CC BY
36УДК 691.316
Г.В. КУЗНЕЦОВА, доцент, Н.Н. МОРОЗОВА, канд. техн. наук, Казанский государственный архитектурно строительный университет
Проблемы замены традиционной технологии силикатного кирпича с приготовлением известково-кремнеземистого вяжущего
на прямую технологию
Силикатный кирпич — относительно молодой материал, ему немногим более 100 лет, но за это время технология производства и качество претерпели значительные изменения. Уже нет проблем в получении кирпича высоких марок, на ряде заводов она сейчас достигает 350—400. Морозостойкость кирпича повысилась до 100 циклов. Производственникам удается получить кирпич широкой цветовой гаммы.
В настоящее время силикатная промышленность подошла к такому рубежу, когда назрела смена устаревшего оборудования на современное, а это, как правило, оборудование зарубежных фирм, которое требует в ряде случаев и коренных преобразований в технологии.
Надо отметить, что существующее в мире производство силикатного кирпича основано на использовании извести гашеной, негашеной и известково-кремне-земистого вяжущего. Вид вяжущего определяет технологию и такую стадию в технологии, как подготовка вяжущего.
Исторически сложилось так, что в нашей стране многие силикатные заводы сами обжигают известь, добывают песок на своих карьерах и др. Поэтому в технологии используется песок одного вида, редко двух. Производимая известь имеет, как правило, низкую ак-
тивность. Все это и требование строителей к марочно-сти кирпича привели к использованию в технологии производства известково-кремнеземистого вяжущего.
В Германии, напротив, технология предполагает получение плотной прессованной упаковки за счет зернового состава песка. Важными добавками являются зерна другой крупности и молотый известняк в количестве ~10%.
В Китае технология производства кирпича основана на использовании золы — однородном мелкозернистом сырье. Здесь учитывают мелкодисперсность системы и содержание кремнезема. Обязательной добавкой в такой технологии является песок.
Для подготовки известково-кремнеземистого, известково-зольного вяжущего российские заводы используют шаровые мельницы, а зарубежные известь мягкого обжига размалывают на вертикальных мельницах.
В настоящее время машиностроительными компаниями Китая представлен широкий спектр мельниц для получения тонкодисперсного продукта в различных отраслях производства (электроэнергетика, металлургия, добыча сырья, химическая промышленность, нефтедобыча, промышленность строительных материалов и др.). Вертикальные мельницы имеют не только преиму-
Мкр Вид остатков Остатки, %, на ситах №
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 менее 0,16
0,75 частные - - - 3,2 68,4 28,4
полные 3,2 71,6 100
1 частные - 0,25 0,25 12 77 10,5
полные - 0,25 0,5 12,5 89,5 100
1 частные - 0,25 1 15,5 64,25 19
полные - 0,25 1,25 16,75 81 100
1 частные 3,5 1,5 1,5 17,5 42,5 33,5
полные 3,5 5 6,5 24 66,5 100
1,29 частные 0,25 1 1,25 25 70 2,5
полные 0,25 1,25 2,5 27,5 97,5 100
1,35 частные 1 0,5 1,5 34,5 55 7,5
полные 1 1,5 3 37,5 92,5 100
1,4 частные 0,5 0,75 1,25 40 52,5 5
полные 0,5 1,25 2,5 42,5 95 100
1,5 частные 05 0,5 2 49 45,5 2,5
полные 0,5 1 3 52 97,5 100
1,6 частные 0,5 0,75 3,25 61 33 1,5
полные 0,5 1,25 4,5 65,5 98,5 100
Таблица 1
Характеристики песков, применяемых в производстве силикатного кирпича
14
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2013
jVJ ®
Таблица 2
Гранулометрический состав песка дробленого
Вид остатков Остатки, /о, на ситах №
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 Менее 0,16 Мкр
Частные остатки 5,4 11 26 26,75 21,75 9,1 2,24
Полные остатки 5,4 16,4 42,4 69,15 90,9 100
Таблица 3
Гранулометрический состав песка обогащенного
Вид остатков Остатки, %, на ситах №
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 менее 0,16 Мкр
Частные остатки 8,2 8,4 24,6 45 10,6 3,2 2,49
Полные остатки 8,2 16,6 41,2 86,2 96,8 100
щества перед шаровыми двухкамерными мельницами, но и недостатки. Главным преимуществом является качество помола, а недостатком — возможность помола только однокомпонентного вяжущего.
