книги / Производство керамзита
..pdfС. П. ОНАЦКИИ
заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор
ПРОИЗВОДСТВО
КЕРАМЗИТА
3-е издание, переработанное и дополненное
МОСКВА, СТРОИИЗДАТ, 1987
ББК 35.41 0-58
УД К 666.64 — 492.3
Печатается по решению секции литературы по строительным материалам редакционного совета Стройиздата
Рецензенты: заел. дсят. науки и техники РСФСР, проф., .д-р техн. наук Г. И. Книгина, канд. техн. наук В. Ф. Завадский (Ново сибирский инженерно-строительный институт им. В. В. Куйбышева)
Онацкий С. П.
Производство керамзита.— 3-е изд., перераб. и доп.— М.: Стройиздат, 1987.— 333 «с.: .ил.
Рассмотрены вопросы теории и практики производства керамзита. Подробно освещены физико-химические и технологические основы по лучения материалов типа керамзита, разнообразные сырьевые источ ники и добавки, включая глинистые, шунгизитовые, кремнистые сланцы н другие горные породы. Описаны перспективные методы изготовления Керамзита, а также новое высокопроизводительное оборудование.
Для инженерно-технических работников промышленности строи
тельных материалов. |
|
|
|
0 |
3203000000—565 |
16——*86 |
ББК 35.41 |
047(01)—87 |
© Стройиздат, 1987
ПР Е Д И С Л О В И Е
ВОсновных направлениях экономического и социального раз вития СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года, утверж денных на XXVII съезде КПСС, предусмотрено развитие производ ства эффективных строительных материалов, использование прогрес сивных изделий из древесины, керамических и других неметалличе
ских материалов, улучшение |
их структуры, |
ускорение создания |
|
и внедрения |
прогрессивных технологий. |
|
|
Одна из |
основных задач |
индустриального |
строительства — ор |
ганизация широкого производства искусственных пористых заполни
телей для легкого бетона. Среди пористых заполнителей бла годаря высоким техническим качествам наиболее распространен керамзит.
Вопросы теории и практики производства керамзита рассмат риваются в книге заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, доктора технических наук, профессора С. П. Онацкого, выдержав шей уже два издания (1-е — в 1962 г., 2-е — в 1971 г.). В настоя щем третьем издании значительное место уделено освещению ре зультатов научно-экспериментальных работ по созданию в СССР
новой прогрессивной технологии керамзита с обжигом в двухбара банных печах, позволяющих радикально улучшить качество готовой продукции, в 2—3 раза сократить расходы топлива на обжиг и настолько же повысить производительность труда. Описан реко мендуемый для широкого внедрения новый весьма эффективный способ опудривания гранулированного полуфабриката с вводом ог неупорного порошка во вращающуюся печь непосредственно перед зоной вспучивания, разработанный ВНИИстромом им. П. П. Буд никова. Этот способ позволяет резко повысить все качественные и экономические показатели производства керамзита. Книга допол нена также результатами теоретических исследований физико-хими ческих процессов обжига керамзита, выполненных за последнее время.
Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук, проф. Г. И. Книгиной, кандидатам технических наук В. Ф. Завад
скому и Г. И. Коношенко, заведующему |
отделом ВНИИстрома |
П. И. Полыцикову за оказанную помощь |
при подготовке рукописи. |
В В Е Д Е Н И Е
Вспучивание глин при обжиге известно с незапамятных времен. Самопроизвольное вспучивание нередко наблюдается в керамиче
ском |
производстве — образование пузырей, вздутий и |
других поро |
ков |
изделий. |
строительных |
Систематические исследования по изготовлению |
материалов из глинистых пород, вспученных при обжиге, в СССР
начаты в 1928 г. Е. В. Костырко и П. П. Пшенициным, а сам вспу ченный материал, по предложению Г. Б. Красина, назван керам зитом.
Проблемой получения керамзита занимались многие исследова тели, в том числе П. П. Щемелев и А. И. Гервидс, П. И. Галкин
с сотрудниками, Г. Л. Лагунов, |
Н. А. Сафронов, М. И. Гутман, |
А. Я. Граусман, С. П. Логинов, |
Б. Н. Кауфман, В. С. Вдовьева, |
Н. Д. Расторгуев, Н. И. Галюнов |
и др. |
Важное значение для организации производства и широкого внедрения керамзита в практику строительства имели труды д-ра
техн. наук, проф. Г. Ф. Кузнецова |
(а также многочисленных его |
||
сотрудников и |
последователей) |
по |
применению легких бетонов |
в полносборном |
крупнопанельном |
строительстве. |
Большой вклад в разработку теоретических основ и практики приготовления обычного и высокопрочного керамзитобетона в раз личных конструкциях и сооружениях внесли А. И. Ваганов, И. Г. Иванов-Дятлов, Н. А. Корнев, В. М. Москвин, Г. Н. Горчаков, Н. Я. Спивак, М. П. Элинзон, А. А. Евдокимов, А. Б. Ашрабов, Г. А. Бужевич, В. Г. Довжик, Б. С. Комисаренко к др.
