Легкие бетоны

Легкий бетон на пористых заполнителях

Материалы для изготовления легкого бетона. Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландце- менты, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители, приготовленные из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистирола (стиропорбетон) и др.

Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их подразделяют на природные и искусственные.

Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева или только рассева горных пород (пемзы, вулканического туфа, известняка-ракушечника и др.). Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные металлургические шлаки и др.).

Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250—800 кг/м3. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность. В процессе обжига (до 1200 °С) легкоплавкая глина переходит пиропластическое состояние и вспучивается вследствие выделения внутри каждой гранулы газообразных продуктов. Они образуются при дегидратации слюдистых минералов и выгорании органических примесей. Вспучиванию способствует выделение С02 в реакции восстановления окиси железа до закиси, протекающей при обжиге в восстановительной среде (содержащей СО):

Керамзит, обладающий высокой прочностью и легкостью, является основным видом пористого заполнителя.

Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (правда, в небольших количествах), а также по методу кипящего слоя, обжигом глиняных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия размером более 40 мм и сваров.

Шлаковую пемзу изготавливают путем быстрого охлаждения расплава металлургических (обычно доменных) шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень. Производство шлаковой пемзы развивается в районах развитой металлургии. Здесь себестоимость шлаковой пемзы ниже, чем керамзита.

Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 5—7 мм, иногда до 10 мм.

Вспученный перлит изготавливают путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов). При температуре 950—1200 °С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме в 10—20 раз. Вспученный перлит применяют для производства легких бетонов и теплоизоляционных изделий.

Вспученный вермикулит—пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Этот заполнитель используют для изготовления теплоизоляционных легких бетонов.

Топливные отходы (топливные шлаки и золы) образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. На основе золы выпускают зольный гравий.

Топливные шлаки — пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивапия неорганических (в основном глинистых) примесей, содержащихся в угле. Шлаки подвергаются частичному дроблению, рассеву и обогащению для удаления вредных примесей (несгоревшего угля, золы и др.). На основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий.

Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья (с добавкой 8—10 % топлива) на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Применяют местное сырье: легкоплавкие глинистые и лессовые породы, а также отходы промышленности—золы, топливные шлаки и углесодержащие шахтные породы. Аглопорит выпускают в виде пористого песка, щебня и гравия.

Шунгизит изготавливают обжигом шунгитовых сланцевых пород.

Наивыгоднейшее сочетание показателей плотности, теплопроводности, прочности и расхода цемента для легких бетонов достигается при наибольшем насыщении бетона пористым заполнителем, что требует слитного (сближенного) размещения зерен заполнителя в объеме бетона. В этом случае в бетоне будет содержаться меньше цементного камня, являющегося самой тяжелой частью легкого бетона, а стальная арматура будет защищена от коррозии. Наибольшее насыщение бетона пористым заполнителем возможно только при правильном подборе зернового состава смеси мелкого и крупного пористых заполнителей, а также при использовании технологических факторов (интенсивного уплотнения, пластификаторов и др.).

Пористые заполнители так же, как и плотные делят на крупные (пористый гравий или щебень) с размером кусков 5—40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм. Пористый песок рассеивают на две фракции—до 1,2 мм (мелкий песок) и 1,2—5 мм (крупный песок). Пористый щебень (гравий) следует разделять на фракции—5—10, 10—20, 20—40 мм.

По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) пористые заполнители разделяют на марки: 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 и 1200.

Прочность пористого щебня (гравия) определяют по стандартной методике путем раздавливания зерен в стальном цилиндре.

Зерна большинства пористых заполнителей имеют шероховатую поверхность, поглощают значительное количество воды затворения, поэтому легкобетонные смеси являются, как правило, недостаточно удобоукладываемыми, нуждаются в принудительном смешивании и в интенсивном уплотнении (вибрировании под нагрузкой, вибропрокате, вибротрамбовании и др.), которое более эффективно при применении пластифицирующих добавок.

Метод определения оптимального количества воды затворе- ния для легкобетонной смеси основан на зависимости прочности легкого бетона и коэффициента выхода от расхода воды (рис. 1.26). Коэффициент выхода вычисляют по формуле:

где V6c, Vn ,Vn , Ущ объемы бетонной смеси, цемента, песка, щебня.

Зависимость прочности легкого бетона и коэффициента выхода от расхода воды затворения

Рис. 1.26. Зависимость прочности легкого бетона и коэффициента выхода от расхода воды затворения

ЕГПТ — оптимальное количество воды

Кривая зависимости прочности от расхода воды имеет две ветви. Левая (восходящая) показывает, что прочность бетона при повышении расхода воды постепенно возрастает. Это объясняется увеличением удобоукладываемости бетонной смеси и плотности бетона. Правая (нисходящая) ветвь кривой свидетельствует о том, что после достижения наибольшего уплотнения смеси (т. е. минимального коэффициента выхода) увеличение расхода воды приводит к возрастанию объема пор, образованных не связанной цементом водой, и к понижению прочности бетона.

В легком бетоне отчетливо проявляется вредное влияние как недостатка, так и избытка воды затворения.

Прочность легкого бетона R зависит от марки цемента, цементно-водного отношения, прочности пористого заполнителя и может быть приближенно определена по формуле, имеющей в определенных границах Ц/В такой же вид, как и для тяжелых бетонов:

где А2, с2 безразмерные параметры.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >