Особенности легкого бетона на пористых заполнителях

В середине XX столетия шведский архитектор Йохан Эриксон доказал, что цемент из смеси гипса и извести не бесполезный материал. При добавлении к этому раствору специальных порообразующих добавок можно получить очень нужный стройматериал.

Схема производства легкого мелкозернистого бетона с использованием «мокрых» отходов производства асбестоцементных изделий

Схема производства легкого мелкозернистого бетона с использованием «мокрых» отходов производства асбестоцементных изделий: 1 — смеситель; 2 — элеватор; 3 — мельница; 4 — растворонасос; 5 — промежуточная емкость; 6 — дозатор; 7 — бетоносмеситель; 8 — бункер с песком; 9 — бункер с цементом; 10 — дозатор.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют объемную массу не менее 1800 кг/м3. Они изготавливаются на основе обычного и быстротвердеющего портландцемента и шлакопортландцемента с добавлением неорганических пористых заполнителей. Для некоторых видов конструктивно-теплоизоляционных и теплоизоляционных пористых материалов используются отходы сельскохозяйственных культур, древесные органические заполнители, вспученные пластмассы, например, в стиропорбетоне.

Легкий бетон в строительстве

Легкие материалы на заполнителях, дающих пористость, применяются в гражданском строительстве для изготовления панелей наружных стен. Такие конструкции имеют ряд преимуществ перед конструкциями, сделанными из других материалов, и изготавливаются в основном однослойными из марок 50-75, объемным весом 800-1500 кг/м3, а иногда двухслойными или трехслойными. Элементы однослойные очень просты в изготовлении, поэтому цена на них невысока. В последнее время стали довольно широко применяться пустотелые панели из легкого материала с предварительно напряженной арматурой. Данные панели активно распространяются в применении из-за своей рациональности.

Таблица теплопроводности легких бетонов

Таблица теплопроводности легких бетонов.

Применение легкого материала во внутренних конструкциях не менее эффективно в несущих перегородках и перекрытиях. Это позволяет существенно снизить вес конструкций и заметно уменьшить затраты на цемент и арматуру. Расширенное применение внутренних элементов из легких материалов позволяет снизить стоимость строительных работ и значительно сэкономить цемент и сталь.

Также применяются крупнопанельные комплексные межэтажные керамзитовые перекрытия с высокой заводской готовностью. Перекрытия выгодно устраивать и на более тяжелых заполнителях, так как чем выше марка бетона, тем меньше влияние объемного веса заполнителя на объемный вес материала.

Виды пористых заполнителей

Неорганические пористые заполнители имеются в разнообразном виде, и, благодаря этому, в любом экономическом районе страны можно изготавливать вид заполнителя, который будет наиболее выгоден по своим технико-экономическим показателям. Пористые заполнители в природе получают дроблением и фракционированием горных пористых пород, таких как известковый и вулканический туф, пемза и другие. Такие заполнители являются самыми дешевыми и получаются без термической обработки. Также недорога и шлаковая пемза, получаемая вспучиванием доменных шлаков.

Заполнители, благодаря которым получается пористость бетона, изготавливаются и искусственным путем: горные породы, такие как вермикулит, перлит, керамзит, обжигаются и вспучиваются. Для изготовления аглопорита используется минеральное сырье: лессовые породы и глинистые, топливные шлаки, золы и другие, которые обжигаются с добавлением измельченного каменного угля в установках агломерации.

Проектные марки прочности

Классификация легких бетонов по признакам вспученного и крупного пористого заполнителя

Классификация легких бетонов по признакам вспученного и крупного пористого заполнителя.

Легкий бетон, имеющий пористость, от всех остальных видов отличается универсальностью. При имеющихся заполнителях, дающих пористость, и при использовании технологических приемов получаются растворы, применяемые в различных строительных отраслях: теплоизоляционные с объемной массой менее 500 кг/м3; конструктивно-теплоизоляционные, предназначающиеся для конструкций ограждения, покрытия зданий и стен, объемной массой до 1400 кг/м3, марки по прочности 35-100; конструктивные, имеющие объемную массу от 1400 до 1800 кг/м3, с высокой морозостойкостью (Мрз 100-300) с марками прочности от 150 до 500.

