книги из ГПНТБ / Роговой М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики учебник

М. И. Р о г о в о и

ТЕХНОЛОГИЯ

ИСКУССТВЕННЫХ

ПОРИСТЫХ

ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

ИКЕРАМИКИ

До п у щ е н о Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций*.

МОСКВА

с т р о й и з д л т

1974

Контрольный экземпляр

УДК [666.972.125 + 666.3/71(075.8)

Рецензенты:

Кафедра строительных материалов Новосибирского инженерно-

нов и их основные свойства. Рассмотрена технология производства керамзита, аглопорита, шлаковой пемзы, а также керамических строительных материалов. Приведены классификации и перспективы применения отдельных видов строительных материалов.

Учебник предназначен для студентов вузов, обучающихся по спе­ циальности «Производство строительных изделий и конструкций».

Табл. 18, рис. 111, список лит.: 87 назв.

© Стройиздат, 1974.

047(01)—74

П Р Е Д И С Л О В И Е

Учебник составлен в соответствии с программой

во строительных изделий и конструкций».

До 1966 г. в течение почти 20 лет на строительно-тех­ нологических факультетах инженерно-строительных ву­ зов читали курс «Технология строительной керамики». В учебном плане, утвержденном в 1965 г., эта дисципли­ на исключена и взамен ее введена новая — «Основы технологии искусственных пористых заполнителей и ке­ рамики».

Общее построение и содержание учебника обусловле­ ны утвержденной программой курса.

Автор выражает благодарность коллективу кафедры строительных материалов Новосибирского инженерно­ строительного института им. В. В. Куйбышева, руководи­ мой проф. Г. И. Книгиной, а также кандидатам техн. на­ ук М. П. Элинзону и О. А. Черновой за тщательный про­ смотр рукописи и замечания, сделанные при ее рецензи­ ровании. Многие из них были учтены при редактирова­ нии рукописи. Автор благодарен также канд. техн. наук Л. Ю. Ерихимзону за просмотр главы по шлаковой пем­ зе и ценные указания по ней.

Автор понимает, что первая попытка создания учеб­ ника по новому курсу, по-видимому, оказалась не сво­ бодной от некоторых недостатков. Поэтому все замеча­ ния будут приняты с благодарностью.

Ав т о р

I

ВВЕДЕНИЕ

Технология искусственных пористых заполнителей является наукой о методах их изготовления с заданными свойствами, а тех­ нология керамики — о методах изготовления также с заданными

свойствами изделий из глинистого сырья.

Пористыми называют заполнители, имеющие объемную плот­ ность менее 1,7 г/см3 [1]. Их применяют для изготовления легких бетонов, имеющих в высушенном состоянии объемную плотность не выше 1800 кг/см3. В качестве заполнителей для легких бетонов могут быть использованы природные высокопористые горные поро­ ды: туфы, пемзы, ракушечники. Однако месторождения этих пород не распространены повсеместно и локализованы в сравнительно немногочисленных географических районах нашей страны. Поэтому для широкого внедрения легких бетонов в строительство возникла необходимость использовать искусственные пористые заполнители. Первоначально для этих целей использовали отходы и побочные продукты промышленности и энергетики — металлургические и топ­ ливные шлаки. В дальнейшем в связи с рядом недостатков, прису­ щих шлакам (особенно топливным), искусственные пористые запол­

ных пород (вермикулит, перлит), вспучиванием шлаковых расплавов (шлаковая пемза) и переработкой зол тепловых электростанций (зольный и аглопоритовый гравий).

Применение пористых заполнителей снижает стоимость конст­ рукции в деле на 3% Для каждых 10% уменьшения ее веса [2], а использование 1 м3 пористых заполнителей дает по расчетам НИИ экономики строительства (НИИЭСа) до 10 руб. экономии. Общин выпуск искусственных пористых заполнителей составил в 1970 г. 13 млн. м3 и должен возрасти к 1975 г. до 36—40 млн. м3.

* *

*

Происхождение слова «керамика» имеет несколько объяснений. Согласно одному из них, оно происходит от греческого слова «ке-

время понимали пауку о методах производства из глинистого сырья изделий с заданными свойствами. Но за последние годы это поня­ тие получило более широкое толкование. Дело в том, что для кера­ мической технологии характерно получение кампеподобных изделий из рыхлых материалов путем их формования и спекания обжигом при высоких температурах. Эти приемы в последнее время получили

керамика), в связи с чем понятие технологии керамики получило толкование как науки о методах производства изделий из минераль­

4

Ча с т ь п е р в а я

СОСТАВ, СВОЙСТВА И ДОБЫЧА ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

Глава I. ОСНОВЫ ГЛИНОВЕДЕНИЯ

Основным сырьем для изготовления всех керамиче­ ских изделий, а также некоторых видов искусственных пористых заполнителей являются глинистые породы. Изучение их состава и важнейших технологических свойств составляет предмет «Основы глиноведепия».

§ I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СОСТАВ ГЛИН

Определение. Согласно ГОСТ 9169—59, глинистое сырье представляет собой горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов (каолинит, монотер­ мит, монтмориллонит, гидрослюда, галлуизит и пр.). В техническом понимании глинами называют горные зем­ листые породы, способные при затворении с водой обра­ зовывать пластичное тесто, которое в высушенном состо­ янии обладает некоторой прочностью (связностью), а после обжига приобретает камнеподобные свойства.

Термин «глина» имеет в глиноведении двоякое назна­ чение: им характеризуют определенные разновидности горных пород, которые обладают указанными свойства­ ми. Этим же термином называют тонкодисперсную фрак­ цию глинистой породы, проводя тем самым различие между ее глинистой частью и примесями, входящими в состав глинистой горной породы. Как известно, глинис­ тая порода является механической смесью глинообра­ зующих минералов и тонкозернистых примесей.

фиров) и некоторых других (вулканические пеплы) горных пород. Это разложение происходило в результате многолетнего воздействия

6

Являясь продуктами выветривания горных пород, глины и као­ лины оставались на месте первоначального их образования или пе­ реносились в другие места. В первом случае месторождения назы­ вают первичными, или элювиальными, во втором — вторичными, или

осадочными.

Различают вторичные глины трех основных видов. Делювиальные глины. Агентами их переноса являются дожде­

вые и снеговые воды. Месторождения этих глин расположены неда­ леко от мест своего происхождения: в нижних частях склонов овра­ гов, в бывших озерах, болотах, морях. Для этих месторождений ха­ рактерны слоистые напластования, неоднородный состав и засорен­ ность мелкими примесями.

Ледниковые глины. Агентом их переноса являлся ледник, кото­ рый в далеком прошлом покрывал значительную часть земной по­ верхности. Характер залегания этих глин линзообразный. Они силь­

Лессовидные глины. Агентами их переноса являются ветры. Мес­ торождения этих глин расположены преимущественно по окраинам бывших пустынь, там, где ветры вынуждены были значительно ме­ нять свою скорость, и характеризуются отсутствием слоистости, од­ нородностью состава, высокой дисперсностью (пылеватостью) и силь­ но пористым строением.

Состав. Различают вещественный, минералогический, гранулометрический и химический составы глин. В ве­ щественном составе глины принимают участие глинис­ тое вещество и примеси.

Глинистым веществом называют наиболее дисперс­ ную фракцию глинистой породы, которая представляет собой комплекс глинообразующих минералов, придаю­ щих ей свойство пластичности. Главнейшими из них яв­ ляются каолинит, иллит (гидрослюда) и монтморил­ лонит.

Все глинообразующие минералы являются водными алюмосиликатами и при затворении с водой образу­ ют тесто, способное формоваться. Этим минералам свой­ ственно слоистое (пакетное) строение кристаллической решетки. Отдельные пакеты решетки образованы зако­ номерно повторяющимися слоями из тетраэдрических групп с организующим катионом Si4+ и октаэдрических

групп с организующим катионом А13+.

