CC BY
14Высокофункциональный пористый заполнитель на основе средневспучиваемых глин
да
о
см
<в О!
О Ш
т х
<
т о х
X
Аристов Евгений Андреевич
аспирант кафедры «Строительные материалы» ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет», q_pax@mail.ru
В данной статье рассмотрено повышение физико-химических свойств глин Кыштырлинского месторождения Тюменской области за счет введения отходов нефтеперерабатывающий и древесной промышленности в качестве добавки применяемой в технологии производства керамзитового гравия и улучшенные свойства пористого заполнителя достигнуты, путем повышения коэффициента вспучивания исходного глинистого сырья и снижения температуры обжига. Приведены результаты лабораторных исследований, установлена оптимальная температура вспучивания 12400С, интервал вспучивания 25-500С, коэффициент вспучивания 1,8-3,5, объемная масса в куске 0,31-0,775 гр/см3 исходного глинистого сырья. Установлено, что введение добавки на основе нефтешлама в количестве 1-2% позволяет получить керамзитовый гравий с наименьшей средней плотностью 0,4 гр/см3 и с наибольшим коэффициентом вспучиваемости Кв=3,5-3,6. Представлены результаты обработки экспериментальных данных. Ключевые слова: природный материал, нефтешлам, коэффициент вспучивания, пористый заполнитель, дегидратированная глина.
На качество керамзитового гравия существенно влияет вид применяемых добавок, которые способствуют повышению коэффициента вспучивания исходного глинистого сырья, а как следствие снижение объемного веса заполнителя. Коэффициент вспучивания различных глинистых пород в природном состоянии колеблется в широких пределах (до 15). В связи с этим условно различают слабо, средне и хорошо вспучивающиеся глинистые породы. Первые имеют коэффициент вспучивания до 2,5; вторые — от 2,5 до 4,5 и последние — свыше 4,5. [1]
В производственных условиях, однако, коэффициент вспучивания даже хорошо вспучивающихся глин редко превышает 5. Для производства во вращающихся печах керамзита, предназначенного для использования в теплоизоляционных и конструктивно-теплоизоляционных бетонах, рекомендуется использовать в первую очередь хорошо и средне вспучивающиеся природные или облагороженные глинистые породы.
В связи с этим целью данной работы является обоснование применения комплексных добавок в глинистое сырье на основе физико-химических характеристик слабо и средне вспучиваемых глин. Вопросами повышения вспучиваемости глин занимались: Рогового М.И., Мироненко С.П., Петров В. П., Соколова, Ю. А., Онацкий С.П. Иванов, И. А.. [2-7]
Материалы и методы исследования Исходным сырьем для проведения исследования является глина Кыштырлинского месторождения, которое является крупнейшим месторождением Тюменского района. Месторождение в настоящее время эксплуатируемое. Химический состав глины приведен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав глины
Соде ржание, %
БЮ2 А1203 ТЮ2 №20 Ре203 Са0 Мд0 Б03 К20 п.п.п
55,3762,67 15,58 18,63 0,77 1,00 0,60,7 7,768,8 1,371,77 1,621,92 1,02,01 1,112,19 6,47,64
По химическому составу установлено, что глины Кыштырлинского месторождения относятся:
- По огнеупорности - легкоплавкое (< 13500С)
- По содержанию А1203 и ТЮ2 15-30% (полукислые).
- По содержанию красящих окислов Рв203 и ТЮ2 глину можно охарактеризовать как сырье с высоким содержанием красящих окислов.
Глины этого месторождения представлены монтмориллонитом и незначительным количеством каолинита, с высоким содержанием примесей - кварца, карбонатных, пирита, водорастворимых сульфатов, органических включений.
В таблице 2 приведены данные по гранулометрическому составу.
Таблица 2
Песчаные частицы 1- 0,05 мм Пылеватые частицы 0,05-0,005 мм Глинистые частицы Менее 0,005 мм
15,2 19,2 65,7
По содержанию тонкодисперсных фракций глина дисперсная - 10мкм 40-85%. По содержанию крупнозернистых включений размером > 0,5 мм больше 5%, следовательно - высокое. По пластичности глина не является однородной (существуют участки запесоченной глины) и, следовательно, глину можно характеризовать как высокопластичная П>25 и среднепластичная 15-25.
В ходе лабораторных и технологических испытаний глинистого сырья на вспучиваемость установлено: оптимальная температура вспучивания 12400С, интервал вспучивания 25-500С, коэффициент вспучивания 1,8-3,5, объемная масса в куске 0,31-0,775 гр/см3.
Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:
- применение какого техногенного отхода в качестве добавки при производстве пористого заполнителя наиболее эффективно: традиционные добавки (мазут) отходы промышленности (опил -деревообрабатывающей промышленности, нефтешлам - нефтеперерабатывающей промышленности);
- обеспечить снижение энергоемкости производства керамзитового гравия, путем снижения температуры обжига в печах.
Расход используемых добавок приведен в таблице 3.
Таблица 3
Наименование добавки Количество добавки, в % от массы глины
Мазут 0,5 1,0; 1,5
Опил 1,5 2,0; 2,5
Нефтешлам 0,5 1,0; 2,0
Подготовку сырья к обжигу производят в зависимости от его структурно-механических свойств. Глину в количестве 5 кг, высушивают при температуре 110°С, измельчают и просеивают через сито с размером отверстий 1 мм. Из подготовленной пробы отбирают 300 г глины и готовят тесто формовочной влажности. Приготовления шихты производится по «мокрому» способу с одновременным введением добавок. Для получения ке-
рамзита с наименьшей насыпной плотностью кроме введения добавок так же производят опуд-ривание. Это связано с тем, что большая скорость нагревания при обжиге керамзита обычно обусловливает отставание процесса образования расплава внутри гранул по сравнению с поверхностью. Поэтому к моменту, когда материал внутри гранул начинает приобретать нужную для вспучивания вязкость, в поверхностном слое он уже переходит в жидкоплавкое состояние, что приводит к слипанию гранул и образованию спе-ков. Опудривание сырцовых гранул тугоплавким порошком позволяет одновременно получить расплав оптимальной вязкости во всем объеме гранулы, не опасаясь образования спеков. Повышение вспучиваемости ведет также к увеличению производительности печи по объему выпускаемой продукций. В качестве опудривающего порошка применялась дегидратированная глина.
Для обеспечения оптимального режима термической обработки гранул применяется трехступенчатая схема:
1) сушка образцов (1000С)
2) термоподготовка (200-5000С)
3)вспучивание(1200°С)
По окончании обжига и охлаждения, замеряют объем гранул, затем взвешивают и рассчитывают объемную массу заполнителя.
Коэффициент вспучивания определяют по формуле 1
* = V-
V (1)
где, У1 - объем абсолютно сухой сырцовой гранулы, см3;
У1 - объем зерна керамзита, смЗ.
Оптимальные, условия термоподготовки и вспучивания определяют по наименьшей объемной массе керамзита и наибольшему коэффициенту вспучивания.
Результаты определения оптимальной температуры и интервала вспучивания приведены в таблице 4.
Таблица 4
Определение оптимальной температуры и интервала вспучивания
Оптимальная Плотность Оптимальная Интервал вспу-
температура, 0С гранул, гр/смЗ температура, 0С чивания, 0С
1025 1,800
1050 1,742
1075 1,537
1100 1,291 1175 125-150
1125 0,956
1150 0,628
1175 0,395
1200 -
X X О го А С.
X
го т
о
Результаты исследования и выводы.
ю 6
м о
Таблица 5
Результаты исследования
Результаты исследования коэффициента вспучивания и средней плотности от процентного содержания добавки
