Легкие бетоны, их классификация и основные свойства

Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 40%) и сравнительно небольшой средней плотностью

(500... 1800 кг/м³), широко применяются для изготовления не­сущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций. В легком бетоне в качестве заполнителей ис­пользуют песок и щебень из пемзы, вулканического туфа, по­ристого известняка и доломита, известняка-ракушечника, из­весткового туфа, опоки, трепела, диатомита, топливных шла­ков, пористых металлургических шлаков, вспученных при об­жиге керамзита, термозита, перлита, вермикулита.

По виду применяемого крупного пористого заполнителя легкие бетоны разделяют на керамзитобетон, аглопоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т.д.

По структуре рассматриваемые бетоны разделяют на следующие основные виды:

□ обыкновенные легкие бетоны, приготавливаемые из вя­жущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей при полном заполнении раствором пустот между зернами крупно­го заполнителя. Количество вовлеченного в бетонную смесь воздуха не превышает 6% объема;

□ крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в которых зерна крупного заполнителя покрыты тонким слоем це­ментного теста, а межзерновые пустоты остаются свободны­ми. Крупнопористая структура содержит более 25% пустот, за­полненных воздухом;

□ поризованные легкие бетоны на основе вяжущего веще­ства и порообразователя, в структуре которых возникают воз­душные ячейки. Это повышает пористость цементного раство­ра и тем самым снижает плотность бетона.

По назначению легкие бетоны на пористых заполните­лях разделяют на следующие виды:

□ теплоизоляционные — средней плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/м³, теплопроводностью не более 0, 25 Вт/(м • °С), применяемые для изготовления теплоизоляци­онных плит и других изделий;

□ конструкционно-теплоизоляционные со средней плот­ностью 500...1400 кг/м³, прочностью не ниже М35, теплопровод­ностью не более 0, 6 Вт/(м • °С), используемые в несущих и само­несущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);

□ конструкционные - средней плотностью 1400... 1800 кг/см³, прочностью не ниже М50, морозостойкостью F15 и выше, приме­няемые в несущих конструкциях.

По виду вяжущих веществ различают легкие бето­ны цементные, известковые, гипсовые, на смешанном вяжу­щем и жидком стекле. Для легких бетонов неавтоклавного твердения применяют портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент, а также быстротвердеющий портландцемент. В качестве заполнителей для легких бе­тонов используют природные или искусственные пористые ка­менные материалы, от свойств и качества которых зависят свойства приготовленного бетона.

Основные свойства легких бетонов на пористых заполните­лях - плотность, теплопроводность, прочность и морозостой­кость. Для того чтобы получить легкий бетон с заданными свойствами, необходимо не только выбрать исходные состав­ляющие материалы, но и правильно подобрать состав бетона.

Средняя плотность бетона зависит главным образом от на­сыпной плотности и зернового состава заполнителей, расхода вяжущего вещества и воды. Отношение насыпной плотности крупного пористого заполнителя к плотности полученного на нем бетона для обыкновенного легкого бетона равно в среднем 0, 5, а для малопесчаного и поризованного - 0, 6. Например, на керамзите насыпной плотностью 500 кг/м³ можно получить керамзитобетон плотностью около 1000 кг/м³.

Теплопроводность колеблется в широких пределах - от 0, 07 до 0, 7 Вт/(м • °С). На ее величину оказывают существенное влияние плотность бетона, характер пористости и другие фак­торы. С увеличением плотности теплопроводность бетона по­вышается. Теплоизоляционные легкие бетоны теплопровод­ностью менее 0, 2 Вт/(м● °С) получают при использовании очень легких заполнителей, например вспученного перлита.

Прочность легкого бетона зависит от прочности цементно­го камня и заполнителей, прочность которых значительно ни­же прочности заполнителей, применяемых в тяжелых бетонах. В случае армирования конструкций используют легкий бетон с

плотной структурой. Расход цемента на 1 м³ бетонной смеси в этих случаях должен быть не менее 200 кг.

Морозостойкость легкого бетона зависит от вида и коли­чества вяжущего вещества и морозостойкости заполнителя. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозо­стойкостью, которая возрастает с увеличением количества це­мента. Морозостойкие легкие заполнители (пемза, керамзит, аглопорит) позволяют получать бетон морозостойкостью F25...F100.

Ячеистые бетоны получают из смеси вяжущего вещества и газо- или пенообразующих добавок, в которой отсутствуют крупные заполнители, а иногда- и песок. При твердении смеси ячеистого бетона получают высокопористый каменный мате­риал с равномерно распределенными воздушными порами (до 85% общего объема бетона) в виде замкнутых ячеек, заполнен­ных воздухом или газом. Образовавшиеся поры представляют собой замкнутые ячейки диаметром 1...2 мм, разделенные тон­кими стенками затвердевшей бетонной смеси.

Пенобетон приготавливают путем смешивания цементного теста или раствора с отдельно приготовленной устойчивой пе­ной. В качестве пенообразователя применяют жидкие смеси ка­нифольного мыла и животного клея или водного раствора сапо­нина (вытяжки из растительного мыльного корня), а также пре­парат ГК (гидролизованная кровь с боен). Пенобетонную смесь приготавливают в пенобетоносмесителях. В автоклаве при тем­пературе 175... 190 °С и давлении пара 0, 8... 1, 6 МПа гидроксид кальция интенсивно взаимодействует с кремнеземистым компо­нентом. При этом образуется гидросиликат кальция, обладаю­щий довольно высокими прочностью и долговечностью.

