Технология заполнителей

Введение

     Заполнители - природные или искусственные  материалы, определенного зернового  состава, которые в рационально  составленной смеси с вяжущим  веществом и водой образуют бетон.

     Заполнители составляют в бетоне до 80% объема и, следовательно, позволяют резко  сократить расход цемента или  других вяжущих, являющихся наиболее дорогой  составной частью бетона. Цементный  камень при твердении претерпевает объемные деформации. Усадка его достигает 2 мм/м. Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает усадочные напряжения и уменьшает усадку обычного бетона. Легкие пористые заполнители уменьшают плотность бетона и его теплопроводность, делают возможным применение такого бетона в ограждающих конструкциях, для теплоизоляции. Специальные особо тяжелые и гидратные заполнители делают бетон надежной защитой от проникающей радиации.

     Таблица 1 

     Классификация заполнителей

     /2/

      Некоторые глины при обжиге вспучиваются. Это  явление использовано для получения  из глин пористого материала –  керамзита. По внешнему виду керамзит напоминает гравий, то есть представляет собой гранулы преимущественно  округлой или овальной формы различного размера, поэтому часто его называют керамзитовый гравий. И получают керамзит главным образом в виде керамзитового  гравия. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется  более плотная корочка. Цвет керамзитового  гравия обычно темно-бурый, в изломе – почти черный.

      Процесс изготовления керамзита состоит  из следующих основных операций: добычи глинистого сырья, его складирования  и доставки к месту производства; переработки сырья и приготовления  исходного полуфабриката-сырца, пригодного для обжига со вспучиванием; обжига и охлаждения керамзита; сортировки и при необходимости домола заполнителя; складирования и выдачи готового продукта.

        В технологическом процессе изготовления  керамзита наблюдаются два явления:  при резком тепловом ударе,  подготовленной специальным образом  глины, она вспучивается, чем достигается  высокая пористость материала,  а внешняя поверхность быстро  оплавляется, что придает материалу  достаточно высокую прочность  и устойчивость к внешним воздействиям  и создает почти герметичную  оболочку. Поэтому качество керамзита  во многом определяется точностью  исполнения технологического процесса. Сущность технологического процесса  производства керамзита состоит  в обжиге глиняных гранул по  оптимальному режиму.

      

      Вспучивание глины при обжиге связано с  двумя процессами: газовыделением и  переходом глины в пиропластическое состояние.

      Оптимальным считается ступенчатый режим  термообработки по С. П. Онацкому: с  постепенным нагревом сырцовых гранул до 200 – 600 ⁰С (в зависимости от особенности сырья) и последующим быстрым нагревом до температура вспучивания (примерно 1200 ⁰С).

      Обжиг осуществляется во вращающихся печах  представляющих собой цилиндрические металлические барабаны диаметром  до 2,5 – 5 м и длиной до 40 – 75 м, футерованные изнутри огнеупорным кирпичом. Печи устанавливаются с уклоном примерно 3 % и медленно вращаются вокруг своей оси. Благодаря этому сырцовые гранулы, подаваемые в верхний конец печи, при ее вращении постепенно передвигаются к другому концу барабана, где установлена форсунка для сжигания газообразного или жидкого топлива. Таким образом, вращающаяся печь работает по принципу противотока: сырцовые гранулы перемещаются навстречу потоку горячих газов, подогреваются и, наконец, попав в зону непосредственного воздействия огненного факела форсунки, вспучиваются. Среднее время пребывания гранул в печи – примерно 45 мин.

     В зависимости от режима обработки  глины можно получить керамзит различной  насыпной плотности (объемным весом) - от 200 до 400 кг/ м³ и выше. Чем ниже плотность вещества, тем он более пористый, а значит, обладает более высокими теплоизоляционными свойствами. Но тем сложнее при производстве получить необходимую прочность. Материал также характеризуется величиной керамзитовых гранул, которая колеблется от 2 до 40 мм, и в зависимости от их размера подразделяется на фракции, например 5-10 мм или 10-20 мм. Основываясь на размерах, продукцию делят на керамзитовые гравий, щебень и песок.

