Комплексные вяжущие вещества

К комплексным вяжущим веществам относятся смешанные порошкообразные вяжущие (рассмотрены выше), компаундирован­ные и комбинированные. Они создаются с целью улучшения ка­честв сложного вещества по сравнению с исходными, более надеж­ного и долговечного, более низкой стоимости.

Компаундированные вяжущие вещества (компаунды) получают сплавлением или смешением органических вяжущих веществ раз­личных видов и марок. К ним относят битумно-полимерные.битум-но-дегтевые и битумно-пековые, каучуковые путем объединения синтетических каучуков, битумные путем сплавления битумов раз­ных марок, полимерные путем сплавления двух или нескольких полимеров. В лабораторных условиях устанавливают наилучшие количественные соотношения компонентов компаундов, позволяю­щие получать на необходимом уровне их теплостойкость, адгезию к минеральным материалам, биостойкость, деформативность и т. п.

В битумно-полимерных композициях изменяют количество полимеров в широких пределах, например от 1 до 40% и более> В качестве пластификаторов битума используют полипропилен,. полиизобитулен, низкомолекулярный полистирол, полидиен " и др. Среди многочисленных веществ, добавляемых к битумам, эффек­тивными являются натуральные и синтетические каучуки, так как значительно увеличивают деформативность, поскольку сами обла­дают очень высокой деформативностью, например, до 1000%. С некоторым эффектом используется для тех же целей регенериро­ванная резина, например от автопокрышек, предварительно осво­божденных от примесей, в частности, текстильной ткани. Кроме повышения деформативности при низких и отрицательных темпе­ратурах возрастают химическая стойкость битумно-резиновых ком­паундов, их температуростойкость, механическая прочность, адге­зионная способность. Невулканизованный каучук оказывает более сильное влияние на свойства битума, чем вулканизованная резина.

В строительной практике находят применение битумно-полимер-ные вяжущие сложного состава, например из трех, четырех или большего количества органических компонентов. Так, в мастике «изол» содержится 8... 15% старой регенерированной резины, 62...75% битума третьей марки, 2...3% кумароновой смолы, I... 5% полиизобутилена и 3...6% канифоли. В вяжущее этого сложного состава в дальнейшем добавляют еще минеральный по­рошок или 5... 15% распущенного асбеста. В других сложных составах нередко можно встретить пластификаторы типа фурано-вых, полиэфирных, эпоксидных и других смол, что увеличивает растяжимость битумов. Среди дополнительно вводимых компонен­тов встречаются также растворители (например, ксилол, толуол и др.), поверхностно-активные добавки и др.

На физико-механические свойства вяжущих веществ кроме вида и качества добавляемых веществ в битумио-полимерные компаун-

ды и их количества оказывает влияние технология объединения и режимы (частота вращения смесительных агрегатов, температуры объединения исходных веществ, конструктивные особенности уста­новки смешения и др.). Во всех случаях всегда важно получать Однородный по структуре компаундированный продукт, обладаю­щий однообразием своих свойств. Большую пользу приносит меха­ническая обработка на вальцах, подогретых до необходимой температуры. Более распространенным способом служит переме­шивание в мешалках с зетообразными лопастями. Если в составе предусмотрен растворитель, то после выхода вяжущего вещества из мешалки оно пригодно для применения в холодном состоянии. Чаще, однако, используются способы получения горячих компаун­дов и мастик на их основе, так как в отсутствие растворителей они более безвредны для здоровья.

Под влиянием высокой температуры, например в пределах 150... 180°С или выше, битумно-полимерная композиция становится однородной после тщательного перемешивания компонентов и вследствие интенсивного разрушения первоначальных структур.

При введении полимера в горячий битум происходит нагрева-: иие полимера с выравниванием температуры возникающего компа­унда. При этом подвижные молекулы углеводородов битума и его; распавшихся мицелл способны заполнять те свободные простран­ства, которые на мгновение возникают под влиянием непрерывного изменения геометрической формы макромолекул линейного поли­мера. По мере поглощения битума как своеобразного пластифика­тора происходит набухание полимера и потеря его прочности, сни-¹ жаются температуры перехода полимера из упругоэластического ' в пластическое состояние. Теряя молекулярные силы связи, набу-- хающий полимер в битуме способен постепенно распадаться на; отдельные макромолекулы, которые переходят в битум. Проявляет­ся двусторонняя диффузия: мицеллы битума проникают в межми- I целлярное пространство полимера, а отдельные цепи молекул i и мицеллы полимера проникают в битум. Двусторонняя диффузия \ завершается образованием битумополимерного вещества, что уско­ряется при принудительном перемешивании.

С повышением частоты сетки в полимере пластичность их убы­вает, а в густосетчатых она практически отсутствует. И тогда поли­меры лишены способности набухать и диффундировать в битуме, поэтому используют полимеры со сравнительно пониженной молекулярной массой. Синтез термореактивных смол приостанав­ливают на стадии, когда смесь сохраняет вязкотекучее состояние. К таким полимерам, нашедшим применение в битумополимерных веществах, относятся фенолформальдегид, мочевиноформальдегид; {карбамидные смолы), полиметакрилаты (ненасыщенные терморе­активные полиэфиры) и эпоксидные смолы. В них, кроме физиче­ского процесса диффузии с образованием однородной битумополи-: мерной системы, не исключена возможность реакционного взаимо­действия за счет наличия функциональных групп — свободные

эпоксидные группы, фенольные гидроксильные группы, подвижный водород ароматического и фуранового цикла, перекисные, карбо­нильные и другие группы. Возможны новые связи между компонен­тами, изменение структуры битумополимерного вещества. Инфра­красная спектроскопия позволила установить появление новых структурных микроэлементов (фазы). Электронно-микроскопиче­ские исследования показали возрастание дисперсности асфальте-нов в битумах, к которым были добавлены фурд*ювые полимеры. В результате структурных изменений вяжущее вещество приобре­тает новые, обычно улучшенные показатели свойств по сравнению с исходным битумом.

- Определенную пользу приносит совмещение битума с дегтем или пеком: повышается биостойкость битума, что очень важно в кровельных материалах с применением битума, снижается чувст­вительность к температурным колебаниям. Разновидностью биту-модегтевых вяжущих является гудрокам — продукт совместного окисления мягких битумов с антраценовым или тяжелым каменно­угольным маслом.

Возрастащее применение получают полимербитумные вещест­ва, в который основной компонент —полимер —пластифицируют меньшим количеством битума или дегтя. Так, например, получены и нашли применение в дорожных бетонах вяжущие, в которых эпоксидная смола, полиэфирная смола или фурановая смола пла­стифицированы жидкими сланцевыми дегтями (битумами) с полу­чением соответственно эпоксидно-битумных и других вяжущих. В этих вяжущих реачционноспособные группы дегтя (битума) совмещаются с полимерными смолами, образуя устойчивый трех­мерный полимер. Количественные соотношения между полимером и битумом или дегтем устанавливаются в лаборатории. Так, на­пример, полиэфирные смолы совмещаются с нефтяным гудроном в соотношении 7: 3 (по массе) с последующим отвердением в при­сутствии ускорителя.

В результате отверждения битумополимерных или полимерби-тумных веществ при снижении температуры образуются не одно­родные, а гетерогенные структуры (т. е. с поверхностями раздела фаз). Они сложены из агрегатов полимера с продиффундировав-шей в них битумной средой, ассоциатов битума с продиффундиро-вавшим в них полимером, а также из новых химических соедине­ний, образовавших в вяжущем веществе новую фазу. Компаунди­рованное вещество обладает свойствами, отличающимися от исходных материалов. Они находят применение в строительстве, повышают качество конгломератов и снижают стоимость изделий.

