ВГР-800/1700Вибрационный грохот
Одной из важных составляющих при производстве бетонных смесей является инертный заполнитель. Самым распространенным инертным заполнителем в нашей стране является песок. Вопросы качества песка, при производстве строительных материалов, как правило, не заслуженно отодвигаются на второй план. Но, тем не менее, эти вопросы зачастую являются одними из самых важных, особенно при производстве теплоэффективных строительных материалов, таких как, пенобетон и полистиролбетон. Проблемы экономии цемента, прочности бетонных изделий, зачастую упираются в качество инертного заполнителя.
В этой статье мы рассмотрим взгляд советского ученого Йоханеса Хинта на проблему применения песков при производстве строительных материалов, который он описал в книге «Основы производства силикальцитных изделий».
На процесс автоклавного твердения известково-песчаных смесей оказывает влияние характер поверхности зерен песка. Киреенко подразделяет зерна природного песка по характеру поверхности на восемь групп: гладкую матовую — углубления па поверхности незаметны при среднем увеличении до 50 раз; гладкую полуматовую — углубления на поверхности незаметны даже при большем увеличении; гладкую блестящую — совершенно гладкую; шероховатую матовую — вся поверхность зерна покрыта незначительными углублениями, заметными при увеличении в 10—20 раз; шероховатую полуматовую — вся поверхность зерна покрыта незначительными точечными углублениями, заметными при увеличении в 40 — 60 раз; шероховатую блестящую — на совершенно гладкой поверхности отдельные шероховатости; ноздреватую — поверхности зерна равномерно покрыты небольшими углублениями (бугристая поверхность); кавернозную — на зернах наблюдается одно или несколько значительных углублений (каверн).
Действительно, важное значение при производстве современных теплоэффективных строительных материалов (пенобетон, полистиролбетон), имеет качество применяемых инертных заполнителей, а, именно, качество и характер поверхности зерен песка. В случае, если поверхность гладкая и блестящая, адгезия цемента с песком будет меньшей чем, в случае, если поверхность песка будет матовой или шероховатой. Этот фактор может в значительной степени влиять на расход цемента при получении изделий одинаковой прочности. Таким образом, возникает необходимость подбирать песок с оптимальной поверхностью зерен, либо видоизменять его структуру, путем домола в дезинтеграторе. Процессы истирания поверхностей песка, с образованием микродефектов, происходящие при домоле, способствуют улучшению адгезии зерен песка с цементом, увеличению прочности готовых изделий.
Ноздреватость и каверность можно рассматривать как изъян поверхности зерен. В общем, Киреенко характеризует природные пески следующим образом: «В большинстве случаев, на поверхности зерна песка замечаются налипшие мельчайшие частицы минералов — получается более или менее толстая оболочка-рубашка. Иногда оболочка располагается пятнами, покрывая только часть поверхности. Материалом этих оболочек являются: глина, известь, окислы железа (лимонит) и т. д. Толщина оболочки в большинстве случаев неодинакова. Оболочки заполняют все резкие неровности на поверхности зерна песка, как бы смягчая изменение контура. Желтовато-прозрачное вещество — глина, буровато желтоватый налет — водные окислы железа. У зерен с ноздреватой поверхностью углубления часто заполнены белым или желтоватым веществом (возможно глинистым). Каверны зерен песка часто бывают заполнены желтоватым или буроватым веществом».
О воздействии естественной оболочки, покрывающей зерна песка, на качество цементобетонных монолитов Киреенко пишет: «Оболочка известковая или из окислов железа не вредна для бетона, так как она растворяется и входит в состав цемента, солей извести и железа, глинистая же оболочка может быть вредна; она, плотно облегая зерно песка, смачивается водой, образуя слой, изолирующий зерно песка от склеивания с цементным тестом… Адгезионные силы между поверхностями зерен глины и песка меньше соответствующих сил сцепления с цементным клеем ... Поэтому хороший песок с прочным материалом зерен, покрытый толстой глинистой оболочкой, непригоден для бетонных работ».
