CC BY
46УДК 666.973.6
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-763-9-12-16
Г.В. КУЗНЕЦОВА1, инженер ([email protected]); А.А. ШИНКАРЕВ2, канд. геол.-мин. наук ([email protected]); Н.Н. МОРОЗОВА1, канд. техн. наук ([email protected]), А.З. ГАЗИМОВ1, студент
1 Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)
2 Казанский национальный исследовательский технологический университет (420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68)
Добавки для прямой технологии производства силикатного кирпича
Перевооружение заводов силикатного кирпича с внедрением оборудования зарубежных фирм во многих случаях предопределяет переход технологии подготовки ИКВ на прямую технологию с использованием бездобавочной извести. Это неизменно приводит к снижению прочностных характеристик кирпича и изделий, а также расширения или смены сырьевых компонентов. Поэтому в первую очередь были изучены вопросы влияния дисперсных добавок на плотность прессованных образцов. В результате комплексных лабораторных исследований установлено, что для обеспечения требуемых прочностных характеристик рационально введение в состав формовочной смеси специальной дисперсной добавки, что гарантирует увеличение прочности на 50-70% за счет микрокапилляров, создаваемых коллоидными частицами дисперсной муки, размещенной между зернами песка. Рассмотрены результаты исследований дисперсных добавок, полученных из собственных отходов производства. Определено их влияние на автоклавную прочность прессованных силикатных изделий, изготовленных по прямой технологии на речном песке. Из рассмотренных вариантов наиболее эффективной показала себя добавка состава Д3.
Ключевые слова: песок, добавка, известь, силикатный кирпич, сырцовая прочность, автоклавная прочность.
Для цитирования: Кузнецова Г.В., Шинкарев А.А., Морозова Н.Н., Газимов А.З. Добавки для прямой технологии производства силикатного кирпича // Строительные материалы. 2018. № 9. С. 12-16. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-763-9-12-16
G.V. KUZNETSOVA1, Engineer ([email protected]);
A.A. SHINKAREV2, Candidate of Sciences (Geology and Mineralogy) ([email protected]); N.N. MOROZOVA1, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]), A.Z. GAZIMOV1, Student
1 Kazan State University of Architecture and Engineering (1, Zelenaya Street, Kazan, Republic of Tatarstan, 420043, Russian Federation)
2 Kazan National ResearchTechnological University (68, K. Marksa Street, Kazan, Republic of Tatarstan, 420015, Russian Federation)
Additives for Direct Technology of Silicate Brick Production
Re-equipment of silicate brick plants with the introduction of equipment of foreign companies in many cases predetermines the transition of the technology of preparation of IKV to the direct technology with the use of plain lime. This invariably leads to a decrease in the strength characteristics of bricks and products, as well as the expansion or change of raw materials. Therefore, first of all, issues of the influence of dispersed additives on the density of pressed samples were studied. As a result of complex laboratory studies, it is established that to provide the required strength characteristics, it is rational to introduce a special dispersed additive into the molding mixture, which guarantees an increase in the strength by 50-70% due to micro-capillaries created by colloidal particles of dispersed flour placed between the grains of sand. The results of studies of dispersed additives obtained from own production waste are considered. Their influence on the autoclave strength of pressed silicate products, manufactured according to the direct technology with the river sand is determined. Of the options considered, the most effective is the additive D3.
Keywords: sand, additive, lime, silicate brick, green strength, autoclave strength.
For citation: Kuznetsova G.V., Shinkarev A.A., Morozova N.N., Gazimov A.Z. Additives for direct technology of silicate brick production. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 9, pp. 12-16. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-763-9-12-16 (In Russian).
Снижение спроса и высокая конкуренция на рынке стеновых материалов дает преимущество тем силикатным заводам, которые успели провести модернизацию производственных мощностей, расширив ассортимент и улучшив качество выпускаемой продукции, снизив производственные издержки. Расширение ассортимента продукции происходит за счет выпуска крупно- и среднеформатных стеновых силикатных блоков и перегородочных плит, доля выпуска которых в общем объеме производства за последние 6,5 лет в структуре выпуска ССМ выросла более чем в два раза и в 2018 г. превысила 7%. Производство СБ/СП в 2017 г. осуществляли 17 заводов, в первом полугодии 2018 г. — 16 заводов. Доля выпуска СБ/СП в общем объеме производства у семи заводов в 2018 г. превысила 20% (в 2017 г. — пять заводов) [1].
