Материаловедение и технология конструкционных материалов для строительства* Конспект лекций (стр. 20 )

Бетоны с компенсированной усадкой и напрягающие бетоны. Это бетоны на основе расширяющихся и напрягающих цементов, предназначенные для получения водонепроницаемых и самонапряженных (из напрягающего бетона) конструкций. Использование специальных цементов, а также соответствующих добавок обусловливает компенсацию усадки бетона и даже определенное остаточное расширение, что позволяет получить плотную структуру и, соответственно, высокую степень водо - и газонепроницаемости (марка по водонепроницаемости не ниже W 12). Кроме того, эти бетоны отличаются высокой морозостойкостью (марка от F 300 до F 1000 и более).

Мелкозернистый бетон характеризуется максимальной крупностью заполнителей до 10 мм. К таким бетонам относятся песчаные бетоны (пескобетоны). Ранее производство мелкозернистых бетонов сдерживалось необходимостью увеличения расхода воды и цемента вследствие большой удельной поверхности заполнителей. В настоящее время развитие технологии бетона позволяет за счет специальных мер ликвидировать этот недостаток и в полной мере ощутить достоинства таких бетонов, а именно: возможность создания однородной структуры, отказ от дорогостоящего крупного заполнителя, возможность получения качественной поверхности изделий при формовании методами прессования, вибропрессования, вибролитья, легкая транспортируемость, в том числе по трубопроводам, эффективность армирования дисперсной арматурой (фибробетоны) и др. Для снижения расхода воды и цемента следует применять крупные чистые пески с хорошим зерновым составом, химические добавки (суперпластификаторы), интенсивное уплотнение бетонной смеси.

6.7. Легкие и особо легкие бетоны

В современном строительстве наибольшее значение приобрело комплексное решение двух взаимосвязанных проблем: повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций и уменьшение материалоемкости строительства. Одним из путей решения этих проблем может быть применение для изготовления конструкций легких и особо легких бетонов. К этим бетонам относятся бетоны на пористых заполнителях, в том числе поризованные и крупнопористые, бетоны на легких органических заполнителях и ячеистые бетоны. Легкие и особо легкие бетоны используют для снижения массы несущих конструкций и в ограждающих конструкциях, поэтому для них наряду с прочностью очень важна плотность, которая характеризуется соответствующими марками.

Бетоны на пористых заполнителях. Для их изготовления в качестве крупного заполнителя применяют легкие заполнители с пористой структурой – природные (пемза, вулканические туфы) и искусственные (керамзит, аглопорит, вспученные перлит и вермикулит).

Керамзит (керамзитовый гравий) получают путем обжига гра­нул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это лег­кий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250-800 кг/м3. В процессе об­жига (до 1200°С) легкоплавкая глина переходит в пиропластическое состояние и вспучивается вследствие выде­ления внутри каждой гранулы газообразных продуктов. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность.

Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (в небольших коли­чествах), а также по методу кипящего слоя обжигом гли­няных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия размером бо­лее 50 мм и сваров.

Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаж­дения расплава металлургических (обычно доменных) шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень. Производство шлаковой пемзы налажено в районах раз­витой металлургии. Здесь себестоимость шлаковой пем­зы ниже, чем керамзита.

Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов). При 950-  1200 °С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме в 10-20 раз.

Вспученный вермикулит – пористый сыпучий мате­риал, полученный путем термической обработки водосодержащих слюд. Этот заполнитель,  как и вспученный перлит, используют для из­готовления теплоизоляционных легких бетонов.

Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья с добавкой 8-10 % твердого топлива (на решет­ках агломерационных машин). Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются.

По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) по­ристые заполнители разделяют на марки: 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 и  1200.

Наивыгоднейшее сочетание показателей плотности, теплопроводности, прочности и расхода цемента для лег­ких бетонов достигается при наибольшем насыщении бе­тона пористым заполнителем, что требует сбли­женного размещения зерен заполнителя в объеме бе­тона. В этом случае в бетоне будет содержаться меньше цементного камня, являющегося самой тяжелой частью легкого бетона. Наибольшее насыщение бетона пористым заполнителем возможно только при правильном подборе его зернового состава с одновременным использованием технологических факторов (интенсивного уплотнения, пластифика­торов). Рекомендации по рациональному зерновому составу содержатся в стандартах на каждый вид пористого заполнителя.

Прочность легких пористых заполнителей невелика, обычно ниже прочности цементного раствора. Однако хорошее сцепление между ним и зернами пористого заполнителя (эффект «цементной обоймы») обеспечивает высокую прочность бетона в целом.