Наимено- Со- №о Об Температура, Вспучен- Средняя Коэффици-
вание дер бр ъем 0С ные плот- ент
сырья и добавок жа-ние, грн аул, образцы ность, гр/см3 вспучивания
% см3 термо- обжи- Мас- Объ- Об- сре об- сред
подго- га са, гр ем, раз- дня разца няя
товки см3 ца я
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
глина 99,5 1 1,8 500 1175 2,9 4,8 0,61 2,6
мазут 0,5 2 1,1 3,1 4,2 0,73 2,9
3 1,5 2,4 4,4 0,54 2,7
4 1,8 3,2 4,4 0,72 2,6
5 2,1 3,6 6,0 0,60 0,7 2,7 2,7
6 1,8 3,1 4,3 0,72 2,5
7 1,6 2,9 4,4 0,65 2,7
8 1,6 2,8 4,2 0,66 2,6
9 1,5 3,3 4,4 0,76 2,7
10 1,7 3,1 4,4 0,70 2,6
глина 99,0 1 1,8 500 1175 3,1 6,0 0,53 2,8
мазут 1,0 2 2,1 3,2 5,3 0,62 2,6
3 1,9 2,9 6,2 0,48 2,8
4 1,8 2,9 5,8 0,50 2,8
5 1,7 3,4 5,3 0,65 0,6 2,8 2,8
6 2,0 3,2 6,1 0,52 2,8
7 2,0 3,3 5,6 0,58 2,7
8 1,8 2,8 5,9 0,48 2,8
9 1,7 3,2 5,5 0,59 2,8
10 1,9 3,0 5,4 0,56 2,7
глина 98,5 1 2,0 500 1175 3,2 6,2 0,53 2,8
мазут 1,5 2 1,7 2,9 5,6 0,53 2,9
3 1,6 2,8 6,0 0,47 3,0
4 1,7 3,1 5,9 0,54 3,0
5 1,8 3,3 6,2 0,53 0,5 2,9 2,9
6 1,9 3,2 6,0 0,55 2,9
7 2,1 3,4 5,9 0,58 2,8
8 2,0 3,2 6,2 0,53 2,8
9 2,1 3,4 6,1 0,56 2,8
10 1,7 3,0 5,6 0,55 2,9
глина 98,5 1 1,8 500 1175 3,0 5,1 0,60 2,7
опил 1,5 2 2,1 3,2 6,4 0,51 2,7
3 1,8 2,8 5,5 0,51 2,8
4 1,7 2,9 5,9 0,51 0,6 2,9 2,7
5 2,1 3,2 5,6 0,58 2,7
6 2,1 3,3 6,0 0,56 2,7
7 1,8 3,1 6,2 0,51 2,9
8 2,2 3,6 5,6 0,65 2,6
9 1,9 3,2 5,5 0,60 2,7
10 1,9 3,4 6,0 0,57 2,8
глина 98,0 1 1,8 500 1175 3,0 6,0 0,50 3,0
опил 2,0 2 2,0 3,3 5,9 0,56 2,9
3 2,1 3,3 6,2 0,54 2,9
4 1,8 3,2 5,8 0,55 2,9
5 2,1 3,4 6,2 0,55 0,5 2,9 2,9
6 1,9 3,4 6,0 0,57 2,9
7 2,0 3,3 6,0 0,55 2,9
8 2,0 2,9 6,2 0,46 2,9
9 2,1 3,1 5,8 0,53 2,8
10 2,1 3,4 6,3 0,55 2,9
глина 97,5 1 2,1 500 1175 3,4 6,0 0,56 2,9
опил 2,5 2 2,1 3,7 6,4 0,58 2,9
3 1,6 3,0 5,5 0,54 3,1
4 2,2 3,3 6,0 0,55 2,8
5 1,9 3,3 5,8 0,57 0,6 3,0 3,0
6 1,6 3,4 6,3 0,55 3,2
7 1,7 3,3 5,3 0,62 3,0
8 1,8 3,0 5,8 0,52 3,0
9 1,9 3,3 6,2 0,53 3,0
10 2,0 3,3 6,0 0,55 2,9
глина 99,5 1 1,9 500 1175 3,2 5,5 0,58 3,1
нефтешл 0,5 2 2,1 2,9 5,8 0,50 3,1
ам 3 1,9 3,8 5,6 0,68 0,6 3,2 3,2
4 2,1 3,2 5,5 0,59 3,0
5 1,9 3,4 5,9 0,58 3,2
6 1,7 3,0 5,2 0,58 3,2
7 2,1 3,5 6,3 0,56 3,2
8 2,1 3,9 6,3 0,63 3,1
9 1,6 3,4 5,3 0,65 3,3
10 2,0 3,6 5,6 0,64 3,1
глина 99,0 1 1,8 500 1175 3,0 7,3 0,41 3,5
нефтешл 1,0 2 1,6 3,3 7,1 0,46 3,6
ам 3 1,9 3,3 7,7 0,43 3,5
4 2,1 3,7 8,2 0,45 3,5
5 1,8 3,2 7,5 0,42 0,4 3,5 3,5
6 1,9 3,4 8,0 0,43 3,5
7 1,6 3,2 7,8 0,41 3,7
8 2,0 3,3 7,7 0,43 3,4
9 1,8 3,0 7,1 0,42 3,5
10 1,7 2,8 7,0 0,41 3,5
глина 98,0 1 1,8 500 1175 2,9 8,1 0,35 3,6
нефтешл 2,0 2 2,0 2,8 8,3 0,33 3,5
ам 3 1,7 3,0 7,3 0,41 0,4 3,6 3,6
4 1,9 3,2 7,9 0,41 3,6
5 2,0 3,3 8,4 0,40 3,5
6 1,8 3,4 8,0 0,42 3,6
глина 98,0 7 1,7 3,1 7,5 0,41 3,6
нефтешл 2,0 8 2,0 500 1175 3,2 8,5 0,38 4,0 3,6 3,6
ам 9 1,6 2,7 7,7 0,36 3,7
10 1,9 3 8,3 0,36 3,6
По результатам исследований строятся диаграммы зависимости коэффициента вспучивае-мости (Кв) и средней плотности (рср) от вида и процентного содержания добавок.
