Керамобетон на основе вторичных заполнителей из кирпичного боя для мелкоштучных стеновых изделий Хаджиев Магомед Рамзанович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Теоретический обзор состояния проблемы 13

1.1 Опыт использования керамического кирпичного боя (ККБ) и производственного брака кирпича (ПБК) в строительстве 13

1.2 ККБ и ПБК - как материал для получения заполнителей бетона 26

1.3 Использование отсевов дробления ККБ и ПБК в качестве наполнителя в многокомпонентных бетонах 43

1.4 Рабочая гипотеза 47

Цель и задачи диссертационной работы 48

ГЛАВА 2. Характеристика исходных материалов, применяемые приборы и методика исследований 49

2.1 Исследуемые материалы 49

2.1.1 Мелкий и крупный заполнитель из ККБ и ПБК 49

2.1.2 Вяжущие вещества 59

2.1.3 Химические добавки 60

2.1.4 Вода 62

2.2 Методики, приборы и оборудование для проведения исследований 62

ГЛАВА 3. Легкий керамобетон на основе вторичных заполнителей из ККБ и ПБК 66

3.1 Технологические принципы получения легкой керамобетонной смеси и керамобетона на основе вторичных заполнителей 66

3.1.1 Разработка оптимальных рецептур легких керамобетонов 68

3.1.2 Динамика изменения структурной организации и жизнеспособности керамобетонных смесей 73

3.1.3 Динамика набора прочности керамобетонов 75

3.2 Сравнительные исследования вторичных заполнителей из ККБ и ПБК и легкого керамобетона на их основе з

3.2.1 Зависимость основных свойств вторичных заполнителей от вида дробимого сырья 79

3.2.2 Зависимость свойств керамобетонов от вида применяемых вторичных заполнителей 83

3.3 Изучение влияния пылевидной части отсевов дробления ККБ и ПБК на прочность цементного камня и керамобетона 84

Выводы по третьей главе 90

ГЛАВА 4. Структура и свойства легких керамобетонов, полученных с применением ККБ и ПБК 93

4.1 Структура легкого керамобетона на основе вторичных заполнителей 93

4.2 Прочность контактной зоны вторичного заполнителя и цементного камня 97

4.3 Теплопроводность, плотность и морозостойкость керамобетона на основе вторичных заполнителей 103

4.4 Прочностные и деформативные свойства легких керамобетонов на основе вторичных заполнителей 109

4.5 Прочность сцепления арматуры с керамобетонной матрицей 111

Выводы по четвертой главе 116

ГЛАВА 5. Производственное внедрение и технико экономическое обоснование результатов работы 118

5.1 Рекомендации по получению керамобетонов с использованием вторичных заполнителей из ККБ и ПБК 118

5.2 Технология керамобетона на основе продуктов дробления ККБ 125

5.2.1 Технология получения вторичного заполнителя из отходов ККБ

и ПБК 125

5.2.2 Технология легкого керамобетона на основе вторичных заполнителей из отходов ККБ и ПБК 138

5.2.3 Технология изготовления мелкоштучных стеновых изделий с использованием легкого керамобетона 140

5.3 Внедрение результатов работы 145

5.4 Экономическое обоснование эффективности производства

керамобетонов с использованием заполнителей из ККБ и ПБК 150

Выводы по пятой главе 155

Заключение 157

Список использованных источников литературы

• Использование отсевов дробления ККБ и ПБК в качестве наполнителя в многокомпонентных бетонах
• Химические добавки
• Динамика изменения структурной организации и жизнеспособности керамобетонных смесей
• Теплопроводность, плотность и морозостойкость керамобетона на основе вторичных заполнителей

Введение к работе

Актуальность темы исследования. В настоящее время строительство зданий и сооружений вследствие существенного увеличения объема и интенсивности работ диктует аналогичное увеличение производства строительных материалов требуемого качества, для переработки исходного сырья которых необходимы минимальные энергозатраты и капиталовложения. Такой подход позволяет застройщику быстро и надежно строить и обеспечивать потребителя жильем высокого качества и долговечности. В соответствии с программой «зеленого строительства» к таким материалам относятся так называемые «зеленые композиты» на основе техногенного сырья, как наиболее эффективные с точки зрения минимальных энергозатрат при их производстве и экологически эффективные с точки зрения охраны окружающей среды.

В результате реализации государственных, региональных и ведомственных программ по сносу устаревших зданий и сооружений, природных и техногенных катастроф, вооруженных конфликтов в различных регионах страны и мира накоплено большое количество техногенного сырья в виде кирпичного и бетонного лома, производственного брака технологических производств строительной индустрии, которое в первую очередь должно быть использовано для реализации вышеуказанных задач в строительном производстве.

