Керамзитовое сырье должно иметь коэффициент вспучиваемости (отношение объема вспученной к объему сырцовой гранулы) не менее 2, температуру обжига не выше 1523 К, интервал вспучивания не менее 50 К.

Различают сухой, пластический и мокрый способ производства керамзита. Сухой способ применяют при использовании камнеподобного глинистого сырья (сланцы, шунгиты, аргиллиты и др.), мокрый - хорошо размокаемого сырья, разводимого до влажности пульпы около 50%.

Наибольшее распространение получил пластический способ (рис. 1), при котором из рыхлого глинистого сырья после предварительной переработки до состояния пластичной массы формуются гранулы влажностью до 20 %, последние после подсушки или сразу направляют во вращающуюся печь. Для улучшения свойств керамзита в глиняную массу иногда вводят железистые и органические добавки. Гранулы направляют во вращающиеся печи, где сначала постепенно нагревают до 470-880 К, а затем быстро поднимают температуру до 1б50 К После обжига керамзит охлаждается, фракционируется и поступает на склад готовой продукции.

Керамзитовый гравий выпускают первой и высшей категории качества десяти марок по насыпной плотности: 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800. Каждой марке по плотности соответствует определенная марка керамзита по прочности. Заполнитель не должен содержать известковых и других включений, обусловливающих потерю в массе пробы при кипячении более 5 %, должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания с потерей массы не более 8 % (для гравия высшей категории качества 5 %). Среднее значение коэффициента формы заполнителя для керамзита должно быть 1,5. Водопоглощение за 1 ч для керамзита с плотностью до 400 кг/м³ должно составлять не более 25 %, 450-600 кг/м³-20 %, 700-800 кг/м³ - 15%. Для гравия высшей категории качества нормируется коэффициент вариации по насыпной плотности и прочности соответственно 5 и 15% за 12 предыдущих месяцев.

Аглопорит получают в виде щебня спеканием малопластичных глинистых пород, которые при обжиге не вспучиваются, или промышленных отходов добычи и обогащения углей, топливных шлаков и золы ТЭС. В шихту для производства аглопорита вводят топливную добавку - каменный уголь. Содержание топлива в шихте может колебаться от 6 до 12 %. При подготовке шихты сырье дробят, смешивают, увлажняют и гранулируют. Зерновой состав шихты должен обеспечивать ее оптимальную газопроницаемость.

Основная технологическая операция при производстве аглопорита - спекание шихты на решетке агломерационной машины непрерывного (рис. 6.2) или периодического действия. Под решеткой в вакуум-камере создают разрежение, благодаря которому происходит просос воздуха через шихту. За счет горения угля в шихте развивается температура до 1300 К и выше, что приводит к ее спеканию в виде пористой остеклованной массы. Спекшийся аглопоритовый корж дробят на щебень и песок

Аглопоритовый щебень выпускается крупностью от 5 до 40 мм шести марок по насыпной плотности: 400, 500, 600, 700, 800 и 900.

Прочность аглопоритового щебня при одинаковой плотности значительно меньше, чем керамзита.

Требования к морозостойкости аглопорита аналогичны требованиям к керамзитовому гравию. Среднее значение коэффициента формы аглопоритового щебня составляет 2-2,5, потеря массы пробы аглопоритового щебня при прокаливании - не более 3%. Для аглопорита дополнительно предъявляется требование к стойкости против силикатного и железистого распада.

Разработана технология производства аглопоритового гравия из золы ТЭС, по которой в результате агломерации сырья образуются не спекшийся корж, а обожженные гранулы. Сущность технологии производства аглопоритового гравия заключается в получении сырцовых зольных гранул крупностыо 10-20 мм, укладке их на колосники ленточной агломерационной машины слоем толщиной 200-300 мм и термической обработке. Горн агломерационной машины состоит из' двух секций - подсушки и зажигания. Слой гpaнул сначала подсушивается и подогревается, а затем производится зажигание и обжиг. Благодаря высокой газопроницаемости шихты сквозь слой просасывается большое количество воздуха, в результате чего создается окислительная среда п гранулы между собой не спекаются. Для производства аглопоритового гравия используются золы с интервалом плавкости не менее 50-100 К и содержанием оксидов железа не менее 4 %.

