Материалы для ячеистых бетонов

 

Вяжущие. Для изготовления ячеистого бетона применяют: известковые, цементные, смешанные и зольные вяжущие. Известковые вяжущие содержат негашеной строительной воздушной извести более 50 % по массе с добавками шлака, гипса или цемента до 15 % по массе. От качества извести зависят реологические свойства ячеистобетонной смеси, пористость, кинетика созревания и максимальная температура ячеистобетонного сырца. Следует применять известь с содержанием активных СаО+МgO не менее 70 % (лучше 80 %), с содержанием MgO не более 3 %, пережога не более 2 %, со скоростью гашения от 5 до 15 мин, тонкостью помола – 5500–6000 см²/г, с выходом известкового теста 1,8–2,2 л/кг..

Цементное вяжущее содержит портландцемента 50 % и более. Портландцемент и шлакопортландцемент должны иметь марку 400, содержание минерала С₃А в клинкере не более 6 %, начало схватывания не ранее 2 ч и не позднее 4 ч, удельную поверхность 2500–4000 см²/г.

Смешанные вяжущие состоят из портландцемента от 15 до 50 % извести или шлака или шлакоизвестковой смеси. Удельная поверхность вяжущего из извести и шлака должна быть не менее 5000 см²/г.

Шлаковое вяжущее состоит из смеси шлака в количестве не более 50 % извести, гипса или щелочи.

Зольное вяжущее содержит не менее 50 % высокоосновных зол, образующихся от сжигания каменного, бурого углей или горючих сланцев.

Кремнеземистый компонент. Кремнеземистыми компонентами являются тонкомолотые кварцевые и полевошпатовые пески, зола-уноса ТЭС, зола гидроудаления, вторичные продукты обогащения различных руд, отходы ферросплавов и др.

Кварцевый и полевошпатовый пески измельчаются до удельной поверхности 2000–3000 см²/г, что повышает их химическую активность. В связи с неодинаковым минералогическим составом песков различных месторождений окончательное заключение о пригодности песка делается после лабораторных испытаний.

Для ячеистых бетонов применяют кислые золы-уноса и гидроудаления от сжигания бурых и каменных углей с содержанием SiO₂ не менее 40 % и стекловидной фазы не менее 50 %.

Зола от сжигания бурых углей должна иметь удельную поверхность не менее 4000 и от сжигания каменных углей не менее 5000 см²/г. К золам предъявляются требования на равномерность изменения объема. Зола активнее молотого песка из-за содержания в ней стеклофазы.

Вторичные продукты обогащения руд должны содержать SiO₂ не менее 60 % и иметь удельную поверхность от 1500 до 3000 см²/г.

Вода для ячеистого бетона должна соответствовать требованиям СТБ1114-98. Они приведены в 4.2.

Порообразователи. В качестве порообразователей применяют газообразователь и пенообразователи.

Газообразователем служит порошок алюминия (алюминиевая пудра), пенообразователями: клееканифольный, состоящий из мездрового или костного клея, канифоли и NaOH; смолосапониновый; алюмосульфонафтеновый – из керосинового контакта, сернокислого глинозема и NaOH; пенообразователь ГК – из гидролизованной боенной крови ПО-6 и сернокислого железа и др.

Добавки. В качестве добавок для регулирования процессов структурообразования, нарастания пластической прочности, ускорителей и пластификаторов применяют строительный гипс, поташ, соду кальцинированную, растворимые силикаты натрия или калия, триэталомин, тринатрийфосфат и суперпластификатор С-3.

В армированных конструкциях арматуру следует защищать от коррозии битумной, цементно-битумной, цементно-полистирольной, латексно-минеральной и другими мастиками.

Формование. Наибольшее распространение получили газобетоны, имеющие более стабильные свойства. Для изготовления газобетона применяют портландцемент, известь, кремнеземистый компонент, воду и газообразователь. Извести вводится до 10 %. Она может и не вводиться. Газообразователь алюминиевый порошок (алюминиевая пудра) вводится в виде суспензии. Для снятия парафина, покрывающего зерна алюминия, применяется ЛСТ, канифольное мыло или порошок прокаливается при температуре 200 ^оС. Алюминий взаимодействует с оксидом кальция Са(ОН)₂:

 

2Al+3Ca(OH)₂+6H₂O=3CaO · Al₂O₃ · 6H₂O+3H₂.

