Використання керамзиту у будівництві

Керамзит є легким пористим матеріалом комірчастої будови у вигляді гравію, рідше у вигляді щебеня, одержуваний при випаленні легкоплавких глинистих порід, здатних усукувати при швидкому нагріванні їх до температури 1050 - 1300 З протягом 25-45 мін.

Якість керамзитового гравію або керамзит характеризується розміром його зерен, об'ємною вагою і міцністю. Залежно від розміру зерен керамзитовий гравій або керамзит ділить на наступні фракції: 5 - 10, 10 - 20 і 20 - 40 мм, зерна менше 5 мм відносять до керамзитового піску. Залежно від об'ємної насипної ваги (в кг/м3) гравій ділять на марки від 150 до 800. Водопоглинання керамзитового гравію 8-20 %, морозостійкість повинна бути не менше 25 циклів. Керамзит застосовують як пористий заповнювач для легких бетонів, а також як теплоізоляційний матеріал у вигляді засипок.

Керамзитовий гравій або керамзит -- частинки округлої форми з оплавленою поверхнею і порами всередині. Керамзит одержують головним чином у вигляді керамзитового гравію. Зерна керамзиту його мають округлу форму. Структура пориста, комірчаста. На поверхні його часто є більш щільна скориночка. Колір керамзитового гравію або керамзиту звичайно темно-бурий, в зламі -- майже чорний. Його одержують спучуванням при випаленні легкоплавких глин в обертаючих печах. Такий гравій з розмірами зерен 5 - 40 мм морозостійкий, вогнестійкий, не вбирає воду і не містить шкідливих для цементу домішок. Керамзитовий гравій використовують як заповнювач при виготовленні легкобетонних конструкцій.

Керамзитовий щебінь -- заповнювач для легких бетонів довільної форми, переважний незграбною з розмірами зерен від 5 до 40 мм, одержуваний шляхом дроблення крупних шматків спученої маси керамзиту.

Деякі глини при випаленні спучуються. Наприклад, при виробництві глиняної цеглини один з видів браку -- пережиг -- іноді супроводжується спучуванням. Це явище використано для отримання з глин пористого матеріалу -- керамзиту.

Спучування глини при випаленні пов'язано з двома процесами: газовиділенням і переходом глини в піропластичний стан.

Джерелами газовиділення є реакції відновлення оксидів заліза при їх взаємодії з органічними домішками, окислення цих домішок, дегідратації гідрослюд і інших глинистих мінералів, що водомістять, дисоціації карбонатів і т.д. В піропластичний стан глини переходять, коли при високій температурі в них утворюється рідка фаза (розплав), внаслідок чого глина розм'якшується, придбаває здібність до пластичної деформації, в той же час стає газонепроникною і спучується газами, що виділяються.

Для виготовлення керамзитобетонних виробів потрібен не тільки керамзитовий гравій, але і дрібний пористий заповнювач.

Керамзитовий пісок -- заповнювач для легких бетонів і розчинів з розміром частинок від 0,14 до 5 мм одержують при випаленні глинистих дрібних грошей в обертаючих і шахтних печах або ж дробленням більш крупних шматків керамзиту.

Виробництво керамзитового піску за звичайною технологією в печі, що обертається, неефективне. Деяка домішка піщаної фракції виходить при виробництві керамзитового гравію за рахунок руйнування частини гранул в процесі термообробки, проте він порівняльно важкий, оскільки дрібні частинки глинистої сировини практично не спучуються (резерви газоутворення вичерпуються раніше, ніж глина переходить в піропластичний стан). Крім того, в зоні високих температур дрібні гранули розігріваються сильніше крупних, при цьому, можливо, їх оплавлення і налипання на зерна гравію.

На багатьох підприємствах керамзитовий пісок одержують дробленням керамзитового гравію, переважно у валкових дробарках. Собівартість роздробленого керамзитового піску висока не тільки у зв'язку з додатковими витратами на дроблення, але головним чином тому, що вихід піску завжди менше об'єму дробленого гравію. Коефіцієнт виходу піску складає 0,4--0,7, тобто в середньому з 1 м3 гравію одержують тільки близько 0,5 м³ роздроблених керамзитопісків. При цьому майже удвічі зростає його насипна густина. В даний час при отриманні керамзитового піску кращої рахують технологію його випалення в киплячому шарі.

Часто при отриманні керамзитобетону як дрібний заповнювач застосовують спучений перліт, а також природний пісок.

Сировиною для виробництва керамзиту служать глинисті породи, що відносяться в основному до осадкових гірських. Деякі каменеподібні глинисті породи -- глинисті сланці, аргилліти -- відносяться до метаморфічних.

Для виробництва керамзиту найбільш придатні монтмориллонитові і гідро слюдисті глини, що містять не більш 30% кварцу. Загальний зміст SiO2 повинен бути не більш 70%, А12О3 -- не менше 12% (бажано біля 120%), Fe2O3 + FeO -- до 10%, органічних домішок -1-2%.

