Рыхлые сыпучие материалы, используемые в качестве легких заполнителей для бетонов и теплоизоляционных засыпок

Для изготовления легких бетонов используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, шлакопортландцемент и в основном неорганические пористые заполнители, хотя для получения теплоизоляционных и некоторых конструкционно-теплоизоляционных бетонов применяют и органические заполнители: древесную дробленку, дробленку из стеблей хлопчатника, костры, подвспененные гранулы пенополистирола (отиропорбетон) и др.

Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их подразделяют на природные и исскуственные.

Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева пористых горных пород (пемзы, вулканического туфа, известняка-ракушечника и др.).

Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные металлургические шлаки и др.).

Керамзитовый гравий изготавливают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель. Его объемная насыпная масса колеблется от 250 до 800 кг/м³. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность.

Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (правда, в небольших количествах), а так же по методу кипящего слоя обжигом сырья во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением некондиционного продукта – зерен гравия размером более 40 мм и сваров.

Шлаковую пемзу изготавливают на металлургических заводах путем быстрого охлаждения расплава металлургических (обычно доменных) шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и фракционируют, получая пористый щебень.

Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 5–7 мм, иногда до 10 мм в результате быстрого охлаждения расплава металлургических шлаков.

Вспученный перлит изготавливают путем обжига вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов), которые содержат небольшое количество воды. При температуре 950–1200⁰С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме в 10–20 раз.

Вспученный перлит применяют для получения легких бетонов и теплоизоляционных изделий.

Вспученный вермикулит – пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Этот заполнитель используют для изготовления теплоизоляционных легких бетонов.

Топливные отходы (топливные шлаки и золы) образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. На основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий.

Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья с добавкой 8–10% топлива на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Производство аглопорита выгодно, когда для его изготовления применяют местные виды сырья: легкоплавкие глинистые и лёссовые породы, а также отходы промышленности – золы, топливные шлаки и углесодержащие шахтные породы. Аглопорит выпускают в виде пористого песка и щебня.

Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых сланцевых пород.

Наивыгоднейшее сочетание показателей объемной массы, теплопроводности, прочности и расхода цемента для легких бетонов получают при наибольшем «насыщении» бетона пористым заполнителем, что возможно лишь при компактном размещении зерен заполнителя в объеме бетона. Тогда в бетоне будет меньше цементного камня, являющегося самой тяжелой частью легкого бетона, и снизится его теплопроводность.

Наибольшее насыщение бетона пористым заполнителем возможно только при правильном подборе зернового состава смеси мелкого и крупного пористых заполнителей, а также при использовании ряда технологических факторов (интенсивного уплотнения, пластифицирующих добавок и др.).

Ячеистое стекло – блоки и плиты, получаемые из измельченного в порошок стекла (стеклянного боя, эрклеза) в смеси с газообразователем (известняком, антрацитом) и при обжиге 900–1000⁰С. Марки по средней плотности 200 и 300; теплопроводность при температуре 25⁰С – 0,09 – 0,10 Вт/(м•К), предел прочности при сжатии 0,5–3,0 МПа. Плиты имеют пористость до 80–140 мм. Их применяют в качестве теплоизоляции ограждающих конструкций зданий (вкладыши в стеновых панелях). Они поглощают не только теплоту, но и звуковые волны.

Ячеистые бетоны и силикаты применяют в качестве теплоизоляционных материалов и изделий при средней плотности ниже 400 кг/м³. По виду примененного порообразователя и вяжущего вещества их называют газобетонами, газосиликатами, пенобетонами, пеносиликатами. Эти бетоны могут быть со смешанным порообразователем и тогда их называют пеногазобетонами, пеногазосиликатами, керамзитобетонами и т.п. Из ячеистых бетонов обычно изготовляют плиты длиной до 1000 мм, шириной 400, 500, 600 мм, толщиной 80–240 мм. Их марки по средней плотности 350 и 400 кг/м³, а предел прочности при сжатии для изделий первой категории качества не менее 0,7–1 МПа и ≥ 0,8–1 МПа для изделий высшей категории качества; теплопроводность в сухом состоянии при температуре 25⁰С составляет 0,093–0,104 Вт/(м•К) и менее.

