§ 26. Легкие заполнители для строительных растворов

Легкие заполнители делятся на неорганические, представляющие собой мелкопористые материалы, и органические— отходы или специально переработанные материалы органического происхождения.

Неорганические легкие заполнители. По происхождению пористые неорганические заполнители подразделяются на две группы, природные (естественные) и искусственные.

К песку из природных пористых заполнителей относят песок из пористых горных пород, получаемый рассевом или частичным их дроблением и последующим рассевом. В зависимости от происхождения горных пород, различают пористые пески вулканического и осадочного происхождения. К первым относятся пески, получаемые из пемзы, вулканического шлака и из вулканического туфа.

Пемза — пористое вулканическое стекло. Основные компоненты ее — окислы кремния Si02 (до 75%) и окислы алюминия AI2O3. Цвет пемзы чаще всего желтый с серым оттенком. Объемная масса 300—600 кг/м3, плотность — 2,4—2,5 г/см3, предел прочности при сжатии — 4—30 кгс/см2.

Рис 19. Диатомит (сильное увеличение)

Пемза морозостойка, обладает хорошими теплоизоляционными качествами. Измельчают ее на дробильных установках, получая пемзовый песок с объемной массой около 550 кг/м3, который после более тонкого измельчения (в шаровых или трубных мельницах) служит активной добавкой к вяжущим, а также полирующим материалам.

К песку из пород осадочного происхождения относятся главным образом пески, получаемые в результате дробления осадочных карбонатных и кремнеземистых пород.

Из карбонатных пород используют пористые известняки, в том числе известнякиракушечники, известковые туфы и пористые доломиты, из кремнеземистых — диатомиты, трепел и опоки.

Диатомит (рис. 19)—рыхлая порода, состоящая преимущественно из скопления микроскопических панцирей диатомовых водорослей. В них также присутствуют ил и глина. Плотность диатомитов колеблется от 1,84 до 2,40 г/см3, а объемная масса находится в пределах 120...1250 кг/м3.

С течением времени диатомиты уплотнялись, кремнезем панцирей превращался в аморфный гидрат кремнезема и отдельные зерна скреплялись между собой кремнистым цементом. Такие породы носят название трепелов. Их плотность в среднем 2,3 г/см3, тогда как у кристаллического кремнезема (кварца) она составляет 2,5 г/см3. Объемная масса трепелов зависит от степени уплотнениями находится в пределах 300...900 кг/м3.

При дальнейшем уплотнении под давлением вышележащих слоев трепел превращается в опоку. Опока плотная, прочная порода тонкозернистого строения, которая почти вся состоит из аморфного кремнезема.

Благодаря большому содержанию аморфного кремнезема эти породы широко используют в качестве активных гидравлических добавок к вяжущим материалам.

Искусственный пористый песок получают путем термической обработки силикатного сырья и рассева. В некоторых случаях полученный продукт перед рассевом подвергают дроблению в специальных машинах — дробилках. Из отходов промышленности для получения пористого песка используют в основном топливные, металлургические, доменные отвальные шлаки.

Топливными шлаками называют остатки, образующиеся после сжигания твердого топлива, главным образом каменного угля. Строение и свойства шлаков зависят от вида и сорта угля, его состава, способа сжигания топлива (в кусках или пылевидном состоянии), режима горения. Шлаки —это пористые куски различной величины, образовавшиеся из неорганических примесей угля. Объемная масса в россыпи легких вспененных шлаков составляет примерно 400, тяжелых— 1200— 1600 кг/м3. Предел прочности при сжатии легких шлаков 25—50, тяжелых — до 400 кгс/см2.

Дроблением кусков шлака получают шлаковый песок, применяемый в теплоизоляционных и обычных штукатурных растворах, и шлаковый щебень, из которого изготовляют стеновые камни и блоки.

Горелые породы — продукт естественного обжига, происходящего в результате самовозгорания кусков пустой породы в отвалах на угольных шахтах. В строительстве применяют обожженные до спекания плотные горелые породы коричневого цвета, доставляемые с шахт, где добываются коксующиеся угли, и вспученнопористые породы краснобурого цвета, получаемые в шахт антрацитовых углей. На песке из горелых пород можно приготовлять растворы марок до 100. Производство и применение такого песка часто оказывается экономически оправданным в угольных районах, где нет залежей чистого природного песка.

Технические условия ограничивают содержание несгоревшего топлива в песке из топливных шлаков и горелых пород. Оно не должно превышать (в % по массе): антрацита—15; каменного угля —10; смеси каменного и бурого углей — 5; бурого угля — 5; пустой породы — 1.

Металлургические шлаки — отходы металлургического производства. Для строительных растворов лучше всего использовать доменные шлаки, образующиеся в доменных печах при выплавке чугуна. Другие металлургические шлаки, в частности мартеновские, изза наличия в них вредных примесей используют значительно реже, только после тщательного лабораторного исследования.

Доменные шлаки образуются в результате сплавления глинистых и других примесей, входящих в состав топлива и руды, с известью, добавляемой в шихту. Выход доменного шлака составляет примерно 60% количества получаемого чугуна.

Отвальные шлаки, т. е. шлаки, сливаемые прямо в отвал, представляют собой смесь различных шлаков во всевозможных сочетаниях. Они могут быть плотными, каменистыми, стекловидными, ячеистоноздреватыми, вспученными, а также порошкообразными (доменная мука) или сцементированными в куски разных размеров в зависимости от состава шлака в шлаковозных ковшах, условий слива и возраста отвала.