Цементно-полимерные и полимерцементные вяжущие вещества. Эти вещества являются смесями неорганических вяжущих с поли­мерами. В качестве неорганических вяжущих принимают портланд­цемент, глиноземистый цемент, строительный гипс, магнезиальные вяжущие вещества и др. Полимеры применяют природные, но ча­ще— синтетические высокомолекулярные вещества. Среди них —

каучуки дивинильные и дивинилстирольные, поливинилацетат, по-.ушвинилхлорид, полиакрилаты и полиметакрилаты, полистирол, ■ фенолоформальдегиды, карбамиды, полиэфиры, кре'мнийорганиче-■ аские и др., а также совмещенные полимеры. Из природных — на­туральный каучук (латекс), битумы, углеводы (декстрин, альгино-£ ая кислота), протеин (казеин) и др.

■ Выбор отвердителей, катализаторов и наполнителей обусловлен Видом и характером применяемого полимера.

Полимерные вещества вводят в смесительный аппарат в виде водных дисперсий (латекса, эмульсии), водорастворимых полиме­ров и мономеров. При контакте их с порошкообразным вяжущим веществом происходит взаимодействие. Не имеется пока достаточ­ных оснований утверждать о химическом взаимодействии полиме­ров, в процессе отвердевания цементно-полимерных смесей, хотя и отмечались в исследованиях следы новых соединений, не встречав­шихся без полимеров. Контакт носит более выраженный физико-химический характер через образование пленочных структур, фор­мирование агрегатов из глобул полимера, заполняющих поры, ка­пилляры и другие полости кристаллических сростков цементного камня. Полимер покрывает тонкими пленками отдельные кристал­лы клинкера и новообразований. Микроструктура приобретает характер шарнирного сочленения контактируемых частиц. В слу­чае применения водорастворимого мономера или олигомера однО-• временно протекает процесс дальнейшей полимеризации или ¹ поликонденсации с переходом полимера в водоиерастворимое со­стояние с трехмерной сетчатой структурой. Если количество вво-: димых полимеров ограничивается 1... 3% по массе или меньше в пересчете на сухое вещество, то получаемое комбинированное вя­жущее вещество называют цементно-полимерным.

Значительное количество вводимых мономеров или полимеров, например до 10% по массе и более, приводит к заметному увели­чению прочности получаемого полимерцементного вяжущего веще­ства при испытаниях его на растяжение, изгиб и ударную нагрузку, а также к повышению его химической стойкости_: адгезионной способности. Но отмечено, что присутствие полимеров и мономеров в комбинированном вяжущем веществе замедляет твердение по­следнего, может сопровождаться ростом усадочных явлений.

Более часто мономеры (например, метилметакрилат, стирол) и полимеры (например, эпоксидные смолы, полиэфиры) вводят в | затвердевший плотный или пористый бетон путем их пропитки — I свободной или под вакуумом (см. § 10.4).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

( I. Какие классы материалов представлены в группе комплексных вяжущих

Е веществ? 2. Приведите примеры смешанных порошкообразных вяжущих ве-

* шеств. 3. В чем заключается отличие компаундированных вяжущих веществ от

\. других веществ? Примеры. 4. Комбинированные вяжущие вещества: цементно-

!. полимерные и полимерцементные. Их отличительные особенности.

Глава 9

Заполнители, наполнители и добавки 9.1. Общие сведения

Кроме вяжущил веществ, являющихся главном структурофор-мирующими компонентами искусственных строительных материа­лов (конгломератов), важными являются также наполнители и заполнители. Первые в основном участвуют в образовании микро­структуры вяжущей части, вторые при непосредственном цементи­рующем участии вяжущей части образуют макроструктуру конгло­мерата.

Заполнители и наполнители классифицируют по различным признакам: составу (неорганические и органические); происхож­дению (природные, искусственные и побочные продукты (отходы) производства); внешнему виду и форме частиц (порошкообразные» крупнозернистые, волокнистые, стержневые и листоватые) и т. д.; взаимодействию с вяжущим веществом (активные и неактивные).

Заполнители и наполнители получают либо непосредственно из месторождений пород с их последующей механической обработкой, либо же с помощью химической переработки сырья. В производст­венных условиях они изготовляются в результате выполнения определенных технологических операций, входящих в комплекс подготовительных работ: измельчения и помола, фракционирова­ния, промывки, обезвоживания, сушки и нагревания, обогащения и химической или физико-химической обработки.

Дробление грубозернистых заполнителей (руды, гравия, щеб­ня, древесины и пр.) производят с целью получения зерен и частиц необходимых формы и размеров, повышенной однородности и плот­ности. Помол мелкозернистых материалов применяют для повы­шения химической и физико-химической активности частиц, увели­чения удельной и суммарной поверхности минерального порошка и некоторых других порошкообразных продуктов.

В табл. 9.1 приведены виды и степень измельчения материала.

Материалы измельчают в дробилках крупного дробления, в мельницах тонкого и сверхтонкого измельчения и в других ма­шинах.

Для повышения насыпной плотности (уменьшения пустотности) заполнителей с целью улучшения свойств конгломерата их разде­ляют на отдельные фракции (фракционируют) с разной крупно­стью зерен, а из полученных фракций составляют нужные смеси заполнителей. Фракционирование часто совмещают с измель­чением.

Порошкообразные наполнители фракционируют сепарацией, причем получаемые при этом крупные частицы измельчаются по­вторно. Одним из важных свойств порошкообразного наполнителя является его плотность, зависящая от зернового состава. Степень дисперсности порошкообразного наполнителя должна ограничи-

Гнаться. При очень высокой дисперсности частицы спонтанно (само­произвольно) агрегируются (слипаются) с уменьшением удельной Поверхности агрегатов, комкованием и повышением неоднородно­сти. Необходимую степень дисперсности порошкообразного напол­нителя определяют экспериментально, учитывая, что при длитель­ном хранении высокодисперсного наполнителя происходит потеря ^iro активности вследствие адсорбции и хемосорбции веществ из жружающей среды.

' а б л и ц а 9.1. Степень измельчения материала при дроблении

i

Важная роль отводится промывке водой зернистых заполните­лей (песка, гравия, щебня) для освобождения от загрязняющих глинистых, илистых, пылевидных и других примесей. Эти примеси ухудшают качество ИСК—уменьшают их однородность и проч­ность, препятствуют сцеплению заполнителя с вяжущим веществом. Промывка заполнителей водой часто совмещается с их фракциони­рованием.

После промывки заполнитель обезвоживают механическим способом (отстаиванием, фильтрацией, отжимом, грохочением,. центрифугированием, гидроклассификацией) или искусственной сушкой в карьерах и на заводах с помощью различных источников теплоты (газом, инфракрасными лучами, электрическим током высокой частоты и др.). Введение гидрофобных (водоотталкиваю­щих) поверхностно-активных веществ при промывке способствует соскальзыванию с поверхности частиц водяных капель. В некото­рых случаях, например при приготовлении бетонной смеси, запол­нители промывают частью воды затворения и тогда загрязняющие примеси, входящие в водную суспензию, выполняют функции высо­кодисперсных наполнителей.

