CC BY
204
УДК 691.4. 004. 8/669. 184
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА С ДОБАВКОЙ ШЛАМА КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Н.И. Шестаков, Н.Н. Синицын, Т.Н. Меньшакова
В работе рассматривается технология подготовки шлама и серийного производства цветного кирпича на типовом оборудовании
Ключевые слова: утилизация отходов, шлам, силикатный кирпич
Современная концепция утилизации отходов металлургического предприятия предполагает использование вторичных ресурсоценных
материалов для собственных нужд предприятия или за его пределами при условии их переработки.
Снижение глобальных экологических
последствий от промышленных отходов можно достичь только путем полной их утилизации, используя в качестве минерального сырья не природные, а техногенные материалы и
изготавливая из них высококачественную продукцию.
Известно, что промышленность строительных материалов относится к числу наиболее материалоемких, поэтому применение
промышленных отходов является одним из основных направлений снижения
материалоемкости этого многотоннажного
производства. Природные ископаемые и органические отходы по техническим свойствам близки к природному сырью, а во многих случаях
отходы имеют и ряд преимуществ (предварительная термическая обработка, повышенная дисперсность и др.). Снижение объемов разрабатываемого природного сырья и утилизация отходов имеют существенное экономико-экологическое значение. В ряде случаев применение сырья из отвалов промышленных предприятий практически полностью может удовлетворить потребности отрасли в природных ресурсах.
К наименее утилизируемым относятся пыли и шламы систем очистки аспирационных и других технологических пылегазовыбросов и
представляющие мелкофракционные остатки сырья и продуктов его переработки.
Результаты ситового анализа представлены в табл. 1, химического - в табл. 2.
Таблица 1
Фракционный состав шлама
Фракционный состав, % мас
<0,05 >0,5<0,1 >0,1<0,2 >0,2<0,315 >0,315<1,6 >1,6<2,5 >2,5
0,95 3,90 19,6 11,96 32,83 11,89 18,78
Основными показателями, определяющими выбор направления утилизации отходов, являются их химический состав и влажность. С учетом физико-химического состава металлургических шламов они являются ценным сырьем для строительной индустрии [1]Была изготовлена опытная партия силикатного кирпича с добавкой шлама оборотного цикла водоснабжения газоочистки кислородно-конвертерного
производства (ККП) ОАО «Северсталь»
В нашем эксперименте шлам предварительно анализировали на фракционный и химический
Шестаков Николай Иванович - ЧГУ, - д-р техн. наук, профессор, тел. (8202) 310096,
E-mail: [email protected]
Синицын Николай Николаевич - ЧГУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (8202) 517829
Меньшакова Татьяна Николаевна - ЧГУ, аспирант,
тел. (8202) 290191, E-mail:[email protected].
состав, определяли содержание оксидов кальция и магния, оксида железа (II), (III) и алюминия, влияние влажности сырьевой смеси на прочность. Кроме того, в этих отходах отмечается повышенное по сравнению с натуральным сырьем содержание оксидов кальция и марганца.
Опытная партия силикатного кирпича была подробно исследована (табл.3).
Основной целью исследования явилось определение влияния добавки шлама на показатели качества силикатного образца.
Чёрный цвет, который придают шламу оксиды железа, позволяет рассматривать этот отход как потенциальный пигмент для окрашивания некоторых строительных материалов, например, силикатного кирпича. К тому же шлам содержит оксид кальция, участвующий в реакциях
автоклавного твердения силикатного кирпича [2].
Таблица 2
Химический состав шлама
Химический состав, % мас.
БеО Бе2О3(общ) СаО Мя° АІ2°3 pH влага
62,9 55,8 11,4 3,024 2,9 10,89 0,6
Шлам в целом удовлетворяет требованиям, предъявляемым к пигментам цветного силикатного кирпича.
Таблица 3
Результаты испытаний образцов кирпича с добавками шлама
Содержание шлама в образце, % масс. Прочность на сжатие, кгс/см2 Марка кирпича по прочности Морозостойкость (кол-во циклов до полного разрушения)
ГОСТ 395-95 7,50-30,0 75-300 15-50
3 32,7 300 92
3 19,1 150 93
3 16,8 150 92
5 32,5 300 92
5 16,2 150 100
5 16,1 150 93
7 15,1 150 90
На рис. 1-3 представлены зависимости
показателей качества от содержания шлама (Сшл) в интервале 0 - 7%мас., причём, в силу одновременного влияния и других факторов, на графиках выделены области изменения показателей.
Прочность на сжатие.
В зависимости от предела прочности на сжатие силикатный кирпич подразделяют на марки 75, 100, 125, 150 и 200.
Установлена область прочности образцов в зависимости от величины добавки шлама при Асм=8-9%; Всм=5-6% (рис 1.)
Водопоглощение.
