книги из ГПНТБ / Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона

ни. Поэтому их применяют главным образом лишь в произ­ водстве стеновых камней для неответственных конструкций.

Основное значение для производства легких бетонов име­ ют специально приготовляемые пористые заполнители из-за их высоких технических качеств, распространенности сырья и сравнительно несложной технологии производства (рис. 65).

Керамзит — наиболее распространенный, качественный и перспективный пористый заполнитель для легких бетонов — получают из легковспучивающихся легкоплавких глинистых пород.

Наиболее распространено производство керамзитового гравия пластическим способом. Пластичное глиняное тесто продавливают сквозь дырчатую поверхность, в результате чего образуются гранулы размером 8—20 мм, которые посту­ пают во вращающуюся печь на обжиг. При быстром нагреве гранул до пиропластического состояния (около 1200°) проис­ ходит их вспучивание, главным образом за счет выделения кислорода при восстановлении окислов железа и удаления химически связанной воды. После охлаждения образуется по­ ристый гравий с оплавленной поверхностью. Поры в керамзи­ те в основном сферической формы, размером от нескольких микрон до 1 мм.

Керамзитовый песок обычно получают дроблением керам­ зитового гравия, при этом с уменьшением размеров фракций возрастает объемный вес материала.

Шлаковую пемзу (термозит) получают в результате вспу­ чивания расплавов металлургических шлаков при их быстром охлаждении водой. Выделяющиеся газы из-за уменьшения их растворимости при понижении температуры, а также водяные пары, поступающие в расплав извне, в период достижения расплавом оптимальной вязкости вспучивают массу. После охлаждения вспученного расплава образуется пористый ма­ териал, сходный по структуре с природной пемзой. Глыбы шлаковой пемзы дробят в щековых и валковых дробилках и

рассеивают на соответствующие фракции пористого щебня и песка.

Вспученный перлит получают при обжиге водосодержа­ щих вулканических стекол: перлитов, обсидиано-в, витрофиров и др. Режим обжига подбирают, учитывая необходимость совмещения процессов испарения химически связанной воды и перехода вещества породы в пиропластическое состояние. Породу предварительно дробят до получения требуемых фра­ кций, затем подсушивают и быстро обжигают. При этом зер­

на исходной породы увеличиваются в объеме в 5—10 раз. Конечный продукт представляет собой неокатанные, оплав­ ленные с поверхности частицы с тонкопористым строением. Как правило, объемный вес вспученного перлитового песка меньше, чем щебня.

Аглопорит получают при спекании на агломерационных решетках глинистых пород и отходов от добычи угля, шлаков, зол. Исходное сырье крупностью 5—7 мм смешивают с водой, а в случае необходимости — с измельченным топливом и за­ гружают на агломерационную решетку слоем толщиной 20— 30 см. Верхний слой шихты зажигают и одновременно обес­ печивают просос воздуха через нее сверху вниз для постепен­ ного спекания на всю глубину. Топливо выгорает, зерна гли­ нистого сырья спекаются и образуют глыбы пористого мате­ риала, который дробят и рассеивают на щебеночные и песча­ ные фракции. Аглопоритовый щебень имеет как крупные от­ крытые поры диаметром 0,6—5 мм, так и мелкие диаметром от нескольких микрон до 0,5 мм.

Для оценки качества пористых заполнителей производят анализ их физико-механических свойств, определяемых в со­ ответствии с ГОСТ 9758-61: объемного насыпного веса уп, объ­ емного насыпного веса щебня (гравия) в куске уо, удельного веса у, водопоглощения, зернового состава, прочности и моро­ зостойкости. Определение их (за исключением прочности) не отличается от определения аналогичных свойств обычных заполнителей.

Имея показатели этих свойств, расчетным путем можно определить открытую и закрытую пористость кусков запол­ нителя и объем его межзерновых пустот.

При расчетах бетонных смёсей по принципу абсолютных объемов необходимо определять объемные веса пористых заполнителей в цементном тесте и растворе. Для этого навес­ ку песка смешивают с навеской цемента и водой до получения определенной подвижности смеси (обычно 7 см по конусу СтройЦНИЛа). Смесью наполняют литровый цилиндр, уплотняют ее легкой вибрацией и определяют объемный вес.

Объемный вес пористого песка в цементном тесте вычис­ ляют по формуле

где у См — объемный вес смеси в цшиилиндре в кг/м3-,

уц — удельный вес цемента в т/ж3;

212

2 — суммарный вес всего замеса в кг\ Яп, Яц, Яв — соответственно вес песка, цемента, воды в за­

месе в кг.

Указанная формула получена преобразованием зависи­ мости

Необходимо определить объемный вес каждой фракции пористого крупного заполнителя в цементно-песчаном раство­ ре 1 : 2 (песок кварцевый). Воду для замеса берут в количест­ ве, обеспечивающем жесткость бетонной смеси 10—20 сек. Объемный вес смеси определяют в 5-литровом цилиндре после уплотнения на виброплощадке.

