Благодаря своей небольшой объемной массе, достаточной прочности и низкой теплопроводности они нашли широкое применение в сборных бетонных и железобетонных конструкциях и изделиях. Особо легкие бетоны с объемной массой до 500 кг/м3 используются в качестве теплоизоляционного материала. Наиболее распространены легкие бетоны на пористых заполнителях, как естественных (измельченные вулканические шлаки, туфы, опоки, пемзы, известняки-ракушняки и другие легкие горные породы), так и искусственных (керамзит, шунгизит, термолит, вспученные перлит и вермикулит, аглопорит и др.). При этом доля естественных заполнителей в общем объеме производства невелика, составляя около 10%; доминирующую роль (свыше 90%) играют искусственные заполнители.
В настоящее время существует целая отрасль промышленности по производству искусственных заполнителей. Это производство включает в себя добычу природного сырья в карьере, дробление либо получение гранул, фракционирование и термическую обработку (поризацию) с последующим охлаждением. Твердые породы подвергаются среднему и мелкому дроблению (сухой способ), рыхлые - гранулированию (мокрый способ) с последующей сушкой гранул. Получаемые щебенка и гравий разделяются на три фракции: 5-10 мм, 10-20 мм и 20-40 мм, а песок - на две: до 1,2 и 1,2-5 мм. Доля щебенки и гравия составляет 60-75, песка - 40-25%.
Термическая обработка заключается в скоростном обжиге измельченной породы, осуществляемом в шахтных, вращающихся и других специальных печах при температурах 850-1250њC, при этом происходят сгорание органического вещества, дегидратация слюд, глинистых минералов и вулканических стекол, диссоциация оксидов железа, карбонатов кальция и магния, сопровождаемые выделением газов. В результате частицы породы вспучиваются и приобретают пористое строение.
Получаемый таким образом пористый материал обладает небольшой объемной массой (50-1200 кг/м3), достаточно высокой прочностью, химической инертностью, низким водопоглощением, устойчивостью к действию воды и низких температур и другими свойствами, необходимыми для заполнителей бетонов. Важным показателем качества пористых заполнителей является конструктивная эффективность, определяемая как отношение прочности к объемной массе. Наилучшими являются заполнители, характеризующиеся высокими прочностными свойствами и объемной массой от 50 до 500 кг/м3.
В качестве сырья для производства пористых заполнителей служат разнообразные горные породы или промышленные отходы. Несмотря на то что и экономически, и экологически использование промышленных отходов в общем случае предпочтительнее, подавляющую часть пористых заполнителей в нашей стране пока еще получают из легкоплавких глин, глинистых сланцев и аргиллитов (керамзит), шунгитсодержащих сланцев (шунгизит), диатомитов, трепелов и опок (термолит и трепельный гравий), перлитов и обсидианов (вспученный перлит), гидрослюд и вермикулита (вспученный вермикулит) и других пород.
Из глин и отходов обогащения и сжигания угля - шлаков и золы - получают аглопорит. Его производство, заключающееся в термической обработке сырцовых гранул на агломерационных обжиговых машинах, значительно экономичнее, чем получение керамзитового гравия. Расплавленные металлургические (преимущественно доменные) шлаки после их быстрого охлаждения измельчаются, образуя, пожалуй, самый дешевый высококачественный пористый заполнитель - термозит.
Керамзит представляет собой пористый гравиеподобный заполнитель, наиболее широко используемый в промышленности. Его зернам размером 5-40 мм характерны округлая форма, шероховатая поверхность, равномерное распределение закрытых пор в стекловатой массе. Размер пор не превышает 1-5 мкм. По сравнению с аглопоритом и термозитом обладает значительно более высокой конструктивной эффективностью, а также меньшим расходом цемента при получении керамзитобетона. Глинистые породы (глины, глинистые сланцы, аргиллиты), пригодные для производства керамзита, имеют монтмориллонитовый, бейделлитовый и гидрослюдистый состав и способны вспучиваться в природных условиях; их оптимальный химический состав, %: SiO2 50-65; Al2O3 16-25; Fe2O3 4-5; FeO 1-2; СаО < 3; MgO < 3; K2О 3; Na2O 0,5-2,1; Сорг 1-2; п. п.п. 7-10. По размерам частиц в них преобладают коллоидная (более 50%), пылеватая (25-50%) и алевритовая (до 25%) фракции; допустимо присутствие частиц песчаной фракции (не более 5%). Химический и гранулометрический состав глинистой породы должен быть выдержан во всем объеме промышленной залежи.
