CC BY
21УДК 691.316
Г.В. КУЗНЕЦОВА, инженер ([email protected])
Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)
Известковое вяжущее для стеновых силикатных изделий из отсевов дробления горных пород*
Проведено исследование вяжущего на основе извести для изготовления силикатных прессованных изделий с использованием песка отсева дробления горных пород. Рассматривается известковое вяжущее бездобавочное и с добавками кварцевого песка и дробленой горной породы. Установлено, что применение известково-кремнеземистого вяжущего является экономичным вариантом и обеспечивает прочностные показатели при минимальном расходе вяжущего. Искусственные пески имеют непрерывный гранулометрический состав, но при этом повышенное содержание пылевидных компонентов. Наличие тонкомолотой составляющей в песке позволяет применить прямую технологию с использованием в качестве вяжущего молотой извести без добавок. Известковое бездобавочное вяжущее, полученное по прямой технологии производства силикатных прессованных изделий, обеспечивает требуемую сырцовую прочность, но не обеспечивает требуемой автоклавной прочности. Приводятся исследования вяжущего для песков дробления горных пород на основе самой горной породы и кварцевого песка по традиционной технологии производства силикатных прессованных изделий. Известково-кремнеземистое вяжущее обеспечивает как сырцовую, так и автоклавную прочность. Известково-кремнеземистое вяжущее позволяет использовать любые пески - отсевы дробления горных пород, обеспечивая прочностные показатели. Предложено традиционную схему вывоза отходов дробления горных пород заменить на организацию производства силикатных стеновых материалов путем организации выпуска извести из горной породы и поставки кварцевого песка к месту образования отходов.
Ключевые слова: песок, отсев, горные породы, силикатный кирпич, прочность, активность.
G.V. KUZNETSOVA, Engineer, ([email protected])
Kazan State University of Architecture and Engineering (1, Zelenaya Street, 420043 Kazan, Russian Federation)
A Lime Binder for Wall Silicate Products from Chippings of Rock Crushing
The study of a binder on the basis of lime for producing silicate press-formed products with the use of chippings of rock crushing has been conducted. Lime binders without additives and with additives of quartz sand and crushed rock are considered. It is established that the use of the lime-siliceous binder is an economical variant and ensures strength properties at minimal binder consumption. Artificial sands have continuous granulometric composition, but the content of dust-type components is high. The presence of a fine ground component in the sand makes it possible to use the direct technology with the use of ground lime as a binder without additives. The lime straight binder produced according to the direct technology of silicate press-formed articles production ensures the required adobe strength, but does not guarantee the autoclave strength. Studies of the binder for sands of rock crushing on the basis of the rock itself and quartz sand according to the traditional technology of silicate extruded articles production are presented. The lime-siliceous binder ensures both adobe and autoclave strengths. The lime-siliceous binder makes it possible to use any sands of rock crushing chippings ensuring strength properties. It is propose to replace the traditional scheme of removal of rock crushing waste by organization of production of silicate wall materials through the production of lime from rock and supply of quartz sand to the place of waste generation.
Keywords: sand, chippings, rocks, silicate brick, strength, activity.
В России растет популярность лицевого цветного силикатного кирпича. Производство такого кирпича требует особого качества песка. Это повышенные требования по цвету, чистоте и гранулометрическому составу.
Внедрение в практику строительства средне- и крупноформатных стеновых силикатных блоков, активно используемых во многих странах Западной Европы [1], в России происходит очень медленно. В многослойных стеновых конструкциях используют силикатный кирпич, как более дешевый материал, для внутренних стен. В производстве таких стеновых материалов вопрос цвета поверхности уходит на второй план и позволяет расширить сырьевую базу.
Использование промышленных отходов обеспечивает производство богатым источником дешевого и часто уже подготовленного сырья; приводит к экономии капитальных вложений, предназначенных для строительства предприятий, добывающих и перерабатывающих сырье, и повышению уровня их рентабельности; высвобождению значительных площадей земельных угодий и снижению степени загрязнения окружающей среды. Повышение уровня использования промышленных отходов является важнейшей задачей государственного значения [2].
