Легкие бетоны на пористых заполнителях

 

Легкие бетоны на пористых заполнителях классифицируются по назначению, виду вяжущего и заполнителей, структуре. Низкая средняя плотность этих бетонов достигается за счет применения пористых заполнителей и межзернового пространства, имеющего поризованную или крупнопористую структуру. При плотной структуре межзерновой объем полностью заполнен мелким заполнителем и цементным камнем, при поризованной структуре межзерновой объем частично заполнен искусственно созданными порами и крупнопористая структура создается за счет частичного или полного отказа от применения мелкого заполнителя.

По назначению легкие бетоны на пористых заполнителях подразделяются на конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные и теплоизоляционные.

Конструкционные бетоны имеют плотную структуру, среднюю плотность в сухом состоянии от 1400 до 2000 кг/м³, прочность при сжатии от 15 до 50 МПа. Их применяют в несущих бетонных и железобетонных конструкциях.

Конструкционно-теплоизоляционные бетоны могут иметь плотную, поризованную или крупнопористую структуру, частично заполненную мелким заполнителем. Средняя плотность их составляет от 500 до 1400 кг/м³, прочность при сжатии – от 3,5 до 10 МПа. Они должны обладать теплоизоляционными свойствами, иметь теплопроводность от 0,17 до 0,4 Вт/(м·^оС). Их применяют в ограждающих конструкциях, которые воспринимают нагрузки и являются теплоизоляцией.

Теплоизоляционные бетоны имеют поризованную или крупнопористую структуру, среднюю плотность от 200 до 500 кг/м³, прочность при сжатии от 1,5 до 2,5 МПа, теплопроводность от 0,12 до 0,24 Вт/(м·^оС). Их применяют для устройства теплоизоляции в ограждающих частях зданий и оборудования.

Для изготовления легких бетонов на пористых заполнителях используют те же материалы, что и для тяжелых бетонов, за исключением заполнителей.

Вяжущими служат портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент, известь, растворимые силикаты натрия и калия, гипсовые, шлакощелочные и полимерные вяжущие. В качестве заполнителей применяют сыпучие материалы из минерального сырья. Пористый песок должен иметь насыпную плотность не более 1200, щебень и гравий – не более 1000 кг/м³. Для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов может применяться тяжелый песок.

По происхождению пористые заполнители подразделяются на природные, из отходов промышленности и искусственные, специально изготавливаемые.

Природные заполнители изготавливаются из пористых изверженных и осадочных горных пород. Из изверженных пород применяют пемзы, вулканические шлаки, вулканические туфы и туфовую лаву.

Пемза – пористая горная порода, образовавшаяся в результате вспучивания магмы. Она встречается в виде залежей песка, щебня, крупных обломков. Насыпная плотность песка составляет 600–1100, щебня – 400–900 кг/м³. Литоидные плотные и прочные пемзы применяют для конструкционных легких бетонов, менее плотные – для конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных.

Вулканические шлаки образовались из жидкой магмы основного состава. Имеют крупнозернистую ноздреватую структуру. Насыпная плотность песка из них составляет 650--1300, щебня – от 400 до 850 кг/м³.

Вулканические туфы получились из уплотнившихся вулканических пеплов. Туфовая лава – это поризованная лава с наличием в своем составе пепла, песка, пемзы. Насыпная плотность песка из них – от 700 до 1000, щебня – 600--800 кг/м³.

Из осадочных пород применяют известняки-ракушечники и известняковые туфы, опоки, трепелы, диатомиты.

Известняки-ракушечники образовались из мелких сцементированных раковин. Известняковые туфы – из осадков углекислых вод. Из известняковых пород получают щебень с насыпной плотностью до 1000 кг/м³.

Опоки, трепелы, диатомиты – осадочные породы, представляющие собой остатки диатомовых водорослей. В их состав входит аморфный кремнезем, который может взаимодействовать со щелочами цемента и вызывать коррозию цементного камня. Это ограничивает их применение.

