Способ получения конструкционного керамзитового гравия

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства конструкционного керамзитового гравия повышенной прочности и облегченных конструкционных бетонов на его основе. Способ получения керамзитового гравия заключается в том, что подсушенные сырцовые гранулы подают во вращающуюся печь, подвергают гранулы в последовательно расположенных зонах печи сушке и обжигу при перемещении гранул от одного конца печи к другому и при росте температуры вдоль печи, и затем керамзитовые гранулы охлаждают, причем в первой зоне печи осуществляют сушку гранул при росте температуры до 450-500°C, во второй зоне осуществляют подготовительный обжиг при росте температуры от 500 до 1000°C и при скорости роста температуры большей, чем при сушке гранул, а в третьей зоне печи осуществляют окончательный обжиг при 1050-1100°C. Способ развит в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат – получение конструкционного керамзитового гравия с твердой микропористой оболочкой и плотным ядром, обладающего высокой механической прочностью при плотности в интервале 600-800 кг/м³. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства конструкционного керамзитового гравия повышенной прочности и облегченных конструкционных бетонов на его основе.

Известным и наиболее распространенным способом получения традиционного керамзитового гравия с удельной плотностью 200-500 кг/м³ является способ, первой стадией которого является пластическая обработка, которая состоит в замешивании на специальных глиномешалках сырьевой глины, формовании из нее сырцовых гранул, которые подвергаются дальнейшей обработке, придающей им сферическую форму. Может быть использовано опудривание сырцовых гранул огнеупорными порошками. Затем гранулы подсушивают в сушильном барабане.

Подсушенные гранулы направляют в печь, выполненную в виде вращающегося барабана с определенным углом наклона, где сначала происходит досушка гранул при постепенном нагреве до 200…600°C, затем при обжиге примерно при 1200°C происходит вспучивание глины и оплавление поверхностного слоя сформованной гранулы. В результате последующего охлаждения образуются легкие керамзитовые гранулы с высокой степенью объемной пористости (С.М. Ицкович, Л.Д. Чумаков, Ю.М. Баженов. ТЕХНОЛОГИЯ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ БЕТОНА. М.: «Высшая школа», 1991, глава 8, «Технология производства керамзита». http://bibliotekar.ru/spravochnik-98-beton/72.htm).

Несмотря на широкое применение легких керамзитов, их механические характеристики являются невысокими (прочность на сжатие в цилиндре не превышает 1,5 МПа). Поэтому весьма актуальной проблемой является их упрочнение.

Решение этой технической проблемы позволит расширить области применения керамзитового гравия в строительстве различных сооружений и дорог, требующих, наряду с другими полезными свойствами, повышенных прочностных характеристик.

Техническим результатом настоящего изобретения, позволяющим решить указанную проблему, является получение конструкционных керамзитовых гранул (керамзитового гравия) с твердой микропористой оболочкой и плотным ядром, обладающих высокой механической прочностью при плотности в интервале 600-800 кг/м³.

Технический результат достигается способом получения керамзитового гравия, заключающимся в том, что подсушенные сырцовые гранулы подают во вращающуюся печь, подвергают гранулы в последовательно расположенных зонах печи сушке и обжигу при перемещении гранул от одного конца печи к другому и при росте температуры вдоль печи и затем керамзитовые гранулы охлаждают, причем в первой зоне печи осуществляют сушку гранул при росте температуры до 450-500°C, затем во второй зоне осуществляют подготовительный обжиг при росте температуры от 500 до 1000°C и при скорости роста температуры большей, чем при сушке гранул, и в третьей зоне печи осуществляют окончательный обжиг при 1050-1100°C.

Кроме того, перед сушкой гранул их опудривают модифицированным цеолитом.

Кроме того, после окончательного обжига осуществляют интенсивное охлаждение керамзитовых гранул до 60°C потоком холодного воздуха при одновременном отборе горячего воздуха дополнительным дымососом

Формирование сложной морфологической структуры керамзитовой гранулы происходит вследствие того, что ее твердое углистое ядро препятствует процессам газообразования, предотвращая, таким образом, процесс активного вспучивания в центре гранулы.

В результате осуществления предложенного способа происходит формирование сферических гранул керамзитового гравия, имеющих твердое, механически прочное ядро и микропористую оболочку, что существенно отличает их морфологию от гранул, получаемых известными методами.

Способ получения конструкционного керамзитового гравия осуществляется следующим образом.