Важной характеристикой качества поверхности песка является содержание пылевидных и глинистых частиц, примесей, обволакивающих зерна песка, тем самым, снижая прочность сцепления (адгезию) заполнителя с цементным камнем. Наличие этих частичек в инертном заполнителе негативно скажется на прочности бетонных изделий, потребует повышенного расхода цемента, что нежелательно в технологии пенобетонов, полистиролбетонов, где и так повышенный расход вяжущих. Так, например, всего несколько процентов глинистых частиц в песке, способны на 30-50 % снизить силы сцепления зерен песка и зерен цемента. Для того чтобы очистить поверхность песка от негативных частиц его намывают или активируют в гидроактиваторах.
В ходе исследовательских работ в области известково-песчаных изделий мы первое время почти не обращали внимания на форму зерен песка и характер их поверхности. При изучении качества изделий даже величину удельной поверхности песка принимали во внимание лишь в единичных случаях. По ОСТ 5789 НКТП, действовавшему до 1952 г., в песках, пригодных для изготовления силикатного кирпича, учитывалось лишь содержание глинистых частиц, органических веществ, химический и гранулометрический состав. Более подробных данных не было и в учебниках по изготовлению силикатного кирпича.
Основываясь на схеме образования микробетонной структуры известково-песчаных изделий, приведем некоторые принципиальные точки зрения о характере поверхности зерен природных песков.
1. Для перемешивания извести с зернами песка, склеившимися глинистыми и карбонатными соединениями в комья различных размеров, необходимо песок и известь обрабатывать в смесительных агрегатах, таких, как дезинтегратор, который разрушает естественную цементацию и освобождает поверхность зерен от пленок.
2. Оболочка на поверхности зерна всегда препятствует, физико-химическому процессу между частицами извести и песка при запаривании. Но оболочка может состоять и из таких соединений, которые не будут оказывать вредного воздействия на процесс. Однако вопрос о таких соединениях пока не выяснен. По этому технология приготовления известково-песчаных смесей должна во всех случаях освобождать зерна песка от оболочек.
3. При изготовлении известково-песчаных изделий зерна песка являются в процессе возникновения новообразований активными компонентами, поэтому форма зерен с точки зрения качества изделий имеет важное значение. Как известно, из круглозернистого песка не получается таких прочных известково-песчаных монолитов, какие может дать песок с угловатыми зернами. Молекулярные силы твердого вещества находятся на круглой поверхности в большем равновесии, чем на гранях. Следовательно, шарообразная поверхность зерен является само инертной, и производство качественных силикальцитных материалов из такого песка наиболее трудоемко. Пески с острогранными и угловатыми зернами более пригодны для изготовления силикальцитных изделий, чем пески с полукруглыми и круглыми зернами. Шероховатые матовые поверхности зерен по тем же соображениям должны быть более пригодными, чем гладкие блестящие.
4. От активности вещества поверхности зерен зависит скорость и полнота процессов образования прочной структуры монолита.
Если молекулы вещества зерен природного песка инертны (с точки зрения автоклавного процесса), то после механического дробления зерен вещество новых поверхностей имеет молекулы активные.
На фотографиях песков под микроскопом при увеличении в 40 раз (рис. 1.а, 1,б) хорошо виден характер изменения поверхности песка после обработки на измельчителе-дезинтеграторе «ГОРИЗОНТ—3000МК»®. Окатанные гранулы приобрели четкие угловатые очертания. Изменение цвета песка произошло вследствие очистки поверхности зерен от нежелательных образований. Изменился и характер поверхности, в место блестящей и гладкой, она стала матовой и шероховатой. Процент измельчения песка составил 77 %. Все эти факторы положительно скажутся на физико-механических характеристиках изделий, в которых будет применен молотый песок.
Свойства поверхности зерен природного песка после обработке в дезинтеграторе почти не влияют на качество смесей, так как в процессе дезинтегрирования поверхность зерен многократно возрастает. Если, например, при обработке в дезинтеграторе песка с удельной поверхностью 100 см2/г получается дополнительная поверхность 800 см2/г, то удельная поверхность песка повышается в девять раз, т. е. до 900 см2/г; при этом начальная поверхность в обработанном песке составляет всего лишь 11 %. Поэтому маловероятно, чтобы после такой обработки природные свойства поверхности песка сохранились. Если природная поверхность песка составляла, например, 600 см2/г, а обработка в дезинтеграторе дала прирост поверхности 300 см2/г, то первоначальная поверхность песка составляет 67 % от суммарной поверхности. Так как новая поверхность песка является более активной при запаривании, то прочность образца должна быть ниже при большей площади природной поверхности. Эта разница в прочностях образцов выражается разницей индексов качества.
