Заполнители для бетона и асфальтобетона. Учебное пособие

легко расщепляются по плоскостям спайности, образуя очень тонкие слабо вспучивающиеся чешуйки, поэтому при дроблении необходимо исключить и чрезмерное расщепление вермикулита.

Вермикулит отличается от других горных пород, поэтому для дробления рекомендуется использование молотковых дробилок с режущими ножеобразными битами. На выход крупных фракций оказывает влияние скорость вращения ротора дробилки. При высокой скорости материал чрезмерно измельчается, так как сильный воздушный поток, созданный вращающимися битами, препятствует попаданию зёрен на разгрузочную решётку. Оптимальные результаты достигаются при угловой скорости вращения ротора 840 об/мин (или линейной 18 м/сек).

Дроблёный вермикулит вспучивается хуже недроблёного, так как при ударном воздействии нарушается его микроструктура.

Обжиг производят во взвешенном состоянии в шахтных или трубчатых печах.

Трубчатая печь – футерованная горизонтальная неподвижная труба, в которой сжигается газ или жидкое топливо, подаваемое длиннопламенной форсункой, а над этой трубой смонтирован вращающийся барабан для сушки и подогрева руды отходящими газами. Подогретая во вращающемся барабане руда подаётся в горизонтальную неподвижную трубу в зону горящего факела, где она быстро вспучивается, и движущимся со скоростью 20-22 м/с потоком газов и воздуха вносится в осадительную камеру, а мелкие частицы осаждаются в циклоне.

Вспученный вермикулит очищается от пустой породы в сепараторе, который установлен за осадительной камерой. Печь построена по прямоточному принципу, то есть направления движения газов и материала совпадают, поэтому мелкие частицы, быстро нагреваясь, вспучиваются и выносятся из печи, а крупные и менее гидратированные за-

держиваются в печи дольше. Температура плавления 1200-1400 С. Существуют шахтные печи. Сырьё в них подаётся сверху, поток

нагретых восходящих газов подводится снизу. Вспученный вермикулит поступает в бункер через наклонный под печи. При этом мелкие частицы задерживаются в печи дольше, а крупные падают быстрее. Этот тип печей рекомендуется для вспучивания вермикулита однородного фракционного состава и степени гидратации.

В России применяются вращающиеся, наклонные, V-образные и другие печи, но качество вермикулита их намного хуже.

Характеристики вспученного вермикулита:

-невысокая плотность Н=80-200 кг/м3;

-малый коэффициент теплопроводности =0,048-0,06 ккал/г м С;

-высокий коэффициент звукопоглощения;

-высокая огнестойкость;

-малый коэффициент линейного расширения (0,000014);

51

-красивый золотистый или серебристый цвет;

-невысокая гигроскопичность, долговечность, не гниёт, способен впитывать большое количество жидкостей, ряд других ценных свойств.

Вспученный вермикулит состоит из тончайших пластинок, разделённых воздушными прослойками. Форма и блеск зёрен могут быть различными в зависимости от вида сырья и степени его гидратации. При вспучивании менее гидратированных разновидностей получают пластинчатые зёрна со стеклянным блеском. При вспучивании более гидратированных разновидностей гидрослюд получают кубообразную форму зёрен, они имеют шелковистый блеск и неровную поверхность. Такой вермикулит является более высококачественным, так как даёт хаотическую ориентацию зёрен в засыпке, хорошо сцепляется с вяжущим, обеспечивая более высокую прочность при меньшем расходе вяжущего.

В соответствии с ГОСТ 12865-67 вспученный вермикулит делят:

-на три фракции по размеру зерен (крупную размером 5-10 мм, среднюю 0,6-5 мм, мелкую - менее 0,6 мм);

-на три марки по насыпной плотности(100, 150, 200 кг/м3). Водопоглощение W – высокое. Крупные фракции вспученного вер-

микулита быстро (за 15 минут) поглощают воду, основная масса воды поглощается за 3 часа, через сутки – 150-300 %, через 2 суток 350-370 %.

Вспученный вермикулит обладает упругостью, которая выражается частично в восстановлении высоты предварительно сжатой пробы после снятия нагрузки. Общая деформация складывается из упругой и остаточной. Упругая деформация уменьшается при увлажнении пробы вспученного вермикулита, деформация ползучести увеличивается при этом в 2 раза.