Придатність тієї або іншої глинистої сировини для виробництва керамзиту встановлюють спеціальним дослідженням його властивостей. Найважливіша з вимог до сировини - спучування при випаленні.

В ГОСТ 9759-76 передбачаються наступні фракції керамзитового гравію по крупній зерен: 5-10, 10-20 і 20-40 мм В кожній фракції допускається до 5% більш дрібних і до 5% більш крупних зерен в порівнянні з номінальними розмірами. Через невисоку ефективність грохочення матеріалу в барабанних грохотах важко добитися розділення керамзиту на фракції в межах встановлених допусків.

По насипній густині керамзитовий гравій підрозділяється на 10 марок: від 250 до 800, причому до марки 250 відноситься керамзитовий гравій з насипною густиною до 250 кг/м3, до марки 300 -- до 300 кг/м3 і т.д. Насипну густину визначають по фракціях в мірних судинах. Чим крупніше фракція керамзитового гравію, тим, як правило, менше насипна густина, оскільки крупні фракції містять самі спучені гранули.

Для кожної марки по насипній густині стандарт встановлює вимоги до міцності керамзитового гравію при здавленні в циліндрі і відповідні їм марки по міцності. Маркіровка по міцності дозволяє відразу намітити область раціонального вживання того або іншого керамзиту в бетонах відповідних марок. Більш точні дані одержують при випробуванні заповнювача в бетоні.

Керамзит є легким пористим матеріалом комірчастої будови у вигляді гравію, рідше у вигляді щебеня, одержуваний при випаленні легкоплавких глинистих порід, здатних усукувати при швидкому нагріванні їх до температури 1050 - 1300 З протягом 25-45 мін. Якість керамзитового гравію характеризується розміром його зерен, об'ємною вагою і міцністю. Залежно від розміру зерен керамзитовий гравій ділять на наступні фракції: 5 - 10, 10 - 20 і 20 - 40 мм, зерна менше 5 мм відносять до керамзитового піску. Залежно від об'ємної насипної ваги (в кг/м3) гравій ділять на марки від 150 до 800. Водопоглинання керамзитового гравия8-20 %, морозостійкість повинна бути не менше 25 циклів.

Керамзит застосовують як пористий заповнювач для легких бетонів, а також як теплоізоляційний матеріал у вигляді засипок.

Керамзитовий гравій -- частинки округлої форми з оплавленою поверхнею і порами всередині. Керамзит одержують головним чином у вигляді керамзитового гравію. Зерна його мають округлу форму. Структура пориста, комірчаста. На поверхні його часто є більш щільна скориночка. Колір керамзитового гравію звичайно темно-бурий, в зламі -- майже чорний. Його одержують спучуванням при випаленні легкоплавких глин в обертаючих печах.

Такий гравій з розмірами зерен 5 - 40 мм морозостійкий, вогнестійкий, не вбирає воду і не містить шкідливих для цементу домішок. Керамзитовий гравій використовують як заповнювач при виготовленні легкобетонних конструкцій.

Керамзитовий щебінь -- заповнювач для легких бетонів довільної форми, переважний незграбною з розмірами зерен від 5 до 40 мм, одержуваний шляхом дроблення крупних шматків спученої маси керамзиту. Деякі глини при випаленні спучуються. Наприклад, при виробництві глиняної цеглини один з видів браку -- пережиг -- іноді супроводжується спучуванням. Це явище використано для отримання з глин пористого матеріалу -- керамзиту.

Спучування глини при випаленні пов'язано з двома процесами: газовиділенням і переходом глини в піропластичний стан.

Джерелами газовиділення є реакції відновлення оксидів заліза при їх взаємодії з органічними домішками, окислення цих домішок, дегідратації гидрослюд і інших глинистих мінералів, дисоціації карбонатов і т, що водомістять . д. В піропластичний стан глини переходять, коли при високій температурі в них утворюється рідка фаза (розплав), внаслідок чого глина розм'якшується, придбаває здібність до пластичної деформації, в той же час стає газонепроникною і спучується газами, що виділяються.

Для виготовлення керамзитобетонных виробів потрібен не тільки керамзитовий гравій, але і дрібний пористий заповнювач. Керамзитовий пісок -- заповнювач для легких бетонів і розчинів з розміром частинок від 0,14 до 5 мм одержують при випаленні глинистих дрібних грошей в обертаючих і шахтних печах або ж дробленням більш крупних шматків керамзиту.

Виробництво керамзитового піску за звичайною технологією в печі, що обертається, неефективне. Деяка домішка піщаної фракції виходить при виробництві керамзитового гравію за рахунок руйнування частини гранул в процесі термообробки, проте він порівняльно важкий, оскільки дрібні частинки глинистої сировини практично не спучуються (резерви газоутворення вичерпуються раніше, ніж глина переходить в піропластичний стан). Крім того, в зоні високих температур дрібні гранули розігріваються сильніше крупних, при цьому, можливо, їх оплавлення і налипання на зерна гравію.

