Силикатный кирпич и автоклавный газобетон с использованием отходов собственного производства Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Ячеистый бетон: наука и практика

УДК 666.973.6

Г.В. КУЗНЕЦОВА, инженер (kuznetzowa.gal@yandex.ru), Н.Н. МОРОЗОВА, канд. техн. наук, В.В. КЛОКОВ, студент, С.Р. ЗИГАНГАРАЕВА, студент

Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)

Силикатный кирпич и автоклавный газобетон с использованием отходов собственного производства*

Минералогический состав отходов кирпича и газобетона представлен гидросиликатами кальция, которые при кажущейся одинаковой природе существенно отличаются. В предлагаемых исследованиях приводятся результаты использования добавок из отходов газобетона и силикатного кирпича в технологии газобетона. В технологии производства кирпича можно утилизировать большие объемы отходов газобетона без ущерба для качества продукции и снизить расход сырьевых материалов на 5-10%.

Ключевые слова: автоклавный газобетон, силикатный кирпич, песок, сырцовая прочность, автоклавная прочность, ресурсосбережение.

G.V. KUZNETSOVA, Engineer (kuznetzowa.gal@yandex.ru); N.N. MOROZOVA, Candidate of Sciences (Engineering); V.V. KLOKOV, Student; S.R. ZIGANGARAEVA, Student

Kazan State University of Architecture and Engineering (1, Zelenaya Street, Kazan 420043, Russian Federation)

Silicate Brick and Autoclaved Gas Concrete with the Use of Waste of Own Production

The mineralogical composition of brick and gas concrete waste is presented by calcium hydro-silicates which are, while seemingly the same nature, substantially different. In the proposed studies, results of the use of additives produced from waste of gas concrete and silicate brick are given. The technology of brick production makes it possible to utilize large volumes of gas concrete waste without expense of quality of products and reduce the consumption of raw materials by 5-10%.

Keywords: autoclaved gas concrete, silicate brick, sand, green strength, autoclaved strength, resource saving.

По данным ООО «ГС-Эксперт», в России по состоянию на начало 2015 г. насчитывалось 93 силикатных завода [1]. Большинство заводов силикатного кирпича не только значительно расширили номенклатуру изделий из плотной силикатной массы, но и диверсифицировали производство за счет выпуска изделий из автоклавного газобетона.

В технологии автоклавного газобетона считается, что коэффициент заполнения автоклава для изделий, запариваемых без форм, должен достигать не менее 0,3—0,4, что и определяет комплектацию массивов на запарочной тележке. Технологии, предлагаемые в настоящее время, предполагают одинарное или двойное кантование массива. Первое позволяет увеличить коэффициент заполнения автоклава, но создает задачу ликвидации подрезного слоя после упаковки массива. При двойном кантовании эта задача решается, но усложняется производство и снижается коэффициент заполнения автоклава. К тому же современная технология с двойным кантованием и возвратом массива в вертикальное положение имеет свои особенности.

Отходы не являются обязательными при производстве любого продукта. Наличие отходов характеризует несовершенство технологии, ее незавершенность [2]. Такая незавершенность заключается, например, в образовании отходов газобетона за пределами цеха. Конечно, всегда можно найти пути для использования образовавшихся отходов. На ряде заводов отходы реализуются как добавка в виде крошки до 2 мм в бетонную смесь, в сухие строительные смеси, утеплитель и др.

Замена револьверных прессов на гидравлические значительно повысила качество кирпича, но производство декоративного фасонного кирпича и ручная его упаковка имеет свою статистику по отходам. Возрастающие объемы цветного, декоративного, и в

частности колотого кирпича, дают параллельно и прирост отходов. Так, при обколке стороны кирпича 120 мм и остатке рабочей стороны в 100 мм в отход уходит около 8%, что составляет 0,4 кг от кирпича массой 5 кг. Отходы неокрашенного кирпича можно переработать на участке приготовления вяжущего как добавку, но не более 10%. Отходы цветного кирпича — красного, коричневого, серого, черного и др. зачастую остаются невостребованными. Их нельзя использовать как добавку в вяжущее при помоле, хотя в цветном кирпиче те же гидросиликаты кальция.

Исходя из вышеизложенного на территории одного завода могут образовываться два вида отходов, и, что важно, они оба являются гидросиликатами кальция. Но если их сравнивать по физическим свойствам, то один является поризованным, а другой плотным материалом. Минералогический состав отходов кирпича и газобетона при кажущейся одинаковой природе будет несколько отличаться. Отход газобетона содержит гидроалюминаты кальция, которые связаны с цементом (С3А<8%) и с газообразователем.