Важные исследования в области теории и практики производ ства керамзита, особенно для Сибири, выполнены коллективом ка федры и проблемной лаборатории строительных материалов НИСИ им. В. В. Куйбышева под руководством заел. деят. науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. Г. И. Книгиной.
Автором данной книги на основе исследований физико-химиче ских процессов и технологических параметров получения керамзита разработана и проверена в опытно-промышленных условиях (1946— 1957 гг.) технология производства керамзита по сухому, пластиче скому и шликерному способам. При этом было исследовано более 40 месторождений керамзитового сырья в различных районах стра ны для постройки на их базе первых керамзитовых предприятий в Москве, Волжском, Волгограде, Ленинграде, Среднем Поволжье и т. д. Из выпущенного керамзитового гравия и песка округлой фор мы с насыпной плотностью в пределах 250—800 кг/м3 был получен высокоэффективный керамзитобетон с широким диапазоном строи тельно-технических свойств.
В результате творческих разработок ВНИИстрома, НИИкерамзита, Гипрострома, НИИСМИ и многих других организаций в на стоящее время построено более 300 керамзитовых заводов и цехов.
Терминология и классификация. Вспучивание глин при быстром обжиге в определенных условиях является их важнейшим физико-химическим свойством. В резуль тате вспучивания получается легкий поризованный ма
териал с мелкоячеистой структурой, обладающей малой плотностью при значительной прочности и высокими теплозащитными свойствами.
В отличие от плотных, пористых и пустотелых кера мических материалов и изделий, вырабатываемых из глин, вспученный при обжиге глинистых пород матери ал ячеистого строения называют керамзитом. Это на звание подчеркивает родство керамзита с керамикой и стеклом. Оно учитывает не переменные признаки (метод производства и область применения), а постоянно дейст вующие факторы (природу исходного сырья, физико-хи мический процесс образования и свойства продукта).
Следует при этом подчеркнуть, что термин керамзит обозначает не какой-либо вид готового материала или изделия, а вспученную при обжиге глинистых пород массу ячеистого строения. Название же готовых видов материала образуется по общепринятому в технике сло восочетанию материал — готовый продукт. Например, стальная проволока, стальной рельс, в рассматриваемом случае — керамзитовый гравий, керамзитовый песок, ке рамзитовые блоки, керамзитовый щебень и т. д.
Длительный опыт освоения керамзита показал, что методы его получения, а также области использования его технических свойств могут быть самыми разнообраз ными. С развитием науки и техники они непрерывно со вершенствуются и расширяются. Так, если в период за рождения промышленности керамзита вспучивание глин вели (в СССР и за рубежом) в горнах периодического действия и туннельных печах, а затем в одноцилиндри ческих вращающихся печах и на решетках с принуди тельным прососом воздуха, то в настоящее время пред ложены и внедряются новые перспективные методы вспучивания: в двухбарабанных печах, в кипящем слое,
вкольцевых, шахтных и других печах.
Вто же время бесспорно, что, несмотря на разнооб разие методов производства и оборудования для вспу чивания глинистых пород, физико-химическая природа образования керамзита остается в такой же степени не изменной, как не изменяется, например, природа обра зования цемента или стали при разных методах получе ния. Это и позволило отнести керамзит к классу мате риалов, имеющих ярко выраженные индивидуальные фи зико-химическую и техническую характеристики. Вместе
стем каждый метод изготовления керамзита обладает
своими специфическими особенностями: в горнах, тун нельных и кольцевых печах, на колосниковых решетках получают глыбы вспученной массы, требующей после дующего дробления на щебень и песок; в капселях — изделия правильной формы, во вращающихся и кольце вых печах, в кипящем слое — различной крупности гра нулированный вспученный материал округлой формы со спекшейся корочкой и шероховатой поверхностью.