На багатьох підприємствах керамзитовий пісок одержують дробленням керамзитового гравію, переважно у валковых дробарках. Собівартість роздробленого керамзитового піску висока не тільки у зв'язку з додатковими витратами на дроблення, але головним чином тому, що вихід піску завжди менше об'єму дробленого гравію. Коефіцієнт виходу піску складає 0,4--0,7, тобто в середньому з 1 м3 гравію одержують тільки близько 0,5 м3 роздроблених керамзитого пісків. При цьому майже удвічі зростає його насипна густина.

В даний час при отриманні керамзитового піску кращої рахують технологію його випалення в киплячому шарі.

У вертикальну піч завантажується глиняна крихта крупною до 3 або 5 мм, одержувана дробленням підсушеної глини або спеціально приготованих за пластичним способом і потім висушених гранул. Через гратчастий (пористий) під печі знизу під тиском подають повітря і газоподібне паливо (або ж гарячі гази з виносної топки). При певній швидкості подачі газів шар глиняної крихти розпушується, приходить в псевдозріджений стан, а при її збільшенні як би кипить. Газоподібне паливо згоряє безпосередньо в киплячому шарі. Завдяки інтенсифікації теплообміну в киплячому шарі відбувається швидкий і рівномірний нагрів матеріалу. Частинки глини обпалюються і спучуються приблизно за 1,5 мін. Перед подачею в піч випалення глиняна крихта підігрівається в киплячому шарі реактора термоподготовки приблизно до 300 °З, а готовий пісок після випалення охолоджується в киплячому шарі холодильного пристрою. Насипна густина одержуваного керамзитового песка-- 500--700 кг/м3. До зернового складу керамзитового піску пред'являються вимоги, аналогічні вимогам до природного піску, але крупних фракцій в ньому повинне бути більшим.

Проблему отримання керамзитового піску, достатньо ефективного по властивостях і собівартості, не можна вважати повністю вирішеною. Часто при отриманні керамзитобетону як дрібний заповнювач застосовують спучений перлит, а також природний пісок.

Сировиною для виробництва керамзиту служать глинисті породи, що відносяться в основному до осадкових гірських. Деякі каменеподібні глинисті породи -- глинисті сланці, аргиллиты -- відносяться до метаморфічних.

Глинисті породи відрізняються складністю мінералогічного складу і, окрім глинистих мінералів (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды і ін.) містять кварц, польові шпати, карбонаты, залізисті, органічні принеси.

Глинисті мінерали складають глинисту речовину -- саму дисперсну частину глинистих порід (частинки дрібніше 0,005 мм). Власне глинами називають глинисті породи, що містять більш 30% глинистої речовини.

Для виробництва керамзиту найбільш придатні монт-мориллонитовые і гидрослюдистые глини, що містять не більш 30% кварцу. Загальний зміст SiO2 повинен бути не більш 70%, А12О3 -- не менше 12% (бажано біля 120%), Fe2O3 + FeO -- до 10%, органічних домішок -1-2%.

Придатність тієї або іншої глинистої сировини для виробництва керамзиту встановлюють спеціальним дослідженням його властивостей. Найважливіша з вимог до сировини -вспучивание при випаленні.

Друга вимога до сировини (в значній мірі пов'язане з першим) -- легкоплавкість. Температура випалення повинна бути не вищою 1250°С, і при цьому перехід значної частини найдрібніших глинистих частинок в розплав повинен забезпечити достатнє розм'якшення і в'язкість маси. Глини, що інакше утворюються при випаленні, гази, не утримувані масою, вільно вийдуть, не спучивши матеріал.

Третя з найважливіших вимог -- необхідний інтервал спучування. Так називають різницю між гранично можливою температурою випалення і температурою початку спучування даної сировини. За температуру початку спучування приймають ту температуру, при якій вже виходить керамзит з густиною гранули 0,95 г/см3. Гранично можливою температурою випалення вважається температура початку оплавлення поверхні гранул.

Для розширення температурного інтервалу спучування використовують такий прийом, як опудривание сырцовых глиняних гранул порошком вогнетривкої глини, що дозволяє підвищити температуру випалення і при цьому уникнути оплавлення гранул.

В ГОСТ 9759--76 передбачаються наступні фракції керамзитового гравію по крупній зерен: 5--10, 10-- 20 і 20--40 мм В кожній фракції допускається до 5% більш дрібних і до 5% більш крупних зерен в порівнянні з номінальними розмірами. Через невисоку ефективність грохочения матеріалу в барабанних грохотах важко добитися розділення керамзиту на фракції в межах встановлених допусків.

