Конструкционные и теплоизоляционные
пористые заполнители из местного сырья
и отходов
Г.М. Погребинский,
профессор кафедры дорожного
и строительного материаловедения
Сибирской автомобильно-дорожной академии,
кандидат технических наук,
заслуженный строитель РФ
Начиная с 60-х годов XX в. основным материалом для ограждающих конструкций сборных зданий и сооружений, в тот период в значительной мере вытеснивших монолитные, стали легкие бетоны на пористых заполнителях.Среди них доминировал керамзитовый гравий. По данным НИИ-Керамзита /1/, из общего объема искусственных пористых заполнителей в 1985 г. на керамзит в РСФСР приходилось 84,5%, а по Западной Сибири даже 90,5%.
В стране была создана индустрия пористых заполнителей. На территории СССР в 1985 г. (более поздних данных нет) действовало 587 технологических линий на 326 предприятиях. Отметим, что обжиг на них вели преимущественно в 40-метровых вращающихся печах. Таких печей было установлено 392, в том числе 6 в Омске – по две на трех заводах, выпускавших керамзит с насыпной плотностью 550-700 кг/м3.
В середине 90-х годов с появлением новых требований к энергоэффективности зданий даже легкий керамзит с насыпной плотностью 400 кг/м3 и изготовленный из него конструкционно-теплоизоляционный бетон утратили конкурентоспособность в сравнении с новыми эффективными теплоизоляционными материалами. Для выпуска все еще пользующегося спросом особо легкого керамзита (150-200 кг/м3) требуются глубокая глинопереработка и вспучивание в печах горячего псевдоожиженного слоя, для чего нужны весьма значительные инвестиции. В связи с их отсутствием началось свертывание керамзитовой промышленности, традиционно ориентированной на панели и блоки для КПД.
Иначе обстоит дело с конструкционным керамзитом. Достоинство конструкционных керамзитобетонов подтверждены рядом исследователей, которые обосновали их применение в промышленном, гражданском, мостовом и других видах строительства /2,3,4 и др./. Вспомним, что конструкционный керамзит применяют и в морском судостроении. Однако, повсеместная в прошлом нацеленность на панели КПД из конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона оттеснила на второй план совершенствование и применение конструкционных керамзитобетонов.
В настоящее время переориентация керамзитовых предприятий на выпуск высокопрочного керамзита является одним из наиболее реальных путей сохранения этой отрасли, ее основных фондов и кадрового потенциала, особенно в регионах, где нет или недостаточно природных заполнителей для бетонов различных видов, как на минеральных, так и на органических вяжущих.
Сказанное подтвердилось в Омске, где в 1999 г. на комбинате строительных конструкций при научно-технической помощи автора было начато производство высокопрочного конструкционного керамзита – заполнителя керамзитобетона класса В25 для железобетонных изделий, а также асфальтобетонов для оснований и нижнего слоя покрытий автомобильных дорог II и III технических категорий. Эта разновидность керамзитового гравия была названа дорзитом.
Исследования кафедры дорожного и строительного материаловедения, начатые в 1984 г., организация производства дорзита на ОКСК, строительство в 1999-2001 гг. свыше 10 км автомобильных дорог с применением дорзитоасфальтобетона подтвердили техническую целесообразность и экономическую обоснованность замены привозного дорогостоящего щебня дорзитом в регионах, не имеющих своего природного камня. Дорзит существенно дешевле привозных заполнителей, а дорзитоасфальтобетон, по исследованиям Ю.В.Соколова и Л.С.Губача, обладает повышенной низкотемпературной трещиностойкостью в сравнении с асфальтобетоном на природном щебне. Использование в асфальтобетоне пористого заполнителя – дорзита ведет к снижению его средней плотности до 1800-2000 кг/м3 и, следовательно, к существенному понижению коэффициента теплопроводности. Это означает, что дорзитоасфальтобетон в дорожной конструкции может совмещать функции конструкционного и теплоизоляционного слоев и, благодаря этому, улучшать водно-мерзлотный режим работы дороги, а также, что
особенно важно в суровом климате, снижать опасность морозного пучения. Из-за того, что зерна дорзита обладают определенной битумоемкостью, при которой закупориваются устья пор в корке, их водопоглощение становится совсем незначительным (менее 1%), а водостойкость дорзитоасфальтобетона существенно повышается.