В настоящее время в связи с ростом объемов жилищного и дорожного строительства интенсивно разрабатываются большие запасы прочных и высокопрочных скальных горных пород (габбро-гранитов, кварцитов и др.) и развивается производство щебня. В Российской
* Задание № 7.1955.2014/К на выполнение НИР в рамках проек
Федерации выпускается около 150 млн м3 щебня в год [3]. Ожидается дальнейшее наращивание производства и потребления щебня.
При этом актуальным становится вопрос использования песков из отсевов дробления. По данным ВНИПИИстромсырье, при производстве щебня из гранитов, габбро-диоритов, базальтов и других изверженных пород образуется до 25% отсевов дробления, а из карбонатных пород значительно больше — до 45%.
Отсев дробления (фракция 0—5 мм) — это продукт переработки горных пород в щебень. На многих горных предприятиях основная масса отсевов складируется на складах готовой продукции, вывозится в отвалы и даже в карьеры, что препятствует развитию горных работ. В настоящее время важнейшей задачей является использование местных минералов в качестве заполнителей и наполнителей для производства цементных бетонов, асфальтобетона и других строительных материалов [4].
Содержание кремнезема как одного из главных компонентов производства силикатных материалов в породах составляет: в ультраосновных — менее 45%, основных — 45—55%, среднекислых — 55—65% и кислых — более 65%. Содержание SiO2 в песке для производства силикатных материалов должно быть по возможности более 70%. При этом очень хорошим сырьем является песок с содержанием SiO2 более 95%, а пригодным — более 30% [5].
Физико-механические свойства щебня и отсевов дробления горных пород представлены в табл. 1 [6].
>й части государственного задания в сфере научной деятельности.
34
декабрь 2014
iA ®
Таблица 1
Породы
Габбро-пироксениты 1 Базальтовые порфириты Кварцевые диориты
Щебень
Марка щебня по дробимости в цилиндре 1400 1000-1400 1400
Морозостойкость F50-F400 F50-F300 F150-F400
Насыпная плотность, кг/м3 1440-1760 1340-1460 1320-1360
Истинная плотность, г/см3 3,05-3,17 2,73-2,95 2,78-2,9
Отсевы дробления
Модуль крупности 2,6-4,2 2,9-4,5 2,6-3,6
Насыпная плотность, кг/м3 1460-1580 1330-1530 1580
Содержание пылевидных и глинистых частиц, мас. % 1,1-7,7 0,8-6,8 2,2
Таблица 2
Показатели Требования ГОСТ 8736-93 Граниты Диабазы,габбро, диориты
Модуль крупности 0,7-3,5 2,9-3,3 2,95-3,4
Содержание зерен мельче 0,16 мм, % не более 10 10,4-19,9 8,4-16,4
Содержание пылевидных и глинистых частиц, % не более 10 9,2-14,2 7,2-11,6
Водопоглощение, % не нормируется 13,4-23,2 12,1-15,6
Показатели качества песков — отсевов дробления горных пород приведены в табл. 2 [7].
К отходам дробления можно отнести не только отсев дробления гранита, но и техногенное сырье — кварцито-песчаник и отходы магнитной сепарации как наиболее перспективные с точки зрения использования местных сырьевых материалов, зерновой состав которых приведен в сравнении с кварцевым песком в табл. 3 [4].
Анализ гранулометрического состава проб с карьеров показывает, что пески — отсевы дробления пород характеризуются достаточно постоянным гранулометрическим составом, не зависящим от типа исходной породы, и прекрасно вписываются в интервал максимум-минимум полных остатков на ситах согласно ОСТ 21-1—80 для песка, предназначенного для изделий автоклавного твердения (табл. 4). В то же время практически во всех получаемых песках содержание мелкозема (пылевидно-глинистых частиц крупностью 0,05 мм) составляет 11—14 %.
Анализ гранулометрического состава кварцевых песков, используемых в настоящее время при производстве силикатного кирпича, а это в основном пески Мкр=1,3—1,5, показывает преимущественно двухзерно-вой состав. Показатели полных остатков этих песков на ситах не вписываются в интервал максимум-минимум полных остатков по ОСТ 21-1—80 для песка, предназначенного для изделий автоклавного твердения (табл. 5).
