Легкие бетоны и изделия на их основе

Реферат.

На тему: «Лёгкие бетоны и изделия на их основе».

Казань 2008.

• 1. Введение
• 2. Историческая справка
• 3. Классификация.
• 3.1 Бетоны на пористых заполнителях
• 3.2 Поризованный бетон
• 3.3 Керамзитобетон повышенной прочности.
• 3.4 Крупнопористый бетон
• 3.5 Ячеистый бетон
• 3.6 Легкие бетоны с использованием отходов промышленности
• 3.7 Легкие бетоны с органическими волокнистыми заполнителями
• 4. Сырьевые материалы.
• 5. Основные технологические процессы и оборудование.
• 6. Основные свойства продукции.
• 7. Технико-экономические показатели.
• 8. Заключение
• 9. Список использованной литературы.

1. Введение.

Легкий бетон — эффективный материал, который имеет большую перспективу. Легкие бетоны находят в строительстве возрастающее применение. Конструкции из легких бетонов позволяют улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу, успешно решить проблему объемного и многоэтажного строительства, а также строительства в сейсмических районах страны. Применение легких бетонов позволяет уменьшить стоимость строительства на 10…20%, снизить трудовые затраты на стройках до 50%, увеличить производительность труда на 20%. Развитие производства бетонов с применением пористых заполнителей характерно как для нашей страны, так и зарубежного строительства. Но в нашей стране наиболее широко используемым заполнителем является керамзит, а также аглопорит, перлит и др. За рубежом более типичным легким заполнителем является термозит (шлаковая пемза).

Данный реферат состоит из 9 разделов, в которых мы расскажем историю возникновения, из чего и как производят лёгкие бетоны. А также рассмотрим какими свойствами могут обладать лёгкие бетоны.

2. Историческая справка.

Применение вяжущих веществ имеет давнюю историю.

Древние египтяне использовали обожженный природный гипсовый камень. Греки и римляне начали с применения обожженного известняка, позже научились к извести и воде добавлять песок, дробленый камень или кирпич и битые черепки. Это был первый в истории человечества бетон.

Известковый раствор не твердеет под водой, поэтому для подводных сооружений римляне применяли совместно размельченные известь и вулканический пепел или обожженные глиняные черепки. Использование активных кремнезема и глинозема, входящих в состав вулканического пепла и глины, позволяло получить вяжущее, впоследствии названное «пуццолановым цементом».

В ряде древних римских сооружений, таких как Римский Колизей или мост Гард вблизи Ним, цементный раствор, на котором была сложена каменная кладка, сохранил до наших дней высокую прочность. Развитие и совершенствование технологии бетон связано с производством цемента, который появился в России в начале 18 в. По архивным свидетельствам на строительстве Ладожского канала в 1728−29 был использован цемент, изготовленный на цементном заводе, существовавшем в Конорском уезде Петербургской губернии. В 1824 Аспдин получил в Англии патент на способ изготовления гидравлического цемента. Первый цементный завод во Франции был открыт в 1840, в Германии — в 1855, в США — в 1871. Распространению бетон способствовало изобретение в 19 в. железобетона.

В 19-м веке, с изобретением гидравлического цемента, кладка из бетонных блоков получила толчок к развитию. Кладка из бетонных блоков зародилась с США, где изготавливались большие и тяжелые цельные блоки путем формования смеси из извести и увлажненного песка с последующей просушкой паром. В Соединенном Королевстве цельные блоки изготавливались из порошковой извести, мелкого заполнителя и кипящей воды для достижения быстрого затвердевания. Эти блоки использовались при строительстве зданий в Лондоне, которые стоят и по сей день.

Цельные блоки оказались непопулярными вследствие своего веса. В 1866 году была улучшена технология формования пустотелых блоков с меньшим весом. С 1866 по 1876 год было выдано несколько патентов в США и Соединенном Королевстве.

Однако до 1900 года массовое производство бетонных блоков было невозможным. Именно в этом году Хармон С. Палмер получил в США патент на свою долговечную и практичную машину из чугуна, с удаляемым каналом и регулируемыми стенками, которая положила начало современной индустрии изготовления бетонных блоков.

Даже с изобретением Палмера экономичные пустотелые бетонные блоки не появились бы, если бы не еще одно изобретение — улучшенная технология помола и обжига портландского цемента.

Производство портландского цемента и производство бетонных блоков всегда были тесно связаны, и эти обе отрасли пережили стремительный взлет в первом десятилетии 20 века.

3. Классификация.

Легкие бетоны классифицируют в зависимости от структуры, вида вяжущего и пористости заполнителей, области применения.

По структуре легкие бетоны в соответствии с ГОСТ 25 192 могут быть:.

• плотные;

• поризованные;

• крупнопористые.

Особой разновидностью легких бетонов являются ячеистые бетоны, имеющие равномерно распределенные поры в ниде сферических ячеек, диаметр которых составляет обычно 1−3 мм.

Наименования легких бетонов должны соответствовать ГОСТ 25 192 с указанием вида крупного пористого заполнителя. При необходимости в наименование включается вид мелкого заполнителя, если он отличается от крупного, и структура.

Для поризованных легких бетонов вместо структуры в наименовании бетона допускается указывать вид порообразователя.