К а о л и н и т (Al203-2Si02-2H20 ) . Пакет его кристал­ лической решетки сложен одним тетраэдрическим и од-

7

ним октаэдрйчсскнм слоями. На одном конце пакета рас­ положены катионы II+, а на другом — анионы (ОН)- (рис. 1,а). Благодаря такому расположению разноимен­ но заряженных ионов, взаимодействие притяжения меж­ ду ними обусловливает неподвижность и относительно плотное строение кристаллической решетки каолинита со сравнительно небольшим межплоскостным расстояни-

Рис. 1. Схема кристаллической решетки каолинита а и монтморил­ лонита б

ем 7,2 А. Поэтому каолинит не способен присоединять и прочно удерживать большое количество воды. При суш­ ке он сравнительно свободно отдает присоединенную во­ ду. Размеры частиц каолинита 1—3 мк.

М о н т м о р и л л о н и т (А120 3 • 4Si02H20 • пН20 ) .

Эта формула (идеальная по Россу) наиболее проста, но не совсем точно отражает состав монтмориллонита, так как в строении кристаллической решетки некоторых раз­ новидностей этой группы минералов входят также Mg, Fe, Na. Пакет его кристаллической решетки образован дву­ мя наружными тетраэдрическими слоями и одним внут­ ренним октаэдрическим слоем (рис. 1,6). Концы обоих наружных слоев состоят из анионов О2-, в силу чего смежные слои пакетов, будучи одноименно (отрицатель­ но) заряжены, обусловливают сравнительно слабую связь между пакетами. Благодаря этому межпакетное пространство монтмориллонита довольно велико (9,6—

8

21,4А) и оно может возрастать (пакеты могут раздви­ гаться) под воздействием вклинивающихся молекул во­ ды. Иначе говоря, кристаллическая решетка монтморил­ лонита является подвижной (разбухающей).

В связи с этим монтмориллонит способен интенсивно поглощать довольно большое количество воды, прочно ее удерживать и трудно отдает при сушке, а также силь­ но набухать при увлажнении с увеличением в объеме до 16 раз. Вода, принимающая участие в строении кристал­ лической решетки монтмориллонита, имеет неодинако­ вую прочность связи. Одна ее молекула в виде ионов находится в узлах решетки и связана наиболее прочно, остальное количество воды может иметь переменное зна­ чение п и связано менее прочно. Размеры частиц монт­ мориллонита много меньше 1 мк.

И л л и т (гидрослюда) K20M g0-4Al20 3-7Si02-2H20 [3] является продуктом многолетней гидратации слюд. Кристаллическая решетка гидрослюд структурно сходна с решеткой монтмориллонита. Характерной особенностью этой группы глинистых минералов является участие в их составе окислов щелочных и щелочноземельных метал­ лов вследствие способности отдельных катионов к изо­ морфным замещениям. Так, Si4+ может замещаться А13+, последний— Mg2+. Размеры частиц гидрослюды поряд­ ка 1 мк. Гидрослюды по интенсивности связи с водой за­ нимают среднее положение между каолинитом и монт­ мориллонитом.

В зависимости от количественного преобладания то­ го или иного глинистого минерала различают глины каолинитовые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые и т. п.

Примесями являются все компоненты глинистой по­ роды, не входящие в состав глинообразующих минера­ лов. В примесях различают их тонкодисперсную часть

виде кварцевого песка и тонкодисперсной кварцевой пы­ ли. Они отощают глину, ухудшая ее формовочные свой­ ства. Крупный кварцевый песок улучшает сушильные свойства глин, а мелкий — ухудшает их. Обжиговые свойства глин кварцевые примеси ухудшают, понижая трещнностойкость обожженных изделий при их охлажде­

9