 

1 г алюминия выделяет при обычной температуре 1,245 л водорода, который вспучивает бетон. На практике количество вводимого алюминия значительно больше в связи с потерей в процессе приготовления части газа и активностью алюминиевой пудры меньше 100 %. На изготовление 1 м³ газобетона обычно расходуется 0,4–0,5 кг алюминиевой пудры.

Бетонная смесь должна легко вспучиваться. Необходимо, чтобы к моменту окончания выделения газа она имела прочность, способную зафиксировать ячеистую структуру.

Изготовление газобетона включает в себя приготовление смеси, формование и тепловую обработку изделий. Смесь приготавливают в газобетоносмесителях. Вяжущее, кремнеземистый компонент, добавки и воду дозируют и перемешивают 3–5 мин. Затем вливают суспензию алюминиевой пудры и после перемешивания смесь выгружают в стальные формы на высоту с учетом последующего вспучивания. Ускорение газообразования происходит быстрее при температуре смеси 40 ^оС. Поэтому для затворения применяют горячую воду. Количество воды берется обычно 40–60 % от твердых составляющих. Уменьшить количество воды на 40–45 % можно, применяя комплексную вибрацию, приготавливая смесь в вибросмесителе и подвергая форму со смесью вибрации. В результате происходит тиксотропное разжижение смеси, что позволяет уменьшить расход воды и сократить время газовыделения до 5–7 вместо 15–20 мин.

После набора бетоном структурной прочности избыток смеси (горбушку) срезают туго натянутыми струнами или прикатывают, а затем разрезают струнами на изделия необходимых размеров.

Пенобетоны получают смешиванием раздельно приготовленной растворной смеси и технической пены в специальных пенобетоносмесителях. Пену приготавливают в лопастных смесителях или центробежных насосах из водного раствора пенообразователей. Лучшими пенообразователями являются алюмосульфонафтеновый и гидролизованная кровь. Пена должна быть прочной, устойчивой, не осаживаться и не расслаиваться.

Полученную смесь разливают в формы для изделий, где выдерживают до начала тепловой обработки. Уменьшают время выдержки введением ускорителей твердения или применением быстросхватывающихся цементов.

Тепловую обработку ячеистого бетона производят в автоклавах в среде насыщенного пара при температуре 175–200 ^оС и давлении 0,8–1,5 МПа. В этих условиях происходит взаимодействие кремнезема SiO₂ с известью Ca(OH)₂ и образуется гидросиликат кальция CaO·SiO₂·nH₂O.

Тепловую обработку ячеистых бетонов при атмосферном давлении и температуре 80–100 ^оС можно вести на вяжущих из портландцемента, шлакощелочного вяжущего с кремнеземистым компонентом золой-уноса.

Применение. Теплоизоляционные бетоны применяют для возведения наружных самонесущих стен в каркасных зданиях, перегородок, для укрепления покрытий и перекрытий, труб, холодильных камер.

Конструкционно-теплоизоляционные бетоны применяют для изготовления стеновых панелей наружных и внутренних стен жилых и промышленных зданий.

Из конструкционного бетона представляет интерес двухслойная ячеистобетонная плита покрытия, состоящая из конструкционного армированного бетона и монолитного теплоизоляционного слоя из ячеистого бетона.

Арболит

 

Арболитом называется легкий бетон, состоящий из органического заполнителя растительного происхождения и минерального вяжущего вещества. Легкие органические заполнители снижают среднюю плотность, теплопроводность, позволяют улучшить обрабатываемость изделий. Минеральные вяжущие придают прочность, биостойкость, огнестойкость, морозостойкость.

По назначению арболит подразделяется на теплоизоляционный и конструкционно-теплоизоляционный. Теплоизоляционный арболит имеет прочность от 0,5 до 1,0 МПа, конструкционно-теплоизоляционный – от 1, 5 до 3,5 МПа, марки по морозостойкости – F25, F35. Средняя плотность арболита составляет 400–800 кг/м³, теплопроводность – от 0,08 до 0,19 Вт/(м·^оС).

Биостойкость арболита достаточно высока. Химические добавки, применяемые для обработки заполнителей, обладают антисептическими свойствами.

По огнестойкости арболит относится к трудносгораемым материалам.

Сырьевые материалы. Для изготовления арболитовых изделий применяют в основном портландцементы без минеральных добавок марок 400 и 500. Лучшими являются быстротвердеющие портландцементы. Имеется опыт применения высокопрочного гипса, на котором получают арболит М25.

Органический заполнитель для арболита получают из древесины и отходов сельскохозяйственного производства. Древесное сырье изготавливают из отходов лесопильного производства и предприятий деревообработки, из отходов лесозаготовок. Используют горбыли, срезки, станочную стружку, опилки, сучья, вершины, пни, низкокачественную и дровяную древесину. Можно применять одубину.