Получение сырцовых гранул осуществляется по известной технологии. Глинистое сырье с разрабатываемого карьера поступает на территорию участка автотранспортом и разгружается в глинозапаснике, где с помощью бульдозера подается в глинорыхлитель, где происходит первичное измельчение. Далее сырье дозируется в соответствии с параметрами технологического регламента и через ящичный подаватель и по ленточному транспортеру подается на камневыделительные вальцы, где происходит измельчение глины до необходимых размеров и удаление каменистых включений. Затем по ленточному конвейеру измельченная глина поступает в смеситель двухвальный лопастной, где дополнительно измельчается и увлажняется водой до формующей влажности. Также в смеситель подаются добавки к основному материалу, когда требуется корректировка минералогического и химического состава, через дозатор добавок. После смесителя подготовленный материал поступает на формующие вальцы, где происходит его гранулирование. Затем по ленточному конвейеру материал поступает в сушильный барабан, где происходит сушка гранул до требуемой влажности. Температура в сушильном барабане устанавливается согласно кривой обжига во вращающейся печи 450°C на входе в сушильный барабан и 150°C на выходе из сушильного барабана. Материал после процесса сушки имеет влажность 8-12%. Гранулы из сушильного барабана по ленточному транспортеру поступают в бункер технологического запаса гранул, предварительно пройдя процесс опудривания цеолитом модифицированным. Цеолит - это природный материал, водный алюмосиликат, извержено-осадочная порода, имеющая жесткий каркас. Цеолит проходит две стадии модификации - механическую активацию и термическую активацию. Опудривание осуществляется через бункер с дозатором.

Опудренные гранулы из бункера запаса через дозирующее устройство - тарельчатый питатель поступают в печь вращающуюся, где происходит технологический обжиг. Обжиг осуществляется во вращающейся печи, представляющей собой цилиндрический металлический барабан диаметром 2,5 м и длиной до 40 м, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Печь устанавливается с уклоном 3% и вращается вокруг своей оси. Благодаря этому сырцовые гранулы, подаваемые в верхний конец печи, при ее вращении постепенно передвигаются к другому концу печи, где установлена специальная горелка с регулируемыми параметрами: длина факела, мощность подаваемого воздушного потока на горение, отбор горячего воздуха - все это достигается регулировкой воздушных потоков подаваемого и отбираемого воздуха и работой дутьевых вентиляторов, и дымососом. При помощи дымососа печь разделяется на технологические зоны: зона сушки, зона подготовки-размягчения гранул, зона взвара-обжига и зона предварительного охлаждения. Регулировка кривой обжига и изменение длины технологических зон производится за счет работы дымососа и горелки. Вращающаяся печь работает по принципу противотока: сырцовые гранулы перемещаются навстречу потоку горячих газов. Среднее время пребывания гранул в печи 50-70 мин.

Обжиг проводят по заданной температурной кривой. Подсушенные сырцовые гранулы входят в печь при температуре в печи 350-450°C, проходят четыре зоны печи. Первая зона - зона сушки гранул, температура гранул в данной зоне постепенно поднимается до 450-500°C. Далее проходят вторую зону - зону подготовки, при резком росте температуры от 500 до 1000°C. Это основная зона, в которой происходит образование активной оболочки и формирование внутри гранулы углистого ядра - эффект черного яблока, что придает прочность керамзитовой грануле. Этот процесс должен протекать в скоростном режиме, на поверхности гранулы Fe₂O₃ преобладает над FeO, а в середине, наоборот, это способствует образованию пористой структуры на поверхности. При температуре 950°C начинается усадка глины, и доступ кислорода к центру гранулы затрудняется, в центре остается невыгоревший углерод (углистый остаток). Зона подготовки технологическими приемами сокращается, а зона взвара увеличивается. Образование черного яблока препятствует процессам газообразования и предотвращает процесс вспучивания. Сердцевина уплотнена, а наружная оболочка при этом остается пористой. Толщина наружной оболочки составляет 225-250 мкм. Весь процесс происходит в окислительной среде, которая создается путем подачи избыточного количества воздуха. Железистые примеси присутствуют в глинах в виде окисных соединений. При температуре 950°C окисные соединения интенсивно восстанавливаются в закисные, способствуя уплотнению. Внутри гранул в этом случае остается черная сердцевина, которая свидетельствует о восстановлении железистых окислов до металлического состояния. Все эти процессы протекают в зоне подготовки. При классическом способе получения керамзита зону подготовки не сокращают, а удлиняют.

Далее в третьей зоне - зоне взвара происходит обжиг при температуре 1050-1100°C, при которой происходит вспучивание наружной оболочки гранул.

Далее в четвертой зоне печи идет процесс интенсивного охлаждения - снижение температуры с 1100 до 800°C.