Плиты из ячеистых бетонов применяют для теплоизоляции стен и перекрытий, укрытия поверхностей заводского оборудования и трубопроводов (пластичные бетоны и растворы).

Асбестовые и асбестосодержащие теплоизоляционные материалы представлены асбестовой бумагой, картоном, шнурами разного диаметра и пр., плитами, скорлупами, сегментами и др., мастичными изоляциями с применением порошков.

Штучные асбестоцементные теплоизоляционные изделия изготовляют из смеси распушенного асбеста V и VI и сортов цемента не ниже марки 300 с помощью прессования и сушки. Допускается частично заменять асбест минеральной ватой, а цемент – известково-трепельным вяжущим веществом. Изделия в виде плит (1000х500х30 мм), скорлуп (длиной 500 мм при толщине 30–40 мм) и сегментов (длинной 500 мм при толщине 50–80 мм) вырабатывают по средней марок 400 и 450, прочностью при изгибе соответственно 0,2 и 0,25 МПа и теплопроводностью 0,08–0,09 Вт/(м•К). Используют для тепловой изоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре до 450⁰С.

Из древесных заполнителей более перспективными являются отходы деревообработки. Древесные заполнители получают главным образом из отходов хвойных пород (ели, пихты, сосны и др.) и реже из отходов лиственных пород (осины, березы, бука и др.). Их подвергают предварительной подготовке с целью освобождения от загрязняющих примесей и получения частиц нужной формы (дробленка, стружки или древесная шерсть) и размеров. Кусковые отходы древесины перерабатывают в два этапа. Первичную переработку производят с помощью рубильных машин, в результате чего получают технологическую щепу в виде ромбовидных кусков с размерами по длине волокон древесины 10–40 мм. Щепа не пригодна для изготовления ИСК, так как является слишком крупной, и изделия с ней имеют большую пористость и низкую прочность. При вторичной переработке на молотковых мельницах (дробилках) и стружечных станках технологическую щепу превращают в дробленку и стружку. Кроме специально приготовленной стружки применяют также стружку и опилки от столярного и мебельного производства.

Для древесностружечных плит, плит фибролита, теплоизоляционного материала используют стружку лиственных и хвойных пород. При изготовлении изделий с применением цемента стружки минерализуют раствором соли. Опилки в зависимости от характера распиловки разделяют на два основных вида – опилки от поперечной и продольной распиловки. При поперечной распиловки получаются более мелкие частицы с волокнистым строением. При продольной распиловке получают опилки кубовидной формы разных размеров – от крупных частиц (7 мм) до пылевидных.

Средняя плотность древесины колеблется в широких пределах – от 380 до 1100 кг/м³. Пористость зависит от различных факторов – от крупности частиц, степени уплотнения и др.

Древесные заполнители обладают значительным водопоглощением. Вода поглощается оболочками клеток древесины и капиллярами, т.е. полостями клеток, межклеточными пустотами, а также сосудами.

Древесный заполнитель обладает также гигроскопичностью, причем при поглощении влаги древесина набухает, что сопровождается давлением разбухания. Набухание происходит при поглощении влаги оболочками клеток, которые при этом увеличиваются в объеме, тогда как поглощение влаги капиллярами древесины набухания не вызывает.

При высыхании древесного наполнителя происходит уменьшение его объема (усушка). Это связано с испарением влаги из клеточных оболочек; при удалении ее из капилляров усушки не происходит.

Частицы древесного заполнителя обладают упругостью, которая отрицательно влияет на эффект прессования изделий, поэтому заполнитель длительно увлажняют горячей водой. В результате частицы древесины размягчаются, становятся менее упругими и легче сжимаются при прессовании.