Разработчики оборудования для силикатной промышленности — фирмы Ласко Умформтехник ГмбХ
(Германия), Маза ГмбХ (Германия), ВКБ Системс ГмбХ (Германия), Хаянь Групп (Китай) специализируются на поставке оборудования для прямой технологии производства, т. е. на использовании бездобавочной извести [2]. Первоначальный проект нового производства на Калужском заводе строительных материалов, реализованный компанией «Инвест-Технология» (РФ), тоже предусматривал работу по прямой технологии. Так что при обновлении оборудования неизменно возникает вопрос упрощения (на первый взгляд) технологии и переход на прямую технологию с закупкой молотой извести.
Известно, что замена известково-кремнеземистого вяжущего (ИКВ) на известковое неизменно повлечет за собой изменение сырцовой прочности, расхода извести, снижения марочности, режима автоклавной обработки и давления в автоклавах до уровня 1,2—1,6 МПа, что не всегда возможно [3]. Предложение заменить мельницы и вообще отказаться от помола и использования мелю-
щих тел заманчиво. Но, как правило, сами мельницы остаются в рабочем состоянии, и им можно найти эффективное применение.
Раньше считалось, что силикатный кирпич нужно производить на чистых промытых песках. Это очевидно из-за использования тихоходных смесителей, неспособных разбить глинистые комочки. Агрегированные гли-
0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
II
Требуемая
Песок речной Вид песка
Рис. 1. Влияние вида песка на сырцовую прочность
Песок овражный
Рис. 2. Дисперсный состав молотого известняка
ÏTv.
Рис. 3. Дисперсный состав гашеной извести-пушонки
Рис. 4. Дифрактограмма силикатного кирпича
нистые включения — это вредные частицы, снижающие в конечном итоге морозостойкость силикатного кирпича. Современные технологии и смесители позволяют равномерно распределить глинистые примеси по песку. Однако, по данным А.Н. Володченко, глина в количестве 5—10 мас. % после гидротермальной обработки полностью вступает в реакцию [4].
Расход вяжущего и песка в формовочной смеси с ИКВ составляет 1:3, или 25%, а в прямой технологии это 1:9, или 12—15%. Известно, что наиболее плотной из возможных упорядоченных упаковок зерен одного размера является плотнейшая гексагонально-кубическая с пустотностью 26%.
Заполнять 11—14% пустотности обычно рекомендуется используя несколько видов песка. Все это приводит на первый взгляд к усложнению технологии, так как кремнеземистые компоненты являются крупнотоннажными, требуют отдельной доставки, складирования, дозирования и др.
Возникает вопрос, как модернизироваться, улучшить качество, но не усложнить технологию. По данным Л.М. Хавки-на, чистые мытые пески не имеют связности, а жирные глины обладают ею в высокой степени, так как содержат частицы коллоидных размеров менее 0,1 мм [5]. Переход отечественных заводов на прямую технологию делает невозможным получение требуемой сырцовой прочности — не менее 0,5 МПа — на одном мытом речном песке при Мкр менее 1,2. На рис. 1 приведены результаты сырцовой прочности на песке мытом речном и овражном, содержащем глинистые вещества.
Как показывают результаты, в прямой технологии при работе с одним видом песка преимущество необходимо отдавать овражному, суглинистому песку. Промытые речные пески не обеспечивают достаточной плотности и сырцовой прочности. Прочность можно увеличить за счет увеличения расхода извести, а это дорого, или ввести частицы коллоидных размеров менее 0,1 мм.
Далее приводятся результаты исследования прочностных характеристик на известковом бездобавочном вяжущем с использованием добавки из собственных отходов производства.
Молотый известняк применяется в европейских странах как добавка, повышающая сырцовую прочность. При оптимальной формовочной влажно -сти мелкодисперсный порошок известняка наряду с гашеной известью участвует в формировании сырцовой прочности [6]. Дисперсный состав молотого известняка и извести-пушонки представлен на рис. 2, 3.
Известь гашеная представлена зернами размером 5 мкм.