Искусственные заполнители изготавливаются из вторичных ресурсов промышленности. В качестве заполнителей для легкого бетона применяют горелые породы, металлургические и топливные шлаки, золы, золошлаковые смеси.

Горелые породы образовались в результате возгорания угля в терриконах-отвалах отходов добычи и обогащения угля с содержанием угля. Из них изготавливают щебень и песок с насыпной плотностью от 800 до 1000 кг/м³, который можно применять для легких бетонов с прочностью при сжатии 10–20 МПа.

Щебень из доменного шлака получают дроблением шлаков из старых отвалов или шлаков текущего выхода. Из пористых шлаков изготавливают щебень со средней плотностью до 800 кг/м³.

Из гранулированного шлака получают песок со средней плотностью от 600 до 1200 кг/м³.

Топливные шлаки образуются от сжигания углей. Их разделяют на шлаки из кускового и пылевидного топлива. Из кускового топлива получаются шлаки ноздреватого строения. Лучшими являются шлаки от сжигания антрацита, худшими – от сжигания бурых углей.

Насыпная плотность шлаков составляет до 1000 кг/м³. Их применяют в бетонах для неответственных конструкций. Наличие свободной извести в шлаках может привести к их разрушению, поэтому их следует выдерживать не менее одного года.

От сжигания пылевидного топлива образуется кусковой шлак ячеистой структуры, состоящий из спекшейся и оплавленной золы со средней плотностью зерен от 0,5 до 1,5 г/см³. Из них получают бетоны с пределом прочности от 5 до 50 МПа.

Зола тепловых электростанций представляет дисперсный материал с частицами пористой структуры. Насыпная плотность ее составляет 600--1300 кг/м³. Применяют золу в качестве мелкого заполнителя.

К искусственным пористым заполнителям относятся также керамзитовый гравий и песок, аглопоритовый щебень и песок, зольный гравий, шлаковая пемза, шунгизит, термолит, вспученные перлит и вермикулит.

Керамзитовый гравий и песок получают обжигом вспучивающихся легкоплавких глин. Песок можно изготавливать дроблением керамзитового гравия. Средняя плотность гравия составляет от 200 до 600, песка – от 500 до 1100 кг/м³. Их рекомендуют применять для стеновых панелей зданий, для стен монолитных домов.

Аглопоритовый щебень и песок получают спеканием глинистых пород, топливных зол, шлаков, отходов добычи угля, их дроблением и последующим рассевом на фракции. Щебень выпускают с насыпной плотностью от 400 до 900, песок – до 1000 кг/м³. Их рекомендуют применять для конструкционных легких бетонов.

Обжиговый зольный гравий получают обжигом золошлаковой смеси бурых углей. Насыпная плотность его составляет 300–800 кг/м³. Применяют зольный гравий для конструкционно-теплоизоляционных бетонов.

Безобжиговый зольный гравий получают грануляцией увлажненной золы и портландцемента, гипсоцементно-пуццоланового вяжущего и др. Насыпная плотность его составляет 700–950 кг/м³. Применяется для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов.

Шлаковая пемза (термозит) получается вспучиванием шлаковых расплавов. По бассейновому способу расплав сливают в емкость с перфорированным дном, через которое подается вода. Образующийся пар разрыхляет материал. Щебень из шлаковой пемзы имеет насыпную плотность от 700 до 900 кг/м³. Его применяют для конструкционных бетонов.

Шунгизит получают вспучиванием графитсодержащей сланцевой породы. Применяют его для конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных бетонов.

Термолит получают обжигом трепелов, диатомитов, опоки. Щебень и гравий из него имеют насыпную плотность 600–1200 кг/м³. Применяют их для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов.

Перлит вспученный получают обжигом силикатных водосодержащих пород перлита, обсидиана и др. При обжиге они увеличиваются в объеме в 10–12 раз. Перлитовый песок имеет насыпную плотность от 75 до 500, щебень от 200 до 500 кг/м³. Применяют их для конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных бетонов.

