книги / Производство керамзита

ПР Е Д И С Л О В И Е

ВОсновных направлениях экономического и социального раз­ вития СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года, утверж­ денных на XXVII съезде КПСС, предусмотрено развитие производ­ ства эффективных строительных материалов, использование прогрес­ сивных изделий из древесины, керамических и других неметалличе­

ганизация широкого производства искусственных пористых заполни­

телей для легкого бетона. Среди пористых заполнителей бла­ годаря высоким техническим качествам наиболее распространен керамзит.

Вопросы теории и практики производства керамзита рассмат­ риваются в книге заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, доктора технических наук, профессора С. П. Онацкого, выдержав­ шей уже два издания (1-е — в 1962 г., 2-е — в 1971 г.). В настоя­ щем третьем издании значительное место уделено освещению ре­ зультатов научно-экспериментальных работ по созданию в СССР

новой прогрессивной технологии керамзита с обжигом в двухбара­ банных печах, позволяющих радикально улучшить качество готовой продукции, в 2—3 раза сократить расходы топлива на обжиг и настолько же повысить производительность труда. Описан реко­ мендуемый для широкого внедрения новый весьма эффективный способ опудривания гранулированного полуфабриката с вводом ог­ неупорного порошка во вращающуюся печь непосредственно перед зоной вспучивания, разработанный ВНИИстромом им. П. П. Буд­ никова. Этот способ позволяет резко повысить все качественные и экономические показатели производства керамзита. Книга допол­ нена также результатами теоретических исследований физико-хими­ ческих процессов обжига керамзита, выполненных за последнее время.

Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук, проф. Г. И. Книгиной, кандидатам технических наук В. Ф. Завад­

В В Е Д Е Н И Е

Вспучивание глин при обжиге известно с незапамятных времен. Самопроизвольное вспучивание нередко наблюдается в керамиче­

материалов из глинистых пород, вспученных при обжиге, в СССР

начаты в 1928 г. Е. В. Костырко и П. П. Пшенициным, а сам вспу­ ченный материал, по предложению Г. Б. Красина, назван керам­ зитом.

Проблемой получения керамзита занимались многие исследова­ тели, в том числе П. П. Щемелев и А. И. Гервидс, П. И. Галкин

Важное значение для организации производства и широкого внедрения керамзита в практику строительства имели труды д-ра

Большой вклад в разработку теоретических основ и практики приготовления обычного и высокопрочного керамзитобетона в раз­ личных конструкциях и сооружениях внесли А. И. Ваганов, И. Г. Иванов-Дятлов, Н. А. Корнев, В. М. Москвин, Г. Н. Горчаков, Н. Я. Спивак, М. П. Элинзон, А. А. Евдокимов, А. Б. Ашрабов, Г. А. Бужевич, В. Г. Довжик, Б. С. Комисаренко к др.

Важные исследования в области теории и практики производ­ ства керамзита, особенно для Сибири, выполнены коллективом ка­ федры и проблемной лаборатории строительных материалов НИСИ им. В. В. Куйбышева под руководством заел. деят. науки и техники РСФСР, д-ра техн. наук, проф. Г. И. Книгиной.

Автором данной книги на основе исследований физико-химиче­ ских процессов и технологических параметров получения керамзита разработана и проверена в опытно-промышленных условиях (1946— 1957 гг.) технология производства керамзита по сухому, пластиче­ скому и шликерному способам. При этом было исследовано более 40 месторождений керамзитового сырья в различных районах стра­ ны для постройки на их базе первых керамзитовых предприятий в Москве, Волжском, Волгограде, Ленинграде, Среднем Поволжье и т. д. Из выпущенного керамзитового гравия и песка округлой фор­ мы с насыпной плотностью в пределах 250—800 кг/м3 был получен высокоэффективный керамзитобетон с широким диапазоном строи­ тельно-технических свойств.

В результате творческих разработок ВНИИстрома, НИИкерамзита, Гипрострома, НИИСМИ и многих других организаций в на­ стоящее время построено более 300 керамзитовых заводов и цехов.

Терминология и классификация. Вспучивание глин при быстром обжиге в определенных условиях является их важнейшим физико-химическим свойством. В резуль­ тате вспучивания получается легкий поризованный ма­

териал с мелкоячеистой структурой, обладающей малой плотностью при значительной прочности и высокими теплозащитными свойствами.

В отличие от плотных, пористых и пустотелых кера­ мических материалов и изделий, вырабатываемых из глин, вспученный при обжиге глинистых пород матери­ ал ячеистого строения называют керамзитом. Это на­ звание подчеркивает родство керамзита с керамикой и стеклом. Оно учитывает не переменные признаки (метод производства и область применения), а постоянно дейст­ вующие факторы (природу исходного сырья, физико-хи­ мический процесс образования и свойства продукта).