¡TPfJ>ITE/]brlblE научно-технический и производственный журнал J ® сентябрь 2018
Таблица 1
Требования к негашеной извести для производства силикатного кирпича
Марка Содержание СаО, % Сорт Содержание СаО, %
Германия Россия
а90 >80 Сорт I >90
а80 >65 Сорт II >80
а70 >55 Сорт III >70
Таблица 2
Фазовый состав силикатного кирпича
Наименование фазы Мас. %
Кварц SiO2 75,5
Полевые шпаты (К, Na, Са) AlSi3O8 8,6
Кальцит СаСО3 8
Тоберморит Ca5Si6O16(OH)2•nH2O 3,8
Глинистые минералы (хлорит, слюда) 1,5
Ca3Si3O9•H2O 1,6
a-Ca2SЮ4•H2O 0,7
Пироксены Fe)2Si2O6 0,2
Доломит CaMg(CO3)2 0,2
Сумма 100
Степень кристалличности (СК) 78,7
Таблица 3
Дисперсность добавок
Добавки Удельная поверхность, м2/кг
Добавка № 1 (Д1) 1500
Добавка № 2 (Д2) 1000
Добавка № 3 (Д3) 1200
Дисперсный состав молотого известняка в основном представлен зернами менее 5 мкм в количестве 16,6% и размером более 5 мкм в количестве 93,4%.
Если обратиться к табл. 1, то в видно, что в Германии для производства силикатных прессованных изделий используется известь мягкого обжига, т. е. известь, содержащая недожженные зерна.
В России требования к извести более жесткие. Половина силикатных заводов России имеют собственное производство извести. При подготовке камня для шахтных печей образуются отходы известняка в виде фракции 0—20 мм.
Также многие заводы выпускают рустированный кирпич, изготовление которого сопровождается получением большого количества отходов. В некоторых случаях при упаковке кирпича образуется бой. Грубый подсчет для завода производительностью 60 млн шт. кирпича в год при количестве брака 1% и при объеме производства рустированного кирпича 10% от общего объема показывает, что бой кирпича может составлять 4680 т.
Одним из важных факторов использования добавок является утилизация своих же отходов.
Исследованием силикатного кирпича методом рент-генофазового анализа и путем расчета фаз методом
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
силикатныи кирпич
песок
известняк
ш
ш
0
5
Рис.
10 20 Время помола, с 5. Размолоспособность материалов
2050
2000
1950
1900
1850
1800
1750
30 40
Рис.
Асм=
5 10
Количество добавки, %
6. Изменение плотности прессованного образца из смеси с 10% на одном песке в зависимости от вида добавок
180
% 170 - Д1
и, ст 160 - Д2
X ч о С 150 - Д3
о 140 -
ов Ш С 130 -
о ст 120 -
о . и 110 -
с= 100 Г 90
5 10
Количество добавки,%
15
Рис. 7. Влияние добавок на изменение сырцовой прочности при содержании активных СаО в смеси 10%
Ритвельда были получены данные, представленные на рис. 4 и в табл. 2.
Как видно из результатов, фазовый состав представлен кварцем, кальцитом и гидросиликатами. Гидросиликаты в качестве добавки способствуют повышению прочности за счет лучшей перекристаллизации СSH(I) в тоберморит [7].
Содержание кварца 75,5% в составе силикатного кирпича делает возможным его использование в молотом виде как аналога молотого песка. Приведено исследование размолоспособности компонентов добавки в сравнении с кварцевым песком. Для исследования была использована карбонатная порода—известняк марки по дробимости в сухом состоянии 400 и силикатный кирпич марки 150. Результаты представлены на рис. 5.
Из рис. 5 видно, что известняк наиболее размоло-способный материал по отношению к силикатному кирпичу и кварцевому песку. Чтобы размолоть кварцевый песок до требуемой тонкости, необходимо больше времени по сравнению с силикатным кирпичом, так как содержание кварца в кварцевом песке составляет 95%, а в силикатном кирпиче 75%. Известняк в чистом виде трудно размолоть, это приводит к залипанию мельниц.
0
26
25
24
23
22
20
10
Количество добавки, %
15
20
Рис. 8. Влияние добавок на автоклавную прочность при содержании активных СаО+^^О в смеси 10%
45
¿5 40 _ Д1 " Д2 8 35 _ Д3
I 30
. .
