книги из ГПНТБ / Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях учеб. пособие

•Si02 ). Установлено, что степень стойкости шлака зави­ сит от его химического состава и скорости охлаждения. Быстрым охлаждением расплава можно предотвратить силикатный распад. При неблагоприятном химическом составе иногда наблюдается также марганцевый и желе­ зистый распад. Исходя из этого, для вспучивания целе­ сообразнее применять кислые шлаки, богатые S1O2 и AI2O3. Они не только более стойки, но и образуют рас­ плав с меньшим поверхностным натяжением, что приво­ дит к получению при вспучивании более равномерной, мелкопорпстон структуры.

Заполнители из зол ТЭС

Золы тепловых электростанций—эффективное сырье для производства пористых заполнителей: глииозолыюго аглопорнта, аглопоритового, зольного и глинозольного гравия. Эти заполнители делят на две группы: к первой относят заполнители, получаемые из смешанной глинозольной шихты, ко второй — из чисто зольной.

Эффективность применения комбинированной шихты обусловливается тем, что золы электростанций обычно имеют более высокую температуру плавления, чем гли­ нистое сырье. В зависимости от температуры плавления зол автором предложена следующая классификация зольного сырья (табл. П.4).

Производство зольных заполнителей развивается в двух направлениях: на агломерационной машине полу­ чают глинозольиый аглопорит и аглопоритовый гравий, во вращающихся печах — зольный гравий и глинозоль­ иый гравий. Последний представляет собой, по сущест­ ву, керамзит, в котором 50—70% глины заменено золой.

50

Золы электростанций содержат несгоревшие частицы топлива, количество которых иногда достигает 20—25%• Эти частицы сгорают при спекании зольной шихты на агломерационных машинах. Утилизация таких зол весь­ ма эффективна, поскольку приводит к значительной эко­ номии топлива. Во вращающихся же печах требуемая температура обеспечивается сжиганием жидкого или га­ зообразного топлива, поэтому применяемая зола может содержать не более 2—3% несгоревших частиц.

Поскольку зольная или глинозольная шихта пластич­ на и хорошо гранулируется перед спеканием, примене­ ние золы позволяет изготовлять агломерационным спо­ собом заполнитель не только щебиевидной, но и гравиеподобной формы. При этой технологии полученные в граиуляторе гранулы поступают на ленточную агломе­ рационную машину. Крупнозернистая шихта имеет по­ вышенную газопроницаемость. Процесс агломерации идет быстро. В результате избытка воздуха создается окислительная среда, поэтому гранулы не оплавляются и почти не спекаются. На выходе из машины образую­ щийся спек легко поддается дроблению с получением зерен шаровидной формы.

Т а б л и ц а 11.5. Свойства пористых заполнителей из зольного сырья

ТЭЦ-1

В последнее время широко развивается производство пористых заполнителей на основе зол электростанций. Госстроем РСФСР утверждены «Технические условия на зольный гравий» (РТУ 5012-65). Основные свойства не­ которых зольных заполнителей приведены в табл. П.5.

Перлит

Сырьем для производства вспученного перлита слу­ жат водосодержащие (1—2% связанной воды) вулкани­ ческие стекла: обсидиан, перлит, пехштейн. Перлит ха­ рактеризуется микротрещиноватостыо, ярко выражен­ ными концентрическими шаровидными скорлупками с блестящей перламутровой поверхностью

Поскольку перлитом называется исходная горная по­ рода, полученный на ее основе заполнитель следует на­ зывать вспученным перлитом, однако для сокращения его нередко называют также перлитом. В настоящем учебном пособии рассматриваемый заполнитель сокра­ щенно называется перлитом.

Месторождения перлита выявлены в ряде республик Советского Союза: Армении (Гутансарское, Арагацкое и др.), Азербайджане, Грузии, Казахстане, Таджикиста­ не, РСФСР (Мухор-Талинское).

Технология производства перлита такая же, как и керамзита, и заключается в быстром нагревании пред­ варительно раздробленной породы. В результате обра­ зования водяных паров и частично газов нагретая поро­ да, находящаяся в пиропластическом состоянии, вспу­ чивается. Коэффициент вспучивания может достигать 10—12. Такое большое увеличение объема приводит к образованию очень легкого материала.