Очищение заполнителей возможно также и сухими способами — с помощью плоских вибрационных или барабанных грохотов, а также пульсирующих обеспыливателей.

В зимнее время заполнители не только сушат, но нередко еще-нагревают до определенной температуры. Обычно это осуществ­ляется в одном аппарате — сушильном барабане, на колосниковой

Ы

решетке и др. Нагревают заполнители для придания им необходи­мого качества, например лучшей смешиваемости с вяжущим веще­ством. С целью придания заполнителям большей однородности по зерновому составу или объемной массе их иногда обогащают, в частности, путем отделения слабых и неморозостОЙких включений.

В процессе подготовки некоторые заполнители подвергают химической и физико-химической обработке с целью повышения их активности при взаимодействии с другими компонентами ИСК, •создания более благоприятных условий их производства, повыше­ния плотности и прочности конгломерата и др.. При такой обра­ботке к заполнителям добавляются специальные вещества. Так, при производстве арболита и фибролита в органические заполни­тели (древесную стружку, древесную дробленку, льняную и коноп­ляную костру и т. п.) вводят добавки минерализаторов для повы­шения химической стойкости смешиваемых с заполнителями мине­ральных вяжущих веществ. При производстве асфальтобетона и дегтебетона в минеральные наполнители вводят гидрофобизирую-щие добавки с целью повышения адгезии органического вяжущего вещества к минеральным заполнителям.

Химическую и физико-химическую обработку заполнителей иногда совмещают с механической обработкой, например помолом. При этом с поверхности зерен заполнителя удаляются недостаточ­но активные адсорбированные слои, благодаря чему поверхность обновляется, становится более активной при взаимодействии с вяжущими веществами.

При транспортировании принимают меры против загрязнения промытых и непромытых заполнителей, увлажнения высушенных и охлаждения нагретых заполнителей, поэтому транспортирование оказывает как бы некоторое косвенное влияние на структурообра-зование ИСК.

Важное.значение для бесперебойного устойчивого производства имеет хранение заполнителей и наполнителей в бункерах и других хранилищах. От правильного хранения зависят однородность этих материалов, а следовательно, структура и качество ИСК. При хра­нении заполнителей и особенно мелкофракционных наполнителей^ например, в бункерах иногда образуются своды и зависания, вследствие чего самопроизвольно прекращается их истечение из отверстия. Это ухудшает условия дозировки заполнителей, вызы­вает простои оборудования, понижает производительность труда, отражается на структуре и качестве ИСК. Образование сводов и зависаний является сложным процессом, зависящим от многих факторов. Для их предотвращения применяют обрушающие уст­ройства, которые устанавливают в бункерах или снаружи.

Заполнители и наполнители дозируют по'массе или по объему, причем эти операции на Многих заводах автоматизированы. Важ­ное значение имеют точность и своевременность дозирования.

Важной операцией, влияющей на качество ИСК, является предварительное сухое перемешивание заполнителей, а при необ-

одимости — и наполнителей. При перемешивании разрушаются ачальные связи между частицами, вследствие чего повышается х подвижность, что способствует, в свою очередь, заполнению* ежзерновых пустот более мелкими фракциями и в итоге — равно-ерному распределению частиц. Перемешивание сухих (нагретых или холодных) заполнителей наполнителей сопровождается переходом теплоты от более нагре-> 1Х к менее равномерным распределением частиц по объему. 2. Заполнители неорганические Наибольший объем в ИСК занимает заполняющий компонент ополнитель). В бетонах и растворах, например, его содержание ожет быть до 95% по объему. Поэтому выбору качества и разно-1Дности заполнителей всегда уделяется большое внимание. При-еняют заполнители неорганические и органические; преимущест-; нное применение имеют неорганические, особенно при производ­ив бетона, железобетона и асфальтобетона. Заполнители неорганические, или минеральные, получают путем азработки месторождений рыхлых горных пород в виде песка или 1авия, природного щебня. Широко используют дробленые горные-)роды — щебень, высевки, песок. Кроме природных в качестве толнителей применяются также искусственные, получаемые ггем обжига глинистого сырья, других видов минерального сырья,. юблением металлургических шлаков. Заполнители разделяются на мелкие и крупные. Отнесение к этим разновидностям по крупности зависит от размера наиболее крупного зерна. У мелкого заполнителя зерна не больше 5 мм,. причем при просеивании остаток на сите с отверстиями в 5 мм должен быть не более 5% по массе. Типичным представителем |мелкого заполнителя является песок. У крупного заполнителя все зерна крупнее 5 мм. Размер зерен наиболее крупных в заполнителе также ограничивается; в зависимости от разновидности ИСК — в пределах 70... 80 мм. Крупный заполнитель именуется как щебень ^[при угловатых зернах или как гравий —при округлых зернах.

Заполнители характеризуют зерновым (гранулометрическим) составом. С целью определения зернового состава производят рас­сев пробы заполнителя через набор стандартом установленных сит. Наименьшее отверстие в сите 0, 14 мм, наибольшее — 70 мм. При лабораторном рассеве пробы заполнителя на ситах между дву­мя соседними ситами, например 10 и 20 мм или 1, 25 и 2, 5 мм, за­держатся зерна различной крупности в указанных пределах, что-составляет соответственно фракцию 10... 20 мм или фракцию 1, 25 мм. Нередко зерновой состав называют фракционным.

Фракционный состав заполнителя является непрерывным, если содержатся все фракции, на которые рассеивается заполнитель с помощью сит. Фракционный состав — прерывистый, если в заполни­теле отсутствует одна или две фракции.

255

Плотную смесь заполнителя получают путем смешивания раз­личных отдельно взятых фракций заполнителя, количество которых рассчитывают по соответствующим формулам или подбирают по графикам.

Зерновые составы плотных смесей приводятся # ГОСТе с указа­нием колебаний в содержании фракций, допустимых без снижения качества готовых материалов. При окончательном выбор* зерново­го состава учитывают не только насыпную плотность смеси или ее пустотность, но и удельную поверхность. Желательно уменьшение удельной поверхности в плотной смеси, с тем чтобы сэкономить на расходе вяжущего вещества.

Кроме фракционного состава, насыпной плотности и пустотно-сти заполнителей при оценке качества определяются показатели прочности, морозостойкости (в отношении щебня), степень загряз­ненности посторонними примесями, форма частиц. Учитывается также состояние поверхности зерен заполнителя, так как чем более гладкая поверхность у зерен заполнителя, тем ниже, как правило, сцепление зерен с вяжущим веществом. При необходимости оцени­ваются химическая стойкость, водостойкость и др.

Особо важной характеристикой заполнителя, особенно крупно­го, является величина насыпной плотности. Тяжелые заполнители показывают в**россыпи насыпную плотность свыше 1000 кг/м³, а используемые для специальных целей —свыше 2000 кг/м³. Легкие заполнители облегчают конструкции и поэтому широко применяют­ся в жилищном строительстве; их насыпная плотность составляет около 500 кг/м^.

Поскольку, как отмечалось выше, заполнители в ИСК занима­ют большую часть объема и поэтому их расход очень большой, то важное значение имеет стоимость заполнителей. В этом смысле всегда остаются предпочтительными заполнители из местных срав­нительно дешевых материалов, в том числе из побочных продуктов местной промышленности. Однако требуется повышенное внимание к оценке их качества.