В зависимости от применяемого крупного пористого заполнителя устанавливают следующие виды легких бетонов:

• керамзитобетон (бетон на керамзитовом гравии);

• шунгизитобетон (бетон на шунгизитовом гравии);

• аглопоритобетон (бетон на аглопоритовом щебне);

• шлакопемзобетон (бетон на шлакопемзовых щебне и гравии);

• перлитобетон (бетон на вспученном перлитовом щебне);

• бетон на щебне из пористых горных пород;

• термолитобетон (бетон на термолитовом щебне или гравии);

• вермикулитобетон (бетон на вспученном вермикулите);

• шлакобетон (бетон на золошлаковых смесях тепловых электростанций (ТЭС) или на пористом топливном шлаке);

• бетон на аглопоритовом гравии;

• бетон на зольном гравии;

• азеритобетон (бетон на азеритовом гравии).

Могут устанавливаться другие виды легких бетонов на крупных пористых заполнителях, на которые имеются стандарты или технические условия.

Легкие бетоны производят, как на минеральных, таки органических вяжущих материалах. Из минеральных вяжущих широко применяют цементы, вяжущие автоклавного твердения (на их основе изготавливают силикатные бетоны), гипсовые вяжущие.

Заполнители легких бетонов, так же как и вяжущие, могут иметь· минеральное или органическое происхождение. В строительной практике более распространены легкие бетоны с применением природных или искусственных пор истых минеральных заполнителей.

Разновидностями легких бетонов на природных заполнителях являются пемзобетон, туфобетоны, опокобетоны и др., на искусственных пористых заполнителях — керамзитобетоны, аглопоритобетоны, шлакопемзобетоны, золобетоны и др.

Для производства легких бетонов возможно применение одновременно различных видов пористых заполнителей. Так, получают, например, керамзитоперлитобетон, керамзитовермикулитобетон и др. (В названии бетона сначала отражается вид крупного заполнителя, а затем мелкого.).

Разновидностями легких бетонов на органических заполнителях являются арболит, опилкобетоны, изготавливаемые с применением продуктов переработки древесины и другого растительного сырья, бетон на пенополистирольных заполнителях и др.

По назначению легкие бетоны подразделяются на:.

• конструкционные, в том числе конструкционно-теплоизоляционные, к которым дополнительно предъявляются требования по теплопроводности;

• специальные (теплоизоляционные, жаростойкие по ГОСТ 20 910, химически стойкие по ГОСТ 25 246 и др.).

Теплоизоляционные, основное назначение которых обеспечивать необходимое термическое сопротивление ограждающей конструкции; объемный вес их менее 500 кг/м³ коэффициент теплопроводности до 0,2 ккал/м *ч * рад.

Конструктивные, предназначенные воспринимать значительные нагрузки в зданиях и сооружениях; объемный вес их 1400−1800 кг/м3, марка по прочности не менее 50, морозостойкость не ниже Мрз 15.

Конструктивно-теплоизоляционные, в которых совмещаются свойства предыдущих видов легких бетонов; объемный вес их 500−1400 кг/м³ коэффициент теплопроводности не более 0,55 ккал/м * ч * град, марка по прочности не менее 35.

Из легких бетонов изготавливают разнообразные конструкции. Из конструкционно-теплоизоляционного бетона делают панели и блоки стен зданий, плиты совмещенных кровель и другие конструкции. Стеновые панели выпускают с наружными (фасадными) поверхностями, не требующими дополнительной отделки в построечных условиях. Отделку панелей плитками, декоративным бетоном, окраской производят непосредственно на заводе. Из конструкционного легкого бетона изготавливают несущие конструкции: плиты перекрытий и покрытий, другие элементы жилых и общественных зданий.

Используют легкобетонные конструкции и изделия в различных областях строительства: для мостовых конструкций в транспортном строительстве, в элеваторостроении и элементах животноводческих помещений, для дренажных труб в водохозяйственном строительстве, для ряда конструкций промышленных зданий.

3.1 Бетоны на пористых заполнителях.

Легкие бетоны на пористых заполнителях получают все большее применение в строительстве благодаря меньшей плотности при достаточно большой прочности и ряду сравнительно благоприятных свойств — повышенной долговечности, морозостойкости, водонепроницаемости, огнестойкости, коррозионной стойкости, меньшей теплопроводности и стоимости. Минеральная преимущественно основа легких бетонов и отсутствие вредных примесей в используемом сырье делает эти бетоны экологически чистыми и безопасными. Это позволяет успешно использовать их в несущих сборных и монолитных конструкциях — колоннах, плитах перекрытий, балках, фермах, пролетных строениях мостов, куполах, каркасах высотных зданий, силосах, элеваторах и др. сооружениях; в ограждающих конструкциях — однослойных наружных стенах и плитах покрытий, а также в качестве теплозвукоизоляционного материала в слоистых конструкциях наружных стен и плит покрытий, межквартирных перегородках и междуэтажных перекрытиях.

Широта и эффективность применения легких бетонов на пористых заполнителях в различных областях строительства связаны с развитием производства, совершенствованием технологии и повышением качества пористых заполнителей, в том числе из нетрадиционных сырьевых источников.

Пористые заполнители, используемые для изготовления легких бетонов, подразделяются на природные и искусственные. Природные получают путем дробления и рассева на фракции горных пород вулканического туфа, лавы, пемзы, известняка-ракушечника и других пористых горных пород.

Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья, а также отходами металлургической и химической промышленности — доменные, электротермофосфорные и топливные шлаки и золы ТЭС.

3.2 Поризованный бетон.

Поризованный бетон отличается от обычного плотного легкого тем, что содержит в цементном камне большое количество воздушных пор. Поризация позволяет снизить плотность и улучшить теплотехнические свойства легкого бетона на пористых заполнителях. Она полезна в случае, когда отсутствует пористый песок или свойства заполнителей не позволяют, получить легкий бетон заданной плотности.

