книги из ГПНТБ / Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях учеб. пособие

товленпи обычного железобетона (СНиП I-B.4-62). Это—горячекатаная круглая сталь периодического про­ филя (диаметром до 3.2 мм), семипроволочные пряди и арматурная проволока (диаметром до 8 мм).

Поскольку сцепление легкого бетона с арматурой не меньше, чем тяжелого (тех же марок), не следует усили­ вать в нем анкеровку арматуры. Однако для изготовле­ ния некоторых конструкций (например, стеновых пане­ лей) используют легкие бетоны таких низких марок — 50—75, которые не применяют в конструкциях из тяже­ лого бетона. В этом случае следует повысить силу сцеп­ ления. Арматуру для подобных конструкций рекоменду­ ется применять только в виде сварных сеток или карка­ сов. Чтобы полностью использовать расчетное сопротивление стержней диаметром более 10—12 мм из высокопрочной стали, необходимо усилить анкеровку арматуры: удлинить зону анкеровки или приварить

кстержням шайбы, коротыши.

Влегких бетонах плотной структуры толщина защит­ ного слоя на 5—10 мм больше, чем в конструкциях из тяжелого бетона, и специальной защиты арматуры не требуется.

За рубежом при изготовлении особо ответственных конструкций применяют оцинкованную арматуру или нержавеющую сталь. В этом случае за счет уменьшения

толщины защитного слоя снижается масса конст­ рукции.

6. Отделочные материалы для ограждающих конструкций

Для отделки наружной поверхности легкобетонных панелей и объемных элементов применяют разнообраз­ ные материалы в зависимости от предъявляемых к ним требований по долговечности и экономических показате­ лей (табл. 11.11). Номенклатура отделочных материалов весьма обширна.

Основные группы материалов, применяемых для от­ делки изделий из легких бетонов, следующие:

1)цементы — серые, белые, цветные;

2)заполнители — мрамор, гранит, известняк, доло­ мит, туфы, гранулированный шлак, кирпичный бой;

3) присыпки — дробленый камень, бой метлахской плитки, черепицы, фарфора, шлак, руда;

70

4) плитки — керамические, стеклянные, пиленые ка­ менные (наборы плиток, полученных методом литья,

ввиде ковров);

5)брекчия из боя различных плиточных материалов (количество осколков, равных половине целой плитки

или больше ее, должно составлять не менее 80% общего количества боя);

6)пигменты;

7)шлакоситаллы;

8)синтетические пленки — полиэтиленовая, целлофа­ новая и др.

1 Учитывая большое разнообразие указанных материалов по их крупности, фактуре и цвету, а также предъявляемых к ним специаль­ ных требований, нецелесообразно останавливаться на каждом из них отдельно. Необходимые сведения, требуемые при курсовом и диплом­ ном проектировании, можно найти в специальной и справочной ли­ тературе.

Г л а в а 111

СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЕГКИХ БЕТОНОВ

Легкие бетоны имеют разнообразную структуру, что определяет, в первую очередь, различные области их применения в строительстве. Структура, а также свой­ ства пористых заполнителей и цементного камня оказы­ вают большое влияние на однородность строения легких бетонов. Кроме того, легкие бетоны по сравнению с тя­ желыми имеют повышенное сцепление пористого запол­ нителя с цементным камнем, обусловленное водопоглощемием пористых заполнителей и их, как правило, гидравлической активностью, в совокупности приводя­ щих к физико-химическому упрочнению зоны контакта между заполнителем и цементным камнем.

1. Особенности легких бетонов различной структуры

По М. 3. Симонову, различают два характерных ви­ да структуры легких бетонов (рис. III.1): с заполненной системой межзерновых пустот и незаполненной. В пер­ вом случае цементный камень полностью заполняет пус­ тоты между крупными и мелкими зернами заполнителя. Легкие бетоны такого вида обычно называют бетонами плотной структуры или просто плотными

Бетоны с незаполненной системой межзерновых про­ странств или бетоны неплотной структуры характеризу­ ются тем, что цементного камня - недостаточно для за­ полнения всех пустот между зернами заполнителя. К числу таких бетонов относятся крупнопористые и ма­

двумя путями: подбором зернового состава с повышен­ ным содержанием мелких и пылевидных фракций и пори-

1 В научно-технической литературе такие бетоны классифицируют так же, как легкие бетоны «слитного строения».

