МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ
НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
(СОЮЗДОРНИИ)
МЕТОДИЧЕСКИЕ
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РАСШИРЕНИЮ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ
ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМДОРА
С УТОЧНЕНИЕМ ТРЕБОВАНИЙ К СЫРЬЮ
Одобрены Минтрасстроем
Москва 1979
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСШИРЕНИЮ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМДОРА С УТОЧНЕНИЕМ ТРЕБОВАНИЙ К СЫРЬЮ. Союздорнии М., 1979.
Даны предложения по расширению сырьевой базы для производства керамдора путем использования неспекающегося глинистого сырья Западной Сибири.
Для расширения температурного интервала обжига неспекающихся глин рекомендованы введение минеральных добавок, опудривание сырцовых гранул и применение карусельных печей.
Уточнены требования к глинистому сырью и керамдору по ряду показателей.
Содержатся сведения о наличии на рассматриваемой территории легкоплавких глин, их запасов и об их качественной характеристике.
Предисловие
Опыт получения керамдора в производственных условиях и научно-исследовательские работы Омского и Ленинградского филиалов Союздорнии показывают, что для изготовления керамдора могут быть использованы не только легкоплавкие глины, запасы которых ограничены, но и неспекающееся глинистое сырье при условии применения более совершенных оборудования и технологии.
Результаты проведённых в СССР и за рубежом исследований, а также накопленный опыт использования керамдора свидетельствуют, что существующие требования к керамдору могут быть не только изменены с целью увеличить номенклатуру каменных материалов, но и дифференцированы по основным показателям в зависимости от рекомендуемого способа их применения.
«Методические рекомендации по расширению сырьевой базы Западной Сибири для производства керамдора с уточнением требований к сырью» дополняют «Методические рекомендации по технологии производства керамдора для применения в конструкциях дорожных одежд» (Союздорнии, М., 1974).
В настоящих «Методических рекомендациях» даны предложения по расширению сырьевой базы для производства керамдора путем использования неспекающегося сырья; рекомендовано вводить минеральные добавки, опудривать сырцовые гранулы, применять карусельные печи; систематизированы и нормированы требования к глинистому сырью в зависимости от его спекаемости, используемых добавок, оборудования и технологии обжига; введено нормирование свойств керамдора по основному показателю прочности.
«Методические рекомендации» составлены инж. Т.А. Трусовым (Омский филиал Союздорнии) при участии канд. техн. наук В.М. Галузина (Ленинградский филиал Союздорнии).
Пожелания и замечания просьба направлять по адресу: 143900 Московская обл., г. Балашиха-6, Союздорнии.
1. Общие положения
1.1. В связи с отсутствием достаточной сырьевой базы легкоплавких глин рекомендуется использовать для производства керамдора неспекающееся глинистое сырье при условии применения улучшающих добавок, метода опудривания сырцовых гранул тугоплавкими и огнеупорными материалами, обжиговых печей карусельного типа.
В качестве улучшающих и опудривающих материалов следует применять речные и формовочные пески, огнеупорные и тугоплавкие глины, асбест, золы ТЭЦ, имеющиеся на территории Западной Сибири.
1.2. Настоящие «Методические рекомендации» составлены для широкой опытно-производственной проверки изготовления и применения керамдора из неспекающихся глин не только в Западной Сибири, но и в других районах, где это экономически оправдано.
1.3. Целесообразность производства и применения керамдора из неспекающегося глинистого сырья обоснована технико-экономическими расчетами путем сравнения его себестоимости со стоимостью привозного щебня (гравия).
Ориентировочный экономический эффект от замены привозных каменных материалов керамдором составляет по Западной Сибири от 1,5 до 6 тыс. руб. на 1 км дорожной одежды.
1.4. На стадии освоения производства себестоимость керамдора в Западной Сибири не превышает 12 - 14 руб. за 1 м3. При такой себестоимости керамдор применять экономически выгоднее, чем каменные материалы, перевозимые автотранспортом на расстояние свыше 70 км от железной дороги.