В строительстве находит преимущественное применение поризованный керамзитобетон М35, 50, 75 и 100. Бетон марки 35 используется для устройства теплоизоляционного слоя многослойных ограждающих конструкций, бетон более высоких марок — для однослойных изделий.

Плотность поризованного керамзитобетона составляет 700−1400 кг/м³ Из поризованного керамзитобетона изготавливают стеновые панели и крупные блоки, совмещенные кровельные плиты и другие изделия. Для повышения плотности изделий, защиты арматуры от коррозии их покрывают отделочным слоем цементно-песчаного раствора или гидрофобными покрытиями. В зависимости от условий службы изделий нормируется их морозостойкость: для стеновых панелей и блоков, не подвергаемых систематическому увлажнению водой, назначается Мрз25, для цокольных панелей и блоков — Мрз35. При использовании изделий в условиях относительной влажности воздуха более 70% на их внутренние поверхности наносится защитное пароизоляционное покрытие и принимаются меры для защиты арматуры от коррозии.

Поризацию бетонной смеси осуществляют непосредственно в смесителе в процессе перемешивания исходных компонентов. Для поризации широко при меняют обычные воздухововлекающие добавки: омыленный древесный пек (ЦНИПС-1), смолу воздухововлекающую нейтрализованную (СНВ), омыленную канифоль и др. Добавки приготавливают в виде водных растворов определенной концентрации и дозируют с помощью специальных дозаторов.

При поризации легких бетонов максимальный объем вовлеченного воздуха достигает 12%. На объем вовлеченного воздуха влияют вид и количество добавки, свойства заполнителей, условия и режим приготовления смеси. С увеличением содержания крупного пористогo заполнителя до определенного предела объем вовлеченного воздуха резко возрастает и тем в большей мере, чем мельче и легче зерна. Воздухововлечение увеличивается также с уменьшением плотности песка и снижением количества мелких и пылевидных зерен. С уменьшением крупности и повышением плотности песка размер воздушных пузырьков уменьшается, повышается их устойчивость. Оптимальными для поризации являются составы с минимальным количеством добавки, при которых достигается требуемое воздухововлечение и однородная структура поризованного раствора. Для лучшей поризации легких бетонных смесей применяют более интенсивное перемешивание, при котором уменьшается размер пузырьков и повышается стабильность смеси.

При объеме вовлеченного воздуха 12% плотность керамзитобетона уменьшается на 100−150 кг/м³ при керамзитовом песке и на 200−250 кг/м³ при кварцевом. Воздухововлечение не только снижает плотность бетона, оно позволяет пластифицировать бетонные смеси и при объеме воздуха 8−12% уменьшить расход воды на 30−40 л/м³.Поризация растворной составляющей легких бетонов способствует получению более связанной и нерасслаивающейся бетонной смеси.

3.3 Керамзитобетон повышенной прочности.

Изготовляют М200 и выше и применяют в основном для конструкций покрытий и перекрытий гражданских и промышленных зданий, а также трехслойных стеновых панелей, балок, опор ЛЭП и других конструкций.

При его производстве желательно применение керамзита повышенной прочности. Обычно используют керамзит фракций 5−10 или 2,5−10 мм. При повышенной прочности керамзита применяют фракцию 5−20 мм. Для достижения минимальной межзерновой пустотности в ней желательно около 70% зерен 10−20 мм и 30% - 5−10 мм. Марка керамзита по прочности выбирается в зависимости от марки керамзитобетона. Для получения керамзитобетона, например М200, марка керамзита по прочности может быть в пределах П100-П250, а М400- марка керамзита П250-П350.

Для получения высокопрочного керамзитового гравия применяют глины с содержанием не более 70% Si0_2, 12% А1₂О_з и 10%(Fе₂0_з+FеО). По мере повышения в сырье содержания оксида алюминия улучшается его качество. Для увеличения в сырье содержания А1₂О₃в шихту вводят добавки зол, тугоплавких глин. При необходимости вводят также железосодержащие добавки, а также катализаторы кристаллизации стеклофазы (двуокись титана, пирит и др.). Особенно важно при получении керамзита высокой прочности подобрать оптимальный режим обжига, обеспечивающий получение вспученного гравия без остаточных напряжений и с максимально закристаллизованной стеклофазой.

Керамзитобетон повышенной прочности приготавливают при низких значениях. В/Ц на высокопрочных цементах. Для уменьшения расхода воды применяют пластификаторы и суперпластификаторы.

Легкие бетоны М200−500 можно получать с использованием не только керамзитового гравия, но и щебня из аглопорита, шлаковой пемзы, а также естественных заполнителей из туфа, пемзы, вулканических шлаков и пористых известняков.

3.4 Крупнопористый бетон.

Крупнопористый бетон характеризуется полным или частичным отсутствием песка и ограниченным расходом цемента, достаточным лишь для обволакивания зерен крупного заполнителя тонким слоем цементного теста. Структура этого бетона отличается наличием открытых пор, образующихся из межзерновых пустот крупного заполнителя, не заполненных вяжущим веществом. Такая структура предопределяет особые свойства бетона: сравнительно небольшие плотность, прочность, но одновременно малую теплопроводность.

Крупнопористые легкие бетоны применяют для ограждающих конструкций, дренажей, фильтров и других элементов гидротехнических сооружений. Толщина стен из крупнопористого бетона уменьшается по сравнению с кирпичными в 1,5−2 раза, а масса 1 м² стены — в 3−4 раза. Дренажи и фильтры из крупнопористого бетона примерно на 30% дешевле аналогичных конструкций из сыпучих материалов.

