Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

вермикулит Каратас-Алтынтасского месторождения (западный Казахстан) и его применение в производстве аэрированных легких бетонов

Специальность 05.23.05 - строительные материалы и изделия

Макбузов Амангельды Салтыбалдиевич

Санкт-Петербург

2009

Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительного университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Тихонов Юрий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Инчик Всеволод Владимирович;

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Веселова Светлана Иосифовна

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Защита состоится 10 марта 2009 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.01 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д.4, зал заседаний.

Телефакс: (8-812) 316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан 6 февраля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Ю. Н. Казаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационного исследования. С начала XXI в. в Казахстане наметилась устойчивая тенденция по увеличению объемов жилищного строительства. В республике действуют целевая программа «Жилище», рассчитанная на 10 лет. Ежегодные темпы роста жилой площади составляют 15 %, что является опережающим по сравнению с другими отраслями народного хозяйства. Возрастает потребность в местных стеновых и теплоизоляционных материалах хорошего качества для широкого круга потребителей.

Россия, Казахстан, Украина обладают большими запасами вермикулита-сырца. После его обжига получают вспученный вермикулит с насыпной плотностью н = 75-200 кг/м3, отвечающий требованиям ГОСТ 12865 «Вермикулит вспученный», марки 100-150-200. Этот высокопористый материал отличается малой механической плотностью, биостоек, не токсичен, не горюч и долговечен. Характерные особенности вспученного вермикулита - анизотропность, чешуйчатое строение, высокая открытая пористость, огнестойкость, значительные упругие деформации. Возможно также получение обожженной вермикулитовой породы (ОВП), пористого заполнителя с большей насыпной плотностью н = 300-600 кг/м3.

Каратас-Алтынтасское месторождение вермикулита по прогнозным запасам занимает 3-е место на Евразийском субконтиненте (после Ковдорского в Мурманской области и Потанинского месторождения на Урале близ г. Челябинска). Открытое в 1972 г., оно находится в промышленно развивающимся регионе Северо-Западного Казахстана. Строительство цехов по получению вспученного вермикулита и обожженной вермикулитовой породы, и использованию их в качестве пористого заполнителя в аэрированных легких бетонах (АЛБ) и изделий на их основе по нашему мнению - одно из эффективных технико-экономических решений жилищной проблемы.

Работы отечественных ученых А. П. Афанасьева, П. П. Боровикова, Н. Н. Кальянова, Ю. С. Дьяконова, А. П. Пожнина, В. И. Тернового, И. А. Львовой, П. П. Токмакова, П. П. Ступаченко, С. И. Хвостенкова посвящены исследованию вермикулита-сырца; вопросам технологии обогащения и обжига вермикулита - работы сотрудников КФ АН СССР, ВНИПИ УралНИИcтромпроект, ВНИИПИ Теплопроект, Гипронинеметалоруда, СПбГАСУ (М. И. Кальянова, Я. А. Ахтямова, Б. С. Боброва, Г. В. Геммерлинга, К. Н. Дубенецкого, А. П. Пожнина, Ю. М. Тихонова и др ).

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является решение проблемы промышленного использования вермикулитовой породы Каратас-Алтынтасского месторождения в качестве сырья для получения обожженного пористого заполнителя с последующим применением его в легких бетонах, разработка методики расчета состава АЛБ, опытное производство стеновых камней, устройство «теплых» стяжек полов.

При этом решались следующие задачи:

1. Исследование свойств вермикулитовой породы Каратас-Алтынтасского месторождения. Разработка технологии обогащения и обжига вермикулита с получением вспученного вермикулита с насыпной плотностью сн = 100-200 кг/м3 и обожженной вермикулитовой породы с сн = 400-600 кг/м3.

2. Исследование технических свойств вспученного вермикулита и обожженной вермикулитовой породы.

3. Разработка метода подбора составов АЛБ с использованием обожженной вермикулитовой породы.

4. Разработка составов легкого аэрированного бетона со средней плотностью с0 =1000-1400 кг/м3, классов по прочности В3,5-В7,5; изучение их технических свойств.

5. Строительство опытного цеха обжига вермикулита и производства АЛБ, технико-экономические расчеты.

Объект исследования: вермикулитовая порода Каратас-Алтынтасского месторождения, продукты обжига вермикулита, составы аэрированных легких бетонов и растворов, технология их производства.

Предмет исследования: разработка технологии получения обожженной вермикулитовой породы; подбор составов и изучение свойств легких аэрированных бетонов, разработка технологии получения АЛБ и его применение в строительстве.

Методики исследований: составление методических карт испытаний, математическое планирование экспериментов, разработка методик подбора составов АЛБ, теоретические и экспериментальные исследования режимов обжига вермикулитовой породы, моделирование технологических процессов.