Наиболее качественными являются заполнители, получаемые из отходов лесопиления и деревообработки сосны и ели. Худшими – из древесины лиственницы. Древесное сырье следует применять в виде дробленки с частицами длиною 5--40, шириной до 10 и толщиной не более 5 мм. Древесина измельчается дважды. Вначале в щепу на рубильных машинах, а затем – в дробленку на молотковых дробилках.

Для арболита на портландцементе щепу из свежесрубленной древесины следует выдерживать в штабелях на открытом воздухе не мене двух месяцев для удаления экстрактивных веществ и сахаров, которые отрицательно влияют на схватывание и твердение портландцементов. Для арболита на гипсовых вяжущих щепу не выдерживают.

В качестве химических добавок применяются хлорид кальция, растворимые силикаты натрия или калия, сернокислый алюминий и известь, которые являются минерализаторами. Ими обрабатывают дробленку для уменьшения отрицательного влияния экстрактивных веществ древесины на цемент.

Лучшим минерализатором для маловыдержанной древесины является смесь сернокислого алюминия с известью, растворимым силикатом натрия или хлоридом кальция.

Из отходов сельскохозяйственного производства используют костру льна и конопли, рисовую солому, стебли хлопчатника, которые измельчают на рубильных машинах на частицы размером до 40 мм.

Примерный расход материалов на 1 м³ арболита составляет: портландцемент марки 400—320–380 кг, заполнитель – 160–250, вода –330–500, хлорид кальция – 5–9 кг.

Качество арболита можно улучшить путем введения технической пены.

Приготавливают арболитовую смесь в смесителях принудительного смешивания в течении 5–8 мин, формуют изделия в горизонтальных формах силовым вибропрокатом, вибропрессованием, вибрацией с пригрузом, послойной укаткой роликами, тромбованием, прессованием. Твердеют арболитовые изделия в течение 24 часов в воздушной среде с относительной влажностью воздуха 60–80 % и температуре 25–35 ^оС. Затем распалубливаются и выдерживаются 5–7 суток при положительной температуре, зимой в теплом помещении.

Применяют арболит в основном для стен малоэтажных жилых домов. Он должен иметь среднюю плотность 650–700 кг/м³, марку по прочности – М25, марку по морозостойкости – F25.

 

Специальные бетоны

 

Гидротехнические бетоны

 

К гидротехническим относят тяжелые бетоны, применяемые для строительства гидротехнических сооружений – плотин, шлюзов, набережных и т.п. Их подразделяют на подводный, для зоны переменного уровня воды, надводный. Кроме того, вышеперечисленные бетоны в свою очередь могут быть массивными и не массивными, для напорных и безнапорных конструкций, для наружной и внутренней зон.

Зона переменного уровня воды распространяется на 1 м ниже наиболее низкого уровня воды и на 1 м выше наиболее высокого ее уровня. Ниже этой зоны находится подводная, выше – надводная. Массивные бетоны имеют толщину более 1 м, не массивные – менее 1 м, бетоны наружной зоны имеют толщину до 1 м, внутренней – более 1 м.

К гидротехническому бетону предъявляются требования по водонепроницаемости, морозостойкости, прочности при сжатии и растяжении, стойкости к агрессивному действию воды, по тепловыделению.

По водонепроницаемости гидротехнические бетоны имеют марки W2, W4, W6, W8, W12. Для бетона речных сооружений с учетом длительности строительства марка бетона назначается в возрасте 180 суток, для морских – 28 суток.

Марки по водонепроницаемости назначаются для бетонов всех видов. Они определяют их плотность и долговечность.

Для бетона напорных конструкций марка устанавливается из расчета получения водонепроницаемого бетона. Она зависит от напорного градиента, определяемого как отношение максимального напора (H) к толщине конструкции (B) в метрах со значениями, приведенными в таблице 4.28.

 

Таблица 4.28 – Назначение марки бетона по водонепроницаемости

 

Напорный градиент Н/В	До 5	От 5 до 10	От 10 до 12	12 и более
Марка бетона по водонеп-роницаемости	W4	W6	W8	W12

 

Для бетона внутренней зоны допускается назначать марку по водонепроницаемости W2. Для получения водонепроницаемых бетонов регулируется его плотность, зависящая в первую очередь от В/Ц (таблица 4.29). Кроме того, в дополнение могут быть использованы другие методы, освещенные в 4.2.5.