Известно, что гидросиликаты кальция могут служить центрами кристаллизации. При умелом их применении можно повысить прочность конечных материалов и/или увеличивать оборачиваемость автоклавов. Однако П.И. Боженов отмечал [3], что при температуре ниже 100оС трехкальциевый алюминат легко переходит в четырехкальциевый, что вызывает понижение прочности, а при 200оС устойчивы только смеси высокоосновных гидроалюминатов.

Вопрос повышения прочности поризованного материала, и в частности ячеистого бетона, всегда был актуальным.

Модуль крупности песков, используемых в производстве силикатного кирпича, составляет 0,7—1,5 [4].

* Работа выполнена по заданию № 7.1955.2014/К в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки РФ.

* The work was executed under the task № 7.1955.2014/K within the framework of the design part of the state assignment in the sphere of scientific activity of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation.

научно-технический и производственный журнал

Таблица 1

Наименование материала Истинная плотность, кг/м3 Удельная поверхность по воздухопроницаемости, м2/кг

Молотый силикатный кирпич (с/к) 2570 703-690

Молотый газобетон (г/б) 2474 990-1020

Расход песка при этом находится в интервале от 2,4 до 2,2 м3 на 1 тыс. шт. кирпича. Добыча природных песков часто приводит к нарушению экологии регионов [5]. Предприятия, построенные на окраинах городов, со временем оказываются в жилом массиве. Доставка песка становится проблемой. Использование мелких песков требует применения укрупняющих добавок, которыми могут стать отходы газобетона.

Анализ показывает, что пески из отсевов дробления характеризуются достаточно постоянным гранулометрическим составом, не зависящим от типа исходной породы: модуль крупности 2,9—3,4, содержание зерен крупнее 10 и 5 мм, полный остаток на сите 0,63 мм в пределах требований ГОСТ 8736—93 «Песок для строительных работ. Технические условия».

В связи с этим проведены исследования по установлению возможности применения отхода газобетона в производстве силикатного кирпича, а отходов кирпича в производстве ячеистого бетона автоклавного твердения.

Известно, что для обеспечения повышенной устойчивости поризованной массы на стадиях формования изделий и набора структурной прочности, а также для создания большого объема цементирующих новообразований при твердении в технологии ячеистых бетонов используют тонкодисперсные композиции [6].

Добавки из отходов газобетона и кирпича были подготовлены путем дробления в щековой дробилке и из-

2,8

Количество добавки, %

■ Добавка молотого с/к ■ Добавка молотого г/б

Рис. 1. Влияние добавок молотых гидросиликатов на автоклавную прочность

мельчения на дисковом истирателе ИДА-175. Характеристики порошков приведены в табл. 1.

Для изготовления образцов газобетона плотностью D600 применяли шлакопортландцемент ШПЦ 400 (ГОСТ 10178-85, ГОСТ 30515-2013) ООО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод», известь строительную порошкообразную с содержанием активных СаО+MgO 70,1% со сроками гашения 5-6 мин, песок для строительных работ, измельченный до удельной поверхности 300 м2/кг, пудру алюминиевую и сульфанол. Ячеисто-бетонную смесь готовили по литьевой технологии на смешанном вяжущем с отношением кремнеземистого компонента к вяжущему по массе 1,5.

Добавки из отходов вводили как самостоятельные компоненты с молотым песком. В производстве газобетона необходима определенная температура смеси для процесса газообразования. Поэтому в исследованиях использовали воду затворения с температурой 40оС и за-

Таблица 2

Наименование показателя Номера сит Мкр Насыпная плотность, кг/м3

2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 < 0,16

Поризованный песок

Частные остатки, % 20 12 18 19 14 17 2,54 400

Полные остатки, % 20 32 50 69 83 100

Кварцевый песок

Частные остатки, % - - - 20,2 70,5 9,3 1,12 1510

Полные остатки, % 0 0 0,4 21,2 90,7 100

Состав смеси из песков с Мкр 2,54:1,12 кр ' ' Полные остатки, %, на ситах с размером, мм

2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 <0,16 Мкр

0+100 0 0 1,0 21,2 90,7 100 1,12

10+90 0 3 6 26 90 100 1,25

20+80 3 7 13 30 89 100 1,42

30+70 5 8 14 35 88 100 1,5

40+60 6 13 22 42 87 100 1,7

50+50 10 16 27 43 87 100 1,83

Требование по ОСТ, % 0-15 0-20 5-60 10-80 30-100 70-0

Таблица 3

r'j научно-технический и производственный журнал

i'-il ® апрель 2016

Ячеистый бетой: наука и практика

0+100

10+90

20+80 30+70 Составы песочных смесей,

40+60

50+50

5 10

Количество добавки, %

Рис. 2. Изменение коэффициента конструктивного качества от количества добавки

Рис. 3. Влияние добавки поризованного песка в составе песочной смеси на сырцовую прочность прессованного образца

10+90 20+80 30+70 40+60 Составы песочной смеси, %

50+50

0+100

10+90 20+80 30+70 40+60 50+50 Составы песочной смеси, %

Рис. 4. Влияние добавки поризованного песка в составе песочной смеси на плотность прессованного образца

ливали образцы-кубы размером 10x10x10 см [7]. После одних суток нормального твердения формы раскрывали и образцы подвергали автоклавной обработке при давлении 1,2 МПа, после чего испытывали на сжатие и с учетом влажности рассчитывали прочность. Полученные таким образом результаты представлены на рис. 1.