73

задней растворной части бетона. При поризации увели­ чивается объем растворной части и ее количества до­ статочно для заполнения пространства между крупным заполнителем. В результате улучшается структура бето­ на: вместо крупных межзерновых пор (пустот) образу­ ются равномерно распределенные мелкоячеистые поры.

Крупнопористые бетоны характеризуются наиболее низкой степенью заполненности системы.1 Равномерное распределение крупных пор в этом бетоне может быть обусловлено отсутствием или мдлым содержанием пес­ ка. Крупнопористый бетон, приготовленный на ограни­ ченном количестве вяжущего без песка или при малом

меняют крупнопористый бетой па морском гравии. Еще более интенсивное снижение объемной массы достигает­ ся, если бетон изготовлять на искусственных пористых заполнителях, в частности на керамзитовом гравии.

Вэтом случае объемная масса бетона составляет

1 Инициатором их применения в строительстве был Б. Г. Скрамтаев.

74

дуется применять однофракцпонный заполнитель с зер­ нами размером 10—20 мм. Соотношение между цемен­

го оно стекает с поверхности заполнителя и бетонная смесь расслаивается. При заниженном значении В/Ц цементное тесто становится недостаточно подвижным для равномерного обволакивания тонкой пленкой зерен заполнителя, бетонная смесь плохо уплотняется, и проч­ ность материала снижается.

Крупнопористый бетон нельзя применять для арми­ рованных конструкций, поскольку он не обеспечивает за­ щиту стальной арматуры от коррозии. Его используют для изготовления блоков, поверхность которых офактуривают с обеих сторон. Эффективны теплоизоляционные крупнопористые бетоны. Их используют для многослой­ ных ограждающих конструкций и в качестве утеплителя.

Бетоны с поризованным цементным раствором (или поризованные легкие бетоны) характеризуются плотной структурой, при которой все пустоты между зернами крупного заполнителя полностью заполнены поризован­ ным цементным раствором, т. е. объем межзерновых пу­ стот в таких бетонах практически равен нулю.

Если бетоны с межзерновой пустотностью и с поризо­ ванным цементным камнем (соответственно расходы це­ мента 350 и 220 кг/м3, объем вовлеченного воздуха 10%), то пористость цементного камня в бетонах с межзерновой пустотностью будет около 30%, в поризованных бетонах— около 38%. С учетом объема пор, созданных химически несвязанной водой, общая плотность составляет 70—80%. Для сравнения укажем, что в крупнопористых бетонах объем межзерновых пустот может доходить лишь до 30%, а пористость цементного камня составляет 50—60%.

Поризованные легкие бетоны изготовляют на всех основных видах пористого заполнителя: керамзитовом гравии, шлаковой пемзе, аглопорите. Поризованная лег­ кобетонная смесь может содержать мелкий заполнитель (песок) или изготовляться без него. В зависимости от

75

этого различают песчаные и беспесчаные поризованные легкие бетоны. Для поризации легкобетонных смесей ис­ пользуют воздухововлекающие добавки, пеио- и газообразователи.

Поризация легких бетонов позволяет уменьшить объ­

мелкого заполнителя или, при необходимости, полностью исключить его из состава смеси.

Ориентировочные расходы цемента марки 400 для поризованных бетонов разной прочности приводятся

втабл. I I I . 1 .

Та б л и ц а 111.1. Ориентировочные расходы цемента марки 400 для приготовления песчаных поризованных легких бетонов, содержащих в 1 м3 100Q л крупного пористого заполнителя

Результаты исследований, проведенных во ВНИИЖелезобетоне, свидетельствуют о том, что зависимость меж­ ду прочностью и объемом воздушных пор в бетоне инва­ риантна к способу получения этих пор — межзерновые пустоты или вовлеченный воздух (рис. III.2). По сравне­ нию с легким бетоном плотной структуры эффект, дости­ гаемый при поризации легкобетонной смеси, тем больше, чем ниже требуемая прочность бетона.

Как видно из рис. III.2, поризация позволяет снизить объемную массу бетона марки 50 примерно на 150 кг/м3,

марок 35—100 используют в качестве конструктивно-теп­ лоизоляционного материала, в первую очередь для изго­ товления однослойных ограждающих конструкций (сте­

76

I900Y

IIOO

WOO

fvM.y.

Рис. III.2. Влияние объема во­ влеченного воздуха VB на проч­ ность 1 и объемную массу 2 керамзптобетона

поризованные легкие бетоны в отличие от бетонов не­ плотной структуры можно использовать в армированных конструкциях без специальных средств защиты армату­ ры от коррозии.

