Навигация
Зависимость вспучивания глинистого сырья при обжиге от химического, минералогического и гранулометрического составов
С.П. Онацкий
Производство керамзита. - 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1987 - 333с (47 - 51с)
Химический, минералогический и гранулометрический составы легкоплавких глинистых пород в решающей степени влияют на их вспучивание и образование ячеистой структуры керамзита. Однако анализ каждого из перечисленных факторов без их взаимосвязи нередко приводит к ошибочным оценкам качества керамзитового сырья.
Химический состав глинистых пород оказывает значительное влияние на процесс вспучивания главным образом потому, что он обусловливает образование пиропластической массы при обжиге с оптимальной для порообразования вязкостью в пределах определенного, достаточно широкого интервала температур (50 – 200)oС.
Однако, каким бы благоприятным не было сочетание химических составляющих, создающих необходимые реологические условия для порообразования размягченной массы, этого недостаточно, чтобы произошло само вспучивание. Дело в том, что в отличие от ряда других видов искусственных пористых материалов – пеностекла, пенопластов, газобетона и т. д., где порообразующий агент специально вводится в массу, поры в керамзите образуются за счет внутренних ресурсов исходной глинистой породы.
Важнейшее значение минералогического состава как раз и состоит в том, что он предопределяет сложный физико-химический процесс структурообразования керамзита, включая фазовые превращения на основных стадиях термообработки. Компоненты его (глинистые и некоторые другие минералы, органоминеральная часть) участвуют непосредственно или во взаимодействии друг с другом в образовании пористой структуры с выделением газопарообразной фазы, без которой невозможно порообразование и вспучивание. Кроме того, от минералогического состава глинистого сырья в основном зависит и химический состав. Существенное значение имеет и гранулометрический состав, степень дисперсности частиц минералов оказывает большое влияние на скорость, температуру и полноту протекания физико-химических процессов при обжиге, в частности на образование расплава, его вязкость, структурные особенности керамзита и его прочность.
Химический состав вспучивающихся глинистых пород колеблется в широких пределах. Поэтому важно установить пределы содержания каждого из компонентов и их соотношения для вспучивающегося и невспучивающегося глинистого сырья, а также для сырья, обладающего различной степенью вспучивания. Автором исследованы легкоплавкие глинистые породы СССР, обладающие различной вспучиваемостью. Результаты этих исследований и многочисленных испытаний глинистых пород позволили нам условно разделить глинистое сырье на четыре группы.
Первая группа представлена хорошо вспучивающимся сырьем, позволяющим в оптимальных лабораторных условиях при обжиге по ступенчатому режиму получать образцы керамзита с кажущейся плотностью в куске в пределах 0,2 – 0,5 г/см3 и с коэффициентом вспучивания свыше 4,5. В условиях производства при обжиге в одно-барабанных вращающихся печах, отличающихся рядом серьезных несовершенств, влияющих на полноту протекания процесса вспучивания, из этой группы керамзитового сырья удается получить керамзит с насыпной плотностью 250 – 350 кг/м3, а в куске 400 – 600 кг/м3 с коэффициентом вспучивания примерно 3 – 4,5. Лишь применяя специальные методы, например введение обволакивающих добавок, НИИкерамзиту удалось получить в производственных условиях из хорошо вспучивающейся смышляевской глины керамзитовый гравий с насыпной плотностью 150 кг/м3 и коэффициентом вспучивания около 7,5, т. е. достигнуть вспучиваемости, получаемой в лаборатории.
Помимо высокой вспучиваемости, характерной особенностью керамзитового гравия, получаемого при нормальном обжиге из тщательно переработанного хорошо вспучивающегося сырья, является его внутренняя равномерная, мелкоячеистая структура и тонкая, в большинстве своем шероховатая, наружная оболочка зерен.
Выделение в самостоятельную группу хорошо вспучивающегося сырья, из которого получается керамзит с насыпной плотностью 250 – 350 кг/м3, имеет еще и ту положительную сторону, что на основе именно такого заполнителя приготовляют, как показал опыт, теплоизоляционный и особенно эффективный конструкционно-теплоизоляционный керамзитобетон класса В3,5 плотностью 700 – 800 кг/м3 для ограждающих конструкций, что, как правило, недостижимо не только для других видов искусственных пористых заполнителей, но и керамзита с более высокой плотностью.
Ко второй группе отнесено средневспучивающееся сырье, из которого в лабораторных условиях можно получить керамзит с кажущейся плотностью в куске 0,5 – 0 ,8 г/см3 и коэффициентом вспучивания 2,5 – 4,5, а в производственных – с насыпной плотностью 350 – 4 00 кг/м3, в куске 600 – 8 50 кг/м3 и коэффициентом вспучивания 2 – 3 .
Получаемый с соблюдением нормальных технологических условий керамзитовый гравий из сырья второй группы также имеет равномерную внутреннюю структуру, но его поверхностная корка зерен толще, чем у хорошо вспучивающихся глинистых пород. Под влиянием железистых и органических добавок большая часть пород этой группы повышает свою способность вспучиваться и может быть переведена в группу хорошо вспучивающихся глинистых пород.
Из сырья второй группы получают керамзитовый гравий, на основе которого можно получить достаточно эффективный конструкционно-теплоизоляционный керамзитобетон класса В3,5 плотностью 750 – 900 кг/м3 и конструкционный керамзитобетон классов В5 – В15 плотностью 1000 – 1600 кг/м3.
К третьей группе отнесено слабовспучивающееся глинистое сырье, на основе которого в лабораторных условиях можно получить керамзит с кажущейся плотностью 0,8 – 1,2 г/см3 и коэффициентом вспучивания ниже 2,5, а в производственных — с насыпной плотностью 400 – 600 кг/м3, в куске 850 – 1350 кг/м3, с коэффициентом вспучивания около 1,2 – 2.
Из сырья второй и третьей групп получают весьма эффективный керамзитовый гравий для конструкционного и высокопрочного керамзитобетона плотностью 1000 – 1800 кг/м3 и прочностью 100 – 500 кг/см3 и выше.
На основе ряда разновидностей слабовспучивающегося сырья с применением железистых и органических добавок может быть получен керамзитовый гравий плотностью 350 – 400 кг/м3, пригодный для производства эффективного конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона класса В3,5 плотностью 800 – 900 кг/м3. Это обстоятельство тем более важно, что в большинстве районов страны имеются лишь слабовспучивающиеся суглинки.
К четвертой группе отнесено практически не вспучивающееся при обжиге глинистое сырье.
С повышением содержания в хорошо вспучивающемся сырье оксидов А12О3, Fe2O3 + FeO; К2О + Na2О и органических веществ до определенного предела, вспучиваемость пород возрастает, а при уменьшении – снижается. Влияние же кремнезема противоположно – с уменьшением его содержания вспучиваемость увеличивается.
Эта закономерность подтверждена результатами наших исследований искусственного облагораживания средне- и слабовспучивающихся глинистых пород, удалением из них путем отмучивания или центрифугирования крупных инертных фракций, состоящих преимущественно из неглинистых минералов.