По насипній густині керамзитовий гравій підрозділяється на 10 марок: від 250 до 800, причому до марки 250 відноситься керамзитовий гравій з насипною густиною до 250 кг/м3, до марки 300 -- до 300 кг/м3 і т. д. Насипну густину визначають по фракціях в мірних судинах. Чим крупніше фракція керамзитового гравію, тим, як правило, менше насипна густина, оскільки крупні фракції містять самі спучені гранули.

Для кожної марки по насипній густині стандарт встановлює вимоги до міцності керамзитового гравію при здавленні в циліндрі і відповідні їм марки по міцності (табл.). Маркіровка по міцності дозволяє відразу намітити область раціонального вживання того або іншого керамзиту в бетонах відповідних марок. Більш точні дані одержують при випробуванні заповнювача в бетоні.

Міцність пористого заповнювача - важливий показник його якості.

Стандартизована лише одна методика визначення міцності пористих заповнювачів зовні бетону -- здавленням зерен в циліндрі сталевим пуансоном на задану глибину. Величина напруги, що фіксується при цьому, приймається за умовну міцність заповнювача. Ця методика має принципові недоліки, головний з яких -- залежність показника міцності від форми зерен і порожнистості суміші. Це настільки спотворює дійсну міцність заповнювача, що позбавляє можливості порівнювати між собою різні пористі заповнювачі і навіть заповнювачі одного вигляду, але різних заводів.

Методика визначення міцності керамзитового гравію заснована на випробуванні одноосним стисненням на пресі окремих гранул керамзиту. Заздалегідь гранулу сточують з двох сторін для отримання паралельних опорних площин. При цьому вона набуває вигляд бочонка заввишки 0,6--0,7 діаметри.

Чим більше кількість випробуваних гранул, тим точніше характеристика середньої міцності. Щоб одержати більш менш надійну характеристику середньої міцності керамзиту, достатньо десятка гранул.

Випробування керамзитового гравію в циліндрі дає лише умовну відносну характеристику його міцності, причому сильно занижену.

Встановлено, що дійсна міцність керамзиту, визначена при випробуванні в бетоні, в 4-5 разів перевищує стандартну характеристику. До такого ж висновку на основі досвідчених даних прийшли В. Р. Довжік, В. А. Дорф, М. 3. Вайнштейн і інші дослідники.

Стандартна методика передбачає вільну засипку керамзитового гравію в циліндр і потім здавлення його із зменшенням первинного об'єму на 20%. Під дією навантаження перш за все відбувається ущільнення гравію за рахунок деякого зсуву зерен і їх більш компактного укладання. Грунтуючись на досвідчених даних, можна вважати, що за рахунок більш щільного укладання керамзитового гравію досягається зменшення об'єму вільної засипки в середньому на 7%. Отже, інші 13% зменшення об'єму доводяться на той, що зім'яв зерен. Якщо первинна висота зерна D, то після того, що зім'яв вона зменшується на 13%.

Високоякісний керамзит, що володіє високою міцністю, як правило, характеризується відносно меншими, замкнутими і рівномірно розподіленими порами. В ньому достатньо скла для скріплення частинок в щільний і міцний матеріал, створюючий стінки пір. При розпилюванні гранул зберігаються кромки, добре видна скориночка.

Водопоглинання заповнювача виражається у відсотках від ваги сухого матеріалу. Цей показник для деяких видів пористих заповнювачів нормується (наприклад, в ГОСТ 9759--71). Проте більш наочне уявлення про структурні особливості заповнювачів дає показник об'ємного водопоглинання.

Поверхневі оплавлені скориночки на зернах керамзиту в початковий період (навіть при меншій об'ємній масі в зерні і більшій пористості) мають майже в два рази нижче об'ємне водопоглинання, ніж зерна щебеня. Тому необхідна технологія гравиеподобных заповнювачів з поверхневою оплавленою скориночкою з перлитової сировини, шлакових розплавів і інших попутних продуктів промисловості (золи ТЕС, відходи вуглезбагачення).

Поверхнева скориночка керамзиту спочатку здатна затримати проникнення води углиб зерна (цей час сумірно з часом від виготовлення легкобетонной суміші до її укладання). Заповнювачі, позбавлені скориночки, поглинають воду відразу, і надалі кількість її мало змінюється.

Між водопоглинанням і міцністю зерен у ряді випадків існує тісний кореляційний зв'язок. Чим більше водопоглинання, тим нижче міцність пористих заповнювачів. В цьому виявляється дефектність структури матеріалу.

Наприклад, для керамзитового гравію коефіцієнт кореляції складає 0,46.

Цей зв'язок виявляється більш виразно, ніж зв'язок міцності і об'ємної маси керамзиту (коефіцієнт кореляції 0,29).

