Общефизические свойства керамзита
Общефизическими называют такие свойства, которые характеризуют материал в целом, вне зависимости от внешнего механического, химического или любого другого воздействия на него. Для керамзита и керамдора эта группа выделяется наравне с водно-физической, механической, химической и эксплуатационной. Кроме того, государственные стандарты также нормируют для керамзита его зерновой состав.
Требования к общефизическим свойствам керамзита и керамдора (дорзита, дорожного керамзита), а также методы их определения закреплены в нескольких государственных стандартах и рекомендациях.
Это:
- ГОСТ 32496-2013 «Заполнители пористые для легких бетонов. Технические условия»
- ГОСТ 9758-2012 «Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний»
- Методические рекомендации по применению керамдора в дорожном строительстве
Перейдя по ссылкам выше, вы можете ознакомиться подробнее с этими документами. А мы переходим к описанию отдельных характеристик.
Итак, к общефизическим свойствам керамзита и керамдора относят следующие параметры:
- Пористость
- Плотность (истинная и насыпная)
- Теплопроводность
- Адгезия
- Радиоактивность
На них в первую очередь влияет качество сырья, из которого был произведен керамзит, а также соблюдение всех норм и правил при его производстве. А вот непосредственно во время эксплуатации эти параметры и их показатели изменить уже нельзя.
Дальше мы опишем каждый пункт из этого списка.
Пористость керамзита
Эта характеристика показывает, сколько пор содержится в общем объеме материала. Измеряется показатель в процентах.
Керамзит – материал высокопористый. Это его состояние достигается при производстве, во время обжига глины. Температура при этом должна подниматься очень быстро, чтобы газы не успели выйти из вспучивающейся глины. В итоге они остаются внутри, под плотной спекшейся оболочкой.
В разрезе это выглядит примерно вот так:
Если вы хотите узнать больше об этом процессе, рекомендуем прочитать нашу статью Производство керамзита – из чего делают керамзит.
Пористость бывает:
- Открытая (кажущаяся)
- Закрытая
- Общая (она же истинная, физическая)
Открытая пористость, как может быть понятно из названия, характеризует открытые поры на поверхности керамзита. Они часто сообщаются между собой, легко заполняются жидкостью или газом. Определяется открытая пористость как отношение объема открытых пор к общему объему материала.
Закрытая пористость характеризует внутренние поры. Они замкнутые, друг с другом не сообщаются.
Общая пористость определяется как отношение суммарного объема всех пор керамзита к его объему. При этом учитываются и открытые поры, и закрытые.
У керамзита пористость высокая – на некоторых заводах она может достигать 65-75%. Кажущаяся плотность материала может достигать 65%, а закрытая – 50%. Но все, конечно, индивидуально. А открытая пористость вообще напрямую зависит от количества в общей массе керамзита расколотых зерен.
Вот как данный параметр влияет на другие характеристики керамзита:
- Уменьшает его вес
- Уменьшает плотность
- Увеличивает теплоизоляционные свойства
- Уменьшает прочность
- Увеличивает водопоглощение
- Уменьшает морозостойкость
Пористость керамзита определяют во время испытаний в лаборатории. Для этого используется сложная формула. Показатель пористости зерен керамзита вычисляют путем расчета по значениям истинной и средней плотности зерен заполнителя. Об этих характеристиках мы и расскажем далее.
Плотность керамзита
Под плотностью понимают отношение массы керамзита к его объему. Обозначается параметр буквой «ρ».
Она может быть двух видов:
- Истинная
- Насыпная
Давайте посмотрим, чем они отличаются друг от друга.
Истинная плотность керамзита
Истинной называют такую плотность, которая характеризует отношение массы керамзита к его истинному объему без учета пор и пустот. Измеряется показатель в г/см3.
На практике узнать истинную плотность керамзита достаточно сложно. Ведь мы уже знаем, что керамзит – это материал с высокой пористостью. Так как же у него можно вычислить истинную плотность?