В производственных условиях в лабораторном журнале рассева песка в заключение требуется писать: «Песок может быть применен в соответствии с ОСТ 21-1—80, но требует обогащения фракциями...»
Сейчас в мировой практике сложились две технологии производства силикатных прессованных изделий автоклавного твердения. Это так называемая прямая и традиционная технологии. Первая использует молотую известь и мелкозернистые заполнители, составленные из нескольких (двух — четырех) фракций, подобранных в соответствии с требованиями плотной упаковки. Традиционная технология в России использует один вид песка. Расход песка в производстве силикатного кирпича составляет 2—2,4 м3 на 1 тыс. шт. При разработке карьера организации платят налог на добычу и проводят мероприятия по охране окружающей среды, однако вред, наносимый природе не поддается денежному исчислению. Использование двухзерновых песков при-
Таблица 3
Полные остатки на ситах, % Мкр
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 <0,16
Отсев гранита 23,7 44 57,6 73,1 86,2 100 2,84
Отсев кварцито- песчаника 19,6 42 56,8 69 85,8 100 2,73
Песок кварцевый 0,2 0,4 4,9 43,3 92,1 100 1,4
вело производство к применению известково-кремнезе-мистого вяжущего [8]. Известково-кремнеземистое вяжущее — продукт совместного помола извести и песка. Песок используется как добавка в вяжущее при помоле. Известково-кремнеземистое вяжущее является более экономичным в отношении расхода извести и необходимым для получения плотной структуры прессованных изделий.
Учитывая опыт немецких коллег, можно предположить успех применения отсевов как укрупняющих добавок и в России. Заводы в Германии обычно размещают в непосредственной близости от отходов, которые можно использовать как сырье.
Рассмотрим вопрос с другой стороны. Например, на карьере в Свердловской области п. Дружинино ведется добыча известняка чистого по составу, с малым содержанием примесей, являющегося сырьем для производства извести. В настоящее время там скопилось большое количество песка-отсева. На расстоянии в 53 км от п. Дружинино в Свердловской области есть месторождение песка с преобладающей фракцией 0,1—0,8 мм и средним химическим составом SЮ2 — 98,5%; Fe2O3 — 0,21%; А1203 - 0,26%.
Целью исследования является получение высококачественных автоклавных силикатных прессованных материалов с использованием песков отсевов дробления горных пород при минимальном расходе кварцевого песка.
При исследовании необходимо было решить ряд частных задач:
- определить гранулометрический состав песка из отходов дробления;
Ы ®
декабрь 2014
35
Таблица 4
Песок Остаток на сите (%) с размером ячеек, мм
менее 0,16 0,16 0,315 0,63 1,25 2,5 5
Мкр=2,42 100 87,8 64,1 45,2 29,1 16 0
Мкр=2,29 100 90,9 69,15 42,4 16,4 5,4 0
Мкр=2,69 100 98,8 78,3 42,3 30,8 18,8 0
Полные остатки на ситах по ОСТ 21-1-80
- максимально допустимые 100 95 90 80 47 18 10
- минимально допустимые 100 70 60 30 10 0 0
Таблица 5
Песок Остаток на сите (%) с размером ячеек, мм
менее 0,16 0,16 0,315 0,63 1,25 2,5 5
Мкр=1,02 100 89,5 12,5 0,5 0,25 0 0
Мкр=1,29 100 97,5 27,5 2,5 1,25 0,25 0
Мкр=1,4 100 95 42,5 2,5 1,25 0,5 0
М=1,5 100 97,5 52 3 1 0,5
Полные остатки на ситах по ОСТ 21-1-80
- максимально допустимые 100 95 90 80 47 18 10
- минимально допустимые 100 70 60 30 10 0 0
— определить оптимальный состав известкового вяжущего для производства силикатных стеновых материалов из песка отсевов дробления горных пород;
— определить прочностные характеристики прессованных образцов на песках — отсевах дробления горных пород.