Газобетон готовят из смеси цемента (иногда с добавкой из­вести), кремнеземистого компонента и воды с введением в уже перемешанную смесь газообразователя - алюминиевой пудры, пергидроля (водный раствор пероксида водорода Н₂О₂) и др. Наиболее распространенный газообразователь - тонкодисперс­ный алюминиевый порошок (пудра). Процесс газообразования происходит в результате химического взаимодействия алюми­ния и гидроксида кальция. После вызревания в формах газобе­тон обычно подвергают ускоренному твердению в автоклавах. Применяя автоклавную обработку, можно не только обеспечить получение изделий с высокой прочностью, но и значительно снизить расход цемента путем частичной или полной замены его известью. В последнем случае получают газосиликаты.

Ячеистые бетоны имеют следующую прочность при сжа­тии: 1, 5; 2, 5; 3, 5; 5, 0; 7, 5; 10, 0; 15, 0 МПа. Установлены следу­ющие марки ячеистого бетона по морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75, F100. Для панелей наружных стен применяют ячеистый бетон марок F15, F25 (в зависимости от влажности в помещениях и климатических условий). Удельная теплоем­кость ячеистого бетона составляет в среднем 0, 84 кДж/(кг● °С).

Ячеистый бетон плотностью 700...800 кг/ м³ при 70...80%-й относительной влажности воздуха и температуре 20 °С имеет усадку 0, 4...0, 6 мм/м.

Крупнопористые бетоны в большинстве случаев приго­тавливают из цемента, крупного заполнителя (щебня или гра­вия) и воды. Цементный камень соединяет отдельные зерна крупного заполнителя по плоскостям их взаимного контакта.

Такой бетон называют беспесчаным. Средняя плотность этого

бетона в воздушно-сухом состоянии- 1700... 1900 кг/м³. Коэф­фициент теплопроводности крупнопористого бетона на плот­ных заполнителях - от 0, 6 до 1 Вт/(м•°С). Это наименее эф­фективный по теплозащитным свойствам легкий бетон. Луч­шими теплозащитными свойствами обладают крупнопористые бетоны на пористых заполнителях. Для теплозащиты помещений стены зданий из крупнопорис­того бетона обязательно оштукатуривают с двух сторон. Марки крупнопористого бетона определяют так же, как и тяжелого.

Для улучшения теплофизических свойств легкого бетона на пористом заполнителе применяют поризацию растворной час­ти бетона или заменяют ее поризованным цементным камнем, т.е. готовят легкий бетон на крупном пористом заполнителе без песка. К поризованным легким бетонам относят бетоны, содержащие более 800 дм³ легкого крупного заполнителя, у которых объем воздушных пор составляет 5...25%. Пориза­цию таких бетонов осуществляют либо предварительно приго­товленной пеной, либо за счет введения газообразующих или воздухововлекающих добавок.

Прочность поризованного бетона может быть равна 5... 10 МПа, а плотность - 700... 1400 кг/м³. Как правило, обжиго­вые пористые материалы (керамзит и др.) при одной и той же плотности имеют более высокую прочность, чем пористый раствор. Поэтому максимальное насыщение поризованного легкого бетона керамзитом (0, 90... 1, 15 m³/ м³) способствует повышению его прочности или понижению расхода цемента.

Предел прочности бетона можно определить молотком Кашкарова, состоящим из корпуса, стакана, пружины, голов­ки, индентера (шарика) и эталонного стержня (рис. 9.6).

Метод основан на установлении зависимости между про­чностью бетона и соотношением диаметров отпечатков на бе­тоне и стальном эталонном стержне. Молотком ударяют по по­верхности бетона, причем головка молотка должна быть пер­пендикулярна к бетонной поверхности. Удары наносят или не­посредственно молотком Кашкарова (рис. 9.7, а), или после установки молотка на поверхность бетона слесарным молот­ком массой 1 кг по головке эталонного молотка (рис. 9.7, б). От удара на поверхности бетона возникает круглый отпечаток, а на поверхности эталонного стержня - эллипсоидный. Расстоя­ние между отпечатками на бетоне должно быть не менее 30 мм на эталонном стержне - 10... 12 мм. После нанесения серии ударов отпечатки на поверхности бетона нумеруют и измеря­ют диаметры отпечатков на бетоне и наибольшие размеры от­печатков по оси эталонного стержня. Затем для каждой серии испытаний суммируют размеры отпечатков на бетоне и стерж­не и определяют косвенную характеристику равную отношению суммы диаметров отпечатков на бетоне и стержне.

При определении прочности бетона целесообразно пользо­ваться унифицированной градуировочной зависимостью Н -0, приведенной на рис 9.8.

Для этого следует вычислить коэффициент совпадения, который равен отношению средней фактической плотности бетона, определенной на прессе путем разрушения образцов, к средней прочности бетона, определен­ной с помощью эталонного молотка:

Средняя плотность бетона в конструкции рассчитывается как произведение прочности бетона по унифицированной за­висимости на коэффициент совпадения:

Привязку унифицированной зависимости выполняют на 25 сериях образцов.