При предварительном сжатии вспученного вермикулита или при его вибрации деформация ползучести практически не проявляется.

Применение вспученного вермикулита:

1.Для изготовления тёплых штукатурных растворов для наружной и внутренней отделки конструкций;

2.Для изготовления кладочных растворов средней плотностью 450700 кг/м3 ;

3.Для устройства теплоизоляционных засыпок, асбестовермикулитовых изделий, включающих асбест, вермикулит, крахмальнобентонитовое связующее в виде скорлуп и плит.

4.Для получения цементно-вермикулитовых изделий для теплоизо-

ляции при температуре до 1000 С.

Материалы на основе вспученного жидкого стекла.

В эту группу входят продукты вспучивания гидратированных растворимых стёкол.

Жидкостекольные материалы вспучивают при нагревании или в результате химического взаимодействия с добавками -газообразователями.

52

Исходное сырьё:

-натриевое жидкое стекло;

-тонкомолотые наполнители (мел, известняк, тальк, песок, зола и т.д.) – для регулирования реологических свойств смеси;

-специальные добавки для гидрофобизации, повышения прочности, водостойкости, улучшения ряда других свойств материала.

На первом этапе получают гранулированный полуфабрикат – стеклопор и силипор. Стеклопор с крупностью зёрен более 5 мм получают гранулированием жидкостекольной массы с последующим вспучиванием при

500 С. Вспучивание идёт в результате испарения связанной в жидом стекле воды при его переходе в пиропластичное состояние. Вспучивание осуществляют в обычном сушильном оборудовании с применением теплоты отходящих газов.

Силипор отличается от стеклопора меньшими размерами зёрен (от 0,01 до 5 мм). Кроме того, при его производстве грануляцию и вспучивание совмещают в одну операцию при распылении в башенном сушиле.

Характеристики стеклопора и силипора:

-высокая пористость (98 - 99,6 %), зависит от состава исходной смеси

ирежима обжига, поры уменьшаются при введении в жидкое стекло добавок: кислот, спиртов и других, а также при медленном режиме нагревания;

-плотность О = 40 - 200 кг/м3;

-теплопроводность = 0,028 - 0,035 Вт/(м С);

-сопротивление сжатию в цилиндре Rсж.цил. = 0,1 - 0,4 МПа;

-рабочая температура применения -200…+600 С;

-водопоглощение WO = 12 – 18 %, сорбционная влажность не более 1 %.

Изделия из вспученного жидкого стекла получают с применением различных вяжущих.

Применение: стеклосиликат, стеклоцемент и др..

3.3. Свойства пористых заполнителей

3.3.1 Насыпная плотность

Насыпную плотность определяют по массе и объему высушенной до постоянной массы пробы, насыпанной в мерный сосуд, без уплотнения, с заданной высоты.

Размеры мерного сосуда для испытания заполнителя в лабораторных условиях в зависимости от наибольшей крупности зерен заполнителя принимают по таблице 3.2.

53

Таблица 3.2 Размеры мерного сосуда в зависимости от крупности зерен заполнителя

Насыпную плотность заполнителя н , кг/м3, вычисляют с точностью до 10 кг/м3 (для пористого песка марок по насыпной плотности 250 и ме-

где m1 - масса мерного сосуда с заполнителем, кг; m2 - масса мерного сосуда, кг;

V - объем мерного сосуда, м3.

Предельное допустимое расхождение между результатами двух испытаний должно быть не более 5%.

Насыпную плотность заполнителя рассчитывают, как среднеарифметическое значение результатов двух параллельных испытаний, при проведении которых каждый раз используют новую пробу заполнителя.

Для пористого песка марок по насыпной плотности 250 и менее среднеарифметическое значение рассчитывают по результатам трех испытаний.

Взаводских условиях насыпную плотность заполнителя определяют

всостоянии естественной влажности. За насыпную плотность заполнителя

всостоянии естественной влажности в партии принимают среднеарифметическое значение результатов трех параллельных испытаний лабораторной пробы.

По результатам определения насыпной плотности допускается пересчет количества поставляемого заполнителя из весовых единиц в объемные. При этом определяют насыпную плотность отобранного от партии заполнителя в состоянии естественной влажности взвешиванием в мерном сосуде объемом и размерами, приведенными в таблице 3.3 в зависимости от крупности зерен заполнителя.

