Промышленность строительных материалов

      Зола представляет собой дисперсный материал, в котором размер частиц в основном менее 0,16 мм. Остаток на сите 0,16 мм составляет 20 ... 40%. Частицы имеют пористую структуру. Насыпная плотность сухой золы в зависимости от вида топлива и условий его сжигания может составлять 600 ... 1300 кг/м3. [6]

      Древесные отходы. Одним из таких бетонов является арболит, в котором Заполнителем служат измельченные отходы древесины (дробленка). Дробленка состоит из частиц длиной до 40 мм, шириной и толщиной 2 ... 5 мм. Бетон на этом заполнителе и портландцементе при плотности 600 ... 700 кг/м3 имеет предел прочности при сжатии 2,5 ... 3,5 МПа и теплопроводность до 0,18 Вт/(м-°С), что позволяет получать весьма эффективные стеновые панели и другие конструкции.

Применяют также опилкобетон, в котором  заполнителем служат древесные (хвойных пород) опилки, иногда в смеси с природным песком, костробетон (с льняной кострой) и другие аналогичные бетоны. [6]

   Искусственные пористые заполнители – являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные металлургические шлаки и др.)

    Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаждения расплава металлургических шлаков (не из отвальных), приводящего к вспучиванию. Имеется ряд способов производства шлаковой пемзы, но все они основаны на вспучивании шлакового расплава (температура 1300°С) при контакте с водой.

    Образующиеся при вскипании воды  пузырьки пара внедряются в  расплав, создавая ячеистую структуру. [1,2]. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень. Производство шлаковой пемзы распространено в районах развитой металлургией. Здесь себестоимость шлака ниже, чем керамзита.

      Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород  (перлитов, обсидианов). При температуре 950 – 1200°С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме 10–20 раз. Вспученый перлит применяют для производства легких бетонов и теплоизоляционных изделий. [1,2]

    Вспученный вермикулит – пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Этот заполнитель используют для изготовления теплоизоляционных легких бетонов. [1,2]

    Зольный гравий – это искусственный пористый заполнитель округлой формы, получаемый грануляции подготовленного к производству золошлакового сырья с последующим обжигом гранул во вращающейся печи.

    Сырьем для производства зольного  гравия служат золы ТЭС, в  том числе и из отвалов после  их грануляции. [1,2]

     Топливные шлаки – пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивания неорганических (в основном глинистых пород) примесей, содержащихся в угле. Шлаки подвергаются частичному дроблению, рассеву и обогащению для удаления вредных примесей (несгоревшего угля, золы и др.) на основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий.

    Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья (с добавкой 8 – 10% топлива) на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Применяют местное сырье: легкоплавкие глинистые и лессовые породы, а также отходы промышленности – золы, топливные шлаки и углесодержащие шахтные породы. Аглопорит выпускают в виде аглопоритового

песка, щебня и гравия. [1,2]

     Шунгизит изготовляют вспучиванием при графитосодержащих сланцевых пород – шунгита. Шунгизитовый гравий получают по сухому способу и считают разновидностью керамзита, отличающейся видом сырья, и более низкими показателями прочности. [1,2]

     Термолит  – материал в виде щебня или гравия, получаемый при обжиге кремнистых опаловых пород (трепелы, диатомиты, опоки) без вспучивания. Технология производства термолита в основных чертах соответствует технологии производства керамзита по сухому, порошково-пластическому и пластическому способу. Насыпная плотность термолитового гравия или щебня составляет 600 – 1200 кг/м³, плотность зерен1,0 – 1,9 г/см³, пористость зерен 20 – 60%. [1,2]

Наряду  с происхождением (природные или  искусственные), основными признаками стандартизованной классификации  заполнителей для бетона являются: крупность зерен, характер формы зерен, плотность. Заполнители относят к плотным или пористым в зависимости от плотности их зерен, которая составляет соответственно свыше и до2,0 г/м³. Пористые заполнители, также как и плотные, делят на крупные (пористый гравий и щебень) с размером кусков 5 – 40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм.

     Пористый песок рассеивают на  две фракции: до 1,2 мм (мелкий песок)  и  1,2 – 5 мм (крупный песок). Пористый  щебень гравий следует разделять  на фракции: 5 – 10, 10 – 20, 20 – 40 мм.  [1,2]

    Классификационной характеристикой  заполнителя также может быть  его насыпная плотность, которая  для крупных пористых заполнителей  не должна превышать 1200 кг/м³, а для пористых песков -  1400 кг/м³. По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м³) пористые заполнители разделяют на марки 250…1100 [1,2]

    Сами же заполнители подразделяют  в соответствии с основным  назначением: для тяжелых, легких, мелкозернистых бетонов, для специальных  бетонов (жаростойких, химически стойких, декоративных, радиационно-теплоизоляционные и др.). [1]

     В данной курсовой работе рассматривается  технология производства искусственных  пористых заполнителей. Их получают  обжигом или тепловой обработкой в специальных агрегатах. Известно большое множество пористых заполнителей. Одним из самых распространенных является керамзит.

    Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300°С в течение 25–45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.

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

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

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

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

3.Технологическая  часть

3.1.Сырье  и топливо

      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.

      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. В пиропластическое состояние глипы переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав), в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в то же время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами. [1]

        Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным. Некоторые   камнеподобные   глинистые породы –

 глинистые  сланцы, аргиллиты — относятся  к метаморфическим.

    Глинистые породы отличаются сложностью минералогического  состава и, кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические принеси. Глинистые минералы слагают глинистое вещество — наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества.

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

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

    Вспучиваемость  характеризуется коэффициентом  вспучивания

    где V_К — объем вспученной гранулы керамзита;

          Vc — объем сухой сырцовой гранулы  до обжига.

    Второе  требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) —  легкоплавкость. Температура обжига должна быть не выше 1250°С, и при этом переход значительной части наиболее мелких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал. [1]

    Третье  из важнейших требований — необходимый  интервал вспучивания. Так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают ту температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см3. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул.

    Для расширения температурного интервала  вспучивания используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, что позволяет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавления гранул.

      Этими и другими необходимыми качествами обладают далеко е все глинистые породы. На некоторых керамзитовых предприятиях страны с течением времени иссякли ресурсы местных вспучивающихся глин и приходится завозить сырье из отдаленных месторождений, что, естественно, увеличивает себестоимость керамзита. Отдельные предприятия работают на маловспучивающемся глинистом сырье, получая керамзит невысокого качества (сравнительно тяжелый) и при этом с высокой себестоимостью. [1]

    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 (если в глине мало органических примесей), железистые добавки, в частности отход производства серной кислоты из пирита — пиритные огарки (если в сырье мало оксидов железа). Подобные добавки также используют для снижения температуры вспучивания.

         Рациональное сжигание топлива при обжиге керамзита во вращающихся печах предусматривает: оптимальную длину, расположение и форму факела горения; сгорание топлива по всей длине факела; эффективную отдачу теплоты, развиваемой факелом, материалу и футеровке; нормальный избыток воздуха, подаваемого в печь.