Как правило, заводы, работающие по технологии немецких машиностроителей, имеют в комплекте склады песка и силосный склад молотой извести. Поставщики оборудования из Китая предлагают вертикальные мельницы для помола извести и бессилосную технологию. Поэтому, приобретая импортные заводы надо учитывать эти обстоятельства.
Возникает вопрос, а в чем смысл подготовки известково-кремнеземистого вяжущего? Не лучше ли перейти на более простую прямую технологию?
Анализ сырья одного из заводов за 20-летний период показал, что в основном используется песок Мкр=0,75— 1,6 [1]. Такая картина типична и для многих других предприятий. Гранулометрический состав песков приведен в табл. 1.
Как видно из табл. 1, песок с модулем крупности менее 1 однозерновой, а с модулем крупности более 1 — двух-зерновой с разным соотношением фракций. При этом песок крупной фракции является каркасообразующим.
Как альтернативу можно привести пески дробления и пески обогащенные, используемые некоторыми силикатными заводами. Гранулометрический состав таких песков приведен в табл. 2 и 3.
Зерновые составы песков представлены всеми фракциями, что обеспечивает малую пустотность и хорошую упаковку.
Немецкие производители силикатного кирпича используют пески с постоянным или дискретным грануло-
Таблица 4
Зависимость активности извести от состава
Состав компонентов извести, % при активности, %
36,6 43 50 62 67 75
СаО+МдО 36,6 43 50 62 67 75
СаС03+МдС03 63,4 57 50 38 33 25
метрическим составом. Отечественные заводы выпускают на своих песках кирпич, соответствующий требованиям строителей. Зерновой состав песков дробления и обогащенных песков (табл. 2, 3) вполне может удовлетворить как требования немецких производителей силикатных изделий, так и ОСТ 21-1—80 «Песок для производства силикатных изделий автоклавного твердения».
Чем ниже активность извести, тем выше доля недожога или известняка и тем меньше брака при производстве. Зависимость активности извести от ее состава приведена в табл. 4.
Доля известняка (недожог) в извести может составлять до 60%. Известково-кремнеземистое вяжущее — это продукт совместного помола извести и песка. Состав его зависит от качества извести. Изменение состава в зависимости от качества извести и соотношения И:П приведено в табл. 5 [2].
Активность вяжущего, используемая заводами, составляет в основном 28—36%. Следовательно, мелкодисперсная составляющая и добавка (62—54%) играет значительную роль в получении плотной упаковки при прессовании. Причем доля известняка составляет 18—40%.
Таблица 5
Влияние качества извести и количества песка на состав известково-кремнеземистого вяжущего
Активность печевой извести Состав И:П
1:0,5 1:1 1:1,2 1:1,5
СаО песок молотый известняк СаО песок молотый известняк СаО песок молотый известняк СаО песок молотый известняк
48 32 33 35 24 50 26 - -
52,8 35,2 33 31,8 26 50 24 - -
54 36 33 31 27 50 23 - -
56 37,3 33 29,7 28 50 22 - -
60 40 33 27 30 50 20 - -
61,6 41 33 26 30,8 50 19,2 28 54 18 -
64 42,6 33 24,4 32 50 18 29 54 17 -
67,5 45 33 22 33,7 50 16,3 30,6 54 15,4 -
70 46,6 33 20,4 35 50 15 31,8 54 14,2 28 60 12
70,4 - - - 35,2 50 14,8 32 54 14 28,1 60 11,9
72 - - - 36 50 14 32,7 54 13,3 28,8 60 11,2
79,2 - - - 36 54 10 31,7 60 8,3
80 - - - - - - 32 60 8
¡■Л ®
научно-технический и производственный журнал
сентябрь 2013
15
10 15 20 ¡5 30 3$
Количество извести-пушонки. %
Рис. 1. Влияние количества извести-пушонки на плотность прессованной дисперсно-зернистой смеси с фракциями 0,315+0,16 составов 30+70, 40+60, 50+50, 60+40 %
Исследования [3] мелкодисперсных систем с использованием молотого песка показали увеличение насыпной плотности и достижение максимального значения при содержании дисперсной части 5—25%. В лаборатории КГАСУ на кафедре ТСМИК проведено исследование влияния мелкодисперсной фракции извести-пушонки на плотность дисперсно-зернистой смеси песков (рис. 1).