1.5. Себестоимость производства 1 м3 керамдора в условиях Омской обл. на заводе с годовым выпуском 100 тыс. м3 приведена в табл. 1.
Таблица 1
|
Количество добавок, % массы исходной глины |
Себестоимость 1 м3 керамдора, руб. |
|
|
Без введения добавок |
- |
10,73 |
|
Введение в шихту улучшающих добавок (диатомита, речного и формовочного песка) |
10 - 20 |
10,73 - 11,03 |
|
Обработка сырцовых гранул опудривающими материалами (асбестом, золой уноса ТЭЦ, диатомитом, огнеупорной глиной, речным и формовочным песком) |
3 - 5 |
11,03 - 11,30 |
2. Требования к керамдору и сырью для его производства
2.1. Керамдор представляет собой искусственный щебень (гравий), получаемый путем обжига гранулированных глинистых грунтов. Частицы керамдора имеют плотную структуру, обеспечивающую его высокую прочность и морозостойкость. Характер поверхности частиц обусловливает хорошее сцепление с органическими вяжущими материалами и цементным камнем.
2.2. Керамдор в зависимости от крупности зерен подразделяют на фракции 20 - 40, 10 - 20 и 5 - 10 мм. Зерновой состав каждой фракции указан в табл. 2.
2.3. В зависимости от способа переработки и грануляции сырья керамдор получают в виде зерен шарообразной формы - керамдоровый гравий, или в виде частиц остроугольной, угловатой формы - керамдоровый щебень.
Таблица 2
|
Полный остаток на сите, % массы |
|
|
5 - 10 |
Не менее 95 |
|
10 - 20 |
Не более 5 |
|
20 - 40 |
Не допускается |
2.4. В зависимости от объемной массы зерен и водопоглощения керамдор подразделяют на марки, приведенные в табл. 3.
Таблица 3
|
Объемная масса зерен, г/см3 |
Водопоглощение, % массы, не более |
|
|
1 |
Более 2,2 |
8 |
|
2 |
2,2 - 1,8 |
8 |
|
3 |
Менее 1,8 |
10 |
2.5. По прочности керамдор подразделяют на классы, указанные в табл. 4.
2.6. Морозостойкость керамдора должна быть не менее Мрз. 25 и соответствовать требованиям технических документов, регламентирующих его применение. Потеря массы при определении морозостойкости керамдора должна быть не более 5 %.
2.7. В зависимости от области применения керамдор должен удовлетворять требованиям, представленным в табл. 5.
2.8. Количество слабых зерен в заполнителе не должно превышать 10 % массы.
2.9. Керамдор должен иметь в основном коэффициент формы зёрен не более 2,0. Содержание зерен с коэффициентом формы от 2,0 до 2,5 может быть не более 20 % массы.
Таблица 4
|
Дробимость по ГОСТ 8.369-76, % |
Прочность при сдавливании в цилиндре по ГОСТ 9758-68, кгс/см2, не менее |
|
|
А |
Не более 16 |
80 |
|
Б |
17 - 24 |
45 |
|
В |
24 - 34 |
35 |
Примечание. Соответствующую марку керамдора для легкого конструкционного бетона следует выбирать с учетом требований ГОСТ 9757-73 «Заполнители пористые неорганические для легких бетонов. Классификация и общие технические требования», ГОСТ 9758-68 «Заполнители пористые неорганические для легкого бетона. Методы испытаний» и ГОСТ 11991-76 «Щебень и песок аглопоритовые. Технические условия».
2.10. Количество пылевидных и глинистых частиц не должно превышать 1 % массы. Не допускается наличие глины в комьях и порошкообразных веществ, образующих плёнку на поверхности зерен заполнителя.
2.11. Коэффициент размягчения керамдора должен быть не менее 0,7.