54

3.3.2 Средняя плотность зерен крупного заполнителя

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя определяют гидростатическим методом по разности масс контейнера с навеской до и после насыщения ее водой при взвешивании в воде и на воздухе.

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя к ,г/см3, вычисляют по формуле 3.4:

где m1 - масса пробы сухого заполнителя (разность масс контейнера с высушенной пробой и контейнера без пробы при взвешивании на воздухе), г;

m2 - масса пробы заполнителя, насыщенного водой (разность масс кон-

тейнера с насыщенной пробой и контейнера без пробы при взвешивании на воздухе), г;

m3 - масса пробы заполнителя в воде (разность масс контейнера с насыщенной пробой и контейнера без пробы при взвешивании в воде), г;

в - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3 .

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя каждой фракции вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных испытаний.

Предельное допустимое расхождение между результатами двух испытаний должно быть не более 5%.

3.3.3 Истинная плотность

Истинную плотность заполнителя (без пор) определяют по объему дистиллированной воды, вытесняемой заполнителем из пикнометра при кипячении.

Истинную плотность заполнителя , г/см3, вычисляют по формуле 3.5:

55

где m1 - масса пикнометра с навеской, г; m2 - масса пустого пикнометра, г;

m3 - масса пикнометра с дистиллированной водой, г;

m4 - масса пикнометра с навеской и дистиллированной водой после

удаления пузырьков воздуха, г;ж - плотность жидкости при 20°С, г/см3 (в случае применения дистил-

лированной воды в =1,0 г/см3).

За окончательный результат принимают среднеарифметическое расхождение между результатами двух параллельных испытаний не должно превышать 0,05 г/см3 . В случае большего расхождения испытание повторяют, применяя в качестве жидкости обезвоженный керосин (для обезвоживания в керосин добавляют прокаленный медный купорос по ГОСТ

19347).

3.3.4 Средняя плотность зерен гравия в кварцевом песке

Среднюю плотность зерен гравия в кварцевом песке определяют, как отношение массы зерна гравия к объему вытесненного им песка.

Метод предназначен для лабораторных испытаний проб глинистого сырья для определения возможности получения из него пористых заполнителей.

Среднюю плотность зерен гравия в кварцевом песке, п г/см3, рассчитывают по формуле 3.6:

V

где m - масса зерна (гранулы), г;

V - объем зерна (гранулы), см3 (мл).

За окончательный результат принимают среднеарифметическое значение результатов параллельных испытаний десяти зерен (гранул).

3.3.5 Средняя плотность зерен заполнителя в цементном тесте

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя в цементном тесте определяют как отношение массы высушенной навески заполнителя к ее объему, вычисленному по разности объемов бетонной и растворной смесей, приготовленных на природном песке.

Среднюю плотность зерен пористого песка в цементном тесте определяют как отношение массы высушенной навески песка к ее объему, вычисленному по разности объемов растворной смеси и цементного теста.

56

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя кц.т и пористого

песка пц.т в цементном тесте, г/см3 , вычисляют с точностью до 0,1 г/см3 по формулам 3.7 и 3.8:

где см - плотность приготовленной смеси в уплотненном состоянии, г/см3; mк - масса испытуемого крупного заполнителя, кг;

mп - масса испытуемого пористого песка, кг; mц - масса цемента в смеси, кг;

mв - масса воды в смеси, кг;

mп.кв - масса природного песка в смеси, кг;

M - суммарный расход всех материалов (включая воду) в замесе, кг;

ц - плотность цемента, определенная по ГОСТ 310.2 или принимаемая равной 3,1 г/см3;

п.кв - плотность природного песка, определенная по ГОСТ 8735 или

принимаемая равной 2,65 г/см3 .

Среднюю плотность зерен заполнителя в цементном тесте определяют, как среднеарифметическое значение результатов двух параллельных испытаний.

3.3.6 Средняя плотность зерен пористого песка

Среднюю плотность зерен пористого песка определяют, как отношение массы высушенной навески к ее объему, определенному пикнометрическим методом в воде после предварительного насыщения зерен песка керосином.

