CC BY
28
"" СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА
УДК 691.327:666.973.
М.А. Ахматов, М.Н. Кокове, А.А. Эржибов
ЛЕГКИЕ КЕРАМЗИТОБЕТОНЫ НА ЩЕБНЕ И ПЕСКЕ КЫЗБУРУНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ керамзитовых глин кабардино-балкарской РЕСПУБЛИКИ
В работе представлены результаты исследования керамзитовых глин Кызбурунского месторождения Кабардино-Балкарской республики в качестве сырья для получения керамзитового щебня и песка. Приведены показатели испытания проб сухим и пластическим методами; способы испытания и оценка прочности керамзитовых заполнителей и их свойства. Подобраны составы легких керамзитобетонов, установлена прочность бетонов при сжатии. Даны рекомендации по применению керамзитобетонов в качестве стенового материала.
Ключевые слова: Пористые заполнители; легкие бетоны; стеновые материалы.
M.A. Ahmatov, A.A. Erzhibov
EASY KERAMSIT ON THE GRAVEL AND SAND KYZBURUN'S FIELD KERAMZITE CLAYS KABARDINO-BALKAR REPUBLIC
Expended clay lightweight concrete on the basis of Kyzburuns field qeavel and sand in the Kabardino-Balkarian republic. The results of the research of Kyzburuns field of expended clay in KBR. This expended clay is used as raw for making expended clay qeavel and sand. Parameters of test from dry and plastic method, and testing methods and assessment of the strength of expended clay aggregate, and properties of expended clay aggregate are presented in this work. The composition of expended clay lightweight concrete have bee selected. Streught of expended clay lightweight concrete in compession has been installed in this article. Recommendatios of the use of expended clay lightweight concrete have been made for wall materials.
Keywords: porous fillers; lightweight concrete; wall materials.
Введение. Применение легких бетонов на пористых заполнителях в замен бетонов на плотных - способствует уменьшению массы зданий и сооружений, снижению стоимости транспортных и монтажных операций, улучшению теплоизоляции, снижению расхода энергии при эксплуатации зданий, повышению огнестойкости, морозостойкости и сейсмостойкости [1].
С учетом повышенной стоимости искусственных пористых заполнителей по сравнению с плотными, даже при расходе условного топлива на производство 1куб. м. пористых заполнителей менее 100кг экономическая эффективность изготовления несущих конструкций из легких бетонов будет на 10-20% выше.
Исследования показали, что для освоения массового производства эффективных наружных ограждающих конструкций из легких бетонов пониженной плотности (800.. ,900кг/м ), обеспечивающих снижение массы стены до 40%, материалоемкости - до 15%, энергозатрат - до 30%, трудозатрат - до 15%, экономию стали - до 10%, цемента -до 15%, требуется дальнейшее изучение перспективных месторождений для производства и выпуска фракционированных пористых заполнителей типа керамзита с насыпной плотностью 400.. ,450кг/м3 и прочностью при сдавливании в цилиндре 2-3 МПа[2].
А-
Возрастающие темпы строительства после перестроечных лет в России, является стимулом развития собственной производственной базы строительной индустрии. В последние годы в республике объём жилищного и культурно-бытового строительства в городах и селах непрерывно возрастает. Заметен рост, строительства школьных образовательных учреждений, спортивных комплексов в городских округах и муниципальных районах Кабардино-Балкарии.
Аргиллитовые глины - сырье для получения керамзитового гравия. Основным направлением темпов роста объёмов, как полносборного, так и монолитного строительства, связаны с выпуском и внедрением новых эффективных строительных материалов и конструкций на базе местных месторождений искусственных и естественных пористых заполнителей. Поэтому увеличение мощностей капитального строительства по производству искусственных и естественных пористых заполнителей может быть связано с освоением Кызбурунского месторожденя керамзитовых глин, а так же богатых запасов пористых каменных пород и естественных сыпучих легких материалов вулканического и осадочного происхождения для изготовления лёгких бетонов.