Ответ прост – только в лаборатории.
Методика тут следующая:
- Исследуемый образец керамзита перемалывают в мелкий тонкодисперсный порошок. Он должен спокойно проходить через сито с размером ячеек 0,08 мм. Также материал следует просушить до постоянной массы и охладить до комнатной температуры.
- Далее образец массой 15 г высыпают в чистый высушенный и предварительно взвешенный прибор – пикнометр. Потом его снова взвешивают вместе с порошком.
- Затем в пикнометр наливают дистиллированную воду, чтобы он был заполнен не более чем на 1/2 своего объема.
- Потом прибор ставят в слегка наклонном положении на песчаную или водяную баню и кипятят содержимое в течение 15-20 минут для удаления из него пузырьков воздуха.
- Далее пикнометр обтирают, охлаждают до комнатной температуры и доливают воду до специальной отметки. После этого его взвешивают.
- Затем пикнометр освобождают от всего содержимого, промывают, наполняют до специальной метки дистиллированной водой комнатной температуры, обтирают мягкой тканью и снова взвешивают.
- Вычисляется истинная плотность керамзита по следующей формуле:
Как вы понимаете, такое исследование – достаточно трудоемкое. И не всегда показатель истинной плотности действительно важен на практике. Куда большее значение для керамзита имеет насыпная плотность. Как раз о ней – в следующем разделе.
Насыпная плотность керамзита
Под насыпной плотностью керамзита понимают отношение его веса к объему в свободной засыпке, то есть без дополнительного уплотнения. Отсюда и единицы измерения – кг/м3 (г/см3, т/м3). При этом показатель учитывает не только сам материал, но и поры внутри него, и промежутки между отдельными зернами. В этом – главное отличие этого параметра от истинного, описанного выше.
В зависимости от того, какую насыпную плотность имеет керамзит, ему присваиваются марки. Они обозначаются буквой «М».
Всего их 15:
- М150
- М200
- М250
- М300
- М350
- М400
- М450
- М500
- М600
- М700
- М800
- М900
- М1000
Данные о соответствии марок и показателя насыпной плотности даны в следующей таблице.
Соответствие марок и показателя насыпной плотности керамзита
Марка керамзита по насыпной плотности | Показатель насыпной плотности (кг/м3) |
М150 | 100-150 |
М200 | 150-200 |
М250 | 200-250 |
М300 | 250-300 |
М350 | 300-350 |
М400 | 350-400 |
М450 | 400-450 |
М500 | 450-500 |
М600 | 500-600 |
М700 | 600-700 |
М800 | 700-800 |
М900 | 800-900 |
М1000 | 900-1000 |
Для вашего удобства ниже мы разместили эту таблицу в виде картинки:
ГОСТ 32496-2013 также нормирует минимальную и максимальную марки по плотности для разных видов керамзита. Эти данные мы разместили в следующей таблице.
Минимальная и максимальная марки по насыпной плотности для разных видов керамзита
Разновидность керамзита | Марка по насыпной плотности… | |
минимальная | максимальная | |
Гравий и щебень | М150 | М800 |
Песок | М250 | М1000 |
Для вашего удобства ниже мы разместили эту таблицу в виде картинки:
Таким образом, насыпную плотность 100-200 кг/м3 могут иметь только гравий или щебень, а 800-1000 кг/м3 – только керамзитовый песок.
На этот параметр влияют:
- Размер и форма зерен керамзита
- Его вид
- Влажность
- Пористость
Так, благодаря своей высокой пористости керамзит всегда будет легче песка, щебня, отсева и прочих материалов. Влажный материал всегда будет тяжелее сухого, а мелкий керамзитовый песок – тяжелее керамзитовых гравия и щебня.
Показатель насыпной плотности важен по нескольким причинам:
- Для того, чтобы переводить вес в объем и обратно
- Для того, чтобы правильно рассчитать количество единиц транспорта, необходимых для перевозки купленного материала
Подробно об этой характеристике вы можете прочитать в нашем разделе Насыпная плотность сыпучих материалов.
