Метод фракционного анализа по объемному весу и оценки степени однородности пористых заполнителей

В лаборатории легких заполнителей Всесоюзного научно-исследовательского института новых строительных материалов (ВНИИНСМ) АСиА СССР разработан метод фракционного анализа пористых заполнителей для бетона и оценки их однородности.

Пористые заполнители для легкого бетона искусственные (керамзит, шлаковая пемза, аглопорит и т. п.) и природные (вулканические шлаки, туфы, пемза и т. п.) характеризуются значительной неравномерностью. Они представляют собой смесь зерен, прочность которых колеблется в 4-—5 раз, а объемный вес — в 2—3 раза. Столь значительные колебания качества заполнителей снижают технико-экономические показатели их применения: наличие слабых зерен приводит к увеличению расхода цемента для получения бетона требуемой марки, а тяжелые зерна ухудшают его теплопроводность.

Наши экспериментальные исследования показали, что разделение пористых заполнителей на группы по объемному весу дает возможность значительно улучшить качество приготовляемого на нх основе легкого бетона. Путем обогащении можно из общей массы выделить наиболее легкие фракции для производства изделий, применяемых в наружных ограждениях, и тяжелые, наиболее прочные — для конструктивного бетона.

Для определения степени равномерности пористых заполнителей нами разработан метод фракционного анализа, позволяющий установить процентное содержание частиц разного объемного веса в общей массе материала.

Каждое дачное количество зерен заполнителя, полученное в результате разделения пробы, подвергается испытанию для определения объемного веса в куске, объемного насыпного веса, прочности, зернового состава, потерь в весе прн прокаливании (для топливных шлаков) и т. п. На заполнителях соответствующего объемного веса изготовляют контрольные кубы для выявления качества получаемого бетона. Построением кривых зависимости свойств заполнителя от процентного содержании в массе отдельных групп зерен разного объемного веса можно получить ряд других зависимостей при разделении заполнителя по любому заданному объемному весу только на две группы.

Как известно, фракционный анализ полезных ископаемых производится путем последовательного погружения пробы в жидкости разных удельных весов. Частицы, объемный вес которых меньше удельного веса жидкости, всплывают, а в обратном случае—тонут. Таким образом, исследуемый материал рассортировывается на группы соответствующего объемного веса, и качество зерен каждой группы исследуется по определенной программе.

Такой метод анализа неприемлем для оценки свойств пористых заполнителей. При погружении в жидкость они насыщаются ею, что искажает истинное значение основного показателя — объемного веса. Кроме того, некоторые пористые заполнители по своему объемному весу легче воды и поэтому всплывают Подобрать же легкие жидкости, удобные для исследования промышленных проб, затруднительно.

Метод анализа, впервые в нашей и зарубежной практике разработанный и предложенный ВНИИНСМом, подобен фракционному анализу в жндкостях, но с той разницей, что жидкость заменяется сухой псевдоожиженной средой из сыпучего материала разного удельного веса, непрерывно продуваемого воздухом («кипящий слой»). При этом восходящий поток воздуха, проходя сквозь сыпучий слой, приводит его в легкоподвижное состояние, подобное жидкости.

При соблюдении определенных условий в псевдоожиженной среде (называемой в дальнейшем утяжелителем) действует закон Архимеда.


Эти условия следующие: мелкозернистый материал, из которого создается среда, должен быть представлен ограниченной по крупности фракцией (например, 0,15—0,3 мм). При отступлении от этого правила происходит классификация самого утяжелителя н удельный вес его по глубине слоя становится переменным; количество воздуха, продуваемого в процессе обогащения материала, не должно превышать более чем в 1.5— 2 раза расход воздуха, при котором начинается псевдоожнженне слоя (устанавливается опытным путем). В противном случае слой очень буоно «кипит», что нарушает точность разделения; высота слоя должна разняться 3— 4 диам. максимального размера зерна испытуемого заполнителя В случае большей высоты в сыпучем слое образуются воздушные пузырьки нарушающие процесс разделения.

При соблюдении указанных условий градиент давления по глубине пропорционален удельному весу среды.

Для фракционного пористых заполнителей необходимо иметь утяжелители с удельными весам л. эквивалентными жидкостям — от 0.4 до 2 г/сл.

Подбирать состав псездоожиженион среды рекомендуется из природного песка и молотых материалов: керамзита, кирпича, руды н т. п. Путем создания равнокипящих смесей из двух утяжелителей получается весь необходимый диапазон удельных весов среды.

При наших опытах фракционный анализ производился в бачке (рис. 1) диам. 350 мм, высотой 250 мм с пористым дном из технического фетра. В качестве вентилятора служил пылесос типа «Уралец», но можно использовать и любой другой источник, дающий до 18 кг/см2) При таком соотношении практически исключается влияние характеристик случайных зерен на показатель равномерности. Коэффициент равномерности исследуемой пробы керамзита в этом случае будет равен 5

Таким же образом из кривых обогатимости определяется коэффициент равномерностн заполнителя по другим показателям насыпному весу, зерновому составу и т п. По кривым могут быть определены свойства заполнителя при выделении заданного процента легких зерен той или иной фракции, определяемого материальным балансом потребления легких фракций для бетона, идущего на наружное ограждение, и тяжелых фракций для конструктивного бетона

Если из всей пробы керамзита на кривых фракционного анализа, приведенных в примере, выделить 35% легких зерен, то прочность их будет равна 26 кг/см2, а прочность остальных 65% тяжелых зерен составит 55 кг/см2. Удельный вес псевдоожиженной среды для разделения заполнителя на две фракции (по кривой у) равен 0,66г/сл3.

По результатам исследования пористых заполнителей методом фракционного анализа можно установить:

степень равномерности массы заполнителя по объемному весу, прочности и т. п.;

технико-экономическую целесообразность обогащения данного пористого заполнителя в целях выделения из него двух фракций по объемному весу, возможность улучшения качества заполнителя путем удаления легких, но вредных примесей (несгоревшие частицы угля в топливных шлаках) тяжелых фракций (отвальные доменные шлаки) и т п.;

ожидаемую практическую точность разделения с тем, чтобы принять оптимальное решение по методу обогашения


При наличии в дробильно сортировочном узле завода или цеха обогати тельных аппаратов для фракционирования заполнителя по объемному весу, фракционный анализ является обязательным для контроля и наладки процесса обогащения

Исследования и предварительные технико-экономические расчеты показывают, что обогащение пористых заполнителей может дать общее снижение расхода заполнителей на 1 м3 бетона и веса его примерно на 10—15% и экономию цемента для конструктивного бетона порядка 2—5%.

В настоящее время ВНИИНСМом разрабатываются методические указания по фракционному анализу пористых заполнителей по объемных весу.