RU2023702C1

RU2023702C1 - Raw mixture for porous filler making

Info

Publication number: RU2023702C1
Authority: RU
Inventors: Лидия Константиновна Казанцева; Игорь Абрамович Белицкий; Заира Исидоровна Коридзе; Алексей Отарович Тандилашвили; Николай Шиоевич Цхакая
Original assignee: Институт минералогии и петрографии СО РАН; Производственное объединение "Грузгорнохимпром"
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: building materials. SUBSTANCE: raw mixture for making of porous filler has, wt.-%: tuff-containing component 99.4-99.7 of the following composition, wt.-%: zeolite 20-40; montmorillonite 45-50; quartz 5-20; calcite 5-15, and silicon carbide 0.3-0.6. Properties of porous filler: filled mass is 225-270 kg/m³, compression strength limit in cylinder is 1,78-2,1 kg/m², calcination temperature is 1120-1140 C. EFFECT: enhanced quality of filler. 1 tbl

Description

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к производству искусственного пористого заполнителя для легких бетонов. The invention relates to construction materials, namely the production of artificial porous aggregate for lightweight concrete.

Известен состав сырьевой смеси [1] для изготовления легкого заполнителя, включающий следующие компоненты, мас. % : туфодиамитовая порода 98,5-99,0 мазут 1,0-1,5
Недостатком данной смеси является то, что туфодиамитовая порода с содержанием опаловидного кремнезема 23-40% является редким и дефицитным сырьем. Кроме того, из известной сырьевой смеси нельзя изготовить пористый заполнитель с объемной насыпной массой меньше 500 кг/м³, что не позволит получать облегченные конструкционные бетоны. Известно, что мазут плохо гомогенизируется с массой, поэтому изготавливать пористый заполнитель с одинаковыми и близкими свойствами из сырьевой смеси по известному решению очень сложно.The known composition of the raw mix [1] for the manufacture of lightweight aggregate, comprising the following components, wt. %: tufodiamite rock 98.5-99.0 fuel oil 1.0-1.5
The disadvantage of this mixture is that tufodiamite rock with an opal-like silica content of 23-40% is a rare and scarce raw material. In addition, a porous aggregate with a bulk density of less than 500 kg / m ³ cannot be made from a known raw material mixture, which will not allow obtaining lightweight structural concretes. It is known that fuel oil is poorly homogenized with the mass; therefore, it is very difficult to produce a porous aggregate with the same and similar properties from a raw material mixture by a known solution.

Наиболее близкой является сырьевая смесь для изготовления пористого заполнителя [2], включающая следующие компоненты, мас.%: туф цеолитсодержащий вулканический пепло- вый 92-97 сталеплавильная пыль 3-8
Недостатком этой смеси является то, что для изготовления пористого заполнителя необходимо использовать туф с высоким содержанием цеолита - клиноптилолита (40-80 мас.%). Для данного состава требование высокого содержания цеолита обосновано тем, что в качестве добавки - газообразователя используется сталеплавильная пыль. Использование сталеплавильной пыли в качестве газообразователя возможно только при высокой реакционной способности системы в целом. Это условия соблюдается при достаточно большом содержании цеолита в породе, так как цеолиты несут в себе катионы - плавни Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mo²⁺ и др. катионы, нейтрализующие отрицательный заряд алюмокремнекислородного каркаса. Равномерное распределение этих катионов в цеолитах приводит к высокой реакционной способности системы.The closest is the raw material mixture for the manufacture of porous aggregate [2], including the following components, wt.%: Tuff zeolite-containing volcanic ash 92-97 steel smelting dust 3-8
The disadvantage of this mixture is that for the manufacture of porous filler it is necessary to use tuff with a high content of zeolite - clinoptilolite (40-80 wt.%). For this composition, the requirement for a high zeolite content is justified by the fact that steelmaking dust is used as an additive - blowing agent. The use of steel dust as a blowing agent is possible only with a high reactivity of the system as a whole. These conditions are observed when the zeolite content in the rock is sufficiently high, since zeolites carry cations in themselves — Na ⁺ , K ⁺ , Ca ²⁺ , Mo ^2+, and other cations that neutralize the negative charge of the alumina-oxygen framework. The uniform distribution of these cations in zeolites leads to a high reactivity of the system.

