Статья: Физико-механические свойства шлаковой пемзы

УДК 666.42

Физико-механические свойства шлаковой пемзы

Нурат Е.,

Сагындыков А.А.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, г. Тараз

В Казахстане принят закон об об энергосбережении и повышении энергоэффективности технолгических процессов согласно которым разработка новых энерго и ресурсосберегающих технологии строительных материалов является одним из приоретных направлении науки и производства [1]. шлаковый пемза строительный

Строительная индустрия жилья и других общественных зданий нуждается в эффективных строительных материалах (теплоизоляционных долговечных, экологически - и жаробезопасных материалах), а также в увеличении качества и ассортимента их выпуска. Одним из перспективных направлений для исследований является разработка технологии шлаковой пемзы [2-3].

В связи с изменениями СНиП II- 79А «Строительная теплотехника» к зданиям и сооружениям предъявляются повышенные требования по термическому сопротивлению, поэтому необходимо увеличение производства пеноматериалов типа пенобетоны, газо и пенокерамика,легких заполнителей. Общий же выход металлургических расплавов в 2015 г. В Карагандинском,Аксуском металлургических заводах составит около 3 млн. т, и организация на их основе массового выпуска шлаковой пемзы является одним из перспективных направлений получения искусственных пористых заполнителей.

Из 1 т шлака можно получить 1,5-2 кубометра шлаковой пемзы. Для вспучивания могут быть использованы любые шлаки, но лучшие результаты дают кислые, богатые кремнеземом и глиноземом. Шлаки не должны проявлять склонность к распаду и содержать больше 1,5-2,5% серы. Показателями высокого качества шлаковой пемзы являются мелкие замкнутые поры, равномерно распределенные по всей массе, прочность ячеистой массы и низкая средняя плотность. Насыпная масса термозита составляет 300-1100 кг/м3 в зависимости от размеров кусков и степени вспучивания. Щебень из термозита является хорошим заполнителем для получения легких термозитобетонов

Поэтому разработка и освоение технологии получения шлаковой пемзы со средней плотностью 300-600 кг/м3 предназначенного для применения в качестве конструкционного и теплоизоляционного материала является актуальным.

Шлаковую пемзу получают главным образом из доменных шлаков, причем не из отвальных (такие шлаки еще нужно было бы расплавить), а непосредственно из шлаковых расплавов, сливаемых из доменных печей в огненно-жидком состоянии. По себестоимости шлаковая пемза -самый дешевый искусственный пористый заполнитель. В табл.1 приведены сравнительные характерики легких заполнителей шлаковой пемзы,керамзита, аглопорита, перлита, термолита.