Таблица 4.29 – В/Ц, обеспечивающие водонепроницаемость и морозостойкость бетона

 

Условие эксплуатации бетона	Железобетонные конструкции	Бетонные и малоармированные конструкции
в морской воде	в пресной воде	в морской воде	в пресной воде
В частях сооружений, расположенных в зоне переменного уровня воды:
– в суровых климатических условиях со среднемесячной температурой ниже –15 оС	0,50	0,55	0,55	0,60
– в умеренных и мягких климатических условиях со среднемесячной температурой соответственно от –5 до –15 и от 0 до –5 оС	0,55	0,60	0,60	0,65
В частях сооружений подводной зоны:
– напорных	0,55	0,60	0,60	0,65
– безнапорных	0,60	0,65	0,65	0,65
В надводных частях сооружений	0,65	0,65	0,70	0,70

 

По морозостойкости гидротехнические бетоны подразделяются на марки F50, F100, F150, F200, F300, F400 и F500. Они определяются испытанием бетонных образцов в возрасте 28 суток. Требования по морозостойкости предъявляются к бетонам наружной зоны переменного уровня воды и надводного бетона. Марки по морозостойкости назначаются в зависимости от климатических условий и количества циклов попеременного замораживания и оттаивания в течение года. Для бетона зоны переменного уровня воды их значения приведены в таблице 4.30.

 

Таблица 4.30 – Назначение марок гидротехнического бетона по морозостойкости

Климатические условия	Наибольшее число циклов
До 50	От 50 до 75	От 75 до 100	От 100 до 150	От 150 до 200
Умеренные (среднемесячная температура наиболее холодного месяца – от 0 до – 10 оС)
Суровые (при среднемесячной температуре наи-более холодного месяца от –10 до –20 оС)
Примечание – При числе циклов более 200 и температуре ниже минус 20 оС марки бетона по морозостойкости назначаются особо.

Долговечность бетона зависит от В/Ц, которое нормируется и принимается по таблице 4.29. Для повышения морозостойкости учитывается влияние различных факторов, освещенных в 4.2.5.

Проектная прочность гидротехнического бетона для речных сооружений нормируется в возрасте 180, для морских – 28 суток.

По прочности на сжатие ГТБ подразделяется на классы B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B25; B30; B40; B45; B50; B55 и B60, по прочности на растяжение – на классы B_t0,8; B_t1,2; B_t1,6; B_t2,0; B_t2,4; B_t2,8; B_t3,2.

Требования к материалам для гидротехнического бетона зависят от условий эксплуатации его в конструкциях.

Для подводного бетона следует применять пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент как наиболее водостойкие. Допускается применять портландцементы без минеральных добавок и с минеральными добавками.

При сульфатной агрессивности воды необходимо применять сульфатостойкие портландцементы.

Для бетона переменного уровня воды, эксплуатируемого в наиболее тяжелых условиях, лучшим считается сульфатостойкий портландцемент. Допускается применять портландцемент с содержанием минерала C₃A до 8 %.

Для надводного бетона рекомендуется применять портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент.

Для бетона внутренней зоны следует использовать низкотермичные цементы – пуццолановый и шлакопортландцемент. Допускается применять портландцемент и портландцемент с минеральными добавками.

В качестве мелкого заполнителя для гидротехнического бетона применяют природный и искусственный песок с М_к от 1,5 до 3,5. Мелкий песок с М_и менее 2 следует применять в бетонах с пластифицирующими добавками.

Допускаемое содержание примесей в песке не должно превышать значений, приведенных в таблице 4.31.

 

Таблица 4.31 – Требования к песку по содержанию примесей

 

Вид примесей	Бетон надводный	Бетон зоны переменного уровня воды	Бетон подводный и внутренней зоны
Глина и мелкие пылевидные фракции, % по массе, не более
Сернистые и сернокислые соединения в пересчете на SO3, % по массе, не более
Слюда, % по массе, не более

 

Дробленый песок должен иметь достаточную для получения требуемой марки бетона морозостойкость.

Органические примеси в песке не должны окрашивать раствор едкого натра в колориметрической пробе в цвет, темнее эталона.

В качестве крупного заполнителя для гидротехнического бетона применяют щебень из изверженных и осадочных горных пород и щебень из гравия с размерами зерен от 5 (3) до 150 мм марок, не менее указанных в таблице 4.32.

 

Таблица 4.32 – Требования к щебню по прочности

 

Назначение бетона	Марка по прочности щебеня
из изверженных пород	из осадочных пород	из гравия
Бетон зоны переменного уровня воды
Бетон подводной, внутренней и надводной зон.