К искусственным пористым пескам относятся: керамзитовый, из шлаковой пемзы (термозита), аглопоритовый, из гранулированного шлака, перлитовый и вермикулитовый.

Керамзит. Исходным сырьем для получения керамзита служат легкоплавкие глины, обладающие способностью благодаря наличию веществ, переходящих при нагреве в газообразное состояние, при обжиге увеличиваться в объеме (вспучиваться) в 2—4 раза с образованием пористой структуры. Из сырьевой смеси надлежащего состава на дырчатых вальцах формуют шаровидные гранулы, которые обжигают во вращающихся печах. Керамзит состоит из округлых зерен коричневого цвета. Его объемная масса 300—900 кг/м3, предел прочности при сжатии 6—30 кгс/см2. Керамзитовый песок может быть округлый, получаемый рассевом керамзита, и дробленый, получаемый дроблением и рассевом керамзитового гравия. В последнем случае он имеет серый цвет, близкий к черному.

Легким и прочным заполнителем служит песок из. пористого металлургического шлака (шлаковая пемза), получаемый вспучиванием расплавов металлургических шлаков водой, паром или их смесью. Перерабатывают шлак в песок на специальных механизированных установках. Предел прочности песка (ГОСТ 9760—75) 4—25 кгс/см2 при объемной массе в куске 400— 800 кг/м3.

Чтобы получить высококачественный пористый заполнитель аглопорит, топливные золы, сланцевые шлаки и слабообожженные горелые породы серого и красного цветов подвергают агломерации. Процесс агломерации I состоит в том, что указанные материалы в раздробленном виде смешивают с небольшим количеством глиняного молока и затем спекают на агломерационных решетках. После охлаждения агломерата его дробят и рассортировывают (рассеивают) на крупный и мелкий заполнитель.

В зависимости от насыпной объемной массы аглопоритовый песок подразделяется на четыре марки: 500 (объемная насыпная масса 451—600 кг/м3) 700 (601— 800 кг/м3); 900 (801—1000 кг/м3) и 1100 (1001 — 1200 кг/м3).

Кроме шлаков и горелых пород, для получения аглопорита можно использовать легкоплавкие глины, суглинки, супеси, углесодержащие глинистые породы — отходы добычи и обогащения углей, а также другое сырье.

Гранулированные шлаки (по латыни «гранулум» — зернышко) — это смесь округлых пористых зерен размером от 0,5 до 1 мм. Получают их при быстром охлаждении металлургического шлака водой или водой и воздухом. Благодаря быстрому охлаждению шлак сохраняет некоторое количество химической энергии, которая в дальнейшем при соответствующих условиях затрачивается на кристаллизацию химических соединений. Это позволяет получить из гранулированного шлака вяжущий материал высокого качества — шлакопортландцемент. Плотность гранулированного доменного шлака составляет 2,7—2,9 г/см3.

Перлитовые вспученные песок и щебень (ГОСТ 0832—74) —пористые материалы, получаемые при термической обработке дробленых вулканических стекол, содержащих связанную воду. Перлитовый песок широко используют как легкий заполнитель. Насыпная объемная асса вспученного перлитового песка 75—250 кг/м3. Размер зерен не более 1,2 мм.

Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865—67)—минерал из группы слюд, отличающийся свойством вспучиваться до 25кратного объема при температуре 350° С. объемная масса вспученного вермикулита в пределах 00 ... 400 кг/м3.

Органические легкие заполнители. К органическим легким заполнителям относятся опилки, соломенная сечка, мох, торф.

Древесные опилки — это отходы деревообрабатывающей промышленности. Опилки должны быть сухими и без следов масла. Объемная масса опилок около 00 кг/м3. Используют их как заполнитель для теплоизоляционных штукатурок, эксплуатируемых в сухих условиях, а также применяют для приготовления гипсоопилочных мастик, которыми приклеивают листы сухой ^штукатурки. Опилки, особенно хвойных пород, содержат органические вещества, которые замедляют схватывание гипса. Влажность опилок для изготовления гипсоопилочной мастики не должна превышать 20%.

Соломенная сечка (из соломы хлебных злаков) хорошо армирует штукатурные растворы. Ее широко применяют в южных районах как теплый заполнитель глиняных штукатурок для неответственных помещений. Из смеси соломенной сечки и глины приготовляют саман (саманный кирпич).

Мох — очень распространенное растение, особенно в умеренных и холодных поясах. Объемная масса высушенного мха составляет несколько сот килограммов на кубический метр. Мох очень гигроскопичен. Используют его в штукатурных растворах.

Торф — продукт разложения мхов и некоторых других растений в стоячей воде. Его объемная масса после сушки 75—300 кг/м3. Недостатки торфа при использовании в качестве заполнителя: большая гигроскопичность и влагоемкость, слабая биологическая стойкость. Он легко загнивает, служит питательной средой для разных грибков и бактерий.

В некоторых случаях в качестве легкого заполнителя применяют уголь, полученный сжиганием древесины при недостатке воздуха.

Перевозка органических легких заполнителей на дальние расстояния значительно повышает их стоимость, поэтому их применение экономически оправдано только при местном производстве.