VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В связи с удорожанием энергоносителей возникает острая необходимость сохранять выработанное тепло в зданиях и сооружениях. А в регионах с жарким климатом снизить затраты на кондиционирование и вентилирования. Для реализаций этих государственно важных задач необходимы новые недорогие теплоизоляционные материалы с использованием местных природных и техногенных сырьевых ресурсов.

Одним из ведущих мест при строительстве энергоэффективных зданий и сооружений здесь принадлежит керамзиту, который в свою очередь, могут успешно развиваться только при наличии достаточно развитой и совершенной сырьевой базой для налаживания его производства [1-3].

В мировой практике имеется множество исследований по созданию технологий производства керамзита на основе хорошо, средне и слабовспучивающихся глин и суглинков [3]. Основным критерием пригодности глинистого сырья – способность вспучиваться при термической обработке в пределах 1050-1250 ^оС и образовать при этом материал, имеющий ячеистое строение с плотностью в куске в пределах 200-1350 кг/м³.

При этом проблему получения эффективного керамзита на основе слабовспучивающихся глин решают добавлением выгорающих добавок в виде солярового масла, угля, зол ТЭЦ и т.п. [3].

Целью нашего исследования является разработка гранулированного микропористого спеченного материала, по керамической технологии с использованием эффективной выгорающей добавки.

Из разнообразия природных и техногенных сырьевых ресурсов Казахстана наибольший интерес для создания легких пористых материалов по керамической технологии представляют кремнистые породы опоки и нефтешламы.

Изучение физико-химических свойств углеводородной части нефтешламов показало её близость к тяжёлым нефтяным фракциям, что позволило вовлекать их в состав котельных топлив, как с предварительной переработкой, так и без неё.

Анализ исследований проведенных по утилизации нефтяных шламов подтверждает объективную необходимость проведения дополнительных комплексных исследований по использованию их в технологии производства строительных материалов. Одним из перспективных направлений на наш взгляд является использования их в качестве выгорающей добавки в силу того, что они относиться к категории легковоспламеняющихся и горючих материалов.

В качестве объектов исследований выбрали кремнистую породу – опоку Западно-Казахстанского месторождения и донный нефтешлам с резервуаров ТОО «Жайкмунай».

Химический состав опоки, %: Si0₂ - 64,52-87,02 (76,88); А1₂0₃ - 8-10,58 (9,45); Fe₂0₃ - 3,5-3,84(3,69); СаО - 0,32-4,73 (1,87); MgO - до 2,79 (1,4); S0₃ - до 1,95 (0,2); п.п.п. - 2,06-10,16 (5,34).

Физико-механические свойства опоки: объемная масса - 1,49-1,59 (1,54) г/см³; влажность естественная - 14,3-23,83 (17,88) %; активность - 17,81-44,5 (37,1) %.

Минеральный состав опоки, %: глинисто-опаловый материал - 78, кварц - 10, глауконит - 5, гидроокислы железа - 2-3, слюда - 2, полевые шпаты, циркон, турмалин -1.

Для проведения экспериментальных работ пробу опоки подвергали дроблению в лабораторной дробилке МШЛ 100х250 до образования фракций 5 – 20 мм, затем подвергали помолу в лабораторной шаровой мельнице МШЛ – 1П до удельной поверхности 1500 – 2000 см²/г.

Пробу нефтешлама полученную в результате зачистки резервуаров предварительно подвергали усреднению путем механического перемешивания. После усреднения нефтешлам имел следующие характеристики: вязкость условная при 80 ^о С - 2,11; плотность при 20 ^о С, - 960 кг/ м³; содержание нефтепродуктов 34,5 – 37.6 % мас., воды- 28-35,4 % мас., механических примесей 4,3- 4,6 % мас. В нефтешламе, как и в тяжелых остатках, присутствовало природные эмульгаторы - смолы, асфальтены, высокоплавкие парафины.

Для проведения экспериментальных работ нефтешлам из высоковязкого состояния переведена в капиллярно-пористое коллоидное состояние путем совместного перемешивания тонкомолотой опокой в соотношений опока -нефтешлам 3:1. Данная технологическая операция переводит нефтешлам в сыпучий конгломерат с влажностью 12-15% и обеспечивает удобную позицию для последующих технологических операций как дозирование и равномерность распределения при перемешивании с основной массой.

Из подготовленных компонентов составлялась сырьевая композиция путем взвешивания и дозирования. Из исследуемых составов приготовлялась керамическая масса с формовочной влажностью 20 - 22 %. Затем изготовляли гранулы с фракциями 10 – 20 мм и обжигались без предварительной сушки в электрической печи СНОЛ 80/12 по специально разработанному режиму. Термообработанные гранулы подвергались испытанию по определению физико-механических свойств. Результаты экспериментальных исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-механические свойства исследуемых образцов

№ составов	Коэффициент чувствительности к сушке по экспресс – методу Чижского, сек	Температура обжига, 0С	Насыпная плотность кг/м3	Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа	Тепловодность Вт/м.К	Водопогла-щение, %
1	110	90020	610	5,4	0,1	25,4
2	125		540	5,1		28,6
3	142		500	4,8	0,07	32,1
4	157		470	4,5		34,8
5	170		400	4,3		38,1

Как показывают результаты экспериментальных исследований, с увеличением содержания конгломерата с нефтешламом за счет уменьшения опоки наблюдается снижение насыпной плотности от 610 до 400 кг/м³. При этом увеличивается показатель водопоглащения термообработанных гранул, свидетельствующих о повышении пористости образцов. Подтверждение этому значительное снижение насыпной плотности гранул. Низкие показатели насыпной плотности наблюдается у составов №4 и 5 и находятся в пределах 400 - 470 кг/м³. Аналогичные изменения происходят касательно теплопроводности и прочности при сдавливании в цилиндре. Минимальные значения прочности и теплопроводности также наблюдается у составов №4 и 5, при этом прочность при сдавливании в цилиндре у этих составов находятся в пределах 4,3 – 4,5 МПа, а теплопроводность равна 0,07 Вт/м^.К.

Общий анализ результатов экспериментальных исследований позволяет заключить о том, что по керамической технологии вполне возможно создание микропористого спеченного гранулированного материала с лучшими теплоизоляционными свойствами, а также физико-механическими свойствами не уступающих традиционному керамзиту. Согласно квалификации теплоизоляционных материалов образцы состава №4 и 5 относятся классу Б (0,06 - 0,115Вт/мК), а составы №1,2 и 3 относятся к классу В (0,1-0,175Вт/мК). Согласно ГОСТу 9757-90 образцы составов №4 и 5 относятся к марке по прочности П150, а образцы составов №1,2 и 3 относятся к П200.

ЛИТЕРАТУРА

1. Онацкий С.П. Производство керамзита. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1987.- 333 с.: ил.

2. Монтаев С.А., Сулейменов Ж.Т. Стеновая керамика на основе композиции техногенного и природного сырья Казахстана / Уральск: 2006 – 190 с.

3. Петров В.П., Пористые заполнители и легкие бетоны Материаловеде­ние. Технология производства: учебное пособие / В. П. Петров, Н.И. Макридин, В.Н. Ярмаковский.

Код для цитирования: Скопировать