Объемный вес испытываемой фракции крупного заполни­ теля в цементном растворе определяют по формуле

ц.т ____________ 7см 'Чщ ____________

щ(г'= 1 0 0 0 2 --Г с„ (-^ + ^ + я в')’

4 ( П [ц '

где ущ — вес Щебня в замесе в кг; остальные обозначения те

кг/л;

X], Х2, х3 — процентное содержание данной фракции в сме­ си по весу1.

Так как при определении объемного веса пористых запол­ нителей в цементном тесте и растворе учитывается объем зе­

q — вес смеси в цилиндре в кг.

213

/

сасываемой водой, то значения у3д'т всегда больше, чем стан­ дартно определяемое значение объемного веса заполнителей в куске vo.3. Особенно значительна эта разница в объемных весах пористых заполнителей с большим количеством откры­ тых пор (аглолорит, термозит, дробленый керамзит).

Для установления прочности пористых заполнителей пред­ лагалось много методов. В настоящее время ГОСТ 9758-61 принят метод определения условной прочности пористого за­ полнителя сжатием зерен каждой фракции в стальном ци­ линдре внутренним диаметром и высотой 120 мм путем вдав­ ливания стального пуансона на глубину 20 мм.

За прочность пористого заполнителя принимают значение удельного усилия на прессе в кГ/см2 в момент погружения пуансона до риски, соответствующей указанной глубине.

Как доказано М. 3. Ванштейном и С. М. Изковичем, дей­ ствительная прочность пористых заполнителей в 4—5 раз выше прочности, определяемой в цилиндре.

Наиболее точное представление о механической прочности пористых заполнителей может быть дано только при их ис­ пытании в бетоне.

Согласно требованиям ГОСТ большинство пористых за­ полнителей должно быть проверено на равномерность изме­ нения объема и устойчивость против силикатного и железис­ того распада. Равномерность изменения объема проверяют по методике ГОСТ 310-60 на лепешках, изготовленных из смеси порошка заполнителя с портландцементом.

Силикатный распад заключается в переходе соединений типа бета-кальциевого силиката в гамма-форму, железистый распад возникает вследствие гидролиза сульфидов железа. При указанных процессах появляются новообразования, уве­ личивающие объем и разрушающие заполнитель.

Для определения устойчивости против силикатного распа­ да навеску определенной фракции заполнителя пропаривают и последующим рассевом определяют процент разрушенных зерен. Определение стойкости против железистого распада производят аналогично, только навеску заполнителя не пропарийают, а выдерживают 30 суток в дистиллированной воде.

Дополнительными испытаниями пористых заполнителей может быть определение прочности отдельных зерен, коэф­ фициента размягчения, потерь при прокаливании, содер­ жания зерен обсидиана.

По показателям объемного насыпного веса в сухом состоя­ нии (в кг/м3) пористые заполнители делятся на марки 100,

214

150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 800, 1000 для щебня

(гравия) и пеока и 1200, 1300 только для песка.

Крупные пористые заполнители разных марок по объем­ ному весу должны иметь прочности при сжатии в цилиндре не менее установленных значений (табл. 36).

П р и м е ч а н и е . Значения прочности в скобках даны для керамзита класса Б (пониженной прочности).

III. ЗАВИСИМОСТИ СВОЙСТВ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ ОТ ИХ СОСТАВА

Особенности свойств бетонов на пористых заполнителях

Пористыми заполнителями обусловлено появление некото­ рых свойств бетонной смеси и бетона, отличных от свойств смеси и бетона, приготовленных на плотных заполнителях.

Основные отличия следующие.

1.Пористые заполнители имеют более развитую поверх­ ность, чем плотные, что требует большего количества цемент­ ного теста для обмазки их поверхности и обеспечения удобоукладываемости смеси.

2.Система открытых пор в заполнителях вызывает подсос воды внутрь заполнителя, который энергично развивается в первые часы после затворения, уменьшает значение В/Ц в бетонной смеси и ухудшает ее удобоукладываемость. Погло­ щенная заполнителями вода отсасывается капиллярами це­

215

ментного камня по мере его твердения и положительно влия­ ет на увеличение глубины гидратации зерен цемента.

3.При перемешивании бетонной смеси часть заполнителя дробится и истирается, что увеличивает содержание мелких фракций.

4.Объемный вес заполнителя меньше объемного веса це­ ментного теста и раствора, что может привести к расслоению смеси и поднятию заполнителя вверх.

5.Прочность крупного заполнителя в легких бетонах мо­ жет быть ниже прочности цементного камня и раствора, что иногда приводит к разрушению заполнителей в бетоне без раз­ рушения цементного камня.

6.Легкие заполнители обладают повышенной адгезией с цементным камнем, что обусловлено как наличием пористой, хорошо развитой поверхности, так и химическим взаимодей­

ствием некоторых заполнителей с гидролитической известью в портландцементе.

Перечисленные свойства различны у разных видов запол­ нителей и по-разному влияют на соответствующие свойства легких бетонов. Даже один вид заполнителей ,по-разному влияет на свойства легкого бетона в зависимости от сырья, технологии производства, зернового состава и других факто­ ров.