Диаграмма зависимости коэффициента вспу-чиваемости (Кв) от вида и процентного содержания добавки приведена на рисунке 1.
Рисунок 1- Диаграммы зависимости Кв от вида и процентного содержания добавок.
Диаграмма зависимости средней плотности (рср), гр/см3 от вида и процентного содержания добавок приведена на рисунке 2.
Ё 3.5
: з.о
а 2.5
а з.о
3,2 ■
0.5
1.0
4 й содср^анлс нсфтсшла-ма
Рисунок 2- Диаграммы зависимости рср, гр/см3 от вида и процентного содержания добавок.
На оснований экспериментальных данных установлено, что оптимальной корректирующей добавкой является нефтешлам, т.к. при введений в состав сырьевой смеси нефтешлама в количестве 1-2% позволяет получить керамзитовый гра-
вий с наименьшей средней плотностью 0,4 гр/см3 и с наибольшим коэффициентом вспучиваемости Кв=3,5-3,6, по сравнению с опилом (Кв=2,7-3,0; рср=0,5-0,6 гр/см3) и мазутом (Кв=2,7-2,9; рср=0,5-0,7 гр/см3)
Литература
1. Сырье глинистое для производства керамзитового гравия, щебня и песка. Технические условия : ГОСТ 32026-2012. - Введ. 2014-01-01. -Москва: Стандартинформ, 2014. - 17с.
2. Роговой, М. И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики: учебник / М. И. Роговой. - Москва: Изд-во Эколит, 2016. - 320 с.
3. Мироненко С.П Технология и свойства конструкционно -теплоизоляционного азеритобетона на основе туфоаргиллитового заполнителя// Ав-тореф. Дис. канд. техн. наук. -Москва 1993г.
4. Технология и материаловедение пористых заполнителей легких бетонов: монография / В. П. Петров [и др.]. - Москва: Изд-во «Палеотип»,
5. 2013. -332 с.
6. Соколова, Ю. А. Технология и материаловедение пористых заполнителей / Ю. А. Соколова. - Москва : Издательство: КноРус, 2015. - 345 с.
7. Онацкий, С. П. Производство керамзита / С. П. Онацкий. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва : Стройиздат, 1987. - 336 с.
8. Иванов, И. А. Легкие бетоны на искусственных пористых заполнителях / И. А. Иванов. -Москва : Стройиздат, 1993. - 182 с.
Highly functional porous aggregate based on medium-curling
clays Aristov E.A.
Tyumen Industrial University
This article discusses the improvement of the physicochemical properties of clays from the Kyshtyrly deposit of the Tyumen region through the introduction of waste from the oil refining and wood industries as an additive used in the production technology of expanded clay gravel and improved properties of porous aggregate by increasing the swelling of the original clay raw material and reducing the firing temperature. The results of laboratory studies are given, the optimum temperature of expansion is set to 12400^ the interval of expansion is 25-500^ the coefficient of expansion is 1.8-3.5, the bulk density in a piece is 0.31 -0.775 g / cm3 of the original clay raw material. It has been established that the introduction of an additive based on sludge in the amount of 1-2% makes it possible to obtain expanded clay gravel with the lowest average density of 0.4 g / cm3 and with the highest expansion coefficient Kv = 3.5-3.6. The results of experimental data processing are presented. Keywords: natural material, oil sludge, coefficient of expansion,
porous filler, dehydrated clay. References
1. Clay raw materials for the production of expanded clay gravel,
rubble and sand. Specifications: GOST 32026-2012. - Enter 2014-01-01. - Moscow: Standardinform, 2014. - 17s.
2. Rogova, M. I. Technology of artificial porous aggregates and
ceramics: a textbook / M. I. Rogova. - Moscow: Ekolit Publishing House, 2016. - 320 p.
3. Mironenko, S.P. Technology and Properties of Structurally-Heat-Insulating Azerite-Concrete on the Basis of Tuffargillite Filler, Avtoref. Dis. Cand. tech. sciences. -Moscow 1993
4. Technology and materials science of porous aggregates of lightweight concrete: monograph / V.P. Petrov [and others]. -Moscow: "Paleotyp" publishing house,
2013. -322 p.
5. Sokolova, Yu. A. Technology and materials science of porous
aggregates / Yu. A. Sokolova. - Moscow: Publisher: KnoRus, 2015. - 345 p.
6. Onatsky, S.P. Production of expanded clay / S. P. Onatsky. -
3rd ed., Pererab. and add. - Moscow: stroiizdat, 1987. - 336 p.
7. Ivanov, I. A. Light concretes on artificial porous aggregates / I.
A. Ivanov. - Moscow: stroiizdat, 1993. - 182 p.
X X О го А С.
X
го m
о
ю 6
м о
to
