книги / Строительные материалы

к таким бетонам стали применять термин «П-бетоны». Подобные материалы можно подразделять на четыре группы: цементно-полимерные бетоны, полимербетоны, бетонополимеры (см. § 3 гл. 17) и бетоны, содержащие полимерные материалы (заполнители, дисперсную арма­ туру или микронаполнители).

Цементно-полимерные бетоны — это цементные бето­ ны с добавками различных высокомолекулярных орга­ нических соединений в виде водных дисперсий полиме­

латексов и других или водорастворимых коллоидов: поли­ винилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорас­ творимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегидных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее при­ готовлении.

Цементно-полимерные бетоны характеризуются нали­ чием двух активных составляющих — минерального вя­ жущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зе­ рен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая об­ ладает хорошей адгезией и способствует повышению сцеп­ ления между заполнителем и цементным камнем, улуч­ шает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимер­ ный бетон приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адге­ зионные свойства, высокую износостойкость, непроницае­ мость. В то же время особенности полимерной составля­ ющей определяют и другие особенности цементно-поли­ мерного бетона: в ряде случаев несколько повышенную деформативность, снижение показателей прочности при водном хранении.

Наиболее распространенные добавки полимеров в це­ ментные бетоны — поливинилацетат (ПВА), латексы и водорастворимые смолы. Количество вводимой добавки полимерного материала устанавливают предваритель­ ными опытами. Основным фактором, определяющим вли­ яние добавки на свойства цементно-полимерного бетона, является полим^рцементное отношение. Обычно оптималь­ ная добавка ПЙА составляет 20 % массы цемента. При

применении латекса, чтобы не было коагуляции полиме­ ра, вводят стабилизатор (казеинат аммония, соду и др.)* Введение полимерных добавок увеличивает пластич­ ность растворных смесей по сравнению с чисто цементны­ ми. Прочность увеличивается, если бетон выдерживается в воздушно-сухих условиях (влажность воздуха 40— 50.%),, при выдерживании во влажных условиях (влаж­

ность 90—100 %) прочность снижается. Цементно-полимерные бетоны приготовляют по той

же технологии, что и обычный цементный бетон. Наибо­ лее целесообразно применять эти бетоны для тех конст­ рукций и изделий, где можно использовать особенности их свойств, например для полов, дорог, отделочных со­ ставов, коррозионно-стойких покрытий.

8. Декоративный бетон

Для повышения эстетической выразительности зданий и сооружений в последние годы все шире используется декоративный бетон. Бетон — материал, которому могут быть приданы хорошие декоративные и пластические свой­ ства. Бетон можно готовить с применением белого и цвет­ ных цементов и специальных заполнителей, что позволяет получать не только цветные бетоны, но и придавать бе­ тону вид различных природных каменных материалов. При необходимости поверхность бетона может подвер­ гаться специальной обработке, чтобы получить вырази­ тельную декоративную фактуру. Пластичность бетонной смеси позволяет придавать бетонным изделиям различ­ ную конфигурацию, формовать изделия с рельефной по­ верхностью, изготовлять различные декоративные эле­ менты зданий и сооружений.

В зависимости от состава и назначения декоративные бетоны можно подразделить на цветные бетоны и бетоны, имитирующие природные камни или обладающие особо выразительной структурой.

Для получения цветных бетонов применяют белые, цветные цементы и различные минеральные или органи­ ческие пигменты. Пигменты, используемые в цветных бе­ тонах, должны обладать высокой светостойкостью, атмосферостойкостыо и щелочестойкостыо. Наиболее часто используют минеральные пигменты, которые, как прави­ ло, являются оксидами или солями различных металлов. Эти пигменты вводят в количестве 1—5 % массы цемен­

та в зависимости от их укрывистости, плотности и дру­ гих свойств.

В цветных бетонах используют чистые кварцевые пе­ ски, желательно, светлых оттенков без примеси частиц из оксидов железа, которые окрашивают пески и бетоны в серый цвет. В качестве крупных заполнителей могут при­ меняться светлый известняк и доломит. Широко исполь­ зуются в качестве заполнителей также отходы камнедробления, дробленые пески и щебень из мрамора, высевки гранита, туфа и др. Чтобы уменьшить расслоение цвет­ ного бетона и добиться большей равномерности окраски, используют воздухововлекающие добавки, а также вво­ дят в небольших количествах тонкие фракции некоторых материалов (жирной извести, тонкомолотого известняка

и др.).