В последние десятилетия в производство керамзи тового гравия наряду с классическими легкоплавкими глинистыми породами вовлекаются различные отходы углеобогащения, золы и шлаки тепловых электростан ций, а также трепела, диатомиты и т. п. Производство искусственных пористых заполнителей на их основе осу ществляется по технологии керамзита, свойства полу чаемых заполнителей оцениваются по общему стандар ту. Так, ГОСТ 9759—83 распространяется на керамзито вый гравий и песок, представляющие собой искусствен ный пористый материал, получаемый вспучиванием при обжиге подготовленных гранул (зерен) из силикатных пород (глин, суглинков, различных сланцев, трепела, диатомита, опок, аргилита, алевролита) и промышлен ных отходов — зол и шлаков тепловых электростанций, отходов углеобогащения, а также на песок, получаемый дроблением керамзитового гравия и применяемых в ка честве заполнителей при изготовлении теплоизоляцион ного и конструктивного (в том числе конструкционно-теп лоизоляционного) легких бетонов. Правомерно поэтому перечисленные в этом стандарте заполнители назвать материалами типа керамзита.
Основные направления развития промышленности и научно-тех нического прогресса в области материалов типа керамзита. Широ кое применение в СССР, особенно в послевоенный период, современ ных методов индустриального строительства из полносборных круп нопанельных конструкций потребовало организации производства многих новых эффективных материалов, важнейшее место среди ко торых занял керамзит.
Производство керамзита в СССР характеризуется исключитель но быстрыми темпами развития. За 23 года с момента постройки первых керамзитовых предприятий, выпустивших в 1960 г. около 1 млн. м3 керамзита, объем его производства возрос в 30 раз, до стигнув в 1983 г. 30 млн. м3, что составляет 86 % общего объема выпущенных в этом году всех искусственных пористых заполните лей. Создав новую важную отрасль прогрессивных строительных материалов — промышленность керамзита, Советский Союз, опере див США по объему производства еще в 1965 г., вышел на первое место в мире.
Керамзит теперь изготовляется во всех союзных респуОликах, кроме Армянской ССР, богатой природными пористыми материала ми. При этом во многих районах сосредоточенного строительства производство и применение керамзита достигло уровня, существен но влияющего на темпы и экономику строительства.
В 1984 г. в различных районах страны работало 317 керамзи товых предприятий. Всего с начала организации производства ке рамзита керамзитовые предприятия выпустили более 400 млн. м3 заполнителей, на основе которых изготовлено около 1 млрд, м2 полносборных крупноразмерных керамзитобетонных строительных конструкций.
Вместе с тем, несмотря на очевидные успехи в организации производства и применения керамзита, технический уровень дей ствующих керамзитовых предприятий и качество выпускаемой ими продукции, особенно в последнее десятилетие, далеко не отвечают возросшим требованиям современной строительной индустрии. В одиннадцатой пятилетке наблюдалось замедление темпов произ водства этого прогрессивного материала. Неблагополучно обстоит дело и с основными качественными и технико-экономическими по казателями.
Насыпная плотность заполнителя возросла на две-три марки. Вместо керамзита марок 300—500 кг/м3 теперь на подавляющем
большинстве предприятий выпускают |
керамзит марки ,550—600, |
|
а нередко \ 700—800,, а это, |
в свою |
очередь, вызвало увеличение |
плотности керамзитобетона сверх допустимых J800—900 жг/м3 до |
||
1000— 1200 кг/м3,, а иногда |
и выше, |
что поставило под сомнение |
экономическую целесообразность применения такого керамзитобето на и его ьйэнкурентоспособность с другими материалами. . ^ -
Расход топлива достигает 110 кг условных единиц на' 1 м3^за полнителя и выше, что в 2—3 раза больше реально возможного, перерасход же его доходит до 1,5 млн. т в год. Огромны затраты
труда на производство заполнителя. Как |
правило, выработка ке |
|
рамзита на |
1 работающего колеблется в |
пределах 1200—2000 м3 |
в год, лишь |
в редких случаях достигает |
2500—3000 м3. Вместе |
с тем нужно отметить, что на Волгоградском и Куйбышевском ке рамзитовых заводах с двухбарабанными печами выработка на 1 ра
ботающего устойчиво |
составляет 5000—6000 |
м3 в |
год, |
т. е. в 2—3 |
||
раза больше, |
чем на |
всех других |
заводах |
с |
однобарабанными |
|
печами. |
внимания |
заслуживает |
крайне медленная |
разработка |
||
Особого |
и длительный характер освоения новой техники. Например, с мо мента первого опытно-промышленного опробования слоевого подго товителя прошло 15 лет, а он все еще проходит промышленную доводку и незаслуженно значится в числе перспективных. Более того, продолжается постройка явно малорентабельных керамзито вых цехов и заводов с его применением.
В последние годы стали предъявляться все более повышенные требования к качеству керамзита и керамзитобетона, а также тех нико-экономическим показателям их производства и применения. Для уяснения серьезности создавшегося положения целесообразно привести номограмму расчета толщины керамзитобетона, разрабо танную на экспериментальной основе под руководством Н. Я. Спи вака (рис. 1), и сравнительные технико-экономические показатели наружных стен различных конструкций (табл. 1).