Химический состав глин определялся в лабораторных условиях согласно требованиям ГОСТ 2646.0.71. Было проанализировано 16 проб. Классификация сырья по содержанию суммы окислов алюминия проводилась по ГОСТ 9169-75.Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав Кызбурунского месторождения глин_
Отбор проб Основные компоненты в по весу на высушенное при 1100С вещество
^2 Al2Oз ^2 Fe2Oз CaO MgO Na2O SOз Органи ческие вещества п.п.п.
1. 56,6 20,2 - 6,7 1,1 1,65 - - 0,34 0,34 9,66
2. 54,73 19,1 0,96 8,57 1,60 2,18 1,90 0,76 0,59 1,77 9,39
Из таблицы 1 установлено, что химический состав глин свидетельствует о том, что они отвечают требованиям, предъявляемым к керамзитовому сырью. Исключение составляет только повышенное содержание железа. Глины по содержанию Al2O3 относятся к группе полукислого глинистого сырья. Лабораторные испытания показали, что чёткой картины закономерностей изменения вспучиваемости глин в зависимости от изменения химического состава не выявлено.
Таким образом сырьём для получения керамзитового гравия могут служить легкоплавкие глинистые породы месторождения Кызбурунских аргиллитовых глин, которые были разведаны еще в начале 70-х годов XXв. нерудной партией КБГЭ [3]. По месторождению, утверждённые запасы составляют 33,5млн. м по категории А+В+С, в
33
том числе по категории А-1,06 млн. м , В-8,94 млн. м .
3 Оценка качества керамзитового гравия в качестве заполнителя бетона.
Испытания проб по сухому методу были проведены в Ростовском домостроительном комбинате. Исследования более крупной пробы сырцовых опудренных гранул производилось пластическим способом в керамзитовом цеху завода «Стройдеталь» Северная Осетия.
Были проведены испытания 17 технологических проб глинистого сырья Кызбурунского месторождения КБР с целью определения пригодности его для производства керамзитового (гравия) щебня [4].
В печь поочерёдно было загружено 3 тонны сырья фракции 10 - 50мм; 2,7 тонны фракции 20 - 50мм; 2,5 тонны фракции 10 - 30мм и 3,8 тонны фракции 10мм и менее.
А-
Общее время обжига сырья заняло 50 - 55 мин., продолжительность вспучивания 5 - 15
мин. При температуре на входе в печь 780 - 7950, на выходе 920 - 9400, в зоне обжига 1770 - 11900. Оптимальная температура вспучивания колебалась в пределах 1180 - 12200 при скорости вращения барабана тепловой подготовки 1,42 об/мин.
Полученный керамзитовый гравий имеет объёмную массу 327 - 391 кг/м3 с пределом прочности при сжатии в цилиндре 1,5 - 1,8 МПа и водопоглощением по весу 5,4 - 7,0%, что отвечает требованиям ГОСТ 9759-93 на керамзитовый гравий [4].
Для наиболее полной оценки качества керамзитового гравия, полученного при полузаводских испытаниях, при установившемся режиме обжига, отбирались опытные партии керамзитового гравия для определения физико-механических характеристик его и испытания в бетонах различного назначения.
Физико-механические характеристики керамзитового гравия, определенные в соответствии с ГОСТ 9759-86 «Гравий и песок керамзитовые» приведены в таблице 2. В таблице приведены также заводские испытания (поз.3) в керамзитовом цеху ЗЖБИ №2 ОАО «Каббалкпромстрой», на базе которого в последующем выпускались стеновые панели для крупнопанельного домостроения в городах и поселениях Кабардино-Балкарии.
Из таблицы 2 следует, что качество керамзитового гравия, полученного из сырья в естественном составе и с опудриванием сырцовых гранул огнеупорным порошком, почти не отличается, так как указанные заполнители имели почти одинаковую плотность, что обеспечило им одинаковую пористость и водопоглощение.