Для керамдора плотность вообще является одним из основных критериев качества.
Для него она характеризуется двумя показателями:
- Объемным весом
- Водопоглощением
О последнем параметре вы можете прочитать в нашей статье Водно-физические свойства керамзита, в разделе Водопоглощение керамзита.
В зависимости от объемного веса и водопоглощения, керамдор разделяется на три марки. Информацию об их показателях мы разместили в следующей таблице.
Марки керамдора в зависимости от его объемного веса и водопоглощения
Марка керамдора | Объемный вес, г/см | Водопоглощение, % |
I | Более 2,2 | Менее 7% |
II | 2,2-2,0 | Менее 7% |
III | 2,0-1,8 | Не нормируется |
Для вашего удобства ниже мы разместили эту таблицу в виде картинки:
Вот что еще важно отметить:
Марки по насыпной плотности керамзита соотносятся с такой характеристикой материала как прочность. О ней мы подробно рассказывали в нашей статье Механические свойства керамзита, в разделе Прочность керамзита. Далее же мы рассмотрим их зависимость друг от друга. Информацию об этом вы найдете в следующей таблице.
Соотношение марок керамзита по насыпной плотности и прочности
Марка керамзита по насыпной плотности | Марка керамзитовых гравия и щебня по прочности |
М150 | П15 |
М200 | П25 |
М250 | П25 |
М300 | П35 |
М350 | П50 |
М400 | П50 |
М450 | П75 |
М500 | П100 |
М600 | П125 |
М700 | П150 |
М800 | П200 |
М900 | П250 |
М1000 | П300 |
Для вашего удобства ниже мы разместили эту таблицу в виде картинки:
Таким образом, зная прочность керамзита, можно узнать его насыпную плотность, и наоборот. Это удобно, если вам по какой-то причине известен только один показатель.
Теплопроводность керамзита
Керамзит часто используют в работах по утеплению. Именно поэтому данное свойство для него очень важно. Оно показывает его способность проводить тепло. Характеризуется параметр коэффициентом теплопроводности и показывает, какое количество тепла пройдет через единицу толщины материала за единицу времени.
Измеряется теплопроводность в Вт/(м*К). Чем ниже значение, тем лучше теплоизоляционные свойства материала и тем меньший слой его понадобится для утепления.
Коэффициент теплопроводности керамзита находится в диапазоне от 0,07 до 0,2 Вт/(м*К). На самом деле, это не самый лучший показатель среди строительных материалов в целом и утеплителей в принципе. Чтобы убедиться в этом, давайте посмотрим на нашу следующую таблицу.
Таблица теплопроводности разных строительных материалов
Материал | Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К) |
Пенополиуретан (поролон) | 0,029-0,041 |
Стекловата | 0,03-0,05 |
Минеральная вата | 0,03-0,09 |
Пенополистирол | 0,035-0,05 |
Вспученный вермикулит | 0,048-0,076 |
Вспученный перлит | 0,05-0,07 |
Торфоплиты | 0,05-0,1 |
Керамзит | 0,07-0,2 |
Пеностекло | 0,07-0,2 |
Шунгизит | 0,08-0,1 |
Арболит | 0,08-0,18 |
Полистиролбетон | 0,11-0,21 |
Аглопорит | 0,12-0,26 |
Газобетон | 0,14-0,26 |
Картон облицовочный | 0,1-0,2 |
Дерево | 0,1-0,2 |
Песок сухой | 0,2-0,3 |
Керамзитобетон | 0,2-0,7 |
Пенобетон | 0,2-0,3 |
ДСП | 0,2-0,3 |
Полиэтилен | 0,3-0,4 |
Шлакобетон | 0,3-0,5 |
Силикатный пустотелый кирпич | 0,5-0,68 |
Керамический полнотелый кирпич | 0,5-0,8 |
Силикатный полнотелый кирпич | 0,7-0,8 |
Стекло | 0,7-1,1 |
Эмаль | 0,8-1,2 |
Базальт | 1,3 |
Тяжелый бетон | 1,5-1,7 |
Мрамор | 2-3 |
Гранит | 3-4 |
Кварц | 8 |
Для вашего удобства ниже мы разместили эту таблицу в виде картинки:
Материал, у которого коэффициент теплопроводности выше 0,2 Вт/(м*К), лучше не использовать в работах по утеплению.