Достоверность результатов исследований подтверждается объемом проведенных экспериментов, использованием стандартных методик и проверенного оборудования, сходимостью результатов испытаний, полученных в лабораторных и производственных условиях.

Научная новизна. На основании теоретических и экспериментальных исследований режимов обогащения и обжига впервые разработана технология получения обожженной каратасской вермикулитовой породы по «сухой» схеме производства.

Разработан алгоритм расчета и подбора составов АЛБ с применением обожженной вермикулитовой породы (ОВП), методом поровых объемов, что позволяет прогнозировать составы и свойства АЛБ.

Предложены составы, исследованы свойства АЛБ, разработана технология получения стеновых камней из АЛБ.

Систематизированы основные производственные факторы, влияющие на технические свойства стеновых камней, разработан алгоритм оптимизации технологии их производства.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработана технология обогащения каратасской вермикулитовой породы с внедрением на объектах объединения Актюбнефтегазстроя (Казахстан). Установлена эффективность магнитного обогащения каратасского вермикулита и его обжига в наклонных и шахтных печах с одновременным обогащением.

Подобраны составы, исследованы свойства АЛБ с использованием вспученного вермикулита. Модифицирован скоростной смеситель-активатор, формооснастка для производства стеновых камней из АЛБ.

Разработаны ТУ 5741-001-02068580-01 «Стеновые камни из аэрированного легкого бетона с применением обожженной вермикулитовой породы», а также технологический регламент производства этих изделий. Сделаны технико-экономические расчеты по эффективности строительства цехов по производству вермикулитовых изделий.

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Результаты исследований свойств вермикулитовой породы и вермикулита-сырца Каратас-Алтынтасского месторождения.

2. Результаты оптимизации технологии и исследований свойств вспученного вермикулита и обожженной вермикулитовой породы.

3. Методика расчета составов АЛБ и формирования порового пространства с использованием обожженной вермикулитовой породы.

4. Результаты исследований свойств АЛБ с применением обожженной вермикулитовой породы.

5. Технология производства стеновых камней из АЛБ.

6. Технико-экономические расчеты и результаты внедрения разработок.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 10 статьях, 2 авторских свидетельствах и 2 нормативных документах, а также на совещании по проблеме «Вермикулит» (объединение «Актюбнефтегазстрой, 1990), Всероссийской конференции (Белгород, 1991), на научно-практических конференциях СПбГАСУ (1999, 2005, 2008 гг.), Актюбинского государственного университета (2005, 2007 гг.).

Отдельные результаты исследований вошли в конспект лекций для студентов строителей-технологов по дисциплинам «Строительные материалы», «Технология теплоизоляционных материалов».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа представлена на 138 страницах, включает 32 таблиц и 35 рисунков. Список литературы - 155 наименований, приложения содержат 12 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель, задачи, методика исследования, научная новизна и практическая значимость результатов, основные положения, которые выносятся на защиту.

В главе 1 рассматриваются геологические особенности и сырьевая база Каратас-Алтынтасского месторождения вермикулита, а также некоторые особенности обогащения вермикулитовой породы и производства обожженного продукта, типы обжиговых установок. В главе дана общая характеристика легких бетонов на пористых заполнителях и их применение в строительстве, в частности, в виде аэрированных легких бетонов.

В 1976 году вступила в строй первая в Европе обогатительная фабрика по производству вермикулитового концентрата производительностью 50 тыс. т в год. Фабрика построена в России (пос. Ковдор, Мурманская область) на базе Ковдорского месторождения вермикулита. Вермикулитовый концентрат получают по «мокрой» схеме обогащения, доставляется железнодорожным транспортом и обжигается на месте потребления.

Для Потанинского (Урал, Челябинская обл.) и Инаглинского месторождений вермикулита (Якутия) предусмотрена так называемая «сухая» схема обогащения (классификация по фракциям с последующим обжигом вермикулитового полуконцентрата в печах с воздушной сепарацией пустой породы).

Следующим крупным и перспективным месторождением в странах СНГ является Каратас-Алтынтасское, вермикулит которого был объектом наших исследований. Месторождение состоит из двух участков - Каратас и Алтынтас, и расположено в Мугоджарском рудном районе Западного Казахстана. Вермикулит относится к смешаннослойному типу - высокогидратированной слюде. Его образование связано с корой выветривания на площадях развития щелочно-ультраосновных и щелочно-габброидных пород. Минеральный состав пород Каратасского массива: вермикулит, флогопит, биотит, второстепенные - шпинель, пироксен, амфибол, роговая обманка (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика вермикулита (Каратасский массив)

Номера проб	Цвет минерала	Истинная плотность, г/см3	Объемный коэффициент вспучивания	Насыпная плотность вспученного вермикулита, кг/м3
1.	Желтовато-коричневый	2,42	7,5	120
2 .	Коричневый	2,40	6,2	140
3.	Коричневый, зелено-серый	2,49	3,6	175
4.	Светло-коричневый	2,50	4,5	210

По гранулометрическому составу это - среднезернистая порода, относится к классу - 3 мм. Естественная влажность - 5,5-20,74 %. 3апасы вермикулита при среднем содержании сырца 20,9 % составляют по категориям C1 + C2 -799 тыс. т, прогнозные запасы - 1500 тыс. т.