Таблица 2
Физико-механические характеристики керамзитового гравия Кызбурунского __ месторождения глин___
Зерновой Насыпная Проч- Морозо- Водопог- Марка
состав плотность ность стой лощение заполнителя
Наименование размер Остатк фракции, при кость, по массе в по по
пробы отв. и на кг/м3 сдавли- циклов течении насып- прочно
мм ситах, вании в часа, % ной сти
% цилиндре МПа плотности
1.В 20 40 312 1,35 15 16 350 П50
естественном (фр.20-
составе 10 51,0 40мм)
5 8,4 348 (фр.10- 1,94 15 15 350 П75
менее 5 - 20мм)
2. В 20 40 312 1,20 15 14 350 П50
естественном (фр.20-
составе с 10 51,0 40мм) 1,57 15 14 350 П75
опудриванием сырцовых гранул 5 1,4 348 (фр.10- 20мм)
огнеупорной менее -
глинои 5 -
3. Керамзит 10...20 20...25 650 2,3...3,0 25 10...17 500 П250
Нальчикский
По содержанию глинистой фракции сырьё относится к низкодисперсному и среднедисперсному. По показателю суммы окислов AL2O3+TiO2 пробы относятся к группе полукислого сырья. Глинистое сырье всех проб, представленных на испытание преимущественно вспучиваются в естественном составе. При этом получены образцы гранулы с объемной массой в куске 0,20-0,40г/см , при температуре вспучивания 1200-
12500С. Интервал вспучивания составил 120-1850С. Вспучивание сырья двух проб из 17 с объемной массой в куске образцов гранул составил 0,47-0,50г/см3.
При введении 0,5% мазута в сырье этих проб объемная масса в куске снижается соответственно до 0,20-0,30г/см3. Относительная температура вспучивания 1230-12500С. Интервал вспучивания 155-1850С. Кривые зависимости объемной массы образцов гранул в куске в зависимости от температуры вспучивания приведены на рис. 1.
у, г/см3 1.2
1.0
0.9
0.6
0.3
1
2
1020
1050
1080
1110
1140
1170
1200
1230
1250 1260
г, 0С
Рис. 1. Кривые зависимости объемной массы образцов гранул в куске от температуры вспучивания: 1- пробы в естественном составе (12050С);
2- пробы в естественном составе с опудриванием сырцовых гранул (12050С).
Характерной особенностью представленных проб Кызбурунского месторождения глинистого сырья, является то, что начало слипания образцов гранул, с шероховатой поверхностью наблюдается при температуре 1140-11700С. Однако с повышением температуры обжига вспучиваемость образцов улучшается и обжиг заканчивается при температуре 1200-12500С до начала оплавления гранул.
Для окончательного выяснения пригодности Кызбурунского месторождения глин в качестве сырья для керамзитового гравия были проведены дополнительные полузаводские испытания. Полученный керамзитовый гравий характеризуется следующими физико-механическими свойствами (табл. 3).
Таблица 3
№/№ Основные характеристики керамзитового гравия Единица измерения Результаты испытания
1 Объёмная насыпная плотность кг/м3 335
2 Масса зерен заполнителя в кг/м3 578
цементном тесте
3 Пустотность % 42
4 Водопоглощение за 30мин % 14
Стандартная смесь: 60% фракции 20 - 40мм; 40% фракции 10 - 20мм.
4 Подбор составов легких бетонов и результаты испытания на прочность.
0
А-
Таблица 4
__Характеристика цемента и результаты испытания._
№/№ Наименование показателей Единица измерения Результаты испытания
1 Объёмная насыпная масса кг/м3 1220
2 Пустотность г/см3 3,1
3 Нормальная густота % 27,8
4 Активность МПа 58,7
5 Сроки схватывания:
Начало час 2ч. 35мин.
Конец час 6ч. 15мин.
6 Равномерность изменения объёма - выдержал
Для полной оценки качества керамзитового гравия, полученного в заводских условиях из глинистого сырья Кызбурунского месторождения, проведены были испытания бетонов на полученном керамзитовом заполнителе. Бетон изготовлен на цементе марки 500 «Жигулёвского комбината строительных материалов». Результаты испытания цемента приведены в таблице 4.
