11. Легкие бетоны на пористых заполнителях: свойства, применение. Виды пористых заполнителей. Крупнопористый бетон. Значение легких бетонов в строительстве

Бетоны на пористых заполнителях.

Материалы для изготовления легкого бетона

Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители, приготовленные из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистйрола (стиропорбетон) и др.

Пористые заполнители подразделяют на природные, получаемые в виде песка и щебня из пористых пород, и искусственные. К искусственным неорганическим заполнителям относятся керамзит и его разновидности (шунгизитовый гравий, глинозольный керамзит), получаемые обжигом со вспучиванием гранул из глинистых пород, шунгизитосодержа-щих сланцев, трепелов, золошлаковой смеси или золы-уноса тепловых электростанций; термолит, получаемый при обжиге без вспучивания щебня или специально подготовленных гранул из кремнеземистых пород (диатомита, трепела, опок и др.); аглопорит, получаемый спеканием песчано-глинистых пород, золы, отходов углеобогащения; шлаковая пемза — продукт поризации расплава шлаков металлургического и химического производств; гранулированный шлак; вспученные перлит и вермикулит, получаемые вспучиванием при обжиге зерен из вулканических пород и гидратированных слюд.

Органические пористые заполнители получают из отходов переработки /Древесины и другого растительного сырья, а также полимеров.

Ведущее место в ряду пористых заполнителей занимает керамзит. К наиболее эффективным видам искусственных пористых заполнителей относится шлаковая пемза. Трудозатраты на получение 1 м3 шлаковой пемзы в 5—6 раз меньше, а производительность труда в 4—5 раз выше по сравнению с другими пористыми заполнителями.

Вид пористых заполнителей отражается в названии легких бетонов (керамзитобетон, аглопоритобетон, перлитобетон, керам-зитоперлитобетон и др.). На основе органических заполнителей изготавливают деревобетон (арболит), опилкобетон.

Пористые гравий и щебень по насыпной плотности подразделяют на марки 250—1200, пористый песок — на марки 100— 1400. Для пористых заполнителей, как и для плотных, нормируется зерновой состав, содержание вредных примесей, а также устанавливается марка по прочности при сдавливании в цилиндре.

Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их разделяют на природные и искусственные. Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева или только рассева горных пород (пемзы, вулканического туфа, известняка-ракушечника и др.). Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные металлургические шлаки и др.).

Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250-800 кг/м3. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность. Керамзит, обладающий высокой прочностью и легкостью, является основным видом пористого заполнителя. Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (правда, в небольших количествах), а также по методу кипящего слоя, обжигом глиняных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия.

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 распространено в районах развитой металлургией. Здесь себестоимость шлаковой пемзы ниже, чём керамзита.

Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 5-7 мм, иногда до 10 мм.

Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов). При температуре 950-1200°С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме 10-20 раз. Вспученный перлит применяют, для производства легких бетонов и теплоизоляционных изделий.

Вспученный вермикулит - пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Этот заполнитель используют для изготовления теплоизоляционных легких бетонов.

Топливные отходы (топливные шлаки и золы) образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. На основе золы выпускают зольный гравий.

Топливные шлаки - пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивания неорганических (в основном глинистых) примесей, содержащихся в угле. Шлаки подвергаются частичному дроблению, рассеву и обогащению для удаления вредных примесей (несгоревшего угля, золы .и др.). на основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий.

Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья (с добавкой 8-10% топлива) на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Применяют местное сырье: легкоплавкие глинистые и лессовые породы, а также отходы промышленности - золы, топливные шлаки и угесодержащие шахтные породы. Аглопорит выпускают в виде пориотого песка, щебня и гравия.

Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых сланцевых пород.

Пористые заполнители, так же как и плотные, делят на крупные (пористый гравий или щебень) с размером кусков 5-40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм. Пористый песок рассеивают на две фракций: до 1,2мм (мелкий песок) и 1,2-5 мм (крупный песок). Пористый щебень (гравий) следует разделять на фракции - 5-10, 10-20, 20-40 мм. По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) пористые заполнители разделяют на марки 250..... 1100.

Свойства легкого бетона.

Качество легкого бетона оценивают двумя важнейшими показателями: классом по прочности и маркой по средней плотности. Легкий бетон плотной структуры по прочности на сжатие (МПа) имеет классы: В2,5...В40, по прочности на осевое растяжение (МПа) -В0,8...В3,2. Для теплоизоляционных бетонов предусматриваются классы: В0.35, В0,75, В1. Для легких бетонов запроектированных без учета классов, показатели прочности (кг/см2) характеризуют марками: М35-М500.