Исследована возможность использования песка — отсева добычи известняка в производстве прессованных силикатных изделий по отечественной и зарубежной технологии. Известково-кренеземистое вяжущее готовилось на песке (ИКВ) и отсевах щебня (ИШВ) состава с долей добавки 30 и 50%. Активность формовочной смеси для всех видов вяжущего была принята 8%. Были изготовлены серии образцов на песке отсева и известковых вяжущих следующего вида: известь без добавок; ИКВ состава И:К=1:1; ИШВ составов И:Щ=1:1 и И:Щ=2:1. На прессованных образцах определена сырцовая прочность. Результаты представлены на рис. 1.
Во всех случаях образцы имеют хорошую сырцовую прочность, обеспечиваемую непрерывным гранулометрическим составом. Известково-щебеночное вяжущее имеет хорошие клеящие свойства за счет содержания молотого известняка в смеси и обеспечивает хорошую фор-муемость и требуемую сырцовую прочность. Лучшая формуемость кирпича-сырца обеспечивается содержанием молотого известняка в смеси [8]. Все образцы показали сырцовую прочность более 0,6 МПа, что является достаточным для изготовления прессованных изделий.
3 *
тс
ИШВ=1:1
ш ИШВ=2:1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Сырцовая прочность, МПа
Рис. 1. Влияние вида и состава вяжущего на сырцовую прочность прессованных образцов
У другой серии прессованных образцов изменялась доля извести или содержание активных СаО+MgО в формовочной смеси от 6 до 10%. Результаты представлены на рис. 2.
Как видно из результатов, сырцовая прочность образцов из формовочной смеси с одинаковым количеством активных СаО+MgO на ИКВ превышает сырцовую прочность на извести без добавок. Равноценная сырцовая прочность достигается для традиционной технологии с применением песка из отсевов дробления пород на формовочной смеси активностью 8%, а для прямой технологии — при активности 10%.
Серия образцов испытывалась после автоклавной обработки на производстве по режиму 1,5+9+1,5 ч. Результаты автоклавной прочности образцов представлены на рис. 3.
Результаты испытания образцов доказывают в очередной раз, что молотый песок в составе вяжущего или смеси обеспечивает высокую прочность образцов. Образцы на ИКВ при активности смеси 8% показали максимальную прочность.
С образцами, изготовленными по прямой и традиционной технологиям с использованием отходов дробления, проведено исследование на водопоглощение. Результаты представлены на рис. 4.
Результаты испытания свидетельствуют, что водопо-глощение образцов на молотой извести без добавок составляет 12—16%, а на ИКВ состава И:К=1:1 — 11—13%. Образцы, изготовленные по прямой технологии, обла-
1,2
0,8 0,6
0,4
0,2
Рис. 2. Влияние содержания активных СаО+МдО в смеси и вида известкового вяжущего на сырцовую прочность прессованных образцов: ■ - смесь на ИКВ состава И:К=1:1; ■ - смесь на молотой извести без добавок
И
1
ИКВ=1:1
0
научно-технический и производственный журнал
36 декабрь 2014
о Известь А=83%
iî Известь А=70%
Автоклавная прочность , МПа Рис. 3. Влияние состава известкового вяжущего на автоклавную прочность прессованного образца
18 16 14 12 10
0
Рис. 4. Влияние содержания активных СаО+МдО в формовочной смеси и вида вяжущего на водопоглощение прессованных образцов из песков - отсевов дробления: - смесь на ИКВ по традиционной технологии; - смесь на молотой извести по прямой технологии
ИШВ=1:1
8
6
ИШВ=2:1
4
2
ИКВ=1:1
дают большим водопоглощением. Водопоглощение увеличивается с уменьшением активности смеси.