В теории ИСК предусмотрен комплексный показатель качества заполнителя, определяемый непосредственно в конгломерате по интенсивности изменения его свойств, например прочности, опре­деляемой по формуле (5.2). В последней этот показатель выражен величиной п. Его числовое значение зависит от плотности зерновой смеси, формы и размера частиц, состояния поверхности зерен, их прочности, способности к адгезии с вяжущим веществом и других качественных характеристик заполнителя. Числовые значения комплексного структурного показателя п стремятся уменьшить путем промывки заполнителя, фракционирования, обогащения, об­работкой ПАВ или другими технологическими приемами. Из фор­мулы (5.2) очевидно, что чем меньше числовое значение п, тем выше положительная роль заполнителя в ИСК как структурного элемента.

|. Мелкие заполнители. К мелким заполнителям относится при­ходный или искусственный песок. Как правило, наилучшими пес-рами в ИСК являются кварцевые. Однако при производстве без-0жиговых материалов (бетонов, асфальтобетонов и т. п.) их за-иеняют и другими природными песками (см. § 7.3). Во всех песках граничивается содержание вредных примесей, к которым отно-нтся глинистые и пылеватые фракции, сернистые и сернокислые оединения (пирит, гипс и др.), а также слюды, органические при-1еси (остатки неразложившихся растений, гумус, ил и пр.). Для азных конгломератных материалов устанавливаются конкретные ределы допустимого содержания вредных примесей, которые учи­тываются в качестве обязательных условий при применении мест­ных песков и приводятся специальные методики определения раз­личных вредных примесей.

f Среди природных песков встречаются горные (овражные), реч-|»ые, морские, барханные, дюнные и другие разновидности. Каждая з них имеет положительные и отрицательные показатели, прояв-(яющиеся при использовании их в качестве мелких заполнителей: юрные пески содержат повышенное количество глинистых и орга-бических примесей; морские кроме кварцевых зерен могут иметь бломки раковин, снижающие прочность некоторых конгломератов цементных бетонов и др.); речные и морские имеют излишне отпо-ированную поверхность зерен, не обеспечивающую достаточного адепления их с вяжущим веществом; дюнные и барханные пески ложены весьма мелкими частицами, не отвечающими требованиям тандарта. При тщательной проверке качества песков выбирается [аилучшая разновидность, рекомендуемая к применению в данном ИСК с учетом ее стоимости и требуемого расхода вяжущего ве­щества.

)■ Особое внимание уделяется зерновому составу песка. Важно, (ггобы содержание фракций в пределах 0, 14... 5, 0 мм было таким, (При котором обеспечиваются минимальные значения пустотностн И удельной поверхности.

! В зависимости от зернового состава песок разделяют на круп­ный, средний, мелкий и очень мелкий. Крупность оценивается по величине модуля крупности:

I М __ М, Ь + ^1.25 + Ло, 63 + А).315 + Ло, 14

[ ^к 100

I Модуль выражает частное от деления на 100 суммы полных Остатков (в %) песка на ситах, начиная с сита с размером отвер­стий 2, 5 мм и кончая ситом с отверстиями 0, 14 мм. Полным остат­ком песка Ai на каждом сите называется сумма частных остатков Ui на данном сите (в %). Частный остаток а, песка на каждом Ьите — это отношение массы т\ остатка на данном сите к массе т Просеиваемой навески (в %); ai=-m\jm.

| После предварительного отсева от природного песка зерен рЕрупнее 5 мм модуль крупности песка М_к и полный остаток на

Ь—1273 257

сите с сеткой 0, 63 мм должны соответствовать величинам, указан­
ным в табл. 9.2. „_Лт.,, _а
Для повышения однородности зернового состава пески иногда
фракционируют, чаще всего на две фракции-крупную и мелкую
Крупная-с размером зерен 1, 25... 5, 0 мм, мелкая - от 0, 63 до

Таблица 9.2. Классификация пескош по крупное! *_______________

Полный остаток

на сите № 063

по массе, %

Крупный Средний Мелкий Очень мелкий

0, Н мм. В необходимых случаях зерновой состав подбирают та­ким образом, чтобы он соответствовал кривым просеивания плот­ных песчаных смесей (рис. 9.1). В правильно назначенном зерно­вом составе пустотность песка не превышает 38%. Всегда учиты­вается содержание воды, так как фактическая масса фракций в

!

SI

Se 5

0 0, 315 1, 25 2, 50

0, 14 0, 65

Размеры отВерстий контрольных сит, мм

Рис. 9.1. График зернового состава песка

сухом песке уменьшится, а при дозировании или приемке по объему учитывают что самый большой объем песок занимает при 5... 7, ₀ влажности'(по массе). Косвенной характеристикой пустотности служит его насыпная плотность, которая у сухого кварцевого песка в рыхлом состоянии колеблется в пределах 1500... 1550 кг/мi, а в уплотненном встряхиванием состоянии —в пределах ШШ...

1700 кг/м³. _Л

Дробленый, или искусственный, песок получают путем дробле­ния свежих невыветрелых магматических, метаморфических или плотных карбонатных осадочных пород, предел прочности которых

ц»ыше 50 МПа. При дроблении стремятся получить угловатую и кубовидную форму зерен, что в большой степени, зависит от вы­данного механического оборудования. Кроме горных пород для |*лучения дробленых песков могут оказаться пригодными некото-|#е разновидности шлаков, кирпичного боя, шамотного легковеса К> я) и других побочных продуктов производства. Однако при ^пользовании последних важно предотвратить попадание в полу-1емые пески всех тех вредных примесей, которые указаны выше отношении природных песков. Весьма ценятся облегченные искус-'венные пески, получаемые измельчением природных и особенно ккусственных легких заполнителей. Стоимость дробленого песка шше природного и поэтому его обычно применяют для улучшения дзиродных мелкозернистых песков при ответственных строитель­ных работах. Облегченные пески предназначены для керамзитобе-юна, вакулитобетона и других легких и особо легких конгломе-ртов.

Крупные заполнители. В искусственных строительных конгломе-ггах различного назначения в качестве крупного неорганическо-i заполнителя применяют гравий и щебень. Тот и другой могут *ть природными, добываемыми в соответствующих месторожде-*ях, однако обычно под щебнем понимается не природный, а по­ручаемый специальным дроблением материал. | Природный гравий представляет собой рыхлую смесь окатан-■ Ых обломков размером от 5 до 70 мм. Горный гравий по сравне-шю с речным, морским и ледниковым обладает более угловатыми [шероховатой поверхностью обломками и большим количеством (ылевато-глинистых примесей. Обломки гравия, обработанные во­юй, имеют гладкую поверхность, что ухудшает ее сцепление с вя­жущим веществом. Лучшей разновидностью гравия считается [едниковый, который менее окатан и имеет более равномерный (ерновой состав. Все разновидности гравия (а также природного ^ебня и дресвы) характеризуются неоднородным петрографиче-ким и минеральным составом, так как в их образовании участву­ет разнообразные горные породы и минералы. Поэтому оценка х прочности производится на образцах средних проб с отбором из их зерен слабых и неморозостойких пород и определением их со-ержания в процентах по массе. Прочность щебня характеризуется аркой и определяется по его дробимости при сжатии (раздавли-ании) в металлическом цилиндре. Значительное содержание в > авии выветрелых обломков осадочных и других пород (иногда до)... 60%) ухудшает их механические свойства; присутствие же бломков магматических пород (гранитных валунов) и песчаников овышает его качество. При разработке гравийных отложений про-эводится разделение их по зерновому составу, поскольку другие иды обогащения затруднительны. Встречающиеся в них отдельные рупные глыбы и галька подвергаются дроблению, что хотя и удо-эжает стоимость, но при этом повышает качество гравийного; атериала. Аналогичным путем поступают и при разработке отло-

жений природного щебня, сложенного преимущественно остро­угольным обломками размером до 100... 150 мм. При содержании в гравии природного песка от 25 до 40% материал называют пес-чано-гравийной смесью. Применение гравия и песчано-гравийной смеси в производстве строительных материалов производится после предварительных лабораторных проверок прочности, морозостой­кости и других показателей качества в зависимости от конструк­тивных особенностей сооружения.