ГОСТ 10832—64* предусматривается выпуск перли­ тового песка четырех марок (100, 150, 200 и 250 кг/м3) и щебня трех марок (300, 400, 500 кг/м3). Коэффициент теплопроводности песка в сухом состоянии составляет 0,04—0,06 ккал/(м-ч-град). Предел прочности щебня при сжатии в цилиндре соответственно должен быть 5,8 и 13 кгс/см2.

Особенность перлита заключается в том, что более легкими являются мелкие фракции, а не крупные, как у керамзита или аглопорита. Объясняется это фазовым

1 Perle (франц.) означает жемчуг.

52

составом вспучиваемой породы. В производстве керам­ зита мелкие гранулы (менее 5 мм) вспучиваются слабо, поскольку образующиеся газы ие задерживаются в ма­ лом объеме глинистого сырца и уходят из зерна до его вспучивания. В перлите, наоборот, вязкая стекловидная структура удерживает образующиеся газы, и они тем интенсивнее вспучивают зерно, чем оно мельче и, следо­ вательно, лучше прогревается.

Нередко при быстром нагревании породы газы выде­ ляются столь бурно, что разрывают зерно и вспучивание не происходит. Поэтому перлит рекомендуется подвер­ гать предварительной термической обработке в сушиль­ ном барабане или в малой вращающейся печи при тем­ пературе 250—450° С в течение нескольких минут. В ре­ зультате -выделения свободной и слабосвязанной воды ее оставшееся количество не превышает 3%, что вполне достаточно для вспучивания.

Для сырья каждого месторождения опытным путем уточняют оптимальный режим вспучивания в зависимо­ сти от принятого размера породы после дробления. Пер­ лит обжигают при температуре от 900 до 1200° С в шах­ тных и вращающихся печах. Шахтная печь предназна­ чена для получения песка, вращающаяся — песка и щеб­ ня. Мелкие фракции породы (песок) вспучиваются преи­ мущественно во взвешенном состоянии, резко увеличи­

ристого песка, используемого для бетонов, из которых изготовляют ограждающие конструкции. Применение легкого перлитового песка в сочетании с более тяжелыми, но одновременно и более дешевыми крупными заполни­ телями (керамзитом, аглопоритом, шлаковой пемзой) позволяет на 200—300 кг/м3 снизить объемную массу лег­ ких бетонов и тем самым изготовлять ограждающие кон­ струкции меньшей толщины, что дает значительную экономию.

Наряду с этим перлитовый песок может эффективно использоваться для изготовления теплоизоляционных бе­ тонов, которые должны иметь объемную массу менее

53

500 кг/м5. Поэтому экономически целесообразно полу­ чать из перлита в первую очередь мелкий заполнитель, хотя в отдельных случаях может быть оправдано произ­ водство и перлитового щебня.

Необходимые деформативность и долговечность лег­ ких бетонов достигаются при условии, если перлитовый песок удовлетворяет ряду специфических требований, которые заключаются в следующем:

1) марка по объемной насыпной массе вспученного перлитового песка не менее 200;

2)отношение объемной массы вспученного песка к объемной массе крупного заполнителя не менее 0,25;

3)содержание пылеватых частиц крупностью менее 0,15 мм не более 15% по объему;

4)содержание щелочей ЫагО+КгО в пробе вспучен­ ного перлитового песка не более 10%.

Мелкие фракции вспученного перлита имеют повы­ шенную водопотребность по сравнению с другими вида­ ми пористого песка. Повышенной водопотребностыо от­ личается не только перлитовый песок, но и щебень. Ис­ пытывать его на водопоглощеиие следует в течение шес­ ти суток, а не двух (как для других пористых заполни­ телей) .

Перлитовый песок необходимо проверять па равно­ мерность изменения объема по методике ГОСТ 9758—69. С этой целью из смеси песка и цемента изготовляют ле­ пешки, которые выдерживают в воде при комнатной температуре и при кипячении.