2.12. Керамдор не должен содержать известковых и других включений, вызывающих потерю массы при кипячении более 5 %.
2.13. Количество водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчёте на SО3 не должно превышать 1 % массы.
2.14. Предварительную характеристику жесткости оценивают визуально:
степень обожженности - по характеру поверхности зёрен (пережог - поверхность остеклована: нормальный обжиг; недожог - поверхность более светлая и активно впитывает воду);
прочность - по характеру разрушения зерен (разрушение на несколько крупных кусков - очень прочный керамдор; на несколько кусков различной величины с образованием некоторого количества песчаных частиц - прочный; разрушение с образованием большого количества песчаных частиц - слабый);
структуру зерен (значительное вспучивание, обусловливающее наличие дефектов поверхности; частичное вспучивание; полное спекание и равномерно окрашенное сечение).
Таблица 5
|
Свойства керамдора |
|||
|
Марка |
Класс прочности |
Морозостойкость Мрз, не менее |
|
|
Конструкционный легкий бетон марок от 300 до 600 |
3 |
В |
25 |
|
Конструкционный тяжелый бетон |
1 - 2 |
А, Б |
150 |
|
Дорожные покрытия из асфальтобетона |
|||
|
плотного |
1 - 2 |
А, Б |
50 |
|
пористого |
1 - 3 |
А, Б |
50 |
|
Дорожные покрытия из цементобетона |
|||
|
верхний слой |
1 - 2 |
А, Б |
150 |
|
нижний слой и основание |
1 - 3 |
А, Б |
50 |
|
Основания дорожных одежд |
1 - 3 |
А, Б, В |
50 |
|
Морозозащитные и дренирующие слои дорожных одежд |
2 - 3 |
Б, В |
50 |
2.15. Для получения керамдора можно использовать глинистые породы различного состава и происхождения, отвечающие следующим требованиям:
огнеупорность ниже 1350 °С (легкоплавкие);
сильно- и среднеспекающиеся, неспекающиеся, низко- и среднетемпературного спекания;
интервал спекания не менее 40 °С.
2.16. Интервал спекания глинистых пород определяют (рис. 1) по формуле
(1)
где 
- температура спекания, при
которой объемная масса обожженных образцов наибольшая;
- температура начала спекания, при
которой водопоглощение обожженных образцов равно 8 % при получении керамдора
1-й и 2-й марок и 10 % - керамдора 3-й марки.
Практической характеристикой режима высокотемпературной термической обработки является интервал обжига ИО, в пределах которого материал удовлетворяет требованиям по плотности.
Интервал обжига должен быть не менее 75 °С; его определяют по формуле
(2)
где 
- наибольшая температура
обжига, при которой обожженные образцы имеют объемную массу 1,8 г/см3
при получении керамдора 1-й и 2-й марок, 1,4 г/см3 - керамдора 3-й
марки.
2.17. Основной критерий пригодности сырья для производства керамдора, определяющий также выбор того или иного теплового агрегата для его обжига, - спекаемость глинистого сырья (интервал спекания).
Спекаемость глинистого сырья следует сначала определять на пробах без добавок.
2.18. При недостаточном интервале спекания природного глинистого сырья (менее 40 °С) его нужно испытывать, вводя в состав шихты более тугоплавкие и огнеупорные добавки или опудривая ими сырцовые гранулы.
Испытывать на спекаемость сырцовые гранулы, обработанные опудривающими материалами, следует в соответствии с «Методическими рекомендациями по технологии производства керамдора для применения в конструкциях дорожных одежд» (Союздорнии, М., 1974) и «Инструкцией по опудриванию сырцовых гранул керамзитового гравия с целью уменьшения его объемного веса» (Куйбышев, 1967).
Рис. 1. Характеристики спекания
Вид и количество добавок устанавливают опытным путем, приготавливая и испытывая с каждой добавкой минимум две-три пробы. В качестве добавок можно применять огнеупорные и тугоплавкие глины, мелкие природные пески, асбест № 7, формовочные пески и отходы местной промышленности, обладающие повышенной огнеупорностью.