Порода Алтынтасского массива - мелкозернистая, выветренная, естественная влажность - 3-6 %; гранулометрия породы: фракция менее 0,6 мм - 48-80 %, фракция 0,6-5 мм - 20-42 %.

Минеральный состав породы, %: вермикулит - 10,5; кварц - 2; плагиоклаз - 41; роговая обманка - 33; пироксен - 1; биотит - 1; апатит - 0,5; рутил - 0,2; хлорит - 0,1; эпидот - 0,2; сульфид - 0,2; глинистые минералы -10.

Анализ литературных данных, ознакомление с заводской технологией вспученного вермикулита на существующих производствах показали, что экономически целесообразно использовать «сухую» схему с комплексной системой обогащения вермикулита, включая отделение значимой части пустой породы магнитной сепарацией и в процессе обжига.

При освоении Каратас-Алтынтасского месторождения нами была поставлена задача получения вспученного вермикулита с насыпной плотностью сн = 100-200 кг/м3, обожженной вермикулитовой породы с насыпной плотностью сн = 300-600 кг/м3 с последующим применением ее в качестве пористого заполнителя в аэрированных легких бетонах (АЛБ).

Работами Ю. М. Баженова, П. Г. Комохова, П. А. Ребиндера, А. В. Саталкина, А. М. Сергеева, В. И. Соломатова, А. В. Соколовского, Б. В. Стольникова, Г. П. Сахарова, Ю. М. Тихонова, Ю. Д. Чистова и др. доказана эффективность применения скоростных аэросмесителей в производстве бетонов и растворов с широкой гаммой свойств, в том числе с использованием вспученного вермикулита.

Исследования, проведенные в СПбГАСУ (ЛИСИ), показали, что АЛБ со средней плотностью с0 = 800-1200 кг/м3 отличается высоким коэффициентом конструктивного качества, повышенной морозостойкостью, низкими усадочными деформациями.

Повышение пористости достигается применением высокоэффективных воздухововлекающих поверхностно-активных веществ и разработкой новых приемов перемешивания. АЛБ - это сложная многофакторная гетерогенная система. Формирование поровой структуры идет тремя путями:

аэрированием - воздухововлечение в скоростном турбулентном смесителе при введении ПАВ;

применением высокопористого заполнителя;

поризацией за счет избыточной воды затворения.

Учитывая вышеизложенное, была разработана технологическая схема получения легких бетонов способом аэрирования, при этом впервые в качестве заполнителя использовалась обожженная вермикулитосодержащая порода вместо ранее применяемой смеси природного песка и вспученного вермикулита. Это в свою очередь потребовало внести корректировку в метод расчета состава АЛБ, разработанного Ю. М. Тихоновым.

Во второй главе представлена методика проведения экспериментов, а также характеристика материалов, использовавшихся в работе.

Изучение свойств заполнителей, вяжущих веществ, теплоизоляционно-конструктивных бетонов велось в соответствии с методическими картами.

Легкобетонные смеси приготовлялись в лабораторном аэросмесителе, емкостью 80 л (п = 800 об/мин) и лабораторном смесителе (п = 240 об/мин) емкостью 5 л. Образцы формовались из подвижных смесей (осадка конуса СтройЦНИЛ - 10-12см - ПК 12) .

Образцы АЛБ на гидравлических вяжущих после изготовления выдерживались 24 ч в формах с последующей тепловлажностной обработкой в пропарочной камере по режиму 2+6+2 ч при температуре 90-95°С, либо хранились при температуре + 18-20°C и относительной влажности воздуха 90-98 %.

Изучение поровой структуры аэрированных бетонов проводилось методом ртутной порометрии и микроскопическим методом. Для характеристики поровой структуры материала применяют два показателя: средний диаметр пор и среднее квадратичное отклонение, которое характеризует разброс значений величины диаметра пор.

Рентгеновский анализ выполнен на дифрактометре Д-500 фирмы «Сименс» и ДРОН-3, ДТА - на термографе Н. С. Курнакова.

Теплопроводность измерялась на образцах-балочках 4 4 16 см методом цилиндрического зонда.