Шунгизит в виде щебня и песка представляет собой легкий заполнитель, полученный в результате термической обработки шунгитсодержащих сланцев. Его объемная насыпная масса составляет 375-600 кг/м3. По сравнению с керамзитом шунгизит выгодно отличается большей морозо - и кислотоустойчивостью и меньшим водопоглощением. Полученный на его основе шунгизитобетон может поэтому использоваться в специфических агрессивных средах. Шунгитовые сланцы как исходное сырье для получения этого заполнителя характеризуются присутствием в своем составе тонкодиспергированного шунгита - черного, блестящего, аморфного углерода, отличающегося от сходного с ним антрацита большей плотностью (1840-1980 кг/м3), твердостью (около 4), тепло и электропроводностью. Образование шунгита связывают с воздействием интрузивных пород на битуминозные осадки. Даже небольшое его количество (1,5-2,0%) придает сланцам черную окраску и способность вспучиваться при обжиге. Сланцы образованы железистым хлоритом (50-60%), полевым шпатом (20-30%), кварцем (6-10%) и углеродистым веществом (до 5%),. их средний химический состав, %: SiO2 46-51; A12О3 14-18; (FeO+Fe2O3) 12-19; CaO 1,3-3,0; MgO 2,7-5,0; (Na2O+К2О) 2,5-5,0; Сорг 2,8-3,5; прочие 3-5. Для термической обработки пригодны мелко - и тонкозернистые разновидности.
Термолит и трепельный гравий как пористый заполнитель получают при скоростном обжиге кремнистых пород кристобалит-опалового ряда - диатомитов, трепелов и опок. Этот заполнитель имеет объемную насыпную массу 250-900 кг/м3 и характеризуется высокой прочностью, водо - и морозостойкостью. Как правило, себестоимость термолитобетона ниже, чем себестоимость керамзитобетона. Кристобалит - опаловые кремнистые породы широко используются в цементной промышленности, в производстве строительных теплоизоляционных материалов, в качестве абразивов, фильтров, адсорбентов, отбеливающих веществ, носителей катализаторов и т. д. Все эти области предъявляют к ним свои, специфические требования. Для получения термолита указанные кремнистые породы должны содержать 20-40% глинистых минералов и 80-60% опала и кристобалита; наиболее качественный заполнитель получают из пород следующего химического состава, %: SiO2 60-65; Al2O3 5-15; Fe2O3 2-8.
Вспученный перлит, предназначенный в качестве легкого заполнителя бетона, производится в основном в мелкой (песчаной) размерности. Такой перлитовый песок имеет объемную насыпную массу от 50 до 500 кг/м3; его наиболее ценные сорта с величиной этого показателя до 120 кг/м3 широко используются также для изготовления сухих штукатурок, пластмасс, красок, тепло - и звукоизоляционных засыпок, в качестве фильтров и др. Для получения вспученного перлита используются не только собственно перлитовые породы - кислые гидратированные вулканиты ряда риолит-дацит с характерной мелкой концентрически-скорлуповатой <перлитовой> структурой, но и другие, близкие к ним образования, включая пехштейны и обсидианы. Все эти кислые стекловатые водосодержащие вулканические породы в промышленности принято называть перлитами. Их способность к вспучиванию в результате термической обработки различна; от двукратного увеличения первоначального объема до двадцатикратного; соответственно и объемная масса вспученного перлита варьирует от 50 до 800 кг/м3. Плотные, обладающие ровным сколом перлиты, а также их измененные разновидности, содержащие цеолиты, каолинит, монтмориллонит и другие вторичные минералы, вспучиваются плохо. Наиболее благоприятными для получения вспученного перлита являются слабоизмененные стекловатые разновидности с небольшим содержанием вкрапленников и характеризующиеся следующим химическим составом, %: SiO2 65-75; A12O3 11-16; (FeO+Fe2O3) < 5-6; (CaO+MgO) < 4-5; (Na2O+К2О) 3-5; п. п.п 1-10.