Таблица 6
|
Мероприятия по улучшению технологических свойств сырья |
Температурный интервал спекания, °С |
Соответствие остальных свойств сырья требованиям п. 2.18 |
Пригодность сырья для производства керамдора. Рекомендуемое оборудование для обжига |
|
|
Сильно- и средне спекающееся |
Не проводились |
≥ 50 |
Соответствуют |
Пригодно. Вращающиеся и карусельные печи |
|
Введение в шихту минеральных добавок |
≥ 50 |
То же |
То же |
|
|
То же |
≥ 50 |
Не соответствуют |
Непригодно |
|
|
Неспекающееся |
Не проводились |
< 40 |
Соответствуют |
Пригодно. Обжиговые печи карусельного типа |
|
То же |
< 40 |
Не соответствуют |
Непригодно |
|
|
Введение в шихту минеральных добавок |
≥ 40 |
Соответствуют |
Пригодно. Вращающиеся и карусельные печи |
|
|
Опудривание сырцовых гранул |
≥ 40 |
То же |
То же |
2.19. В зависимости от степени спекания сырья и технологических мероприятий, облегчающих его получение, при соответствии остальных свойств требованиям настоящих «Методических рекомендаций» (п. 2.18) сырье следует классифицировать согласно табл. 6.
3. Характеристика сырьевой базы Западной Сибири
3.1. Глинистые грунты Западной Сибири на 80 - 85 % являются связными (глины, суглинки и супеси) и характеризуются большим разнообразием зернового, химического и минералогического составов.
По зерновому составу сырье, как правило, представлено высокопластичными тяжелыми суглинками и глинами с числом пластичности 17 и выше. В химическом составе грунтов преобладают окислы кремния, кальция и полуторные окислы.
Минералогический состав тонкодисперсной части грунта (мельче 0,001 мм) - гидрослюдистый с примесью монтмориллонита.
Обеспеченность областей Западной Сибири легкоплавким глинистым сырьем по состоянию на 1970 - 1972 гг. приведена в табл. 7.
3.2. Особенность грунтов Западной Сибири - малый интервал спекания, который является основным критерием пригодности сырья для производства керамдора.
Выявлено лишь несколько месторождений глинистого сырья, пригодного по показателю спекаемости для производства керамдора: Локосовское, Каменномысовское и Воронинское в Тюменской обл., Знаменское, Большеуковское, Усть-Ишимское, Тевризское и Седельниковское в Омской обл., что составляет 15 % общего количества исследованных месторождений Западной Сибири.
Таблица 7
|
Количество месторождений |
Запасы сырья по категориям, тыс. м3 |
|
||||
|
А + В + С1 |
С2 |
|||||
|
Всего |
В том числе эксплуатируемых |
|||||
|
Всего |
В том числе по эксплуатируемым месторождениям |
Всего |
|
|||
|
Омская |
||||||
|
Глины и суглинки легкоплавкие для кирпично-черепичных изделий |
125 |
62 |
На 1.01.70 г. 96640 |
54239 |
- |
|
|
Керамзитовое сырье |
7 |
1 |
4795 |
408 |
- |
|
|
Новосибирская |
|
|||||
|
Глины и суглинки легкоплавкие для кирпично-черепичных изделий |
104 |
61 |
На 1.01.70 г. 111763 |
70093 |
- |
|
|
Керамзитовое и аглопоритовое сырье |
3 |
1 |
8477 |
5289 |
- |
|
|
Томская |
|
|||||
|
Кирпичное сырье |
45 |
25 |
На 1.01.70 г. 105762 |
14629 |
13828 |
|
|
Керамзитовое сырье |
2 |
- |
10247 |
- |
- |
|
|
Тюменская |
|
|||||
|
Кирпичное сырье |
47 |
32 |
На 1.01.72 г. 64311 |
31206 |
1208 |
|
|
Керамзитовое сырье |
9 |
2 |
56319 |
10932 |
3743 |
|
|
Курганская |
|
|||||
|
Глины и суглинки легкоплавкие для кирпично-черепичных изделий |
67 |
27 |
На 1.01.72 г. 71292 |
- |
- |
|
|
Керамзитовое сырье |
1 |
1 |
3195 |
3195 |
- |
|
Преобладающая часть глин имеет интервал спекания не более 15 - 25 °С и относится к неспекаюшемуся сырью.