Рис. 9.2. Щековая дробилка для изготовления щебня: 0 — маховнк; Я — подвижная щека; G — неподвижная щека; А — станина

Щебень — материал, получаемый дроблением горных пород, валунов, гальки или искусственных камней. Для этого применяют различные по конструкции и мощности камнедробильные машины, от которых зависит качество получаемой продукции (рис. 9.2). Лучшей формой щебенок считается кубовидная или тетраэдриче-ская, размером в пределах 5... 70 мм. Содержание щебенок лещад-ной и игловатой форм не должно превышать 10... 15% по массе. Одновременно со щебнем в камнедробильных машинах получают более мелкие песчаные (высевки) и пылеватые фракции, которые отделяются от него в процессе грохочения.

На качество щебня установлены требования в соответствующих ГОСТах и ТУ в зависимости от его назначения (для бетона, ас­фальтобетона, легкого бетона и др.). Эти требования в основном сходны, но имеют уточнения в деталях. Основные сходные требо­вания имеются по дробимости щебня в металлических цилиндрах при сжатии, морозостойкости, истираемости и сопротивлению уда­ру, зерновому составу, прочности исходной породы (обычно в водо-насыщенном состоянии).

#. Для производства щебня из горных пород отдают предпочтение ^гматическим, особенно гранитам, габбро, диабазам, базальтам, из осадочных —известнякам, доломитам, из побочных продук­та производства — шлакам доменного процесса, отходам керами-^; ~кого производства.

Широкое использование имеют легкие крупные заполнители. ■ иродные заполнители получают дроблением пористых 1вестняков, известняков-ракушечников, вулканических и известко-IX туфов и некоторых других пористых пород. Искусственные — тем термической обработки в основном алюмосиликатного сырья ■ получением керамзитового, аглопоритового гравия или щебня, а |кже шунгизита, вакулита, вспученного перлита, термозита (шла-!»вой пемзы) и других пористых материалов с насыпной плотно-«-ю от 200 до 1400 кг/м³. Керамзитовый гравий и песок получают •ем вспучивания в процессе ускоренного обжига гранул из лег-[лавкой глины. Аглопоритовый щебень и песок — путем спекания ^инистой породы и отходов от добычи, переработки и сжигания |менных углей на специальных агломерационных металлических «шетках с последующим дроблением продуктов обжига. Вакули-Ч)вый полый гравий получают путем накатывания слоя малопла-" Ичных высокодисперсных пород типа суглинков, супесей, зол ^С, сланцевых и других на «ядро» из легкосгораемого органиче-> го материала (опилок, торфа, лигнина и др.) и последующего жига получаемых при этом сырцевых гранул. Сильно поризован-йе.особо легкие щебень и песок получают при нагревании (обжи-!) вермикулита, вулканического стекла обсидиана, кремнеземн­ой горной породы перлита и др. Получил расширенное примене-Те шунгизит, сырьем для производства которого являются лучивающиеся шунгитовые сланцы, содержащие до 3 % тунги-, —углерода особой формы.

^!), Если требуется повышенная прочность, то искусственный запол-Ьель получают утяжеленный. Для этого из маловспучивающегося [инистого сырья изготовляют керамдор, из регенерированной; < Вкломассы — дорсил и др., качество которых обусловливается {ециальными требованиями заказчиков-строителей. ^Заполнители сильно различаются между собой по прочности. редел прочности при сжатии образцов, изготовленных из разных 1Полнителей, изменяется у тяжелых горных пород от 10 до Й МПа, у легких — от 0, 4 до 25 МПа. Принято, чтобы прочность ■ ролнителя превосходила прочность конгломерата на 20... 50%, но несообразнее каждый раз обосновывать минимально допустимую 'чность заполнителя по характеристике вяжущего вещества оп-^г> *альной структуры.

а Для тяжелого бетона марки 300 и выше прочность исходной Ёрной породы в насыщенном водой состоянии должна быть в ^аза больше этой марки.

j- В настоящее время прочность крупного заполнителя определя­ет методом раздавливания его пробы в металлическом цилиндре

с вычислением показателя дробнмости по формуле D_p=— ------ х

ХЮО, где т, — проба щебня (гравия), кг; т₂ — масса остатка на контрольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре пробы щебня (гравия) кг По дробнмости различают щебень (гра­вий) следующих марок: 1400, 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 и 200. В пределах этих марок по дробнмости при сжатии в цилиндре установлены допустимые содержания зерен слабых пород, т. е. с прочностью при сжатии в водонасыщенном состоянии образцов менее 20 МПа.

Таблица 9.3. Пределы зернового состава крупного заполнителя

По морозостойкости щебень делится на шесть марок: Мрз 15, 25, 100, 150, 200 и 300. Числа марок соответствуют количеству циклов попеременного замораживания и оттаивания образцов, при котором потеря массы крупного заполнителя не превышает 5% (для Мрз 15 и 25 допускается потеря массы до 10%). Следует от­метить, что эти требования к качеству щебня относятся в основном при его применении в бетонах. Для других видов ИСК технические требования несколько отличаются. Особое значение придается обо­снованию наибольшей крупности зерен и зерновому составу: пер­вое— исходя из размера конструктивного элемента, второе —по предельным значениям, Которые даны в табл. 9.3.

Из таблицы следует, что зерновой состав крупного заполнителя зависит от D_max — наибольшей крупности зерен щебня или гравия и от D_min — наименьшего размера зерен щебня или гравия. При на­значении Dma*. исходят не только из фактического состава материа­ла (размера отверстия сита, на котором полный остаток не превы­шает 10% навески), но и из характера конструкции или изделия, для которого изготовляется конгломерат с применением крупного заполнителя. Так, например, в случае железобетона наибольшая крупность зерен не должна превышать ³Д наименьшего расстояния между стержнями арматуры и не более 7₂ толщины плиты. Анало­гичными соображениями руководствуются и в других конструкци­ях. В общем случае размер заполнителей не должен превышать 0, 25... 0, 35 минимального размера конструкции и не больше 0, 65... 0, 75 минимального расстояния между стержнями арматуры.

Ь

№ По крупности плотный гравий и щебень разделяют на фракции у... 10, 10... 20, 20... 40 и 40... 70 мм просеиванием сухой пробы в количестве 10 кг через стандартный набор сит с размерами отвер­гни 70, 40, 20, 10н 5 мм. По крупности пористый гравий и щебень фименяют трех фракций: от 5 до 10 мм, от 10 до 20 мм и от 20 до 0 мм. Вместо фракций 5... 10 мм в легких бетонах допускается рименять фракции 3...10 мм, а вместо фракций 10... 20 мм ис-рльзовать фракции 10... 15 мм.