Вспученный вермикулит, полученный в результате термической обработки природного вермикулита, гидробиотита и гидрофлогопита, представляет кубообразные и пластинчатые гранулы с шероховатой и гладкой поверхностью. Его насыпная объемная масса варьирует от 65 до 200 кг/м3, причем меньшей величиной этого показателя характеризуется заполнитель, полученный на основе собственно вермикулита. Если же в качестве исходного сырья используются гидрофлогопит и гидробиотит, то полученный заполнитель будет обладать большей объемной массой и меньшей прочностью. Подобно перлитобетонам, вермикулитобетоны выгодно отличаются малой объемной массой (280-1100 кг/м3) и высокими теплоизоляционными свойствами; для повышения прочности в состав этих бетонов нередко вводят керамзит, асбест, битумы и другие упрочняющие материалы. Исходное сырье для получения вспученного вермикулита - собственно вермикулит, гидрофлогопит и гидробиотит, обычно объединяемые в группу гидрослюд, в промышленном смысле относится к вермикулиту.
Главнейшими геолого-промышленными типами месторождений керамзитового, термолитового, шунгизитового и перлитового сырья являются следующие.
1). Пластовые, линзовидные и плащеобразные субгоризонтальные залежи керамзитовых глин выдержанного монтмориллонит-бейделлит-хлорит-гидрослюдистого (иногда с глауконитом) состава в разрезе осадочного чехла платформ, характеризующиеся широким площадным распространением и относительно небольшой (метры-первые десятки метров) мощностью (Ельдигинское, Пятовское и другие месторождения Восточно-Европейской платформы).
2). Пластовые, линзовидные согласные залежи керамзитовых глинистых и других сланцев выдержанного монтмориллонит-бейделлит-гидрослюдистого состава в разрезе метаморфизованных складчатых толщ, имеющие обычно наклонные залегания и мощности метры-десятки метров (многочисленные месторождения Южного Урала, Казахстана, Кузбасса и других складчатых областей).
3). Пластовые, выдержанные по простиранию, согласные залежи диатомитов, трепелов и опок широкого площадного распространения мощностью в метры-десятки метров среди терригенных и терригенно-карбонатных образований мезо-кайнозойского возраста (палеоценовые месторождения Инзенское, Алексеевское, Атемарское, Вольское в Поволжье, эоценовые месторождения Камышловское, Ирбитское, Киргизское и другие в Зауралье и Северо-Западном Казахстане).
4). Пластовые и линзовидные согласные залежи черных шунгитовых пород и сланцев разнообразного кварц-альбит-серицит-хлоритового состава в разрезе метаморфизованных и дислоцированных вулканогенно-осадочных докембрийских толщ мощностью метры-десятки метров (Шуньгское, Максовско-Зажогинское, Нигозерское, Мягрозерское и другие месторождения Карелии).
5). Пластовые и неправильной формы залежи перлита мощностью в десятки метров в периферических зонах караваеподобных риолитовых куполов и лавовых потоков, реже дайки того же состава и горизонты в кислых туфах в областях проявления кислого риодацитового вулканизма кайнозойского, реже мезозойского возраста (месторождения Арагацкое, Джрабергское, Арени и другие в Армении, Параванское в Грузии, Алнейское на Камчатке, месторождения Приморья, Северо-Востока, Забайкалья, месторождения Закарпатья Украины; месторождения США, Греции, Венгрии, Турции, Мексики, Чехии, ЮАР, Австралии, Новой Зеландии и других стран).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |
Основные порталы (построено редакторами)