Искусственные пористые заполнители

ВВЕДЕНИЕ 

       Заполнителями в бетоне называют рыхлую смесь минеральных зёрен природного или искусственного происхождения, размеры которых находятся в установленном диапазоне. В бетоне эти зёрна скрепляются вяжущим веществом, образуя прочное камневидное тело. Занимая от 80 до 85 %  общего объёма бетона, заполнители влияют на технологические свойства бетонной смеси и на качество затвердевшего бетона.

       Заполнитель (плотный  или пористый) создаёт  в бетоне жёсткий скелет, который  способствует уменьшению усадки, к  примеру, тяжёлого и конструкционного бетонов в десять раз по сравнению с усадкой цементного камня. Таким образом, повышается надёжность бетонных изделий, предотвращается преждевременное разрушение.

       Кроме того, высококачественные заполнители уменьшают плотность бетона, его теплопроводность, особенно при мелкопористой амортизированной структуре, они надёжно защищают здание от радиации, от вредных осадков и примесей, находящихся в окружающей среде. Поэтому, тщательный отбор и подготовка заполнителей для бетонной массы, современные технологии их производства, умелое использование с учётом экономических требований имеют огромное значение для строительного комплекса страны.

       Стоимость заполнителя составляет от 30 до  50 %  (а иногда и более) от стоимости бетонных и железобетонных конструкций, поэтому применение более доступных и дешёвых местных заполнителей в ряде случаев позволяет снизить

стоимость строительства, уменьшает объём транспортных перевозок, обеспечивает сокращение сроков строительства.

       В России производят более 50 млн. м³ различных бетонных смесей. Для этого требуется около 40 млн. м³ заполнителей. Половина из них - искусственные. Следует учесть, что добыча природного минерального сырья становится крайне дорогим и убыточным производством. Кроме того, наносится ущерб окружающей  среде. За рубежом, в развитых странах  запрещается неоправданная разработка  
 
 
 

недр. В Великобритании, ФРГ, Японии, например, не позволяют создавать карье-

ры для добычи песка, гравия, щебня.

       Нехватка в плотных заполнителях восполняется за счёт переработки техногенных отходов. Особенно активно используются продукты разрушения старых бетонных и железобетонных конструкций, крупнотоннажные отходы промышленности. Использование подобного рода заполнителей экономически выгодно. Во-первых, снижается себестоимость их выпуска, во-вторых, экономятся природные ресурсы, в-третьих, утилизируются отходы промышленных зон. Например, в Нидерландах объём бетона, образующегося в результате разрушения старых конструкций, составляет ежегодно 10 млн. м³. Это примерно одна треть объёма бетона, который используется в новых конструкциях.

       Искусственные заполнители получают путём термической обработки сили-

катного сырья с последующим дроблением и рассевом. В странах Запада доля пористых заполнителей, созданных искусственно, составляет около 60 % в общем объёме производства заполнителей. В нашей стране они тоже находят широкое применение.

       Вспученный перлит - высокопористый каменный материал, получаемый путём нагрева от 850 до 1250 °С изверженной водосодержащей горной породы-перлита. При нагревании перлита он вспучивается, увеличивается в объеме до 20 раз. Вспученный перлит является наиболее лёгким заполнителем для бетонов с

пределом прочности при сжатии от 4,9 до 14,7 МН/м² (от 50 до 150 кг/см²).

       Во  всех индустриально развитых странах прослеживается тенденция наращивания производства пористых заполнителей как особо низких марок по средней плотности, так и повышенных, до 600 - 800 кг/м³. Этого требуют лёгкие теплоизоляционные бетоны для экономии теплоэнергии, снижения энергозатрат примерно на 20%, в то же время использование конструкционного легкого бетона позволяет экономить до 50% массы при строительстве высотных зданий.

       В последние годы много сделано  для модернизации и повышения  эффективности производства традиционно производимых пористых заполнителей: понижение, а также повышение насыпной плотности керамзитов, пористого песка,  
 
 

полученных по различным технологиям, шлаковой пемзы, гранулированного ме-

таллургического шлака, агломерата, шунгизита и др. После обогащения топлив-

ных шлаков на основе получаемых зол выпускают зольный  гравий, глинозольный

гравий и другие пористые продукты.