Для зниження водопоглинання робляться спроби попередньої гідрофобізації пористих заповнювачів. Поки вони не привели до істотних позитивних результатів через неможливість одержати бетонну суміш, що не розшаровується, при одночасному збереженні ефекту гидрофобизации.

Особливості деформативных властивостей зумовлюються пористою структурою заповнювачів. Це, перш за все, відноситься до модуля пружності, який істотно нижче, ніж у щільних заповнювачів Власні деформації (усадка, набухання) штучних пористих заповнювачів, як правило, невеликі. Вони на один порядок нижче за деформації цементного каменя. При дослідженнях деформацій керамзиту всі зразки при насиченні водою дають набухання, а при висушуванні -- усадку, але величина деформацій різна. Після першого циклу половина зразків показує залишкове розширення, після другого -- три четверті, що свідчить про зміну структури керамзиту. Середня величина усадки після першого циклу 0,14 мм/м, після другого -- 0,15 мм/м. Враховуючи, що гравій в бетоні насищається і висушується у меншій мірі, реальні деформації керамзиту в бетоні складають лише частину цих величин. Пористі заповнювачі надають стримуюче вплив на деформації усадки (і повзучість) цементного каменя в бетоні, внаслідок чого легкий бетон має меншу деформативность, ніж цементний камінь.

Інші важливі властивості пористих заповнювачів, що впливають на якість легені бетона-- морозостійкість і стійкість проти розпаду (силікатного і залізистого), а також зміст водорозчинних сірчистих і сірчанокислих з'єднань. Ці показники регламентовані стандартами.

Штучні пористі заповнювачі, як правило, морозостійкі в межах вимог стандартів. недостатня морозостійкість деяких видів заповнювачів зовні бетону не завжди свідчить про те, що легкий бетон на їх основі також неморозостійкий, особливо якщо йдеться про необхідну кількість циклів 25--35. Заповнювачі легких бетонів, призначених для важких умов експлуатації, не завжди задовольняють вимогам по морозостійкості і тому повинні ретельно досліджуватися.

На теплопровідність пористих заповнювачів, як і інших пористих тіл, впливають кількість і якість (розміри) повітряних пір, а також вогкість.

Помітний вплив надає фазовий склад матеріалу. Аномалія в коефіцієнті теплопровідності пов'язана з наявністю склоподібної фази. Ніж більше скла, тим коефіцієнт теплопровідності для заповнювача однієї і тієї ж густини нижче. З метою стимулювання випуску заповнювачів з кращими теплоізоляційними властивостями для бетонів захищаючих конструкцій пропонують нормувати зміст шлакового скла (наприклад, для високоякісної шлакової пемзи 60--80%).

Штучні пористі піски -- це в основному продукти дроблення пористих кускових матеріалів (шлакова пемза, аглопорит) і гранул (керамзит). Спеціально виготовлені спучені піски (перлитовий, керамзитовий) поки не займають домінуючого положення.

Велика перевага роздроблених пісків -- можливість їх виробництва в комплексі з виробництвом щебеня. Проте ця обставина обумовлює і істотні недоліки як пісок. Будучи попутним продуктом при дробленні матеріалу на щебінь, пісок у ряді випадків не відповідає необхідному гранулометричному складу для виробництва легкого бетону.

Дуже часто пісок зайве крупний, не містить в достатній кількості найціннішої для забезпечення зв'язності і рухливості бетонної суміші фракції розміром менше 0,6 мм.

Насипна об'ємна маса пористих пісків ще у меншій мірі, ніж крупних заповнювачів, характеризує їх істинну «легкість». Мала об'ємна маса піску часто досягається за рахунок не внутрішньозернової, а междузерновой пористості унаслідок специфіки зернового складу (переважання зерен однакового розміру). При введенні в бетонну суміш такий пісок не полегшує бетон, а лише підвищує його водопотребу. Очевидно, для поліпшення якості пористого піску необхідний спеціальний технологічний переділ дроблення матеріалу на пісок заданої гранулометрии, а не попутне отримання піску при дробленні на щебінь.

Виробництво роздробленого керамзитового піску, особливо при переважанні в ньому крупних фракцій, не можна визнати за раціональне. Крупні фракції (розміром 1,2--5 мм) роздробленого піску мало покращують удобоукладываемость суміші, але викликають підвищення її об'ємної маси через наявність відкритих пір і підвищеної порожнистості. Спучений (в печах «киплячого шару») керамзитовий пісок проводиться поки в невеликій кількості. По фізико-технічних показниках він краще за роздроблений пісок. Перш за все менше його водопоглинання.

Характеристика спучених і роздроблених пісків по фракціях: 50% складає фракція 1,2--5 мм Тому в легкому бетоні доводиться знижувати витрату керамзитового гравію, що нераціональне (замінювати гравій піском).

Із зменшенням об'ємної маси пористих заповнювачів (насипний і в зерні) їх пористість і водопоглинання збільшуються. Проте водопоглинання, віднесене до пористості зерен, зменшується, що указує на збільшення «закритої» пористості у більш легких матеріалів.