Из рис. 1 следует, что введение извести и достижение максимального значения плотности происходят при содержании мелкодисперсной гашеной извести 20—25 %. Последующее увеличение содержания извести приводит к снижению плотности, то есть происходит раздвижка зерен.
Исследования изменения пустотности, проведенные на прессованных песочных одно- и двухзерновых смесях, подтвердили полученный ранее результат (рис. 2).
Пустотность прессованных образцов получена расчетным путем. Исходя из графиков можно сказать, что введение извести-пушонки в интервале 20—25 % приводит к снижению пустотности, то есть изделие становится более плотным.
Учитывая оптимальный состав формовочной смеси [1], определяемый по формуле Асм=Аикв/4, можно легко рассчитать содержание молотого известняка в формовочной смеси, которое составит от 5 до 10%. Производственники давно приметили, что лучшая фор-муемость кирпича достигается с применением извести более низкой активности, это обеспечивается содержанием известняка в смеси.
Как уже отмечалось ранее, известняк обладает клеящими свойствами. В состав вводился молотый известняк в количестве 10—30% с удельной поверхностью 5870 см2/г [2], и на прессованных образцах проверяли сырцовую прочность. Результаты представлены на рис. 3.
Рис. 2. Влияние количества извести-пушонки на изменение пустотно-сти прессованной дисперсно-зернистой песочной смеси
При оптимальной формовочной влажности мелкодисперсный порошок известняка участвует в формировании сырцовой прочности. Применение извести более низкого качества обеспечивает получение более высокой сырцовой прочности и отличного внешнего вида кирпича.
Решение о переходе на прямую технологию подготовки сырьевой массы при условии сохранения качества существующего сырья может повлечь ряд вопросов, главный из которых: известь какой активности надо использовать? Если ранее в технологии использовалась смесь активностью 8%, будет ли процесс идти так же? Опыт ряда заводов показал, что нельзя просто перейти на новую технологию. Высокоактивная известь и песок при прессовании дают кирпич-сырец, который характеризуется малой прочностью (разваливается и не снимается с пресса).
Проведенные исследования разных формовочных составов и переменного качества извести показали результаты, которые представленые на рис. 4.
Как видно из графика, для получения из смеси активностью 8% кирпича сырцовой прочностью не менее 0,5 МПа возможно использование извести активностью не более 60%. Активность извести от 62 до 82% требует повышения активности формовочной смеси до 10%. Для получения минимальной сырцовой прочности 0,5 МПа необходимо использовать известь активностью 75%, а активность формовочной смеси с песком должна составлять не менее 9,6—9,8%.
Проведено исследование извести одного из силикатных заводов с активностью 43 и 75% . Целью исследования являлось получение оптимальной сырцовой прочности кирпича с использованием обогащенного песка, гранулометрический состав которого приведен в табл. 3.
Как видно из графика (рис. 5), для работы с известью активностью 43% и для получения сырцовой проч-
Рис. 3. Влияние добавки молотого известняка на сырцовую прочность силикатного кирпича
Рис. 4. Изменение сырцовой прочности образцов на двухзерновом песке в зависимости от активности извести и активности формовочной смеси
научно-технический и производственный журнал ДО^ЯУЙ
16 сентябрь 2013 ~ Л1] ®
%
Таблица 6
Результаты испытаний запаренных образцов
В 10
Активность смеси, %
12
♦ Активность извести 43% ■ Активность извести 75%
Минимальная сырцовая прочность
Рис. 5. Изменение сырцовой прочности образцов на обогащенном песке в зависимости от активности извести и активности формовочной смеси
ности кирпича не менее 0,5 МПа нужно получить смесь активностью не менее 6%.