В настоящее время в Чеченской Республике, как и во всем мире, ощущается острая потребность в эффективных строительных материалах, особенно стеновых, способных в полной мере обеспечить требуемые теплотехнические параметры. Как показывает зарубежный и отечественный опыт, при комплексном подходе к решению проблемы рационального использования имеющейся базы техногенного сырья с внедрением передовых эффективных технологий ее обработки, можно разработать технологию и предложить конкурентоспособную строительную продукцию, не уступающую по качественным показателям отечественным и зарубежным аналогам. В полной мере это относится к технологии получения легких керамобетонов в виде мелкоштучных стеновых изделий на основе вторичных заполнителей из керамического кирпичного боя (ККБ) и производственного брака кирпича (ПБК). Такой подход позволит значительно снизить дефицит стеновых материалов для строительства и восстановления разрушенных зданий и сооружений, расширить сырьевую базу строительных материалов и повысить экологическую безопасность в регионе.

Степень изученности проблемы. На основании анализа работ Ю.М. Баженова, Л.Д. Чумакова, B.C. Лесовика, М.Ф. Пистилла и других отечественных и зарубежных ученых можно сделать вывод о недостаточной изученности состава и свойств продуктов дробления ККБ и ПБК и об отсутствии отечественного опыта переработки и вторичного его использования.

В связи с этим предлагается использовать в строительном производстве новый относительно дешевый местный строительный вторичный материал, который до этого, в лучшем случае, использовался в качестве подсыпки дорожного полотна - керамический кирпичный бой и производственный брак кирпича. Объемы имеющихся в отвалах отходов ККБ и ПБК позволяют говорить об эффективности их использования вместо природного сырья, поскольку

ежегодное образование отходов сноса зданий и сооружений в нашей стране составляет более 17 млн. тонн, 40 % из которых - кирпичный бой.

Таким образом, разработка альтернативных способов использования ККБ и ПБК является актуальной задачей развития программы так называемого «зеленого строительства и зеленых композитов».

Цель и задачи диссертационного исследования. Целью диссертационного исследования является разработка научно обоснованных способов получения керамобетонов на основе использования вторичных заполнителей из керамического кирпичного боя и производственного брака кирпича для производства мелкоштучных стеновых изделий.

В соответствии с целью исследования в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

- изучены особенности состава и свойств техногенного сырья в виде ККБ и
ПБК и вторичных заполнителей на их основе с целью получения легкого
керамобетона для стеновых материалов;

- изучен механизм действия химических добавок на процессы
структурообразования керамобетонных смесей, полученных с использованием
вторичных заполнителей;

- разработана рецептура легких керамобетонных смесей с использованием
заполнителей из ККБ и ПБК для производства мелкоштучных стеновых
материалов и изучены их свойства;

- проведена оптимизация гранулометрического состава вторичных
заполнителей и рецептуры легких керамобетонных смесей;

- разработаны нормативные документы и ТЭО полученных результатов
экспериментальных, теоретических исследований и опытно-промышленного
внедрения.

Научная новизна диссертационного исследования. Предложены принципы получения легких керамобетонов на основе вторичных заполнителей с улучшенными теплофизическими и эксплуатационными свойствами, заключающиеся в оптимизации матричной структуры керамокомпозиционного материала за счет использования современных модификаторов, выбора оптимального соотношения между составляющими бетонной смеси и обогащением зернового состава заполнителя. Полученные составы керамобетонов характеризуются: меньшей теплопроводностью (0,35-0,50 Вт/[мС]), плотностью - 1310-1750 кг/м³, низкой себестоимостью - более 30 %, при прочности на сжатие (в пределах В10-В25) и морозостойкости - до F100.

Изучен механизм влияния химических добавок на основные свойства легких керамобетонных смесей на основе вторичных заполнителей. Исследованы водоредуцирующий, цементосберегающий и пластифицирующие эффекты от применения химических добавок, заключающиеся в снижении В/Ц с 1,1 до 0,5, уменьшении расхода вяжущего до 25 % и увеличении подвижности с П1 до ПЗ.

Исследованы параметры поровой структуры легких керамобетонов на вторичных заполнителях и установлено, что водопоглощение их составляет не более 6-7%, а структура, по сравнению с бездобавочными составами,

представлена более мелкими (X =1,5-1,9 мкм) однородными по размеру (а = 0,4-0,5) порами.

Получены зависимости основных свойств легких керамобетонных смесей и керамобетонов от различных факторов - зернового состава вторичного заполнителя, наличия в нем пылевидной фракции, его водопоглощения, прочности, технологии приготовления смеси и др.