Єство технологічного процесу виробництва керамзиту полягає у випаленні глиняних гранул по оптимальному режиму. Для спучування глиняної гранули потрібно, щоб активне газовиділення співпало за часом з переходом глини в піропластичний стан. Тим часом в звичайних умовах газоутворення при випаленні глин відбувається в основному при більш низьких температурах, ніж їх піропластичний розм'якшення. Наприклад, температура дисоціації карбонату магнію -- до 600°С, карбонату кальцію -- до 950 °З, дегідратація глинистих мінералів відбувається в основному при температурі до 800 °З, а вигоряння органічних домішок ще раніше, реакції відновлення оксидів заліза розвиваються при температурі порядка 900 °З, тоді як в піропластичний стан глини переходять при температурах, як правило, вище 1100.

У зв'язку з цим при випаленні серцових гранул у виробництві керамзиту необхідний швидкий підйом температури, оскільки при повільному випаленні значна частина газів виходить з глини до її розм'якшення і в результаті виходять порівняно щільні малоспучені гранули. Але щоб швидко нагрівати гранулу до температури спучування, її спочатку потрібно підготувати, тобто висушити і підігріти. В даному випадку інтенсифікувати процес не можна, оскільки при дуже швидкому нагріві в результаті усадкових і температурних деформацій, а також швидкого паротворення гранули можуть потріщати або руйнуватися (вибухнути).

Оптимальним вважається східчастий режим термообробки по З. П. Онацкому: з поступовим нагрівом сырцовых гранул до 200--600 °З (залежно від особливостей сировини) і подальшим швидким нагрівом до температури спучування (приблизно 1200).

Випалення здійснюється в обертаються печах (мал.), що є циліндровими металевими барабанами діаметром до 2,5--5 м і завдовжки до 40-75 м, футерованные зсередини вогнетривкою цеглиною. Печі встановлюються з ухилом приблизно 3% і поволі обертаються навкруги своєї осі. Завдяки цьому сырцовые гранули, що подаються у верхній кінець печі, при її обертанні, поступово пересуваються до іншого кінця барабана, де встановлена форсунка для спалювання газоподібного або рідкого палива. Таким чином, піч, що обертається, працює за принципом протитечії: сырцовые гранули переміщаються назустріч потоку гарячих газів, підігріваються і, нарешті, потрапивши в зону безпосередньої дії вогненного факела форсунки, спучуються. Середній час перебування гранул в печі -- приблизно 45 мін.

Щоб забезпечити оптимальний режим термообробки, зону спучування печі, що безпосередньо примикає до форсунки, іноді відділяють від решти частини (зони підготовки) кільцевим порогом. Застосовують також двохбарабанні печі, в яких зони підготовки і спучування представлені двома зв'язаними барабанами, що обертаються з різними швидкостями.

В двохбарабанній печі вдається створити оптимальний для кожного виду сировини режим термообробки. Промисловий досвід показав, що при цьому поліпшується якість керамзиту, значно збільшується його вихід, а також скорочується питома витрата палива. У зв'язку з тим, що глинистої сировини, що добре спучується, для виробництва керамзиту порівняно мало, при використовуванні средне- і слабовспучивающегося сировини необхідно прагнути оптимізації режиму термообробки.

Із зарубіжного досвіду відомо, що для отримання заповнювачів типу керамзиту з сировини (промислових відходів), відмінної особливою чутливістю до режиму випалення, використовують трьохбарабанні печі або три-чотири печі, в яких забезпечуються не тільки оптимальні швидкість і тривалість нагріву на кожному етапі термообробки, але і різне газове середовище, що послідовно розташовуються , що обертаються.

Значення характеру газового середовища у виробництві керамзиту обумовлено хімічними реакціями, що відбуваються при випаленні. У відновному середовищі окисел заліза Fe2O3 переходить в закис FeO, що є не тільки одним з джерел газоутворення, але і найважливішим чинником переходу глини в піропластичний стан. Усередині гранул відновне середовище забезпечується за рахунок присутності органічних домішок або добавок, але при окислювальному середовищі в печі (при великому надлишку повітря) органічні домішки і добавки можуть передчасно вигоряти. Тому окислювальне газове середовище на стадії термоподготовки, як правило, небажане, хоча є і інша точка зору, згідно якої доцільно одержувати високоміцний керамзитовий гравій з неспученою щільною скориночкою. Така скориночка завтовшки до 3 мм утворюється (за пропозицією Північного філіалу ВНІЇСТ) при вигорянні органічних домішок в поверхневому шарі гранул, обпалюваних в окислювальному середовищі.

