Основные требования к сырьевым материалам газобетонов и выбор кварцевого песка в условиях Хорезмского региона

АННОТАЦИЯ

Приведены основные требования к сырью для газобетонов. На основе проведенных научных и практических исследований выявлены возможности производства автоклавных ячеистых газобетонов на основе хивинского кварцевого песка. Данный песок удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к кварцевому сырью по ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения». Результаты исследований позволили рекомендовать песок как основное сырье для строящегося завода газобетонов в Хорезмской области.

ABSTRACT

These are articles about the basic requirements for raw concrete and the choice of quartz sand in the conditions of the Khorezm region. On the basis of scientific and practical research, the possibilities of producing autoclaved cellular aerated concrete based on Khiva quartz sand have been revealed. This sand meets all the requirements for quartz raw materials in accordance with GOST 31359-2007 "Autoclaved cellular concrete". The revealed sand is recommended as the main raw material for the construction of aerated concrete plant in the Khorezm region.

Ключевые слова: кварцевый песок, силикатная промышленность, ячеистый бетон, стеновые материалы, гидротермальный синтез.

Keywords: quartz sand, silicate industry, aerated concrete, wall materials, hydrothermal synthesis.

В последние десятилетия силикатная промышленность переживает новый подъем производства за счет модернизации старых и ввода в эксплуатацию новых заводов по производству ячеистых бетонов автоклавного твердения. По приведенным данным М.В. Кафтаевой [5], за 12 лет выпуск ячеистых бетонов автоклавного твердения увеличился в 6,5 раза, а доля среди стеновых материалов, выпускаемых в России, выросла с 6 до 30 %. Только в 2012 г. производство газобетона выросло более чем на 20 %, превысив объем 7 млн м³. Введены новые мощности, увеличившие потенциал выпуска до 13 млн м³ в год [8]. Автоклавный ячеистый бетон известен давно [9]. Гидротермальный синтез, как и многие другие разработки, был изобретен выдающимся русским ученым К.Д. Хрущевым в середине XIX в. К.Д. Хрущев впервые осуществил гидротермальный синтез при высоких температурах водяного пара (до 350 °С) и очень высоких давлениях [9].

Автоклавный ячеистый бетон является уникальным высокотехнологичным строительным материалом, удачно сочетающим в себе свойства камня и дерева. Он нашел широкое применение во всех климатических зонах России как для малоэтажного, так и для высотного строительства. Промышленное производство автоклавного газобетона для жилищного строительства под названием Durox началось в 1924 г. в Швейцарии на фирме Skovde Gazobeton AB, который по лицензии был распространен в Дании, Франции, Голландии, Норвегии, Румынии и США. В 1947 г. Польша купила у Швеции технологию и частично оборудование фирмы «Сипорекс» и построила у себя несколько заводов автоклавного газобетона, организовала их производство и начала продажу таких заводов. Классическая технология производства автоклавного газобетона, получившая распространение в Европе в начале ХХ в., предусматривала вспучивание пластической смеси извести, цемента, песка и газообразователя без механических воздействий [2].

В качестве вяжущих материалов для приготовления ячеистых бетонов применяют [7; 10]:

– портландцемент по ГОСТ 31108 и ГОСТ 10178 без добавок трепела, глиежа, трассов, гелинита, опоки, пеплов, содержащий трехкальциевый алюминат (С₃А) не более 8 % по массе. Сроки схватывания: начало – не ранее 2 ч, конец – не позднее 4 ч;

– высокоосновную золу, содержащую СаО не менее 40 %, в том числе свободный СаО – не менее 16 %, SО₃ – не более 6 % и R₂О – не более 3,5 %;

– песок;

– известь негашеную кальциевую по ГОСТ 9179, быстро- и среднегасящуюся, имеющую скорость гашения 5–25 мин и содержащую активные СаО + МgО не менее 70 %, «пережога» – не более 2 %.