Для всех разновидностей заполнителей имеет важное значение юэффициент размягчения —отношение предела прочности породы водонасыщенном состоянии к прочности при сжатии в сухом со-тоянии, поскольку он косвенно характеризует морозостойкость (атериала. Его величина для плотных заполнителей должна быть ie менее 0, 85, а при заполнителях пористых — не менее 0, 8 и только i конгломератах теплотехнического назначения этот показатель должен быть не менее 0, 7. Во всех случаях требуется учитывать ребования последних стандартов на соответствующие разновидно-ти тяжелых и легких заполнителей по показателям их ка-1ества.

Кроме зернистых используют заполнители иной формы. Боль-аое распространение в технологии различных ИСК получают во-юкнистые заполнители, выполняющие в структуре функции арми­рующего компонента. Волокнистые заполнители направленного Сориентированного) или хаотического расположения увеличивают Пособность конгломератов к сопротивлению изгибающим и растя­гивающим нагрузкам. С этой целью используют короткие стальные |юлокна длиной до 25 мм и диаметром 0, 005... 0, 015 мм, называе­мые фиброй, стекловолокно, волокна из расплава шлака, керамики, рррных пород (например, асбеста, базальтов), которые имеют го­раздо большие значения упругости по сравнению с ИСК; например ретоном. Внесение в состав волокнистого заполнителя несколько Осложняет технологию ИСК, но приносит эффект в упрочнении инструкций, если только была обоснованно выбрана разновид­ность волокна. Так, например, обычное стекловолокно сравнитель­но быстро разрушается в щелочной среде цементного камня, по­этому у нас и за рубежом предложены составы щелочестойких Стекловолокон.

\> 1 В составе некоторых конгломератов, особенно на основе поли­мерных вяжущих веществ, нередко используют заполнители пла­стинчатой формы с образованием свеобразных композиционных Материалов. Своеобразным видом «активного заполнителя> может ((ыть и металлическая арматура, например стальная в железобе­тоне, часто выполняющая функции каркаса в ИСК, если ей прида­ла форма сетки. Направленное расположение арматуры повышает рнизотропность получаемого материала (подобно анизотропии кри­сталлов), что может благоприятствовать механическому упрочне­нию конструкции. Однако наблюдаются случаи, когда в эксплуата­ционный период нарушается сцепление вяжущего с арматурой.

\ 263

It

Тогда такой «заполнитель» становится неактивным (л> 0), что отрицательно отразится на надежности конструкции в здании или сооружении. Определение количества и разновидности арматуры производится в теории железобетона с помощью'специальных рас­четов.

9.3. Заполнители органические

Органические заполнители применяют для производства тепло­изоляционных, а также теплоизоляционно-конструкционных и конструкционных материалов и изделий: арболита, цементного фибролита, ксилолита, камышебетона, торфоплит, теплоизоляцион­ных плит из костры льна, некоторых пластмассовых изделий — древесно-волокнистых и древесно-стружечных плит и др.

В качестве древесных и других органических заполнителей используют отходы лесозаготовок (вершины, сучья, пни, корни и др.), лесопиления и деревообработки (горбыли, рейки, щепа, стружки и опилки), одубину (отходы заводов дубильных экстрак­тов), сечку камыша, сельскохозяйственные отходы (рисовую соло­му, льняную и конопляную костру, стебли хлопчатника, подсолнеч­ную лузгу), побочные продукты целлюлозно-бумажной промыш­ленности и др. Основными являются древесные отходы и сельско­хозяйственные отходы.

За последние годы увеличилось внимание к полимерным запол­нителям. Сырьевая база для получения древесных заполнителей остается практически неограниченной, поскольку ежегодный^ объем древесных отходов составляет примерно 150 млн. м³, большая часть которых пока рационально не используется. У органических заполнителей имеется между собой много общего, в частности они имеют близкие химические составы. За последние годы увеличи­лось внимание к полимерным заполнителям.

Древесные заполнители. На качество ИСК, в которых применя­ют древесные заполнители, оказывает влияние порода дерева. 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.).

Из древесных заполнителей более перспективными являются отходы деревообработки. 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 подвергают сна­чала первичной и затем вторичной переработке. 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 непри­годна для изготовления ИСК, так как является слишком крупной и изделия с ней имеют большую пористость и низкую прочность. При вторичной переработке, которую Производят с помощью мо-

отковых мельниц (дробилок) и стружечных станков, технологи-ескую щепу превращают в дробленку и стружку. Кроме специаль-Вио приготовленной стружки применяют также стружку и опилки от ■ столярного и мебельного производства. Древесную шерсть приго-Вговляют на древесношерстяных станках из чураков. Н Дробленку (дробленую древесину), представляющую собой Имастинчатые или игольчатые частицы длиной (вдоль волокон Юфевесины) 2... 20 мм и толщиной до 5 мм, получают из кусковых шзтходов (горбылей, реек, обрезков). Предварительно, до употреб-

■ ления, дробленку длительное время (6... 12 мес) выдерживают на

■ складах.

В Состав дробления, % фракций крупнее 20 мм (по длине) — 10, 25 мм — не более 5 по массе, 10... 5 мм — 30... 35, 5... 2 мм — 155... 60, мельче 0, 25 мм — не более 5. Ее применяют при приготов-Рлении арболита, т. е. деревобетона (с минерализацией) и теплоизо-Ояционных плит (без минерализации). Под минерализацией пони-I, мается химическая обработка заполнителя, например, хлористым Ц^кальцием (см. гл. 10).

I' Для древесно-стружечных плит, плит фибролита (для черного |пола, перегородок, облицовки панелей стен и др.), теплоизоляци-1'онного материала используется стружка лиственных и хвойных J пород.

!; ' Размеры лепестков стружек, полученных на стружечных стан­инах: длина 2... 20 мм и минимальная толщина 0, 1... I мм. t, При изготовлении изделий с применением цемента (например,? • арболита) стружки минерализуют.

^г Древесная шерсть, применяемая для приготовления цементного ^фибролита, состоит из длинных тонких стружек (ленточек) длиной ] 500 мм, шириной 2... 5 мм и толщиной 0, 2... 0, 7 мм. Ее получают строганием специально приготовленных окоренных чураков длиной 0, 5 м и диаметром 10... 35 см; допускается применение более тон-' ких чураков диаметром 8... 9 см, а также диаметром свыше 35 см.

■ С этой целью неделовую древесину — тонкомерный кругляк, дро-
'■ вяное долготье и отходы лесопиления (горбыли, срезки)—осво-
_г бождают от коры (окоряют) и выдерживают в теплое время
'f (весенне-летний период) в штабелях, распиливают пилой на чурки
' длиной 0, 5 м и затем строганием на древесношерстных станках
I готовят из чураков древесную шерсть. Ее сушат в конвейерных
I сушилках до влажности 20... 25% и минерализуют.

I Опилки в зависимости от характера распиловки разделяют на;. два основных вида — опилки от поперечной и продольной распи-

■ ловки. При поперечной распиловке древесины на круглопильных
I станках получаются более мелкие частицы, чем при продольной
: распиловке, и они имеют волокнистое строение. Эти опилки почти
! полностью проходят через сито с диаметром отверстий 2 мм и ос­
новной фракцией в них является 1...2 мм. При продольной распи-

г ловке бревен на лесопильной раме получают опилки близкой к

■ кубической форме размерами от крупных частиц 7 мм до пылевид-

ных. Наибольшая часть опилок имеет размеры от 2 до 5 мм. Кубо­
видная форма частиц обусловливает высокое отношение торцевых
поверхностей к боковым, вследствие чего материалы и изделия из
опилок обладают повышенными водопогл о щебнем и впитывае-
мостью связующих веществ, так как показатели _; £ тих свойств вдоль
волокон больше, чем поперек., f

Опилки, полученные при распиловке неоко^енной древесины, содержат примеси коры, причем с увеличением-размеров фракций опилок увеличивается и количество коры в них.