На думку автора, при виробництві керамзиту слід прагнути підвищення коефіцієнта спучування сировини, оскільки глинистої сировини , що не спучується або малоспучується , для отримання високоміцного заповнювача є багато, а добре того, що спучується не вистачає. З цієї точки зору наявність щільної скориночки значної товщини на керамзитовому гравії свідчить про той, що недовикористав здатності сировини до спучування і зменшенні виходу продукції.

У відновному середовищі зони спучування печі може відбутися оплавлення поверхні гранул, тому газове середовище тут повинне бути слабоокислительной. При цьому в гранулах, що спучуються, підтримується відновне середовище, що забезпечує піропластичний стан маси і газовиділення, а поверхня гранул не оплавляється.

Характер газового середовища побічно, через окисне або закисное стан залізистих домішок, відображається на кольорі керамзиту. Червонувато-бура поверхня гранул говорить про окислювальне середовище (Fe2O3), темно-сіре, майже чорне забарвлення в зламі, -- про відновну (FeO).

Розрізняють чотири основні технологічні схеми підготовки сырцовых гранул, або чотири способи виробництва керамзиту: сухий, пластичний, порошково-пластичний і мокрий.

Сухий спосіб використовують за наявності каменеподібної глинистої сировини (щільні сухі глинисті породи, глинисті сланці). Він найбільш простий: сировина дробиться і прямує в піч, що обертається . Заздалегідь необхідно відсіяти дрібні гроші і дуже крупні шматки, направивши останні на додаткове дроблення. Цей спосіб виправдовує себе, якщо початкова порода однорідна, не містить шкідливих включень і характеризується достатньо високим коефіцієнтом спучування.

Найбільше поширення набув пластичний спосіб. Рихла глиниста сировина за цим способом переробляється в зволоженому стані у вальцах, глиномішалках і інших агрегатах (як у виробництві цеглини).

Потім з пластичної глиномассы на дірчастих вальцах або стрічкових шнековых пресах формуються сырцовые гранули у вигляді циліндриків, які при подальшому транспортуванні або при спеціальній обробці обливаються, округляються.

Якість сырцовых гранул багато в чому визначає якість готового керамзиту. Тому доцільна ретельна переробка глинистої сировини і формування щільних гранул однакового розміру. Розмір гранул задається виходячи з необхідної крупної керамзитового гравію і встановленого для даної сировини коефіцієнта спучування.

Гранули з вогкістю приблизно 20% можуть відразу прямувати в піч, що обертається, або, що вигідніше, заздалегідь підсушуватися в сушильних барабанах, в інших теплообмінних пристроях з використанням тепла димових газів печі, що обертається, що відходять . При подачі в піч підсушених гранул її продуктивність може бути підвищена.

Таким чином, виробництво керамзиту за пластичним способом складніше, ніж по сухому, більш енергоємно, вимагає значних капіталовкладень, але, з другого боку, переробка глинистої сировини з руйнуванням його природної структури, усереднювання, гомогенізація, а також можливість поліпшення його добавками дозволяють збільшити коефіцієнт спучування.

Порошково-пластичний спосіб відрізняється від пластичного тим, що спочатку помелом сухої глинистої сировини одержують порошок, а потім з цього порошку при додаванні води одержують пластичну глино-масу, і яку формують гранули, як описано вище. Необхідність помелу пов'язана з додатковими витратами. Крім того, якщо сировина недостатньо суха, потрібна його сушка перед помелом. Але у ряді випадків цей спосіб підготовки сировини доцільний: якщо сировина неоднорідна по складу, то в порошкоподібному стані його легше перемішати і гомогенізувати; якщо вимагається вводити добавки, то при помелі їх легше рівномірно розподілити; якщо в сировині є шкідливі включення зерен вапняку, гіпсу, то в розмолотому і розподіленому по всьому об'єму стані вони вже не небезпечні; якщо така ретельна переробка сировини приводить до поліпшення спучування, то підвищений вихід керамзиту і його більш висока якість виправдовують проведені витрати.

Мокрий (шликерный) спосіб полягає в розведенні глини у воді в спеціальних великих місткостях -- глиноболтушках. Вогкість одержуваної пульпи (шликера, шламу) зразкове 50%. Пульпа насосами подається в шламбассейны і звідти -- в печі, що обертаються . В цьому випадку в частині печі, що обертається, влаштовується завіса з підвішених ланцюгів. Ланцюги служать теплообмінником: вони нагріваються газами, що йдуть з печі, і підсушують пульпу, потім розбивають підсихаючу «кашу» на гранули, які обливаються, остаточно висихають, нагріваються і спучуються. Недолік цього способу -- підвищена витрата палива, пов'язана з великою початковою вогкістю шликера. Перевагами є досягнення однорідності сировинної пульпи, можливість і простота введення і ретельного розподілу добавок, простота видалення з сировини кам'янистих включень і зерен вапняку. Цей спосіб рекомендується при високій кар'єрній вогкості глини, коли вона вище формувальною (при пластичному формуванні гранул). Він може бути застосований також в поєднанні з гидромеханизированной здобиччю глини і подачею її на завод у вигляді пульпи по трубах замість вживаної зараз розробки екскаваторами з перевезенням автотранспортом.