8 9 10
Количество извести (СаО) в смеси, %
Рис. 9. Влияние содержания активных СаО+MgO в смеси и добавки на автоклавную прочность
13,8 13,6 13,4
ш
I 13,2 3"
§ 13
§ 12,8 ч
03 12,6
12,4 12,2
Рис 10. Изменение водопоглощения прессованных образцов, изготовленных из смесей с добавками Д2 иД3 в количестве 10%
Эффект залипания часто можно наблюдать на производстве при низкой активности обожженной извести. При совместном помоле известняка с кирпичом последний будет являться абразивным материалом.
Известняк — это карбонатсодержащий материал, как показали ранее проведенные исследования [8], уве-
личивает сырцовую прочность. Добавка из молотого известняка влияет на сырцовую прочность [9], а добавка из силикатного кирпича влияет на автоклавную прочность.
Путем совместного помола были приготовлены добавки Д1 — на молотом известняке, Д2 и Д3 — с содержанием силикатного кирпича и определена их удельная поверхность. Результаты представлены в табл. 3.
Из формовочных смесей с добавками, взятыми в процентах от количества песка, спрессованы образцы-цилиндры диаметром 60 мм и высотой 60 мм. Усилия прессования 20 МПа. На образцах определена плотность и сырцовая прочность. Как показали результаты для смесей с активностью 8, 9%, на песке одного вида сырцовая прочность недостаточна и составляет менее 0,35 МПа. Дальнейшие результаты рассматривались для смесей с активностью 10%. Результаты представлены на рис. 6, 7.
Как видно из полученных результатов, наиболее эффективной является добавка Д3 в количестве до 15%.
Добавка Д1 эффективна в количестве 5%, а добавки состава Д2 и Д3 — в количестве 10—15%.
Следовательно, для речного песка с Мкр =1 и при сырцовой прочности 0,3 МПа введение добавки обеспечивает сырцовую прочность с увеличением в 1,7 раза и это составит 0,51 МПа, что и необходимо было получить.
Образцы обработаны в промышленном автоклаве при давлении 1,1 МПа по режиму 3,5+7+2,3 (по режиму ячеистого бетона). Результаты представлены на рис. 8.
Как видно из результатов, для повышения автоклавной прочности наиболее эффективна добавка Д3 в количестве 15%.
Результаты автоклавной прочности были проверены на смесях с содержанием активных СаО+MgO 8,9 и 10% с целью снижения активности смеси при применении добавок (рис. 9).
Как видно из результатов, добавка Д3 является наиболее эффективной для смесей с содержанием СаО в смеси от 8 до 10%.
По полученным результатам на образцах с добавками Д2 и Д3 количестве 10% определено водопоглоще-ние, которое представлено на рис. 10.
Как видно из полученных результатов, исследуемые добавки в оптимальном количестве позволяют снизить водопоглощение.
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
— содержание кварца 75,5% в составе силикатного кирпича делает возможным использование последнего в молотом виде как аналога молотого песка;
— наибольшее снижение водопоглощения обеспечивает добавка состава Д3
— добавки Д1, Д2, Д3 в оптимальных количествах повышают сырцовую прочность на 10, 56, 73% соответственно.
21
0
5
0
Список литературы
1. Семёнов А.А. Строительство и промышленность строительных материалов в 2017 году. Краткосрочный прогноз // Строительные материалы. 2018. № 4. С. 4-8.
2. Кузнецова Г.В., Гайнутдинова Г.Х. Влияние крупности песка на выбор вида известкового вяжущего // Строительные материалы. 2017. № 12. С. 33-37.
3. Кузнецова Г.В. Известь и ее влияние на техническое перевооружение заводов силикатного кирпича // Строительные материалы. 2016. № 9. С. 9-14.
4. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов. Инновации в науке: Сборник докладов XXI междуна-
References
1. Semenov A.A. Construction and building materials industry in 2017. Short-term forecast. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 5, pp. 4—8. (In Russian).
2. Kuznetsova G.V., Gaynutdinova G.Kh. Effect of sand fineness on selection of a lime binder type. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 12, pp. 33—37. (In Russian).