По сравнению с другими древесными заполнителями опилки имеют некоторые преимущества. Вследствие однородного строения частиц они обладают хорошей текучестью, что важно при прессо­вании из них изделий. При увеличении давления прессования и температуры текучесть повышается. Однако пористость опилок (сумма пор частиц опилок, и пустот между ними) составляет при­мерно 71...75% по объему, т. е. весьма значительная.

. Опилки применяют для изготовления опилкобетона, гипсоопи-лоч'ных блоков, ксилолита и др., причем, как и в других древесных заполнителях, используют отходы главным образом хвойных пород и значительно меньше — лиственных.

Свойства древесных заполнителей. На качество ИСК большое влияние оказывают свойства древесных заполнителей.

Большое значение имеют средняя плотность древесины и насып­ная плотность древесного заполнителя, которые зависят от многих факторов. Средняя плотность древесины колеблется в широких пределах — от 380 до 1100 кг/м³ (в абсолютно сухом состоянии), а насыпная, например, осиновой дробленки — 55, 5 кг/м³, березо­вой— 247, 2 кг/м³ (в абсолютно сухом состоянии).

Важным свойством древесного заполнителя является его пористость, от которой зависит пористость ИСК. В заполнителе имеются поры внутри частиц и поры (пустоты) между ними. По­ристость зависит от различных факторов — от крупности частиц, степени уплотнения и др. При средней плотности древесины 300, 500 и 700 кг/м³ (в абсолютно сухом состоянии) ее пористость равна соответственно 81, 68 и 55%. Для получения наиболее плотного ИСК необходимо подбирать смесь частиц древесного заполнителя с минимальной пористостью.

Большое влияние на качество древесных ИСК оказывает и влажность древесных отходов. Влажность древесины у разных по­род дерева различна, а для одной и той же породы она зависит от местоположения в стволе, от времени года, суток, от температуры и др. Значительно увлажненные отходы плохо поддаются перера­ботке их в заполнители, например при переработке в стружку сильно увлажненной щепы частицы стружки становятся значитель­но разволокненными и получается стружка низкого качества. Раз­личия во влажности дерева, его отходов и, следовательно, в древесных заполнителях оказывают отрицательное влияние на однородность ИСК.

Древесные заполнители обладают значительным водопоглоще-ием. Вода поглощается оболочками клеток древесины (связанная, ли гигроскопическая влага) и капиллярами (свободная, или апиллярная влага), т. е. полостями клеток, межклеточными пусто-ами, а также сосудами (у лиственных пород). Количество капил-ярной влаги в заполнителе зависит от общего объема капилляров древесине, а во до поглощение — от крупности его частиц: чем они 1ельче, тем больше водопоглощение, так как увеличивается удель-ая поверхность. Наибольшее количество воды заполнитель погло­жет в первые полтора часа, например, древесная дробленка до И60... 190% от абсолютно сухой массы.

к Древесный заполнитель обладает также гигроскопичностью, ^причем при поглощении влаги древесина набухает, что сопровож-

дается 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 расчете составов ИСК (например, ар-Рболита) учитывают набухание древесного заполнителя. Ш При высыхании древесного заполнителя происходит уменьшение fero объема (усушка). Усушка древесины связана с испарением Рвлаги из клеточных оболочек; при удалении ее из капилляров ргсушки не происходит. Наибольшая усушка происходит поперек Рволокон (до 12%), а вдоль волокон она незначительна (0, 1%). рВ целом усушка древесного заполнителя в ИСК вызывает допол­нительные напряжения и влияет на деформативные свойства. ^'Вследствие волокнистого строения древесный заполнитель вызыва-| «т некоторую анизотропию прочности ИСК.

и Частицы древесного заполнителя обладают упругостью, кото-• ¹рая отрицательно влияет на эффект прессования изделий, поэтому ^заполнитель длительно увлажняют горячей водой. В результате ^частицы древесины размягчаются, становятся менее упругими и f легче сжимаются при прессовании.

I" " Содержание хвои в заполнителях должно быть не более 5%, а *, хоры— не более 15% от массы абсолютно сухой древесины. Не до­пускаются заполнители, имеющие гнилостный запах и гнили. Гниль ^Необходимо удалять просевом заполнителей через сито с отвер- I стиями 1, 5... 2 мм.

Заполнители из камыша и костры. В разных районах нашей [Страны имеются большие заросли камыша. Сечку камыша приме-Fняют в качестве заполнителя для арболита.

£ ■ Ее готовят из зрелых стеблей камыша наиболее.благоприятной /зимней заготовки. Стебли камыша сначала режут на силосо-|/еоломорезке и затем дополнительно измельчают на молотковой |дробилке. Частицы полученной сечки имеют длину 7...35 мм, ши-Грину 2... 6 мм и толщину 1... 2 мм. По техническим требованиям I наибольшая крупность сечки 5 мм.

£ " ■ Средняя плотность сечки составляет 150... 155 кг/м³. Насыпная Гплотность колеблется в широких пределах — от 60 кг/м³ для фрак-

I 267

ции 0... 1, 2 мм до 120 кг/м³ для фракции 5... 10 мм, а межзерновая пустотность соответственно от 77 до 88%.

Перед применением сечки ее подобно некоторым древесным за­полнителям минерализуют.

Костра лубяных культур — конопли и льна --является распро­страненным и дешевым сырьем. Ежегодный выход этой костры на заводах составляет в нашей стране около 1 млн. т.

Конопляную и льняную костру применяют для изготовления арболита, причем наиболее широко используют конопляную костру. Льняную костру, кроме того, применяют для теплоизоляционных плит.

Конопляная костра — это отход первичной переработки стеблей конопли на пеньку. Она представляет собой мелкие частицы (раз­дробленной одревесневшей части стебля) неправильной формы длиной 10... 70 мм и в поперечнике 2... 2, 5 мм.

Насыпная плотность костры 100... 120 кг/м³, влажность 17... 22%. Костра имеет большое водопоглощение — через 8 ч оно до­стигает 450% по массе.

До первичной обработки стебли конопли вымачиваются 20... 30 сут в естественных водоемах или в заполненных водой ямах, или же в бассейнах с горячей водой на пенькоперерабатыва-ющнх заводах. Биохимические процессы происходят с вымыванием из костры водорастворимых веществ — Сахаров, органических кис­лот, минеральных солей. Ввиду небольшого диаметра стеблей конопли и большой их пористости экстрактивные вещества удаля­ются из них быстрее и более полно, чем из древесины. Такая обра­ботка конопли защищает цементный камень от коррозии и поэтому при производстве арболита из конопляной костры ее не замачива­ют в воде с минерализаторами.

Влажность конопляной костры, применяемой для арболита, должна быть не более 20% по массе, ее хранят в закрытом складе или под навесом.

Льняная костра состоит из узких тонких пластин длиной до 50 мм, шириной до 3 мм и толщиной до 3 мм. Насыпная плотность ПО... 120 кг/м³, влажность (в отвалах) 15... 20%, водопоглощение 220... 240%, гигроскопичность до 25%. В ней содержится больше, чем в коноплянной костре, вредных для цемента веществ; в случаях применения с цементом ее минерализуют.