Аглопоритовый гравий выпускают четырех марок по насыпной ПЛОТНОСТII -500, 600, 700 и 800 и семи марок по прочности - ОТ П50 (предел прочности при сдавливании ,в цилиндре 1-1,29 МПа) до П250 (3 МПа и более). Расчеты показывают, что замена 1 млн. м3 привозного природного щебня аглопоритовым гравием из золы местной ТЭС лишь за счет сокращения транспортных расходов при перевозках на расстояние 500-1000 км дает экономию около 2 млн. руб.

Шлаковая пемза (термозит) - один из наиболее эффективных видов искусственных пор истых заполнителей. Ее получают поризацией шлаковых расплавов в результате их быстрого охлаждения водой, воздухом или паром.

Размер пор шлаковой пемзы в зависимости от способа получения колеблется от 0,04 до 4,5 мм, пористость - 52-78%, а водопоглощение - 10-55 %. Щебень выпускают с насыпной плотностью 300-800 и марками по прочности 25-150.

Трудозатраты на изготовление 1 м³ шлаковой пемзы в 5 раз меньше, чем на другие пористые заполнители, а производительность труда в 4-5 раз выше.

Вспученный перлит. Перлит - вулканическая стекловидная порода, содержащая 65-75% аморфного кремнезема и около 1-2% связанной воды. При термической обработке в диапазоне температур 1250-1550К перлит размягчается и вспучивается в основном в результате, интенсивного выделения паров воды. Коэффициент вспучивания перлита достигает 10-12. Для термической подготовки перлита применяют в основном противоточные вращающиеся печи длиной 5-8 м и внутренним диаметром 0,7-1,2 м. До обжига сырье часто подвергают предварительной термической обработке с целью предотвратить последующее растрескивание породы и получения вспученного перлита с наименьшей плотностью. В этом случае при температуре 250-4500С удаляется свободная и слабосвязанная вода.

На качество готового продукта, характер и степень его вспучивания влияет размер зерен. Оптимальным размером зерен обжигаемого перлита считают 5-15 мм.

Перлитовый щебень выпускают 4 марок по объемной массе: 300, 400, 500 и 600. Потери массы его при 15-кратном замораживании и оттаивании должны быть не более 10 %. По мере увеличения объемной массы с 300 до 600 допустимое водопоглощение за 1 ч для перлитового щебня уменьшается от 75 до 30 % .

Перлитовый песок - наиболее легкий из пористых песков. Для легких бетонов пригоден перлитовый песок с минимальной насыпной плотностью 200. Содержание пылевидных фракций в нем не должно превышать 10%.

5. Основные технологические процессы и оборудование

Технология производства легких бетонов и изделий из них незначительно отличается от технологии изготовления изделий из обычных тяжелых бетонов. Для получения бетона высокого качества пористые заполнители хранят в крытых складах раздельно по фракциям в условиях, исключающих увлажнение. Для предупреждения засорения и смешивания фракций склады заполнителей оборудуют сортировочными установками. Смеси фракций пор истых заполнителе склонны к расслоению, что вызывает недопустимые колебания гранулометрического состава заполнителей в бетонной смеси.

Транспортирование пор истых заполнителей производят способа· ми, исключающими их разрушение, увлажнение и перемешивание. При транспортировании заполнителей со склада к месту дозирования применяют ленточные конвейеры, элеваторы, скиповые устройства. Вспученный перлитовый песок транспортируют и дозируют для предотвращения пылевыделения пневмотранспортом.

При весовом дозировании пористых заполнителей могут иметь место значительные колебания свойств бетонов за счет изменения объемной концентрации заполнителя. В производстве легких бетонов распространено объемно-весовое дозирование заполнителей. С помощью объемно-весовых дозаторов (рис. 2) рупный заполнитель дозируют по объему с точностью ± 3 % с одновременным фиксированием его массы. Мелкий заполнитель и цемент дозируют по массе с точностью + 2 %.