Затем керамзит поступает в холодильник слоевой, где происходит охлаждение материала до 60°C с определенной скоростью. Охлаждение происходит за счет подачи холодного воздушного потока при помощи дутьевого вентилятора и дополнительно установленного дымососа, осуществляющего отбор горячего отработанного воздуха. Затем по ленточному транспортеру обожженный и охлажденный материал по ковшовому элеватору поступает на участок разделения на фракции. Далее через гравиесортировку распределяется по фракциям в силосные банки емкость 300 м³ каждая. Затем через дозирующие устройства высокопрочный керамический пористый заполнитель с активной оболочкой загружается в автотранспорт или в тару (биг-бэги). Весь технологический процесс управляется АСУ.

По сравнению с известным предложенный способ характеризуется более длинным периодом сушки до более низкой температуры, после чего резко повышается скорость нагрева гранул и проходит подготовительный обжиг. Длина зоны подготовки и время подготовки гранул сокращается, процесс подготовки происходит при более резком подъеме температуры, а температура основного обжига и его время сокращено по сравнению с известным способом. Это обеспечивает формирование гранул с плотной сердцевиной.

Особенность предложенного способа состоит в изменении классического режима обжига керамзита, что приводит к снижению расхода газа и увеличению производительности. Данную технологию можно применять на глинах, имеющих в своем составе много органики, с ранними сроками наступления жидкой фазы и с низким температурным интервалом вспучивания, так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают ту температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см³. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул.

Состав глинистого сырья, его влажность на входе в печь обжига, опудривание цеолитом модифицированным, изменение режимов обжига, перестройка зон печи, создание эффекта черного яблока внутри каждой гранулы по аналогии с керамическим кирпичом, поддержание окислительной среды в зоне подготовки, установка дополнительного оборудования - дымососа, производящего отбор горячего влажного отработанного воздуха из слоевого холодильника, применение горелочного устройства с регулируемыми параметрами - все это дает возможность получить керамический заполнитель с активной оболочкой. В стандартной классической технологии эти приемы отсутствуют.

Полученные керамзитовые гранулы имеют сферическую или овальную форму, диаметр в поперечнике составляет 10-20 мм с пористой оболочкой толщиной 250-290 мкм.

Получаемый керамзитовый гравий имеет плотность 600-800 кг/м³ и характеризуется прочностью, на 50-70% превосходящую прочность традиционного керамзитового гравия.

Полученный конструкционный керамзитовый гравий наряду с высокой прочностью обладает рядом конкурентных эксплуатационных характеристик, таких как низкое водопоглощение (5-10%), высокая тепло- и звукоизолирующая способность, водо- и морозостойкость, а также негорючесть.

Показано, что конструкционный керамзитобетон, в котором в качестве заполнителя использован полученный предложенным способом гравий, класса по прочности В25-В50, обладает повышенной по сравнению с тяжелыми бетонами на щебне высокими показателями ударной вязкости, морозостойкостью, трещино- и сейсмостойкостью, способностью выдерживать большие изгибные нагрузки, хорошими показателями по истираемости. Эти конкурентные характеристики обусловлены близкими значениями коэффициентов термического расширения керамзита и бетонной матрицы, хорошей межфазной адгезией (из-за близкого химического сродства компонентов смеси). В результате достигается повышенная эксплуатационная надежность и долговечность бетонных конструкций.

Помимо вышеуказанных преимуществ, применение конструкционного керамзитового гравия (взамен гранитного щебня) в бетонных конструкциях позволяет значительно снизить их вес, расход закладной арматуры и, тем самым, уменьшить нагрузки на фундамент и другие несущие конструкции.

Разработка и включение в линию инновационных видов современного оборудования, приспособлений и специальных нестандартных устройств, а также изменения стандартного технологического процесса обжига и охлаждения позволяет добиться получения видоизмененного керамзитового гравия, обладающего другими физико-механическими свойствами.

1. Способ получения керамзитового гравия, заключающийся в том, что подсушенные сырцовые гранулы подают во вращающуюся печь, подвергают гранулы в последовательно расположенных зонах печи сушке и обжигу при перемещении гранул от одного конца печи к другому и при росте температуры вдоль печи и затем керамзитовые гранулы охлаждают, отличающийся тем, что в первой зоне печи осуществляют сушку гранул при росте температуры до 450-500°C, затем во второй зоне осуществляют подготовительный обжиг при росте температуры от 500 до 1000°C и при скорости роста температуры большей, чем при сушке гранул, и в третьей зоне печи осуществляют окончательный обжиг при 1050-1100°C.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед сушкой гранул их опудривают модифицированным цеолитом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончательного обжига осуществляют интенсивное охлаждение керамзитовых гранул до 60°C потоком холодного воздуха при одновременном отборе горячего воздуха.