Теоретическая значимость диссертационной работы обоснована тем, что:

-предложены принципы получения легких керамобетонов с оптимальными технологическими, физико-механическими и эксплуатационными свойствами для производства мелкоштучных стеновых изделий путем использования вторичных заполнителей из отходов разборки зданий и сооружений;

-развита теория гидратации и твердения клинкерных минералов в многокомпонентной системе «вяжущее - вторичные заполнители - добавки -вода», а также раскрыты основные положения теории ее структурообразования;

-изложены основные положения, касающиеся повышения

энергоэффективности технологии производства легких керамобетонных смесей для мелкоштучных стеновых изделий с использованием отходов в виде ККБ и ПБК;

-раскрыты механизмы снижения объемной массы керамобетона с сохранением при этом плотности, однородности и других эксплуатационных показателей за счет использования суперпластификаторов и оптимизации структуры композита;

-изучено влияние структуры вторичных заполнителей из ККБ и ПБК с повышенным водопоглощением на основные эксплуатационные характеристики стеновых изделий;

-применительно к проблематике диссертации эффективно использованы методы математического планирования эксперимента со статистической обработкой результатов и стандартные методы испытания;

Теоретические выводы, сделанные в результате исследования, могут быть использованы в преподавании следующих учебных курсов: «Технология строительной керамики и искусственных пористых заполнителей», «Бетоны и растворы на основе техногенного сырья», «Технология бетона, строительных изделий и конструкций», «Строительные материалы и изделия», «Строительные композитные материалы» и др.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в том, что:

существенно расширена сырьевая база для производства легкого керамобетона, предназначенного для мелкоштучных стеновых изделий, за счет использования вторичного заполнителя из ККБ разборки зданий и ПБК производственных предприятий;

разработаны рациональные рецептуры легких керамобетонных смесей на основе использования вторичных заполнителей и химических добавок-водопонизителей;

предложена технология получения вторичных заполнителей из ККБ и ПБК и легких керамобетонов на их основе, предназначенных для производства

мелкоштучных стеновых изделий, и установлена эффективная дозировка химической добавки для обеспечения оптимальной рецептуры керамобетонной смеси, позволяющая получить значительный водоредуцирующий и цементосберегающий эффекты.

Методы исследования базируются на известных положениях теории твердения клинкерных минералов, бетонов и строительных растворов на их основе в нормально-влажностных условиях, математической логики, теории автоматизации и управления технологическими процессами и производствами. Исследования проводились с учетом действующих государственных стандартов и рекомендаций.

Основные положения, выносимые на защиту:

результаты исследований гранулометрического, химического и минерального составов отходов ККБ и ПБК, а также вторичных заполнителей из продуктов их дробления;

свойства легких керамобетонных смесей и керамобетонов на основе заполнителей из ККБ и ПБК;

оптимальные составы легких керамобетонов для производства мелкоштучных стеновых материалов с улучшенными технологическими, физико-механическими и эксплуатационными свойствами;

особенности технологических переделов сортировки, дробления и фракционирования продуктов дробления ККБ и ПБК с получением вторичных заполнителей, а также приготовления легких керамобетонных смесей и мелкоштучных стеновых материалов на их основе;

результаты апробации.

Внедрение результатов работы. Полученные результаты были апробированы в промышленных условиях на предприятии ООО «Мустанг» при строительстве малоэтажных жилых и общественных зданий в Чеченской Республике и в Республике Дагестан с использованием в ограждающих конструкциях мелкоштучных стеновых блоков в количестве 80000 штук, изготовленных из керамобетонной смеси с общим объемом 900 м .

Для внедрения результатов работы при строительстве, ремонте и реконструкции зданий и сооружений разработаны следующие технические документы:

технологический регламент на производство мелкоштучных стеновых материалов из легкого керамобетона на вторичных заполнителях из керамического кирпичного боя и брака;

рекомендации по получению керамобетонов с использованием вторичных заполнителей из ККБ и ПБК;

стандарт предприятия «Пористые вторичные заполнители из керамического кирпичного боя и производственного брака кирпича для бетонов и строительных растворов и теплоизоляции».

Результаты работы использовались при реализации федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» и республиканской целевой программы «Энергоснабжение и повышение энергоэффективности в Чеченской Республике на 2009-2013 годы». В

результате этого получены эффекты как экологического и экономического, так и социального содержания.

Основные положения диссертационного исследования, подтвержденные результатами промышленного внедрения, включены в содержание учебно-методических материалов при подготовке специалистов, бакалавров и магистров, обучающихся по направлению «Строительство».

Достоверность полученных результатов диссертационных исследований подтверждается применением:

- апробированных методов экспериментальных исследований;

поверенного оборудования и математического аппарата планирования эксперимента;

при обработке экспериментальных данных современного программного обеспечения.

Апробация результатов исследования. Наиболее значимые результаты диссертационного исследования были доложены и обсуждались на:

1. Международной молодежной конференции «Экологические проблемы горнопромышленных регионов», г. Казань, 2012 г.;

2. II Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в производстве, науке и образовании», г. Грозный, 2012 г.;

3. 15-м Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед - 2012», г. Москва, 2012 г.;

4. III Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в производстве, науке и образовании», г. Грозный, 2013 г.;

5. Международной заочной научно-практической конференции «Наука и образование в жизни современного общества», г. Тамбов, 2013 г.;

6. V Международной конференции «Современные концепции научных исследований». Редакция Евразийского союза Ученых «ЕСУ», г. Москва, 2014 г.;

7. Международной научно-практической конференции «Современные строительные материалы, технологии и конструкции», посвященной 95-летию ФГБОУ ВПО «ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова», г. Грозный, 2015 г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 работ, в том числе 4 - в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста, содержащих 38 таблиц, 46 рисунков и структурно представлена введением, пятью главами, заключением, списком литературы из 104 наименований и 4 приложениями.