Вермикулит

Вермикулит представляет собой сыпучий мелкозер­ нистый пористый материал, состоящий из червеобразных частиц золотистого цвета, получаемых путем обжига дробленого исходного минерала — вермикулита1 с пре­ дельной крупностью 10 мм. Минерал вермикулит — один из представителей группы гидрослюд. Он имеет харак­ терную слоистую структуру и содержит слабосвязанную воду межмолекулярных слоев.

В результате быстрого нагревания до температуры 1000—1200° С частицы вермикулита расщепляются под действием интенсивно испаряющейся воды, увеличиваясь

1 Vermiculus (лат.) означает червячок.

54

в объеме в 15—20 раз и более. По мере повышения тем­ пературы не только ускоряется парообразование, но и происходит пиропластическое размягчение частиц. Под давлением паров, действующих перпендикулярно плос­ кости спаянности, образуется своеобразная пластинча­

костной спаянности. Поэтому режим обжига должен ха­

тенсивно процесс вспучивания протекает при обжиге вер­ микулита во взвешенном состоянии в коротких трубча­ тых печах.

В соответствии с требованиями ГОСТ 12865—67 вер­ микулит выпускают трех марок по объемной насыпной массе: 100, 150 и 200 кг/м3. В некоторых случаях приме­ няют вермикулит более высоких марок—250 й 300 кг/м3. По крупности заполнитель классифицируют на три фрак­

Вспученный вермикулит один из наиболее эффектив­ ных теплоизоляционных материалов, обладающий высо­ кой огнеупорностью. Он выдерживает температуру до 1100° С, используется при засыпке сводов заводских пе­ чей, но как заполнитель для особо легких бетонов нахо­ дит пока ограниченное применение.

Пористый песок

Этот заполнитель получают тремя способами: из гли­ нистого сырья в печах кипящего слоя; путем дробления пористых заполнителей; из мелкодробленого перлита путем обжига в вертикальных или вращающихся печах.

Технология производства пористого песка в печах кипящего слоя разработана ВНИИСтромом. Предприя­ тия для его изготовления имеют два отделения: подго­ товки глинистого сырца и тепловой его обработки. В от­ делении подготовки глина после разрыхления поступает в сушильный барабан с цепями, где крупные слипшиеся

55

комья подсушиваются н частично измельчаются. Оконча­ тельное измельчение, до крупности 3 мм, производится в дезинтеграторах. В отделении тепловой обработки име­ ются печи термоподготовки и обжига. В этих тепловых установках в направлении снизу вверх подается воздух под напором 6000 мм вод. ст. Восходящие потоки воз­ духа создают интенсивное турбулентное движение, в ре­ зультате чего частицы материала находятся во взвешен­ ном состоянии п" глнновоздушная смесь напоминает ки­ пящую жидкость.

Подготовленный порошок поступает в печь для под­ сушивания. Далее он направляется в печь обжига. Внут­ ри кипящего слоя сжигают твердое, жидкое или газооб­ разное топливо. При температуре 1100°С происходит вспучивание глинистых частиц. Обожженный песок на­ правляется в холодильник п далее, после очистки возду­ ха от пыли, в бункерный склад.

Керамзитовый песок может быть получен из плотного глинистого сырья и во вращающихся печах. Однако об­ жиг в вертикальных печах проще, чем во вращающихся. Вспучивание частиц происходит при этом во взвешен­ ном состоянии, затем они охлаждаются и очищаются от пыли в циклонах.

Поскольку при производстве аглопорита, шлаковой пемзы дробление неизбежно, может создаться впечатле­ ние, что отходы от дробления и следует использовать в качестве пористого песка. Однако такой путь не являет­ ся рациональным, поскольку образующаяся при дробле­ нии мелкая фракция содержит большое количество пылеватых частиц, что повышает водопотребность бетонной смеси, объемную массу бетона и его усадку. Пористый

хпесок поэтому получают путем специального дробления крупных зерен аглопорита и шлаковой пемзы в валковых дробилках. С этой целью используют крупные фракции керамзита.

