Технология производства строительных материалов с использованием АВС представляет огромный интерес в получении нано-модифицированного бетона, цемента с высокой тониной помола, сверхпрочного силикатного кирпича и пр.
Аппарат Вихревого Слоя или АВС-100 прошел промышленные испытания на предприятиях на различных технологических процессах. Так, как показывает практика, АВС эффективно заменяет такие устройства как шаровые, вибрационные, молотковые мельницы, различные измельчители и диспергаторы. АВС используется в качестве реакторов, смесителей и прочего оборудования.
Применение в керамзитовой промышленности
В процессе производства керамзита глинистое сырье подвергается гомогенизации и измельчению в глиномешалках, вальцах, бегунах. Однако это оборудование не обеспечивает качественного измельчения, в результате чего прочность керамзитового гравия низка. Недостаточные измельчения и гомогенизация сырья приводят к тому, что даже 3% карбонатных включений в хорошо вспучивающихся легкоплавких глинах делает их непригодными: полученный из них керамзит теряет прочность или разрушается при хранении вследствие гидратации CaO. Мы предлагаем решение этой проблемы — Аппарат Вихревого Слоя.
Сильно запесоченные глины с содержанием свободного SiO2 до 10-30% также малопригодны для изготовления керамзита. Все эти проблемы в значительной степени могут быть решены в случае обработки сырья в вихревом слое. Измельчение и гомогенизация в АВС шихт для получения керамзита общестроительного и специального назначения дали значительный эффект снижения объемной массы и повышения прочности (табл)
Таблица 1
Результаты измельчения и гомогенизации в АВС шихт для получения керамзита
|
№ опыта |
Характеристика сырья и продолжительность обработки в АВС |
Механические свойства керамзита |
|||||
|
При обработке шихты |
При смешении шихты |
||||||
| Объемная масса, γ, г/см3 | Предел прочности при скалывании σс*10-5, Па | Коэффициент конструктивного качества | Объемная масса, γ, г/см3 | Предел прочности при скалывании τс*10-5, Па | Коэффициент конструктивного качества | ||
| 1 | Смышляевская глина с 26% свободного SiO2 (обработка шликера 30 с) | 0,24 | 2,25 | 10,3 | 0,38 | 1,60 | 5,1 |
| 2 | Тоже с 41% свободного SiO2 (обработка шликера 30 с) | 0,34 | 2,45 | 7,8 | 0,84 | 3,24 | 4,1 |
| 3 | Часовъярский монотермит (сухая обработка 7 мин) | 0,85 | 29,4 | 36 | 1,6 | 9,81 | 6,5 |
| 4 | Глина Образцово-Печорского месторождения 50%, зола угольная 50% (сухая обработка 7 мин) | 0,57 | 10,7 | 18 | 0,58 | 1,32 | 8,4 |
| 5 | То же при опудривании полуфабриката каолином (сухая обработка 7 мин) | 0,74 | 27,9 | 32,0 | |||
Так, шликерная обработка смышляевской глины с содержанием свободной двуокиси кремния до 40% привела к уменьшению объемной массы керамзита почти в два раза при одновременном увеличении прочности (коэффициент конструктивного качества почти в два раза выше у керамзита, изготовленного из обработанной а АВС шихты). Причиной резкого улучшения свойств керамзита, очевидно, является активация кварцевого песка, вызванная образованием активных центров – свободных радикалов, возникающих в результате разрыва силоксановой связи Si—O аналогично тому, как это происходит при диспергировании SiO2 в дезинтеграторах при большой частоте вращения ротора.
Активация SiO2 приводит к тому, что двуокись кремния активно участвует в силикато- и стеклообразовании. После обжига керамзита в гранулах отсутствуют крупные частицы SiO2, являющиеся концентраторами напряжений. Наличие SiO2 в составе стекла повышает прочность и термостойкость. Хорошие результаты дает сухая обработка сырья в вихревом слое. Например, из часовъярского монотермита получен легковесный огнеупорный заполнитель с объемной массой, в два раза меньшей, и прочностью, в три раза большей, чем у контрольных образцов (опыт 3, табл. 1). Положительный эффект достигнут при сухой обработке в вихревом слое многокомпонентных шихт, включающихдо 50% золы ТЭС (опыты 4 и 5).
Приведенные примеры показывают, что применение АВС весьма перспективно для получения качественного керамзита из запесоченного из закарбонизированного сырья, для получения керамзита с повышенной прочностью и термостойкостью, высококачественных заполнителей из шихт, включающих до 50% отходов, например угольной золы.
Производство ячеистых бетонов
Ячеистый бетон получают в результате затвердевания предварительно вспученной при помощи газообразователя смеси вяжущего, воды и кремнеземистого компонента. В качестве газообразователя наиболее часто применяется алюминиевая пудра, которая, реагируя с водным раствором гидроокиси кальция, выделяет водород.