Керамзит, одержуваний по будь-якому з описаних вище способів, після випалення необхідно охолодити. Встановлено, що від швидкості охолоджування залежать прочностные властивості керамзиту. При дуже швидкому охолоджуванні керамзиту його зерна можуть розтріскатися або ж в них збережуться залишкові напруги, які можуть виявитися в бетоні. З другого боку, і при дуже повільному охолоджуванні керамзиту відразу після спучування можливе зниження його якості через той, що зім'яв розм'якшених гранул, а також у зв'язку з окислювальними процесами, в результаті яких FeO переходить в Fe2O3, що супроводжується деструкцією і зниженням міцності.

Відразу після спучування бажане швидке охолоджування керамзиту до температури 800--900 °З для закріплення структури і запобігання окислення закисного заліза. Потім рекомендується повільне охолоджування до температури 600--700 °З протягом 20 мін для забезпечень затвердіння стеклофазы без великих термічних напруг, а також формування в ній кристалічних мінералів, що підвищують міцність керамзиту. Далі можливо порівняльне швидке охолоджування керамзиту протягом декількох хвилин.

Перший етап охолоджування керамзиту здійснюється ще в межах печі, що обертається, поступаючим в неї повітрям. Потім керамзит охолоджується повітрям в барабанних, шарових холодильниках, аерожолобах.

Для фракціонування керамзитового гравію використовують грохоты, переважно барабанні -- циліндрові або багатогранні (бураты).

Внутрізаводський транспорт керамзиту -- конвейєрний (стрічкові транспортери), іноді пневматичний (потоком повітря по трубах). При пневмотранспорте можливе пошкодження поверхні гранул і їх дроблення.

Тому цей зручний і у багатьох відношеннях ефективний вид транспорту керамзиту не набув широкого поширення.

Фракціонований керамзит поступає на склад готової продукції бункерного або силосного типу.

Тарельчатий гранулятор має встановлений диск, що обертається, з бортами.

Матеріал, що подається на диск, обприскують краплями води і із зволоженої до 12-15% муки утворюються кульки. Потім при обертанні диска кульки обливаються, на них налипають нові порції матеріалу і виходять крупні гранули.

Нагромаджуючись в нижній частині тарілки, вони пересипаються, потім через її борт і поступають в бункер.

Кількість поступаемого матеріалу в тарільчатий гранулятор рівна 5,04 м3/ч.

Звідси витікає, що приймаємо тарільчатий гранулятор:

Продуктивність -10 м3/ч;

Потужність електродвигуна -2,2 кВт;

Маса-1,29 т;

Габ. Розміри:

Довжина-2,31 м;

Ширина-1,27 м;

Висота-1,34 м;

Діаметр тарілки-1000 мм

Література

1. Ицкович С.М. «Заповнювачі для бетону»; Мінськ; изд.«Вышэйшая школа», 1983

2. Ицкович С.М., Чумаків Л.Д., Баженов Ю.М. «Технологія заповнювачів для бетонів»;

3. Довідкова допомога: «штучні пористі заповнювачі і легкі бетони на їх основі», М.:Стройиздат, 1987

4. Довгалюк В.И., Кац Г.Л. «конструкції з легких бетонів для багатоповерхових каркасних будівель», М.,Стройиздат.,1984

5. Нациевский Ю.Д. «Легкий бетон», Київ, изд. «Будивельник»,1977

6. Горчаков Г.И., «Будівельні матеріали», М.,изд. «вища школа», 1982.- 352 з.,ил.

7. Іванов «Технологія проиводства на штучних легких заповнювачах»

8. Журнали «Будівельні матеріали»; 2003.

9. Борщевский А.А., Ільін А.С; «механічне устаткування для виробництва будівельних матеріалів і виробів.» М.: Висш. шк.» 1987

10. Волженский А.В. «Мінеральні терпкі речовини», М.: Стройіздат, 1979.

11. Перегудов В.В., Роговий М.Н.; «Теплові процеси і установки в технології будівельних виробів і матеріалів» ; Стройіздат, 1982

12. «основи хімічної технології», Підручник для студентів хим.-технол.спец. вузів / І.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина; Під ред. І.П. Мухленова. - 4-е изд., перераб. і доп. -- М.: Висш. школа, 1991. - 463 с.

13. Посібник з проектування заздалегідь напружених залізобетонних конструкцій з важких бетонів (до СНіП 2.03.01-4),часть1,М.,Центральный інститут типового проектування, 1988.

14. ГОСТ 21.101-79 - 21.108-78. Стандарти СПДС.

15. ГОСТ 2.301-68 -2. 317-68. Стандарти ЕСЬКД.