В качестве кремнеземистого компонента применяют:

– природные материалы – кварцевый песок, содержащий SiO₂ не менее 85 %, илистых и глинистых примесей – не более 3 %. Рекомендуемый предельный размер зерен песка – не более 3 мм с содержанием зерен 0–1 мм 60–80 %, монтмориллонитовых глинистых примесей – не более 1,5 %;

– вторичные продукты промышленности и энергетики;

– золу-уноса теплоэлектростанций, кислая зола-унос ТЭЦ с электрофильтров для сжигания углей должна иметь стекловидных и оплавленных частиц не менее 50 %: потери при прокаливании должны быть не более 3 % для золы бурых углей и не более 5 % для золы каменных углей. Удельная поверхность зол бурого угля должна быть не менее 4000 см²/г и не более 5000 см²/г – для каменноугольных. Зола должна выдерживать испытания на равномерность изменения объема;

– продукты обогащения различных руд, содержащие SiO₂ – не менее 60 %, железистых минералов – не более 20 %, сернистых соединений в пересчете на SO₃ – не более 2 %, пылевидных и глинистых частиц – не более 3 %, слюды – не более 0,5 %;

– продукты собственного производства («горбушки», обрезки).

Для получения поровой структуры ячеистого бетона применяют газо- и пенообразователи, обеспечивающие заданную среднюю плотность и требуемые физико-механические показатели ячеистого бетона. В качестве газообразователя рекомендуется применять алюминиевую пудру по ГОСТ 5494 или пасту на основе алюминиевой пудры. В качестве пенообразователей применяют синтетические и белковые пенообразователи. Для регулирования и улучшения свойств ячеистых бетонов применяют:

– добавки по ГОСТ 24211;

– доменные гранулированные шлаки по ГОСТ 3476;

– гипсовый камень по ГОСТ 4013.

Виды добавок и требования к ним, обеспечивающие качество ячеистых бетонов, должны быть приведены в технологической документации на приготовление ячеистых бетонов конкретных видов. Удельная эффективная активность естественных радионуклидов А_эфф в минеральных материалах, применяемых для приготовления ячеистого бетона, не должна превышать 370 Бк/кг в соответствии с ГОСТ 30108. Вода для приготовления ячеистого бетона должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732. Для приготовления ячеистого бетона можно применять воду, пригодную для приготовления обычного бетона. Минимальное содержание в мг/л: растворимых солей – 10000; ионов SO₄ – 2700; ионов Cl – 3500; взвешенных веществ – 300. Все компоненты выбираются в соответствии с требованиями ГОСТ 31359.

Портландцемент, используемый для производства газобетонных изделий, должен соответствовать требованиям ГОСТ 10178 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические требования» и ГОСТ 31108 «Цементы общестроительные. Технические условия».

Исследования в области подбора мелкого заполнителя для плотных силикатных бетонов проводили К.К. Куатбаев [6], изучавший барханные пески Казахстана, Б.Н. Виноградов [1], получивший данные о зависимости прочности силикатных бетонов от минералогического состава мелкого заполнителя. В условиях Узбекистана такие исследования не проводились.

Существует ряд нормативных документов, регламентирующих требования к характеристикам песков, пригодных для производства изделий из ячеистого автоклавного бетона. Так, согласно СН 277 «Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона» [11] при производстве ячеистобетонных изделий следует применять кварцевый песок, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 8736 «Песок для строительных работ. Технические условия» [4], с содержанием кварца не менее 85 %, слюды – не более 0,5 %, илистых и глинистых примесей (ИГП) – не более 3 % и не более 1 % глинистых примесей типа монтмориллонита. Допускается также применение полевошпатового песка с содержанием кварца не менее 60 %.

Европейские стандарты предъявляют несколько иные требования к сырьевым компонентам, по которым в качестве кремнеземистого компонента должен применяться кварцевый песок без гравия, глины в комках, солей и органических составляющих. Частиц с размером фракции менее 1,5 мм в нем должно быть не менее 80 %, максимальной фракции 2,0 мм не должно быть более 20 %. Илистых и глинистых примесей (ИГП) в песке допускается не более 3 %, органических примесей не должно быть более 0,3 %. Требования к химическому составу песка приведены в табл. 1

Таблица 1.