Химический состав вермикулитов ряда месторождений приведен в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав вермикулитов различных месторождений

Наименование вермикулита	Содержание компонентов, %
	SiO2	Al2O3	TiO2	Fe2O3 + FeO	MgO	CaO	K2O	Na2O	P2O5	п.п.п.
Каратасский	49,46	18,83	1,48	9,39	5,25	5,45	2,1	3,75	0,44	3,75
Алтынтасский	37,74	13,16	2,19	9,65	14,01	5,10	0,8	6,39	4,58	6,36
Ковдорский	38,62	12,15	0,80	6,29	27,76	1,82	0,44	-	-	12,12
Потанинский	37,65	13,20	3,42	14,72	15,31	1,81	5,16	0,41	-	8,32

Данные табл. 2 свидетельствуют, что исследуемые нами вермикулиты по химическому составу ближе к потанинскому гидробиотиту, чем к ковдорскому вермикулиту, развитому по флогопиту, что учитывается при определении упругих свойств и гигроскопичности вспученного вермикулита.

По данным химического, термографического и рентгенофазового анализов (рис. 1, 2) слюдистые минералы Каратас-Алтынтасского месторождения относятся к смешаннослойным гидрослюдам.



Рис. 1. Рентгенограмма вермикулитов:

1 - ковдорский вермикулит; 2 - каратасский вермикулит;

3 - алтынтасский гидрофлогопит

Рис. 2. Результаты ДТА и ДТГ вермикулитов:

1 - каратасский вермикулит; 2 - алтынтасский гидрофлогопит;

Степень вермикулитизации слюды Каратасского массива выше, чем Алтынтасского.

Содержание вспучивающихся слюдистых минералов в каратасской породе исследуемых проб в среднем составляет 20-25%. Вермикулит равномерно распределен в пробах по всем фракциям. Наиболее богатыми по содержанию вермикулита являются фракции 1,25-2,5 мм и 0,63-1,25 мм. По вспучиваемости слюдистый минерал проб 1 и 2 можно отнести к высокосортному вермикулиту, поскольку насыпная плотность его после обжига составляет сн = 120-140 кг/м3 и зерна имеют кубообразную форму. Вермикулит проб 2 и 4 среднего качества, насыпная плотность 180-215 кг/м3, форма зерен - пластинчатая. В целом следует, что вспученный вермикулит фр. 0,60-5,0 мм по показателям средней плотности соответствует требованиям ГОСТ 12865 «Вермикулит вспученный».

Рис. 3. Изменение сорбционной влажности каратасского вермикулита (1, 3) и алтынтасского (2, 4) гидрофлогопита

Гигроскопичность вспученного вермикулита уменьшается с повышением температуры и продолжительности обжига. Она выше у мелких фракций (рис. 3). В нормальных условиях сорбционное увлажнение вспученного вермикулита, обожженного в нормальных условиях, не превышает 3-4 %, те есть находится на уровне сорбционной способности других теплоизоляционных минеральных материалов.

Рис. 4. Зависимость теплопроводности вспученного вермикулита (с0 = 150-200 кг/м3) от фракционного состава: 1 - алтынтасский гидрофлогопит; 2 - каратасский вермикулит; 3 - инаглинский вермикулит; 4 - ковдорский гидрофлогопит

Теплопроводность наименьшая у фр. 0,6-5 мм, что составляет = 0,050-0,053 Вт/(мК) (рис. 4). Это свидетельствует о высоких теплоизоляционных свойствах вспученного вермикулита с с0 = 150-200 кг/м3. И он может применяться в засыпных конструкциях. Повышение теплопроводности мелких фракций связано с наличием тонкодисперсной пустой породы.

В работе использовались также следующие материалы:

портландцемент ПЦ-400-Д-20 Чимкентского цементного завода, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178;

жидкое стекло производства Актюбинского завода ферросплавов, отвечающее требованиям ГОСТ 13078, с силикатным модулем равным 3,6 применялось в виде водного раствора плотностью 1420 кг/м3;

зола-унос Актюбинской ТЭЦ использовалась в качестве компонента смешанного вяжущего с целью сокращения расхода цемента.

В качестве мелкого заполнителя в АЛБ применяются природный песок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736-93, Актюбинского комбината нерудных материалов. Модуль крупности -1,4-2,1. Насыпная плотность - 1500-1650 кг/м3.

В качестве воздухововлекающей добавки применялся оксиэтилированный алкилфенол ОП-7.

Рис. 5. Зависимость насыпной плотности каратасского вспученного вермикулита по фракциям: 1, 2, 3, 4 - номера проб; 5 - ковдорский вермикулит

Полученные данные (рис. 5) свидетельствуют, что при обжиге вермикулита-сырца фр. 0,6-5 мм обеспечивают получение вспученного вермикулита М-100-200, т. е. отвечают требованиям ГОСТ «Вермикулит вспученный».