Следует при этом подчеркнуть, что термин керамзит обозначает не какой-либо вид готового материала или изделия, а вспученную при обжиге глинистых пород массу ячеистого строения. Название же готовых видов материала образуется по общепринятому в технике сло­ восочетанию материал — готовый продукт. Например, стальная проволока, стальной рельс, в рассматриваемом случае — керамзитовый гравий, керамзитовый песок, ке­ рамзитовые блоки, керамзитовый щебень и т. д.

Длительный опыт освоения керамзита показал, что методы его получения, а также области использования его технических свойств могут быть самыми разнообраз­ ными. С развитием науки и техники они непрерывно со­ вершенствуются и расширяются. Так, если в период за­ рождения промышленности керамзита вспучивание глин вели (в СССР и за рубежом) в горнах периодического действия и туннельных печах, а затем в одноцилиндри­ ческих вращающихся печах и на решетках с принуди­ тельным прососом воздуха, то в настоящее время пред­ ложены и внедряются новые перспективные методы вспучивания: в двухбарабанных печах, в кипящем слое,

вкольцевых, шахтных и других печах.

Вто же время бесспорно, что, несмотря на разнооб­ разие методов производства и оборудования для вспу­ чивания глинистых пород, физико-химическая природа образования керамзита остается в такой же степени не­ изменной, как не изменяется, например, природа обра­ зования цемента или стали при разных методах получе­ ния. Это и позволило отнести керамзит к классу мате­ риалов, имеющих ярко выраженные индивидуальные фи­ зико-химическую и техническую характеристики. Вместе

стем каждый метод изготовления керамзита обладает

своими специфическими особенностями: в горнах, тун­ нельных и кольцевых печах, на колосниковых решетках получают глыбы вспученной массы, требующей после­ дующего дробления на щебень и песок; в капселях — изделия правильной формы, во вращающихся и кольце­ вых печах, в кипящем слое — различной крупности гра­ нулированный вспученный материал округлой формы со спекшейся корочкой и шероховатой поверхностью.

В последние десятилетия в производство керамзи­ тового гравия наряду с классическими легкоплавкими глинистыми породами вовлекаются различные отходы углеобогащения, золы и шлаки тепловых электростан­ ций, а также трепела, диатомиты и т. п. Производство искусственных пористых заполнителей на их основе осу­ ществляется по технологии керамзита, свойства полу­ чаемых заполнителей оцениваются по общему стандар­ ту. Так, ГОСТ 9759—83 распространяется на керамзито­ вый гравий и песок, представляющие собой искусствен­ ный пористый материал, получаемый вспучиванием при обжиге подготовленных гранул (зерен) из силикатных пород (глин, суглинков, различных сланцев, трепела, диатомита, опок, аргилита, алевролита) и промышлен­ ных отходов — зол и шлаков тепловых электростанций, отходов углеобогащения, а также на песок, получаемый дроблением керамзитового гравия и применяемых в ка­ честве заполнителей при изготовлении теплоизоляцион­ ного и конструктивного (в том числе конструкционно-теп­ лоизоляционного) легких бетонов. Правомерно поэтому перечисленные в этом стандарте заполнители назвать материалами типа керамзита.

Основные направления развития промышленности и научно-тех­ нического прогресса в области материалов типа керамзита. Широ­ кое применение в СССР, особенно в послевоенный период, современ­ ных методов индустриального строительства из полносборных круп­ нопанельных конструкций потребовало организации производства многих новых эффективных материалов, важнейшее место среди ко­ торых занял керамзит.

Производство керамзита в СССР характеризуется исключитель­ но быстрыми темпами развития. За 23 года с момента постройки первых керамзитовых предприятий, выпустивших в 1960 г. около 1 млн. м3 керамзита, объем его производства возрос в 30 раз, до­ стигнув в 1983 г. 30 млн. м3, что составляет 86 % общего объема выпущенных в этом году всех искусственных пористых заполните­ лей. Создав новую важную отрасль прогрессивных строительных материалов — промышленность керамзита, Советский Союз, опере­ див США по объему производства еще в 1965 г., вышел на первое место в мире.

Керамзит теперь изготовляется во всех союзных респуОликах, кроме Армянской ССР, богатой природными пористыми материала­ ми. При этом во многих районах сосредоточенного строительства производство и применение керамзита достигло уровня, существен­ но влияющего на темпы и экономику строительства.

