книги из ГПНТБ / Элинзон, М. П. Производство искусственных заполнителей

Из заполнителей, используемых в основном для лег­ ких бетонов ограждающих конструкций, наименьшую объемную насыпную массу имеет керамзитовый гравий и вспученный перлитовый щебень. Объемная насыпная масса аглопоритового щебня из суглинков и шахтных пород колеблется в пределах 370—750 кг/м3, щебня из шлаковой пемзы — в пределах 475—900 кг/м3. Объемная насыпная масса щебня или гравия недостаточно харак­ теризует качество заполнителя, так как на объемную массу бетона оказывают влияние также и объемная на­ сыпная масса пористого песка, объемная масса зерен разных фракций в куске, объем межзерновых пустот смеси и прочность щебня или гравия. Все факторы, способствующие сокращению расхода вяжущего, при­ водят также и к уменьшению объемной массы бе­ тона.

Наиболее легкие разновидности керамзитового песка можно получить в печах кипящего слоя, а в отдельных случаях также дроблением крупных фракций хорошо вспученного керамзитового гравия или глыб из спекших­ ся керамзитовых гранул. Остальные разновидности по­ ристых песков имеют близкую между собой объемную насыпную массу. Она возрастает с увеличением крупно­ сти пор в исходном заполнителе. Обычно чем мельче зерна, тем они тяжелее. Исключением является вспу­ ченный перлитовый песок.

По значению межзерновой пустотности гравиеподоб­ ные заполнители имеют значительные преимущества

золы ТЭС — 40—48%, вспученного перлитового щебня — 47—48%, щебня аглопоритового — 50—58%, щебня из шлаковой пемзы — 50—63 %.

Прочность искусственных пористых заполнителей практически находится в гиперболической зависимости от их объемной массы в куске. При равной объемной массе гравиеподобные заполнители, естественно, отли­ чаются большей относительной (или условной) проч­

22 Глава I. Некоторые вопросы производства заполнителей

ностью (при сдавливании в цилиндре), чем щебнепо­ добные.

На прочность легкого бетона влияет также характер пористости и формы зерен пористого заполнителя. Очень гладкая остеклованная поверхность, например керамзи­ тового гравия, ухудшает его сцепление с растворной частью. Некоторые заводы еще продолжают выпускать вместо округлых гранул керамзит в виде цилиндров с длиной в 4—6 раз больше диаметра. По данным НИИкерамзита, при коэффициенте формы зерен 2,5 прочность бетона снижается на 34%. В связи с этим ГОСТ 9759—71 «Гравий керамзитовый» регламентирует коэффициент формы не более 1,5.

Свойства искусственных пористых заполнителей (объемная масса, стойкость, теплопроводность и др.) зависят от их фазового состава и структуры. Последние

сталлической и газовой фаз, так и видом кристалличе­ ской фазы.

Фазовый состав искусственных пористых заполните­ лей зависит от вида исходного сырья (обычно полиминерального состава) и условий его термической обработ­ ки (скорости нагрева, максимальной температуры, ха­ рактера газовой среды).

Искусственные пористые заполнители по своему фа­ зовому составу представлены как кристаллическими, так и аморфными компонентами. Различие в исходном сырье и условиях его тепловой обработки предопределяет и различное соотношение перечисленных фаз, а следо­ вательно, и свойства отдельных видов заполнителей.

В составе заполнителей из глинистых пород или про­ дуктов метаморфизма последних — керамзита и его раз­ новидностей (шунгизита, глинозольного керамзита, золь­ ного гравия), аглопорита (щебня и гравия из глинистых и шахтных пород, а также золы-уноса ТЭС), а также вспученного перлита преобладают алюмосиликатные фазы с неупорядоченным строением — аморфизованное

леобогащения) преобладающей фазой является стекло, чаще бесцветное или светло-желтое, реже окрашенное тонкодисперсным гематитом в коричневато-бурый цвет. Таким образом, стеклофаза — основной структурный элемент керамзита, его разновидностей и аглопорита. Стеклом связаны кристаллические фазы, участки аморфизованного глинистого вещества и несгоревших органи­ ческих веществ. Поэтому именно стекло и определяет физико-механические свойства и стойкость рассматрива­ емых заполнителей.

Вспученный перлит состоит преимущественно из по­ ристого бесцветного прозрачного алюмосиликатного стекла, обладающего низким светопреломлением.

