4. Сырьевые материалы
Для приготовления легких бетонов применяют портландцемент, быстротвердеющий портландцемент и шлакопортланд-цемент.
В качестве заполнителей для легких бетонов используют природные и искусственные сыпучие пористые материалы с насыпной плотностью не более 1200 кг/м3 при крупности зерен до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/м3 при крупности зерен 5...40 мм (щебень, гравий).
При классификации пористых заполнителей различают пористые природные заполнители вулканические и осадочные, а искусственные - специально изготовленные и твердые отходы промышленности. В группу заполнителей вулканического происхождения входят щебень и песок из пемзы, вулканического шлака, туфа и туфовых лав. К заполнителям осадочного происхождения относятся пористые известняки и известковые туфы, опока, трепел, диатомиты. В качестве пористых заполнителей могут служить разнообразные· отходы промышленности: топливные и металлургические шлаки, зола-унос и золошлаковые смеси, керамический болт.
Специально изготовленными пористыми заполнителями являются керамзит и его разновидности (шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит и др.), аглопорит, шлаковая пемза, гранулированный шлак, вспученный перлит и вермикулит. Их специально· получают в виде гравия, щебня и песка в результате термической обработки глинистого, зольного, шлакового и другого минерального сырья.
В результате выделения газообразных продуктов за счет выгорания органических примесей и добавок, парообразования или других процессов происходит вспучивание минерального сырья при обжиге. При этом в процессе обжига его значительная часть переходит в расплав, который должен иметь определенную вязкость· для удерживания газообразных продуктов. Технологический процесс получения искусственных пористых заполнителей включает подготовку исходного сырья, его термическую обработку, дробление и сортировку.
Важнейшими показателями свойств пористых заполнителей являются насыпная плотность, плотность и прочность зерен, зерновой состав, водопоглощение, деформативность, морозостойкость,. стойкость против распада, теплопроводность, Значения некоторых основных свойств распространенных пористых заполнителей приведены в табл. 1
Таблица 1 Основные свойства пористых заполнителей
Наиболее широко в легких бетонах применяют крупный пористый заполнитель фракции 10-20 мм, а также возможно использование фракций 5-10 и 20-40 мм. Объем межзерновых пустот уменьшается по мере приближения к единице коэффициента формы заполнителя - отношения наибольшего размера зерна к наименьшему. Для гравия объем межзерновых пустот меньше, чем для щебня.
Водопоглощение заполнителя зависит как от величины общей пористости, так и от структуры парового пространства. Значительно снижает водопоглощение наличие на поверхности зерен оплавленной корочки. Для керамзитового гравия, имеющую такую корочку, объемное водопоглощение почти в два раза ниже, чем для щебня, который такой корочки не имеет.
Прочность пористых заполнителей определяют сдавливанием зерен в цилиндре стальным пуансоном на заданную глубину. При этом находят величину напряжения, которая и принимается в качестве показателя условной прочности. Однако этот показатель зависит от формы зерен и пустотности смеси, поэтому применяют специальные коэффициенты для перевода условной прочности заполнителя к действительной прочности заполнителя, характеризующей его марку. Для пористых заполнителей установлено 11 марок по прочности: П25, П35, П50, П75, П100, П125, П150, П200, П250, П300 и П350.
Модуль упругости пористых заполнителей значительно ниже, чем плотных. Это обусловливает одну из наиболее существенных особенностей легких бетонов - их повышенную деформативность.
Керамзит занимает первое место по объему производства из всех искусственных пористых заполнителей. Для его изготовления наиболее пригодны легкоплавкие глинистые породы, характеризуемые способностью вспучиваться при обжиге.
Химический состав этих пород находится в следующих пределах: 50-55% - Si02, 15-25%-АI2Оз, до 3%-СаО, до 4%-МgО, 6,5-10%-(Fе20з+ +FeO), 3,5-5%-(Nа2О+К2О). Они не должны содержать более 30 % песчаных и пылеватых частиц, а также карбонатные частицы крупнее 0,2 мм, гипс и более 1-2 % тонкодисперсных органических примесей. В качестве сырья для производства керамзита применяют также золу ТЭС или золошлаковую смесь.
Керамзитовое сырье должно иметь коэффициент вспучиваемости (отношение объема вспученной к объему сырцовой гранулы) не менее 2, температуру обжига не выше 1523 К, интервал вспучивания не менее 50 К.
Различают сухой, пластический и мокрый способ производства керамзита. Сухой способ применяют при использовании камнеподобного глинистого сырья (сланцы, шунгиты, аргиллиты и др.), мокрый - хорошо размокаемого сырья, разводимого до влажности пульпы около 50%.
Наибольшее распространение получил пластический способ (рис. 1), при котором из рыхлого глинистого сырья после предварительной переработки до состояния пластичной массы формуются гранулы влажностью до 20 %, последние после подсушки или сразу направляют во вращающуюся печь. Для улучшения свойств керамзита в глиняную массу иногда вводят железистые и органические добавки. Гранулы направляют во вращающиеся печи, где сначала постепенно нагревают до 470-880 К, а затем быстро поднимают температуру до 1б50 К После обжига керамзит охлаждается, фракционируется и поступает на склад готовой продукции.
