CC BY
11Научно-технический и производственный журнал
Материалы и конструкции
УДК 692.23
С.В. ВАВРЕНЮК, д-р техн. наук, член-корр. РААСН, ГЛ. КОРАБЛЕВА, канд. техн. наук, О.В. СТАРИКОВА, инженер, Дальневосточный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт по строительству (ДальНИИС) РААСН (Владивосток)
Использование горелых пород в производстве изделий для ограждающих конструкций
Приведен способ переработки горелой породы с получением заполнителя для бетонной смеси, включающий следующие технологические операции: дробление горелой породы, просеивание с разделением на песчаные и щебеночные фракции и подача в бетоносмеситель в качестве заполнителя бетонной смеси. Предлагаемый метод способствует снижению содержания вредных соединений и органических примесей в заполнителе и позволяет производить оптимизацию состава бетонных смесей для формования строительных изделий с заданными физико-механическими и теплотехническими свойствами. В заводских условиях изготовлена партия стеновых камней, соответствующих требованиям ГОСТа.
Ключевые слова: горелые породы, ограждающие конструкции, заполнитель, полусухое вибропрессование, морозостойкость.
В настоящее время в отечественной практике строительства широко применяются быстровозводимые здания, основой которых является каркас из металлоконструкций или монолитного железобетона с заполнением проемов мелкоштучными изделиями из различных видов бетона.
При выборе стенового материала необходимо учитывать климатические особенности района строительства. В силу сложных климатических условий Дальнего Востока, которые характеризуются неблагоприятными сочетаниями высокой скорости ветра с обильными дождями в летний период, интенсивной солнечной радиацией при отрицательной температуре в зимний период, частыми оттепелями, резкой сменой всех элементов климата в течение года, стеновые изделия должны иметь необходимую долговечность, низкую отпускную влажность и хорошую влагоотдачу, т. е. быстро сохнуть после увлажнения в сезон дождей.
В Приморском крае ощущается дефицит мелких и крупных заполнителей для бетонов; в значительной степени эту проблему можно решить за счет использования отходов угледобычи, углесжигания и ГОКов.
Проблема использования отходов в строительстве заключается в технологической сложности перевода их в сырьевой компонент для производства прежде всего строительных материалов и тем самым расширить сырьевую базу стройиндустрии. Использование отходов в различных отраслях народного хозяйства - это путь повышения его эффективности при уменьшении материальных затрат и трудовых ресурсов (последнее сейчас особенно актуально для Дальнего Востока).
Специалистами ДальНИИС проведены исследования термоизмененной вскрышной породы угледобычи местных
(приморских) в настоящее время закрытых шахт так называемой горелой породы, количество которой в терриконах составляет порядка 3 млн т.
По генетическому признаку горелые породы можно разделить на две группы: к первой относятся вмещающие и сопутствующие породы, представленные осадочными (глинистые сланцы, кремнистые сланцы, песчаники, аргиллиты, алевролиты) и метаморфическими (кристаллические сланцы, кварциты) породами. Эта группа состоит из мелких и слабых разновидностей; ко второй группе - хорошо обожженные, порой до спекания породы. В химическом составе этой породы превалирует Fe2Oз - до 56,2%, а содержание SiO2 в среднем всего 27%. Прочность породы практически равна прочности керамического кирпича. Порода представлена кусками, от мелкого щебня до глыб массой в несколько килограммов. Цвет породы от темно-красного до фиолетового. Таких пород в отвалах и терриконах примерно 3-5%. Практический же интерес представляет более распространенная слабообожженная (не до спекания) порода. Цвет породы от бежевого до темно-розового. В табл. 1 приведен химический состав горелой породы террикоников шахт городов Артема и Партизанска Приморского края.
По сумме оксидов SiO2, А1203, Fe2O3 порода представляет кислое сырье; незначительное содержание потерь при прокаливании указывает на полноту самообжига.
По минералогическому составу слабообожженные горелые породы относятся к алюмосиликатным с включениями кварца, калиевого полевого шпата, альбита, анортита, флогопита, мусковита, магнетита.
Заполнитель из породы получали двумя способами. По первому - порода отобранной пробы дробилась до крупности не более 50 мм; дробленый материал пропускался че-
Таблица 1
Химический состав, мас. %
SiO2 AlA Fe2O3 TiO2 CaO MgO SO3 K2O Na2O ППП
65,83-71,1 17,45-20,4 3,66-4,5 0,64-0,82 1,22-1,9 0,66-1,18 0,03-0,2 2,6-2,67 1,16-1,27 0,2-0,59
122013
37
Материалы и конструкции
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 2
Способ получения заполнителя Полные остатки на ситах, мас. % Мк
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 менее 0,16
Первый 25,5 40 54 67,5 80,5 19,5 2,68
Второй 14,9 33,8 49,5 65,1 82,2 17,8 2,5
Таблица 3
Характеристика Фракция, мм
0-5 5-10 10-20
Насыпная плотность, кг/м3 1050/950 820/875 860/956
Истинная плотность, г/см3 2,6/2,48 2,65/2,5 2,65/2,61
Средняя плотность зерен заполнителя в цементном тесте, кг/л 2,21/- 2,085/- 1,985/-
Водопотребность песка,% 21/23,2 - -
Водопоглощение щебня, % - 17/20 20/17
Объем межзерновых пустот, % - 41/30 43 /62
Содержание пылевидных, глинистых частиц, % 10/8,5 4,5/1,2 0,75/0,78
Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа - 1,44/1,3 1,92/2
Коэффициент размягчения щебня 0,7/0,7 0,8/0,8
Морозостойкость по потере массы после 3 циклов замораживания-оттаивания, % После 5 циклов -/8 12/11,1 10,5/15,3
Содержание пластинчатых и игловатых частиц, % - 11,5/13,4 10,5/12,3
Стойкость щебня против - силикатного распада - железистого распада - 7,5/8,1 2,5/2,1 2,5/2,7 1,5/1,8
Примечание. Перед чертой - первый способ получения заполнителя; за чертой - второй способ.