Разработанные автором технические условия /5/ предусматривают использование основной фракции дорзита 5-15 мм марок ПД-50 и ПД-60 с прочностью при сдавливании в цилиндре соответственно 4,5-5,5 и 5,51-6,5 МПа. Насыпная плотность не нормируется, так как в зависимости от свойств глинистого сырья указанная прочность может быть достигнута в диапазоне насыпной плотности от 800 до 1200 кг/м3. Чем легче дорзит, тем выше производительность линии и ниже его себестоимость, однако можно использовать и слабовспучивающиеся суглинки с содержанием свободного кремнезема до 45%. Так, из тевризских суглинков (север Омской области) получен дорзит с насыпной плотностью 1100 кг/м3. В то же время при выпуске дорзита из чукреевской керамзитовой глины (г.Омск) получен дорзит с насыпной плотностью 830 кг/м3. Во втором случае производительность линии с 40-метровой вращающейся печью возросла до 7,1 м3/ч, или 55 тыс. м3/год.
В 1999 г. Омскавтодор применил дорзит марки ПД-50 производства ОКСК в асфальтобетонах на дорогах Омск – Новосибирск и Омск – Русская Поляна в основаниях и нижнем слое покрытий, использовав в качестве заполнителей для верхнего слоя асфальтобетона речной песок и мелкий гранитный щебень. После окончания модернизации технологической линии на ОКСК начнется выпуск марки ПД-60 и дорзит можно будет применять и в верхнем слое покрытия дорог II и III технических категорий.
Сфера применения дорзитоасфальтобетона будет расширяться по мере накопления знаний о нем, но уже ясно, что особо жестким станет требование к однородности дорзита по прочности, которая зависит от структуры пор, толщины корки, дефектности поверхности и степени окатанности зерен. Эти свойства, в свою очередь, зависят от однородности сырья, степени разрушения его природной структуры в ходе массоподготовки, выбора и равномерности распределения добавок, плотности, размера и трещиноватости сырцовых гранул, но, главным образом, от режимов термообработки при сушке, обжиге и охлаждении.
Режим обжига сырцовых гранул при производстве дорзита предусматривает опережающее газовыделение, чтобы к моменту перехода глиняной массы в пиропластическое состояние газы, вспучивающие размягчающиеся гранулы, в значительной мере из них выделились. Режим охлаждения в интервале температур 650-450 °С должен быть возможно более мягким, чтобы гранулы прошли тепловой уровень рекристаллизации кварца без образования дефектов.
Почасовой контроль на всех этапах технологического процесса, регулярное информирование персонала об итогах статистического анализа результатов работы смен /6/, издание "Положения о материальном стимулировании за качество продукции и стабильность производственного процесса", постоянный контакт разработчиков с мастерами и рабочими основных профессий позволили реализовать заданные режимы и параметры производства. В ходе дальнейшей модернизации будут реконструированы и частично заменены некоторые агрегаты и узлы технологического оборудования, усовершенствована схема КИП и автоматики.
Опробованы разные технологии укладки дорзитоасфальтобетонных смесей и найден оптимальный вариант. Испытания горячих асфальтобетонных смесей, уложенных в нижний слой покрытия, выполненные центральной лабораторией Омскавтодора, подобравшей их состав по рекомендациям и методике проф. Ю.В.Соколова, показали, что по прочности при сжатии, по водостойкости, водопоглощению и набуханию после водопоглощения они соответствуют действующим нормам. Опытом укладки дорзитоасфальтобетона в 1999-2001 гг. подтверждена пригодность дорзита марки ПД-50 для нижнего слоя покрытий и оснований автомобильных дорог II-IV технических категорий.
Фактический вывод легкого керамзита и бетона на нем из баланса стеновых материалов создал дефицит теплоизоляционных материалов на строительном рынке России, который стал восполняться дорогостоящей импортной продукцией. Возникла потребность в замещении легкого керамзита другими местными теплоизоляционными материалами.