Использование отсевов дробления ККБ и ПБК в качестве наполнителя в многокомпонентных бетонах

Однако, вопрос утилизации керамического кирпичного боя (ККБ) и производственного брака кирпича (ПБК) остается открытым и актуальным, поскольку он (кирпичный бой) среди прочих твердых отходов строительства и сноса зданий и сооружений в определенных районах республики составляет иногда больше половины этих отходов.

Кроме того, помимо отходов, образующихся при разборке зданий и сооружений, очень большое количество твердых отходов образуются в самом процессе строительства.

Процесс строительства не зависимо от степени ее степени сложности - это не только возведение современных промышленных, общественных или жилых зданий, но и достаточно большой объем отходов, образующихся в ходе строительства. При возведении зданий из кирпича всегда в больших количествах образуется и бой кирпича. Опыт показывает [14], что количество кирпичного боя и брака изделий, непригодных к использованию в строительстве, составляет от 5 до 20 % от общего объема применяемых мелкоштучных стеновых изделий (кирпича и камня керамического). И это только при транспортировке кирпича марки Ml50 на расстояние до 100 километров, а при использовании кирпича марок М75-М100 этот процент возрастает еще больше. Бой кирпича также образуется при разгрузочно-погрузочных работах в самой строительной площадке. Несмотря на огромное количество их образования на строительных площадках, в настоящее время их относят в категорию «строительный мусор» и, как правило, выбрасывается без сортировки. Это не смотря на то, что на деле битый кирпич может оказаться весьма полезным строительным материалом. К тому же весьма недорогим. Более того, на строительной площадке кроме кирпичного боя керамические отходы образуют бракованные изделия широкой номенклатуры строительной керамики - изделия кровельные (черепица), отделочные (керамика фасадная, плитки и плиты облицовочные, плитки для полов), стеновые (кирпич, камень) и санитарно-технические (санитарно-технические приборы, трубы, изделия). При этом различают изделия грубой и тонкой строительной керамики.

К грубой строительной керамике относятся изделия, изготовленные из легкоплавких, тугоплавких и реже огнеупорных глин. По строению черепка эти изделия делятся на две группы: с пористой структурой (кирпич, черепица, архитектурно-отделочная и фасадная керамика, дренажные трубы и др.) и с плотной камневидной структурой (плитки для полов, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки и др.).

К тонкой строительной керамике относятся изделия из светложгущихся глин и каолинов с мелкозернистым, обычно белым черепком, покрытые прозрачной или глухой глазурью, или неглазурованные (облицовочные плитки, санитарно-технические изделия из фаянса и полуфарфора, фаянсовая майолика и т. п.).

Бой кирпича помимо его накопления во время ремонтов, сносов, строительства зданий и сооружений, в большом количестве образуется непосредственно в процессе производства кирпича на предприятиях строительной керамики. При некачественной обработке, к примеру, неудачной сушке, плохом прессовании, недостаточном (недожог) или наоборот - очень сильном обжиге (пережог), появляется много брака, который и причисляется к колотому кирпичу.

Появлению брака могут послужить и различные деформации - сколы, трещины, вкрапления известняка и т.д. Последний присутствует по той причине, что месторождения глины часто находятся возле месторождений известняка. При недостаточной очистке глины кирпич становится не таким прочным, как требуют того стандарты, трескается и образует большое количество кирпичного боя.

Брак кирпича на заводах строительной керамики допускается до 1,5 % от выпускаемой продукции [15]. При производстве керамических стеновых изделий брак может получиться на следующих 3-х этапах:

При прессовании (когда из глиняной массы формируются прямоугольные кирпичи); 2. При сушке (когда из сырого кирпича удаляют излишнюю влагу); 3. При обжиге (когда под действием высоких температур глина спекается в керамику). Первый этап производства - процесс отформовки кирпича-сырца, связан с порезкой изделия не в размер (рисунок 1.6). И такой брак является одним из самых распространённых видов брака, который получается в процессе прессования. Известно, что стандартный рядовой кирпич имеет размер 250x120x65 мм, но по ГОСТу допускается погрешность: 250±5 мм, 120±4 мм, 65±3 мм. Таким образом, брак в данном случае - это кирпич, размеры которого не соответствуют ГОСТу.