Таблица 1. Сравнительные характерики легких заполнителей

Естественно, что шлаковая пемза производится и применяется в районах металлургической промышленности. Имеется несколько способов производства шлаковой пемзы, но все они основаны на вспучивании шлакового расплава водой.При контакте шлакового расплава (температура около 1300С) с водой происходит бурное вскипание с интенсивным образованием пара. Пузырьки пара, внедряясь в расплав, не могут выделиться свободно, поскольку при охлаждении вязкость расплава увеличивается. В результате он вздувается, вспучивается и застывает в виде норизованной массы ячеистой структуры. Основное значение при этом имеют химический состав шлаков и наличие в них растворенных газов, определяющие газотворную способность, вязкость и поверхностное натяжение шлаковых расплавов.Бассейновый способ производства шлаковой пемзы состоит в следующем. Шлаковый расплав выливается шлаковозными ковшами в опрокидной бассейн для вспучивания, представляющий собой металлическую ванну с перфорированным дном. Вместимость бассейна позволяет принять сразу весь расплав из шлаковозного ковша (до 16,5 м3). Снизу через отверстия в бассейн подается вода, на ее фонтанирующие струйки выливают шлаковый расплав. Он вспучивается и отвердевает, после чего выгружается, остывает в виде глыб, затем подвергается дроблению и рассеву на фракции. Производственный цикл, включающий слив из ковша и наполнение бассейна расплавом, вспучивание (1,5-2 мин), охлаждение и кристаллизацию (без подачи воды), разгрузку бассейна и его подготовку к следующему циклу, составляет 15... 20 мин. Объем получаемой шлаковой пемзы -до 25 м3. Режим поризации шлакового расплава можно регулировать при изменении его состава.Брызгально-траншейный способ наиболее прост. Шлаковый расплав при сливе в траншею орошается водой из перфорированных труб, вспучивается и застывает в ней, а после охлаждения разрабатывается экскаватором и подается на дробление и рассев. Этот способ не является перспективным для производства шлаковой пемзы из-за ее невысокого качества и неоднородности по структуре.Вододутьевой способ состоит в разбивке массы расплава на отдельные гранулы сильной струей водовоздушной смеси с последующим интенсивным смешением еще жидких гранул расплава с водовоздушной смесью и вспучиванием. Поризация расплава производится в струйных аппаратах. Гранулы, вспученные в камере смешения, выбрасываются на экран, с которого они попадают на приемные устройства и агрегируются в глыбы. Полученная шлаковая пемза имеет однородную мелкопористую структуру с размером пор до 1 мм. Гидроэкранный способ предусматривает последовательную обработку шлака на двух гидрожелобах. С первого желоба вспучивающийся шлаковый расплав струями воды бросается на вертикальный экран, отразившись от которого попадает на второй желоб, где снова подхватывается струями воды и направляется на пластинчатый перегружатель для последующего охлаждения и дробления. Производство шлаковой пемзы этим способом осуществляют на Череповецком и Криворожском металлургических заводах, на Новолипецком металлургическом комбинате. Все описанные выше способы позволяют получать дробленую шлаковую пемзу в виде пористого щебня и песка.Шлакопемзовый щебень, как и аглопоритовый, имеет зерна остроугольной формы с открытыми порами, отличается большой межзерновой пустотностью.В УралНИИстромпроекте разработана технология получения шлаковой пемзы в виде гравия округлой формы с закрытыми порами.Шлакопемзовый гравий получают на установке, в которой применен усовершенствованный струйный вододутьевой аппарат (водовоздушный гранулятор). Диспергированные и вспученные частицы шлакового расплава соединяются на встречном экране в крупные куски. Полученную массу, еще не потерявшую пластические свойства, обрабатывают в барабанном холодильнике. Во вращающемся барабане с продольными лопастями происходит дополнительное вспучивание, разделение крупных кусков на отдельные зерна и их окатывание. Свойства шлаковой пемзы. Шлаковая пемза представляет собой материал пористой структуры, состоящий главным образом из псевдоволластонита (а-СаО-SiO2), ранкинита (ЗСаО-2S1O2), геленита (2CaO-Al203-Si02) и небольшого количества стекла и сульфидов. Размеры пор шлаковой пемзы в зависимости от способа ее получения колеблются от 0,04 до 4,5 мм, толщина стенок пор от 0,01 до 1,6 мм. Пористость материала составляет 52-78%, водопоглощение 10-53%.

По ГОСТ 9/60-61 «Щебень и песок из пористого металлургического шлака (шлаковая пемза)» щебень из шлаковой пемзы разделяется на марки 400, 600 и 800 с прочностью соответственно не менее 0,4; 1 и 2 МПа (4; 10 и 20 кгс/см2). Объемная масса песка из шлаковой пемзы не должна превышать 1200 кг/м3. Щебень из шлаковой пемзы должен быть устойчив против силикатного распада и не содержать посторонних примесей.

На основе шлаковой пемзы изготовляют легкие бетоны двух разновидностей: конструкционно-теплоизоляционный бетон на шлаковой пемзе имеет объемную массу 1300-1600 кг/м3 при прочности 5-7,5 МПа (50-75 кгс/см2) и конструкционный - объемную массу 1500-1800 кг/м3 при прочности 10-20 МПа (100-200 кгс/см2). Теплопроводность легких бетонов на шлаковой пемзе в зависимости от их объемной массы составляет.

Сущность образования пористой структуры шлаковой пемзы схематично может быть представлена следующим образом: газы, выделяющиеся в период быстрого охлаждения шлакового расплава из-за уменьшения их растворимости при понижении температуры, а также газы и водяные пары, вводимые в расплав извне, при достижении шлаковым расплавом оптимальной вязкости вспучивают (вспенивают) его. После охлаждения вспученного расплава образуется легкий пористый материал, сходный по своей структуре с природной пемзой.

Внедрение технологии шлаковой пемзы и получение на ее основе конструкционных и теплоизоляционных материалов позволит создать энергосберегающую технологию легких заполнителей на основе огнено-жидких расплавов доменных шлаков Карагандинского металлургического завода.

Литература

1. Закон Республики Казахстан №547 - IV«об энергосбережении и повышении нергоэффективности» от 13.01.2012 г.

2. Александров С.Е.,Васильева Г.М.,Грызлов В.С.Шлаковая пемза-эффективный строительный материал.-Воронеж,1974.-89с.

3. Роговой М.И.Технология исскуственных пористых заполнителей и керамики.М.,1974.