Легкий бетон

1. предварительное вспенивание исходной шихты;
2. выгорание органических добавок или примесей;
3. вспучивание исходной шихты в пиропластическом    состоянии газообразными продуктами.
4. вспучивание расплава газо- и парообразными продуктами.

Несколько обособленное положение занимает агломерация, при которой поризация достигается в результате одновременного действия ряда процессов: выгорания топлива, испарения влаги, контактного спекания отдельных зерен и лишь частично вспучивания.

 

Керамзит

Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, которые должны обладать следующими основными свойствами:

1. способность хорошо вспучиваться в процессе обжига;
2. легкоплавкостью, позволяющей вести обжиг керамзита при температуре, не превышающей 1250 С. При нагревании гранул в печи значительная часть наиболее мелких глинистых частиц переходит в расплав. Глинистое сырье, находящееся в пиропластическом состоянии, должно иметь оптимальную вязкость в том интервале температур, когда наиболее интенсивно выделяются газообразные продукты.
3. Определенным интервалом температур между началом оплавления гранул и температурой, при которой получается керамзит с объемной массой гранул 0,95 г/см.

Сырье, удовлетворяющее всем названным требованиям, встречается относительно редко. Для улучшения свойств широко применяют некоторые твердые и жидкие добавки (пиритные огарки, золы ТЭС от сжигания каменного угля, соляровое масло, сульфитно-спиртовую бражку). 

В основу современной технологии производства керамзита положены результаты исследований, которые проводились Н.А. Поповым, С.П. Онацким, В.В. Еременко и др.

Применяют три способа производства керамзита: сухой, мокрый и пластический. Сухой способ используют при наличии плотного глинистого сырья. Глинистые сланцы после дробления и рассева можно сразу отправить в печь. По мокрому способу глиняную пульпу насосами подают в шламбассейн, а затем в печь. Испарение большого количества влаги вызывает повышенный расход топлива, поэтому данный способ целесообразно применять при использовании слабо вспучивающегося сырья, в котором необходимо равномерное распределение соответствующих добавок.

Наиболее распространен пластический способ. Он предусматривает многоступенчатую переработку рыхлого глинистого сырья, в которое в ряде случаев вводят добавки. Подготовленная масса  направляется для формования сырцовых гранул, которые пред обжигом  проходят сушку в сушильном барабане. В некоторых случаях процесс сушки может быть совмещен с обжигом во вращающейся печи. Допустимая влажность гранул при подаче их в печь принимается около 20%.

Все три  рассмотренных способа различаются лишь подготовкой сырья. Основным технологическим процессом производства керамзита является его обжиг во вращающихся печах. При этом весьма важно правильно назначить температурный режим обжига, обеспечивающий необходимую степень вспучивания гранул и максимальную производительность печей.

  

Аглопорит

Основным сырьем для производства аглопорита служат глинистые породы: непластичные, тощие, запесоченные глины и суглинки. Сырьевая база аглопорита может быть расширена за счет использования зол и шлаков ТЭС, углесодержащих шахтных пород, отходов, получаемых при углеобогащении, добыче и переработке горючих сланцев. По классификации, предложенной М.П. Элинзоном, все виды сырья, используемого для производства аглопорита, можно разделить на три группы: к первой относится сухое,  плотное или зернистое сырье (топливные шлаки, сланцеватые шахтные или глинистые породы); ко второй – рыхлые горные породы естественной или повышенной влажности (шахтные глинистые породы, глина, суглинки, супеси); к третьей – сухие пылевидные материалы (преимущественно золы ТЭС). Шихту для спекания приготовляют двумя способами: сухим (сырье первой группы) и влажным с последующей грануляцией (сырье второй и третьей группы).

В основу развития технологии производства аглопорита положены результаты исследований, проведенных В.Н. Бурмистровым, С.Г. Васильковым, Л.Н. Поповым.