При изменении плотности крупного заполнителя с помощью имеющихся таблиц изменяют количество, а при необходимости и вид мелкого заполнителя.

Легкие бетонные смеси приготавливают обычно в смесителях принудительного действия, где предотвращается расслоение компонентов, Смесители сначала загружают крупным, затем мелким заполнителем и цементом, Вода подается в течение -всего времени загрузки. Время перемешивания зависит от емкости смесителя, числа оборотов, подвижности и плотности смеси. Для смесителей емкостью до 1000 л и подвижностью бетонной смеси 1-3 см время перемешивания при плотности 1400-1700 кг/м³ составляет не менее 150 с, 1000-1400 кг/м³ - 180 с и менее 1000 кг/м³ - 210 с. При большей емкости смесителей время перемешивания дополнительно увеличивают на 30 с.

Для легких бетонных смесей, так же как и тяжелых, основным способом уплотнения является вибрирование. В бетоне на пор истых заполнителях особенно при избытке растворной части при вибрировании возможно всплывание крупного заполнителя. С увеличением продолжительности вибрирования расслоение возрастает особенно при применении подвижных смесей. Снизить расслоение легких бетонных смесей можно, уменьшая крупность и улучшая гранулометрию заполнителей. Эффективно применение пригруза. Применение пригруза 40 г/см² при уплотнении керамзитобетонной смеси снижает расслаиваемость ее примерно на 20-40 %.

Изделия из легких бетонов, как и из тяжелых, наиболее часто подвергают тепловлажностной обработке в среде насыщенного пара. Для легких бетонов эффективным методом ускорения твердения является беспаровой прогрев в среде пониженной влажности, который обеспечивает значительное снижение влажности легких бетонов и не приводит к понижению его конечной прочности.

6. Основные свойства продукции

Легкие бетоны отличаются от тяжелых наличием в зернах заполнителя пор разной величины. Прочность пористых заполнителей обычно ниже прочности цементного камня. Вместе с тем благодаря пористой структуре пористые заполнители лучше сцепляются с цементным камнем. Обычно поры в пористых заполнителях имеют диаметр 0,1-1 мм. В них проникает влага и цементное тесто, что способствует сцеплению заполнителей с цементным камнем. Особенно повышенной адгезией по отношению к цементному камню обладают пористые заполнители с развитой открытой пористостью.

Для легких бетонов характерны процессы самовакуумирования.

В результате отсасывания воды из цементного теста зернами пористого заполнителя в последних защемляется определенное количество воздуха. Объем отсасываемой воды оказывается больше объема, вытесненного из заполнителей воздуха. Пузырьки защемленного в капиллярах воздуха в результате всестороннего сжатия имеют повышенное давление, отчего развивается градиент, способствующий уплотнению бетона, повышению сил сцепления в контактной зоне и прочности бетона.

Вследствие большей близости значений пористости и прочности заполнителей и цементного камня и их деформативных свойств, напряжения, вызываемые внешними механическими воздействиями в легких бетонах, часто распределяются более равномерно, чем в тяжелых. Большая однородность легких бетонов достигается, если нет четко выраженной границы между раствором и зернами крупного заполнителя. Это xapaктерно, например, для аглопорито- и шлакопемзобетонов. В отличие от них для керамзитобетона характерны три зоны с различной пористостью: цементный камень, поверхностная оболочка и ядро заполнителя. По мере повышения однородности легких бетонов при прочих равных условиях возрастает прочность и улучшаются деформативных свойства.

Плотность является важнейшим показателем качества легких бетонов. Различают плотность в сухом состоянии и при различной влажности. Первый показатель является стандартным и для данного вида легкого бетона величиной постоянной, второй зависит от условий приготовления и эксплуатации бетона.

Значение плотности легкого бетона связано с основными показателями его качества: прочностью, теплопроводностью, проницаемостью и др.

По этому показателю легкие бетоны подразделяют на марки: Д200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900 и 2000.