Для работы на извести активностью 75 % с получением сырцовой прочности не менее 0,5 МПа необходима активность формовочной смеси не менее 7%.
Для получения стабильных показателей производимого силикатного кирпича требуется использование качественного однородного по свойствам вяжущего. Вяжущее с колебанием активности ±1% является стандартной задачей для шаровых мельниц и требует минимальной автоматизации. Получение же извести с печей при таком колебании активности возможно только при высокой автоматизации печей и качественной подготовки карбонатного сырья, что, как правило, отсутствует у отечественных производителей.
Например, в Омске на заводе «Сибирский эффективный кирпич» из золы готовят ИКВ на извести активностью 56% и получают плохо формуемую смесь с низкой активностью. Опыт предприятий Китая показал, что здесь нужна прямая технология с применением частично песка с высокоактивной известью и гипса, обеспечивающих больше контактов известь—кремнезем и особый способ формования.
Для исследования автоклавной прочности при переводе на прямую технологию была использована известь активностью 43,6 и 75%. Прессованные образцы из смеси активностью 8, 9, 10 и 11% запаривались в разных условиях и при разном давлении. Результаты испытаний приведены в табл. 5.
Как видно из полученных результатов, формовочная смесь с активностью 8% на извести активностью 43— 60% при запаривании в автоклаве с рабочим давлением 0,9—1 МПа позволяет получить кирпич марки 150—175. При запаривании с давлением 0,7 МПа тот же состав позволяет получить кирпич марки 125.
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
— перевод на прямую технологию требует переоценки сырья;
— использование извести II сорта на намывных или барханных песках недопустимо;
— использование одно- или двухзернового песка требует извести с низкой активностью (менее 56%), обеспечивающей поступление известняка в смесь;
— чем чище песок, используемый в производстве силикатного кирпича, тем ниже должна быть печевая активность извести собственного производства;
— прямая технология требует обогащенного песка или песка оптимального зернового состава и содержания фракции менее 0,16 до 10%;
— прямая технология требует ввода тонкомолотого известняка в качестве компонента;
Активность извести,% Прочность запаренных образцов, МПа, при активности формовочной смеси, %
8 9 | 10 | 11
Давление 0,7 МПа, по режиму 2+10+1,5 ч
43 13,6 14,8 16,6 -
60 13,7 15,1 15,6 -
75 - 10,3 10,6 14,3
Давление 0,9-1 МПа, по режиму 3+6+1,5 ч
43 15,5 15,2 16,4 -
60 17,6 20,1 21,1 -
75 - 10,2 17,3 17,6
— для получения кирпича марки не менее 125 требуется рабочее давление в автоклаве не менее 0,9 МПа;
— режим запаривания при давлении 0,9 МПа должен составлять не менее 1,5+6+1,5 ч.
Список литературы
1. Кузнецова Г. В. Оптимизация расчетов составов известково-песчаной смеси для формования силикатного кирпича // Строительные материалы. 2010. №9. С. 20-24.
2. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н. Влияние компонентов известково-кремнеземистого вяжущего на связность известковой массы для прессования // Строительные материалы. 2012. № 12. С. 25-28.
3. Миронов В.А., Белов В.В., Голубев А.И., Смирнов М.А. Оптимизирование композиций для изготовления строительных смесей. СПб.: РИА Квинтет. 2008. 416 с.
I |Г
| "grimp
TERRUZZI FERCALX SPA
МИРОВОЙ ЛИДЕР В ОБЛАСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗВЕСТИ
• Печи для обжига извести Феркалькс
• Печи для обжига извести Беккенбах
• Модернизация шахтных печей
• Установки гидратации извести
iя
Terruzzi Fercalx SPA Spirano, Italy e-mail: [email protected] www.terruzzifercalxgroup.com
ЗАО «КИАНИТ» - официальный представитель компании Terruzzi Fercalx в России и странах СНГ Тел./факс: (812) 373-62-39 e-mail: [email protected] www.kianit.ru
rj научно-технический и производственный журнал
М ® сентябрь 2013 17~
