книги / Строительные материалы

воды из-прилегающего: к нему слоя цементного теста, по­ нижая В/Ц, поэтому в бетоне плотной структуры каж­ дое пористое зерно окружено контактным слоем. Сцеп­ ление вяжущего с пористым заполнителем, обусловлен­ ное механическим защемлением цементного камня в порах зерна, возрастает вследствие химического взаимо­ действия контактирующих фаз.

Большинство пористых заполнителей (керамзит, аглопорит и др.) содержит аморфный SiC>2, способный химически реагировать с Са(ОН)г, образующимся при гидратации цемента, что приводит к образованию на поверхности контакта нерастворимого в воде гидросили­ ката кальция Ca0-Si02-nH20, упрочняющего контакт­ ный слой «пористое зерно — цементный камень». Вот почему бетон на пористом заполнителе (в котором 75— 80 % объема заполнено пористыми зернами) не пропус­ кает воду и другие жидкости даже при большом одно­ стороннем давлении, этот же бетон оказывается доста­ точно морозостойким. Данный технический парадокс имеет место, если обеспечена плотная структура бето­ на, т. е. цементное тесто заполняет все пустоты между зернами и межзерновая пористость бетона минимальна. В плотном легком бетоне к тому же стальная арматура достаточно хорошо защищена от коррозии и в обычных условиях эксплуатации не требуется специальных за­ щитных мер по сохранению арматуры.

Легкие бетоны разделяют по структуре на плотные, поризованные и крупнопористые.

Основным показателем прочности легкого бетона яв­ ляется класс бетона по прочности при сжатии; установ­

кроме того классы: В 0,35; В 0,75; В 1.

Для изделий и конструкций, запроектированных без учета требований стандарта СЭВ 1406—78, показатели прочности легкого бетона на сжатие характеризуют мар­ ками, кгс/см2: М 35; М 50; М 75; М 100, М 150; М 200; М 250; М 300; М 350; М 400; М 450; М 500. Для тепло­ изоляционных бетонов предусмотрены марки: М 5; М 10; М 15; М25.

Для изготовления высокопрочных бетонов (плот­ ностью 1600—1800 кг/м3) применяют более прочный по­ ристый заполнитель с насыпной плотностью 600—800

легких бетонов высокой морозостойкостью и малой во­ допроницаемостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве и даже в судостроении.

Водонепроницаемость плотных конструкционных лег­ ких бетонов может быть высокой. Керамзитобетон с рас­ ходом цемента 300—350 кг/м3 не пропускает воду даже при давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость плот­ ных легких бетонов подтверждается эксплуатацией воз­ веденных из них гидротехнических сооружений (напри­ мер, в Армении и Грузии), а также испытанием напор­ ных железобетонных труб. Характерно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов повышается.

Установлены следующие марки бетона на пористом заполнителе по водонепроницаемости: W 0,2; W 0,4; W 0,6; W 0,8; W 1; W 1,2 (в МПа гидростатического давления).

Легкий бетон — эффективный универсальный мате­ риал и его применение в двенадцатой пятилетке возра­ стет.

2.Крупнопористый бетон

Всостав крупнопористого (беспесчаного) бетона вхо­ дят гравий или щебень крупностью 5—20 мм, порт­

пористого бетона его плотность уменьшается примерно на 600—700 кг/м3 и составляет 1700—1900 кг/м3. Отсут^ ствие песка и ограниченный расход цемента (70—150 кг/м3) позволяют получить пористый бетон теплопровод­ ностью 0,55—0,8 Вт/(м-°С) марок М 15—М 75. Крупно­ пористый бетон целесообразно применять в районах, бо­ гатых гравием. Из крупнопористого бетона возводят мо­ нолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные стеновые блоки. Стены из крупнопористого бетона ош­ тукатуривают с двух сторон, чтобы устранить продува­ ние.

Крупнопористый бетон на пористом заполнителе (ке­ рамзитовом гравии и т. п.) имеет небольшую плотность (500—700 кг/м3) и используется как теплоизоляцион­ ный материал.

Гипсобетон

Гипсобетон изготовляют на основе строительного гип­ са, высокопрочного гипса или гипсоцементно-пуццола- нового вяжущего, обеспечивающего получение водостой­ ких изделий. Для уменьшения плотности стремятся при­ менять пористые заполнители (топливные шлаки, керам­ зитовый гравий, шлаковую пемзу и т. п.), а также ком­ бинированный заполнитель из кварцевого песка и дре­ весных опилок. С этой же целью вводят порообразующие добавки, позволяющие снизить плотность гипсобетона. Для повышения прочности на изгиб и уменьшения хруп­ кости в состав гипсобетона вводят волокнистые напол­ нители (древесные волокна, измельченную бумажную массу, синтетические волокна).

Крупноразмерные изделия изготовляют способом не­ прерывного вибропроката на специальных станах. От­ формованные затвердевшие изделия высушивают в су­ шильных камерах. Плотность гипсобетона в зависимости от применяемого заполнителя и водогипсового отношения составляет 1000—1600 кг/м3 (марки М25, 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 защище­ на от коррозии специальной обмазкой (цементно-казеи­ новой, битумной и полимерной). На водостойком гипсо- цементно-пуццолановом вяжущем изготовляют санитар­ но-технические кабины, мелкие камни и крупные блоки для внутренних и наружных стен жилых зданий, сель­ скохозяйственных, производственных зданий с относи­ тельной влажностью помещений до 75 %.

