Строительство. Бетоны

Заполнители бетона

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В районах, где отсутствуют природный гравий и каменные породы, пригодные для производства щебня (а такие районы составляют почти 2/з территории СССР), может оказаться целесообразным производство керамического заполнителя из местных глинистых пород, который будет дешевле привозных заполнителей.

 В Ленинградском и Омском филиалах СоюздорНИИ разработана технология производства керамдора, который Применяется в качестве крупного заполнителя в конструкционных бетонах с пределом прочности 30... 50 МПа и в дорожном строительстве. Керамдор получают из местных невспучивающихся глин, а также из смесей глин с золами. В зависимости от способа переработки сырья и его грануляции он может быть в виде гравия или щебня, а также в виде кубиков (при пластическом формовании на ленточных прессах). Сформованные гранулы сушат, а затем обжигают во вращающихся (как при производстве керамзита) или карусельных печах. Насыпная плотность керамдора — 800... 1400 кг/м3, предел прочности при сдавливании в цилиндре — 3,5... 6 МПа. В Западной Сибири производство керамдора из местного сырья обходится дешевле привозных заполнителей в районах, расположенных на расстоянии более 70 км от железных дорог.

По разработкам СибАДИ (Омск) для дорожного строительства применяют тяжелый (800... 1200 кг/м3) и высокопрочный (4,5... 6 МПа) керамзит, причем его производство предусмотрено как по специальному технологическому регламенту, так и путем отбора тяжелого продукта при разделении рядового керамзита по плотности зерен.

В Куйбышевском инженерно-строительном институте получен керамический гравий с насыпной плотностью 1100... 1200 кг/м3 и пределом прочности зерен (шри испытании кубиков) 50... 55 МПа, пригодный для получения бетонов с пределом прочности 50 МПа.  В ряде районов производство сравнительно дешевого керамического щебня может быть организовано по технологии, аналогичной технологии производства кирпича, с последующим дроблением и рассевом. Технология может быть упрощена, режимы сушки и обжига ускорены (кирпич в данном случае — полуфабрикат, и трещины в нем не снизят качества щебня, получаемого дроблением). Качество такого щебня (степень спекания, плотность, прочность) сравнительно легко регулируют выбором глинистого сырья, добавок, температуры обжига.

            На Украине опробовано производство пустотелого керамического гравия для легких бетонов. Пустотелый гравий получают пластическим формованием отрезков трубок из глиномассы на ленточном прессе, окатыванием их в барабане с последующей сушкой и обжигом.

            В СибЗНИИЭП получен пустотелый керамический гравий, названный вакулитом. Основу глиняных гранул составляют древесные опилки или другие органические отходы, выгорающие при обжиге.

            В США разработана технология получения заполнителя типа керамзита из невспучивающихся глии. Глинистое сырье разводят в воде и смешивают с пенообразователем, в результате чего получают подвижную пенистую массу. Ее перекачивают насосом на наклонный вибролоток с сухой размолотой глиной, где масса гранулируется, гранулы окатываются, покрываются порошком глины и стабилизируются, приобретая достаточную прочность для последующего обжига во вращающейся печи. По такой технологии можно получать заполнитель типа керамзита с насыпной плотностью 600... 800 кг/м3 из тугоплавких глин, температура спекания которых выше температуры газообразования.

            ВНИИстром разработал технологию обжига гранулированных материалов в печах кипящего слоя с промежуточным теплоносителем в виде кварцевого песка или шамотной крошки. Смесь газообразного топлива и воздуха сжигается в кипящем слое. Туда же подают подлежащий обжигу материал. Теплоотдача от твердого теплоносителя интенсивнее, чем от газа, поэтому гранулы обжигаются значительно быстрее и при несколько повышенной температуре (в кипящем слое гранулы между собой не свариваются). Заполнитель получается более легкий. Этот способ обжига можно использовать для получения искусственных пористых заполнителей из сырья с малым температурным интервалом вспучивания (шун-гит, обсидиан), обжиг которого во вращающихся печах затруднен.

            В Японии, ФРГ получают искусственные пористые заполнители из расплавов шлака, кварцевого песка и различного силикатного сырья. В расплав добавляют газообразующие вещества, расплав вспучивается, его гранулируют, пропуская через решетку или направляя капли расплава на вращающийся купол, охлаждают и получают пористый гравий различной насыпной плотности с относительно высокими прочностными показателями.

            В НИИкерамзите предложена технология получения легкого и прочного заполнителя, получившего название стеклопорит. Сырьем могут служить глинистые породы, непригодные для получения керамзита. Их плавят, формуют пористые капли, которые при транспортировке по желобу посыпают молотым песком или мелом. Гранулы не имеют открытых пор, водопоглощение практически не наблюдается.

            В МИСИ им. В. В. Куйбышева разработана технология получения гранулированного пеностекла. Сырьем служит стеклянный бой с небольшими добавками мела (в качестве газообразователя) и кар-боксиметилцеллюлозы (в качестве связующего). Технология включает помол, увлажнение, перемешивание, грануляцию, опудривание огнеупорным порошком, сушку и обжиг во вращающейся печи, затем отжиг и охлаждение. Насыпная плотность— 150... 220 кг/м3 при весьма высоком пределе прочности (испытание в цилиндре) — 0,6...

1,1 МПа.