      Гравий - это частицы округлой формы диаметром 5 - 40 мм, получаемые вспучиванием легкоплавких глин. Он морозоустойчив, огнестоек, не впитывает воду и не содержит вредных примесей. Керамзитовый щебень - это наполнитель произвольной формы (преимущественно угловатой) с размерами частиц 5 - 40 мм. Он получается путем дробления кусков вспученной массы керамзита. Керамзитовый песок - наполнитель с размерами частиц 0,1 - 5 мм. Его получают при обжиге глинистой мелочи во вращающихся или шахтных печах, отсевом из общей массы или путем дробления более крупных кусков керамзита.

      Анализ  теплоизоляционных и механических свойств керамзита позволяет  использовать этот материал на российском и зарубежном рынке для теплоизоляции  крыш, полов и стен, фундаментов  и подвалов, как заполнитель для  производства бетонных и железобетонных изделий. Установлено, что рациональное использование керамзита в качестве теплоизолирующего материала при  строительстве обеспечивает сокращение теплопотерь более чем на 75 %.

     Необходимо  особенно отметить такое важное свойство керамзита как экологическая  чистота материала. Ведь состав керамзита - это только глина и ничего более. Таким образом, керамзит - абсолютно  безопасный, природный материал, сродни керамике. Отличие керамзита лишь в том, что при быстром обжиге глина вспучивается. Полученный таким  образом гравий не горит, не тонет  в воде, не слеживается, не подвержен  гниению и обладает теплоизоляционными свойствами. На него, как и на любой  глиняный сосуд не воздействует время. И в тоже время этот материал безопасен  для человека и природы. /2/ 
 
 
 
 

   1. Номенклатура выпускаемой  продукции

   Выбор номенклатуры заключается в назначении марок пористого заполнителя  и его фракционного состава. Он определяется данными лабораторных и промышленных испытаний сырья, опытом действующих  предприятий.

   Для каждой фракции устанавливают расчетную  марку. Данные по номенклатуре сведены  в таблицу 2. 

                                                                                                                                 Таблица 2

   Фракционный состав заполнителя.

 
 

/4/ 
 
 

   Технические требования

   Искусственные пористые гравий, щебень и песок (далее  гравий, щебень и песок) следует изготовлять  в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утвержденным в установленном порядке.

   Гравий  и щебень изготовляют следующих  основных фракций:

   от 5 до 10;

   от 10 до 20;

   от 20 до 40 мм.

   По  согласованию изготовителя с потребителем допускается изготовление гравия и  щебня от 2,5 до 10 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм и для теплоизоляционных засыпок - от 5 до 40 мм.

   Зерновой  состав гравия и щебня каждой фракции  должен соответствовать указанному в таблице 3.

                                                                                                                                 Таблица 3

   Зерновой  состав 

 

   Примечание. D, d - соответственно наибольший и наименьший номинальные диаметры контрольных сит. 

           В гравии и щебне фракции от 2,5 до 10 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм содержание зерен размером от 5 до 10 мм должно быть от 25 до 50% по массе.

          Предельные значения марок по насыпной плотности для различных видов пористых гравия, щебня и песка должны соответствовать данным, приведенным в таблице 4. При этом фактическая марка по насыпной плотности не должна превышать максимального значения, а минимальные значения приведены в качестве справочных.

                                                                                                                                 Таблица 4

   Предельные  значения марок по насыпной плотности 

 

   Примечание. Допускается по согласованию изготовителя с потребителем для приготовления конструкционных легких бетонов классов В20 и выше изготовление керамзитового гравия и щебня марок 700 и 800.

   В зависимости  от прочности, определяемой испытанием в цилиндре, гравий и щебень подразделяют на марки по прочности, приведенные  в таблице 5. 

                                                                                                                                 Таблица 5

   Марки керамзита по прочности