рез сито с размером отверстий 20 мм; прошедшая через сито фракция удалялась как содержащая наиболее слабую и засоренную породу. Материал крупнее 20 мм вторично дробился и рассеивался на фракции 0-5 мм, 5-10 мм, 10-20 мм. По второму способу большие куски дробились до крупности не более 50 мм и смешивались с остальной частью отобранной пробы. Весь материал рассевался на три вышеуказанные фракции. Зерновой состав песчаной фракции горелой породы приведен в табл. 2.
Установлено, что по зерновому составу пески из горелой породы вполне пригодны для применения их в бетоне. Песок относится к группе «средних» по ГОСТ 22263-76 «Щебень и песок из пористых горных пород. Технические условия» и по зерновому составу по ГОСТ 9757-90 «Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия» пригоден для конструкционно-теплоизоляционного бетона.
Физико-механические характеристики заполнителя из горелой породы Артемовского террикона приведены в табл. 3. Испытания проводились по ГОСТ 9758-86 «Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний».
При оценке пригодности горелой породы для получения конструкционно-теплоизоляционного бетона определяющее значение имеют насыпная плотность, прочность и морозостойкость. По насыпной плотности щебень из горелой породы по ГОСТ 9757-90 и ГОСТ 22263-76 может быть отнесен к маркам 900 и 1000 (фр. 10-20 мм второго способа получения заполнителя), песок - к марке 1000 или 1100, что характеризует их как легкие заполнители. По пределу прочности щебень относится к маркам П150 и П200 по ГОСТ 22263-76, что позволяет использовать его в конструкционно-теплоизоляционных бетонах класса В5 и выше. По морозостойкости щебень не соответствует требованиям стандартов.
При подборе составов бетона опытным путем определяли оптимальное соотношение между собой фракций щебня, песка и смеси щебня. Максимальная плотность крупного заполнителя отмечается у смеси фракций 5-10 и 10-20 мм при соотношении 50:50%, а оптимальное соотношение песка и смеси фракций щебня - при соотношении 40:60%. В качестве вяжущего использовался портландцемент Спасского цементного завода Приморского края марок ПЦ400Д0 (применялся заполнитель, полученный по первому способу) и ПЦ500Д0 (заполнитель, полученный по второму способу).
В результате исследований было установлено, что получение конструкционно-теплоизоляционных бетонов с маркой по морозостойкости F>50 возможно лишь при использовании метода полусухого вибропрессования. Так, например, морозостойкость бетона, полученного из жестких смесей (Ж2) с В/Ц 1,2-1,9, составляла не более 35 циклов. При этом бетоны классов В3,5 - В7,5 имели плотность в сухом состоянии 1500-1600 кг/м3.
Снижение количества воды затворения (на 40-60%) до полусухого состояния формовочной смеси позволило получить бетоны на класс выше - В10 и маркой по морозостойкости не менее F50.
Следует отметить, что изделия из горелой породы быстро высыхают. Снижение влажности пустотелых камней при относительной влажности воздуха 60-70% через месяц после полного насыщения: из бетона с горелой породой - на 15,7%; из пенобетона - на 12,4%; из керамзитобе-тона - на 8,5%; из бетона на щебне из плотной горной породы - на 4,8%; из пескобетона - на 4,7%.
С применением разработанного состава бетона в заводских условиях методом полусухого прессования изготовлена партия бетонных стеновых пустотелых камней марок по прочности М50, М75, массой от 16 до 18 кг, плотностью в сухом состоянии 1500-1600 кг/м3. По всем характеристикам камни соответствуют требованиям ГОСТ 6133-99 «Камни бетонные стеновые. Технические условия».
Список литературы
1. Вавренюк С.В., Кораблева Г.А. Вулканические породы Дальнего Востока как сырье для производства природных пористых заполнителей в бетоны // Технологии бетонов. 2009. № 5. С. 16-17.
2. Вавренюк С.В., Кораблева Г.А., Антропова В.А. Бетоны на пористых заполнителях из вулканических горных пород Дальнего Востока. Владивосток: Издательский дом Дальневосточного федерального университета. 2012. 100 с.
3. Патент РФ на изобретение № 2462425. Способ переработки горелой породы с получением заполнителя для бетонной смеси и бетонная смесь с использованием такого заполнителя / В.В. Слободкин, С.В. Вавренюк, А.Н. Павельев. Опубл. 27.09.2012. Бюл. № 27.
38
12'2013