Прочность легких бетонов, как и обычных, зависит от активности цемента, водоцементного отношения, условий и длительности ,твердения, прочности заполнителей и некоторых других факторов.

Как установлено Н. А. Поповым, прочность легкого бетона может быть выражена общим уравнением

R_б=k_оR_ц(Ц/В-А_о),

где k_o и А_о коэффициенты, зависящие от прочности и пористости заполнителя и ряда технологических факторов.

Введение в бетон пористых заполнителей приводит к снижению его прочности и тем в большей степени, чем больше содержание заполнителя и меньше его плотность. Кривые зависимости прочности легких бетонов от цементно-водного отношения располагаются ниже кривых для обычного бетона (рис. 3)

В отличие от тяжелых бетонов, прочность которых пропорциональна прочности растворной части, у легких бетонов соответствующая зависимость имеет криволинейный характер с двумя участками. На первом участке повышение прочности раствора, например, за счет уменьшения В/Ц приводит к прямолинейному росту прочности бетона, на втором (рис. 4)дальнейшее повышение прочности раствора не приводит уже к заметному росту прочности бетона. Таким образом, на определенном пористом заполнитель при неизменном его содержании в бетоне можно приготовить легкий бетон лишь с определенной предельной прочностью. Для получения легкого бетона разных марок следует выбирать прочность заполнителя такой, чтобы обеспечить рациональное использование цемента, т. е. получать бетоны, соответствующие первому участку кривой. Лишь в случае предъявления к бетону особых требований по плотности рационально применение составов, соответствующих второму участку кривой. Критерием эффективности пористого заполнителя в бетоне является расход цемента, необходимый для получения требуемой прочности. Чем меньше прочность заполнителя и больше его пустотность, тем в большей мере ощущается повышение количества цемента для достижения бетоном максимальной прочности.

Существенное влияние на прочность легких бетонов оказывает содержание в нем крупного пористого заполнителя. Влияние концентрации заполнителя зависит от соотношения его прочности и прочности раствора. Обычно, при достаточно высокой прочности раствора в конструктивных легких бетонах увеличение концентрации заполнителя приводит к уменьшению прочности бетона. При малом различии в прочности раствора и бетона, например в конструктивно-теплоизоляционных легких бетонах, максимальная прочность достигается при определенной оптимальной концентрации заполнителя (рис. 5)

Для плотных легких бетонов, изготовленных с применением пористого песка, характерна более значительная прочность при осевом растяжении, чем для обычных тяжелых бетонов. Для конструктивно-теплоизоляционных легких бетонов отношение прочности при растяжении к прочности при сжатии колеблется в пределах 0,12-0,17, для конструктивных 0,06-0,1.

Основным показателем прочности легкого бетона является класс бетона установленный по прочности его на сжатие: В2; 2,5; 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 17,5; 20; 22,5; 25; 30; 40; для теплоизоляционных бетонов, кроме того, предусмотрены классы В0,35; 0,75 и 1.

Эффективность легкого бетона в значительной мере определяется величиной коэффициента конструктивного качества, представляющего отношение предела прочности к плотности. Для легких бетонов на различных пор истых заполнителях этот показатель колеблется в пределах от 0,025 до 0,26. По мере повышения прочности и с переходом к конструктивным бетонам различие в величине коэффициента конструктивного качества постепенно уменьшается.

Особенности деформативных свойств легких бетонов обусловлены их относительно низким модулем упругости. При равных напряжениях деформации конструкций из легких бетонов могут превышать деформации тех же конструкций из тяжелого бетона в 1,5-2 раза. Предельная сжимаемость и растяжимость легких плотных бетонов примерно в 1,5-2 раза больше, чем у тяжелых равнопрочных бетонов. Более высокие деформативные свойства легких бетонов обусловливают повышенную трещиностойкость конструкций на их основе. В легких бетонах пористые заполнители вследствие большей деформативности в меньшей мере уменьшают усадку цементного камня, поэтому полная усадка легких бетонов обычно на 15-25% больше, чем тяжелых, и достигает 1,5 мм/м. Применение плотных песков позволяет снизить усадку до 40 %.