Все указанные виды брака, образующиеся на первой этапе производства кирпича, можно оперативно устранять путем возврата бракованных сырцов в глиносмеситель. Однако брак кирпича, образующийся на следующих стадиях его производства, требует особого внимания и серьезного решения. При сушке керамического кирпича-сырца, являющееся вторым этапом производства, может выявляться брак, который возникает как в результате нарушений технологического режима этой операции, так и при подготовке этих процессов. При этом отбракованными считаются изделия со следующими отклонениями: - сушильные трещины и разрушения изделий, которые могут появиться при повышенной скорости сушки. Мелкие трещины возникают при конденсации влаги на поверхности изделий в начальном периоде сушки; - помятости - образуются из-за небрежной укладки сформированного изделия или сотрясения их при транспортировке по туннелям печи; - отрыв от наружной поверхности изделия массы - в виде пластов (отколы) происходят в последний период сушки при высокой температуре теплоносителя вследствие образования в изделиях паров воды, давление которых отрывает часть массы от поверхности изделий; - высолы на кирпиче - появляются при выносе водорастворимых солей вместе с влагой на поверхность изделия, а также в случае содержания серы в топливе, применяемом при сушке и обжиге изделий.

Самый большой брак кирпича получается при обжиге (рисунок 1.7), который является завершающим этапом выпуска керамического кирпича. На этом этапе брак образуется из-за недожога и пережога кирпича.

Недожженный кирпич - прокопченный кирпич с более бледным цветом. Такой кирпич недолговечен, имеет низкую морозостойкость и естественно очень быстро впитывает влагу. Такой брак получается не только в результате недостаточной температуры, но и когда в печь попадает «сырой», не полностью высушенный кирпич.

Химические добавки

Гидросмесь, направляемая в полость гидроциклона, начинает вращаться вдоль стенок с выделением из потока при этом тонкодисперсных частиц, которые уносятся через верхний патрубок с водой, а песок, удерживаемая стенками, медленно оседает внизу.

Для дальнейшего обезвоживания песка из отсевов применяют вибролотки, устраивают на складе дренажные стоки или другие используют устройства.

Обогащенные и фракционированные таким образом пески должны отвечать повышенным требованиям ГОСТ по зерновому составу в отношении доли зерен каменной муки, представленной отмучиваемыми частицами менее 0,16 мм.

Более того гранулометрический состав обогащенных песков должен полностью отвечать требованиям таблицы 1.1 в соответствии с группой по крупности этого песка. Этим в полной мере обеспечивается стабильность зернового состава песка из отсева, выровненного в соответствии с требованиями ГОСТ, что имеет первостепенное значение для подбора высококачественного состава бетона.

При этом следует отметить, что приведенным технологиям, связанным с обогащением, фракционированием, промывкой и раздельным применением конечного продукта, характерны значительные дополнительные трудовые, материальные и энергетические затраты. Поэтому разработка альтернативных способов вторичного использования продуктов дробления ККБ и ПБК является актуальной задачей в области повышения эффективности их использования в технологии бетона и строительного раствора.

Кирпич, как и другие керамические материалы, получаемые обжигом глинистого сырья, достаточно прочен и долговечен. Поэтому в разные годы предпринимались попытки создать эффективный бетонный композит на основе кирпичного щебня, получаемого дроблением боя обыкновенного керамического кирпича. Плотность кирпича — около 1,7-1,8 г/см , щебень из него имеет насыпную плотность 800-900 кг/м , т.е. относится к категории легкого. На таком заполнителе получались бетоны с пределом прочности 10-15 МПа и плотностью 1800-2000 кг/м , т.е. на 20 % легче, чем на обычных тяжелых заполнителях [33].

Кирпичная или керамическая крошка - цемянка (от лат. Caementum «щебень»), добавляемая в известковый раствор для кладки стен, широко использовался в древнем строительстве как связующее вещество аналогично современному цементу. Применение цемянки — характерная черта каменного зодчества Киевской Руси, обнаруживаемая в главнейших памятниках Киева (Софийский собор, Десятинная церковь и др.), Чернигова, Переяслава и т.д. [34].

Поскольку кирпич был цветной, цемянка как раствор получалась окрашенной. Это дало основание современным строительным компаниям назвать цемянкой краску для стен, представляющую собой известковый раствор с измельченными до микроскопических размеров частицами кирпича.

В настоящее время есть способ получения цемянки с применением механоактивации, позволяющаяо получить цемянку с новыми свойствами, такими как самоочищаемость и способность вытягивать влагу из окрашенных цемянкой стен. В процессе нанесения цемянки на основу, содержащую силикаты (цементная штукатурка, бетон, кирпич, шифер, камень) происходит химическая реакция затвердевания алюминатов и силикатов кальция с глубоким проникновением в основу, в результате чего обеспечивается высокое качество и упрочнение покрытия. В процессе высыхания цемянки возникают высококачественные кристаллы тоберморита - гидросиликата кальция (аналог автоклавного твердения при температуре +180 С и давлении до 14 атм.). При этом образуется пористое наноструктурное покрытие, которое постепенно твердеет и в дальнейшем не меняет своих характеристик в течение 30-и и более лет [36].

В районах, где отсутствуют природный гравий и каменные породы, пригодные для производства щебня (а такие районы составляют почти /3 территории России), может оказаться целесообразным производство керамического заполнителя из местных глинистых пород, который будет дешевле привозных заполнителей.

