Другие отходы промышленности.

 

Отходы промышленности сборного ж/б в виде некондиционных бетонных и ж/б изделий и конструкций, остатков товарного бетона, а также отслуживших срок эксплуатации изделий подлежат переработке с целью получения заполнителя для бетона и повторного использования в строительстве.

Технологический процесс переработки некондиционных жби состоит из 2 этапов: предварительного разрушения изделий с отделением арматуры и последующего дробления отделенной массы бетона. Фракция получаемого дробленного материала 0…70 мм.

В качестве заполнителя для бетона применяют кирпичный щебень, получаемый дроблением боя обыкновенного глиняного кирпича. Кирпич, как и другие керамические материалы, получаемые обжигом глинистого сырья, достаточно прочен и долговечен. Щебень из него имеет насыпную плотность 800…900 кг/м³, т.е. относится к легким заполнителям. На таком заполнителе получают бетона марок 100…150 с плотностью 1800…2000 кг/м³.

На заводах асбестоцементных изделий отходы в виде обрезков, крошки, некондиционной продукции представляют собой весьма эффективный заполнитель для легких бетонов.

Из отходов производства ячеистого бетона после дробления не кондиции получают легкий пористый заполнитель.

После термической переработки городских бытовых отходов получаются спекшиеся остатки, которые пригодны в качестве заполнителей для бетонов определенного назначения или материала для устройства оснований дорог вместо дробленных каменных пород.

 

«ИСКУССТВЕННЫЕ ПОРИСТЫЕ ЗАПОЛНИТЕЛИ»

Искусственными пористыми заполнителями, используемые для приготовления бетонов различного назначения, называют пористые сыпучие материалы гравие- или щебнеподобной формы, получаемые, как правило, при термической обработке природного силикатного сырья или соответствующих отходов промышленности предварительно подготовленных в виде гранул (зерен) или шихт с последующим дроблением и рассевом готовой продукции.

Насыпная плотность ИПЗ не должна превышать для фр. 5-40 мм – 1000 кг/м³, для фр. < 5 мм – 1200 кг/м³.

 

Сырье для производства ИПЗ. Свойства сырья.

 

1. Глинистое сырье – это породы, содержащие слоистые гидроалюмосиликаты с преобладающим размером частиц менее 0,001 мм. К нему относится: глина, суглинок и супесь, аргиллит, глинистый сланец, шунгизитсодержащая порода, трепеловидная глина и трепел.

По пластичности все глинистое сырье предварительно можно разделить на низкопластичное, таким является каолиновое сырье и высокопластичное – это гидрослюдистое, монтмориллонитовое, монотермитовое, бейделитовое сырье.

2. Отходы от добычи, обогащения и сжигания твердого топлива. Они должны быть средне- и тугоплавкими с интервалом размягчения 100⁰С, уд. поверхность золы ТЭС не < 2000 см²/г, а ЧП отходов углеобогащения = 5 и более, содержание остатков топлива = 10…15%, в зависимости от плавкости сырья.

Основным видом сырья является глинистое, поэтому более подробно рассмотрим свойства глин.

Водные свойства глин.

1. Влагоемкость – это способность глины вмещать в себя определенное количество воды и удерживать ее вопреки силе тяжести.

Вода в глине удерживается не только силами молекулярного притяжения. В диффузионный слой часть воды проникает путем осмотического всасывания, а в порах вода может удерживаться еще и капиллярными силами. С повышением дисперсности влагоемкость повышается, следовательно, монтмориллонитовые глины обладают наибольшей влагоемкостью, а каолиновые – наименьшей.

Количественно влагоемкость глины характеризуется величинами молекулярной и капиллярной влагоемкостью.

Максимальная молекулярная влагоемкость – относительное количество воды, которое остается в глиняном диске диаметром 50 мм и высотой 2 мм после его обжатия в пакетах фильтровальной бумаги под давлением 6,5 МПа в течение 10 мин.

Капиллярная влагоемкость – относительное равновесное количество воды, поглощенное глиной при ее непосредственном контакте с водой.

2. Набухание – способность глины увеличивать свой объем за счет поглощения влаги из воздуха или при ее непосредственном контакте с водой.

Степень набухания измеряется относительным увеличением первоначального объема в %. Процесс набухания со временем затухает. Глины набухают вследствие того, что поляризованные молекулы воды вклиниваются м//ежду отдельными слипшимися зернами глины, адсорбируясь на их поверхности, раздвигая зерна, создавая вокруг них водную оболочку. У минералов с раздвагающейся кристаллической решеткой молекулы воды проникают в пространство между отдельными пакетами решетки, образуя межслоевую воду. У монтмориллонитовых глин набухаемость выше чем у каолиновых. Запесоченность глин понижает степень их набухания. Набухание процесс экзотермический.

3. Размокание – распад в воде слипшихся (агрегатированных) глинистых частиц на более мелкие или элементарные зерна с образованием полидисперсной системы.