Для шлаковой пемзы характерно преобладание кристаллических фаз — низкоосновных силикатов каль­ ция (псевдоволластонита и ранкинита) и алюмосилика­ тов кальция и магния (мелилитов). Обычно шлаковая пемза заводского производства закристаллизована на 80—95%; стеклофаза присутствует в количестве 5—20%. Особенность стеклофазы шлаковой пемзы заключается в том, что она находится в заполнителе в виде тонких пленок, разделяющих кристаллические элементы струк­ туры, а иногда образует вростки в кристаллах мелилита.

В шлаковой пемзе, получаемой способом безводной поризации, содержание стекла может достигать 20— 30%. В ряде случаев шлаковая пемза оказывается прак­ тически нацело закристаллизованной.

Вспученный вермикулит также состоит из кристал­ лических компонентов. Стеклофаза в нем не обнаружена.

Сводные данные о фазовом составе искусственных пористых заполнителей заводского производства приве­ дены в табл. 4, причем среди фаз, слагающих заполни­ тели, выделены преобладающие, присутствие которых определяет строение и свойства заполнителя, второсте­ пенные, количество которых обычно не превышает 10%, и редкие, найденные лишь в отдельных образцах запол­ нителей.

Фазовый состав может быть разделен на следующие группы, отличающиеся степенью термических превра-

26 Глава I. Некоторые вопросы производства заполнителей

Из различных составляющих искусственных пори­ стых заполнителей высокой прочностью и стойкостью обладают стекло (высококремнеземистое и армирован­ ное муллитом, анортитом и гематитом), аморфизованное глинистое вещество и кристаллические состав­ ляющие.

К соединениям, способствующим снижению прочно­ сти и стойкости заполнителей, относятся неизмененное слабообожженное глинистое вещество, коксовые остатки

стых пород, а также вспученный перлитовый щебень, по данным исследований ВНИИСТРОМ, стойки к дейст­ вию кислот вследствие наличия в их составе стекловид­ ной и устойчивых кристаллических фаз и отвечают тре­ бованиям СНиП I-B.1-62 к заполнителям для кислото­ стойких бетонов. Шлаковая пемза неустойчива в кислой среде, так как слагающие ее силикаты и алюмосилика­ ты кальция полностью разлагаются серной и соляной кислотами.

Из рассматриваемых заполнителей наиболее стойким в щелочной среде является щебень из шлаковой пемзы, рекомендуемый для легких бетонов, эксплуатируемых в условиях воздействия концентрированных щелочных растворов. Керамзит и аглопорит, по данным результа­ тов указанных исследований, достаточно стойки к воз­ действию разбавленных растворов щелочей. Вспученный же перлитовый щебень почти полностью растворяется, например в концентрированном растворе едкого натра. Изложенное подтверждается данными результатов ис­ пытаний, выполненных по ГОСТ 473—64 (табл. 5).

Проведенные ВНИИСТРОМ исследования основных свойств легких бетонов на пористых заполнителях позво­ лили установить некоторую взаимосвязь между свойст­ вами заполнителей и легких бетонов на их основе.

Наиболее легкие бетоны были получены на основе керамзита и вспученного перлита, самые тяжелые — на шлаковой пемзе. Только при применении тяжелых разно-

видностей керамзита прочность керамзитобетона при­ ближалась к таковой для аглопоритобетона. При этом бетоны марок более 200 были получены именно на этих разновидностях керамзита, тогда как их легко можно было получить на аглопорите и шлаковой пемзе, выпу­ скаемых большинством предприятий СССР.

ВНИИСТРОМ совместно с НИИСФ Госстроя СССР

исследовал влияние вида пористых заполнителей на теп­ лопроводность легких бетонов. Установлено, что наи­ меньшую теплопроводность имеют крупнопористые бе­ тоны независимо от вида заполнителя, а бетоны на основе легких разновидностей заполнителей характери­ зуются лучшими теплозащитными свойствами.

На теплозащитные свойства легких бетонов сущест­ венно влияют строение и фазовый состав пористых за­ полнителей. Самым малым коэффициентом теплопровод­ ности обладает шлакопемзобетон с объемной массой

литовому вспученным (10832—74), вермикулиту вспу­ ченному (12865—6 7 )— предъявляются требования как в отношении объемной насыпной массы, прочности, влажности, зернового состава, морозостойкости, гак и по показателю распада (силикатного, железистого и стой­ кости в растворе сернокислого натрия).