Так, в Санкт-Петербургском и Омском филиалах СоюздорНИИ разработана технология производства нового материала - керамдора, который применяется в качестве крупного заполнителя в конструкционных бетонах с пределом прочности 30-50 МПа и в дорожном строительстве. Керамдор получают из местных невспучивающихся глин, а также из смесей глин с золами. В зависимости от способа переработки сырья и его грануляции он может быть в виде гравия или щебня, а также в виде кубиков (при пластическом формовании на ленточных прессах). Сформованные гранулы сушат, а затем обжигают во вращающихся (как при производстве керамзита) или карусельных печах. Насыпная плотность керамдора — 800-1400 кг/м , предел прочности при сдавливании в цилиндре — 3,5-6,0 МПа. В Западной Сибири производство керамдора из местного сырья обходится дешевле привозных заполнителей в районах, расположенных на расстоянии более 70 км от железных дорог [31].

По разработкам СибАДИ (г. Омск) для дорожного строительства применяют тяжелый (800-1200 кг/м ) и высокопрочный (4,5-6,0 МПа) керамзит, причем его производство предусмотрено как по специальному технологическому регламенту, так и путем отбора тяжелого продукта при разделении рядового керамзита по плотности зерен.

В бывшем Куйбышевском инженерно-строительном институте получен керамический гравии с насыпной плотностью 1100-1200 кг/мЗ и пределом прочности зерен (при испытании кубиков) 50-55 МПа, пригодный для получения бетонов с пределом прочности 50 МПа.

В ряде районов производство сравнительно дешевого керамического щебня может быть организовано по технологии, аналогичной технологии производства кирпича, с последующим дроблением и рассевом. Технология может быть упрощена, режимы сушки и обжига ускорены (кирпич в данном случае — полуфабрикат, и трещины в нем не снизят качества щебня, получаемого дроблением). Качество такого щебня (степень спекания, плотность, прочность) сравнительно легко регулируют выбором глинистого сырья, добавок, температуры обжига.

На Украине опробовано производство пустотелого керамического гравия для легких бетонов. Пустотелый гравий получают пластическим формованием отрезков трубок из глиномассы на ленточном прессе, окатыванием их в барабане с последующей сушкой и обжигом [32].

В СнбЗНИИЭП получен пустотелый керамический гравий, названный вакулитом. Основу глиняных гранул составляют древесные опилки или другие органические отходы, выгорающие при обжиге.

В США разработана технология получения заполнителя типа керамзита из невспучивающихся глин. Глинистое сырье разводят в воде и смешивают с пенообразователем, в результате чего получают подвижную пенистую массу. Ее перекачивают насосом на наклонный вибролоток с сухой размолотой глиной, где масса гранулируется, гранулы окатываются, покрываются порошком глины и стабилизируются, приобретая достаточную прочность для последующего обжига во вращающейся печи. По такой технологии можно получать заполнитель типа керамзита с насыпной плотностью 600-800 кг/м из тугоплавких глин, температура спекания которых выше температуры газообразования [37].

Выпускают также отдельную категорию заполнителя для жаростойких бетонов (рисунок 1.14). Дополнительные требования к заполнителям для жаростойких бетонов состоят в следующем. Заполнители не должны разрушаться или размягчаться при длительном воздействии высоких температур, а также не должны вызывать появление больших внутренних напряжений в бетоне при нагревании.

Динамика изменения структурной организации и жизнеспособности керамобетонных смесей

Результаты испытаний показали, что раздельное перемешивание компонентов позволяет повысить прочность керамобетонов, полученного на основе вторичного мелкого заполнителя без удаления из него каменной муки, на 10-25 %. При этом в пределах изменения соотношения Ц:П от 1:2 до 1:4, то есть с увеличением общего количества пылевидной фракции в составе бетонной смеси, наблюдается прирост прочности керамобетона, т.е. чем больше доля каменной муки в составе бетона, тем выше эффект раздельного перемешивания компонентов бетонной смеси.

Механизм действия принятого способа раздельного перемешивания компонентов бетонной смеси может быть объяснен следующим. В процессе перемешивания смеси заполнителя и воды тонкодисперсные частицы каменной муки переходят в водную фазу, образуя взвеси (рисунок 3.10). керамобетонной смеси: а - поверхность вторичного заполнителя до перемешивания с водой; б - то же, после перемешивания; в - то же, при повторном перемешивании с добавлением вяжущего; 1 - заполнитель; 2 пылевидные частицы каменной муки на поверхности заполнителя; 3 - жидкая фаза; 4 - взвеси частиц каменной муки; 5 - частицы вяжущего Известно [89], что при таком технологическом приеме перемешивания бетонной смеси образуется агрегативно устойчивая система, в которой тонкодисперсные частицы каменной муки могут долгое время находиться во взвешенном состоянии, не осаждаясь на поверхности зерен вторичного заполнителя. При повторном перемешивании смеси на втором этапе с добавлением вяжущего частицы последнего также образуют взвеси, очень медленно осаждаясь на поверхности твердых тел.