Для повышения художественной выразительности де­ коративных бетонов применяют специальные приемы, по­ зволяющие обнажить заполнитель и выявить структуру бетона. В этом случае декоративный бетон может имити­ ровать различные породы отделочных камней или можно создать оригинальную декоративную фактуру самого бе­ тона. Для получения декоративного бетона помимо бело­ го цемента и соответствующих пигментов и добавок ис­ пользуют мелкий и крупный заполнители, которые поз­ воляют получить необходимую структуру материала. В качестве заполнителя в этом случае может применяться дробленый мрамор, гранит, базальт, слюда, дробленое цветное стекло и т. п.

Для выявления структуры бетона его поверхность подвергают шлифовке и полировке. Применяют также обработку поверхности бучардой или пневматическим мо­ лотком, пескоструйную обработку, обнажение заполни­ телей путем использования специальных замедлителей твердения. При шлифовке обычно используют легко по­ лирующиеся заполнители для бетона, например мрамор, При обработке бучардой выявляется цвет заполнителя, при этом с поверхности снимается слой бетона толщиной 0,5—1 см, в связи с чем необходимо соответственно уве­ личивать защитный слой бетона над арматурой.

В строительстве широко применяют изделия со вскры­ той структурой заполнителя, например гранитного щеб­ ня, которую получают нанесением на поверхность бетона или на поверхность формы, в которой происходит бето­ нирование изделия, специальных составов, проникающих

в поверхностные слои бетона и замедляющих твердение цементного камня. В результате поверхностный слой це­ ментного камня становится слабым и легко смывается водяной струей высокого давления, удаляется жесткими щетками или пескоструйной обработкой.

Изделия из декоративного бетона должны сохранять свои свойства в течение длительного времени. Для этого могут применяться специальные способы консервации поверхности, например флюатирование, гидрофобизация, пропитка полимером. Подобная обработка повышает стойкость бетона и способствует сохранению хорошего внешнего вида его поверхности в течение длительного времени без специального ухода.

Декоративные бетоны могут применяться для ограж­ дающих конструкций, общественных и жилых зданий, де­ коративных плит наружных и внутренних стен зданий, лестничных маршей, элементов фасада, в деталях малых архитектурных форм, для барельефов и скульптур, изде­ лий специального назначения. Иногда детали из декора­ тивного бетона сочетают с другими материалами: кам­ нем, эмалированной сталью, пластиком.

§7. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

1.Бетон на пористых заполнителях

Общие сведения. Легкому бетону и железобетону принадлежит важная роль в решении технической зада­ чи по дальнейшему снижению массы возводимых зданий

иуменьшению материалоемкости строительства. Вместе

стем, наружные стены и покрытия из малотеплопровод­ ных легких бетонов сберегают тепло в помещениях и тем самым позволяют меньше тратить топлива и энергии на отопление зданий. Из легкого железобетона изготовляют укрупненные конструкции и объемные элементы, приме­ нение которых в полносборном строительстве ускоряет монтажные работы и сводит к минимуму потребность в ручном труде.

Есть еще одно очень важное достоинство у легкого бетона, а именно — возможность его использования в разнообразных строительных конструкциях, что позволя­ ет рассматривать легкий бетон как универсальный мате­ риал. В этом убеждает разнообразие видов легкого бето­ на, применяемых в строительстве:

конструкционный плотностью 1401—1800 кг/м3 С проч­ ностью на сжатие 15—50 МПа, чаще всего используемый для легких несущих железобетонных конструкций (про­ летных строений мостов, ферм, гидротехнических соору­ жений, элементов перекрытий и покрытий зданий и др.);

конструкционно-теплоизоляционный плотностью 501— 1400 кг/м3 с прочностью 2,5—10 МПа, являющийся ос­ новным материалом ограждающих конструкций зданий; теплоизоляционный и акустический плотностью до 500 кг/м3, широко применяемый в слоистых конструкци­

ях как утеплитель и звукопоглощающий материал. Материалы для изготовления легкого бетона. Для лег­

кого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. При­ меняют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкци­ онно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители из древесины, стеблей хлоп­ чатника, костры, гранулы пенополистирола (стиропорбетон) и др.

Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их подразделяют на природные и искусственные. П р и р о д н ы е п о р и с т ы е з а п о л ­ н и т е л и получают путем частичного дробления и рас­ сева или только рассева горных пород (пемзы, вулкани­ ческого туфа, известняка-ракушечника и др.) . Ис к у с с т -

нул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это лег­ кий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250— 800 кг/м3. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пеИЫ. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придет ей высокую прочность. В процессе об­ жига (до 1200*0) легкоплавкая глина переходит в пиропластическое состояние и вспучивается вследствие выде­ ления внутри Каждой гранулы газообразных продуктов. Они образуются при дегидратации слюдистых минералов и выгорании органических примесей. Вспучиванию спо­ собствует выделение С02 в реакции восстановления ок­ сида железа до закиси, протекающей при обжиге в вос­

становительной среде (содержащей СО): Fe203-|-CC)=

= C02+2Fe0.