Для изготовления крупнопористого бетона желательно применять однофракционный заполнитель, прочность зерен которого в 1,5−2 раза превышает марку бетона. Причем предпочтение отдают природным и искусственным пористым заполнителям с низким модулем упругости, близким к модулю упругости цементного камня.

Для каждого состава крупнопористого бетона, отличающегося расходом цемента, существует оптимальное значение В/Ц, отклонения от которого снижают прочность в большей степени, чем для обычного бетона. В бетонной смеси с оптимальным В/Ц цементное тесто должно полностью обволакивать зерна заполнителя и не стекать с них при укладке бетона. Крупнопористый бетон укладывают в форму или опалубку легким трамбованием, штыкованием или кратковременным вибрированием, не вызывающим расслоение.

Плотность крупнопористого бетона составляет 400−1200 кг/м^З.

Она определяется в основном плотностью заполнителя и расходом составляющих на 1 м³ бетона. Однофракционный заполнитель в среднем на 10% легче заполнителя с непрерывной гранулометрией. С увеличением крупности заполнителя плотность бетона также уменьшается. Прочность этого вида бетона при сжатии обычно не превышает 5−7 МПа и также как и обычного тяжелого прямо пропорциональна активности цемента. Увеличение количества цементного камня в крупнопористом бетоне сказывается положительно на прочность до тех пор, пока приводит к упрочнению контактов, соединяющих зерно заполнителей. Избыточное содержание цементного камня, находящегося в межзерновых пустотах, прочность бетона не увеличивает.

Крупнопористые бетоны имеют достаточно высокую морозостойкость, чему способствует наличие плотной оболочки цементного камня вокруг зерен заполнителя. При использовании различных заполнителей морозостойкость крупнопористого бетона достигает 50−100 циклов.

3.5 Ячеистый бетон.

Ячеистый бетон — это особо легкий бетон с большим количеством (до 85% от общего объема бетона) мелких и средних воздушных ячеек размером до 1…1,5 мм. Пористость ячеистым бетонам придается:

а) механическим путем, когда тесто, состоящее из вяжущего и воды, часто с добавкой мелкого песка, смешивают с отдельно приготовленной пеной; при отвердении получается пористый материал, называемый пенобетоном;

б) химическим путем, когда в вяжущее вводят специальные газообразующие добавки; в результате в тесте вяжущего вещества происходит реакция газообразования, оно вспучивается и становится пористым. Затвердевший материал называют газобетоном.

Ячеистые бетоны по плотности и назначению делят на теплоизоляционные с плотностью 300… 600 кг/м³ и прочностью 0,4… …1,2 МПа и конструктивные с плотностью 600… 1200 кг/м³ (чаще всего около 800 кг/м³) и прочностью 2,5 … 15 МПа.

Уже давно широко развивается производство изделий из автоклавных ячеистых бетонов, т. е. твердеющих в автоклавах при пропаривании под давлением 0,8…1 МПа. Автоклавные ячеистые бетоны изготовляют из следующих смесей: а) цемента с кварцевым песком, при этом часть песка обычно размалывают: б) молотой негашеной извести с кварцевым частично измельченным песком; такие ячеистые бетоны называют пеносиликатами или газосиликатами; в) цемента, извести и песка в различных соотношениях. Песок в этих изделиях может быть заменен золой. Тогда получают пенозолобетон или газозолобетон. Портландцемент применяют алитовый (Сз5>50%), низкои среднеалюминатный (С3А= 5…8%) с началом схватывания не позднее чем через 2 ч.

Для ячеистых бетонов неавтоклавного твердения применяют цементы не менее М400. При этих условиях достигается в короткий срок необходимая устойчивость ячеистой массы до ее тепло-влажностной обработки. Применять пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент, отличающиеся замедленными сроками схватывания, без опытной проверки не рекомендуется. Они могут явиться также причиной повышенной усадки ячеистой массы после заполнения формы.

Для автоклавного ячеистого бетона наиболее целесообразно использовать портландцемент совместно с известью-кипелкой (смешанное вяжущее) в отношении 1: 1 по массе. Для приготовления автоклавных ячеистых бетонов применяют известь с содержанием активной СаО не менее 70%, MgO не более 5%, высокоэкзотермическую с температурой гашения около 85 °C. Тонкость помола молотой извести-кипелки должна быть не ниже 3500… … 4000 см²/г.

В качестве кремнеземистого компонента рекомендуется применять тонкомолотые кварцевые пески, содержащие не менее 90% кремнезема, не более 5% глины и 0,5% слюды. Песок в зависимости от плотности ячеистого бетона должен иметь удельную поверхность 1200… 2000 см²/г.

Зола-унос, применяемая вместо молотого песка, отличается неоднородностью химико-минералогического состава. Зола характеризуется высокой пористостью и дисперсностью. Эти особенности свойств золы способствуют повышенной влагоемкости и замедленной водоотдаче бетона, его пониженной трещиностойкости. К преимуществам золы по сравнению с песком можно отнести возможность применения ее в отдельных случаях без предварительного размола. Это позволяет получать изделия меньшей плотности, чем с кварцевым песком. Зола-унос должна содержать кремнезема не менее 40%; потеря в массе при прокаливании в золах, получаемых при сжигании: антрацита и каменного угля, не должна превышать 8%, а для остальных зол — 5%; удельная поверхность — 2000…3000 см²/г. Другие кремнеземистые алюмосиликатные и кальциево-алюмосиликатные компоненты (трепел, трассы, опока и др.), характеризующиеся повышенной водопотребностью, для таких бетонов почти не используют.