     В России успешно производят пористые заполнители высокого качества, на уровне мировых стандартов и даже превышающие их.

     Широкое использование в жилищном строительстве индустриальных конструкций из облегчённых материалов значительно снижает объёмный вес и толщину наружных стен, сокращает затраты на материалы и транспортные средства, достигающие 30% от общей стоимости возведения стен.

     Применение  лёгких бетонов для крупноразмерных  изделий и строительных конструкций  позволяет на единицу веса увеличить в 1,5 - 2 раза площадь изготавливаемых крупноразмерных  деталей. Общий вес материалов на 1 м³ объёма многоэтажного дома снижается до 50% по сравнению с домом из эффективного кирпича. 
      Федеральная целевая программа «Жилище» на 2011 – 2015 годы включает в себя четыре подпрограммы и два мероприятия:

- подпрограмма "Модернизация объектов коммунальной инфраструктуры"; - подпрограмма "Обеспечение жильём молодых семей";

     - подпрограмма "Выполнение государственных обязательств по обеспечению жильём категорий граждан, установленных федеральным законодательством";

     - подпрограмма "Стимулирование программ развития жилищного строительства субъектов Российской Федерации";

     - мероприятия по обеспечению жильём отдельных категорий граждан;

     - мероприятия по поддержке платёжеспособного спроса на жильё.

     Реализация  Федеральной программы «Жилище» способствует наращиванию производственных мощностей искусственных заполнителей, в частности, вспученного перлита. 
 
 
 

     1.2 Исходные сырьевые материалы 
 

       Основным  исходным сырьём для производства вспученного  перлитового щебня и песка  служит горная порода перлит.

       Перлит -  горная порода вулканического происхождения, содержащая основные оксиды, которые указаны в таблице 1.Также могут присутствовать другие примеси.

  Таблица 1 – Содержание основных оксидов 

       На  кромке потока лавы, в местах первичного соприкосновения магматических расплавов и земной поверхности, в результате быстрого охлаждения (закалки) лавы формируется вулканическое стекло - обсидиан. В дальнейшем подземные воды проникают сквозь обсидиан, происходит его гидратация и образование гидроксида обсидиана - перлита.

       Свойства  вулканических стёкол зависят  и от изменений энергетического характера. Чаще всего происходит их гидратация. От возраста стёкол зависит степень их гидратации и, следовательно, содержание летучих веществ. В основном летучими компонентами, производящими работу по вспучиванию стекол при их нагревании, является первичная вода, входившая в состав магмы, и вода, приобретённая в процессе гидратации твёрдого стекла - вторичная вода. Именно наличие связанной воды придаёт перлиту способность вспучивания. Вода обеспечивает два эффекта: она снижает точку размягчения минерала и действует как средство расширения расплавленной породы, в результате чего она вспучивается. 

       Для перлита характерна мелкая концентрически-скорлуповатая отдельность (перлитовая структура), по которой он распадается на округлые ядра (перлы), напоминающие жемчужины с характерным блеском. Наличие в гранулах пористой структуры обеспечивает уникальные свойства перлита. Пористость может составлять от восьми до 40 %. Перлит может иметь чёрную, зелёную, красно- 
 
 

бурую, коричневую, белую окраску различных тонов.

       Разновидности перлита: обсидиановый (с примесями обсидиана), сферолитовый (с примесями полевого шпата), смолянокаменный (однородный по составу), стекловатый и другие. По текстурным признакам выделяют массивный, полосчатый, брекчиевидный и пемзовидный перлиты.

       При резком термоударном нагреве до температур от  1100 до 1150 °С частицы этой породы поризуются. Резко увеличивается объём внутренних пор, приобретающих сферовидную форму.

     В силу своей природы, химического состава перлит, как и любое стекло -инертен, химически и биологически стоек, является экологически чистым материалом, не токсичен, не содержит тяжёлых металлов.