
книги из ГПНТБ / Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях учеб. пособие
.pdf
Зерна аглопорита и шлаковой пемзы более однород ны по строению, поскольку у них нет более плотной, по сравнению с ядром, оболочки. Их характерная особен ность заключается в открытой пористости на поверхно сти. Для сопоставления названных заполнителей на рис. III.6 показаны в разрезе образцы бетона на новоси бирском керамзите и аглопорите, изготовленные из одно го исходного сырья.
Строение зерен керамзита и аглопорита, а также пе реходная зона между заполнителем и раствором сущест венно различаются. Граница между раствором и грану лами керамзита четко выражена, и проникания раствора в заполнитель не наблюдается. Границу же между ра створом и зернами аглопорита трудно провести: все откры тые поры и каверны на поверхности аглопорита заполне ны (кольматированы) цементным раствором. Причем цементное тесто проникает по каналам и трещинам во внутренние поры аглопорита, где оно затвердевает, со здается переходный слой между менее пористым раство ром и пористым заполнителем, в результате этого запол нитель как бы упрочняется. Такая особенность связи между раствором и щебневидным заполнителем прибли жает аглопоритобетои к идеальной модели бетона по И. Н. Ахвердову.
Следовательно, строение аглопоритобетона более од нородно, чем керамзитобетона. В результате резко выра
женной границы «раствор — гранула |
керамзита» |
(см. |
рис. III.6) при нагруженин керамзитобетона происходит |
||
концентрация напряжений на границе |
контактной |
зоны. |
В аглопоритобетоне это наблюдается в гораздо меньшей степени, что способствует повышению его прочности.
Однородность строения легких бетонов в большой сте пени зависит от однородности применяемых пористых заполнителей. Объемная масса и прочность отдельных зерен керамзита, шлаковой пемзы и других пористых за полнителей, взятых из одной и той же партии, могут су щественно различаться: объемная масса изменяется до 2—3 раз, а прочность даже до 10—12 раз. Это объяс няется недостаточно совершенной технологией производ ства пористых заполнителей.
Резкие колебания в свойствах отдельных зерен порис того заполнителя отражаются на свойствах бетона в не равной степени.
По данным В. Г. Довжика, Я. Ш. Штейна и В. П. Пет-
6 М. А. Иванов |
81 |

рова, прочность керамзитобетона зависит от средней прочности керамзитового гравия данной пробы и прак тически не зависит от степени однородности гранул этой
пробы, поскольку |
растворная |
часть |
бетона плот |
ной структуры |
представляет |
собой |
непрерывную |
среду с постоянными свойствами в любой точке объема. Иное положение наблюдается в отношении деформативных свойств. Они в большей степени, чем прочность, свя заны с однородностью зерен заполнителя. Бетон на керамзите, зерна которого неоднородны по своим прочно стным и деформативным свойствам, отличается понижен ной упругостью и долговечностью, особенно в агрессив ной среде.
3.Сцепление пористого заполнителя
сцементным камнем
Сцепление между заполнителем и цементным камнем существенно влияет на прочность и долговечность бето на. В том случае, когда прочность сцепления ниже про
чности и а растяжение хотя бы одного из двух |
компонен |
тов, бетон будет разрушаться из-за нарушения |
сцепления |
и прочность бетона (при растяжении) будет определять ся прочностью сцепления в контакте между цементным камнем и заполнителем.
Сцепление заполнителя с цементным камнем обуслов ливается не только действием сил молекулярного притя жения, но и механическими усилиями, возникающими
врезультате проникания цементного теста в углубления
ипоры заполнителя. Поэтому прочность сцепления зави сит не только от клеящей способности цементного теста (величины В/Ц), но и в значительной мере от шерохова тости поверхности и характера пористости заполнителя.
Пористые заполнители, у которых прочность по срав нению с плотными меньше, имеют лучшее сцепление с цементным камнем благодаря более шероховатой по верхности, наличию пористой структуры и процессу влагообмена между растворной частью бетона и заполните лем. Характер этого процесса определяется соотношением между открытой и закрытой пористостью и, главное, диа метром открытых капилляров на поверхности заполни теля.
По данным Л. С. Пивень, в керамзитобетонной смеси при диаметре капилляров зерна заполнителя менее
6* |
S3 |
0,01 мм из цементного теста отсасывается лишь жидкая фаза. Цементная суспензия проникает в капилляры диа метром 0,05 мм п более. Количество ее тем меньше, чем меньше величина В/Ц бетонной смеси.
Исследования, проведенные С. П. Онацким, показа ли, что в подавляющем большинстве зерна пористых за полнителей имеют поры диаметром от 0,1 до 1 мм. Сле довательно, влага в них проникает вместе с частицами цемента, что обусловливает высокую силу сцепления за полнителя с цементным камнем.