Керамзит — основной вид пористого заполнителя, он

очень легок и имеет высокую прочность.

Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (в небольших коли­ чествах), а также по методу кипящего слоя обжигом гли­ няных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия размером бо­

лее 50 мм и сваров.

Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаж­ дения расплава металлургических (обычно доменных) шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень. Производство шлаковой пемзы налажено в районах раз­ витой металлургии. Здесь себестоимость шлаковой пем­ зы ниже, чем 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 водо­ содержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов). При 950—1200°С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме в 10—20 раз. Вспученный перлит применяют для производства легких бетонов и теплоизоляционных изделий.

держащих слюд. Этот заполнитель используют для из­ готовления теплоизоляционных легких бетонов.

Топливные отходы (топливные шлаки и золы) образу­ ются в качестве побочного продукта при сжигании антра­ цита, каменного угля, бурого угля и других видов твер­ дого топлива.

Топливные шлаки — пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучи­ вания 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 % твердого топлива (на решет­ ках агломерационных машин). Каменный уголь выгора­

ет, а частицы сырья спекаютсй.

Применяют местное сырье: легкоплавкие глинистые и лессовые породы, трепел, а также промышленные от­ ходы— золы, топливные шлаки, углесодержащие шахт­ ные породы. Аглопорит выпускают в виде пористого пес­ ка, щебня и гравия.

Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых пород, содержащих шунгит (месторождение: пос. Шуньга, Ка­ релия). Это органическое вещество в виде аморфного уг­ лерода или тонкодисперсного графита. При обжиге шунгиГовые породы вспучиваются, образуя пористый легкий заполнитель в виде щебня, гравия и песка.

Азерит — новый вид пористого заполнителя, изготов­ ляемый путем предварительной высокотемпературной об­ работки сырья (при 1450—2000 °С) и быстрого охлажде­ ния расплава, переводящего его в стеклообразное состоя­ ние. Полученный продукт измельчается, смешивается с газовыделяющей добавкой, увлажняется, гранулируется и вспучивается в обжиговых агрегатах. Азеритовый гра­ вий может быть получен практически из любого мине­ рального сырья.

Технические требования к пористым заполнителям. Пористые заполнители, как и плотные, делят на крупные (пористый гравий или щебень) с размером зерен 5— 40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм. Пористый песок рассеивают на две фракции: до 1,2 мм (мелкий песок) и 1,2—5 мм (крупный песок). Пористый щебень (гравий) следует разделять на фрак­ ции: 5—10, 10—20, 20—40 мм.

По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) по­ ристые заполнители разделяют на марки: 100,150,200,250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200.

Наивыгоднейшее сочетание показателей плотности, теплопроводности, прочности и расхода цемента для лег­ ких бетонов достигается при наибольшем насыщении бе­ тона пористым заполнителем, что требует слитного (сбли­ женного) размещения зерен заполнителя в объеме бе­ тона. В этом случае в бетоне будет содержаться меньше цементного камня, являющегося самой тяжелой частыЬ легкого бетона. Наибольшее насыщение бетона пористым заполнителем возможно только при правильном подборе зернового состава смеси мелкого и крупного пористых за­ полнителей с одновременным использованием технологи-

Рис. 6.13. Межзерно­ вая пустотность и насыпная плотность керамзитового гравия в зависимости от его зернового состава

О 20 W SO W 80 10010-2Ома Содержание фракции S '10 a JO-20мм

б керамзитовом гравии, %

ческих факторов (интенсивного уплотнения, пластифика­ торов) .

Объем межзерновых пустот в крупном заполнителе зависит от содержания зерен разного размера. Оптималь­ ный зерновой состав соответствует минимальной пустотности смеси зерен — в данном примере фракций 5—Ю и Ю—20 мм (рис. 6.13). Результаты опытов послужили ос­ нованием для рекомедаций по рациональному зерновому составу, которые содержатся в стандартах на каждый вид пористого заполнителя.

Требования к зерновому составу пористого песка ус­ тановлены в зависимости оттого, для какого вида бетона он готовится: теплоизоляционного, конструкционно-тепло­ изоляционного, конструкционного. Зерновой состав от­ дельных групп пористого песка должен находиться в пределах, указанных в табл. 6.12.

Содержание водорастворимых сернистых и сернокис­ лых соединений в пересчете на S03 в пористом песке,

Т А Б Л И Ц А 6.12. ЗЕРНОВОЙ СОСТАВ ПОРИСТОГО ПЕСКА