Вермикулит вспученный получают обжигом природных гидрослюд, содержащих 8–18 % связанной воды. При нагревании объем их увеличивается в 15–20 раз. Щебень и песок из вспученного вермикулита имеет среднюю плотность от 80 до 300 кг/м³. Применяют его для получения особолегких бетонов.

Технология получения легкого бетона на пористых заполнителях в основном не отличается от технологии изготовления тяжелого бетона. Дополнительно легкий заполнитель рекомендуется насыщать водой, дозирование его выполнять по объему. Время перемешивания по сравнению с тяжелобетонной смесью увеличивается.

Из легкого бетона и железобетона на пористых заполнителях изготавливают стеновые панели и блоки, плиты перекрытия и покрытия, камни для стен. Имеется опыт применения конструкционного керамзитобетона для пролетных строений мостов, в мелиоративном строительстве для устройства труб, лотков, акведуков, плит крепления каналов, туфобетона – в гидротехническом строительстве для возведения бетонных плотин.

 

Ячеистые бетоны

 

Ячеистые бетоны представляют собой материалы с искусственными, равномерно распределенными порами размером 1–2 мм. В их состав входит вяжущее, кремнеземистый компонент, порообразователь, регуляторы структурообразования. Пористая структура создается вспучиванием смеси и может регулироваться в процессе изготовления. В результате получаются бетоны с малой плотностью, низкой теплопроводностью, которые наиболее эффективны в ограждающих конструкциях.

Ячеистые бетоны подразделяются по назначению, по условиям твердения, по виду порообразователя, видам применяемых вяжущих и кремнеземистых компонентов.

По назначению ячеистые бетоны подразделяются на теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные, конструкционные и специальные. Специальные ячеистые бетоны могут быть жаростойкими, звукоизоляционными и др. По условиям твердения ячеистые бетоны подразделяются на автоклавные и неавтоклавные; по способу порообразования – на газобетоны и пенобетоны; по виду применяемых вяжущих – на основе известковых, цементных, шлаковых, зольных, смешанных; по виду кремнеземистого компонента могут быть на природных и вторичных продуктах промышленности.

Ячеистые бетоны самые востребованные строительные материалы. Они обладают многими положительными свойствами, которые обусловливают их широкое применение в строительстве и ряд особенностей, которые необходимо учитывать при их применении.

Они имеют небольшую среднюю плотность, которая составляет от 300 до 1200 кг/м³, что снижает нагрузки на фундамент и обеспечивает высокую сейсмоустойчивость зданий.

Теплопроводность ячеистого бетона в сухом состоянии составляет от 0,08 до 0,38 Вт/(м·^оС). Она зависит от средней плотности. Большое влияние на теплопроводность оказывает влажность ячеистого бетона. На 1 % увеличения влажности по массе теплопроводность повышается на 4 %. Поэтому ячеистобетонные изделия следует защищать от увлажнения при перевозке, строительстве и эксплуатации. Равновесная влажность стеновых конструкций 3–5 % в отапливаемых зданиях с хорошей вентиляцией достигается через 1–2 года эксплуатации.

При плохой вентиляции и в неотапливаемых зданиях возможна конденсация влаги. В этом случае внутри следует устраивать пароизоляцию, а снаружи – вентилируемую облицовку.

Прочность ячеистого бетона при сжатии составляет от 0,5 до 15 МПа. На нее также влияет влажность. Так, при увеличении влажности силикатных бетонов до 10 % прочность в среднем снижается на 25 %.

Ячеистые бетоны имеют высокую огнестойкость. Их можно применять для огнезащиты стальных конструкций и повышения огнестойкости бетонных конструкций.