Известно, что с уменьшением размера пор и увеличением однородности пористости качество ячеистого бетона повышается. Для достижения этого необходимо равномерное распределение алюминиевой пудры в массе и увеличение степени дисперсности. Кроме этого, структура ячеистого бетона определяется таким технологическим фактором, как содержание в смеси активного CaO.
Обычно подготовка газообразователя сводится к частичному удалению парафиновой пленки с поверхности частиц алюминия путем перемешивания ее с водой и поверхностно-активными веществами и последующему введению суспензии в смесь. Из-за низкой эффективности перемешивающих устройств парафиновая пленка практически не удаляется. Кроме того, имеет место коагуляция частиц алюминия, приводящая в дальнейшем к местной концентрации газовыделения в изделиях, появлению раковин и трещин. Из-за недостаточности газовыделения в случае производства газосиликата в смесь приходится вводить до 25% извести. Необходимость дополнительного введения извести диктуется также требованием к моменту окончания газовыделения получить за счет гидратационного схватывания прочность бетона, достаточную для удержания его во вспученном состоянии. Применение АВС для подготовки суспензии алюминиевой пудры в производстве газосиликата позволило полностью избежать коагуляции частиц алюминия, повысить их активность, выход газа и гомогенность смеси. Некоторые сравнительные данные по физико-химическим свойствам газосиликата, полученного с использованием алюминиевой суспензии, приготовленной разными способами, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Физико-механические свойства газосиликата, полученного с использованием алюминиевой суспензии, приготовленной разными способами
| № опыта | Условия приготовления суспензии |
Производительность аппарата АВС-100, л/ч |
Механические свойства газосиликата |
|||||
|
При обработке суспензии алюминиевой пудры в АВС |
При подготовке суспензии алюминиевой пудры в аппарате с мешалкой |
|||||||
|
Объемная масса, γ, г/см3 |
Предел прочности при скалывании σс*10-5, Па | Коэффициент конструктивного качества | Объемная масса, γ, г/см3 | Предел прочности при скалывании τс*10-5, Па |
Коэффициент конструктивного качества |
|||
| 1 | Алюминиевая пудра — 100% по отношению к расчетному количеству |
120 |
385
377 414 |
18,7
10,3 11,8 |
2,56
1,47 1,41 |
396
419 438 |
15,2
79,5 10,8 |
2,03 0,92 1,14
|
| 2 | То же – 90% по отношению к расчетному количеству |
950 |
386
427 375 |
14,5
15,2 12,3 |
1,85
1,70 1,80 |
437
— — |
14,1
— — |
1,51 — — |
Из таблицы следует, что при использовании алюминиевой суспензии, обработанной в АВС, получен газосиликат, прочность которого на 10-30%, а коэффициент качества 20-60% больше, чем у контрольного (табл. 2, опыт 1).
Применение АВС дало возможность на 10% сократить расход газообразователя и на 2% извести, причем утяжеления газосиликата не произошло. Наоборот, объемная масса его уменьшилась, а прочность возросла. Очевидно, что качество газобетонов может быть также повышено за счет обработки в вихревом слое известково-песчаной или цементно-песчаной смеси с целью активации SiO2 аналогично тому, как это происходит при производстве керамзита.
Производство силикатного кирпича
Сырьем для производства силикатного кирпича служит кварцевый песок (92-95% сухой смеси) и известь (5-8%). Прочностные характеристики кирпича находятся в прямой зависимости от степени активации SiO2 и равномерности смешения компонентов. В связи с этим большой практический интерес представляет применение АВС для обработки сухой смеси с целью смешения и активации компонентов. В связи с этим были проведены опыты по активации известково-песчаной смеси путем просыпания ее через вихревой слой аппарата АВС-100. Интересно отметить, что при такой кратковременной обработке смеси (частички смеси в зоне вихревого слоя находились на протяжении долей секунды) измельчения песка и извести практически не наблюдается. О степени активации можно судить по изменению механических свойств полученного из этой смеси силикатного кирпича.
|
Условия обработки смеси в АВС |
Предел прочности при сжатии |
|
Без обработки |
91,2 |
| Однократное просыпание через слой |
239,5 |
|
Двукратное |
324,5 |
| Трехкратное |
328,1 |
Как видно из приведенных данных, кратковременной активацией смеси прочность силикатного кирпича может быть увеличена более чем в 3,5 раза.
Очевидно, что аналогичная обработка извесково-песчаных, известково-зольных и известково-кремнеземистых смесей приводит к столь же заметному увеличению механических свойств силикатных бетонов, широко применяемых в сборном строительстве.