Среднюю плотность зерен пористого песка к , г/см3 , вычисляют с точностью до 0,01 г/см3 по формуле 3.9:

где m1 - масса пустого плотномера, г;

m2 - масса плотномера с навеской пористого песка, г;

57

m3 - масса плотномера с навеской пористого песка и керосином, г;

m4 - масса плотномера с навеской пористого песка, водой до метки и всплывшим керосином, г;

m5 - масса плотномера с водой, г;

в - плотность воды, равная 1 г/см3 .

Среднюю плотность зерен пористого песка вычисляют как среднеарифметическое значение результатов двух параллельных испытаний. Расхождение между результатами двух параллельных испытаний не должно превышать 0,02 г/см3 .

3.3.7 Объем межзерновых пустот и пористость зерен заполнителя

Объем межзерновых пустот определяют расчетом по значениям насыпной и средней плотности зерен заполнителя.

где Н - насыпная плотность заполнителя в сухом состоянии, кг/м3;

К , П - средняя плотность зерен крупного заполнителя и пористого

песка соответственно, г/см3 .

Пористость зерен определяют расчетом по значениям истинной и средней плотности зерен заполнителя.

Пористость зерен крупного заполнителя VПОРК и пористого песка VПОРП , % по объему, вычисляют по формулам 3.12 и 3.13:

где К , П - средняя плотность зерен крупного заполнителя и пористого песка соответственно, г/см3;

- истинная плотность заполнителя, г/см3.

58

3.3.8 Теплопроводность зерен крупного заполнителя в бетоне

Метод основан на определении теплопроводности зерен крупного заполнителя расчетным способом по теплопроводности бетона и его растворной части.

Для приготовления бетонной смеси отбирают навеску раствора, массой M р ,кг, вычисляемой по формуле 3.14:

где Vб - объем бетонной смеси, приготовленной из раствора и крупного заполнителя, л;

р - средняя плотность уплотненного раствора, кг/м3.

Массу навески крупного заполнителя m , кг, определяют по форму-

ле 3.15:

где к - средняя плотность зерен крупного заполнителя, г/см3; Wпогл - водопоглощение крупного заполнителя за 1 ч, %.

Среднюю плотность образцов бетона в сухом состоянии б.с и растворной части бетона в сухом состоянии р.с вычисляют по формуле 3.16:

где M и - масса испытуемого образца после испытания, кг;

Vи - объем испытуемого образца, вычисляемый по результатам измере-

ния его длины и ширины после окончания испытания, толщины – при испытании, м3.

Разность температур лицевых граней испытуемого образца Tи определяют по формуле 3.17:

где T1и ,T2и - температура горячей и холодной лицевых граней испытуемого

59

где dи - толщина образца, измеренная при испытании, м;

Tи - термическое сопротивление между лицевой гранью образца и ра-

бочей поверхностью плиты прибора, м2 ·К/Вт;

Rк - термическое сопротивление между лицевой гранью образца и рабо-

чей поверхностью плиты прибора, принимают равным 0,005 м2 ·К/Вт;

qи - плотность стационарного теплового потока, проходящего через об-

разец, Вт/м.

Плотность стационарного теплового потока qи в зависимости от схе-

мы прибора для измерения эффективной теплопроводности рассчитывают: - для асимметричной схемы прибора (по ГОСТ 7076, приложение А)

по формуле 3.19:

где fи - значение градуировочного коэффициента тепломера прибора, соот-

ветствующее значению теплового потока, протекающего через образец после установления стационарного теплового режима, Вт/(мВ·м2),

eи - выходной сигнал тепломера прибора после установления стацио-

нарного теплового потока через образец, мВ; - для симметричной схемы прибора (по ГОСТ 7076, приложение А)

по формуле 3.20:

где fи , fи - значения градуировочных коэффициентов первого и второго

тепломеров прибора, соответствующие значению теплового потока, проходящего через образец после установления стационарного теплового режима, Вт/(мВ·м2);

eи , eи - выходные сигналы первого и второго тепломеров после

установления стационарного теплового потока через образец, мВ. Теплопроводность крупного заполнителя к , Вт/(м·К), определяют

где р - теплопроводность растворной части бетона, Вт/(м·К);б - теплопроводность бетона, Вт/(м·К);

- фактическая объемная концентрация крупного заполнителя в бетоне, определяемая по формуле 3.22:

60