В связи с высокой пористостью и большим количеством сообщающихся пор ячеистые бетоны обладают высокой звукопоглощающей и звукоизолирующей способностью. Так, плиты «Силакпор» из ячеистого бетона со средней плотностью 300–350 кг/м³ при частоте звука 125–2000 Гц имеют коэффициент звукопоглощения 0,35–0,77. При средней плотности 400–500 кг/м³ и толщине 8 см. звукоизоляция ограждения составляет 32–34 дБ. Поэтому из ячеистого бетона устраивают перегородки в зданиях.

Морозостойкость ячеистых бетонов составляет 15–100 циклов и может быть выше. Однако при достижении критической влажности они могут разрушаться знакопеременными температурами. Это наблюдается при повышенной влажности внутри помещений, когда увлажнение миграционной и конденсационной влагой преобладает над высушиванием ячеистого бетона. В результате отслаивается наружное отделочное покрытие или разрушаются наружные поверхностные слои. Для защиты конструкций от увлажнения устраивают внутреннюю пароизоляцию.

Ячеистый бетон легко обрабатывается – режется, сверлится, пробивается гвоздями.

Согласно ГОСТ 25489-89 к ячеистым бетонам предъявляются требования по средней плотности, прочности при сжатии, морозостойкости, теплопроводности, паропроницаемости, сорбционной влажности, которые приведены в таблицах 4.26 и 4.27.

 

Таблица 4.26 – Физико-механические свойства ячеистых бетонов

Вид бетона	Марка бетона по средней плотности	Бетон автоклавный	Бетон неавтоклавный
Класс по прочности на сжатие	Марка по морозостойкости	Класс по прочности на сжатие	Марка по морозостойкости
Теплоизоляционный	D300	B0,75 B0,50	Не нормируется	–	–
D350	B 1 B0,75
D400	B1,5 B1		B0,75 B0,5	Не нормируется
D500	-	-	B1 B0,75
Конструкционно-теплоизоляционный	D500	B2,5 B2 B1,5 B1	От F15 до F35	-	-
D600	B3,5 B2,5 B2 B1,5	От F15 до F75	B2 B1	От F15 до 35
D700	B5 B3,5 B2,5 B2	От F15 до F100	B2,5 B2 B1,5	От F15 до F50
D800	B7,5 B5 B3,5 B2,5	B3,5 B2,5 B2	От F15 до F75
D900	B10 B7,5 B5 B3,5	B5 B3,5 B2,5

Продолжение таблицы 4.26

Вид бетона	Марка бетона по средней плотности	Бетон автоклавный	Бетон неавтоклавный
класс по прочности на сжатие	марка по морозостойкости	класс по прочности на сжатие	марка по морозостойкости
Конструк- ционный	D1000	B12,5 B10 B7,5	От F15 до F50	B7,5 B5	От F15 до F50
D1100	B15 B12,5 B10	B10 B7,5
D1200	B15 B12,5	B10 B7,5

 

Таблица 4.27 – Ф изические свойства ячеистых бетонов

Вид бетона	Марка бетона по средней плотности	Теплопроводность, Вт/(м·оС), не более, в сухом состоянии бетона изготовленного	Коэффициент паропрони- цаемости, мг/(м·ч·Па), не менее, бетона изготовленного	Сорбционная влажность бетона, %, не более
при относительной влажности воздуха 75 %	при относительной влажности воздуха 97 %
бетона изготовленного	бетона изготовленного
на песке	на золе	на песке	на золе	на песке	на золе	на песке	на золе
Теплоизоля- ционный	D300 D400 D500	0,08 0,10 0,12	0,08 0,09 0,10	0,26 0,23 0,20	0,23 0,20 0,18
Конструкции онно-тепло- изоляционный	D500 D600 D700 D800 D900	0,12 0,14 0,18 0,21 0,24	0,10 0,13 0,15 0,18 0,20	0,20 0,17 0,15 0,14 0,12	0,18 0,16 0,14 0,12 0,11
Конструкци- онный	D1000 D1100 D1200	0,29 0,34 0,38	0,23 0,26 0,29	0,011 0,010 0,010	0,010 0,09 0,08