Для образования ячеистой структуры бетона применяют пенообразователи и газообразователи. В качестве пенообразователей используют несколько видов поверхностно-активных веществ, способствующих получению устойчивых пен.

Клееканифольный пенообразователь приготовляют из мездрового или костного клея, канифоли и водного раствора едкого натра. Этот пенообразователь при длительном взбивании эмульсии дает большой объем устойчивой пены. Он несовместим с ускорителями твердения цемента кислотного характера, так как они вызывают свертывание клея. Хранят его не более 20 суток в условиях низкой положительной температуры.

Смолосапониновый пенообразователь приготовляют из мыльного корня и воды.

Введение

в него жидкого стекла в качестве стабилизатора увеличивает стойкость пены. Этот пенообразователь сохраняет свои свойства при нормальной температуре и влажности воздуха около 1 мес.

Алюмосульфонафтеновый пенообразователь получают из керосинового контакта, сернокислого глинозема и едкого натра. Он сохраняет свои свойства при положительной температуре до 6 мес.

Пенообразователь ГК готовят из гидролизованной боенской крови марки ПО-6 и сернокислого железа. Его можно применять с ускорителями твердения. Этот пенообразователь сохраняет свои свойства при нормальной температуре до 6 мес.

Расход пенообразователя для получения пены составляет: клееканифольного — 8… 12%; смолосапонинового — 12… 16;

алюмосульфонафтенового—16… 20 и пенообразователя ГК — 4…6% от количества воды. Смесь из двух пенообразователей (например, ГК и эмульсии мыльного корня в соотношении 1: 1) позволяет получить более устойчивую пену, но это несколько усложняет технологию.

В качестве газообразователя в производстве газобетона и газосиликата применяют алюминиевую пудру, которую выпускают четырех марок. Для производства газобетона используют пудру марки ПАК-3 или ПАК-4 с содержанием активного алюминия 82% и тонкостью помола 5000… 6000 см²/г. Расход алюминиевой пудры зависит от плотности получаемого газобетона и составляет 0,25… 0,6 кг/м³.

При производстве алюминиевой пудры для защиты ее от окисления вводят парафин, который обволакивает тонкой пленкой каждую частицу алюминия, придавая ему гидрофобность. Такая пленка препятствует осаждению пудры в воде и образованию водой суспензии. Поэтому алюминиевую пудру (слой толщиной 4 см) предварительно в течение 4 … 6 ч прокаливают в электрических печах при температуре 200 … 220 °C.

Применяют также способ приготовления суспензии с растворами поверхностно-активных веществ (канифольного мыла, мылонафта сульфанола, СДБ и др.), которые придают чешуйкам пудры гидро-фильность. Обработка пудры растворами СДБ или смолосапонино-вого пенообразователя замедляет газообразование, уменьшает количество выделяемого газа, приводит к меньшим дефектам структуры бетона. Расход поверхностно-активной добавки (в пересчете на сухое вещество) составляет около 5% от массы пудры.

Для замедления скорости гашения молотой извести-кипелки добавляют двуводный гипс. Он должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 02 не более 3%. Допускается применять полуводный гипс вместе с добавкой поташа. Использование для этой цели других добавок (кератинового замедлителя, животного клея, поверхностно-активных добавок), менее эффективно.

При определении состава ячеистого бетона необходимо обеспечить заданную плотность и его наибольшую прочность при минимальных расходах порообразователя и вяжущего вещества. При этом структура ячеистого бетона должна характеризоваться равномерно распределенными мелкими порами правильной шаровидной формы.

Плотность ячеистого бетона и его пористость зависят главным образом от расхода пороообразователя и степени использования его порообразующей способности. Некоторое влияние на них оказывают температура смеси и количество воды, принятое для затворения смеси, т. е. водотвердое отношение В/Т (отношение объема воды к массе вяжущего вещества и кремнеземистой добавки). Увеличение В/Т повышает текучесть смеси, а следовательно, улучшает условия образования пористой структуры, если обеспечивается достаточная пластичная прочность смеси к концу процесса газообразования. На рисунке приведена зависимость прочности ячеистого бетона от его плотности. Прочность ячеистого бетона зависит также от характера его пористости, размеров и структуры пор и прочности межпоровых оболочек. С увеличением В/Т до оптимального значения, обеспечивающего наилучшие условия формирования структуры смеси, прочность ячеистого бетона повышается. Прочность оболочек, в свою очередь, зависит от оптимального соотношения основного вяжущего и кремнеземистого компонента, В/Т, а также условий тепловлажностной обработки. Из этого следует, что применение, смесей с минимальным значением В/Т при условии образования высококачественной структуры (например, вибровспучиванием) позволяет получить ячеистый бетон более высокой прочности.

Зависимость прочности ячеистого бетона Rб от его плотности б.

3.6 Легкие бетоны с использованием отходов промышленности.

Использование отходов промышленности в производстве конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов позволяет значительно повысить эффективность легкого бетона и снизить его себестоимость за счет уменьшения стоимости заполнителей и расхода цемента. Кроме того, замена таких дорогостоящих и дефицитных искусственных пористых заполнителей как керамзитовый гравий, аглопорит, керамзитовый песок позволяет уменьшить топливно-энергетические и материальные затраты, связанные с производством легкого бетона. Например, золы и золошлаковые смеси ТЭС могут применяться в качестве заменителя мелкого заполнителя, а легком бетоне как в натуральном виде, так и в смеси с искусственным мелким пористым заполнителем, например, керамзитовым песком. С использованием зол ТЭС в качестве мелкого заполнителя возможно получать керамзитобетоны классов В 3.5…15 при экономии цемента 10…25%.