Первой стадией распада глинистой частицы является ее набухание, при котором молекулы воды, вклиниваясь в промежутки между зернами агрегата, расклинивают их.

2 1 – слипшиеся зерна глинистой

Н+

ОН-

частицы с отрицательным зарядом;

2 – дипольная молекула воды.

По мере возрастания толщины водной оболочки она все больше и больше экранирует действие межмолекулярных сил сцепления, ослабляя связь между отдельными зернами частицы.

Когда же поры окажутся целиком заполненные водой, наступает вторая стадия диспергирования – мениски исчезают и вместе с их исчезновением прекращается действие сил капиллярного давления. После этого ничего уже не будет удерживать зерна вблизи друг друга и они начнут свободно перемещаться в воде, находясь в ней во взвешанном состоянии, что и будет означать полное размокание глины. Подогрев воды ускоряет процесс размокания.

Интенсивность размокания глины имеет большое практическое значение для приготовления однородного пластического теста и в особенности для приготовления глиняных суспензий – шликеров.

4. Тиксотропное упрочнение – свойство влажной глиняной массы самопроизвольно восстанавливать нарушенную структуру и упрочняться при неизменной влажности.

 

R_сд W=const

 

 

t₀ t₁ t

 

Самоупрочнение глины происходит вследствие процесса переориентации частиц глины и молекул воды таким образом, что они стыкуется концами, имеющими разноименные заряды, тем самым увеличивая силу их сцепления.

Тиксотропия глин отражается на литейных свойствах шликеров, и ее используют для улучшения формовочных и сушильных свойств глин при подготовке пластичного теста.

Механические свойства

1. Пластичность – способность глины под действием внешних усилий принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять ее после прекращения действия этих усилий. Пластичное состояние является промежуточным между хрупким и вязкотекучим.

lg R lg R – логарифм предела прочности

глины при сдвиге.

W – влажность.

А – область хрупкого состояния.

III

IV

Б – область пластичного состояния.

I

II

В – область вязко текучего.

А Б В

W₁ W₂ W, %

I – верхний предел текучести. Система находится в вязкопластичном состоянии, т.е. течет под действием собственной массы. Кроме связанной воды присутствует большое количество свободной.

II – нижний предел текучести или верхний предел пластичности. Система содержит небольшое количество свободной воды. Масса течет под действием внешних сил

III – нормальная формовочная влажность или предел липкости. Вода содержится только в связанном состоянии.

IV – нижний предел пластичности или предел раската. Глиняная масса теряет связанность, рассыпается и содержит только плотно связанную воду.

Пластичность глин характеризуется показателем пластичности: он определяет интервал влажностей, в котором глина сохраняет пластическое состояние. Это можно выразить следующей формулой

,

где Р_т – пластическая прочность (предел прочности при сдвиге);

h – структурная вязкость.

Зависимость пластичности от влажности для различных глин можно представить сл. образом

j, пластичность

500 1 – более дисперсная глина

 

300 2 – запесоченная глина

 

т.о. пластичность – ƒ

100 (минералогического состава,

грансостава )

W, %

20 40 60

С увеличение дисперсности пластичность увеличивается, запесоченность снижает пластичность.

Пластичность глин выражается числом пластичности (ЧП), которое равно разности между значениями влажности предела текучести и влажности предела раскатывания, в %

ЧП = W_т – W_р.

Способы регулирования пластичности:

– более тонкий помол;

– усреднение состава;

– вакуумирование;

– введение одновалентных катионов;

– обработка паром;

– обогащение сырья (удаление крупных включений);

– введение пластичных добавок (жирные глины, ЛСТ, соляровое масло, керосин).

Уменьшение пластичности

– введение отощителей (кварцевый песок, зола и т.д.);

– дегидратирование глины;

– введение 2-х и 3-х валентных катионов.

2. Связующая способность – способность сохранять пластичность при смешивании с непластичными материалами. Оценивается количеством Вольского песка необходимого для получения глиняной массы с ЧП не менее 7.

По количеству добавленного песка глины делятся на

– жирные (хорошо связующие), содержание песка более 50%;

– пластичные – 20…50%;

– тощие – менее 20%.

Сушильные свойства глин. Воздушная усадка.

Сушильные свойства отражают изменения, которые происходят в глиняной массе при ее сушке. К их числу относят воздушную усадку, чувствительность глин к сушке и влагопроводные свойства глин.

1) Воздушная усадка – уменьшение линейных размеров и объема глиняного образца при его сушке. Усадка происходит за счет капиллярных сил и осмотического давления. Усадочные деформации можно рассмотреть на примере капилляра частично заполненного водой.

Рк₀ Рк₀ I. Вода объемом V₀ не полностью заполняющая капилляр,

образованный глинистыми частицами, находится под

d₀ действием гравитационных сил, которые уравновешива-

ются силами капиллярного давления, действующими по

h₀ V₀ периметру капилляра.

