Исследование вспученного перлита и бетонов на его основе
В последнее время обобщены результаты исследований конструкций из легких бетонов на вспученных перлитовых песках и разработаны нормативные и инструктивные документы. Однако в литературе появляются иногда противоречивые требования по наименьшей насыпной плотности вспученного перлита, оптимальному количеству Пылевидных фракций и другим характеристикам, определяющим важнейшие технические свойства бетонов. В значительной мере это объясняется применением различного сырья и технологии производства. Поэтому оказалось необходимым продолжить изучение свойств перлита, вспученного как в шахтных, так и во вращающихся печах, и легких бетонов на его основе.
Исследовали перлит Арагацкого и Закарпатского месторождений, насыпная плотность которого в зависимости от вида сырья и технологии вспучивания колебалась от 100 до 320 кг/м3. Различные показатели вспученного материала из одной и той же породы были достигнуты изменением режима термообработки. Зерна повышенной плотности получали во вращающейся печи, а также в шахтной при воздействии повышенных температур в конце обжига. В последнем случае перлит был более тяжелым, обладал малой Механической прочность ц содержал зерен размером менее 0,14 мм примерно на 10% больше нормы. Это относится к легким (ун =100...135 кг/м3) и более тяжелым (ун = 300...320 кг/м3) перлитовым пескам, вспученным в шахтной печи (табл. 1).
Опыты по регидратации показали, что после автоклавной обработки под давлением 8 ати во вспученном перлите практически полностью восстанавливается исходное содержание воды. При этом происходит увеличение размеров заполнителя и соответствующее расширение бетона в период твердения. Количество растворимого кремнезема, способного взаимодействовать со щелочами цемента, но результатам химического анализа наибольшее у перлита из арагацкого сырья (83,25 ммоль/л). Вместе с тем, деформации расширения цементно-перлитового раствора на закарпатском песке оказались больше, что объясняется его более высокой удельной поверхностью.
Значительное количество пылевидных частиц вспученного перлита образуется в процессе приготовления бетонной смеси. Это подтверждает характер кривых просеивания до и после перемешивания вспученного перлита в смесителе принудительного действия (рис. 1). Дисперсные фракции вспученного перлита разбавляют цемент и вследствие наличия в цементе тонкодисперсных частиц с высокоразвитой удельной поверхностью повышается количество воды, требуемое для получения пластичного теста. Большая водопотребность образующегося смешанного вяжущего обусловливает значительную пористость затвердевшего бетона. Величина открытой пористости бетона марки М 150 на аглопоритовом щебне и мелком вспученном перлитовом песке составила 48%, а бетона той же прочности на плотных заполнителях—14%.
Проведенные физико-химические исследования показали, что преобладающей фазой в цементном камне аглопоритобетона является низкоосновный гидросиликат кальция, который, как известно, отличается пониженной воздухостойкостью. Следовательно, разбавление цемента пылевидными фракциями вспученного перлита нельзя рассматривать как положительный фактор. Активность вспученного перлита проявлялась в набухании осадка, которое продолжалось в течение всего периода наблюдений (30 сут).
Опытами установлено, что большое приращение объема характерно только для мелких фракций вспученного перлита, с увеличением размера зерен приращение объема уменьшается. Так, для вспученного перлита фракций 0,3—1,2 мм увеличение объема стабилизировалось через 4—5 сут. При этом объем осадка возрос только на 40%, тогда как для дисперсной фракции (до 0,14 мм) этого же перлита — на 240%. Значительное приращение объема присуще вспученному перлиту только в присутствии извести. В воде увеличение объема не превышает 20%, что находится в пределах требований, предъявляемых к кварцевым пескам. Способность дисперсных частиц вспученного перлита набухать в присутствии извести является основной причиной очень медленной десорбции бетона рис. 2). Цементно-песчаные фактурные слои через год оказались сухими, в то время как в середине панели влажность почти не изменилась со времени изготовления. Все это явилось причиной появления трещин на поверхности панелей. Расчеты также показали, что растягивающие напряжения в поверхностных слоях опасны, поскольку превышают предел прочности бетона на растяжение.
Проведенные опыты показали, что для перлитового песка, применяемого в качестве заполнителя для легких бетонов, необходимо регламентировать не только содержание зерен размером менее 0,14 мм, но и его прочность, чтобы зерновой состав песка не претерпевал существенных изменений. Подразделение вспученного перлита на марки по насыпной плотности при отсутствии связи между уя и R является недостаточным.
Окатанные, с оплавленной поверхностью зерна перлита, вспученного во вращающейся печи, характеризуются повышенной прочностью, имеют в среднем в 5 раз меньшее водопоглощеяие, в 2 раза меньшую водопотребность и значительно большую прочность по сравнению с песком, подученным из того же сырья в шахтной печи. Перлит, вспученный во вращающейся печи, измельчался незначительно и для приготовления бетонных смесей на его основе применяли смесители как принудительного действия, так и гравитационные.
При использовании в качестве крупного заполнителя щебня из аглопорита в смеситель загрурсалн:цемйгг и часть воды, затем вспученный песок. После 1—2 мин перемешивания добавляли аглопорит и остальную часть воды с предварительно растворенной в ней воздухововлекающей добавкой. Одновременная загрузка всех материалов приводила к повышенному расходу перлита из-за кольматации открытых пор крупного заполнителя.
В опытах минимальная отпускная влажность ограждающих конструкций (8—10%) получалась при тепловой обработке в щелевых камерах сухого прогрева при температуре 120—ISO0!. При такой влажности возможна отделка наружных поверхностей панелей любым методом. Недобор прочности при сухом прогреве по сравнению с образцами нормального твердения не превышал 17%. Объемная масса сухого бетона марок М 50—100 на вспученном во вращающейся печи перлитовом песке ун = 315 кг/м и аглопоритовом щебне ун = 700 кг/м3 составляет 1000—1100 кг/м3. При использовании этого песка в сочетании с керамзитом YH = 500 КГ/М3 конструкционно-теплоизоляционные бетоны характеризуются объемной массой 750—1000 кг/м3.
Необходимые для расчета конструкций свойства аглопоритоперлитобетона изучены на минском аглопорите й вспученном во вращающейся печи арагацком перлитовом песке. Из табл. 2 видно, что по физико-механическим характеристикам и долговечности аглопо- ритоперлитобетон на кондиционном вспученном перлитовом песке отвечает требованиям нормативных документов и его применение в однослойных стеновых панелях для жилищного (серии М-111 -90, М-335, М 464-9), гражданского и промышленного (серии 1-464, I-335AK, ИИ-04-5, 1.432-5) строительства вполне целесообразно. Использование малопрочного вспученного перлита печи ухудшает свойства бетона трещиностойкость конструкций при обычной технологии производства, требующей введения в бетонную смесь относительно большого количества воды.
Выводы
Применение малопрочных перлитовых песков отрицательно сказывается на физико-механических свойствах бетона и трещиностойкости конструкций. Необходимо нормировать прочность песков с тем, чтобы их зерновой состав не претерпевал существенных изменений и содержание во вспученном перлите фракции менее 0,14 мм соответствовало требованиям ГОСТ 10832—74.
Перлит, вспученный во вращающейся печи, характеризуется повышенной прочностью и в композиции с аглопоритовым щебнем и керамзитовым гравием позволяет получать надежные и долговечные бетоны.