Керамзитовый гравий выпускают первой и высшей категории качества десяти марок по насыпной плотности: 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800. Каждой марке по плотности соответствует определенная марка керамзита по прочности. Заполнитель не должен содержать известковых и других включений, обусловливающих потерю в массе пробы при кипячении более 5 %, должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания с потерей массы не более 8 % (для гравия высшей категории качества 5 %). Среднее значение коэффициента формы заполнителя для керамзита должно быть 1,5. Водопоглощение за 1 ч для керамзита с плотностью до 400 кг/м3 должно составлять не более 25 %, 450-600 кг/м3-20 %, 700-800 кг/м3 - 15%. Для гравия высшей категории качества нормируется коэффициент вариации по насыпной плотности и прочности соответственно 5 и 15% за 12 предыдущих месяцев.
Аглопорит получают в виде щебня спеканием малопластичных глинистых пород, которые при обжиге не вспучиваются, или промышленных отходов добычи и обогащения углей, топливных шлаков и золы ТЭС. В шихту для производства аглопорита вводят топливную добавку - каменный уголь. Содержание топлива в шихте может колебаться от 6 до 12 %. При подготовке шихты сырье дробят, смешивают, увлажняют и гранулируют. Зерновой состав шихты должен обеспечивать ее оптимальную газопроницаемость.
Основная технологическая операция при производстве аглопорита - спекание шихты на решетке агломерационной машины непрерывного (рис. 6.2) или периодического действия. Под решеткой в вакуум-камере создают разрежение, благодаря которому происходит просос воздуха через шихту. За счет горения угля в шихте развивается температура до 1300 К и выше, что приводит к ее спеканию в виде пористой остеклованной массы. Спекшийся аглопоритовый корж дробят на щебень и песок
Аглопоритовый щебень выпускается крупностью от 5 до 40 мм шести марок по насыпной плотности: 400, 500, 600, 700, 800 и 900.
Прочность аглопоритового щебня при одинаковой плотности значительно меньше, чем керамзита.
Требования к морозостойкости аглопорита аналогичны требованиям к керамзитовому гравию. Среднее значение коэффициента формы аглопоритового щебня составляет 2-2,5, потеря массы пробы аглопоритового щебня при прокаливании - не более 3%. Для аглопорита дополнительно предъявляется требование к стойкости против силикатного и железистого распада.
Разработана технология производства аглопоритового гравия из золы ТЭС, по которой в результате агломерации сырья образуются не спекшийся корж, а обожженные гранулы. Сущность технологии производства аглопоритового гравия заключается в получении сырцовых зольных гранул крупностыо 10-20 мм, укладке их на колосники ленточной агломерационной машины слоем толщиной 200-300 мм и термической обработке. Горн агломерационной машины состоит из' двух секций - подсушки и зажигания. Слой гpaнул сначала подсушивается и подогревается, а затем производится зажигание и обжиг. Благодаря высокой газопроницаемости шихты сквозь слой просасывается большое количество воздуха, в результате чего создается окислительная среда п гранулы между собой не спекаются. Для производства аглопоритового гравия используются золы с интервалом плавкости не менее 50-100 К и содержанием оксидов железа не менее 4 %.
Аглопоритовый гравий выпускают четырех марок по насыпной ПЛОТНОСТII -500, 600, 700 и 800 и семи марок по прочности - ОТ П50 (предел прочности при сдавливании ,в цилиндре 1-1,29 МПа) до П250 (3 МПа и более). Расчеты показывают, что замена 1 млн. м3 привозного природного щебня аглопоритовым гравием из золы местной ТЭС лишь за счет сокращения транспортных расходов при перевозках на расстояние 500-1000 км дает экономию около 2 млн. руб.
Шлаковая пемза (термозит) - один из наиболее эффективных видов искусственных пор истых заполнителей. Ее получают поризацией шлаковых расплавов в результате их быстрого охлаждения водой, воздухом или паром.
Размер пор шлаковой пемзы в зависимости от способа получения колеблется от 0,04 до 4,5 мм, пористость - 52-78%, а водопоглощение - 10-55 %. Щебень выпускают с насыпной плотностью 300-800 и марками по прочности 25-150.
Трудозатраты на изготовление 1 м3 шлаковой пемзы в 5 раз меньше, чем на другие пористые заполнители, а производительность труда в 4-5 раз выше.
Вспученный перлит. Перлит - вулканическая стекловидная порода, содержащая 65-75% аморфного кремнезема и около 1-2% связанной воды. При термической обработке в диапазоне температур 1250-1550К перлит размягчается и вспучивается в основном в результате, интенсивного выделения паров воды. Коэффициент вспучивания перлита достигает 10-12. Для термической подготовки перлита применяют в основном противоточные вращающиеся печи длиной 5-8 м и внутренним диаметром 0,7-1,2 м. До обжига сырье часто подвергают предварительной термической обработке с целью предотвратить последующее растрескивание породы и получения вспученного перлита с наименьшей плотностью. В этом случае при температуре 250-4500С удаляется свободная и слабосвязанная вода.
На качество готового продукта, характер и степень его вспучивания влияет размер зерен. Оптимальным размером зерен обжигаемого перлита считают 5-15 мм.
Перлитовый щебень выпускают 4 марок по объемной массе: 300, 400, 500 и 600. Потери массы его при 15-кратном замораживании и оттаивании должны быть не более 10 %. По мере увеличения объемной массы с 300 до 600 допустимое водопоглощение за 1 ч для перлитового щебня уменьшается от 75 до 30 % .
Перлитовый песок - наиболее легкий из пористых песков. Для легких бетонов пригоден перлитовый песок с минимальной насыпной плотностью 200. Содержание пылевидных фракций в нем не должно превышать 10%.
|