Читайте также:  Газоблок и пеноблок: разница

Два самых важных свойства легкого бетона определяют его качества: величина объемной массы и проектная марка прочности на сжатие. Например, материал с объемной массой 1000 кг/м3 и с прочностью 75 обозначается так: 75/1000.

От объемной массы заполнителя, дающего пористость, зависит объемная масса слитного строения легкого бетона. Наибольшее его насыщение пористым заполнителем дает очень выгодное сочетание показателей теплопроводности, объемной массы и расхода цемента. При этом уменьшается содержание цементного камня и расход самого цемента, который является самым тяжелым из составных частей изготавливаемого материала.

От 700 до 1400 с шагом в 100 единиц — это установленные марки конструктивно-теплоизоляционного бетона в его стандартном состоянии после сушки до постоянной массы при температуре в 105 градусов по Цельсию. Характеризует пористость данного материала его объемная масса. Увеличение объемной массы означает снижение пористости, при этом возрастает его прочность и увеличивается теплопроводность.

По прочности на сжатие установлены следующие марки: 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500. Для стен обычно используют марку 25 или 35, а из марок 50, 75, 100 делаются крупные стеновые блоки и панели.

Схема соотношения между компонентами в бетонной смеси

Схема соотношения между компонентами в бетонной смеси.

Применяя портландцемент марки от 400 до 600, получают легкие конструктивные марки материала от 150 до 500. Шлаковая пемза, аглопоритовый щебень или керамзитовый гравий при этом служат крупным заполнителем. Заполнитель берется более плотный с объемной насыпной массой 600-800 кг/м3, а кварцевый песок зачастую применяется в качестве мелкого заполнителя. От марки зависит расход портландцемента, и он колеблется от 250 до 600 кг/м3.

Объемная масса легких конструктивных материалов, в которых использован кварцевый песок, доходит до 1800 кг/м3, но у тяжелого материала она больше на 600-700 кг/м3. Поэтому отношение прочности к объемной массе — коэффициент конструктивного качества, при одинаковой прочности у легкого бетона выше примерно в 1,4 раза. Поэтому применение легких пористых бетонов вместо тяжелых очень выгодно там, где достаточно эффективно снижение массы конструкции, например, в конструкциях из железобетона с большими пролетами (пролетное строение мостов, фермы и так далее). При этом расход арматурной стали уменьшается на 15-30%.

Деформативные свойства и теплопроводность

Деформативные свойства тяжелых и легких материалов, имеющих пористость, достаточно сильно отличаются. Легкие, изготовленные на пористых заполнителях имеют большую трещиностойкость, благодаря предельной растяжимости, которая выше в 2-4 раза, чем у равнопрочного тяжелого. Однако легкий бетон имеет усадку и ползучесть большую, чем у тяжелого.

От объемной массы и влажности зависит теплопроводность легкого бетона. Теплопроводный коэффициент повышается на 0,01-0,03 Вт/(м*К), при увеличении влажности материала всего на 1%. От коэффициента теплопроводности и от объемной массы зависит толщина стены, и она может быть от 22 до 50 см.

От морозостойкости зависит долговечность материала. Легкие бетоны, выдерживающие более 15-ти попеременных циклов замораживания и оттаивания, применяются для ограждающих конструкций.

Таблица теплофизических характеристик полистиролбетонов

Таблица теплофизических характеристик полистиролбетонов.

Для влажных промышленных помещений в районах с суровым климатом нужны более морозостойкие легкие бетоны. И эти требования становятся еще выше при применении легкого материала в мостовых конструкциях, гидротехнических сооружениях и им подобным. В таких случаях применяется материал с морозостойкостью марок Мрз50, Мрз100 и Мрз200.

Для легкого морозостойкого материала маркой не ниже 600 и 500 рекомендуют применять портландцемент, изготовленный с умеренным содержанием трехкальциевого алюмината (не более 6-7%) на основе клинкера. В качестве крупного заполнителя для такого материала лучше брать керамзитовый гравий, так как он имеет резервные поры, не заполненные водой в обычных условиях.