Их анализ показывает, что сборное домостроение на базе од-
Ттцинапанелей>см
Рис. 1. Номограмма расчета толщины керамзитобетонных наруж ных стеновых панелей
нослойных стеновых керамзитобетонных панелей с надежной тепло вой защитой экономически оправдано и конкурентоспособно с други ми конструкциями в том случае, если исходный для их изготовления керамзитовый гравий будет иметь насыпную плотность не выше 350—400 кг/м3 при прочности и зерновом составе, отвечающим тре бованиям действующего стандарта, а все остальные технико-эконо мические показатели его изготовления — расходы топлива, затраты труда и т. д.— будут снижены в 2—3 раза.
Есть только |
один путь для достижения указанных показате |
лей— ускорение |
научно-технического прогресса отрасли. |
В Основных |
направлениях социального и экономического раз |
вития СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года, приня тых на XXVII съезде КПСС, в постановлении ЦК КПСС и СМ
СССР (август 1985 г.) «О дальнейшем развитии индустриализации и повышении производительности труда в капитальном строитель стве» намечена широкая программа ускоренного научно-техническо го прогресса всех отраслей народного хозяйства страны. Особо подчеркивается в них бескомпромиссное требование разрабатывать и внедрять в производство самые экономичные, высокопроизводи тельные технологии и оборудование, позволяющие радикально по высить качество продукции и технико-экономические показатели производства и применения.
По экономическим соображениям в первую очередь целесооб разно осуществить модернизацию действующих керамзитовых пред приятий, оснастив их самым высокопроизводительным, надежно ра ботающим оборудованием с выполнением этих работ в течение две надцатой пятилетки.
Таким оборудованием следует считать уже действующие на за водах однобарабанные вращающиеся печи, которые необходимо оснастить теплообменниками и барабанами вспучивания с модер низированной зоной обжига с вводом огнеупорного порошка для опудривания зерен непосредственно перед зоной вспучивания. Остальное оборудование и в целом технологические линии каждого действующего цеха и завода подлежат модернизации путем замены на выпускаемое в настоящее время оборудование (прессы, транс портные устройства и т. д.).
Целесообразно создать типовые проекты и серийно изготов ляемое оборудование для постройки к 2000 году отдельных мощ ных керамзитовых предприятий, оснащенных самой современной тех никой и автоматикой. Основное оборудование, отвечающее указан ным высоким требованиям, имеется. Это современные, впервые в ми ре созданные в СССР, двухбарабанные печи, позволяющие достичь самых высоких технико-экономических показателей: снизить расход топлива минимум в 2 раза, увеличить в 2,5—3 раза производитель
ность труда и обеспечить получение |
керамзитового гравия высо |
|
кого качества на |
основе рядового |
широко распространенного |
сырья плотностью |
не более 350—400 кг/м3. |
Показатель
Толщина панели (степы), см
Плотность, кг/м3
Л5Р, м! -°С/Вт
Я2Р, м’-°С/Вт
Приведенные затра ты, руб.
|
|
|
_ пр |
|
тр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К Q |
°0 — гигиенические требования |
|
|
|
|
|||
Однослойные из керамзитобс- |
Трехслойные с жесткими свя |
Трехслойные с гибкими связями со |
|||||||||
|
тона |
|
|
слоем бетона |
|
||||||
|
|
|
|
|
зями |
|
легкого |
| |
тяжелого |
||
плотного на керамзи |
поризо- |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
с у теплителем |
|
|
|
|
||||
те марок |
ванного |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
на квар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
цевом пе |
|
|
|
|
|
|
|
пено- |
мине |
|
|
ске и на |
минерало |
цемент |
ячеистым |
пенополи |
минерало- |
|
|||
400 |
500 |
керамзите |
|
поли- |
рало- |
||||||
марки |
ватным |
. но-фибро |
вкладышем |
стиролом |
ватным |
|
стиро- |
ватным |
|||
|
|
400 |
жестким |
) литовым |
|
|
жестким |
|
лом |
жесткил* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
35 |
40 |
30 |
|
35 |
35 |
30 |
30 |
|
30 |
30 |
900 |
1000 |
1000 |
— |
|
— |
— |
- |
— |
|
— |
— |
1044 |
1044 |
1044 |
1,044 |
|
1,044 |
1,044 |
1,156 |
1,156 |
|
1,156 |
1,156 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1,712 |
1,046 |
1,085 |
1,093 |
1,207 |
|
1,345 |
1,302 |
2,527 |
1,563 |
|
2,676 |
|
40,8 |
41,8 |
41,7 |
43 |
|
40,7 |
38,4 |
34,1 |
37,3 |
|
34,3 |
36,7 |