Бетон на пористих заповнювачах

 

Шлакову пемзу одержують поризацією шлакового розплаву при швидкому охолодженні водою. Утворювані пористі куски дрібнять і поділяють на фракції. Середня густина шлакової пемзи 300...1000 кг/м³. Це найдешевший штучний пористий заповнювач^

Спучений перліт здобувають короткочасним  випалюванням вулканічних склоподібних гірських порід (перліту, обсидіану), які містять хімічно зв'язану воду. Залежно від розміру зерен спучений перліт поділяють на щебінь з насипною густиною 200...500 кг/м та пісок з насипною густиною 100...250 кг/м³.

Спучений вермикуліт одержують  випалюванням слюди, яка є магнієво-залізистим гідроалюмосилікатом із вмістом 8.... 18 % хімічно зв'язаної води. При температурі 1000...1200 °С вермикуліт спучується, збільшуючись в об'ємі у 15...20 і більше разів. Продукт випалювання — це пористий матеріал у вигляді піску чи? щебеню з насипною густиною 80...300 кг/м³.

Спучені перліт та вермикуліт застосовують здебільшого для виготовлення теплоізоляційних легких бетонів.

Гранульований металургійний шлак одержують у вигляді крупного піску із зернами розміром 5...7 мм (іноді) до 10 мм) за допомогою поризації водою шлакового розплаву. Насипна густина гранульованого шлаку 500... 1200 кг/м³.

Паливні відходи у вигляді шлаку й золи утворюються як побічний продукт при спіканні твердого палива: антрациту, кам'яного та бурого вугілля, сланцю тощо.

Паливні шлаки — це склоподібні зерна неправильної форми розміром до 40 мм, утворювані при спіканні часточок палива на колрс-никовій решітці при температурі понад 1000 °С або внаслідок охолодження розплавленої при температурі понад 1300 °С мінеральної частини палива. Перед застосуванням їх, у разі потреби, піддають частковому дрібненню, розсіюванню й збагаченню для видалення шкідливих: домішок.

Паливні золи — це пилуваті залишки з розмірами часточок від 5 до 100 мкм, утворювані при спалюванні твердого палива. їх застосовують як дрібний заповнювач для бетонів, а також для одержання штучних пористих заповнювачів (зольного гравію, глинозольного» керамзиту).

Для теплоізоляційних та деяких видів  конструкційно-теплоізоляційних бетонів використовують і органічні заповнювачі з відходів деревини, стеблин бавовника, костриці, гранули пінополістиролу тощо.

Залежно від застосовуваного крупного пористого заповнювач» встановлюють вид легкого бетону, наприклад: керамзитобетон (на-керамзитовому гравії), аглопоритобетон (на аглопоритовому гравії), шлакопемзобетон (на щебені з шлакової пемзи) тощо.

 

 

 

Властивості пористих заповнювачів

Однією з основних властивостей є насипна густина в сухому стані. Для крупного пористого заповнювача встановлено марки за  насипною густиною від 250 до 1200 кг/м³, а для пористого піску — від 100 до 1400 кг/м³.

Для крупних заповнювачів регламентуються також вимоги до міцності на стиск, водопоглинання та морозостійкості.

Міцність на стиск  крупного пористого заповнювача визначають пофракційно здавлюванням проби в стандартному циліндрі. Залежно від міцності крупні пористі заповнювачі поділяють на марки від П15 до П350.

Водопоглинання більшості крупних пористих заповнювачів за 1 год випробувань не повинно перевищувати 30 % залежно від насипної густини.

Морозостійкість крупних пористих заповнювачів має бути не менш як 15 циклів навперемінного заморожування та відтавання.

Форму зерен крупного пористого  заповнювача оцінюють за коефіцієнтом форми

 

 

де  тах.  тіп — відповідно найбільший та найменший розміри зерна, мм. Для високоякісних заповнювачів д ф = 1,5...2,0. Зерна витягнутої форми збільшують пустотність заповнювача, погіршують легко-укладальність бетонних сумішей та знижують міцність легкого бетону.

За крупністю зерен пористі  заповнювачі поділяють на фракції: лісок — 1,25...5,00 мм, щебінь чи гравій — 5...10, 10...20, 20...40 мм. - Крупні пористі заповнювачі поставляють за фракціями.

Зерна пористих заповнювачів мають  розвинуту шорстку поверхню, більше, ніж щільні заповнювачі, водопоглинання, а тому для приготування легкобетонних сумішей потрібне примусове перемішування, а при формуванні виробів — інтенсивне ущільнення (візування з привантаженням, вібропрокатування тощо). Тому досить ефективно при виготовленні легкобетонних сумішей на пористих заповнювачах застосовують пластифікуючі добавки.