3.3. Расширить сырьевую базу для производства керамдора за счет неспекающегося сырья возможно путем проведения одного из следующих мероприятий:
введения в глиняную массу тугоплавких или огнеупорных материалов;
опудривания сырцовых гранул тугоплавкими или огнеупорными материалами;
использование более совершенного оборудования.
3.4. Пригодность глинистого сырья для производства керамдора следует определять, исходя из технологии его производства.
3.5. Лабораторные испытания глинистого сырья и керамдора проводят в соответствии с «Методическими рекомендациями по технологии производства керамдора для применения в конструкциях дорожных одежд» и положениями настоящих «Методических рекомендаций».
4. Особенности технологии производства керамдора из неспекающихся глин
Обогащение сырья минеральными добавками
4.1. В зависимости от вида и свойств сырья керамдор можно получить тремя способами: мокрым, сухим и пластическим. Наиболее применим пластический способ, позволяющий использовать неспекающееся сырье при введении в шихту минеральных добавок.
Основные положения технологии получения керамдора пластическим способом изложены в «Методических рекомендациях по технологии производства керамдора для применения в конструкциях дорожных одежд».
4.2. Технологический процесс получения керамдора пластическим способом из неспекающихся глин состоит из следующих операций: добыча глинистой породы, пластическая переработка сырья и изготовление гранулированного сырца, введение в шихту минеральных добавок (рис. 2), сушка сырца, обжиг полуфабриката, охлаждение керамдора, рассев и складирование готового продукта.
4.3. В качестве минеральных добавок рекомендуется использовать тугоплавкие материалы: диатомиты, огнеупорные и тугоплавкие глины, формовочные и речные мелкозернистые пески.
4.4. Обогащение неспекающихся глин с температурным интервалом спекания 15 - 35 °С позволяет расширить последний до 40 - 70 °С. Эффективность обогащения зависит от индивидуальных свойств глин и добавок и определяется в лабораторных условиях, а затем в процессе полузаводских испытаний или непосредственно в производственных условиях.
4.5. Показатель огнеупорности минеральных добавок должен быть выше, чем у неспекающегося глинистого сырья. Чем больше разница в этих показателях, тем значительнее расширяется температурный интервал спекания неспекающейся легкоплавкой глины.
4.6. Оптимальное содержание добавок определяют в процессе лабораторных исследований. Оно составляет, как правило, 5 - 25 % массы сырцовых гранул.
4.7. Технологический процесс производства керамдора с обогащением сырья минеральными добавками должен обязательно включать интенсивное механическое растирание и перемешивание глиняной массы в целях достижения ее максимальной однородности. Наиболее эффективно применять при этом бегуны мокрого помола, в которых одни и те же кусочки глины подвергаются многократному раздавливающему и истирающему воздействию тяжелых катков, что и обеспечивает тонкое измельчение глины. Глину и добавки на бегунах необходимо обрабатывать при влажности шихты, близкой к нормальной формовочной.
Прочность сырца, изготовленного из шихты, обработанной бегунами, возрастает в два с лишним раза.
Рис. 2. Схема производства керамдора с применением метода обогащения сырья
Опудривание сырцовых гранул минеральными добавками
4.8. Опудривание сырцовых гранул порошком огнеупорного материала повышает температуру плавления поверхностного слоя и позволяет практически одновременно получить расплав оптимальной вязкости по всей толще гранулы и добиться максимального спекания.