            АзНИИСМ им. С. А. Дадашева в развитие вышеописанной идеи

азерита разработал технологию получения пористых заполнителей

из гранулированных доменных или ваграночных шлаков. Структура

этих промышленных отходов, как уже было сказано выше, стекло

видная, поэтому из них можно получать высококачественные пори

стые заполнители по технологической схеме азерита, но без плавления сырья, т. е. значительно дешевле.  

            В том же институте доказана целесообразность использования в качестве сырья для получения азерита не только глин, но и топли-восодержащих промышленных отходов угледобычи и углеобогащения. Содержание топлива в этих отходах больше требуемого для их плавления, поэтому плавильный агрегат дает не только стекловидный продукт для последующей переработки в азерит, но может явиться источником дешевой тепловой энергии для различных нужд.

            Аналогичные работы выполнены по использованию в том же направлении золы. Более того, АзНИИСМом совместно с энергетиками одной из тепловых электростанций создан плавильный агрегат в комплексе с котлоагрегатом. В топке котлоагрегата сжигается пылевидный уголь. Образующаяся зола, содержащая до 20% не успевшего выгореть топлива, попадает в плавильный агрегат. Отходящая от плавильного агрегата тепловая энергия используется в котлоагрегате, что ведет к экономии угля и окупает затраты на грануляцию шлакового расплава, а получаемый гранулированный стекловидный материал является кондиционным сырьем для производства пористых заполнителей. Вот пример безотходного производства, комплексного и полного использования природных ресурсов.

 В МАДИ исследован в легком бетоне заполнитель в виде полых стеклянных сфер. Предложен также новый материал — дорсил. Это стеклокристаллическнй поризованный щебень с насыпной плотностью около 1000 кг/м3 и пределом прочности до 100 МПа — может быть белым или окрашенным, применяется в декоративных, кислотостойких бетонах, в осветленных асфальтобетонных дорожных покрытиях.

            В Узбекистане по технологии производства керамзита получен легкий вспученный заполнитель из алунитовых пород, характеризуемый жаростойкостью и декоративностью. В Туркмении производят гравий и песок термоаргиллитовые, представляющие собой разновидность керамзита. Сырьем служит местный аргиллит — камне-подобная, не размокающая в воде метаморфизированная глинистая порода. В Грузии обжигом вулканического туфа во вращающейся печи получают пористый заполнитель — тедзамит. В Азербайджане по технологии производства аглопорита получен пористый щебень и песок из отходов алюминиевого завода (от переработки алунита в глинозем), названный гянджапоритом.

            В МИСИ им. В. В. Куйбышева разработана технология получения очень легкого пористого заполнителя, названного стеклопором. Сырьем служит силикат-глыба (полуфабрикат производства жидкого стекла) и минеральный наполнитель. После совместного помола гранулированный материал вспучивается при температуре 350... 400°С.

 В Минском НИИСМ разработан технологический процесс получения гранулированного пеностекла насыпной плотностью 100 ... 350 кг/м3 из стеклянного порошка, подвергнутого предварительной гидротермальной обработке.

            Представляет интерес использование золы тепловых электростан

ций для получения безобжигового пористого заполнителя. Такой

опыт имеется в Польше: юла или смесь золы и кварцевого песка с

добавкой 10% вяжущего (портландцемента или извести) и воды гранулируется и подвергается автоклавной обработке. Бетон на таком заполнителе при невысокой себестоимости имеет плотность 1400... 1800 кг/м3 и предел прочности при сжатии до 20 МПа.

            В последнее время в качестве заполнителей для бетонов исполь

зуются некоторые органические синтетические полимерные мате

риалы. Так, определенный интерес представляет использование пе-

нополистирола. Полистирол получают полимеризацией продуктов

переработки нефти, природного газа. Для производства пенополи-

стирола выпускают гранулированный (бисерный) полистирол с ле

тучей жидкостью — изопентаном. Полистирол термопластичен, т. е.

при нагревании размягчается. Поэтому при обработке паром или в

кипящей воде размягченные гранулы вспучиваются испаряющимся

изопентаном и превращаются в очень легкий мелкопористый мате

риал. Диаметр вспученных гранул — до 10... 15 мм, плотность —

порядка 10...20 кг/м3, пористость — до 98%. Теплопроводность та

кого материала почти соответствует теплопроводности воздуха, т. е.

это практически идеальный теплоизолятор.

Вспученные гранулы пенополистирола, являющиеся полуфабрикатом в производстве пенополистирольных плит и других изделий, можно использовать как заполнитель в теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах. 9 Расширение объемов производства и потребления полимерных материалов имеет одним из следствий проблему утилизации образующихся отходов. В НИИЖБе (И. Е. Путляев и др.) разработана технология получения заполнителя для легких бетонов из полиэтиленовых отходов — вторичного полиэтилена, наполненного золой. Заполнитель в виде гравия фракции 5... 10 мм имеет насыпную плотность 560 кг/м3 и прочность при сдавливании в цилиндре 1,8 МПа. Рекомендован к использованию в бетонах для полов животноводческих помещений и при эксплуатации в агрессивных средах.

Производство искусственных пористых заполнителей обеспечивает повышение эффективности бетонов различного назначения — от самых легких теплоизоляционных до высокопрочных конструкционных. Применительно к задачам производства и особенностям местного сырья разработаны, освоены промышленностью и далее совершенствуются технологические процессы, их аппаратурное оснащение.