Недостатками сырьевой смеси для изготовления пористого заполнителя известного решения являются высокая температура вспенивания 1190^оС и невысокая механическая прочность заполнителя 1,19-1,3 МПа при насыпной плотности 300-325 кг/м³. Таким образом сталеплавильная пыль в качестве газообразователя может быть использована только в составах, содержащих туфы с высоким количеством цеолита.The disadvantages of raw mixture for making a porous filler known solutions are the high foaming temperature is 1 190 ^{° C} and low mechanical strength filler 1,19-1,3 MPa at a bulk density of 300-325 kg / m ^3. Thus, steelmaking dust as a blowing agent can only be used in compositions containing tuffs with a high amount of zeolite.

Целью изобретения является повышение механической прочности и снижение температуры обжига. The aim of the invention is to increase the mechanical strength and lower the firing temperature.

Цель достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления пористого заполнителя содержит следующие компоненты, мас.%: туфсодержащий компо- нент 99,4-99,7 карбид кремния 0,3-0,6, причем туфсодержащий компонент содержит, мас. % : цеолит - клиноптиломит 20-40 монтмориллонит 45-50 кальций 5-15 кварц 5-20
Большие запасы таких туфов находятся в Грузии - Карбазихевское месторождение, в Читинской области - Шивыртуйское (входит в одно месторождение и породами с высоким содержанием цеолита) и др.The goal is achieved in that the raw mixture for the manufacture of porous aggregate contains the following components, wt.%: Tuff component 99.4-99.7 silicon carbide 0.3-0.6, and the tuff component contains, wt. %: zeolite - clinoptilomite 20-40 montmorillonite 45-50 calcium 5-15 quartz 5-20
Large reserves of such tuffs are located in Georgia - the Karbazikhevskoye field, in the Chita region - Shivyrtuiskoye (included in one field and rocks with a high zeolite content), etc.

Минеральный состав таких пород из-за высокого количества кальцита позволяет изготавливать пористый заполнитель при более низкой температуре 1120-1140^оС, так как CaO, которая образуется при разложении кальцита, понижает температуру плавления алюмосиликатной системы. При отсутствии кварца составы с высоким содержанием кальцита не могут образовывать устойчивую пену. Шихта будет плавиться, но однородной равномерной системы пор не будет. За счет кварца система обогащается кремнеземом и вязкость расплава поддерживает пену при высокой температуре в устойчивом состоянии. Наличие в составе туфа 10-40 мас. % цеолита - клиноптилолита способствует оптимизации протекания процессов стеклования, а высокая реакционная способность цеолита способствует гомогенизации стекла. Это является основным фактором возможности получения пористого заполнителя с высокой механической прочностью. При температурах обжига 1120-1140^оС в качестве газообразователя используют вещества с высокой температурой окисления, например карбид кремния.The mineral composition of rock due to the high amount of calcite enables to produce a porous filler at a lower temperature ^of 1120-1140 C, as CaO, which is formed by decomposition of calcite reduces the melting point of the aluminosilicate system. In the absence of quartz, compositions with a high calcite content cannot form a stable foam. The mixture will melt, but there will be no uniform, uniform pore system. Due to quartz, the system is enriched with silica and the melt viscosity maintains the foam at a high temperature in a stable state. The presence in the composition of tuff 10-40 wt. % zeolite - clinoptilolite helps optimize the flow of glass transition processes, and the high reactivity of the zeolite promotes the homogenization of glass. This is the main factor in the possibility of obtaining a porous aggregate with high mechanical strength. At firing temperatures ^of 1120-1140 C are used as blowing agents with a high temperature oxidation, such as silicon carbide.

Таким образом использование туфосодержащего материала, в котором в определенных соотношениях сочетаются кальцит-кварц-цеолит в сырьевой смеси, позволяет получать расплав с вязкостью, оптимальной для образования устойчивой алюмосиликатной пены при температуре интенсивного газовыделения за счет окисления карбида кремния. Thus, the use of a tuff-containing material, in which calcite-quartz-zeolite in a raw material mixture is combined in certain ratios, makes it possible to obtain a melt with a viscosity optimal for the formation of stable aluminosilicate foam at an intense gas evolution temperature due to oxidation of silicon carbide.

Ниже приведен пример получения пористого заполнителя для легких бетонов из смеси Карбазихевского туфа (Грузия) и карбида кремния. Below is an example of obtaining a porous aggregate for lightweight concrete from a mixture of Karbazikhevsky tuff (Georgia) and silicon carbide.