Интенсивность процесса влагообмена определяется не столько средней пористостью, сколько размером от крытых пор, сосредоточенных в оболочке зерна. Наибо лее интенсивно пористый заполнитель поглощает влагу из цементного раствора в первые 15 мин, затем этот про цесс постепенно затухает, но не прекращается (табл. 111.2). Через несколько часов возможна миграция влаги из заполнителя в раствор под влиянием вакуума, возни кающего в цементном камне в процессе его твердения. Чем ниже В/Ц, тем меньше интенсивность водопоглощення и раньше начинается процесс миграции влаги из за полнителя в цементный раствор.
Т а б л и ц а III.2. |
Водопоглощение |
керамзита в |
зависимости |
|
|
от длительности нахождения его в цементном тесте и воде |
|
||||
|
|
Водопоглощение по массе п % |
|
||
|
Времремя контакта |
в цементном |
тесте при В/Ц, |
равном |
|
|
|
|
|
в воде |
|
|
|
0,4 |
0.6 |
0,8 |
|
|
|
|
|||
15 |
мин |
5,3 |
5,6 |
6 |
8,8 |
30 |
» |
5,6 |
7,6 |
7,8 |
10,5 |
80 |
» |
5,4 |
10,3 |
10,3 |
13,9 |
2 ч |
|
3,2 |
8,3 |
11,2 |
15 |
2 суток |
— |
— |
— |
19,8 |
|
20 |
суток |
— |
— |
— |
36 |
Перемещение влаги из заполнителя в начале процес са твердения ослабляет структуру цементного камня. Де формируемость структуры возможно устранить вибраци ей или повторным перемешиванием. В этом случае сцеп ление вяжущего с поверхностью заполнителя усиливается и прочность легкого бетона повышается.
Особо повышенной прочностью сцепления с цемент ным камнем обладают пористые заполнители с развитой
84
§•',0-
! • |
Разрыв |
Рис. III.7. Деформации зерна аглопорнта и окружающего цементного камня (В/Ц = 0,4) при разных условиях тверде ния
Рис. III.8. Схема капилляров легкого бетона, заполненных воздухом и водой при движе нии воды
а — одностороннем; |
б — встречном |
открытой пористостью, в частности, об этом свидетельст вуют данные рис. III.7, где приведены результаты опы тов Н. И. Макридина.
В этих опытах зерно аглопорнта поместили в центре кубического образца из цементного теста с В/Ц—0,4. В течение первых 28 суток он твердел в условиях 100% - ной влажности, затем его перенесли в помещение, где от носительная влажность воздуха составляла только 50%. Значительные деформации аглопорнта явились следст вием первоначального набухания, а затем интенсивной усадки цементного камня. В течение всего периода вре мени была зафиксирована совместная деформация агло порнта и цементного камня, что можно объяснить лишь высокой силой сцепления между ними.
85
Следует различать усадку в микро- и макрообъеме бетона. Не всегда усадка в микрообъеме приводит к из менению внешнего объема бетона. Так, в процессе твер дения происходит сжатие системы цемент — вода, назы ваемое контракцией, но уменьшения наружного объема бетона при этом не наблюдается. Кроме контракции, происходит самовакуумнровапие, под которым М. 3. Симо нов понимает процессы водопоглощения и водоотдачи по ристого заполнителя в легком бетоне. Зерна пористого заполнителя с момента затворения бетонной смеси от сасывают воду из цементного теста. Объем поглощаемой воды при этом больше объема, вытесненного из заполни теля воздуха. Последний оказывается зажатым в капил лярах пористого тела (рис. III.8).
Как известно, капиллярные силы, возникающие в по рах материала, при всасывании влаги могут быть весьма велики. В результате этого защемленный воздух находит ся в состоянии всестороннего сжатия и имеет давление выше атмосферного. На поверхности пористого заполни теля возникает градиент давления, направленный в сто рону цементного теста, под действием которого происхо дит его уплотнение, повышающее силу сцепления и про чность легкого бетона. Однако рассматриваемое явление, как и химическая контракция, не приводит к уменьше нию наружного объема бетона.
Г л а в а IV
СВОЙСТВА ЛЕГКИХ БЕТОНОВ
1.Объемная масса
Малая объемная масса — основное отличительное свойство легких бетонов на пористых заполнителях по сравнению с обычными (тяжелыми). Различают объем ную массу в сухом состоянии и в условиях естественной влажности. Объемная масса в сухом состоянии считает ся для данного бетона стандартным показателем. Ее оп ределяют высушиванием материала при 105° С. За есте ственные условия принято обычно считать окружающую воздушную среду с относительной влажностью 40—70%. Равновесная влажность легкого бетона в этой среде со ставляет 5—15%. Следовательно, объемная масса в ус
ловиях естественной |
влажности на 5 — 15% |
больше, чем |
в сухом состоянии. |
|
|
Объемная масса |
легкого бетона — одно |
из основных |
его свойств. Она задается наряду с прочностью в техни ческих условиях и рабочих чертежах на изделия и конст рукции, изготовляемые из легких бетонов, должна учи тываться при подборе его состава и обеспечиваться пра вильной организацией технологического процесса.