Об активности молекул поверхности частиц извести, можно сказать, следующее. При запаривании частицы гашеной извести и зерна песка образуют структуру известково-песчаных изделий независимо от того, формуются ли изделия с негашеной или гашеной известью, поэтому достаточно рассмотреть активность молекул поверхности частиц гашеной извести. Как было показано, дисперсность частиц извести после гашения зависит в большей степени от химического и минералогического состава известняка, от режима его обжига и режима гашения извести, чем от того, как размельчаются куски извести до гашения и размельчаются ли они вообще. Размельчение извести до гашения не оказывает значительного влияния на качество гашеной извести. Поэтому замеченный рост прочности силикатного кирпича при увеличении тонкости помола негашеной извести объясняется тем, что смеси после гашения извести недостаточно перемешивались. Гашение извести всегда дает большую дисперсность, чем ее помол в любой мельнице, поэтому гомогенность смеси после гашения извести при тщательном перемешивании должна быть выше, чем у смесей из песка и молотой негашеной извести.
Нет экспериментального материала, определяющего влияние различных способов гашения на активность поверхности частиц гашеной извести. Мы установили, что литые силикальцитные изделия, изготовленные с гашеной в молоко известью при интенсивном смешивании с большим количеством воды, имели несколько большую прочность на сжатие, чем те же изделия, изготовленные с порошком извести, гашеной в гидраторе с небольшим количеством воды. Не установлено, что здесь влияет на прочность: иная структура поверхности частиц извести или большая дисперсность, получаемая при гашении извести в молоко, позволяющая иметь лучшее смешение сырьевых материалов. Последнее более вероятно. Для выяснения, изменяются ли свойства дезинтегрированных смесей и песков при выдерживании, мы произвели следующий опыт.
В дезинтеграторе были размолоты две смеси различной активности и отдельно песок (без извести). Получен песок удельной поверхностью около 1050 см2/г. Из обеих дезинтегрированных смесей различных активностей и из двух смесей, полученных ручным смешиванием дезинтегрированного песка с известью в количествах, равных количеству извести в дезинтегрированных смесях, было изготовлено по три образца. Кроме того, часть дезинтегрированных смесей и дезинтегрированного песка и гашеной извести помещали в стеклянные сосуды с узким горлом и герметически закупоривали. Смеси и песок для изготовления образцов высушивали и помещали в сосуды, для образцов других партий смеси и песок помещали в сосуды с 5%-ной влажностью. Так было приготовлено четыре комплекта стеклянных сосудов. Один комплект был вскрыт через неделю и из хранившихся в них смесей и песка изготовлены точно такие же образцы, как из свежедезинтегрированных смесей и песка. Другая партия образцов была изготовлена через месяц, третья — через два, четвертая — через полгода. Все образцы имели объемный вес 1,8 г/см3 и запаривались в течение 8 час при давлении 10 ати. Подъем давления пара и его снижение производили в течение 1 час. Через сутки после запаривания образцы испытывали на сжатие. Результаты испытаний приведены в табл. 1.
| Способ приготовления смеси | Активность смеси, % CaO | Смесь известь и песок хранились в сосудах | Предел прочности образцов при сжатии в кгс/см2 после выдерживания материалов в течении | Падение прочности образцов после шестимесячного хранения сырьевых материалов | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 сут. | 7 сут. | 1мес. | 2 мес. | 6 мес. | ||||
| Дезинтегри-рованный песок и известь перемешаны в ручную | 6,6 | В сухом виде | 136 | - | 179 | 129 | 108 | 21 |
| При 5 % влажности | 136 | 171 | 183 | 178 | 129 | 5 | ||
| 13,2 | В сухом виде | 485 | 582 | 525 | 477 | 226 | 53 | |
| При 5 % влажности | 485 | 520 | 593 | 386 | 239 | 51 | ||
| В дезинтеграторе | 6,6 | В сухом виде | 350 | 346 | 383 | 316 | 307 | 12 |
| При 5 % влажности | 350 | 362 | 386 | 328 | 294 | 16 | ||
| 13,2 | В сухом виде | 884 | 792 | 877 | 846 | 453 | 49 | |
| При 5 % влажности | 884 | 890 | 893 | 850 | 416 | 53 | ||
Из табл. 1 видно, что при выдерживании дезинтегрированного песка в герметическом сосуде в течение первого месяца его активность повышается, это происходит в большей мере у песка, имеющего 5%-ную влажность. Выдерживание дезинтегрированных смесей и песка до 2 мес. заметно не изменяет прочности образцов. После 6 мес. хранения наблюдается значительное падение прочности, особенно у высокоактивных смесей, доходящее примерно до 50 %. При этом прочность образцов почти не зависит от того, хранился ли дезинтегрированный песок вместе с известью или отдельно, во влажном или сухом состоянии. Поэтому можно полагать, что падение прочности вызвано, главным образом, падением активности дезинтегрированного песка при длительном хранении.
