ЗАВИСИМОСТЬ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИИ КЕРАМЗИТОВ

Торопков Н.Е.¹, Кутугин В.А.²

¹Кандидат технических наук, ²Кандидат технических наук, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

ЗАВИСИМОСТЬ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ В ТЕХНОЛОГИИ КЕРАМЗИТОВ

Аннотация

В статье рассмотрено – исследование физико-химических свойств глинистого сырья на поризационную способность глинистого сырья в технологии производства керамзита. Также проведена зависимость химического состава глинистого на порообразование в гранулах керамзитового гравия.

Ключевые слова: керамзит, легкие бетоны, химический состав, вспучивание глин, поризационная способность.

Toropkov NE¹, Kutugin VA²

¹Candidate of Technical Sciences, ²Candidate of Technical Sciences, National Research Tomsk Polytechnic University

DEPENDENCE OF PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF CLAY RAW MATERIAL IN TECHNOLOGIES OF CLAYDITE

Abstract

The article considers research of physical and chemical properties of clay raw materials for porous ability clay raw material in the production technology of expanded clay aggregate. Also is held dependence on the chemical composition of the clay pore formation in the granules of claydite gravel.

Keywords: claydite, lightweight concrete, chemical composition, swelling clays, porous ability.

Одним из наиболее эффективных заполнителей для сборного бетона и железобетона является керамзит, получаемый вспучиванием глинистых пород во вращающихся печах. Производство качественного керамзита из наиболее распространенных глинистых пород часто осложняется несоответствием физико-химической природы вспучивания сырья технологии его обжига.

Существование различных мнений о причинах вспучивания и порообразования в глинистом сырье при его высокотемпературной термической обработке для получения керамзитового гравия, противоречивость некоторых из этих мнений свидетельствуют о недостаточной изученности основных физико-химических факторов вспучивания и порообразования.

Наши исследования закономерностей, контролирующих вспучивание глин, были направлены на исследование прямой зависимости состава полиминеральных глин на вспучиваемость и порообразование. Минеральный состав пород устанавливался в результате комплексных исследований. Для исследования были взяты глины 11 месторождений, с различным составом.

Был определен химический состав проб глин и сланцев, отличающихся по степени вспучивания. Полученные данные показывают, что глины, содержащие более 80% Si02, в большинстве случаев непригодны для производства керамзита. По мере увеличения содержания Si0₂ и уменьшения содержания А1₂0₃, Fe₂0₃, MgO, Na₂O и К₂0 вспучиваемость глинистых пород уменьшается.

Большое количество кварца в глинистых породах, особенно в крупных зернах, ухудшает вспучиваемость глин. Частично оплавленные крупные зерна кварца, вкрапленные в материале стенок ячеек, ухудшают структуру, увеличивают объемный вес образцов, повышают их хрупкость.

Обилие кварца характерно для томских глин Верхового и Октябрьского месторождений.

Присутствие в глинистых породах 10—12% мелкодисперсного кварца существенно не влияло на вспучиваемость глин при обжиге. Также были проведены ряд экспериментов по отмучиванию глины, для уменьшения содержания кварцевых включений, которые показали, что с уменьшением содержания кварца, конечная плотность вспученных материалов уменьшается.

Большинство хорошо вспучивающихся глин и сланцев содержит 17—22% А1₂0₃. По мере уменьшения содержания А1₂0₃ вспучиваемость глин резко снижается. Избыток А1₂0₃ в глинах (более 22—24%) также отрицательно сказывается на вспучиваемости глинистого сырья при обжиге — резко повышается температура вспучивания. Тем не менее глины, содержащие около 22—24% А1₂0₃, хорошо вспучиваются при несколько повышенных температурах обжига, давая прочный заполнитель с однородной мелкоячеистой структурой при полном отсутствии остеклованности стенок ячеек и наружной поверхности гранул; таковы некоторые юрские глины с остатками белемнитов Тульской области.

С понижением содержания окислов железа вспучиваемость глин заметно уменьшается. Характерно, что снижению вспучиваемости глинистых пород отвечает увеличение отношения Fe₂0₃:Fe0. Абсолютное содержание закиси железа падает. В глинистых породах с высокой вспучиваемостью Fe₂0₃ обычно преобладает над FeO. Установлено, что по мере снижения способности к вспучиванию в длинах заметно уменьшается содержание MgO, введение которого в смеси с содой в некоторые тугоплавкие и огнеупорные глины, наоборот, вызывает их вспучивание при обжиге.

Преобладающая часть глинистых пород, обнаруживающих высокую вспучиваемость, содержит небольшие количества окиси кальция (до 2— 3,5%). По мере увеличения содержания СаО в глинах обжиг приготовленных из них гранул сырца резко ухудшается. Большинство исследованных глин и сланцев, обладающих высокой степенью вспучиваемости, содержат около 2,5—3% (K₂0+Na₂0). В некоторых хорошо вспучивающихся глинах содержание этих окислов еще выше. Значительно ниже содержание К₂0 Na₂0 в глинистом сырье с малой степенью вспучиваемости. Химический состав глинистых пород, определяющий степень их легкоплавкости и дающий возможность судить о вязкости расплава при температурах вспучивания, сам по себе не может предопределить способность глинистого сырья к вспучиванию. Однако он дает возможность судить о непригодности некоторых категорий глинистых пород для производства керамзита. В результате ряда экспериментов были определены оптимальные содержания (в %) компонентов в глинистом сырье (в пересчете на прокаленное вещество): SiO₂: 55-67, А1₂0₃: 20-24, MgO: 1,5-3,5, СаО: 1,5-2,5, Fe₂0₃ + FeO: 6—9, К₂0 + Na₂0: 1,5—3,5. Глины и сланцы с иным содержанием отдельных компонентов, как правило, отличаются более низкой вспучиваемостью.

Проведенный химический анализ содержания оксидов в основных глинах Томской и Кемеровской области представлен в таблице 1.

Таблица 1 -  Химический состав красножгущегося глинистого сырья

Примечание – в числителе значения в воздушно-сухом состоянии, в знаменателе – в прокаленном.

Установлено, что лучше всего вспучиваются глины гидрослюдисто-каолинитовые и гидрослюдисто-монтмориллонитовые месторождений Юргинское, Новорождественское, Родионовское и Корниловское, а также глина Тульской области.

Литература

1. Онацкий С.П. Производство керамзита. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1987. – 333 с.
2. Онацкий, С.П. Выбор и оценка глинистого сырья для производства курамзита. / С.П. Онацкий – М.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1957. – 20 с.

References

1. Onackij S.P. Proizvodstvo keramzita. – 3-e izd., pererab. i dop. – M.: Strojizdat, 1987. – 333 s.
2. Onackij, S.P. Vybor i ocenka glinistogo syr'ja dlja proizvodstva kuramzita. / S.P. Onackij – M.: Gosudarstvennoe izdatel'stvo literatury po stroitel'nym materialam, 1957. – 20 s.