Рис. 6. Зависимость относительного сжатия (А) и относительной упругой деформации (Б) засыпок из каратасского вермикулита различных фракций от напряжений: 1 - фр. 0,6-1,2 мм; 2 - фр. 1,2-2,5 мм; 3 - фр. 2,5-5 мм; 4 - фр. 5-10 мм

В оптимальной степени упругие свойства вермикулита проявляются при уплотнении его нагрузкой (0,10-0,15) 10-1МПа (сжатие 20-25 %) (рис. 6). Безосадочность вермикулитовой засыпки может быть облегчена лишь при условии, что материал в конструкции находится в сжатом, напряженном состоянии.

В главе 3 приведены результаты обогащения и промышленного обжига вермикулитосодержащей породы: классификация по фракциям, электромагнитная сепарация (рис. 7), а также исследования свойств обожженной вермикулитовой породы.



Рис. 7. Технологическая схема обогащения и обжига вермикулитовой породы Каратас-Алтынтасского месторождения

Фракции меньше 0,6 мм были подвергнуты обогощению с помощью магнитной сепарации (магнитный сепаратор типа 229-СЭ конструкции института «Механообр», Санкт-Петербург) производительностью по обогащенной породе до 150 кг/ч. Установка работает по принципу разделения магнитных (железисто-магнезиальные минералы, глинистые фракции) и немагнитных фракцйи (вермикулит, гидрослюды, полевые шпаты).

В результате электромагнитной сепарации достигнуто высокое извлечение вермикулита-сырца для фр. 0,16-0,6 мм. При магнитном обогащении получен грубый концентрат с содержанием вермикулита-сырца равным 53,4 %, при извлечении 82,2 % и выходе продукта 74,5 %. Мелкие фракции (меньше 0,16 мм) идут в отвал.

На экспериментальной базе объединения «Актюбнефтегазстрой» для вспучивания вермикулитовых руд с большим содержанием пустой породы была разработана и изготовлена установка с наклонной печью, позволяющая получать обожженную вермикулитовую породу с одновременным обогащением - отделением части пустой породы за счет наклонного расположения канала печи. Поскольку необогащенная вермикулитовая порода Каратас-Алтынтасского месторождения мелко- и среднезернистая, она классифицируется по фракциям путем рассева на виброгрохоте.

Техническая характеристика установки представлена в табл. 3.

Таблица 3

Техническая характеристика установки по обжигу вермикулита

Характеристика установки	Параметры
1. Производительность по обожженному продукту в зависимости от качества сырья	4-6 м3/ч
2. Допустимая влажность сырья	3-5 %
3. Фракционный состав сырья	0-10 мм
4. Расход топлива	40 кг/ч
5. Расход сжатого воздуха при 6 атм	3 м3/мин
6. Установленная мощность	35 кВт
7. Температура нагрева канала печи	до 1000°С
8. Объем отходящих газов	1200 м3/ ч
9. Температура отходящих газов	300°С

Вермикулитовое сырье по ленточному транспортеру подается в приемный бункер. Далее вермикулитовая порода вентилятором поступает на скребковый транспортер, затем в канал печи. Снизу, в канал печи, подается сжатый воздух и факел горения, где происходит вспучивание вермикулита и обжиг вермикулитовой породы. При этом частицы вермикулита, попадая в поток горячих газов, вспучиваются и вместе с мелкими фракциями пустой породы выносятся потоком газов в циклоны-накопители. Значительная часть пустой породы выпадает из потока вдоль всей длины канала печи и попадает в приемный бункер.

Таблица 4

Насыпная плотность и содержание вермикулита в различных фракциях обожженной породы (Каратасский массив)

Номера проб	Показатели	Размер зерен, мм
		0,6	0,3-0,6	0,6-1,25	1,25-2,5	2,5-5
1	Насыпная плотность обожженной породы, кг/м3	685	535	495	520	645
	Содержание вермикулита	27,0	39,0	47	41,0	31
2	Насыпная плотность обожженной породы, кг/м3	624	198	466	538	667
	Содержание вермикулита	29,5	42,6	17,9	40,5	28,1
3	Насыпная плотность обожженной породы, кг/м3	845	805	601	670	640
	Содержание вермикулита	26,5	25,0	28,0	38,1	30,1
4	Насыпная плотность обожженной породы, кг/м3	742	740	685	540	685
	Содержание вермикулита	20,6	25,0	18,5	29,5	25,4

Производственные испытания показали (табл. 4, рис. 8), что в процессе обжига часть пустой породы (в основном фракции 0-0,6 мм) остается в обожженном продукте. Если содержание в нем вспученного вермикулита превышает 30 %, насыпная плотность н = 300-600 кг, что дает легкий заполнитель для производства АЛБ. Оптимальная температура обжига - 900 С.