В'яжучі для легких бетонів

В'яжучі для приготування легкобетонних сумішей вибирають насамперед виходячи з вимог, що ставляться до легкого бетону (за міцністю, морозостійкістю, схоронністю арматури, стійкістю в агресивних середовищах тощо), та умов його твердіння. Враховують також можливість використання місцевих в'яжучих, гідравлічних добавок тощо.

Найбільш поширені для приготування легких бетонів портландцемент (звичайний чи швидкотверднучий) та  шлакопортландцемент.

 

Виготовляючи легкобетонні вироби автоклавного твердіння, застосовують будівельне вапно. Додаючи до вапна портландцемент, легкий бетон можна одержати пропарюванням при температурі до 95 ⁹С.

Місцеві в'яжучі застосовують для  виготовлення легкого бетону низьких  марок, який зазнає теплової обробки. До них належать: вапняно-кремнеземисті, вапняно-нефелінові, вапняно-шлакові, вапня-ко-пуцоланові, вапняно-зольні та гіпсоцемеитнопуцоланові в'яжучі.

Властивості легких бетонів

Середня густина легких бетонів є важливою характеристикою, від якої залежать їхні численні інші властивості (міцність, теплопровідність, усадка, звукопроникність тощо). Вона ж залежить головним чином від середньої густини заповнювачів. За середньою густиною в сухому стані (кг/м³) легкі бетони поділяють на марки від О200 до О2000. Зменшити середню густину легких бетонів можна завдяки додатковій поризації цементного каменю, що є найважчою складовою частиною легкого бетону. Використовуючи невеликі кількості піно-та газоутворювачів, досягають утворення в цементному камені дрібних закритих і рівномірно розподілених пор, які незначно знижують міцність, але істотно знижують густину і теплопровідність легкого бетону.

Основним показником міцності легкого бетону є клас бетону за міцністю на стиск, МПа; для конструкційних бетонів — В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12.5; В15; В17.5; В20; В22.5; ВЗО; В40; для теплоізоляційних — В0.35; В0,75; В1.

Для виробів та конструкцій, запроектованих з урахуванням середньої міцності бетону, показники міцності бетону на стиск (кгс/см²) характеризують марками: для конструкційних бетонів — М35; М50; М75; М100; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; для теплоізоляційних — М5; М10; М15; М25.

Міцність цементного легкого бетону на, пористих заповнювачах, за М. О. Поповим, залежить від марки цементу, цементно-водного відношення, міцності пористого заповнювача і може бути визначена наближено за формулою

 

де   ₂ і   _% — безрозмірні величини. Чим нижча міцність пористого заповнювача, тим менші значення         і        .

При оптимальній кількості води замішування, дібраної для застосовуваних цементу та заповнювачів, міцність легкого бетону залежить насамперед від марки _ц та витрати цементу Ц (формула М. О. Попова):

 

 

 

де К і   Ц₀ — параметри, що визначаються в процесі випробування

 

 

зразків бетону, виготовлених з оптимальною  кількістю води, але з різними  витратами цементу, й таких, які тверднуть в тих самих умовах, що й легкобетонні вироби.

Визначаючи склад легкого бетону, прагнуть до максимального насичення його об'єму пористим заповнювачем, що дає змогу дістати оптимальне поєднання основних властивостей бетону: середньої густини, міцності та теплопровідності при мінімальній витраті цементу. і                                     Найбільше насичення бетону пористим за-

             повнювачем забезпечується добором  раціо-

 

 

 

   пального зернового складу  суміші крупного та дрібного заповнювача,  ретельним пере

     мішуванням  та інтенсі  вним ущільненням     бетонної  суміші.      

 Призначаючи   склад   легкого   бетону,   використовують експериментальну  залеж         ність міцності бетону   від   витрати  води        а не В/Ц-відношення, оскільки при зада-

чу,           ній витраті   пористого заповнювача водо- потреба бетонної суміші буде приблизно сталою величиною, яка мало залежить від витрати цементу. Це пояснюється тим, що водопотреба заповнювача значно більша, ніж водопотреба цементу.

Визначаючи оптимальну кількість  води замішування, використовують залежність міцності легкого бетону   _б та коефіцієнта виходу бетону р від витрати води В (рис. 6.6). Коефіцієнт виходу обчислюють за формулою

 

де   б.с — об'єм одержуваної бетонної суміші в ущільненому стані, м³;   Кц, У_п, Лц(г) — насипні об'єми використовуваних компонентів (відповідно цементу, піску та крупного заповнювача), м³.