В 1984 г. в различных районах страны работало 317 керамзи­ товых предприятий. Всего с начала организации производства ке­ рамзита керамзитовые предприятия выпустили более 400 млн. м3 заполнителей, на основе которых изготовлено около 1 млрд, м2 полносборных крупноразмерных керамзитобетонных строительных конструкций.

Вместе с тем, несмотря на очевидные успехи в организации производства и применения керамзита, технический уровень дей­ ствующих керамзитовых предприятий и качество выпускаемой ими продукции, особенно в последнее десятилетие, далеко не отвечают возросшим требованиям современной строительной индустрии. В одиннадцатой пятилетке наблюдалось замедление темпов произ­ водства этого прогрессивного материала. Неблагополучно обстоит дело и с основными качественными и технико-экономическими по­ казателями.

Насыпная плотность заполнителя возросла на две-три марки. Вместо керамзита марок 300—500 кг/м3 теперь на подавляющем

экономическую целесообразность применения такого керамзитобето­ на и его ьйэнкурентоспособность с другими материалами. . ^ -

Расход топлива достигает 110 кг условных единиц на' 1 м3^за­ полнителя и выше, что в 2—3 раза больше реально возможного, перерасход же его доходит до 1,5 млн. т в год. Огромны затраты

с тем нужно отметить, что на Волгоградском и Куйбышевском ке­ рамзитовых заводах с двухбарабанными печами выработка на 1 ра­

и длительный характер освоения новой техники. Например, с мо­ мента первого опытно-промышленного опробования слоевого подго­ товителя прошло 15 лет, а он все еще проходит промышленную доводку и незаслуженно значится в числе перспективных. Более того, продолжается постройка явно малорентабельных керамзито­ вых цехов и заводов с его применением.

В последние годы стали предъявляться все более повышенные требования к качеству керамзита и керамзитобетона, а также тех­ нико-экономическим показателям их производства и применения. Для уяснения серьезности создавшегося положения целесообразно привести номограмму расчета толщины керамзитобетона, разрабо­ танную на экспериментальной основе под руководством Н. Я. Спи­ вака (рис. 1), и сравнительные технико-экономические показатели наружных стен различных конструкций (табл. 1).

Их анализ показывает, что сборное домостроение на базе од-

Ттцинапанелей>см

Рис. 1. Номограмма расчета толщины керамзитобетонных наруж­ ных стеновых панелей

нослойных стеновых керамзитобетонных панелей с надежной тепло­ вой защитой экономически оправдано и конкурентоспособно с други­ ми конструкциями в том случае, если исходный для их изготовления керамзитовый гравий будет иметь насыпную плотность не выше 350—400 кг/м3 при прочности и зерновом составе, отвечающим тре­ бованиям действующего стандарта, а все остальные технико-эконо­ мические показатели его изготовления — расходы топлива, затраты труда и т. д.— будут снижены в 2—3 раза.

вития СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года, приня­ тых на XXVII съезде КПСС, в постановлении ЦК КПСС и СМ

СССР (август 1985 г.) «О дальнейшем развитии индустриализации и повышении производительности труда в капитальном строитель­ стве» намечена широкая программа ускоренного научно-техническо­ го прогресса всех отраслей народного хозяйства страны. Особо подчеркивается в них бескомпромиссное требование разрабатывать и внедрять в производство самые экономичные, высокопроизводи­ тельные технологии и оборудование, позволяющие радикально по­ высить качество продукции и технико-экономические показатели производства и применения.

По экономическим соображениям в первую очередь целесооб­ разно осуществить модернизацию действующих керамзитовых пред­ приятий, оснастив их самым высокопроизводительным, надежно ра­ ботающим оборудованием с выполнением этих работ в течение две­ надцатой пятилетки.

Таким оборудованием следует считать уже действующие на за­ водах однобарабанные вращающиеся печи, которые необходимо оснастить теплообменниками и барабанами вспучивания с модер­ низированной зоной обжига с вводом огнеупорного порошка для опудривания зерен непосредственно перед зоной вспучивания. Остальное оборудование и в целом технологические линии каждого действующего цеха и завода подлежат модернизации путем замены на выпускаемое в настоящее время оборудование (прессы, транс­ портные устройства и т. д.).

Целесообразно создать типовые проекты и серийно изготов­ ляемое оборудование для постройки к 2000 году отдельных мощ­ ных керамзитовых предприятий, оснащенных самой современной тех­ никой и автоматикой. Основное оборудование, отвечающее указан­ ным высоким требованиям, имеется. Это современные, впервые в ми­ ре созданные в СССР, двухбарабанные печи, позволяющие достичь самых высоких технико-экономических показателей: снизить расход топлива минимум в 2 раза, увеличить в 2,5—3 раза производитель­