Использование древесных и других растительных заполнителей для изготовления различных ИСК дает возможность получать большой экономический эффект; уменьшается загрязненность ок­ружающей среды.

Полимерные заполнители. Основным полимерным заполнителем является пенополистирол в виде высокопористых гранул, получае­мых из бисерного полистирола [ —СН_а—CH(CeHs)—]«путем вспе­нивания его гранул при нагревании.

Насыпная плотность вспененных гранул составляет 15... 20 кг/м³, а межгранульная пустотность — в среднем 40%.

I Гранулы пенополистирола применяют для получения легких бетонов и новых эффективных теплоизоляционных материалов — пенопластов. Одним из перспективных пенопластов служит фено-стиропор ФСП (разработанный ВНИИстром), в качестве связую­щего в котором применяют фенолоформальдегидный олигомер.

0.4. Наполнители

I Наполнителями называются порошкообразные материалы, ча-Ысгицы которых соизмеримы с частицами вяжущего вещества. Как Уи заполнители, они могут быть неорганическими и органическими, йнепременным элементом в составе которых является углерод; при­ходными и искусственными; простыми по химическому составу и Цсложными. Частицы наполнителя могут быть также пластинчаты­ми, волокнистыми. Размер частиц обычно от 10 до 100 мкм и не

< юлее 1... 2 мм.

Наполнители совместно с вяжущим веществом участвуют в Сформировании микроструктуры матричной части и контактных зон в конгломератах. Тесному контакту этих двух компонентов в об­щей смесн способствуют механические, тепловые, ультразвуковые н другие способы обработки. Нередко сложно разграничить их функции в работе микро- или макроконгломерата. Обладая огром­ным потенциалом поверхностной энергии, наполнители становятся {^активными компонентами при отвердевании вяжущих веществ в Процессе формирования структуры и свойств материала. Конкрет­ный характер функций наполнителя зависит от разновидности вяжущего вещества. Однако можно выделить ряд сравнительно общих функций наполнителей: заполнение пор в микроструктуре без вступления в химические взаимосвязи с компонентами; увели-ление водоудерживающей способности порошкообразного вяжуще­го вещества при использовании его в строительных растворах, укладываемых по пористому основанию, например в кирпичной кладке; перевод большей части органического вяжущего вещества из объемного в пленочное состояние с равномерным распределени­ем его по высокоразвитой поверхности наполнителя для улучшения Цзгеп л о механических свойств; развитие зоны контакта между круп­нозернистыми компонентами конгломерата; снижение теплового [напряжения в материале, появляющегося за счет значительного различия в коэффициентах температурного расширения вяжущего даещества и заполнителя; улучшение некоторых специальных рсвойств конгломерата, например повышение огнестойкости, сниже­ние истираемости, и т. п.; удешевление материала за счет частич­ной замены дорогостоящего вяжущего местным дешевым напол­нителем при сохранении качества на необходимом уровне. Могут гбыть у наполнителя и другие нередко комплексные функции. Так, Например он может выполнять роль твердого эмульгатора в пасто­образных строительных материалах, порообразователя в обжиго­вых ИСК с выгоранием органического наполнителя, понизителя

яркости тона в красочных составах с пигментами при удешевлении готового материала и т. п.

При большом многообразии функций наполнителя общим у каж­дого остается то, что в структуре конгломерата не теряется его ин­дивидуальность, сохраняются специфические свинства компонента.

К наполнителям для применения в различны* материалах от­носятся известняковые, доломитовые и другие природные порошки осадочных пород, тонк'оизмельченные горные породы и минералы вулканического происхождения, порошки помола керамического¹, боя, шамота, шлака и других отходов промышленности, асбестовые! отходы производства, древесная мука (для пластмасс), эола-унос,;, колошниковая пыль и др. Для выбора необходимого наполнителя и¹ определения его количества производятся лабораторные испыта­ния как чистого вяжущего, так и вяжущего с наполнителем при сравнении их показателей при оптимальных структурах. Сравне­нием величин экстремумов свойств устанавливается степень эф­фективности наполнителя, рациональное содержание его в вяжу­щем веществе и ИСК.

9.5. Добавочные вещества (добавки)

При производстве ИСК кроме вяжущих веществ, заполнителей и наполнителей широкое применение находят добавочные вещест­ва в смесях, именуемые добавками. На стадиях технологического процесса они облегчают выполнение операций, снижают количество затрачиваемой энергии, уменьшают расход дорогостоящих компо­нентов, снижают материалоемкость, способствуют обеспечению не­обходимых показателей свойств материала, благоприятствуют ус­корению или замедлению процессов структурообразования и отвер­девания. На стадии эксплуатации конструкций добавки, введенные ранее в ИСК, призваны упрочнить, стабилизировать структуры ма­териала, максимально тормозить неизбежную деструкцию, возни­кающую и развивающуюся в материале под влиянием внешней среды и внутренних самопроизвольных явлений.

Основное функциональное назначение добавок, и в этом они от­личаются от заполнителей и наполнителей, заключается в том, что они всегда достаточно активно взаимодействуют с одним или не­сколькими компонентами смеси в процессе формирования структу­ры вяжущей части или макроструктуры ИСК- В результате реак­ции возникают новые соединения, которых ранее не было в смеси, причем добавки или полностью расходуются, или утрачивают свои индивидуальные признаки. Понятно, что при избыточном количест­ве добавки она может частично остаться в смеси и в сформованном материале без каких-либо изменений, что не является жела­тельным.

Распространенными служат порошкообразные добавки по внеш­нему виду, а иногда и по химическому составу, сходные с наполни­телями. В качестве тонкомолотых активных минеральных добавок

, они вводятся в состав неорганических вяжущих веществ с целью придания им требуемых свойств, например способности к тверде­нию в водной среде при добавлении к воздушной извести, повы­шенной водостойкости и стойкости против коррозии при добавле­нии к портландцементу или стойкости к воздействию высоких ^температур с сохранением прочности при добавках, вводимых в ^дортландцементы, глиноземистый и некоторые другие вяжущие при й производстве так называемых жаростойких бетонов, и т. д. Кисло-тостойкость материала повышают добавки порошкообразного квар­ца, андезита, базальта и др. К другим распространенным порош­кообразным добавкам относятся: из природных — осадочные гор­ные породы (трепел, диатомит, опока, магнезит и др.) или породы вулканического происхождения (пуццоланы, пемза, туф, диабаз 1и др.); из искусственных — доменные гранулированные шлаки, зо-1ла-унос, нефелиновый шлам (побочный продукт алюминиевого про­изводства), помол шамотного кирпича, обожженной глины (порош­кообразный керамзит, аглопорит) и др. Все эти твердые добавки Образуют с вяжущим новые, как правило, более сложные соедине­ния типа силикатов кальция, алюминатов кальция и др.

Твердые добавки в смесях могут оставаться не только в состоя-ии нерастворимых минеральных порошков. Используют и такие твердые добавки, которые в смесях сравнительно легко образуют растворы или расплавы. Они относятся либо к катализаторам и ин­гибиторам (замедлителям), либо вступают в химические связи с ^Компонентами смеси и создают новые фазы в процессе структуро­образования. Их действие может привести также к преобразованию £ Свойств поверхности компонентов, например к минерализации дре­весной дробленки и стружки путем экранирования поверхности (.фленкок нерастворимого вещества. Среди добавок этого действия — водорастворимые соли (средние н кислы