4.9. В качестве опудривателя можно использовать огнеупорные материалы, приготовленные в виде порошка: огнеупорные и тугоплавкие глины, диатомит, асбест № 7, формовочные и кварцевые пески, золу уноса. Опудривающий материал должен быть сухим в такой степени, чтобы он не мог слеживаться в комки при хранении.
4.10. Расход опудривающего материала зависит от его свойств и устанавливается в процессе лабораторных исследований либо опытным путем непосредственно в производственных условиях. Ориентировочный расход опудривающего материала - 3 - 5 % массы сырцовых гранул.
4.11. Предприятия по производству керамдора получают опудривающие порошки с заводов, изготавливающих огнеупорные изделия или приготавливающих порошкообразные материалы для предприятий строительной керамики, а также со специальных заводов, централизованно производящих порошки для керамдоровых заводов.
Однако порошки можно изготовлять и на специальных установках, входящих в комплекс цехов предприятия по производству керамдора.
4.12. Опудривающий порошок должен полностью проходить через сито с отверстиями размером 0,3 мм.
4.13. На проектируемых и вновь строящихся предприятиях для опудривания сырцовых гранул следует предусматривать специальные вращающиеся барабаны, устанавливаемые сразу же за формующим оборудованием.
Сформованные сырцовые гранулы и опудривающий порошок одновременно поступают в барабан, где гранулы покрываются порошком огнеупорного материала. Для достижения максимального эффекта спекания опудриватель подают таким образом, чтобы из барабана не выходили неопудренные гранулы.
4.14. Качество опудривания сырцовых гранул контролируют визуально: гранулы должны быть равномерно покрыты опудривателем. Покрытие гранул опудривателем должно быть достаточно устойчивым и сохраняться при продвижении гранул до зоны спекания.
4.15. Опудренные гранулы хранят в бункере. Можно накапливать в бункерах двухсменный запас гранул, не допуская их слипания.
4.16. Обжиг опудренных сырцовых гранул следует вести при температуре в печи, равной температуре начала образования спеков.
4.17. Вариант схемы производства керамдора с опудриванием сырцовых гранул приведен на рис. 3.
Производство керамдора в обжиговых печах карусельного типа
4.18. Карусельные печи, включаемые в технологическую линию по производству керамдора вместо типовых вращающихся печей, позволяют использовать распространенные в Западной Сибири глины с малым интервалом спекания (менее 40 °С) для производства керамдора с объемной массой 1,8 - 2,2 г/см3 любого класса прочности.
Рис. 3. Схема производства керамдора с опудриванием сырцовых гранул
4.19. Карусельная печь состоит из кольцевого канала, внутри которого с помощью электропривода вращается подина карусельного типа, предназначенная для перемещения гранул по каналу зоны обжига. Скорость вращения подины можно изменять в широких пределах. Горелки (форсунки) расположены по окружности печи.
Регулируя скорость вращения подины и расход топлива, создают необходимый режим термообработки гранул.
4.20. Производительность карусельной печи при производстве керамдорового гравия, в зависимости от ее диаметра, ширины рабочего канала и продолжительности термообработки, составляет от 100 до 300 тыс. м3 керамдора в год.
4.21. В зависимости от свойств сырья возможна одно- или двухстадийная схема производства керамдора. Гранулы из сушильного барабана при одностадийной схеме поступают сразу в обжиговую карусельную печь, а при двухстадийной - в слоевой подготовитель на прокаливание, а затем на окончательный обжиг в карусельную печь.
4.22. Технологические параметры, характеризующие процесс получения керамдора, определяют и уточняют при лабораторных и производственных испытаниях. Лабораторные испытания проводят согласно «Методическим рекомендациям по технологии производства керамдора для применения в конструкциях дорожных одежд» и настоящим «Методическим рекомендациям» с установлением оптимальных параметров формовки, режимов сушки, прокаливания и обжига.