Прочностные и деформативные свойства керамзитозолобетонов на некоторых золах оценивались по показателям прочности при сжатии, призменной прочности, прочности при осевом растяжении и начальном модули упругости. Перечисленные прочностные свойства керамзитобетонов классов В 5…15 соответствуют нормативным сопротивлениям указанных классов, Однако следует отметить, что начальный модуль упругости бетона класса В 15 меньше нормативных значений на 15%, что необходимо учитывать при проектировании керамзитозолобетонных несущих конструкций. Следует подчеркнуть, что около 70% зол от сжигания каменных углей Карагандинского, Кузнецкого и Экибастузского бассейнов содержат до 10…12% несгоревшего топлива. Использование их в качестве мелкого заполнителя в легких бетонах, например, в керамзитобетонах, не вызывает особых опасений. Золы же, полученные от сжигания углей Донецкого бассейна, на которых работает около 70 теплоэлектростанций страны, содержат 20% и более несгоревшего топлива. Поэтому при решении вопроса об их использовании необходимо проводить специальные исследования для конкретных условий долговечности золобетона по показателям морозостойкости, стойкости при попеременном увлажнении и высушивании, а также коррозионной стойкости. В принципе такие исследования необходимо делать для всех малоизученных пористых заполнителей бетонов, полученных из отходов промышленного производства.

Такие исследования, проведенные в институте НИИ керамзит (г.Самара), позволили обосновать возможность использования зол ряда ТЭС Самарской области и других регионов страны с содержанием несгоревшего топлива до 25% в керамзитобетонах классов В 3.6…В5. Следует отметить, что применение зол ТЭС в ограждающих конструкциях предопределяет необходимость проведения сравнительных испытаний теплофизических свойств бетонов.

Анализируя составы бетонов на золе Новокуйбышевской ТЭЦ-1 и результаты определения их теплопроводности, необходимо отметить, что численные значения коэффициентов теплопроводности бетонов не золе ТЭС, керамзитовом песке и на их смеси близки между собой, несмотря на различие в средней плотности бетонов. Вероятно, это можно объяснить качественным отличием фазового состава растворной составляющей бетона на золе и керамзитовом песке. Большое содержание стеклофазы в зольной растворной составляющей по сравнению с раствором на керамзитовом песке практически компенсирует большое значение насыпной плотности золы ТЭС. Из полученных данных также следует, что наилучшие результаты по теплоизолирующей способности имеют керамзитобетонные образцы на смеси керамзитовых песков и зол ТЭС. При этом наименьшее значение теплопроводности имеют бетоны, содержащие 60% керамзитового песка и 40% золы Такой мелкий заполнитель, сочетающий низкую себестоимость золы, ее гидравлическую активность и возможность замены до 25% цемента, а также невысокую насыпную плотность керамзитового песка, позволяет повысить эффективность ограждающих керамзитобетонных конструкций. При этом также следует учитывать, что на производство керамзитового песка расходуется до 80% топлива, идущего из изготовление керамзита. С этой точки зрения, при возможности получения керамзитобетона заданных свойств на мелком заполнителе — золе ТЭС предпочтение следует отдавать данному варианту.

Аглопоритовый гравий, получаемый путем спекания зольного сырья наагломерационных машинах, пригоден для изготовления разнообразных легких бетонов классов В 3,35…3,5.

Из данных основных свойств легких бетонов на аглопоритовом гравии следует, что область применения аглопоритового гравияконструкционный и лишь частично теплоизоляционно-конструкционный бетон.

Сопоставление бетона на зольном аглопорите с керамзитобетоном дает основание признать их равноценными не только по прочности, но и по деформативным показателям, при нормативных расходах цемента.

Безобжиговый зольный гравий изготавливается путем грануляции и последующей тепловой обработки сырца, состоящего из смеси золы и вяжущего. На основе зольных гранул (крупный заполнитель) и золы (мелкий заполнитель) возможно получение конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов классов В 3,5…В 15 с плотностью в сухом состоянии 1200…1600 кг/м3.

Эффективность производства безобжиговых искусственных пористых заполнителей и изделий из них, например, мелкоштучных стеновых блоков, обусловливается тем, что при этом не требуется сложного технологического оборудования,.

АглопоритовыЙ щебень получаемый из отходов угледобычи и углеобогащения пригоден для изготовления легких бетонов классов В10… В20 со средней плотностью 1200…1800 кг/м3. Анализ свойств показывает что легкие бетоны, изготовленные с применением щебня из углеотходов, имеют прочностные и деформативные свойства, не отличающиеся от свойств бетонов, изготовленных на традиционных пористых заполнителях.

Преимущества шлаковой пемзы проявляются прежде всего при производстве конструкционно-теплоизоляционных бетонов. Однако ее применение эффективно и для изготовления высокопрочных конструкционных бетонов, в которых крупным заполнителем служит пемза.

3.7 Легкие бетоны с органическими волокнистыми заполнителями.

В течение многих лет исследовалось производство изделий из бетона на органическом заполнителе. Основной целью этого исследования являлось использование отходов деревообрабатывающей промышленности, количество которых достигает 60% от исходного сырья, что составляет 4—5 млн. м³ в год. Важность этого вопроса послужила основанием для его специального рассмотрения на сессии национального Конгресса по древесине в 1953— 1954 гг.