Пористые заполнители обладают значительным водопоглощением и при затворении бетонной смеси отсасывают часть воды. Поэтому по сравнению с тяжелым бетоном равноподвижные легкобетонные смеси требуют увеличения расхода воды. При этом в легком бетоне отчетливо проявляется вредное влияние как недостатка, так и избытка воды. Благодаря тому, что часть воды затворения аккумулируется пористым заполнителем, а затем отдается цементу по мере твердения бетона, твердение легкого бетона меньше зависит от влажностных условий, а усадочные деформации в цементном камне имеют меньшую величину. В результате легкий бетон на пористых заполнителях обладает высокой однородностью структуры и малой проницаемостью, что обеспечивает высокую прочность (10 – 40 МПа и выше) и долговечность конструкций и сооружений.

В качестве мелкого заполнителя используют обычно природный песок. Искусственные пористые пески, несмотря на значительно лучшие результаты, вследствие дефицитности и дороговизны применяют редко.

Основным показателем прочности легкого бетона яв­ляется класс бетона по прочности при сжатии; установ­лены следующие классы, МПа: В 2; В 2,5; В 3,5; В 5; В 7,5; В 10; В 12,5; В 15; В 17,5; В 20; В 22,5; В 25; В 30;  В 40; для теплоизоляционных бетонов предусмотрены, кроме того, классы: В 0,35; В 0,75; В 1.

Прочность легкого бетона R, по , зави­сит от марки цемента, цементно-водного отношения, прочности пористого заполнителя и может быть прибли­женно определена по формуле, имеющей в определен­ных границах Ц/В такой же вид, как и для тяжелых бе­тонов:

,

где А2 и в2 – безразмерные параметры.

Чем ниже прочность пористого заполнителя, тем меньше значения А2 и в2.

При оптимальном количестве воды затворения, подо­бранном для применяемых цемента и заполнителей, прочность легкого бетона зависит главным образом от активности Rц и расхода цемента Ц (формула  ):

,

где k и Ц0 – параметры, определяемые путем испытания образцов бетона, изготовленных с оптимальным количеством воды, но с раз­ными расходами цемента и твердевших в тех же условиях, что и легкобетонные изделия.

Наряду с прочностью важной характеристикой легкого бетона является плотность. В зависимости от плотности в сухом со­стоянии (кг/м3) легкие бетоны подразделяют на марки: D 200; D 300; D 400; D 500; D 600;  D 700; D 800; D 900; D 1000; D 1100; D 1200; D 1300; D 1400; D 1500;  D 1600; D 1700; D 1800; D 1900; D 2000.

Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности и для марок D 600-D 1800 изменяется от 0,15 до 0,75 Вт/( м⋅ °С). Увеличение объ­емной влажности легкого бетона на 1 % повышает его теплопроводность на 0,016-0,035 Вт/(м ⋅ °С).

По морозостойкости легкие бетоны делят на марки: F 25; F 35; F 50; F 75; F 100; F 150; F 200; F 300; F 400; F 500. Для наружных стен обычно применяют бетоны морозостойкостью не менее 25 циклов попеременного за­мораживания и оттаивания, 

Установлены следующие марки бетона на пористом заполнителе по водонепроницаемости: W 2; W 4; W 6; W 8; W 10; W 12. Характерно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов повышается.

Возможность получения легких бетонов с высокой морозостойкостью и малой во­допроницаемостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на пористых заполнителях успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве.

Для обычных легких бетонов слитной структуры с природным песком в качестве мелкого заполнителя, в которых цементно-песчаный раствор полностью заполняет пустоты между зернами крупного пористого заполнителя, характерна достаточно большая плотность (1400 – 1800 кг/м3), что снижает эффективность их применения, прежде всего в ограждающих конструкциях. Более эффективными по сравнению с легкими бетонами слитной структуры как с точки зрения снижения плотности, так и возможности отказа от дефицитного мелкого пористого заполнителя являются поризованные легкие бетоны, в которых роль мелкого заполнителя выполняют мелкие замкнутые поры, получающиеся за счет поризации растворной части с помощью пено - или газообразующих добавок, а также крупнопористые легкие бетоны контактного омоноличивания, в которых не содержится песок и сохраняются крупные межзерновые пустоты. Эти бетоны могут выполнять как конструкционно-теплоизоляционные функции (при плотности 500 – 1400 кг/м3), так и теплоизоляционные функции (при плотности менее 500 кг/м3). Необходимо учитывать, что крупнопористые бетоны характеризуются высокой проницаемостью и требуют защиты от воздействий внешней среды. Поэтому их целесообразно применять, например, в качестве внутреннего теплоизоляционного слоя слоистых ограждающих конструкций и в других аналогичных случаях.