Пористые заполнители из кремнистых опаловых пород

Девятым пятилетним планом предусмотрено значительное развитие производства пористых заполнителей бетонов. В 1975 г. выпуск всех видов пористых заполнителей намечено довести до 43,7 млн. м Преимущественное развитие получит керамзитовый гравий, объем производства которого увеличится с 10,8 до 28,3 м

Изготовление пористых заполнителей в ряде районов страны затруднено из-за отсутствия хорошо вспучивающегося глинистого сырья. Поэтому изыскание новых дополнительных источников, расширяющих их сырьевую базу, приобретает большое значение.

Как показали исследования ВНИНСТРОМа, таким перспективным видом сырья являются опаловые кремнистые породы — трепелы и диатомиты.

Трепелы с примесями глинистого вещества при термической обработке обладают способностью вспучиваться с образованием пористого гравия с малой насыпной массой и высокой прочностью. Примеси монтмориллонита и гидрослюд в опаловых породах имеют такое же значение для вспучивания, как и в легковспучивающихся глинах, используемых для производства керамзита.

Нами изучен ряд месторождений опаловых кремнистых пород Курганской, Курской и Ульяновской областей. Исследования предусматривали термообработку дробленой исходной породы и сформованных гранул при параметрах, обеспечивающих их обжиг до спекания или вспучивания. В последнем -случае использовалась методика исследования глин для производства керамзитового гравия.


Как показали результаты экспериментов, различные виды опаловых пород (трепелы и диатомиты) по-разному относятся к термической обработке. Объемная масса гранул из трепелов с повышением температуры до 1100—1200Х заметно снижается. Они вспучиваются с получением продукта объемной массой О.-]—0,9 г/см3. В зависимости от химического и минералогического разных месторождений обладают различной способностью к вспучиванию.


Диатомиты, в отличие от трепелов, не вспучиваются. Продукты их обжига— прочный пористый кусковой материал с объемной массой 0,65—1 г/см3.

Гранулы из трепела имеют хорошо спекшуюся, тонко поризованную обо точку коричневого цвета и равномерную мелкую пористость. Диатомитовые гранулы, обожженные при 1150— 1200СС, имеют буровато-желтоватый цвет, незначительную пористость и почти пс содержат стеклофазы.

Механизм процесса вспучивания трепелов можно представить в следующем виде. При нагревании гранул сначала происходит быстрое удаление адсорбированной межслоевой воды, а затем и конституционной воды глинистых минералов, опала, слюд и cnaywwwva. С повышением температуры начинается выгорание органического вещества, развивается процесс восстановления железа, снижается вязкость стеклофазы и происходит быстрое образование и укрупнение пор. Результаты исследования позволили высказать предположение, что основным железистым минералом, обусловливающим протекание в трепеле окислительно-восстановительных реакций, является глауконит. Опал, накапливающийся в породе при одновременном или совместном осаждении с глинистым веществом, также оказывает положительное влияние на вспучиваемость трепелов.

Комплекс технологических и физико-химических исследований трепелов и диатомитов позволил оценить эти породы и разделить их на три группы, различающиеся по свойствам, поведению при обжиге и показателям готового продукта. В табл. 1 приведена классификация изученных опаловых пород как сырья для получения легких заполнителей.

Как видно из табл. 1, породы 1-й группы, содержащие наибольшее количество глинистого вещества, активный кремнезем и незначительное количество алевритовой фракции, дают пористый заполнитель объемной массой 0,4— 0.5 г/см2. К этой группе относятся трепелы Шадрннского и Курского месторождений (верхний слой). Добавка органических веществ еще более повышает вспучиваемость этих пород (рис. 1).

Породы 2-й группы, содержащие меньше глинистого вещества и значительное количество алевритовой фракции, вспучиваются только при введении органических добавок (до 2%). Из этих пород получается заполнитель с объемной массой 0,8—0,9 г/см3. К этой группе относятся трепелы Благодатиеиского п Курского месторождений (нижний слой).

Породы 3-й группы, характеризующиеся минимальным содержанием глинистых примесей и большим количеством кремнистого вещества, не вспучиваются. При их обжиге получается заполнитель объемной массой 0,65—1 г/см3. К этой группе относятся диатомиты Инзенского, Барышского и Сенгилеевского месторождений.

Исследование кремнистых пород в интервале размягчения также подтвердило существенное отличие величины вязкости при нагревании сырья разных групп. Кривые (рис. 2) показывают, что породы 1-й группы размягчаются при более низких температурах (980— 1150°С), чем породы 2-й группы (1030— 1200°С). При этом трепелы размягчаются плавно, что в значительной мере обусловливает их хорошее вспучивание.

Породы 3-н группы размягчаются при значительно более высоких температурах, чем легкоплавкие глины. Появление жидкой фазы в ссигилсевском отмечено только при 1425°С.

Результаты лабораторных исследований позволили установить параметры производства пористых заполнителей на основе трепелов и диатомитов, проверенные затем в полупромышленных условиях (табл. 2).

На основе полупромышленных испытаний рекомендована схема производства пористых заполнителей из кремнистых опаловых пород, аналогичная технологии керамзитового гравия. Схема предусматривает пластичную переработку сырья, формование гранул, их термообработку (из пород 1-й и 2-й групп— по ступенчатому режиму вспучивания, из пород 3-н группы — с плавным подъемом температуры обжига), охлаждение и сортировку готового продукта.

На основании рекомендаций ВНИ- ИСТРОМа в 1971 г. запроектирован и построек по производству пористых заполнителей на основе трепелов Шадрипского месторождения в системе управления Кургансельстрон Министерства сельского строительства РСФСР. Его проектная мощность 200 тыс. м3 в год. В настоящее время запушена первая очередь завода мощностью 100 тыс. л3 вспученного гравия. Технологическая схема включает пластическую переработку сырья и обжиг в двухбарабанной печи.

Сырец с формовочной влажностью 30—32% поступает в барабан предварительной тепловой подготовки, а затем в барабан вспучивания, температура обжига в котором составляет 1120—1|140°С. Вспученные гранулы охлаждаются в барабанном холодильнике. Насыпная масса гравия 400—450 кг/м3, прочность при сжатии в цилиндре 32—35 кгс/см2, водопоглощение 5—10%- При вводе в шихту 0,2—0,5% паромазутной эмульсии он становится легче на 100 кг/м3. Прочность гравия выше, чем у обычного керамзита. При насыпной массе 300—350 кг/м3 его прочность составляет 20—25 кгс/см2, что п 1,5—2 раза превышает требования ГОСТ 9759—71 на гравий керамзитовый Форма гранул шаровидная, окатанная, поверхность слегка шероховатая. Гранулы имеют окисленную тонкую поверхностную оболочку мелкопористую стекловидную структуру (рис. 3, 4).

Испытания в бетоне пористых заполнителей на основе вспученных трепелов и обожженных диатомитов4 показали, что их можно использовать для получения конструктивно-теплоизоляционных бетонов прочностью 50—100 кгс/см2, объемной массой от 800 До 950 кг/м3 (на вспученных трепелах 1-й группы) и конструктивных легких бетонов прочностью 200—500 кгс/см2 при объемной массе 1300—:1800 кг/м3 (на вспученных трепелах 2-й группы и обожженных диатомитах).

Годовой экономический эффект от производства и применения легких бетонов на пористых заполнителях на заводе в Шадринске при объеме выпуска 100 тыс. м3 составляет около 200 тыс. РУб.