§ 52. Легкие бетоны на пористых заполнителях

Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 45 %) и сравнительно небольшой средней плотностью (до 1800 кг/м³) широко используют для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобе­тонных конструкций. Применение их взамен кирпича и тяжелого бетона дает возможность повысить теплоза­щитные качества ограждений, что, в свою очередь, поз­воляет уменьшить толщину и массу стен зданий, сокра­тить транспортные расходы.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют раз­новидности, которые отличаются видом применяемого крупного заполнителя, структурой самого бетона и его назначением.

В зависимости от вида применяемого крупного по­ристого заполнителя легкие бетоны разделяют на керам- зитобетон, аглопоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т.д.

По структуре рассматриваемые бетоны разделяют на следующие основные виды:

обыкновенные легкие бетоны, изготовляемые из вя­жущего вещества, воды, мелкого и крупного заполните­лей при полном заполнении раствором пустот между зер­нами крупного заполнителя (рис. 54);

крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в ко­торых зерна крупного заполнителя покрыты тонким сло­ем цементного теста, а межзерновые пустоты остаются свободными;

поризовагшые легкие бетоны на основе вяжущего ве­щества и порообразователя. С помощью порообразовате- ля в структуре бетона возникают воздушные ячейки. Это повышает пористость цементного раствора и тем самым снижает плотность бетона.

В зависимости от назначения легкие бетоны на пори­стых заполнителях разделяют на следующие виды:

теплоизоляционные средней плотностью в воздушно­сухом состоянии менее 500 кг/м³, теплопроводностью не более 0,25 Вт/'(м-°С), применяемые для изготовления теплоизоляционных плит и других изделий;

конструкционно-теплоизоляционные со средней плот­ностью 500—1400 кг/м³, прочностью не ниже М 35, теп­лопроводностью не более 0,6 Вт/(м-°С), используемые в несущих и самонесущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);

конструкционные сред­ней плотностью 1400:—

1800 кг/м³, прочностью не ниже М 50, морозостойко­стью Мрз 15 и выше, приме­няемые в несущих конст­рукциях.

Вяжущее для легкого бе­тона выбирают с учетом ус­ловий твердения бетона (естественное твердение, пропаривание или автоклав­ная обработка), а также требуемой прочности бетона, необходимой стойкости в

требуемой прочности бетона, необходимой стойкости в эксплуатационных условиях и других факторов. По ви­ду вяжущего различают легкие бетоны цементные, изве­стковые, гипсовые, на смешанном вяжущем и жидком стекле.

Для легких бетонов неавтоклавного твердения при­меняют портландцемент, шлакопортландцемент, пуццо- лановый портландцемент, а также быстротвердеющий портландцемент (см. главу 7).

Заполнители для легких бетонов. В качестве запол­нителей для легких бетонов применяют природные или искусственные пористые каменные материалы, от свойств и качества которых в значительной мере зависят свойст­ва приготовленного бетона.

Природные пористые заполнители получают дроблением и фрак­ционированием пористых горных пород — пемзы, вулканического туфа или лавы, известняка-ракушечника и др. Среди них наиболее эффективны пемза и вулканические туфы, которые имеют высокую, в основном замкнутую, пористость, в результате чего их водопогло- щение оказывается небольшим.

Природные пористые заполнители экономичны в том случае, ког­да они являются местными материалами и не требуется значитель­ных транспортных расходов. Однако они встречаются лишь в от­дельных районах Советского Союза и поэтому имеют сравнительно ограниченное применение.

Искусственными заполнителями служат отходы про­мышленности и специальной переработки природных ка­менных материалов.

- К заполнителям, являющимся отходами промышлен­ности и применяемым без предварительной переработки, относят шлаки металлургические и топливные, шлаки хи­мических производств, а также золу-унос.

Заполнители, получаемые в результате специальной переработки природных каменных материалов и отходов промышленности, — вспученные при обжиге глин керам­зит и аглопорит, вспученные перлит и вермикулит, шла­ковая пемза (термозит), гранулированные шлаки, золь­ный гравий и др.

Пористые заполнители по форме и характеру поверх­ности могут иметь поверхность округлую, относительно гладкую (керамзитовый гравий) и угловатую шерохова­тую (щебень из шлаковой пемзы). По крупности зерен пористые заполнители разделяют на мелкие (песок) и крупные (гравий и щебень). Пористый песок обычно рас­сеивают на две фракции: до 1,25 мм (мелкий песок) и 1,25—5 мм (крупный песок). Пористый щебень (гравий) рассеивают на три фракции: 5—10, 10—20 и 20—40 мм. Соотношение размера каждой фракции в смеси запол­нителей устанавливают по специальным графикам с та­ким расчетом, чтобы полученная смесь обладала наи­меньшей пустотиостыо.

