар, раздвигает отдельные листочки, из которых состоит вермикулит.

Увеличение объема вермикулита начинается при 160—200° С, а максимальное вспучивание происходит при 1000—1100° С, при этом объем его увеличивается в 20—30 и даже 40 раз.

В СССР разведаны месторождения вермикулита на Урале (Булдымское и Семь ключей), на Кольском полуострове (Ковдорское), в Приморском крае у оз. Ханка, в Якутской АССР, в Красноярском крае и др.

Следует иметь в виду, что бетон, изготовленный на плохо вспученном вермикулите, склонен разрушаться.

Вспученный вермикулит, применяемый в качестве заполнителя для мелких бетонов (ГОСТ 12865-67), в зависимости от размера зерен делится на следующие фракции:

крупный — с размером зерен от 5 до 10 мм; средний — с размером зерен от 0,6 до 5 мм; мелкий — с размером зерен до 0,6 мм.

Требования, предъявляемые к вспученному вермикулиту (ГОСТ 12865-67), приведены в табл. 5-29.

По данным Клюге:[Л. 58], зерна вспученного вермикулита имеют размеры от пылинок до 30 мм. Объемный вес в куске 350 кг/м3; насыпной вес 160 кг/м?, водопоглощение 128,5% по весу; предел прочности при сжатии после погружения цилиндра на глубину 2,5  см — 0,77 кГ/см2,  а на  глубину  5  см — 2,7 кГ/см2.

Во французской практике вермикулит обжигается при температуре 700—800° С.

В практике США вспученный вермикулит получают из природного вермикулита, раздробленного, просеянного и высушенного при температуре 260° С обжигом в течение 5 мин при температуре 870—1 000° С в шахтных печах (отапливаемых нефтью или газом). Объемный насыпной вес вермикулитовой породы примерно 1 900 кг/м3, а после обжига объемный вес вспученного вермикулита составляет от 60 до  160 кг/м3 [Л.  103].

В США вспученный вермикулит применяется только для теплоизоляционных  бетонов [Л.   103].