3. Kuznetsova G.V. Lime and Its Influence on Technical Re-Equipment of Silicate Brick Factories. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 9, pp. 9—14. (In Russian).
4. Volodchenko A.N. Effect of clay minerals on the properties of autoclave silicate materials. Innovations in science: a
M ®
сентябрь 2018
15
родной научно-практической конференции. Новосибирск: СибАК, 2013.
5. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича. М.: Эколит, 2011. 384 с.
6. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н. Проблемы замены традиционной технологии силикатного кирпича с приготовлением известково-кремнеземистого вяжущего на прямую технологию // Строительные материалы. 2013. № 9. С. 14-18.
7. Лаукайтис А.А. Исследование влияния добавки молотых отходов ячеистого бетона на его свойства // Строительные материалы. 2004. № 3. С. 33.
8. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Хозин В.Г. Карбонатные порошки в производстве силикатного кирпича на бездобавочной извести // Строительные материалы. 2015. № 7. С. 10-14.
9. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н. Влияние компонентов известково-кремнеземистого вяжущего на связность известковой массы для прессования // Строительные материалы. 2012. № 12. С. 69-72.
collection of reports of the XXI International Scientific and Practical Conference. Novosibirsk: SibAK, 2013.
5. Khavkin L.M. Tekhnologiya silikatnogo kirpicha [Technology of silica brick]. Moscow: Ecolit. 2011. 384 p.
6. Kuznetsova G.V., Morozova N.N. Problems of Replacement of Traditional Technology of Silicate Brick with Preparation of a Lime- Siliceous Binder by Direct Technology. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 9, pp. 14-18. (In Russian).
7. Laukaytis A.A. Investigation of the effect of the addition of ground waste of cellular concrete on its properties. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2004. No. 3, pp. 33. (In Russian).
8. Kuznetsova G.V., Morozova N.N., Khozin V.G. Carbonate Powders in Production of Silica Brick with Straight Lime. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 7, pp. 10-14. (In Russian).
9. Kuznetsova G.V., Morozova N.N. Influence of Components of a Lime-Siliceous Binder on Cohesion of Molding Material for Pressing. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 12, pp. 69-72. (In Russian).
_ИНФОРМАЦИЯ
Определены основные параметры финансирования национального проекта «Жилье и городская среда»
Минфин России представил в Правительство проект федерального бюджета на 2019-2021 гг. Бюджетные ассигнования на реализацию государственной программы «Обеспечение доступным и комфортным жильем и коммунальными услугами граждан Российской Федерации» увеличены в 2019 г. более чем на 100 млрд р.
Бюджетные ассигнования на реализацию государственной программы «Обеспечение доступным и комфортным жильем и коммунальными услугами граждан Российской Федерации» в 2019 г. составят 173,6 млрд р, в 2020 г. 169,9 млрд р, в 2021 г. -167,1 млрд р.
Основные направления, на которые выделяются дополнительные средства - стимулирование жилищного строительства, благоустройство городской среды и расселение аварийного жилья. На реализацию федеральных проектов по этим направлениям предусмотрено чуть больше 100 млрд р ежегодно.
За предстоящие три года на реализацию мероприятий по развитию жилищного строительства из федерального бюджета будет выделено в общей сложности
почти 80 млрд р, на расселение аварийного жилья - 106 млрд р, формирование комфортной городской среды - 133 млрд р.
Помимо этого в проекте бюджета учтены предложения Минстроя России по дополнительному финансированию мероприятий, связанных с выполнением жилищных обязательств перед ветеранами Великой Отечественной войны, обеспечением жильем на родине российских граждан - пенсионеров «Байконура», модернизацией коммунальной инфраструктуры в регионах.
Дополнительно будут профинансированы мероприятия по строительству и реконструкции объектов коммунальной и инженерной инфраструктуры Камчатского края, Республики Северная Осетия-Алания, Архангельской области, Волгоградской области, Владимирской области, Республики Адыгея, Смоленской области, Самарской области, Новгородской области, Республики Алтай, Республики Бурятия. На эти цели бюджетом предусмотрены в 2019 г. 6 млрд р; в 2020 г. 4,3 млрд р и в 2021 г. 3,6 млрд р.
По материалам Минстроя РФ
¡Y^rrSJlÄli j ®