28Глава I. Некоторые вопросы производства заполнителей

Котдельным видам искусственных пористых запол­ нителей предъявляются дополнительные требования по

водопоглощению, потерям массы крупных зерен при ки­ пячении, коэффициенту формы крупных зерен, содержа­ нию расколотых зерен и содержанию серы (для керам­ зитового гравия), по потерям массы при прокаливании (для аглопоритового щебня), по содержанию посторон­ них примесей (для шлаковой пемзы).

Методы испытания пористых заполнителей для уста­ новления большинства из указанных показателей изло­ жены в ГОСТ 9758—68 «Заполнители пористые неорга­ нические для легкого бетона. Методы испытаний». Этот ГОСТ предусматривает также определение ряда свойств пористых заполнителей, требования к которым отсутствуют в ГОСТах, однако они необходимы для ус­ тановления свойств, учитываемых при подборе состава и приготовлении легкого бетона. К ним относятся мето­ ды определения плотности, объемной массы зерен круп­ ного заполнителя, объема межзерновых пустот и водопоглощения крупного заполнителя, а также коэффициен­ та его размягчения.

В зарубежных странах, где область применения пори­ стых заполнителей несколько отлична от нашей, требо­ вания к последним более ограничены. Так, в США

(ASTMC 330-60Т), Аргентине (Norma JRAM 1567), Австрии (ONORMB-3314), Венгрии (MSZ-7030T), Поль­

ше PN 60 , Румынии (STAS-2386-61), Югославии (JHS,

В-223011

И.М.4.022. 1959) и других странах предъявляются требо­ вания главным образом к объемной насыпной массе, зерновому составу, содержанию примесей и морозостой­ кости. В отдельных странах предъявляются требования

кпрочности и форме зерен.

Кнастоящему времени исследованы влияние формы

и размера пор, а также вида и характера поверхности зе­ рен пористых заполнителей на основные свойства легких бетонов. Исследованы структура рассматриваемых ис­ кусственных пористых заполнителей и влияние их зерно­ вого состава па свойства легких бетонов.

Показатели отдельных свойств заполнителя, получа­ емые при испытаниях по ГОСТ 9758—68, не характери­ зуют его качество. Так, при сравнимых результатах ис­

пытания заполнителей часто бывает трудно оценить их качество и выбрать наилучший. Не считая трудоемких испытаний на попеременное замораживание и оттаива­ ние, а также увлажнение и высушивание, результаты всех остальных испытаний, предусмотренных ГОСТ 9758—68, не характеризует заполнитель в отношении его долговечности в эксплуатационных условиях.

Намеченный рост производства искусственных запол­ нителей и расширение области их применения требуют непрерывного совершенствования существующих мето­ дов их испытаний и одновременно разработки ускорен­ ных методов контроля их качества.

3. ОБОГАЩЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ

Разделение пористых заполнителей по объемной массе как метод получения кондиционной продукции

В настоящее время отсутствует общепризнанная ме­ тодика оценки степени однородности качества пористых заполнителей.

Д-р техн. наук В. Л. Пржецлавский (ВНИИСТРОМ) предложил характеризовать однородность качества по­ ристых заполнителей отношением некоторых показате­ лей (например, объемной или объемной насыпной массы, прочности) определенного количества (10%) наиболее легких зерен заполнителя к таким же показателям наи­ более тяжелых зерен. Указанное отношение названо ко­ эффициентом однородности качества. Если в испытывае­ мой пробе заполнителя содержится меньше 10% наибо­ лее легких или наиболее тяжелых зерен, то это не влияет на качество заполнителя. Так, керамзитовый гравий ха­ рактеризуется коэффициентом однородности объемной насыпной массы около 3, а прочности более 5; шлаковая пемза треста Магнитострой, Ждановского и Запорож­ ского металлургических заводов соответственно 1,5—2 и 2—3. Наиболее однородным по качеству заполнителем оказался аглопорит, коэффициент однородности его объемной насыпной массы составляет 1,1— 1,2.

Неоднородность качества заполнителя, как было ука­ зано, ухудшает использование его в бетоне. Для обычно­ го тяжелого бетона регламентируется содержание фрак­