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
— утилизацию отходов можно производить путем использования в производстве прессованных стеновых силикатных изделий на месте образования отходов;
— пески-отсевы дробления пород характеризуются достаточно постоянным гранулометрическим составом и прекрасно вписываются в интервал, предложенный в ОСТ 21-1—80 для изделий автоклавного твердения;
— пески — отсевы дробления пород могут быть использованы как заполнитель при производстве силикатных стеновых изделий;
— пески — отсевы дробления — это хорошее сырье для производства внутренних стеновых блоков;
Список литературы
1. Шелер Р., Ферстер В., Пирогов П.П. Типоразмеры силикатного кирпича и блоков. Основные требования. Применение кирпича в России в настоящее время // Строительные материалы. 2010. № 9. С. 44—46.
2. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Голосов А.К. Отходы дробления горных пород как кремнеземистый компонент в производстве силикатного кирпича. Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности и энергетики: Сб. трудов международной научной конференции. Минск - Тула - Донецк, 2013. Т. 2. С. 401-405.
3. Бизяев О.Ю., Мармандян В.З., Ржанкова Н.Б., Мезнин А.О. Механический делитель проб щебня // Строительные материалы. 2011. № 5. С. 51-52.
4. Траутвайн А.И., Ядыкина В.В., Гридчин А.М. Повышение реакционной способности наполнителей в результате помола // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 82-85.
5. Шелер Р. Проект завода по производству силикатного кирпича фирмы ЛАСКО // Строительные материалы. 2008. № 11. С. 33-35.
6. Загер И.Ю. Яшинькина А.А., Андронова Л.Н. Сравнительная оценка продуктов дробления горных пород месторождений нерудных строительных материалов Ямало-Ненецкого АО // Строительные материалы. 2011. № 5. С. 84-86.
7. Симагин В.Г., Каменева Е.Е. Использование отходов дробления горных пород в качестве искусственных оснований фундаментов в Карелии // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2009. Т. 11. № 1. С. 227-229.
8. 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. 14-17.
— силикатные стеновые изделия из песков — отсевов дробления можно производить по традиционной технологии с применением известково-кремнеземистого вяжущего;
— традиционная технология с использованием ИКВ на песках — отсевах дробления обеспечивает изделия с требуемой сырцовой и автоклавной прочностью;
— применение песка — отсева дробления в качестве компонента вяжущего, заменяющего кремнеземистый компонент, неэффективно.
При организации производства требуется завоз кварцевого песка для изготовления вяжущего в количестве 10—11%, или 0,3 м3 на 1 тыс. шт. кирпича. Постоянство гранулометрического состава песка — отсева дробления позволяет получить оптимальный состав уже при расходе известково-кремнеземистого вяжущего 20%.
References
1. Sheler R., Ferster V., Piragov P.P. Types and Sizes of Silicate Brick and Blocks. Main Requirements. The Use of Brick in Russia at Present. Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 9, pp. 44-46. (In Russian).
2. Kuznetsova G.V., Morozova N.N., Golosov A.K. Waste of crushing of rocks as silicic component in production of a silicate brick. Social and economic and environmental problems of mining industry and power. Collection of works of the international scientific conference. Minsk-Tula-Donetsk. 2013. Vol. 2, pp. 401-405. (In Russian).
3. Bizyaev O.Yu., Marmandyan V.Z., Rzhankova N.B., Meznin A.O. Mechanical Divider of Crushed Stone Samples. Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 5, pp. 51-52. (In Russian).
4. Trautvain A.I., Yadykina V.V., Gridchin A.M. Improvement of Reactionary Capacity of Fillers as a Result of Grinding. Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 12, pp. 82-85. (In Russian).
5. Sheler R. Project of plant on production of a silicate brick of LASCO firm. Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2008. No. 11, pp. 33-35. (In Russian).
6. Zager I.Yu. Yashin'kina A.A., Andronova L.N. Comparative Assessment of Rock Crushing Products from Non-Metallic Building Materials Deposits of the Yamalo-Nenets Autonomous Okrug. Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 5, pp. 84-86. (In Russian).
7. Simagin V. G., Kameneva E.E. Use of waste of crushing of rocks as the artificial bases of the bases in Karelia. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiiskoi akademii nauk. 2009. Vol. 11. No. 1, pp. 227-229. (In Russian).
8. 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 Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 9, pp. 14-17. (In Russian).
декабрь 2014
37