Как видно из полученных результатов, добавки гидросиликатов кальция увеличивают прочность при сжатии на 10—28%. Гидросиликаты, полученные из кирпича, при равных режимах запаривания показали прочность на 15% выше, чем добавка из газобетона. Увеличение количества добавки из молотого кирпича более 10%, а для газобетона более 5% приводит к снижению прочности. Анализ данных по коэффициенту конструктивного количества (рис. 2) показал, что наиболее эффективное количество добавок — 5%, а для силикатного кирпича, с точки зрения его утилизации, можно применять и более 5%.

Проведены исследования возможности утилизации отходов газобетона в производстве силикатного кирпича. Для этого из подрезного слоя газобетона был приготовлен путем дробления песок. Характеристики полученного поризованного песка и кварцевого песка приведены в табл. 2.

Поризованный песок, как показывают результаты, имеет непрерывный гранулометрический состав. Существенным недостатком дробления, особенно материалов малой прочности, является высокое содержание в них пылевидной фракции (менее 0,16 мм), от 7 до 15% [5]. В нашем случае это составило 17%. П.И. Боженов предлагал рассматривать очень мелкие (зерна менее 0,15 мм) как составляющую теста [3].

В кварцевом песке каркасообразующей фракцией при прессовании будет зерно размером 0,16 мм, так как его теоретический расход будет соответствовать объему изготавливаемого изделия с учетом раздвижки зерен,

Рис. 5. Влияние добавки поризованного песка в составе песочной смеси на автоклавную прочность образца

что требует укрупняющей добавки. Существовавший ранее ОСТ 21-1—80 «Песок для производства изделий автоклавного твердения» предлагал для силикатного кирпича песок с диапазоном полных остатков. ГОСТ 8736—93 такого диапазона не предусматривает, поскольку этот диапазон является спецификой силикатчиков. Диапазон полных остатков для песка остается актуальным и сегодня.

Исследования влияния добавки поризованного песка из газобетона на прочность проводили на образцах-цилиндрах, изготовленных методом прессования по традиционной технологии с использованием известко-во-кремнеземистого вяжущего. Для изготовления прессованных образцов применяли известь кальциевую бы-строгасящуюся и вяжущее оптимального соотношения извести и молотого песка И:К = 1:1 [8] с содержанием активных СаО+MgO 32%.

После выполнения расчетов по гранулометрическому составу песка с добавкой поризованного песка были определены составы песочных смесей (табл. 3). Составы представлены с учетом требований верхних и нижних границ песка для автоклавных изделий.

Как видно из данных таблицы 3, увеличение количества добавки поризованного песка приводит к росту модуля крупности зерновой смеси на 63%.

На полученных составах изготовлены формовочные смеси и спрессованы образцы-цилиндры 60x60 мм с усилием прессования 20 МПа. Для образцов определена сырцовая прочность и плотность. Результаты представлены на рис. 3 и 4. Во всех случаях образцы имеют достаточную сырцовую прочность, обеспечиваемую непрерывным гранулометрическим составом. Прирост сырцовой прочности более чем в 2 раза показал состав с 30% поризованного песка; последующее увеличение укрупняющей добавки из поризованного песка дает незначительные изменения (10—16%).

При сопоставлении сырцовой прочности и плотности образцов установлено, что укрупняющая добавка из

научно-технический и производственный журнал

%

поризованного песка снижает массу изделия на 5% в силу разности насыпного веса песков.

Для оценки автоклавной прочности образцы были запарены в промышленном автоклаве при давлении

0.9.МПа. Полученные результаты приведены на рис. 4.