Водонепроницаемость легких бетонов не снижается с применением пористых заполнителей низкой скорости фильтрации воды через легкие бетоны способствует высокая плотность их контактной зоны, наличие уплотненной оболочки цементного камня вокруг зерен заполнителя. При создании необходимой плотной структуры легкие бетоны, так же как и тяжелые, надежно защищают от коррозии арматуру. Если бетон имеет недостаточную плотность, то арматуру необходимо покрывать защитными покрытиями: цементнобитумными, цементно-казеиновыми и др.

Морозостойкость легких бетонов при правильно подобранном составе не ниже морозостойкости тяжелых.

7. Технико-экономические показатели

Толщина наружных стен снижается с 52-66 см (кирпичные стены) до 25-40 см (легкобетонные . стены), поэтому масса 1 м² стены с 1080-1250 кг уменьшается до 175-560 кг, т. е. 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 возрастет.

Сравнительная оценка экономической эффективности материалов и конструкций дается на основе сопоставления приведенных затрат, определяемых с учетом капитальных вложений на производство продукции, себестоимости материала в деле (включая затраты на транспорт и монтаж) и эксплуатационных расходов за весь период службы конструкции.

Легкий бетон на пористых заполнителях эффективнее тяжелого бетона по показателю приведенных затрат: в наружных стенах на 12-25 %, во внутренних несущих стенах на 8-14 %. Использование легкого бетона позволило снизить массу конструкции в среднем на 35 %, расход стали на 10 %, трудозатраты на 20 % по сравнению с использованием тяжелого бетона.

· Конструкционные легкие бетоны плотностыо 1700-1800 марок по прочности М 200-М 400 применяют в армированных конструкциях - легкобетонных фермах, пролетных строениях мостов и др. Масса легкого железобетона при одинаковой прочности на 25-35 % меньше массы тяжелого.

Высокие экономические показатели имеют силикатные ячеистые бетоны автоклавного твердения, в особенности при использовании для их изготовления промышленных отходов (шлаков и зол). Экономия приведенных затрат доходит до 11,7 руб./м² стены.

Конструкции из ячеистых бетонов отличаются высокими технико-экономическими показателями. Стены из ячеистого бетона в 1,8 раза легче стен из керамзитобетонных панелей, стоимость их также меньше. Удельные капитальные вложения в строительство заводов по производству ячеистого бетона на 30-40 % меньше, чем в I строительство предприятий, выпускающих аналогичные конструкции из тяжелого и легкого бетона с пористым заполнителем, поэтому применение ячеистого бетона расширяется. Эффективность легких бетонов возрастает при снижении плотности бетона и выпуске изделий полной заводской готовности.

8. Заключение

Из всего сказанного выше можно сделать вывод, что написанная в начале работы фраза (Легкий бетон -- эффективный материал, который имеет большую перспективу.) верна.

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

Для приготовления легких бетонов применяют портландцемент и различные заполнители. К основным свойствам лёгких бетонов можно отнести прочность, плотность, водонепроницаемость и морозостойкость. Основным показателем прочности легкого бетона является класс бетона установленный по прочности его на сжатие: В2; 2,5; 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 17,5; 20; 22,5; 25; 30; 40; для теплоизоляционных бетонов, кроме того, предусмотрены классы В0,35; 0,75

Наряду с прочностью важной характеристикой легкого бетона является его плотность в сухом состоянии. По этому показателю легкие бетоны подразделяют на марки: Д200; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200; 1300; 1400; 1500; 1600; 1700; 1800; 1900 и 2000.

9. Список использованной литературы

1. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы и изделия - М.: Изд-во АСВ, 2007.-520 с.

2. Комар А.Г., Баженов Ю.М., Сулименко Л.М. Технология производства строительных материалов: Учеб. для вузов по спец. «Экономика и орг. пром. строит. материалов». - М.: Высш.шк., 1984. - 408 с., ил.

3. Наназашвили И. Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: справочник.- М.: Высш. шк., 1990. - 495 с.: ил.

4. ГОСТ 25820-83