 

Марка щебня по прочности из изверженных пород должна превышать прочность бетона не менее чем в 2,5 раза, а из осадочных пород – не менее чем в 2 раза.

Средняя плотность и водопоглощение зерен щебня не должны превышать значений, приведенных в таблице 4.33.

 

Таблица 4.33 – Требования к щебню по средней плотности и водопоглощению

Зерен

Назначение бетона	Средняя плотность зерен щебня, кг/м3, не ниже	Водопоглощение по массе, %, не более
для щебня из изверженных и метаморфических пород	для щебня из осадочных пород
Бетон зоны переменного уровня воды	2,5	0,5
Бетон подводной, внутренней и надводной зон	2,3	0,8

 

Содержание примесей в крупном заполнителе не должно быть выше значений, приведенных в таблице 4.34.

 

Таблица 4.34 – Требования к крупному заполнителю по содержанию примесей

Вид примесей	Бетон надводный	Бетон зоны переменного уровня воды	Бетон подводный и внутренней зоны
Глина и мелкие пылевидные фракции, % по массе, не более	1,0	1,0	2,0
Сернистые и сернокислые соединения, % по массе, не более	0,5	0,5	0,5
Слюда, % по массе, не более	2,0	1,0	3,0

Дорожные бетоны

 

Дорожные бетоны относятся к тяжелым бетонам. Их применяют при строительстве автомобильных дорог и аэродромов. По назначению они подразделяются на бетоны для однослойных покрытий, для верхнего и нижнего слоев двухслойных покрытий, а также для оснований усовершенствованных покрытий.

К дорожному бетону предъявляются требования по прочности при сжатии, растяжении при изгибе, морозостойкости, истираемости. Требования по прочности должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.35.

 

Таблица 4.35 – Требования к прочности дорожных бетонов

 

Назначение бетона	Класс бетона по прочности на
сжатие	растяжение при изгибе
Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия	В22,5 В26,5 B30 B40	Btb3,2 Btb3,6 Btb4,0 Btb4,4
Нижний слой двухслойного покрытия	B20 B22,5 B26,5	Btb2,8 Btb3,2 Btb3,6
Основание усовершенствованного покрытия	B5 B7,5 B12,5 B15 B20	Btb1,2 Btb1,6 Btb2,0 Btb2,4 Btb2,8

 

Требования по морозостойкости должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.36.

 

Таблица 4.36 – Морозостойкость дорожных бетонов в зависимости от его назна-

Чения

Назначение бетона	Марка бетона в зависимости от среднемесячной температуры наиболее холодного месяца
От 0 до –5 оС	От –5 до –15 оС	Ниже –15 оС
Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия
Нижний слой двухслойного покрытия
Основания усовершенствованного капитального дорожного покрытия

 

Высокая долговечность бетона достигается нормированием В/Ц, которое принимается для бетона однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий не выше 0,5. Для нижнего же слоя, работающего в более благоприятных условиях, В/Ц принимается 0,6 и выше. Для оснований усовершенствованных покрытий В/Ц не нормируется.

Удобоукладываемость бетонной смеси принимается 2–4 см. Хотя имеется опыт укладки жестких смесей с уплотнением катками.

Долговечность бетона зависит от качества материалов. Следует применять портландцементы без минеральных добавок с содержанием С₃A до 8 %, пластифицированные и гидрофобные цементы или вводить ПАВ в бетонные смеси. Песок и крупный заполнитель должны быть высокого качества. Марку крупного заполнителя для дорожного бетона следует принимать не ниже значений, указанных в таблице 4.37.

 

Таблица 4.37 – Требования по прочности к крупному заполнителю

Назначение бетона	Марка крупного заполнителя по прочности
Щебень	Гравий и щебень из гравия
из изверженных и метаморфических пород	из осадочных пород
Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия
Нижний слой двухслойного покрытия
Основания усовершенствованного капитального дорожного покрытия

 

С учетом работы дорожного бетона на износ к крупному заполнителю предъявляются требования на истираемость в полочном барабане (таблица 4.38).

 

Таблица 4.38 – Требования к крупному заполнителю по истираемости

 

Назначение бетона	Марка по истираемости, не ниже
для щебня	для гравия и щебеня из гравия
из изверженных пород	из осадочных пород
Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия	И-I	И-II	И-II
Нижний слой двухслойного покрытия	И-III	И-III	И-III
Основания усовершенствованного капитального дорожного покрытия	И-III	И-IV	И-IV