В работе использовался Вольский кварцевый песок в соответствии с требованиями ГОСТ 8735-75 объемной насыпной массовой и плотностью соответственно 1590кг/м3 и 2,63г/см3. Пустотность песка оказалась 39,6%. При подборе конструкционно -теплоизоляционного керамзитобетона в качестве мелкого заполнителя применялся керамзитовый песок, полученный путём дробления керамзитового гравия в лабораторной щековой дробилке. Объёмная насыпная масса дробленого песка в среднем составила 550кг/м3, а объемная масса зерен в цементном тесте 1020кг/м3. По гранулометрическому составу пески характеризуются данными, приведенными в таблице 5.
Таблица 5.
Характеристики свойств песков__
Наименование песков Группа по Полный остаток по массе на сите, % Модуль
крупности менее крупности
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 0,14
Вольский Мелкий 0,5 0,4 0,5 35,2 60,6 2,8 1,34
Керамзитовый Кызбурунско го месторождения дробленный Средний 28 22 17,3 12,8 10,4 10,0 2,2
Определение рациональной области применения керамзитового гравия в бетоне в сравнении с естественными пористыми заполнителями может быть составлено на основе анализа кривых, названные по предложению А. И. Ваганова механическими характеристиками заполнителя.
Из литературных источников известно, что объем крупного заполнителя в бетоне может значительно изменяться. Для легкого бетона этот показатель называемый коэффициентом насыщения г', составляет 0,4-0,45. Однако на этот счет нет единого мнения.
В исследованиях И.А. Иванова и А.И. Тимофеева максимальный показатель степени насыщения бетона пористым заполнителем оказался г'=0,6. Такой же результат получен Г.С. Агабаляном в работе [6]. Как утверждает Г. С. Агабалян обмазка зерен заполнителя гелевой составляющей зависит от степени насыщения бетона пористым заполнителем, что в свою очередь приводит к разной степени концентрации напряжений по поверхности сцепления [6]. Установлено, что имеется определенная функциональная зависимость, связывающая прочность легкого бетона с прочностью и модулем деформации цементного
А-
камня и крупного заполнителя, а так же с той частью объема бетона, которая заполнена этими составляющими бетонной смеси.
В исследованиях Ахматова М. А. максимальная степень насыщения бетона на естественных пористых заполнителях принят 0,5 [2]. В исследованиях же керамзитобетонов содержание керамзитового гравия Казбурунского месторождения в бетоне было принято во всех случаях неизменным и равным 0,45.
Для построения кривой были использованы результаты испытаний образцов-кубов с размерами ребра 15см из растворных и бетонных смесей разных составов. Осадка растворов по конусу была принята постоянной и равной 4см. Для сохранения пластичности свойств раствора растворных и бетонных образцов и обеспечения постоянной жесткости бетонной смеси (45сек), в бетонную смесь вводилось дополнительное количество воды на поглощение его заполнителем, равное половине получасового водопоглощения керамзитового гравия. После завершения тепловлажностной обработки бетонные образцы-кубы были испытаны на прочность при сжатии. По результатам испытаний кубы с ребрами 15см строился график зависимости RбeT=f(RPacT), который приведен на рис. 2.
Ябет, МПа
растворной составляющей Rрacт.
Кривая (рис. 2) позволяет установить возможную рациональную область применения керамзитового гравия в бетоне, полученную на основе глинистого сырья Кызбурунского месторождения в естественном составе. Причем предельной прочностью бетона на данном заполнителе можно считать К^ет=21МПа, т. е. класс бетона В20. В строительной индустрии всегда ощущается большая потребность в теплоизоляционных крупнопористых и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах.
Задачей подбора составов легких бетонов является получение бетона с минимально возможной объемной массой, обуславливающей заданные свойства изделий и конструкций и заданную прочность. Подбор составов крупнопористого теплоизоляционного легкого бетона производился на фракции щебня 20-40мм из условия получения керамзитобетона с возможно минимальной объемной массой.
Из этой бетонной смеси формовались бетонные образцы с размером ребра 15 см с различными расходами цемента. Укладка бетонной смеси в формы производилось с легким трамбованием. По истечении сутки образцы подвергались тепловой обработке по режиму 3+8+3 час при температуре изотермического прогрева 850С. После пропаривания
117
А-
образцы испытывались на прочность при сжатии. Состав бетонов и результаты испытания
приводятся в таблице 6.