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

Прочность пористого щебня или гравия, определяе­мая по специальной методике путем раздавливания зе­рен в стальном цилиндре, колеблется от 0,4 до 20 МПа. Если природный заполнитель готовят дроблением порис­той горной породы, то прочность ее должна быть не ме­нее 50 % требуемой прочности бетона, а коэффициент размягчения не менее 0,6.

Содержание в пористых заполнителях вредных приме­сей, вызывающих коррозию цементного камня и сниже­ние стойкости бетона в эксплуатационных условиях, не должно превышать допустимых соответствующих техни­ческим условиям значений.

К вредным примесям относят водорастворимые сер­нистые и сернокислые соединения, частицы несгоревшего топлива, а также глинистые и пылевидные частицы.

Свойства легких бетонов. Основными свойствами лег­ких бетонов на пористых заполнителях являются плот­ность, теплопроводность, прочность и морозостойкость. Для того, чтобы получить легкий бетон с заданными свойствами, необходимо не только выбрать исходные составляющие материалы, но и правильно подобрать со­став бетона.

Состав легкого бетона определяют экспериментальным путем. Сначала по графику, предложенному проф. Н. А. Поповым, подби­рают оптимальный зерновой состав заполнителей, затем делают пробные замесы бетона с заполнителями оптимального зернового со­става при трех различных расходах вяжущего. Для каждого состава подбирают оптимальный расход воды ‘. Из приготовленных бетонных смесей изготовляют контрольные образцы-кубы и по ним определяют плотность свежесформованного бетона. После проведения серии опы­тов с испытанием прочности контрольных образцов строят графики зависимости прочности бетона от расхода вяжущего, по которым и подбирают окончательный состав легкого бетона.

Средняя плотность бетона зависит главным образом от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды. Отношение насыпной плотно­сти крупного пористого заполнителя к плотности полу­ченного на нем бетона в среднем для обыкновенного лег­кого бетона равно 0,5, а для малопесчаного и поризован- ного — 0,6. Например, на керамзите насыпной плотно­стью 500 кг/м³ можно получить керамзитобетон плотно­стью около 1000 кг/м³.

Плотность легкого бетона с увеличением расхода вя­жущего возрастает, так как плотность пористых запол­нителей меньше, чем цементного камня. Поэтому для снижения плотности бетона необходимо за счет подбора оптимального зернового состава заполнителей добивать­ся наименьшего расхода вяжущего или образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Так называе­мые поризованные легкие бетоны целесообразно приго­товлять при наличии утяжеленных пористых заполните­лей насыпной плотностью более 600 кг/м³.

Теплопроводность — важное свойство легких бетонов— она колеблется в широких пределах — от 0,07 до 0,7 Вт/ /(м-°С). На ее величину оказывают существенное влия­ние плотность бетона, характер пористости и другие фак­торы. С увеличением плотности теплопроводность бето­на повышается (табл. 12). Теплоизоляционные легкие бе­тоны теплопроводностью менее 0,2 Вт/(м-°С) получают при применении очень легких заполнителей, например вспученного перлита.

Прочность легкого бетона зависит в основном от ак-

Оптимальным считается такой расход воды, который обеспечивает

при требуемой подвижности наибольшую плотность уплотненной бе­

тонной смеси.

тнвности цемента, водоцементного отношения и прочно­сти заполнителей, а также от расхода цемента и степени уплотнения бетона. Чем больше в объеме бетона прочно­го цементного камня, тем выше прочность бетона. Одна­ко при увеличении содержания цемента плотность бето­на возрастает, а вместе с тем повышается его теплопро­водность, что нежелательно.

Морозостойкость легкого бетона зависит от вида и количества израсходованного вяжущего, а также от мо­розостойкости заполнителя. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозостойкостью, которая воз­растает с увеличением количества цемента. Морозостой­кие легкие заполнители (пемза, керамзит, аглопорит) поз­воляют получать бетон морозостойкостью Мрз 25—100. Такие бетоны используют для наружных конструкций зданий.

Приготовление и укладка легких бетонов. Бетонные смеси с по­ристыми заполнителями приготовляют аналогично обыкновенным смесям, однако смесь легкого бетона следует более тщательно пере­мешивать. Для этого используют бетоносмесители, работающие по принципу принудительного перемешивания.

При формовании изделий применяют те же способы укладки и уплотнения в формы, что и при формовании изделий из тяжелых бетонных смесей. Отформованные из легкобетонной смеси изделия довольно интенсивно твердеют при пропаривании, электропрогреве и в условиях автоклавной обработки.