Рg₀

Рк₁ Рк­₁ II. Путем теплового воздействия происходит

мгновенный отбор воды из капилляра и высота

d₁ d₁ = d₀ уменьшается. При этом уменьшается гравита-

ционная сила, но сила капиллярного давления

h₀ h₁ V₁ не уменьшается, так как неизменным остается

диаметр капилляра, следовательно, нарушилось

Рg₁ силовое равновесие.

Рк₂ Рк₂

III. Система при этом стремиться восстановить

d₂ d₂ < d₁ = d₀ равновесие. Высота столба жидкости может

увеличиться за счет уменьшения поперечного

сечения. Вода, растягиваясь по капилляру,

h₂ будет увлекать за собой частицы глины. И

размеры глиняного образца уменьшаются.

Рg₂

Есть и другое объяснение причин возникновения усадочных деформаций при сушке – за счет осмотических сил.

Осмос – односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку, отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора меньшей концентрации. Это явление можно продемонстрировать следующим образом.

1

2

1 – глинистая частица; 2 – гидратная оболочка;

3 – капилляр.

Связанная вода, образующая вокруг глиняных частиц гидрат-

ные оболочки и вода, заполняющая капилляр, содержат катио-

3 ны, являющиеся продуктами диссоциации растворимых солей. В первую очередь из глины испаряется капиллярная вода, обладающая менее прочной связью с глинистыми частицами. По мере испарения воды из капилляра в ней начинает возрастать концентрация ионов. Это нарушает равновесие сил осмотического давления в капилляре и в оболочке связанной воды. Вследствие этого, вода из оболочки начинает перемещаться в капилляр, толщина оболочки уменьшается, а вместе с этим уменьшаются ее экранирующие действие на глинистую частицу, в результате чего силы межмолекулярного притяжения возрастает и частицы глины начинают сближаться.

Количественной мерой усадочных явлений при сушке считают величину относительной усадки

,

где l₀ – первоначальная длина образца, м; l₁ – длина образца после сушки, м.

На величину относительной усадки влияет:

– запесоченность глин, которая ее снижает. Монтмориллонитовые глины имеют максимальную усадку, а каолиновые минимальную.

– режим сушки: медленный повышает, жесткий понижает.

– начальная влажность образца: чем выше влажность, тем выше усадка.

Усадочные свойства глины характеризуются коэффициентом усадки, который можно рассматривать как физическую константу

l , где

l₀ β – коэффициент усадки; l_ку, W_ку – длина и влажность

образца в момент прекращения в нем усадочных явлений.

l_ку β характеризует интенсивность усадки на 1% удаленной

a влаги.

W0

Wку

2) Влагопроводность – способность материала передавать через свою толщу влагу, вследствие возникновения разности температур между температурой поверхности материала и температурой окружающей среды.

Процесс сушки включает 3 фазы влагопроводности:

– перемещение влаги внутри материала;

– парообразование;

– перемещение водяных паров с поверхности материала в окружающую среду.

Чтобы не образовывалось трещин процесс сушки нужно вести таким образом, чтобы скорость перемещения влаги от центра к поверхности была равна скорости с поверхности. Качественной мерой, характеризующей интенсивность перемещения влаги внутри материала является коэффициент диффузии, он должен быть равен а_m = (0,66…2,14)×10⁴ м²/ч.

3) Чувствительность глин к сушке.

Это свойство характеризуется показателем чувствительности глин к сушке. Этот показатель является характеристикой обратной понятию трещиностойкости.

, где

К_ч – коэффициент чувствительности к сушке; V_д – объемная усадка; V_пор – объем пор.

Глины по коэффициенту чувствительности к сушке делятся на

– малочувствительные К_ч < 1;

– среднечувствительные К_ч от 1 до 1,5;

– высокочувствительные К_ч > 1,5.

Термические свойства глин.

Свойства, которые проявляются в процессе нагрева глины при высоких температурах, называются термическими. Высокие температуры – это температуры при которых из глинистой породы образуется камнеподобный черепок.

Изменения, происходящие при нагревании, рассмотрим на примере каолинита – глинообразующем минерале.

980⁰С

 

520⁰С 1205⁰С

920⁰С

1240⁰С

130⁰С

 

 

590⁰С

При t = 130⁰С происходит испарение из каолинита адсорбционно-связанной воды.

При t = 520…590⁰С происходит отщепление и удаление химически связанной воды. Удаление химически связанной воды сопровождается не большой усадкой материала. В результате дегидратации каолинита образуется метакаолинит, имеющий скрытокристаллическое, почти аморфное строение.

При t = 550…830⁰С метакаолинит распадается на первичные окислы с образованием γ-глинозема и кремнезема.

t = 920…980⁰С – резкий экзотермический пик. В этом интервале γ-глино-зем переходит в a-глинозем и образуется новый минерал – муллит. Содержание муллита повышается с повышением температуры. Муллит придает наиболее ценные качества обожженному керамическому материалу: прочность, термостойкость и ударную вязкость.

При t = 1205…1240⁰С кристаллизация кристаллоболита из аморфного кремнезема, оставшегося от формирования муллита. В этом интервале температур отмечается интенсивная усадка.