Таблица 6
Состав крупнопористого керамзитобетона и их свойства_
№/№ Составов Расход мате риалов на 1м3 бетона, кг Объемная масса бетона, кг/м3 Прочность бетона при сжатии Ясж, МПа
Ц Щкр В после пропаривания после высушивания
1 100 327 70 495 450 0,7
2 120 327 80 525 470 0,9
3 140 327 85 550 495 1,2
Дальнейшие испытания были направлены на получение конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных керамзитобетонов на керамзите Кызбурунского месторождения керамзитовых глин Кабардино-Балкарии. Были подобраны составы конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных легких керамзитобетонов, с учетом получения бетона нужной плотности и прочности. Жесткость бетонной смеси для конструкционно-теплоизоляционных бетонов была принята 30-40, а для конструкционных 45сек. Бетонная смесь в том и другом случае готовилась в ручную на металлическом бойке. Из бетонной смеси изготовлялись кубы размером 15x15x15см, которые уплотнялись на лабораторном вибростоле с частотой колебаний 3000кол/мин. Образцы из конструкционного керамзитобетона подвергались уплотнению с пригрузом 50г/см3. Через сутки все образцы-кубы подвергались пропариванию по той же схеме, что и образцы из теплоизоляционного бетона. Перед испытанием образцы взвешивались и испытывались на прочность при сжатии. Результаты испытания и составы конструкционно-теплоизоляционных керамзитобетонов приводятся в таблице 7.
Таблица 7.
Составы конструкционно-теплоизоляционных бетонов на керамзитовом
заполнителе и результаты испытания
№ Расход материала на 1м3 бетона, кг Объёмная масса бетона, кг/м3 Прочность
Ц Щк Пк В, л после пропаривания после высушивания керамзито бето на,
МПа
1 200 335 335 200 1050 900 6,8
2 240 335 289 250 1100 915 8,0
По результатам подбора составов конструкционных бетонов на керамзитовом щебне и кварцевом песке, испытания бетонных кубов на прочность при сжатии, выбраны примерные классы керамзитобетонов плотной структуры, которые приводятся в таблице 8.
Таблица 8
Составы бетонов и результаты испытания контрольных кубов конструкционного
керамзитобетона
№/№ Составов Класс бетона, В Расход материалов на 1м3 бетона, кг Объемная масса бетона, кг/м3 Прочность бетона при сжатии Исж, МПа
Ц Ккр Пк В после пропаривания после высушивания
1 10 250 270 715 185 1410 1280 11,0
2 15 300 270 670 200 1485 1300 15,5
3 20 350 270 630 220 1465 1320 20,1
А-
5 Вывод. Предварительные исследования и испытания керамзитового гравия в
легких бетонах, полученного из глин Кызбурунского месторождения, показали, что на их основе можно организовать промышленный выпуск керамзитового заполнителя для изготовления легких керамзитобетонов для самонесущих крупных стеновых изделий и несущих конструкций из них.
Библиографический список:
1. Ахматов М.А. Применение прогрессивных бетонных и железобетонных конструкций в капитальном и гидротехническом строительстве. Изд-во. «Эльбрус».-1993.-240с.
2. Ахматов М.А. Легкие бетоны и железобетонные конструкции на заполнителях из каменных отходов и рыхлых пористых пород // Монография. Изд-во. КБГСХА им. Кокова В. М. Нальчик-2010.-165с.
3. Трегубов В.В. Отчёт о результатах поисков и детальной разведке Кызбурунского месторождения керамзитового сырья на территории КБАССР.-1962-1963г. г. фонд КБГЭ Нальчик.-1963.
4. Лезина И.Б. Отчёт о результатах детальной разведке Кызбурунского месторождения керамзитовых глин за 1976-1978г. г. Том 1и 2. Нальчик-1978.
5. Иванов И.А. Легкие бетоны на искусственных пористых заполнителях. М.; Стройиздат.-1993.-182с.
6. Агабалян Г.С. Исследования по технологии высокопрочных легких бетонов на пористых заполнителях. Арм.ССР. Автореф. дис. канд. тех. наук. - Минск, 1975.-23с.