Объемная масса легкого бетона зависит от его струк туры, объемной массы зерен заполнителя и расхода це мента. М. 3. Симонов рекомендует ориентировочно под считывать объемную массу бетона по следующим форму
лам: |
|
|
|
|
для бетонов плотной |
структуры |
|
||
7 о б |
= 1,15# |
+ ( 8 0 0 - 4 Л > у . ц ) т к . 3 ; |
||
для крупнопористых и беспесчаных поризованных бе |
||||
тонов |
|
|
|
|
V o 6 |
= 1,15^ + ( 6 0 0 - Д/ту .ц)Тк.з, |
|
||
где уоо—объемная |
масса бетона в сухом состоянии |
в кг/м3; Ц — |
||
расход цемента на |
1 м3 |
бетона в кг/м3; у у . ц — плотность цемента в |
||
г/см3; у„:з — объемная |
масса |
заполнителя в куске в |
кг/м3. |
При выводе этих формул принято, что в бетонах плот ной структуры абсолютный объем, занимаемый заполни телем, составляет в среднем 800 л/м3, а в крупнопористых и беспесчаных поризованных—600 л/м3. При этом в пер-
87
вом случае имеется в виду и крупный и мелкий заполни тель, поэтому значение ук.3 должно приниматься усред ненным исходя из принятого зернового состава заполни теля и объемных масс зерен его отдельных фракций. Снижение объемной массы считается одной из основных задач в технологии пористых заполнителей и легких бе тонов: чем меньше объемная масса бетона, тем меньше масса конструкций, зданий и сооружений и их стоимость.
Технико-экономический эффект от снижения объем ной массы наиболее существен (табл. IV. 1) в теплоизоля ционно-конструктивных бетонах, так как в этом случае уменьшается не только масса, но и толщина изделий, что приводит к снижению расхода материалов и стоимости 1 м2 ограждения.
Т а б л и ц а IV. 1. Технико-экономические показатели панелей наружных стен жилых зданий, выполненных из легких бетонов различной объемной массы
|
|
|
|
|
Керамзито- |
Аглопоритобетонные |
||
|
|
|
|
|
на аглопорнте |
|
||
|
Показатели |
|
бетонные |
|
|
|
||
|
|
на керамзите |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
V, =400 кг/м* |
из зол |
из глины |
|
|
|
|
|
|
|
VH =550 кг/м* |
у > =700 |
кг/м3 |
|
Объемная |
масса |
бетона |
900 |
|
1400 |
||
в |
кг/м3 |
|
|
|
1200 |
|||
|
Толщина стены в см . . |
27 |
35 |
40 |
|
|||
|
Масса 1 м2 |
стены |
в кг . |
243 |
420 |
560 |
||
|
Себестоимость |
смонтиро |
|
|
|
|
||
ванной конструкции в руб/м2 |
9,8 |
11,1 |
13,5 |
|||||
|
Капитальные |
вложения |
19,7 |
20,4 |
27,7 |
|||
|
в руб/м2 |
|
|
|
||||
|
Приведенные |
|
затраты |
|
|
|
|
|
в |
руб/м2 |
|
|
|
12,1 |
13,5 |
17 |
|
|
В бетонах конструктивного назначения величина |
объ |
емной массы изменяется в меньших пределах. К тому же в этом случае снижение объемной массы бетона не всег да возможно из-за необходимости обеспечивать требуе мую деформативность и звукоизоляцию. Объемная мас са легкого бетона может колебаться в зависимости от вида пористого заполнителя лишь в определенных преде лах (табл. IV.2).
Для керамзитобетона возможные пределы изменения объемной массы в зависимости от объемной массы ке-
88
Т а б л и ц а IV.2. Объемная |
масса |
легких бетонов |
в зависимости |
от их прочности на сжатие и вида |
заполнителя |
||||||
|
|
Объемная |
Объемная |
масса высушенного |
бетона в т / л 3 |
при его марке по прочности на сжатие |
|||||
Заполнителаполнитель |
насыпная |
|
|
|
в |
кгс/см- |
|
|
|
||
масса 7 И , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к г / л 3 |
50 |
75 |
|
100 |
| |
150 • |
200 |
| |
300 |
|
|
|
|
||||||||
Гравий |
керамзитовый |
300—700 |
0,8—1,2 |
0,9—1,3 |
|
1—1,4 |
|
1,2—1,5 |
1,3—1,6 |
|
1,4—1,7 |
Щебень: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
из |
шлаковой пем- |
500—800 |
1,15—1,45 |
1,2—1,52 |
1,35—1,6 |
1,45—1,75 |
1,55—1,85 |
|
1,65—1,95 |
||
|
|
|
|||||||||
из |
аглопорита |
600—900 |
1,3—1,5 |
1,35—1,6- |
1,4—1,65 |
|
1,5—1,8 |
1,6—1,9 |
|
1,7—2 |
|
Вспученный перлит |
300—500 |
0,7—0,9 |
0,8—1 |
|
1—1,2 |
|
— |
— |
|
— |
сс |
П р и м е ч а н и е . |
Данные относятся к бетонам, приготовленным на пористых песках того ж е вида, что и крупный заполнитель. |
^ |
Если вместо пористого |
песка применяют плотный, объемная масса бетона возрастает на 100—250 кг/л 3 . |