Рис. 8. Изменение коэффициента вспучивания каратасской вермикулитовой породы в зависимости от температуры и продолжительности обжига в муфтенной печи. Время обжига: 1-3 мин, 2-4 мин, 3-5 мин

Рис. 9. Зависимость насыпной плотности обожженного вермикулитовой породы от содержания пустой породы: 1 - карастасский вермикулит; 2 - инаглинский вермикулит; 3 - ковдорский гидрофлогопит; 4 - алтынтасский гидрофлогопит

Опытами установлено (рис. 9), что при содержании пустой породы до 60 % можно получить обожженный продукт с насыпной плотностью сн = 300-600 кг/м3.

В главе 4 представлены результаты математического планирования эксперимента аэрированных вермикулитобетонов. Исследуемые факторы: портландцемент + зола-унос : заполнитель (песок + вермикулит вспученный); соотношение песок : вспученный вермикулит; количество золы-унос. В качестве параметров оптимизации рассматривались: средняя плотность АЛБ, его пределы прочности при сжатии и изгибе. Приведен расчет состава АЛБ на обожженной вермикулитовой породе методом поровых объемов, исследованы их свойства.

Разработаны составы и технология производства аэрированных бетонов со средней плотностью от 1000 до 1300 кг/м3 и классов по прочности В3,5-В7,5.

В табл. 5 приведены свойства АЛБ на основе обожженной вермикулитовой породы после твердения в различных условиях Наибольшая прочность 6,0-12,0 МПа достигается при автоклавной обработке и давлении пара 0,8 МПа.

Из табл. 6 следует, что оптимальными являются составы с требуемой средней плотностью и прочностью при расходе портландцемента М-400 Д-20 - 250-300 кг/м3. Бетон изготовлен методом литья из АЛБ-смесей с повышенной подвижностью (Пк-10-12).

С целью повышения стабильности и технических свойств АЛБ на основе обожженной вермикулитовой породы в его состав вводилось натриевое жидкое стекло с = 1,3 г/см3, которое вводилось с водой затворения и ПАВ.

Таблица 5

Влияние гидротермальной обработки на свойства АЛБ на основе обожженной вермикулитовой породы

Состав по массе (ПЦ 400-Д-20 : зола-унос ТЭЦ : обожженная вермикулитовая порода с н = 610 кг/м3 )	Подвижность АЛБ-смеси, Пк12 (В/В = 0,8)	Свойства аэрированных бетонов	Условия твердения
		Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности при
			сжатии, МПа	изгибе, МПа
1 : 0,3 : 2,0	12	1100 1050 1020	13,5 4,9 3,2	2,8 2,6 2,7	Давление пара 0,8 МПа (2+6+2 ч) Пропарка (2+6+2 ч) 28 суток твердения
1 : 0,3 : 2,5	11	1160 1100 1050	8,7 4,0 4,4	2,3 1,8 2,1	Давление пара 0,8 МПа (2+6+2 ч) Пропарка (2+6+2 ч) 28 суток твердения
1 : 0,3 : 3,5	10	1300 1250 1200	6,0 5,2 5,6	3,0 2,2 2,5	Давление пара 0,8 МПа (2+6+2 ч) Пропарка (2+6+2 ч) 28 суток твердения

Жидкое стекло, обладая высокой клеящей способностью, стабилизирует пену, пузырьки воздуха не агрегируются, что способствует равномерному распределению пор в вермикулитобетоне; ускоряет набор пластической прочности бетонной смеси.

В табл. 7 приведены составы и свойства аэрированного бетона с добавкой жидкого стекла.

Таблица 6

Расход материалов и свойства АЛБ

Вермикулит вспученный фр. 0,6-5мм, М-200, ОП-7 -0,2 % от массы вяжущего

Состав по массе (ПЦ 400-Д-20 : зола-унос ТЭЦ : песок : вспученный вермикулит	Расход материалов на 1м3 бетона, кг	Свойства бетона
	Портландцемент	Зола-унос ТЭЦ	Песок природный	Вспученный вермикулит	Вода	Средняя плотность, кг/м3	Предел прочности в возрасте 28 сут. твердения при
							сжатии, МПа	изгибе, МПа
1 : 2,5 : 0,2	305	-	745	50	240	1200	6,8	3,0
(1:0,6) : 2,2 : 0,35	280	170	600	90	310	1200	5,7	2,4
(1:0,6) : 2,2 : 0,35	290	160	600	-	300	1150	6,6	2,0
(1:0,65) : 1,5 : 0,2	275	170	400	55	340	1000	4,4	1,9
(1:0,7) : 2,5 : 0,2	255	185	700	50	285	1350	6,4	2,8
(1:0,7) :2,0:0,5	280	195	560	140	350	1250	5,6	3,0
(1:0,55) : 1,9 : 0,2	320	180	600	70	320	1350	8,2	4,0

аэрированный вермикулит бетон стекло

Таблица 7

Составы и свойства аэрированных вермикулитобетонов с добавкой жидкого стекла

Состав (части по массе) - свойства	Состав
	1	2	3	4	5
Портландцемент М400 Д20 Чемкентского завода	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Зола-унос Актюбинской ТЭЦ	0,5	0,5	0,4	0,4	0,5
Обожженная вермикулитовая порода	2,2	3,0	2,5	2,7	3,2
Жидкое стекло	0,0035	0,0050	0,0040	0,0060	-
ОП-7	0,002	0,003	0,002	0,003	0,005
Вода	0,93	0,95	0,9	0,85	0,97
Свойства
Средняя плотность, кг/м3	1300	1300	1200	1100	1350
Предел прочности при сжатии, МПа	6,0	8,0	6,5	5,0	4,5
Теплопроводность, Вт/(мК)	0,27	0,25	0,23	0,22	0,30

Приведенные в табл. 5-7 данные свидетельствуют, что вермикулитобетоны могут использоваться для производства стеновых камней, межкомнатных перегородок, «теплых» стяжек полов под покрытие линолеумом.

Поровая структура изучалась на образцах следующих материалов:

аэрированный бетон со средней плотностью 0 = 1000 кг/м3 и общей

пористостью Побщ = 51,9 %;

аэрированный бетон на основе обожженной вермикулитовой руды

с 0 = 1000 кг/м3 и Побщ = 55,2%;

пенобетон с 0 = 1000 кг/м3 и Побщ = 64,0% (для сравнения).

В табл. 8 приведена характеристика поровой структуры АЛБ и пенобетона.

Таблица 8

Характеристика поровой структуры

Вид материала	Средний диаметр пор, мм	Размах варьирования, мм	Стандартное отклонение
Аэрированный бетон с использованием вспученного вермикулита и природного песка	0,0187	0,06	0,014
Аэрированный бетон с использованием обожженной вермикулитовой породы	0,0112	0,06	0,0135
Пенобетон	0,0287	0,08	0,0179

Результаты определений теплопроводности аэрированных бетонов в зависимости от их средней плотности приведены в табл. 9.

Таблица 9

Зависимость теплопроводности аэрированных легких бетонов от их средней плотности

Средняя плотность, кг/м3	800	900	1000	1100	1200	1300
Теплопроводность, Вт/(мК)	0,16- 0,18	0,17- 0,19	0,18- 0,21	0,20- 0,23	0,23- 0,28	0,30- 0,34

Теплопроводность аэрированных бетонов ниже пенобетона и керамзитобетона равной плотности на 10-15 %, что определяется мелкопористым строением цементной матрицы и наличием особо легкого заполнителя - мелкозернистого вспученного вермикулита.

Для добычи и переработки предполагается построить горно-обогатительный комбинат производительностью по породе 1170 тыс. т, обеспеченность предприятия запасами вермикулита-сырца- 20 лет.

Разработаны ТУ 5741-001-02068580-01 «Стеновые камни из аэрированного легкого бетона на основе обожженной вермикулитовой породы» и технологический регламент и сделан расчет экономической эффективности цеха по производству стеновых камней из аэрированного легкого бетона. Выпущены опытные партии стеновых изделий, изготовлены «теплые» основания полов из АЛБ.

Общие выводы

1. Изучены свойства вермикулитов Каратас-Алтынтасского месторождения, являющегося по своим запасам крупнейшим в Казахстане, но мало изученным.

Установлено, что гидрослюды Каратас-Алтынтасского месторождения представлены смешанно-слойными вермикулитами.

2. Разработана «сухая» схема производства вспученного вермикулита. Заводские опыты показали, что для обжига вермикулитосодержащей породы вышеупомянутого месторождения можно использовать «сухую» схему производства. Дообогащение вермикулитовой породы может осуществляться классификацией по фракциям, магнитной сепарацией и за счет отделения части пустой породы в процессе обжига.

3. Получен вспученный каратасский вермикулит с насыпной плотностью н = 100-200 кг/м3. Исследованы его свойства: сорбционная влажность, теплопроводность, упругие деформации. Рекомендовано использовать ее в качестве пористого заполнителя в аэрированных легких бетонах.

Получена в промышленных условиях обожженная вермикулитовая порода с насыпной плотностью н = 400-600 кг/м3. Исследованы ее свойства.

