4.1.2 Заполнители бетонов.

Заполнители составляют основную часть массы бетонов (75 – 85%). Они улучшают технологические свойства бетона, воспринимая усадочное напряжение, уменьшают в несколько раз усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня. Жесткий остов из заполнителя увеличивает прочность бетона, модуль деформации и снижает его ползучесть.

При выборе заполнителя необходимо оценивать в совокупности как его технические свойства, так и стоимость, так как стоимость заполнителя составляет 30 – 50% стоимости бетона.

В качестве заполнителей используются природные и искусственные материалы, а также отходы производств.

Заполнители подразделяются на:

• Мелкие и крупные;

• Тяжелые и легкие;

• Плотные, пористые и специальные.

В качестве природных заполнителей используются природные пески, а также различные горные породы (гранит, диорит, базальт, диабаз).

В качестве искусственных заполнителей применяются специально произведенные керамзит, аглопорит и отходы промышленности (топливные и металлургические шлаки, шлаковая пемза).

При изготовлении тяжелого бетона в качестве мелкого заполнителя наиболее часто используется природный песок.

Песок – это рыхлая смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм. В природе по минералогическому составу чаще всего встречаются кварцевые пески с различными примесями, реже – пески другого минералогического состава. Кварцевые пески пригодны для бетонов всех классов, остальные же требуют проверки. На качество бетона большое влияние оказывает зерновой состав песка и количественное содержание в песке различных примесей: пылевидных, илистых, глинистых и органических. Количество примесей не должно превышать 3 % для природного песка и 5 % для дробленого.

Зерновой состав – это количество в песке зерен различных по крупности фракций. Крупность песка и его зерновой состав влияют на расход цемента и на плотность бетона. Поэтому чем меньше объем пустот и меньше поверхность зерен песка, тем экономичнее будет использоваться в бетоне цементное тесто. Желательно, чтобы заполнитель состоял из зерен различных размеров для того, чтобы мелкие зерна заполняли пустоты между средними, а средние – между крупными. Для бетона наиболее пригодны крупные пески, но содержащие достаточное количество средних и мелких фракций.

Также в качестве крупных заполнителей тяжелых бетонов используют гравий и щебень.

Для производства легких бетонов на практике наиболее широко применяются специально изготовленные заполнители: керамзит и его разновидности (щунгизит, зольный гравий, глигозольный керамзит и др.), аглопорит, шлаковая пемза, гранулированный шлак, вспученный перлит и вермикулит. Их специально получают в виде гравия, щебня и песка в результате термической обработки глинистого, зольного, шлакового и другого минерального песка.

Рассмотрим более подробно некоторые из этих материалов.

Керамзит – это гранулированный вспученный материал, имеющий в изломе структуру застывшей пены. Он занимает первое место по объему производства из всех искусственных пористых заполнителей.

Сырьем для получения керамзита служат вспучивающиеся при быстром нагревании глины и глинистые породы. Вспучивание обеспечивается совмещением во времени пирокластического состояния с интенсивным газовыделением внутри обжигаемого материала.

Различают 3 способа получения керамзита:

• Сухой (используется 9,7 % предприятий);

• Пластический (используется 89,4 % предприятий);

• Мокрый (шликерный) (используется 0,9% предприятий).

В Беларуси используется пластический способ, позволяющий использовать глины более широкого диапазона свойств и вводить корректирующие добавки.

Керамзитовый гравий обжигают во вращающихся печах длиной от 12 до 60 метров. Режим обжига характеризуется медленным подъемом температур в зоне подогрева и быстрым в зоне вспучивания. Температура обжига составляет 1200 – 1230 ºС, время обжига – 30 -60 минут.

Технологическая схема производства керамзита выглядит следующим образом: заготовление исходных материалов, переработка массы в увлажненном состоянии, формование гранул, сушка, обжиг, рассев по фракциям, складирование.

Аглопорит – искусственный пористый материал, получаемый методом термической обработки силикатных материалов. Его получают в виде щебня и песка. Морозостойкость не менее 15 циклов.

Сырьем для производства аглопорита служат невспучивающиеся и маловспучивающиеся глинистые породы, а также золы ТЭС, органические добавки.

Аглопорит получают путем спекания в конгломерат топливосодержащего материала посредством его слоевого обжига с интенсивным просасыванием воздуха через слой зажженной шихты. В качестве топлива могут использоваться опилки, угли, лигнин и другие топливные материалы.

Сырье и вводимые добавки проходят подготовку, смешение и увлажнение до влажности 18 – 23% в зависимости от вида сырья. В ряде случаев шихта гранулируется. Спекание шихты и охлаждение аглопорита производят на ленточной агломерационной машине, представляющей собой тепловой замкнутый аппарат непрерывного действия. Температура зажигания шихты в поверхностном слое составляет 800 – 1200 ºС, а в результате горения топлива при просасывании воздуха температура в материале достигает 1400 – 1700 ºС. Процесс горения идет сверху вниз. В ходе процесса различают 4 перемещающиеся зоны: зону испарения, подогрева, спекания и охлаждения. Полученный агломерационный корж подвергается первичному и вторичному дроблению. Затем осуществляется просев и разделение по фракциям. Полученная пылевидная фракция, а также пыль циклонов при очистке воздуха направляется обратно в производство и входит в состав шихты.

Технологическая схема производства алгоритма выглядит следующим образом: заготовление исходных материалов, приготовление шихты, гранулирование шихты, термообработка шихты, дробление конгломерата, рассев по фракциям, складирование.

Крупные и мелкие пористые заполнители должны соответствовать требованиям:

- ГОСТ 9757 - керамзитовые гравий, щебень и песок дробленый и обжиговый, шунгизитовые гравий и песок, аглопоритовые гравий, щебень и песок, пористые щебень и песок из металлургического шлака (шлаковая пемза);

- ГОСТ 3476 - шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные;

- ГОСТ 10832 - вспученные перлитовые щебень и песок;

- ГОСТ 12865 - вспученный вермикулит;

- ГОСТ 22263 - щебень и песок из пористых горных пород;

- ГОСТ 25592 - смесь золошлаковая тепловых электростанций;

- ГОСТ 26644 - щебень и песок шлаковые тепловых электростанций.