Следует отметить, что помимо строительной промышленности эти отходы могут быть использованы и в других отраслях.

Применение заполнителей из отходов древесины позволяет получать легкие изоляционные материалы. В частности, для изготовления прессованных плит высокого качества древесину специально перерабатывают.

Основная трудность применения органических заполнителей заключается в их загниваемости при изменении условий окружающей среды. Вопрос о выборе породы органического заполнителя и его поведении в бетоне. Рассмотрим легкие бетоны на основе древесных опилок, волокна и стружек (гераклит и фибролит). Несколько слов уделим бетону на основе пробки.

БЕТОНЫ С ОПИЛКАМИ.

При приготовлении бетонов с опилками последние рассматриваются в качестве заменителя обычного неорганического заполнителя.

Бетон с заполнителями в виде опилок относится к категории легких бетонов. Свойства этого бетона должны быть такими же, как и других разновидностей легких бетонов, качество которых зависит от свойств примененных заполнителей. С этой точки зрения древесные опилки как заполнители бетона имеют ряд преимуществ и недостатков.

Основная особенность древесных опилок (так же, как и шлаков) заключается в том, что они являются отходами промышленности и вследствие этого дешевы. Вместе с тем, как и другие отходы, древесные опилки не имеют постоянного качества. Главное требование, предъявляемое ко всякому заполнителю, — отсутствие вредных для вяжущего вещества примесей. Однако отдельные разновидности древесных пород содержат некоторое количество танина. Как известно, танин иногда вводится в бетон с целью нейтрализации свободной извести и защиты его от воздействия агрессивных вод; танин является также замедлителем схватывания цемента. Поэтому в отдельных случаях количество танина следует ограничить при применении, например, опилок дуба, каштана, вяза, ивы и др.

Гниение древесины в присутствии влаги приводит к образованию гумусовых кислот, вредных для бетона. Вследствие большого водопоглощения древесные опилки перед применением их в качестве заполнителя предварительно обрабатывают.

Бетоны с опилками являются легкими, объемный вес их составляет 0,6 —11,6 т/л³. Прочность же зависит от объемного веса и возрастает с его увеличением. Известны случаи (являющиеся исключительными) получения бетона прочностью 140 кг/см² в 28-дневном возрасте при объемном весе 1,2 г/м³. Вообще же прочность этих бетонов ниже прочности легких бетонов с неорганическими заполнителями одинакового объемного веса. Обработка опилок известью дает возможность получить более высокую прочность при соответствующих дозировках и методах формования.

Основным недостатком легких бетонов на органических заполнителях является их усадка вследствие большой водопотребности последних. Эта усадка превышает усадку чистого цементного теста. Кроме того, из-за разбухания опилок такие легкие бетоны нельзя применять в наружных ограждениях без специальных мер защиты (штукатурки). В отдельных случаях этот недостаток является преимуществом, так как поглощение паров воды предотвращает конденсацию. Например, в цехах с повышенной влажностью воздуха штукатурка из цементно-опилочных растворов предотвращает конденсацию на стенах.

Теплоизоляционные свойства таких бетонов по некоторым исследованиям уступают другим легким бетонам с таким же объемным весом, однако экспериментов для такого утверждения еще проведено недостаточно.

Звукоизоляция таких бетонов зависит от условий их применения и свойств материала. Их гвоздимость и пилимость, при условии замены части опилок песком или при добавке песка в смесь, удовлетворительные.

По исследованиям Национального института древесины не полностью затвердевший бетон отличается лучшей гвоздимостью, чем затвердевший.

Вышеприведенные данные объясняют причины малого развития бетонов с опилками во Франции, несмотря на ряд их преимуществ.

Эти данные также указывают на нецелесообразность применения бетонов с опилками для наружных стен и на необходимость их оштукатуривания при использовании внутри зданий. Применение их в местах стыка стен и перегородок может представлять определенный интерес. В США из таких бетонов изготовляют камни и плиты для внутренних стен; в Германии изготовляют сплошные камни размером 20 X 26 X 38 и 25 X 25 X 50 см. Во Франции на основе опилок изготовляют ксилолитовые плитки, объем производства которых достаточно велик. Эта область является основной по применению опилок в строительстве.

Национальный институт древесины приводит пример применения таких бетонов в качестве основания под паркет на корабле водоизмещением 10 000 т, построенном в Австралии. В бетон вводился битум для повышения водоустойчивости. Поверхностный слой был обработан синтетическими смолами. В работах этого института, упоминается также о применении такого бетона в Швеции под названием «Бретонг», используемого в качестве основания под паркет. Из этих бетонов иногда изготовляют двери, которые получаются довольно легкими, несмотря на наличие цемента.

Растворные смеси на опилках могут быть также использованы в качестве цветных штукатурок. Такой штукатурный раствор наносится так же, как обычные цементные или гипсовые штукатурки на намет из обычного раствора. Толщина слоя штукатурки может быть любая.

Эти штукатурные растворы могут быть заранее окрашены в бледные тона или (после нанесения их на стены) покрыты цветными водостойкими обоями. Приготовляют эти растворы на месте применения или доставляют на строительство в сухом виде в мешках.

Гигроскопичность опилок, как было указано, позволяет использовать такие штукатурки в помещениях с повышенной влажностью. Оптимальный состав штукатурного раствора — 750 кг цемента или гипса на 1 м³ опилок с добавлением примерно 15% по весу минеральных пигментов.

ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНОЙ СТРУЖКИ.