4. Предложена методика расчета и разработаны составы аэрированных легких бетонов на основе обожженной вермикулитовой породы со средней плотностью 0 = 1000-1300 кг/м3, В3,5-В7,5.

5. Исследовано влияние золы-уноса ТЭЦ и жидкого стекла на составы АЛБ. Применение золы-уноса Актюбинской ТЭЦ в смешанном вяжущем позволяет снизить расход цемента до 200-250 кг на 1 м3. Введение жидкого стекла при приготовлении АЛБ на основе обожженной вермикулитовой породы способствует стабилизации микропор и улучшает теплофизические свойства бетона.

6. Предложена технология изготовления АЛБ с применением турбулентного скоростного смесителя. Это обеспечивает получение легкого конструктивно-теплоизоляционного бетона с малыми усадочными деформациями. АЛБ-смеси готовятся с повышенной подвижностью (Пк-12) и предназначены для изготовление изделий методом пластического формования.

7. Опытно-производственные испытания и технико-экономические расчеты показали целесообразность строительства цеха по обжигу вермикулита и изготовлению стеновых каменей из аэрированного легкого бетона на основе обожженной вермикулитосодержащей породы Каратас-Алтынтасского месторождения.

Опытное внедрение осуществлено на промбазе проектно-конструкторско-технологического института «Нефтегазпромстройпроект» («теплых» оснований полов под покрытие линолеумом, экспериментальные блоки из аэрированного легкого вермикулитобетона). Выпущена опытная партия стеновых камней из АЛБ на обожженной вермикулитовой породе с добавкой жидкого стекла. Разработаны ТУ 5741-001-02068580-01 «Стеновые камни из аэрированного легкого бетона с применением обожженной вермикулитовой породы» и технологический регламент производства этих изделий, получено два авторских свидетельства на изобретение.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих научных работах

1. Легкие аэрированные бетоны на основе вермикулита / Тез. докл. II регион. науч. конф. молодых ученых. - Актюбинск: Актюбинский гос. университет. 1990. с. 34.

2. Легкие аэрированные бетоны на основе вермикулита. Строительство трубопроводов. - М., Недра, 1991. с. 26. (соавтор Архипов В. В.).

3. Стеновые камни из легкого аэрированного бетона на базе попутных продуктов промышленности. / В кн.: Строительные материалы и изделия из технологического сырья. Межвузовский тематический сборник трудов - Л.: ЛИСИ, 1991. С. 64-67 (соавторы: Аубакирова И. У., Тихонов Ю. М.).

4. Формирование поровой структуры аэрированных легких бетонов. В кн.: Теоретические проблемы строительного материаловедения и эффективные стеновые материалы. Всесоюзная конференция. - Белгород, 1991. С. 25-27 (соавторы: Аубакирова И. У., Тихонов Ю. М.).

5. А.с. 4939533. Композиция для изготовления теплоизоляционного материала. (Архипов В. В., Макбузов А. С., Никонова Н. С.) / Б.И., 1992.

6. А.с. 4939644. Сырьевая смесь для изготовления легкого бетона. (Архипов В. В., Макбузов А. С., Никонова Н. С.) Б.И. 1992.

7. Расчет состава легких аэрированных бетонов методом поровых объемов. / В кн.: Вестник Актюб. гос. ун-та. 1999. С 81-86. (соавтор Тихонов Ю. М.).

8. Аэрированные легкие бетоны с использованием каратасского вермикулита. Информационный листок ЦНТИ. - Актобе, 2000 (соавтор Тихонов Ю. М.).

9. Применение аэрированных легких бетонов (АЛБ) в современном строительстве. /В кн.: Вестник Актюбинского государственного университета. - Актобе, 2005. - С.23-24. (соавтор Тихонов Ю. М.).

10. Получение и исследование свойств обожженной вермикулитовой породы Алтынтасского месторождения. / В кн.: Вестник Актюб. гос. ун-та. - Актобе, 2006. - С. 15-17 (соавтор Тихонов Ю. М.).

11. Вермикулит Каратас-Алтынтасского месторождения и технология получения обожженного продукта на его основе / Строительные материалы. М., № 10, 2007. С. 10-12 (соавторы Тихонов Ю. М., Коломиец И. В.).

12. Производство вермикулита Каратас-Алтынтасского месторождения (Западный Казахстан) в легких бетонах / В сб. докл. 65-й науч. конф. - СПб.: СПбГАСУ. 2008. - С. 136-140 (соавторы Тихонов Ю. М., Коломиец И. В.) (по списку ВАК).

Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати 2008. Формат 6084 1\16. Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 1,0. Тир. 100 экз. Заказ .

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

Размещено на Allbest.ru

...