Змістовий модуль 3

4.3.1. Природні пористі заповнювачі вулканічного і осадового походження.

Природні заповнювачі бувають вулканічного і осадового походження. До заповнювачів вулканічного походження належать: пісок і щебінь із пемзи, вулканічного шлаку і вулканічного туфу; до заповнювачів осадового походження - пісок і щебінь із карбонатних (пористі вапняки, вапняки-черепашники, вапнякові туфи), та із кремнеземистих порід.

Пористі гірські породи і відходи промисловості застосовують для виробництва пористих заповнювачів після їх механічного подрібнення і сортування.

Вулканіти - вилиті породи, утворилися при виділенні рідкої магми із глибин Землі на поверхню: обсидіан і пемза. Обсидіан - вулканічне скло, що утворилося із лави кислого складу із вмістом значної кількості кремнекислоти, має високу щільність і твердість. Пемза - пінисте вулканічне скло з високим вмістом кремнезему SiO₂ - 68...72%, Аl₂O₃ - 13...18% і лугів - 4...9%, що утворилося при швидкому охолодженні лави із включенням газів, аморфної структури із вмістом крупних пор. Середня густина пемзи менше 1000 кг/м³, істинна густина - 2,4 г/см³, пористість до 80%, твердість біля 6 за шкалою Мооса.

Вулканічний шлак - продукт вулканічної діяльності із включеннями плагіоклазу, біотиту. В’яжучою речовиною в ньому є вулканічний попіл і скло із вмістом кремнезему 50…65%. Середня густина вулканічного шлаку 400 - 750 кг/м³ при істинній густині 2,6...2,7 г/см³, водопоглинанням за масою 26 - 35%, границею міцності при стиску 10 МПа.

Вулканічний туф - частинки лави, що змішані з уламками інших порід, ущільнені і зцементовані. Структура туфів - аморфна, дрібнозерниста або порфірова. Істинна густина туфів складає близько 2,6 г/см³, середня густина - 700...1800 кг/м³, пористість змінюється від 10 до 70 %.

Вапняки складаються з кальциту з домішками доломіту, кварцу, глауконіту, піриту та ін. Вони характеризуються пористою структурою, наявністю цементу між зернами, значною кристалізацією матеріалу і порівняно чистим складом: із карбонату кальцію від 86 до 99%, інші компоненти - карбонат магнію і нерозчинний залишок. Вапняки мають пористість від 20 до 66% з розмірами пор 25...30 мм з істинною густиною 2,66...2,73 г/см³.

Вапняк-черепашник - належить до органогенних порід, що складається із залишків вапнякових черепашок, щільних і пористих. Цементуюча речовина - перекристалізований кальцит. Істинна густина породи 2,70...2,74 г/см³, середня - від 1300 до 2500 кг/м³, пористість - до 35%.

Вапняковий туф - пінисті крупнопористі вапнякові відкладання прісноводних джерел із середньою густиною понад 1200 кг/м³, міцністю - 0,6...5 МПа, водопоглинанням 1 - 23%, коефіцієнтом розм’якшення 0,41 - 1, морозостійкістю 15 циклів і більше. Травертин - тонкозернисте міцне каміння з вапнякових відкладень вуглекислих джерел ніздрюватої структури.

За крупністю зерен пористі заповнювачі поділяють на пісок і щебінь фракцій: 5...10, 10...20, 20...40 мм. За формою зерен щебінь із пористих гірських порід (ГОСТ 22263) поділяють на 4 групи з масовою часткою зерен плескатої форми, %: звичайний - не більше 30, поліпшений - не більше 20, кубовидний - не більше 15 і обкатаний - не більше 10. Пористі заповнювачі за насипною густиною поділяються на марки щебеню 300, 350, 400 і до 1200 з градацією через 100 кг/м³, марки піску - 500...1400.

Коефіцієнт розм’якшення щебеню із пористих порід - не менше 0,6 при застосуванні в конструкційно-теплоізоляційних, і не менше 0,7 - в конструкційних бетонах.

Пемзи застовують для виробництва теплоізоляційних і конструкційно-теплоізоляційних бетонів з середньою густиною 500 - 1400 кг/м³ з границею міцності при стиску 1,0 - 10 МПа, як теплоізоляційні засипки і як гідравлічна добавка до портландцементу. Вулканічні шлаки є високоміцними заповнювачами для виробництва бетонів міцністю більше 15 МПа. Туфи застосовуються для конструкційно-теплоізоляційних і конструкційних бетонів з середньою густиною 1400 - 2000 кг/м³ і границею міцності 5 - 50 МПа

Для виробництва пористих заповнювачів також застовують карбонатні пористі вапняки-черепашники, та пористі кремнеземисті породи. Пористий вапняк застосовують в якості вапнякового щебеню бетонів марок 15...25 МПа. На основі заповнювачів із пористих вапняків виготовляють легкі бетони класів В3,5...В7,5 і бетони класів В10...В35.

Збагачення заповнювачів з пористих гірських порід. Технологія виробництва легких заповнювачів із гірських пористих порід включає: добування породи, її подрібнення і розсівання за фракціями. Збагачення пористих заповнювачів полягає у підвищенні їх однорідності за щільністю і міцністю, поліпшенні форми зерен, зменшенні вмісту пилу.

Замість осадження у водному середовищі, використовується відсадження у повітряному середовищі. Для цього призначені пневматичні відсаджувальні машини, які працюють за таким принципом (рис.4.17): повітря, що подається вентилятором, періодично направляється системою клапанів у різні камери машини, створює пульсацію шару матеріалу на решітці. В результаті багаторазового розрихлення потоком повітря матеріал розшаровується, і більш легкі зерна опиняються зверху, звідки і

Рис.4.17. Схема пневматичної відсаджувальної машини: 1 - подача повітря вентилятором; 2 - клапани; 3 - решето; 4 - завантаження; 5 - відбір важких фракіїій; 6 - вихід менш важких фракцій; 7 - вихід легких фракцій; 8 - запилене повітря.

відбираються. Одночасно відбувається звільнення матеріалу від пилу. Спосіб сепарації пористих заповнювачів у пневмосуспензії аналогічний до способу розподілу щільних заповнювачів у важких водних суспензіях. Установка працює за таким принципом (рис.4.18.): повітря крізь фільтр безперервно подається до шару

Рис.4.18. Схема сепаратора для збагачення пористих заповнювачів: 1 - решето; 2 - фільтр; 3 - подавання повітря; 4 - пісок; 5 - завантаження заповнювача; 6 - вихід легких фракцій; 7 - вихід важких фракцій.

піску, від чого останній "кипить". Підбираючи пісок відповідної щільності і крупності, створюють необхідну щільність пневмо-суспензії, в якій частина зерен крупного пористого заповнювача тоне, інша частина - спливає. Розподілений на два класи крупний заповнювач відбирається сумісно з піском, від якого потім відокремлюється за допомогою грохочення. Отриманий пісок знову повертається в установку.