Производство аглопорита осуществляется спеканием (агломерацией) на колосниковой решетке сырьевой шихты, в составе которой имеется или специально вводится твердое топливо.

Характерная особенность аглопорита, как и большинства других пористых заполнителей, состоит в том, что при дроблении изменяется не только его размер, но и происходит сепарация по прочности. Чем мельче фракция, тем она тяжелее, но вместе с тем и прочнее. Разрушается аглопорит всегда по наиболее слабым участкам и в первую очередь там, где крупнее поры. У мелких фракций мелкоячеистое строение и большая прочность. Такая самопроизвольная сепарация аглопорита при дроблении и последующем рассеве на фракции приводит к повышению его однородности по объемной массе и прочности, однако выход его снижается.

 

Вермикулит

Вермикулит представляет собой сыпучий мелкозернистый пористый материал, состоящий из червеобразных частиц золотого цвета, получаемых путем обжига дробленого исходного  минерала – вермикулита (vermiculus (лат) означает червячок) с предельной крупностью 10 мм. Минерал вермикулит – один из представителей группы гидрослюд. Он имеет характерную слоистую структуру и содержит слабосвязанную воду межмолекулярных слоев.

В результате быстрого нагревания до температуры 1000-1200 С частицы вермикулита расщепляются действием интенсивно испаряющейся воды, увеличиваясь в объеме в 15-20 раз и более. По мере повышения температуры не только ускоряется парообразование, но и происходит пиропластическое размягчение частиц. Под давлением паров, действующих перпендикулярно плоскости спаянности, образуется своеобразная пластинчатая пористость.

 Эффект  вспучивания возможен лишь в том случае, когда скорость парообразования значительно превышает скорость диффузии паров из пространства межплоскостной спаянности. Поэтому режим обжига должен характеризоваться быстрым подъемом температуры и кратковременным пребыванием (3-5 мин) материала в зоне высоких температур 1000-1200 С. Наиболее интенсивно процесс вспучивания протекает при обжиге вермикулита во взвешенном состоянии в коротких трубчатых печах.

Вспученный вермикулит один из наиболее эффективных теплоизоляционных материалов, обладающий высокой огнеупорностью. Он выдерживает температуру до 1100 С, используется при засыпке сводов заводских печей, но как заполнитель для особо легких бетонов находит пока ограниченное применение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контроль качества изделий и конструкций из легкого бетона

 

Изделия из бетона по внешнему виду, точности размеров, объемной массе, прочности, жесткости и другим характеристикам должны удовлетворять требованиям государственных стандартов, технических условий и других нормативных документов, соблюдение которых обязательно на любом предприятии.

Точность размеров и качество поверхности

Изделия и конструкции из легких бетонов отправляются на склад после приема их поштучно представителями ОТК. На строительную площадку изделия отпускают поштучно или партиями. За партию принимается количество изделий одного типоразмера, изготовленных в течение 10 суток по единой технологии, из одних и тех же материалов.

Для контроля поперечного размера колонн или толщины панелей стен, перекрытий пользуются жесткими шаблонами: проходным П и непроходным Н. для удобства они объединены в одном измерительном инструменте конструкции ЦНИИОМТП.

Искривление лицевых поверхностей изделий в любом направлении допускается не более 3 мм на 2 пог.м.

Объемная масса и влажность

Объемная масса легкого бетона для ограждающих конструкций должна соответствовать значениям, принятым при теплотехническом расчете конструкций, в которых влажность не должна превышать максимально допустимых значений.

Объемную массу контролируют ежедневно путем взвешивания бетонных образцов. Для наружных стеновых панелей и блоков этого контроля недостаточно, поэтому готовые изделия дополнительно взвешивают (выборочно или поштучно) с точностью до 2% при помощи динамометров, подвешиваемых к крюку крана. Для контроля объемной массы легкого бетона в  изделиях  используют и радиоизотопный метод.