Основные требования к кварцевому песку для производства автоклавного ячеистого бетона

Исходя из выше приведенных нами в лабораторных условиях были проведены эксперименты, в ходе которых проверены кварц-полевошапатовые пески Янгиарыкского, Хивинского, Безерганского месторождений и речной песок Амударьи. Предварительно были проведены испытания на содержание в песках SiO₂, а также илистых и глинистых примесей.

Проверка показала, что пески Янгиарыкского, Безерганского месторождений и речной песок Амударьи не соответствуют требованиям нормативных документов, так как они отличаются высоким содержанием илистых и глинистых примесей. В связи с этим названные пески рекомендовано применять после соответствующей промывки. В таблице 2 приведен химический состав кварц-полевошпатовых песков вышеуказанных месторождений.

Таблица 2.

Химический состав кварц-полевошпатовых песков Хорезмской области

Как видно из таблицы, наиболее подходящим месторождением кварц-полевошпатовых песков для производства газосиликатных ячеистых блоков автоклавного твердения является Хивинское месторождение. Месторождение приурочено к северной краевой части пустыни Каракум и является западным продолжением Хивинского месторождения, разведанного в 1986 г. Полезное ископаемое – эоловые пески современного четвертичного возраста, образующие пластообразную залежь вскрытой мощностью (в зависимости от высоты барханов) от нескольких метров до 10,0–25,0 м. Пески светло-желтые, мелкозернистые, по составу кварцевые. Содержат 80,0–95,0 % кварца, до 5,0 % – полевых шпатов, слюды – 0,1–0,4 %, обломки пород – 5,0–10,0 %.

 Пески Хивинского месторождения по результатам предварительной проверки показали хорошие результаты (табл. 3) и были испытаны в производственных условиях.

Таблица 3.

Основные параметры кварцевого песка Хивинского месторождения

Сопоставление полученных данных с основными требованиями, приведенными в таблице 1, позволяет рекомендовать кварцевые пески Хивинского месторождения для производства автоклавных ячеистых газобетонов.

Таким образом, на основе проведенных научных и практических исследований выявлены возможности производства автоклавных ячеистых газобетонов на основе хивинского кварцевого песка. Данный песок удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к кварцевому сырью по ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения». Выявленный песок рекомендован как основное сырье для строящегося завода газобетонов в Хорезмской области.

Список литературы:

1. Виноградов Б.Н. Сырье для производства автоклавных силикатных бетонов. – М. : Стройиздат, 1966. – 278 с.
2. Вишневский А.А., Гринфельд Г.И., Куликова Н.О. Анализ рынка автоклавного газобетона России // Строительные материалы. – 2013. – № 7. – С. 40–44.
3. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия. – М. : Госстандарт, 2008. – 21 с.
4. ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия. – М. : Госстандарт, 1995. – 20 с.
5. Кафтаева М.В. Теоретическое обоснование основных переделов технологии производства ячеистых силикатных материалов автоклавного твердения : дис. … д-ра техн. наук. – Белгород, 2013. – 297 с.
6. Куатбаев К.К. Ячеистые бетоны на малокварцевом сырье / К.К. Куатбаев, П.А. Ройзман. – М. : Стройиздат, 1972. – 871 с.
7. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н. Технология силикатных стеновых ячеистых материалов автоклавного твердения. – Казань: Изд-во Казанск. гос. архитект.-строит. ун-та, 2016. – 120 с.
8. Левченко В.Н. НААГ: 5 лет поступательного развития. НПК «Современный автоклавный газобетон». – Краснодар, 2013. – С. 4–8.
9. Левченко В.Н. Производство автоклавного газобетона в России. История, современность, перспективы // Сб. тр. Научно-практ. конф. «Современное производство автоклавного газобетона» / В.Н. Левченко, Г.И. Гринфельд. – СПб., 2011. – С. 5–9.
10. Производство ячеистобетонных изделий. Теория и практика / Н.П. Сажнев, Н.Н. Сажнев, Н.Н. Сажнева, Н.М. Голубев. – Минск : Стринко, 2010. – 464 с.
11. СН 277-80. Инструкция по изготовлению ячеистого бетона. – Госстрой СССР, 1980.