Все это не дает возможности установить аналитические зависимости свойств легких бетонов от их состава, как это сделано для тяжелых бетонов. Можно определить лишь об­ щие идеи изменения свойств легких бетонов на пористых заполнителях, что было впервые проведено нашими учеными Н. А. Поповым, А. И. Вагановым, М. 3. Симоновым. В настоя­ щее время эти идеи успешно развиваются уже применитель­ но к определенным заполнителям и определенным, видам лег­

Свойства легкобетонной смеси

Как было сказано, бетонные смеси на пористых заполни­ телях отличаются недостаточной удобоукладываемостыо и склонностью к расслаиванию, что связано с особенностями свойств заполнителей.

В легкобетонной смеси все составляющие, в том числе и зерна заполнителей, имеют различные объемные веса, причем

216

бетона. Поэтому объемная доля песка в смеси заполнителей,

так называемый структурный фактор М ~ п+Щ(~Г). является

важнейшей характеристикой легкого бетона.

Значительно ухудшают удобоукладываемость крупные и мелкие заполнители с неокатанной поверхностью.

Изменение наибольшей крупности крупного заполнителя в отличие от обычных бетонных смесей почти не сказывается на удобоукладываемости легкобетонных смесей. Это объясня­ ется тем, что увеличение водопоглощения при увеличении крупности заполнителей компенсируется уменьшением их удельной поверхности. В некоторых случаях уменьшение крупности заполнителя улучшает удобоукладываемость (сни­ жает жесткость смеси).

Лепкобетонную смесь желательно укладывать как можно быстрее после приготовления из-за отсоса воды из цементного теста зернами заполнителя. Отсос воды увеличивается с уве­ личением водоцементного отношения в смеси и при значени­ ях, близких к единице, может составить около 70% полного водонасыщения заполнителей. Из этого количества воды около 50% заполнитель принимает в течение первых 30 ми­ нут, остальное в течение трех-пяти часов после затворения. Предварительное увлажнение заполнителей для ликвидации отсоса и улучшения удобоукладываемости смеси эффекта не дает и вызывает только повышение суммарного водосодержа ния лепкобетонной смеси.

При приготовлении легких бетонов, особенно на заполни­ телях с большой открытой пористостью, весьма эффективным технологическим мероприятием оказалось изменение порядка загрузки материалов в смеситель. Сначала загружают запол­ нители, тонкомолотую добавку (если она применяется) или часть цемента и 2/3 потребного на замес количества воды. Затем, не останавливая бетоносмеситель, вводят цемент с остальным количеством воды. Предполагается, что тонкомо­ лотые частицы закроют часть пор на поверхности заполните­ ля. Кроме того, предварительное перемешивание щебня в ме­ шалках принудительного действия в течение трех-пяти минут способствует некоторому его истиранию и окатыванию, что уменьшает водопоглощение заполнителя в начальные сроки при приготовлении бетонных смесей и улучшает их удобоук­ ладываемость.

Обычные методы повышения удобоукладываемости бетон­ ных смесей за счет увеличения в них количества воды или

218

цементного теста ухудшают технические свойства легких бе­ тонов, поэтому целесообразно использовать более жесткие смеси и применять соответствующее формующее оборудова­ ние для полного их уплотнения (вибрирование с пригрузом, ьибропреесование, виброштампование, вибропрокат).

При укладке жестких легкобетонных смесей весьма эффек­ тивно применение поверхностноактивных гидрофобных до­ бавок (асидол, мылонафт, кремнийорганические жидкости и др.), принципы действия которых разобраны ранее (см. пер­ вую часть).

Гидрофильные поверхностноактивные добавки, успешно' применяемые в подвижных смесях обычного бетона, в легко­ бетонных подвижных смесях эффекта не дают, что, очевидно, объясняется миграцией влаги между пористыми заполнителя­ ми и цементным тестом.

Как уже упоминалось, легкобетонные смеси имеют боль­ шую склонность к расслоению. Для уменьшения расслаивае­ мое™ легкобетонных смесей необходимо повысить структур­ ную прочность и вязкость их растворной части, что может быть достигнуто увеличением содержания цемента, дисперс­ ных добавок или мелкого заполнителя в смеси, а также введе­ нием поверхностноактивных добавок-микропенообразовате-

лей.

По данным Л. П. Орентлихер, введение в керамзитобетон­ ную смесь добавки ГКЖ-Ю в количестве 0,2% от веса цемен­ та позволило расширить границы оптимального водосодержания смеси на +24 л. Таким образом, добавка ГКЖ -служит хорошим средством против расслоения смеси и в то же время эффективным пластификатором.

Объемный вес легких бетонов

Объемный вес затвердевшего легкого бетона является определяющим показателем для теплоизоляционных бетонов, имеет одинаковую значимость с прочностью прй проектиротании теплоизоляционно-конструктивных бетонов и важное, но несколько меньшее значение, чем прочность, для конструк­

тивных бетонов.

Объемный вес затвердевшего сухого бетона может быть выражен формулой

Yo= i3+1,15 (1,20) Ц,

где 3 — вес заполнителей в 1 м3 бетона в кг; Ц — вес цемента в 1 м3 бетона в кг;

219

5

я — пористый щебень; б — пористый гравий,