В настоящее время разработан гаммаскопический метод контроля влажности строительных материалов и конструкций. По степени поглощения y-лучей в сухом и влажном материале можно составить градуировочную кривую и далее по ней вести контроль за влажностью изделий с точностью до 2%. Используя этот метод и результаты взвешивания изделий, можно с достаточной достоверностью оценить качество конструкций из легких бетонов. При хорошей организации технологии производства показатели изменчивости по объемной массе не должны превышать 5%

 Прочность

Прочность легких бетонов определят на образцах. Каждая серия образцов состоит из трех кубиков. Число серий образцов должно быть не менее: при нормальном твердении изделий – 2, при тепловой обработке – 3.

При определении однородности бетона по прочности на сжатие показатель изменчивости должен быть не более 15% для легких бетонов марок до 100 и 12% - для бетонов более высоких марок. При определении прочности на сжатие рекомендуется испытывать образцы и на раскалывание. Вначале кубики раскалывают сосредоточенной нагрузкой, приложенной к двум противоположным граням. Затем обе половинки складывают и испытывают на сжатие. Таким способом получают характеристику прочности легкого бетона, как на растяжение, так и на сжатие.

Стандартные методы контроля прочности бетона в достаточной мере характеризуют прочность образцов-кубиков, но не позволяют в полной мере оценить прочность непосредственно конструкций из легких бетонов. В с этим существенное значение приобретают неразрушающие методы испытания (без разрушения бетона). К их числу относится ультразвуковой метод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технико-экономическая эффективность

применения легких бетонов

 

При решении вопроса о целесообразности замены тяжелого бетона легким в тех или иных конструкциях исходят не только из сопоставления их себестоимости.

Необходимо также учитывать снижение затрат на транспорт и монтаж конструкций, а также экономию материалов при возведении оснований и фундаментов зданий за счет уменьшения массы конструкций. По данным института строительной физики, замена в несущих внутренних стенах тяжелого бетона керамзитобетоном уменьшает массу 1 м  стены в 1,5 раза. Применение легких бетонов в междуэтажных перекрытиях жилых зданий дает возможность значительно снизить конструктивную высоту перекрытия и его массу.

Весьма эффективно применение совмещенных плит покрытий из легких бетонов в промышленном строительстве. В дорожном мостовом строительстве применение высокопрочных легких бетонов позволяет уменьшить массу конструкций на 25% и более.

При снижении массы конструкции на 30-35% за счет применения легких бетонов транспортные расходы сокращаются в среднем на 25%.

Большое влияние на эффективность производства и применения легких бетонов оказывают технико-экономические показатели производства пористых заполнителей.

Таблица 3

 

Основные ресурсы	Затраты на производство
	керамзита	аглопорита	перлита	шлаковой пемзы
Сырье	0,61	0,77	0,24	0,84
Топливо	103,2	107,6	60,7	-
Электроэнергия	22,9	50,9	29,5	2,2

 

Таким образом. По удельным затратам топлива и электроэнергии наиболее эффективно производство шлаковой пемзы. Большая экономия топлива и электроэнергии обусловлена использованием расплава доменного шлака. Однако эти экономические преимущества в значительной степени снижаются вследствие большой объемной массы шлаковой пемзы и изготовляемого на ее основе шлакопемзобетона.

Снижение массы крупноразмерных железобетонных изделий и монолитных конструкций – основной путь уменьшения материалоемкости строительства. Толщина наружных стен снижается с 52-66 см (кирпичные стены) до 25-40 см (легкобетонные стены), поэтому масса 1м стены с 1080-1250 кг уменьшается до 175-560 кг, то есть примерно в 2-6 раз.

При возведении стен из легкого бетона трудовые затраты снижаются в 12 раз, стоимость ниже примерно на 32%, суммарный расход топлива меньше на 48% по сравнению с аналогичными стенами из кирпича. В силу высокой технико-экономической эффективности легкобетонных конструкций производство легких бетонов в перспективе возрастает.