Для изготовления высокопрочных легких бетонов (имеющих плотность 1600-1800 кг/м3) применяют более прочный пористый заполнитель (с насыпной плотностью 600-800 кг/м3), а пористый песок частично или полностью заменяют плотным.

В зависимости от плотности в сухом состоянии (кг/м3) легкие бетоны подразделяются на марки: Д200...Д2000.

Наиболее важной наряду с прочностью характеристикой легкого бетона является плотность. В зависимости от назначения легкие бетоны делят на следующие группы: теплоизоляционные с плотностью до 500 кг/м3; конструкционно-теплоизоляционные (для ограждающих конструкций - наружных стен, покрытий зданий) с плотностью 500-1400 кг/м3; конструкционные с плотностью 1400-1800 кг/м3.

Уменьшить плотность легких бетонов можно путем образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Для поризации цементного камня, являющегося самой тяжелой составной частью легкого бетона, используют небольшие количества пенообразующих или газообразующих веществ.

Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности. Увеличение объемной влажности легкого бетона на 1% повышает теплопроводность на 0,016-0,035 Вт/(м.°С). В зависимости от теплопроводности легкого бетона толщина наружной стены может изменяться от 20 до 40 см. Наружные ограждающие конструкции из легких бетонов подвергаются воздействию попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания. Поэтому легкие бетоны, применяемые для наружных стен, покрытий зданий, а также для конструкций мостов, гидротехнических сооружений, должны обладать определенной морозостойкостью.

По морозостойкости легкие бетоны делят на марки: F25... F500; по водонепроницаемости W0,2...W1,2. Для наружных стен обычно применяют бетоны с морозостойкостью не менее 15-25 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Возможность получения легких бетонов с высокой морозостойкостью и малой водопроницаемостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве.

Водонепроницаемость плотных конструкционных легких бетонов может быть высокой. Керамзитобетон с расходом цемента 300-350 кг/м3 не пропускает воду даже при давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов подтверждается долголетней эксплуатацией возведенных из них гидротехнических сооружений (например, в Армении и Грузии), а также испытанием напорных железобетонных труб. Характерно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов повышается.

Крупнопористый бетон

В состав крупнопористого (беспесчаного) бетона входят гравий или щебень крупностью 5-20 мм, портландцемент или шлакопортландцемент МЗОО-М400 и вода. За счет исключения песка из состава крупнопористого бетона его плотность уменьшается примерно на 600-700 кг/мЗ и составляет 1700-1900 кг/м3. Отсутствие песка и ограниченный расход цемента (70-150 кг/м3) позволяют получить пористый бетон с теплопроводностью 0,55-0,8 Вт/(м-°С) и марками М15-М75. Крупнопористый бетон целесообразно применять в районах богатых гравием. Из крупнопористого бетона возводят монолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные стеновые блоки. Стены из крупнопористого бетона оштукатуривают с двух сторон, чтобы устранить продувание.

Крупнопористый бетон на пористом заполнителе (керамзитовом гравии и т.п.) имеет небольшую плотность (500-700 кг/м3) и используется как теплоизоляционный материал.

Гипсобетон

Гипсобетон изготовляют на основе строительного гипса, высокопрочного гипса и гипсоцементнопуццоланового вяжущего, обеспечивающего получение водостойких изделий. Для уменьшения плотности стремятся применять пористые заполнители (топливные шлаки, керамзитовый гравий, шлаковую пемзу и т.п.), а также комбинированный заполнитель из кварцевого песка и древесных пилок. С этой целью вводят породообразующие добавки, позволяющие снизить плотность гипсобетона. Для повышения прочности на изгиб и уменьшения хрупкости в состав гипсобетона вводят волокнистые наполнители (древесные волокна, измельченную бумажную массу и т.п.).

Крупноразмерные изделия изготовляют способом непрерывного вибропроката на специальных станах. Отформованные затвердевшие изделия высушивают в сушильных камерах.

Плотность гипсобетонов в зависимости от применяемого заполнителя и водогипсового отношения составляет 1000-1600 кг/м3, а марки М25 и М50.

Гипсобетон широко применяют для изготовления сплошных и пустотелых плит перегородок. Плиты можно армировать штукатурной дранью, камышом и т.п. Стальная арматура (проволока) должна быть защищена от коррозии специальной обмазкой (цементно-казеиновой, битумной или полимерной). На водостойком гипсоцементнопуццолановом вяжущем изготовляют мелкие камни и крупные блоки для внутренних и наружных стен жилых, сельскохозяйственных производственных зданий с относительной влажностью помещений до 75%.