Читайте также:  Свойства и применение тяжелого бетона

Показатели морозостойкости

Чем больше в керамзите объем пор, тем выше его морозостойкость. Вода в керамзите, замерзая, расширяется и отжимается в свободные от воды поры, при этом материал не повреждается. Объем пор в керамзите определяют по водопоглощению керамзита при нормальном давлении и под вакуумом. При применении в материале керамзитового песка вместо мелкого заполнителя его морозостойкость резко повышается.

Морозостойкость зависит и от качества цемента и его заполнителей и от строения материала. Оно должно быть слитным, и цементного теста должно быть такое количество, чтобы его хватило на образование оболочек вокруг зерен пористого заполнителя, которые уменьшают водопоглощение этими самыми зернами, что увеличивает стойкость легкого материала.

График зависимости морозостойкости бетона от - максимального относительного увеличения разности объемных деформаций бетонного и стандартного образцов при замораживании

График зависимости морозостойкости бетона от — максимального относительного увеличения разности объемных деформаций бетонного и стандартного образцов при замораживании: 1 — для тяжелого бетона; 2 — для легкого бетона.

Легкие виды материала при оптимальном объеме воды затворения имеют наибольшую морозостойкость. При этом применяемые способы уплотнения обеспечивают компактное размещение твердых составляющих, и это отвечает минимальному коэффициенту выхода. Повышению морозостойкости и созданию оптимальных структур легкого материала способствует применение гидрофобизирующих добавок и оптимальный расход воды.

Если 5-10% воды затворения заменить битумной эмульсией, то повышается такой показатель бетона, как удобоукладываемость, а капиллярное всасывание и водоотделение уменьшается. При введении кремнийорганических жидкостей в 0,1-0,2% от общей массы цемента возрастает морозостойкость. Также применяются канифольное мыло 0,02 — 0,04% и абиетат натрия не более 0,01%.

При помощи опытов показана возможность получения легких материалов, которые будут выдерживать до 800 циклов замораживания/оттаивания, при снижении прочности бетона на пористых заполнителях не более чем на 25%.

Получение легких материалов с малой водопроницаемостью и высокой морозостойкостью чувствительно расширяет возможности их применения.

Такие материалы успешно используются в гидротехническом строительстве, мостостроении и даже при построении судов.

Защитные средства

Конструкции из легкого бетона при средне- и слабоагрессивных средах могут применяться без специальной защиты в том случае, если его показатель проницаемости не будет ниже, чем у тяжелых материалов, применяемых в таких же условиях. В агрессивной среде без опытной проверки применение легких бетонов не разрешается.

Схема устройства пола из легкого бетона с пенополистирольным заполнителем и последовательность технологических операций

Схема устройства пола из легкого бетона с пенополистирольным заполнителем и последовательность технологических операций.

Для построения несущих армированных конструкций легкий материал должен иметь слитную структуру, то есть быть плотным. При такой структуре межзерновые пустоты крупноразмерного заполнителя максимально заполнены цементным раствором. В таком материале не нужна защита от коррозии металлической арматуре. Добавки и вид цемента выбираются согласно тем рекомендациям, которые приняты для эксплуатируемых в данных условиях тяжелых бетонов. При этом нормируется расход цемента и устанавливается дозировка добавок для повышения прочности легкого бетона.

Специальные меры по защите арматуры в материале применяются при недостаточной плотности защитного слоя легкого бетона. Например, металлические детали в конструкциях из такого материала защищают от коррозии оцинкованием.

Водостойкость плотных цементных материалов несущественно отличается от водостойкости бетонов тяжелых. Обычно от кратковременного насыщения водой легкие бетоны уменьшают свою прочность не более чем на 15%.

У конструктивных легких пористых материалов водонепроницаемость высокая. Керамзитобетон с цементным расходом в 300-350 кг/м3 воду не пропускает даже при давлении в 2 МПа. Легкие бетоны имеют малую водопроницаемость, и это подтверждает долговременная эксплуатация различных гидросооружений и испытания напорных труб. Интересно, что водонепроницаемость легких пористых бетонов со временем повышается.