 

Точка мінімуму на кривій (3 =  (В) означає, що одержано найком-пактнішу структуру.

Теплопровідність  легких бетонів на пористих заповнювачах згаї-но нижча, ніж важких. Вона залежить від теплофізичних властивостей пористого заповнювача, середньої густини та вологості бетону. Вимоги щодо теплопровідності легких бетонів установлюються стандартами, технічними умовами та проектною документацією на легко-бетонні вироби й конструкції конкретних видів.

Теплопровідність легких бетонів  залежно від середньої густини  знаходиться в межах від 0,07 до 0,52 Вт/(м • К). Із збільшенням вологості коефіцієнт теплопровідності легких бетонів зростає, причому в діапазоні зміни вологості від нуля до максимальної сорбційної цю залежність можна вважати лінійною.

За морозостійкістю конструкційні легкі бетони поділяють на марки від Р25 до Р500. Морозостійкість легких бетонів можна підвищити, ввівши повітровтягувальні й особливо комплексні пластифікуючі повітровтягувальні (СДО, СНВ тощо), а також кремнійорганіч-ні добавки (ГКЖ-Ю, ГКЖ-94 та ін.). Наявність у пористих заповнювачах слабковипалених зерен чи незгорілих вуглистих залишків (наприклад, у золах ТЕС) знижує морозостійкість легких бетонів, особливо  низькомарочних,

Водонепроникність легких бетонів забезпечується лише при щільній (суцільній) структурі з об'ємом міжзернових пустот не більш як З %. За водонепроникністю конструкційні легкі бетони поділяють на марки (МПа гідростатичного тиску): Ш),2; Ш),4; \\Д),6; \У0,8; \У1;    №1,2.

Деформативні властивості  легких бетонів напористих заповнювачах і важких бетонів відрізняються. Так, при однаковій міцності гранична стискуваність легких бетонів щільної (суцільної) структури в 1,5—2 рази "'вища, ніж у важких, і становить 1,5...2,0 мм/м; гранична розтягуваність також вища: 0,3...0,4 мм/м (0,1 мм/м для важкого бетону). Завдяки цьому легкі бетони на пористих заповнювачах більш тріщиностійкі порівняно з важкими.

Усадка й повзучість легких бетонів більші, ніж у   важких.

Застосування легких бетонів

 За призначенням легкі бетони  на пористих заповнювачах поділяються на конструкційні (у тому числі конструкційно-теплоізоляційні» до яких додатково висуваються вимоги щодо теплопровідності) та спеціальні (теплоізоляційні, жаростійкі, хімічно стійкі тощо).

Легкі бетони, які задовольняють  вимоги щодо морозостійкості й водонепроникності, широко застосовують у зовнішніх  огороджуваль-них конструкціях житлових та промислових будівель, у мостових конструкціях та гідротехнічних спорудах.

Застосовуючи легкі бетони, можна зменшити масу будівельних виробів і конструкцій, знизити вартість транспортних та монтажних операцій, скоротити витрати на опалення (за

рахунок поліпшення теплоізоляції), підвищити  вогне-, морозо- та сейсмостійкість  будівель і споруд. Крім того, можливість використовувати як заповнювач для  легких бетонів супутні продукти промисловості й відходи сільського господарства має велике екологічне значення.

Завдяки своїм перевагам легкі  бетони на пористих заповнювачах широко застосовуються у житловому, цивільному, промисловому та сільськогосподарському будівництві.

7.2. Крупнопористий бетон

Такий бетон утворюється після затвердіння суміші цементу, крупного заповнювача та води. Структура його характеризується наявністю крупних пустот, утворюваних за рахунок того, що в його складі немає дрібного заповнювача, а міжзерновий простір заповнений" цементним тістом лише частково.

Щоб досягти найбільшої міжзернової  пустотності, слід застосовувати крупний заповнювач із зернами приблизно однакового розміру тобто однієї фракції, наприклад 20...40, 10...20 або5...10мм. Заповнювач для крупнопористого бетону може бути у вигляді щебеню чи гравію. При цьому можна використовувати природний гравій, щебінь із щільних чи пористих гірських порід, штучні пористі заповнювачі,. паливні шлаки, цегляний бій.

Застосовуючи природний гравій чи гранітний щебінь, одержують крупнопористий бетон із середньою густиною 1700... 1900 кг/м³, а якщо скористатися пористими заповнювачами, то можна знизити середню густину до 500...700 кг/м³. Крупноггористі бетонні суміші на легких заповнювачах мають високу жорсткість, а тому, застосовуючи їх, езрід перевіряти нерозшаровуваність.