Одним из таких материалов в нашем регионе является гранулированное пеностекло (ГПС), обладающее всеми достоинствами особо легкого керамзита, но более высоким сопротивлением теплопередаче. Выпуск ГПС с насыпной плотностью 180-200 кг/м3 при содействии кафедры освоен на Лузинском КСМ ОАО "Омский бекон" /7/, защищен патентом /8/ и свидетельством Роспатента на полезную модель.
ГПС представляет собой зернистый материал из белых пористых шариков правильной формы, которые изготавливают из стеклобоя с добавками путем вспенивания при обжиге.
Техническая характеристика ГПС
Насыпная плотность ГПС до 200 кг/м3
Средняя плотность гранул 345 кг/м3
Пористость гранул 86%
Межзерновая пустотность
ГПС 42%
Теплопроводность в насыпи
при 20 °С 0,060-0,068 Вт/м·°С
Водопоглощение по объему 1,7-4,0%
Предел прочности при сжатии
в цилиндре 0,5-1,1 МПа
Диаметр гранул 5-30 мм
Коэффициент формы гранул 1,10-1,28
Морозостойкость по потере массы 15 циклов
|
Основным сырьем для производства ГПС служит тонкомолотый бой строительного, тарного (для пищевых продуктов и напитков)
и экологически безопасного технического стекла, а газообразователем – природные карбонаты.
При производительности цеха 7 тыс. м3 в год требуется 1,56 тыс. т стеклобоя, сбор которого на предприятиях, стройках, в магазинах и на базах поощряется экологическими службами, поскольку стекло является загрязнителем почвы, не устраняющимся естественным путем.
Линия производства ГПС с общей численностью персонала 14 чел. работает в три смены и размещается в цехе размером 12 х 84 м. Аппаратурное оформление процесса выполнено в основном на базе серийно выпускаемого технологического и транспортного оборудования с незначительной его реконструкцией.
ГПС как экологически чистый морозостойкий негигроскопичный негорючий биологически стойкий неограниченно долговечный материал пользуется высоким спросом на строительном рынке и успешно применяется для утепления полов, покрытий, при колодцевой кладке стен и во всех случаях, когда нужна засыпная теплоизоляция. Так построено уже несколько многоэтажных домов силами ОАО "Трест-5". Ведутся разработки по изготовлению на основе ГПС плит, блоков, скорлуп и т.п. на различных связках.
В проекты монолитных жилых домов, намеченных к строительству в Омске и Омской области, ТПИ "Омскгражданпроект" закладывает применение конструкционных дорзитобетонов, а в ограждающих конструкциях – гранулированного пеностекла и изделий из него.
Накопленный в Омске многолетний научно-производственный опыт, устойчивый выпуск дорзита и гранулированного пеностекла со стабильны ми свойствами на действующих предприятиях делает возможным предлагать помощь другим регионам России и, в первую очередь Западной Сибири, в налаживании подобных производств там, где есть потребность в этих эффективных материалах. Омск приглашает к сотрудничеству.
Литература
1. Экономическая информация о работе промышленности пористых заполнителей СССР за 1981-85 гг. – Куйбышев: Изд-во НИИКерамзита, 1987.
2. Довжик В.Г., Дорф В.А., Петров В.П. Технология высокопрочного керамзитобетона. – М.: 1976.
3. Деллос К.П. Керамзитобетон в мостостроении. – М.: Транспорт, 1976.
4. Tolmaschew, Pogrebinskij. Die Verwendung von Keramsitbeton in Brucken und Gebauden // 4 Internationale Baustoff– und Silikattagung. – Weimar: 1970.
5. ТУ 5712-001-23724858-99. Гравий керамзитовый конструкционный для дорожного строительства (дорзит).
6. Зайцев В.В., Погребинский Г.М., Фетислямов З.А. Комплексная система управления качеством керамзитового гравия // Сб. трудов ВНИИСТРОМа. – М: 1979.
7. Погребинский Г.М., Искоренко Г.И., Канев В.П. Опытное производство гранулированного пеностекла из стеклобоя // Местные строительные материалы. – Омск: ОмПИ, 1985.
8. Патент РФ на изобретение № 2162825. Способ изготовления гранулированного пеностекла из стеклобоя / Г.И. Искоренко, В.П. Канев, Г.М.Погребинский. -2001.
|