Теплопроводность различных строительных материалов определяется по ГОСТ 30256-94. Для этого используется метод цилиндрического зонда. Он основан на зависимости температуры внедренного в материал нагреваемого тела (зонда) от теплопроводности окружающего зонд материала. Подробно об этой методике вы можете прочитать в государственном стандарте по ссылке выше.
Отметим, что на теплопроводность керамзита влияют его:
- Зерновой состав
- Пористость
- Влажность
- Водопоглощение
- Насыпная плотность
В следующем разделе мы расскажем о таком свойстве керамзита как адгезия.
Адгезия керамзита
Под адгезией понимают способность одних веществ сцепляться с другими. Она объясняется молекулярными взаимодействиями в поверхностном слое. Ярким примером адгезии является сцепление вяжущего вещества (например, цемента) с крупным и мелким заполнителем в составе бетонной смеси.
Как это работает? Объясним на простом примере все того же приготовления бетона.
В его состав традиционно входит несколько компонентов:
- Вяжущее (цемент, гипс, известь и другие)
- Заполнитель (мелкий и/или крупный)
- Затворитель (вода)
- Добавки (необязательно)
Прежде всего необходимо смешать вяжущее (например, цемент) с заполнителями. Их хорошо перемешивают, чтобы все компоненты – особенно вяжущее – равномерно распределились между друг другом. Далее в сухую смесь добавляется вода, которая тут же вступает в химическую реакцию с цементом. Начинается процесс гидратации – молекулы воды соединяются с молекулами минералов вяжущего, образуя кристаллы. В итоге цемент из рассыпчатого материала превращается сначала в клей, связывая между собой все компоненты, а затем – в твердый камень. Так вот это связывание цементом всех отдельных материалов в один и есть адгезия.
При этом важно отметить: адгезия будет лучше, если компоненты в составе смеси имеют не гладкую, а шероховатую и пористую поверхность. В этом случае вяжущее сможет проникнуть в поры компонентов, глубже и крепче сцепляясь со всеми их неровностями.
Посмотрите вот на этот схематичный рисунок:
На рисунке 1 видно, как цемент обволакивает гладкую поверхность. По сути, он ничем не сцеплен с образцом и поэтому легче сможет от него отделиться. А вот чтобы разъединить цемент и образец на рисунке 2, потребуется приложить достаточно усилий. Ведь вяжущее проникло в каждую клеточку материала, и его оттуда не так-то просто будет достать.
Первый случай характерен для округлого и гладкого гравия, галечника. Второй рисунок показывает, например, сцепление вяжущего с щебнем. Но какая адгезия у керамзита?
Тут ответ тоже достаточно прост: керамзит – пористый материал. Причем поры у него находятся не только внутри: даже на плотной спекшейся керамической оболочке они тоже присутствуют (порой их сложно разглядеть невооруженным глазом, но они есть). В них легко проникает вяжущее, крепче сцепляется с поверхностью – и даже лучше, чем с щебнем. Это в свою очередь повышает долговечность, прочность и химическую стойкость будущего керамзитобетона.
Радиоактивность керамзита
Все материалы на планете имеют свой радиационный фон. Особенно это актуально для стройматериалов, которые получают из горных пород: щебня, отсева и, конечно, керамзита. При этом конечные продукты будут иметь тот же радиационный фон и ту же концентрацию естественных радионуклидов, что и горная порода, из которой их получили.
Керамзит производится из глины. Она должна соответствовать определенным требованиям. Иначе говоря, нельзя производить керамзит из любого глинистого сырья, накопанного на речке или дачном участке. Подробно об этом мы рассказывали в нашей статье Производство керамзита.