Так как пылевидные частицы каменной муки не приводят к образованию агрегатных комплексов, происходит их распределение между частицами вяжущего вещества. Следовательно, тонкодисперсные частицы каменной муки, не имея прямого контакта с поверхностью заполнителя, не оказывают отрицательного влияния на контактную зону «цементный камень - заполнитель». То есть, пылевидная фракция включается в цементную матрицу и не образует механически не связанных прослоек между цементным камнем и зернами заполнителя, которые и приводят к снижению прочности бетона. При этом в контактной зоне образуется, наоборот, система «цемент-каменная мука-цемент-заполнитель» в место системы «цемент-каменная мука-заполнитель».

Таким образом, использование такого простого не трудо-, энерго- и материалоемкого способа получения керамобетонной смеси позволит полностью избавиться от негативного воздействия пылевидной фракции в заполнителе из ККБ и ПБК и использовать его без обогащения и фракционирования.

Получены бездобавочные и с химическими добавками составы легких керамобетонов на основе использования вторичных мелкого и крупного заполнителей из ККБ и ПБК и изучены их свойства. Установлено, что вторичные пористые заполнители вследствие своей способности к влагообмену с цементным тестом в большей мере, чем обычные плотные заполнители, влияют на процессы его структурообразования. На первом этапе вторичные пористые заполнители, отсасывая влагу, способствуют получению более плотного и прочного контактного слоя цементного камня. На втором этапе при уменьшении количества воды в цементном камне вследствие гидратации цемента вторичные пористые заполнители возвращают ранее поглощенную воду, создавая благоприятные условия для протекания гидратации цемента и уменьшая усадочные явления в цементном камне. Была определена водопотребность щебня из ККБ и ПБК в бетонной смеси с добавкой суперпластификатора С-3 в количестве 2 % от массы цемента. Исследования показали, что водопотребность вторичного щебня из ККБ и ПБК в бетонной смеси составила 6-7 %. В связи с тем, что такой щебень обладает повышенной водопотребностью по сравнению со щебнем из изверженных плотных пород его применение в бетоне целесообразно совместно с суперпластифицирующими добавками.

Исследованы водоредуцирующий, цементосберегающий и пластифицирующие эффекты от применения химических добавок. Получены зависимости расхода цемента и прочности керамобетона от расхода применяемого суперпластификатора.

Прослежена динамика изменения структурной организации и жизнеспособности керамобетонных смесей, получаемых на основе вторичного заполнителя из ККБ и ПБК. Установлено, что жизнеспособность керамобетонных смесей составляет около 1 часа в виду значительного водопоглощения вторичного заполнителя. Предложено увеличивать расход воды и использовать различные пластификаторы, чтобы компенсировать влияние водопоглощения пористых заполнителей из ККБ и сохранить подвижность полученной бетонной смеси на их основе.

Исследована динамика набора прочности керамобетона с пластифицирующими добавками. Установлена эффективность применения добавок-водопонизителей, позволяющие не только регулировать реологию керамобетонной смеси, но и ускорить процесс интенсивного набора прочности бетона. Керамобетоны с С-3 и Хидетал в возрасте 7 суток набирают от проектной прочности около 70-90 % соответственно, в то время, как бездобавочный состав в том же возрасте - 58 %.

Проведены сравнительные исследования вторичных заполнителей из ККБ и ПБК и легкого керамобетона на их основе. Установлено, что заполнитель из ККБ по составу более однороден по сравнению с заполнителем из ПБК, имеющего в своем составе слабые зерна виду того, что ПБК представлен недожженными, пережженными и другими дефектами изделиями. Предложены технологические решения по повышению качества такого заполнителя со слабыми зернами, обоснованные исследованиями керамобетонных составов на обогащенных и необогащенных заполнителях, подтверждающих эффективность их применения.

Изучено влияние пылевидной части отсевов дробления ККБ и ПБК на прочность цементного камня и керамобетона, показавшее негативное воздействие каменной муки в песке на прочность материала. Предложено технологическое решение, позволяющее полностью избавиться от негативного воздействия пылевидной фракции в заполнителе из ККБ и ПБК и установлено, что использование такого простого не трудо-, энерго- и материалоемкого способа получения керамобетонной смеси позволяет использовать его без обогащения и фракционирования вторичного заполнителя. Кроме того, установлено, что каменная мука в бетоне, играя роль микронаполнителя, положительно влияет на водоудерживающую способность бетонной смеси.

Теплопроводность, плотность и морозостойкость керамобетона на основе вторичных заполнителей

По ленточному конвейеру кусковой материал с размерами до 0,5 м направляется на пост вторичного дробления, т.е. в щековую дробилку СМД-117Б. Дробилка со сложным движением щеки размером 1500/2100 мм обеспечивает дробление материала с пределом прочности на сжатие до 300 МПа. Производительность дробилки 600 м /ч, установленная мощность 250 кВт при общей массе оборудования до 200 т.