Легкие бетоны плотной структуры (плотные легкие бетоны) характеризуются полным заполнением цемент­ ным раствором всех пустот между зернами крупного за­ полнителя. По своему назначению такие бетоны могут быть конструктивно-теплоизоляционными и конструктив­ ными. Высокопрочные легкие бетоны (марок 300—500), а также особо долговечные и водонепроницаемые легкие бетоны должны обязательно иметь плотную структуру.

Плотная структура легких-бетонов достигается пра­

формы зерен заполнителя, условий формования конструк­ ций), надлежащим уплотнением бетонной смеси, выбо­ ром оптимального расхода воды для ее приготовления.

Н. А. Попов установил характер изменения основных свойств легкого бетона от расхода воды затворения. Как

77

видно из рис. III.3, при оптимальном расходе воды дости­ гается наибольшая объемная масса и прочность бетона. Этому же расходу воды отвечает и наименьший выход бетонной смеси.

Для получения плотной структуры у конструктивнотеплоизоляционных легких бетонов марок 35—75, отли­ чающихся низким расходом цемента и малым содержа­ нием песка в смеси заполнителя, по данным Н. Я- Спивака, целесообразно использовать пластифицирующие воздухововлекающие добавки. При ограниченной степени воздухововлечения (до 5%) такие бетоны относят не к поризованным, а к обычным.

2. Однородность строения легких бетонов

Твердое тело с одинаковыми физическими свойствами в разных направлениях называется изотропным. Бетон, как тяжелый, так и легкий, является практически изот­ ропным материалом. Его свойства не меняются от того, в каком сечении (горизонтальном, вертикальном или на­ клонном) мы будем их рассматривать. В то же время, учитывая, что бетон состоит из двух компонентов — зерен заполнителя и цементного камня, и каждый из них имеет отличные друг от друга свойства, нельзя признать строе­ ние бетона однородным. Именно это обстоятельство по­ служило основанием, чтобы назвать его «конгломерат­ ным материалом».

Закономерно, что чем ближе показатели свойств со­ ставляющих бетона, тем более однородным он будет. Однако это еще не гарантирует улучшения физико-меха­ нических свойств бетона — необходимо также и хорошее сцепление между заполнителем и цементным камнем. Рассматривая с этих позиции легкий бетон, следует при­ знать, что его строение более однородно, чем строение тя­ желого бетона. Это объясняется тем, что пористость со­ держащегося в нем заполнителя может быть равна или близка к пористости цементного камня, либо повышен­ ным сцеплением пористого заполнителя (по сравнению с плотным) с цементным камнем. Это положение спра­ ведливо лишь для бетонов плотной структуры, так как при наличии межзерновых пустот в легком бетоне одно­ родность его строения резко уменьшается.

При прочих равных условиях с увеличением однород­ ности строения легких бетонов возрастает их прочность.

78

Это положение правильно, в первую очередь, в том слу­ чае, когда цементный камень и заполнитель имеют близ­ кие показатели по пористости и одинаковые деформативные свойства.

Нами были проведены опыты с бетоном на новосибир­ ском керамзите марки 600 кг/м3 и кварцевом песке. По­ ристость цементного камня изменялась за счет разной ве­

еще не свидетельствует о максимальной прочности бето­ на. Для данного керамзитобетона она получена не при одинаковом значении этих показателей, а в интервале Яц.к/ЯКер, равном 0,64—0,74. У более тяжелого керамзита, например марки 800 кг/м3, пористость гранул составля­ ет около 50%. Цементный же камень такой пористости можно получить лишь при большой величине В/Ц (при­ мерно 0,8), что значительно снизит его прочность. Тяже­ лый и прочный керамзит в сочетании со слабым цемент­ ным камнем не обеспечивают получение бетоиа высокой прочности, хотя по пористости рассматриваемые компо­ ненты почти одинаковы. Трудно получить высокую проч­

не жесткой бетонной смеси.

Следовательно, изменять пористость цементного кам­ ня, чтобы получить наиболее однородный и одновремен­ но наиболее прочный легкий бетон, целесообразно лишь в определенных пределах. Более эффективно повышать прочность и модуль упругости зерен пористого заполни­ теля с одновременным установлением в каждом конкрет­ ном случае оптимального значения - Я ц . к /Я к е р . При оцен­ ке однородности строения легких бетонов важно учиты­ вать еще и особенности разных видов пористого заполни­ теля. В бетонах на керамзите, зерна которого имеют четко выраженную оболочку и более пористое ядро, на­ блюдается три зоны с различной степенью пористости:

79