Дробленый керамзитовый песок должен отвечать тре­ бованиям МРТУ 21-21-66. Он выпускается шести марок по объемной насыпной массе: 500, 600, 700, 800, 900. 1000 кг/м3. Зерновой состав песка считается нормальным, если проведенный рассев на стандартных ситах показы­

не более 5% по массе. Допускаемое количество их опре-

56

деляется предельным изменением нормальной грануло­ метрии.

Для получения 1 м3 дробленого песка необходимо пе­ реработать около 2 м3 керамзитового гравия. Чем круп­ нее фракции керамзита, используемые для дробления, тем выход песка будет меньше. Следовательно, получать песок путем дробления керамзита экономически нера­ ционально. Это лишь временная мера, пока не организо­ вано массовое производство пористого песка другими методами. В ряде случаев в качестве пористого песка используют золы ТЭС, гранулированный доменный шлак. Применяют и природные кварцевые пески.

2. Технические требования к пористым заполнителям и методы их испытания

От величины объемной массы пористых заполнителей зависит объемная масса бетона. Независимо от вида применяемого заполнителя величина его объемной массы должна находиться-согласно СНиП I-B.3-62 в соответ­ ствии с объемной массой легкого бетона (табл. II.6).

Большое значение для получения легкого бетона с оптимальным сочетанием наибольшей прочности и наи­ меньшей объемной массы имеет зерновой состав запол­ нителей. В зависимости от рассева применяют заполни­ тели двух видов — сортовые и рядовые (нефракционированные). Пористый щебень или гравий используют трех фракций: от 5 до 10, от 10 до 20 и от 20 до 40 мм. В осо­

57

ся допустимым. С учетом данных, приведенных на рис. II.7 и 11.8, установлены допуски по зерновому составу фракционированного пористого гравия, щебня п песка (табл. II.7).

Сопоставив характеристики зернового состава запол­ нителей, полученные в результате рассева на стандарт­ ном наборе сит, с приведенными данными в табл. 11.7,

58

можно установить пригодность их или непригодность для приготовления плотного легкого бетона. В виде ис­ ключения применяют нефракционированные заполните­ ли, но это приводит к перерасходу цемента, поскольку повышается пустотность или удельная поверхность смеси заполнителей.

Зерна крупного заполнителя могут иметь различную форму, но отношение наибольшего размера зерна к наи­ меньшему (коэффициент формы) не должно превышать 1,5. Количество зерен в смеси, не отвечающее этому тре­ бованию, допускается не более 20%, при этом коэффици­ ент формы для них должен быть не более 2,5.

Для высокопрочных легких бетонов предельная круп­ ность зерен гравия и щебня допускается не более 20 мм,

сечения конструкции или 2/з расстояния между армату­ рой. В легких бетонах, особенно высокой прочности, ра­ ционально применять более мелкий заполнитель, чем в тяжелых.

Пористые заполнители следует применять сухими, влажность их не должна превышать 2% (в отдельных случаях 5%).

Прочность пористых заполнителей колеблется в зна­ чительных пределах: она может быть больше, чем легкого бетона, и меньше ее. Этим легкие бетоны отличаются от тяжелых, для которых минимальная прочность заполни­ теля должна в 1,5—2 раза превышать марку бетона. По­ скольку прочность тяжелого бетона меньше, чем заполни­ теля, разрушение происходит по цементному камню или по контакту его с заполнителем. В легком бетоне разру­ шение наблюдается по заполнителю и цементному кам­ ню и весьма редко — по контакту между ними. Так как имеется непосредственная связь между прочностью лег­ кого бетона и пористого заполнителя, прочностные по­ казатели последнего необходимо постоянно контроли­ ровать.

Прочность заполнителя оценивают по-разному, в за­ висимости от области применения бетона. Если заполни­ тель используют в теплоизоляционных или теплоизоля­ ционно-конструктивных бетонах, превалирующее значе­ ние имеет объемная масса заполнителя и она должна быть возможно меньшей. Прочность же заполнителя мо­ жет соответствовать минимальным значениям, приведен-

•59