Измельченное до размеров 10 см исходное сырье направляется по конвейеру на пост более мелкого дробления - в расходный бункер роторной дробилки СМД-75А. Над конвейером также запроектирован металлоуловитель на базе электромагнита ПМ-15. Роторная дробилка СМД-75А имеет производительность 135 м /ч, мощность 132 кВт при общей массе оборудования 10 т.

После щековой дробилки продукт дробления просеивается на грохоте, который отсеивает зерна до 40 мм и разделяет их на соответствующие мелкие фракции, а зерна с большим размером направляются в роторную дробилку для до измельчения. Таким образом, степень загрузки у двух дробилок разный. Поэтому предусмотрены дробилки с разной производительностью, чтобы у второй установки не было так называемого эффекта голодания дробилки.

На посту грохочения, где запроектирован виброгрохот ДРО-607 с тремя ситами мощностью 11 кВт и массой 4,2 т, предусмотрено разделение продукта дробления ККБ на фракции 0-5, 5-10, 10-20 и 20-40 мм.

Внедрение предлагаемой технологической линии позволит создать производство качественных вторичных заполнителей из ККБ и ПБК для производства легких керамобетонов и строительных растворов на их основе, не уступающих обычным (традиционным) керамзито- и аглопоритобетонам, но характеризующиеся меньшей себестоимостью.

Многочисленными исследованиями установлено, что вторичный заполнитель из ККБ и ПБК имеет, практически те же свойства, что и исходный материал - кирпич, и характеризуется повышенным водопоглощением и водопотребностью, приводящей при приготовления бетонных смесей к сложности их перешивання. После затворения водой такой заполнитель в первые 5 минут интенсивно поглощает жидкую фазу из бетонной смеси и уменьшает его подвижность.

Для снижения или предотвращения такого явления полностью прибегают к различным технологическим приемам и способам - повышение расхода воды на 10-15 %, модифицирование поверхности заполнителя различными добавками, использование пластификаторов структуры бетона и т.д. Однако не все методы эффективные: повышение расхода воды приводит снижению прочности цементного камня, а технология модифицирования сложный трудоемкий процесс. Кроме того, данные приемы ни как не снижают отрицательный эффект от влияния так называемой каменной муки в составе песка и щебня, образующееся при их дроблении. Это частицы менее 0,16 мм, осаждаясь на поверхности заполнителя, снижающие контактную зону «заполнитель -цементная матрица».

В замен всем вышеперечисленным методам предлагаем способ раздельного перемешивания компонентов бетонной смеси, при котором сначала перешивается дозированные заполнитель и вода с затворенной в ней добавкой, затем добавляется в процессе перемешивания вяжущее. Такой метод основан том, что пылевидная фракция при добавлении воды переходит во взвешенной состояние, т.е. получается эффект промывки заполнителя. При этом в образовавшейся агрегативно устойчивой системе тонкодисперсные частицы каменной муки очень медленно осаждаются на поверхностях твердых тел - вторичного заполнителя. При добавлении в систему вяжущего и повторном совместном перемешивании происходит распределение мелкодисперсных частиц в объеме цементного теста. Таким образом, с поверхностью зерен вторичного заполнителя контактируется цементное тесто с равномерно распределенными в нем частицами пыли.

Кроме того, вода с растворенной в ней пластифицирующей добавкой, которая имеет в определенное степени вязкое состояние, трудно поглощается пористым заполнителем, поскольку молекулярное и адсорбционное притяжение капилляров и пор заполнителя зависит от степени вязкости поглощаемой жидкой фазы.

Установлено, что раздельное перемешивание компонентов позволяет повысить прочность керамобетонов, полученного на основе вторичного мелкого заполнителя без удаления из него каменной муки, до 25 %. При этом в пределах изменения соотношения Ц:П от 1:2 до 1:4, то есть с увеличением общего количества пылевидной фракции в составе бетонной смеси, наблюдается прирост прочности керамобетона, т.е. чем больше доля каменной муки в составе бетона, тем выше эффект раздельного перемешивания компонентов бетонной смеси (см. таблицу 3.8).

Рекомендуемые составы и свойства керамобетонов на основе вторичных заполнителей из отходов ККБ и ПБК для производства строительных изделий, особенно стеновых, приведены в таблицах 4.2 и 4.4.

Основными ограждающими конструкциями зданий любого назначения являются стены, к которым предъявляются следующие требования: прочность, теплоустойчивость, звукоизоляционная способность, огнестойкость, долговечность, архитектурная выразительность и экономичность. Исходя из этого, для них подбираются конструкции и строительные материалы в зависимости от многих факторов, в том числе учитываются: климатические условия, назначение и капитальность здания, этажность, техническая и экономическая целесообразность.

Керамические материалы для стен: керамический кирпич и блоки экологически безопасны, так как изготовлены из природного сырья (глины), удобны с точки зрения дизайна, позволяют создавать различные архитектурные формы, огнеупорны, прочны, минимально подвержены атмосферным и биологическим факторам.

Практически такими же положительными свойствами характеризуются керамобетоны, получаемые на основе вторичных заполнителей из ККБ, что предполагает их использование в ограждающих конструкциях зданий.