Как видно из результатов, поризованный песок во

всех составах снижает автоклавную прочность. При осмотре структуры образцов установлено наличие в теле поризованных вкраплений размером до 2,5 мм. Данный факт свидетельствует о том, что при прессовании зерно поризованного песка остается целым в структуре кирпича. В интервале до 30%, где наблюдается двойное увеличение сырцовой прочности, снижение автоклавной прочности составило до 11 МПа (59%). Поэтому в таких количествах замена природного песка на поризо-ванный неравнозначна. Поризованный песок как менее прочный материал переносит свои свойства на изделие и приводит к снижению автоклавной прочности. В данном случае была использована замена на 50%, состоящая из размера зерен 0,63—2,5 мм, которые превышают размер зерен кварцевого песка. Введение 10% добавки снижает автоклавную прочность на 8%, а введение 5% добавки — лишь на 4%.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

— использование добавки гидросиликата кальция из молотого силикатного кирпича в ячеисто-бетонной смеси позволяет утилизировать отход, заменяя часть песка;

— оптимальное количество добавки гидросиликата кальция из молотого силикатного кирпича в ячеисто-бетонную смесь составляет не более 5%;

— добавка гидросиликата кальция из молотого силикатного кирпича в ячеисто-бетонную смесь увеличивает автоклавную прочность на 26—28%;

— добавка гидросиликата кальция из молотого кирпича в ячеисто-бетонную смесь более эффективна, чем из молотого газобетона;

— использование отходов газобетона в качестве укрупняющей добавки в виде поризованного песка в кварцевый песок позволит утилизировать отход газобетона;

— поризованый песок в составе песочной смеси, как укрупняющая добавка повышает сырцовую прочность прессованных силикатных изделий на 18—48%;

— поризованый песок в составе песочной смеси, как укрупняющей добавки снижает массу изделия на 5—20%;

— допустимая замена кварцевого песка на отход газобетона в производстве силикатного кирпича с маркой прочности М100—М150 составляет 5—30%;

— утилизация отхода газобетона в количестве 5% при производстве силикатного кирпича составит 0,1—0,11 м3 или 70 кг на 1 тыс. шт. при расходе песка 2—2,2 м3, при суточном выпуске кирпича 200 тыс. шт. отхода газобетона потребуется до 20 м3;

— применение поризованного песка из отходов газобетона можно рекомендовать для производства блоков среднего размера с прочностью 10—15 МПа;

— утилизация отходов собственного производства позволит снизить расход сырьевых материалов на 5—10 % и уменьшить транспортные перевозки.

Список литературы

1. Семенов А.А. Рынок силикатных стеновых материалов и вопросы сырьевого обеспечения отрасли //

Строительные материалы. 2015. № 12. С. 40—43.

2. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н., Хозин В.Г.

Подрезной слой и гидрофобизатор в производстве

газобетона // Строительные материалы. 2015. № 8. С. 8-9.

3. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. Л.: Стройиздат. 1978. 368 с.

4. 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.

5. Кузнецова Г.В. Известковое вяжущее для стеновых силикатных изделий из отсевов дробления горных пород // Строительные материалы. 2014. № 12. С. 34-37.

6. Сажнев. Н.П, Сажнев Н.Н., Сажнева Н.Н., Голубев Н.М. Производство ячеисто-бетонных изделий. Теория и практика. Минск: Стринко. 2010. 464 с.

7. Морозова Н.Н., Кузнецова Г.В, Голосов А.К. Влияние цементов разных производителей на свойства ячеисто-бетонной смеси автоклавного газобетона // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 49-51.

8. Кузнецова Г.В. Оптимизация расчетов составов из-вестково-песчаной смеси для формования силикатного кирпича // Строительные материалы. 2010. № 9. С. 20-24.

References

1. Semenov A.A. Silicate Wall Materials Market and Problems of Providing Industry with Raw Materials. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 12, pp. 40-43. (In Russian).

2. Kuznetsova G.V., Morozova N.N., Khozin V.G. Facing Layer and Hydrophobizator in Manufacture of Aerated Concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 8, pp. 8-10. (In Russian).

3. Bоzhenov P.I. Tekhnologiya avtoklavnykh materialov [Technology of autoclave materials]. Leningrad: Stroiizdat. 1978. 368 p.

4. 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. 14-17. (In Russian).

5. Kuznetsova G.V. A Lime Binder for Wall Silicate Products from Chippings of Rock Crushing. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 12, pp. 34-37. (In Russian).

6. Sazhnev. N.P., Sazhnev N.N., Sazhneva N.N., Golu-bev N.M. Proizvodstvo yacheistobetonnykh izdelii. Teoriya i praktika [Production Aerated Concrete of products. Theory and practice]. Minsk: Strinko. 2010. 464 p.

7. Morozova N.N., Kuznetsova G.V., Golosov A.K. Influence of Cements from Different Producers on Properties of Cellular-Concrete Mix of Autoclaved Gas Concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 5, pp. 49-51. (In Russian).

8. Kuznetsova G.V. Optimization of Calculations of Lime-Sand Mix Compositions for Moulding of Silicate Brick. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 9, pp. 20-24. (In Russian).

Подписка

на электронную версию

http://rifsm.rU/page/5/

r'j научно-технический и производственный журнал

i'-il ® апрель 2016