Глины могут иметь различный радиационный фон: от низкого до высокого. Все зависит от ее состава, происхождения, места добычи. В итоге концентрация нуклидов в ней варьирует в широких пределах.
Чаще всего глина, конечно, имеет повышенный радиационный фон. Кто-то объясняет это высоким содержанием в ней калия, кто-то – повышенной способностью глиняных пород поглощать катионы радиоактивных элементов. При этом разные источники утверждают, что древние глины имеют очень высокую концентрацию опасных радионуклидов. То же и с глубоководными глинистыми осадками. А вот глинистые сланцы, якобы, наоборот, менее радиоактивны.
Но в любом случае перед производством керамзита сырье обязательно нужно проверять на радиоактивность. Кроме того, надо учитывать, что этот показатель может увеличиваться или уменьшаться в процессе обжига.
Посмотрим вот на это исследование, опубликованное в электронном научном журнале «Инженерный вестник Дона». В нем описано влияния тепловой обработки на радиоактивность глинистых горных пород и материалов.
Для эксперимента были отобраны три вида глин. Для каждой была определена удельная активность естественных радионуклидов при помощи сцинтилляционного гамма-спектрометра. После этого материалы были подвергнуты постадийной тепловой обработке и снова проверены на радиоактивность. Результаты показали, что удельные активности и эффективная удельная активность естественных радионуклидов в процессе обжига изменялась различным образом.
При этом каждый радиоактивный нуклид – калий, радий и торий – вел себя по-разному:
- Удельная активность калия увеличивалась в интервале температур от 20°С до 600°С, а повышение температуры обжига до 1500°С, наоборот, привело к значительному уменьшению удельной активности
- Удельная активность радия сначала уменьшалась в интервале температур 20-250°С, а затем повышалась вплоть до 650°С; после этого удельная активность радия снижалась по пологой кривой, достигая минимальных значений
- Удельная активность тория возрастала вплоть до температур 900°С, после чего начала снижаться почти до минимальных активностей
В результате долгих расчетов и вычислений было выявлено, что увеличение температуры обжига глинистого сырья на определенном этапе приводит к уменьшению удельных и эффективной удельной активности естественных радионуклидов. Однако при этом необходимо учитывать, что температуру обжига нужно контролировать и по возможности уменьшать, снижая тем самым расходы на топливо.
Радиоактивность всех строительных материалов нормируется ГОСТ 30108-94. Она обозначается «Аэфф», измеряется в Бк/кг.
Безопасными считаются керамзит и керамдор с радиоактивностью менее 370 Бк/кг. Это I класс безопасности. Его можно использовать повсеместно, даже для мульчирования растений в доме.
Керамзит II класса имеет радиоактивность от 370 до 740 Бк/кг. Его можно применять в дорожном строительстве в пределах населенных пунктов, а также в зонах перспективной застройки и при возведении производственных сооружений.
Для дорожного строительства вне населенных пунктов допускается использование керамзита и керамдора с радиоактивностью III класса, с показателем до 1500 Бк/кг. Если же содержание естественных радионуклидов в керамзите еще больше, этот материал строго запрещается использовать (либо только по согласованию с Госкомсанэпиднадзором).
Подведем итог.
Общефизические свойства характеризуют керамзит в целом, вне зависимости от внешнего механического, химического или любого другого на него воздействия. В эту группу относят такие свойства как пористость, плотность (истинная и насыпная), теплопроводность, адгезия, радиоактивность, содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений. Все они во многом зависят от качества исходного сырья и непосредственного производства материала.
О других характеристиках керамзита и керамдора вы можете прочитать в наших статьях по теме:
- Водно-физические свойства керамзита
- Зерновой состав керамзита
- Механические свойства керамзита
- Химические свойства керамзита
- Эксплуатационные свойства керамзита
Также читайте нашу обзорную статью Характеристики и свойства керамзита.