В литературе имеется много данных по вопросу, о влиянии гашения извести вместе с песком на образование структуры изделий. Kosmann считает, что в этом случае известь оказывает на зерна песка химическое действие и изделия дают большую прочность. Но есть утверждения, что при гашении извести с песком возникающие реакции настолько слабы в сравнении с реакцией, образующейся при запаривании, что не оказывают никакого влияния на прочность изделий. Для выяснения этого вопроса мы произвели следующий опыт. 20 кг хорошо перемешанного песка карьера завода «Кварц» делили на две равные части. Одну часть смешивали с таким количеством извести, чтобы активность смеси была не больше 6 % СаО (известь предварительно гасили в порошок и хранили в герметически закрытом сосуде в течение 15 дней). Другую часть песка перемешивали с молотой негашеной известью активностью 93 % (размер ее частиц после помола был не более 0,3 мм) до того же процента активности СаО в смеси. Затем каждую смесь делили еще на две части, из которых одну обрабатывали в опытном дезинтеграторе при 1450 об/мин обеих корзин. Смеси с негашеной известью в жестяном сосуде помещали в опытный автоклав и выдерживали 45 мин. под давлением пара 5 — 6 ати. Затем всем четырем смесям придавали 6%-ную влажность и вновь тщательно перемешивали их. Из каждой смеси прессовали по пять образцов под давлением 200 кг/см2. Все образцы запаривали в одном промышленном автоклаве в течение 8 час, под давлением 10 ати., затем определяли их прочность на сжатие. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Опыт подтверждает, что гашение извести вместе с песком не увеличивает прочности образцов. Незначительное повышение прочности образцов, изготовленных из гашеной извести, по сравнению с образцами из негашеной, объясняется тем, что гашеная в порошок известь гораздо мельче молотой негашеной и поэтому она более равномерно перемешивается с песком.
| Способ приготовления смеси | Смесь | № образца | Предел прочности образцов при сжатии кгс/см2 | Средний предел прочности образцов при сжатии кгс/см2 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Активность, % | Влажность, % | ||||
| Природный песок перемешан с негашеной известью; известь вместе с песком погашена в опытном автоклаве | 6 | 6 | 1 2 3 4 5 |
158 162 144 165 138 |
153 |
| Природный песок перемешан с гашеной известью | 6 | 6 | 1 2 3 4 5 |
168 169 158 155 179 |
354 |
| Природный песок перемешан с гашеной известью; смесь обработана в опытном дезинтеграторе | 6 | 6 | 1 2 3 4 5 |
351 358 365 347 347 |
354 |
| Природный песок перемешан с негашеной известью, смесь обработана в опытном дезинтеграторе, известь вместе с песком погашена в опытном автоклаве | 6 | 6 | 1 2 3 4 5 |
272 327 344 306 341 |
318 |
Детально этот вопрос исследовал Pohl. Он, сравнил влияние разных способов гашения извести на изменение поверхности обычных зерен песка, шлифованных поверхностей Крупных зерен и на изменение прочности изделий и нашел, что гашение извести в смеси с песком не изменяет прочности и не оказывает влияния на другие свойства изделий.
Это позволяет сделать вывод, что гашение извести с песком не влияет на процесс образования структуры изделий.
Авторы комментариев к выдержкам из книги «Основы производства силикальцитных изделий» сотрудники МП «ТЕХПРИБОР» Векслер М.В., Коренюгина Н.В.