Это один из важных показателей качества силикатного кирпича
По ГОСТ 379 - 95 водопоглощение силикатного кирпича должно быть не менее 6%. Область водопоглощения образцов в зависимости от Сшл приведена на рис. 2
С шлама, % мае
Рис.1. Область прочности образцов на сжатие в зависимости от величины добавки шлама
(и
В
О
Є
о
К
о
Ч
С шлама,% мае
Рис.2. Область водопоглощения образцов в зависимости от величины добавки шлама.
Морозостойкость.
В нашей стране морозостойкость кирпича, особенно лицевого, является наряду с прочностью важнейшим показателем его долговечности.
Цикл при испытаниях на морозостойкость включал в себя замораживание при температуре -12°С в течение 4 ч и оттаивание в воде при температуре 20^5°С в течение 2 ч.
Из приведенных данных видно, что хорошо изготовленный силикатный кирпич требуемого состава является достаточно морозостойким материалом.
С повышением добавки шлама от 0 до 7% водопоглощение равномерно возрастает от 12 -17,5% до 17-19,5%.
Это связано с усложнением системы, повышением числа компонентов с различной сорбционной ёмкостью, и их концентрации. Также увеличивается число возможных химических реакций, например:
2Са0+Л120з-3Н20+3И20=2Са0-Л120з-6Н20
2Са+Л120з-6Н20+И20=2Са0-Л120з-7Н20
При исследовании морозостойкости установлено, что в присутствии добавки шлама силикатные образцы выдерживают большое число циклов до полного разрушения: 87^100.
После проведения указанных испытаний часть кирпичей была использована в кладке пилона жилого дома, а другая часть - оставлена для продолжения исследований через з года.
При хранении в помещении при температуре 10-27°С и естественной влажности в течение з лет кирпичи были испытаны на прочность.
Из табл. 4 следует, что для кирпичей всех опытов произошло нарастание прочности в среднем на 19,4%, а марка кирпича поднялась: со 150 до 250.
Прочность кирпича на изгиб за этот период повысилась в среднем на 18,з%.
На рис.3 приведена область морозостойкости образцов по потерям их массы через 20-30 циклов.
С шлама, % мас.
Рис. 3. Область морозостойкости образцов в зависимости от величины добавки шлама
Установленное нарастание прочности кирпича за трехлетний период обусловлено продолжающимися реакциями гидратации силикатов кальция и находится в соответствии с теорией твердения силикатных материалов [1].
Результаты исследований свидетельствуют также о принципиальной возможности применения шлама ККП в концентрации до 5% мас. в качестве пигмента для цветного силикатного кирпича и других строительных материалов.
Таблица 4
Результаты испытаний кирпича с добавкой шлама ККП
Содержание добавки шлама, % мас. Прочность через 3 месяца, кгс/см2 Прочность через 3 года, кгс/см2
На сжатие На изгиб На сжатие На изгиб
Средняя Наименьшая я ч е р С Наименьшая я ч е р С Наименьшая я ч е р С Наименьшая
3 202 171 35,6 27,9 231 189 42,9 40,8
3 199 164 34,8 29,9 213 152 37,5 35,9
5 187 159 33,1 29,2 258 203 42,1 35,9
Среднее 196 165 34,5 29,0 234 181 40,8 37,5
В пилон толщиной 50 см кирпичи уложены кладочный», сторона юго-восточная. За период
на строительном растворе марки «50 сложный более четырех лет видимых изменений с
кирпичом в кладке не произошло: интенсивность окраски осталась прежней, поверхность кирпича гладкая, выцветы не наблюдались. Таким образом, кирпич в реальных условиях эксплуатации успешно выдерживает испытания на светостойкость и атмосферостойкость.
Результаты наработки и длительных подробных исследований опытной партии декоративного силикатного кирпича с добавкой шлама ККП свидетельствуют о возможности серийного производства такого цветного кирпича на типовом заводском оборудовании заводов. Кирпич имеет интенсивную окраску, отличается высокой прочностью, и положительно
зарекомендовал себя на протяжении длительной целевой эксплуатации в стеновой кладке многоэтажного жилого здания в жестких погодных условиях.
Литература
1. ХавкинЛ.М. Технология силикатного кирпича.- М.: Стройиздат. - 1982.-384с.
2. Кузнецов Л.В., Меньшакова Т.Н.
Декоративный силикатный кирпич с добавкой шлама кислородно-конвертерного производства //
Строительные материалы - 2007.- №10. - С. 18-19.
Череповецкий государственный университет MANUFACTURING TECHNIQUES OF THE SILICATE BRICK WITH THE DIRT ADDITIVE OXYGEN-KONVERTERNOGO MANUFACTURES N.I. Shestakov, N.N. Sinitsyn, T.N. Menshakova
In our experiment a dirty of metallurgical manufacture of Open Society " Severstal ", analyzed on fractional and a chemical compound. Studied influence of fractional structure on the form of particles at various increases
Key words: Salvaging of waste; dirts; silicate brick