Изготовление легкобетонных изделий на основе древесной стружки в промышленном масштабе было реализовано впервые в 1930 г. австрийской фирмой, специализировавшейся в области производсдаа магнезии, часть которой использовалась при приготовлении магнезиального цемента. Таким образом, впервые появились легкие изоляционные плиты, широко известные под названием «гераклит» и производимые в Австрии и Германии.

Во время войны и позднее начали выпускать материалы, аналогичные гераклиту, но с заменой магнезиального цемента портландцементом. Эти изделия называются «фибролитами». Фибролит представляет собой прессованные гофрированные и пустотелые плиты, полученные в результате прессования и твердения смеси из длинной стружки смолистых или лиственных пород и минерального вяжущего (гипс, цемент или смесь гипса с глиноземистым цементом). Свойства Гераклита и фибролита примерно одинаковы, однако область их применения различна в зависимости от применяемого вяжущего, минерализующих добавок и способа производства.

Сырьем для гераклита служат стружки и магнезиальный цемент. Его делают следующим образом: магнезит подают из карьера к заводу по воздушной канатной дороге. Древесина сосредоточена в одном месте в количестве нескольких тысяч кубометров. Древесина прибывает без коры и при помощи передвижного крана поступает на дефибрацию. Следующую операцию — минерализацию стружки — производят горячим раствором магнезиальных солей, пропитывающим стружки без изменения их внешнего вида. Отдозированную смесь из магнезиального вяжущего и минерализованной стружки пропускают между двумя горизонтально вращающимися стальными валками, нагретыми до 500°. Расстояние между валками равняется толщине плиты. Скорость движения транспортера такая, что материал сходит с него в затвердевшем состоянии. Его механически распиливают на блоки требуемых размеров, после чего направляют потребителю.

Комплекс указанного оборудования напоминает производство гипсовой или древесно-волокнистой сухой штукатурки.

Производство фибролита не может быть конвейерным из-за продолжительности твердения вяжущего, но оно не требует специальных устройств. Изготовление фибролита складывается из процессов приготовления массы и ее прессования.

Древесную стружку, предварительно обработанную жидким стеклом или хлористым кальцием, смешивают с вяжущим в смесителях. Полученную смесь прессуют в деревянных или металлических формах на ручном или гидравлическом прессе. После схватывания изделия освобождают от форм и подвергают сушке и складированию.

Существуют два способа получения фибролита.

По первому способу сначала приготовляют раствор хлористого кальция концентрацией 8° Ве, к нему добавляют цемент перемешивают до достижения концентрации соответствующей 55 Ве. В полученное цементное тесто добавляют сухую древесную стружку (тесто должно полностью обволакивать стружку). Смесь переносят на вибрационное сито, где удаляют избыток теста и затем укладывают в формы.

По второму способу вначале замачивают стружку в растворе хлористого кальция концентрации 3° Ве, дают раствору стечь и смешивают стружку с цементным тестом состава 1: 1 (цемент: вода) по весу. Избыток теста также удаляют при помощи вибрации или встряхивания. Вибрация теста необходима для полного перемешивания его со стружкой. Раствор хлористого кальция может быть заменен 4-процентным раствором жидкого стекла.

Форма для изготовления изделий из фибролита в основном состоит из поддона и бортовых рам (бортоснастки) с ручками по бокам. На поддон для предотвращения вытекания теста в месте примыкания поддона и рамы укладывается плита размером, соответствующим внутреннему размеру формы.

Высота рамы должна быть в два раза больше толщины изготавливаемой плиты, так как в процессе прессования уровень массы снижается до половины первоначальной высоты.

После заполнения формы массой и выравнивания поверхности, сверху укладывают штату для прессования. Ее толщина соответствует половине высоты рамы. На эту плиту устанавливают поддон следующей формы, раму и т. д. Таким образом заливают 10 форм. Затем всю партию подают на пресс и оставляют в запрессованном состоянии в течение 24 час., после чего затвердевшие плиты расформовывают.

Одно время применяли длинные древесные волокна, что требовало установки специальных дефибраторав, так как подобная стружка не является отходом производства, а ее необходимо было специально приготавливать.

Процентное содержание по объему древесного волокна и цемента соответственно равно 30—40% и 22%. Прессование производят под давлением от 300 до 1500 г/см². Процесс схватывания может быть ускорен применением хлористого кальция или путем подогрева форм с изделиями в камерах при 60° в течение 3—5 час.

Основными свойствами этих бетонов являются: малый объемный вес (0,4—0,5 т/м*), малая теплопроводность (0,07—0,08 ккал/м² час град) и удовлетворительная звукоизоляция. Они трудно сгораемы, пилятся, гвоздятся и легко оштукатуриваются. Необходимо отметить, что теплопроводность возрастает с увеличением влажности плит, а изоляционные свойства эффективны при минимальной толщине в 25 мм. В отдельных случаях на фибролитовых плитах наблюдаются выцветы и трещиноватость. Существуют технические условия на приемку фибролитовых плит, регламентирующие различные методы испытаний на изгиб и допуски размеров.

Применение фибролита и Гераклита разнообразно: наружные стены — обшивка и заполнение каркасной конструкции, утепление кирпичных, бетонных и деревянных стен; перегородки — конструкции одинарных и двойных перегородок звукоизоляция массивных стен; потолки — обшивка в целях изоляции; монтаж пустотелых изделий; полы и кровли (изоляция;; подготовка кровли, надстройки.

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%-АI₂О_з, до 3%-СаО, до 4%-МgО, 6,5−10%-(Fе₂0_з+ +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.