Химический состав Карабазихевского туфа, мас.%: SiO₂ 60,08; Al₂О₃ 11,9; CaO 5,25; MgO 1,57; Na₂O 1,46; K₂O 1,25; Fe₂O₃ 2,42; TiO₂ 0,357; п.п.п. 15,35.The chemical composition of the Karabazikhevsky tuff, wt.%: SiO ₂ 60,08; Al ₂ O ₃ 11.9; CaO 5.25; MgO 1.57; Na ₂ O 1.46; K ₂ O 1.25; Fe ₂ O ₃ 2,42; TiO ₂ 0.357; p.p.p. 15.35.

Минеральный состав Карбазихевского туфа, мас. % : клиноптиломит 40; монтмориллонит 30; кварц 20; кальцит 10. The mineral composition of Karbazikhevsky tuff, wt. %: clinoptilomite 40; montmorillonite 30; quartz 20; calcite 10.

П р и м е р. Для изготовления пористого заполнителя готовят четыре состава смеси из измельченного туфсодержащего материала Карбазихевского месторождения с добавкой карбида кремния. Тонкость помола туфа характеризуется прохождением все пробы через сито 0,5 мм. Из сырьевой смеси пластическим способом формования при формовочной влажности 16-17% изготавливают сырцовые гранулы в виде цилиндров с диаметром и равной ему высотой 10 мм. Сырцовые гранулы подсушивают при 100^оС в течение 60 мин, нагревают в муфельной печи при 700^оС в течение 5 мин и обжигают в электропечи при температуре вспучивания 1120-1140^оС в течение 10 мин. Остывание гранул производят в комнатных условиях.PRI me R. For the manufacture of porous filler, four compositions of the mixture are prepared from crushed tuff-containing material of the Karbazikhevsky deposit with the addition of silicon carbide. The fineness of tuff grinding is characterized by the passage of all samples through a 0.5 mm sieve. Raw granules in the form of cylinders with a diameter and a height of 10 mm equal to it are made from a raw mixture in a plastic molding method at a molding moisture content of 16-17%. Raw pellets are dried at ¹⁰⁰ ° C for 60 minutes, heated in a muffle furnace at 700 ^{° C} for 5 minutes, and fired in an electric furnace at a temperature of ^about 1120-1140 swelling for 10 min. The cooling of the granules is carried out in room conditions.

Конкретные составы сырьевой смеси и физико-механические показатели пористого заполнителя из этих составов представлены в таблице. Specific compositions of the raw mix and physico-mechanical properties of the porous aggregate of these compositions are presented in the table.

Как видно из таблицы, предложенный состав сырьевой смеси позволяет изготавливать пористый заполнитель при более низкой температуре 1140-1120^оС, чем по известному решению 1190^оС. Снижение температуры производства на 50-70^оС уменьшит энергетические затраты, расход топлива, а также увеличит срок службы футеровки печи. Изготовление пористого заполнителя, соответствующего высшей категории качества (ГОСТ 9759-83, регламентирует свойства керамзитового гравия) по прочностным свойствам при низких значениях насыпной плотности позволит изготавливать легкие бетоны с высокими прочностными характеристиками, что важно для изготовления несущих конструкций зданий в районах, неблагоприятных в сейсмическом отношении.As seen from the table that the proposed composition of the raw mix enables to produce a porous filler at a lower temperature of 1140-1120 ^{° C,} than the known solution ^of 1190 C. Reduction production temperature of 50-70 ^{° C} will reduce energy costs, fuel consumption, and increase furnace lining life. The manufacture of a porous aggregate corresponding to the highest quality category (GOST 9759-83, regulates the properties of expanded clay gravel) by strength properties at low bulk densities will make it possible to produce lightweight concrete with high strength characteristics, which is important for the manufacture of load-bearing structures of buildings in seismically unfavorable areas .

Claims

RAW MATERIAL MIXTURE FOR PRODUCING A POROUS FILLER, comprising a tuff-containing component and an additive, characterized in that, in order to increase mechanical strength and reduce the firing temperature, it contains a tuff-containing component, wt.%:
Zeolite clinoptilomite 20 - 40
Montmorillonite 45 - 50
Calcite 5 - 15
Quartz 5 - 20
as a supplement, silicon carbide in the following ratio of components, wt.%:
The specified tuff component 99.4 - 99.7
Silicon Carbide 0.3 - 0.6