4. Ячеистый бетон

Ячеистый бетон — разновидность легкого бетона; его получают в результате затвердевания вспученной при помощи порообразователя смеси вяжущего, кремнезе­ мистого компонента и воды. При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеистая» структура бе тона с равномерно распределенными по объему воздуш ными порами. Благодаря этому ячеистый бетон имеет небольшую плотность и малую теплопроводность Порис­ тость ячеистого бетона сравнительно легко регулировать

в процессе изготввлейия, в результате получают бетоны разной плотности и назначения. Ячеистые бетоны деляг на три группы: теплоизоляционные плотностью в высу­ шенном состоянии не более 500 кг/м3; конструкционно­ теплоизоляционные (для ограждающих конструкций) 500—900 кг/м3; конструкционные (для железобетона) 900—1200 кг/м3.

Материалы для ячеистого бетона. Вяжущим для це­ ментных ячеистых бетонов обычно служит портландце­ мент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо- и пеносили­ кат) автоклавного твердения изготовляют, применяя мо­ лотую негашеную известь. Вяжущее применяют совмест­ но с кремнеземистым компонентом, содержащим БЮг.

Кремнеземистый компонент (молотый кварцевый пе­ сок, зола-унос ТЭС и молотый гранулированный домен­ ный шлак) уменьшает расход вяжущего, усадку бетона и повышает качество ячеистого бетона. Кварцевый песок обычно размалывают мокрым способом и применяют в виде песчаного шлама. Измельчение увеличивает удель­ ную поверхность кремнеземистого компонента и повыша­ ет его химическую активность. Встречается тонкодис­ персный природный кварц — маршалит с частицами 0,01—0,06 мм.

Возрастает применение побочных промышленных продуктов (золы-уноса, доменных шлаков, нефелинового шлама) для изготовления ячеистого бетона.

Соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим устанавливают опытным путем. При переме­ шивании материалов в смесителе получают исходную смесь — тесто, состоящее из вяжущего, кремнеземистого компонента и воды. Вспучивание теста вяжущего может осуществляться двумя способами: первый — химичес­ ким; в этом случае в тесто вяжущего вводят газообразу­ ющую добавку и в смеси происходят химические реак­ ции, сопровождающиеся выделением газа; второй — ме­ ханическим, заключающимся в том, что тесто вяжущего смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пе­ ной.

В зависимости от способа изготовления ячеистые бе­ тоны делят на газобетон и пенобетон. В стране и за рубе­ жом развивается производство преимущественно газо­ бетона. Его технология более проста и позволяет полу­ чить материал пониженной плотности со стабильными свойствами. Пена же не отличается стабильностью, что

вызывает колебания плотности и прочности пенобетона. Газобетон и газосиликат. Газобетон приготовляют из смеси портландцемента (нередко с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя. По типу химических реакций газо- образователи делят на следующие виды; вступающие в химическое взаимодействие с вяжущим или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра); взаимодействую­ щие между собой и выделяющие газ в результате обмен­ ных реакций (например, молотого известняка и соляной

кислоты).

Чаще всего газообразователем служит алюминиевая пудра, которая, реагируя с гидроксидом кальция, выде­ ляет водород по реакции

ЗСа (ОН)2 + 2А1 + 6Н20 = 3H2 f + ЗСаОА120 3-6Н20.

Согласно уравнению химической реакции 1 кг алю­ миниевой пудры выделяет в нормальных условиях 1,245 м3 водорода. При повышении температуры объем газа возрастает и, например, при 40° С составит 1,425 м3. На практике расходуется большее количество алюмини­ евой пудры, так как она содержит менее 100 % актив­ ного алюминия и, кроме того, часть газа теряется в про­ цессе перемешивания и вспучивания раствора.

Это учитывается с помощью коэффициента газоудержания Лгу, представляющего собой отношение объема газа, удержанного газобетонной смесью Vyy к теорети­ ческому объему выделяемого газа VT при данной темпе­ ратуре:

kry = vy/VT.

Коэффициент газоудержания обычно составляет 0,7— 0,85; на изготовление 1 м3 ячеистого бетона плотностью 600—700 кг/м3 расходуется 0,4—0,5 кг алюминиевой пудры. Алюминиевую пудру вводят в виде суспензии, для придания пудре гидрофильных свойств ее обрабатывают водным раствором поверхностно-активного вещества (СДБ, канифольного мыла и др.).

Литьевая технология предусматривает отливку изде­ лий, как правило, в отдельных формах из текучих сме­ сей, содержащих до 50—60 % воды от массы сухих ком­ понентов (водотвердое отношение 5 /7 = 0,5—0,6). При изготовлении газобетона применяемые материалы — вяжущее, песчаный шлам и воду, дозируют и подают в са­ моходный газобетоносмеситель, в котором их перемеши­

вают 3—5 мин, затем в смесь вливают водную суспен­ зию алюминиевой пудры и после последующего переме­ шивания теста с алюминиевой пудрой газобетонную смесь заливают в металлические формы на определен­ ную высоту с таким расчетом, чтобы после вспучивания формы были заполнены доверху. Избыток смеси («гор­ бушку») после схватывания срезают проволочными струнами. Для ускорения газообразования, а также про­ цессов схватывания и твердения применяют горячие сме­ си на подогретой воде с температурой в момент заливки в формы около 40 °С.

Тепловую обработку ячеистого бетона производят преимущественно в автоклавах в среде насыщенного во­ дяного пара при температуре 175—200 °С и давлении 0,8—1,3 МПа. Автоклавы представляют собой гермети­ чески закрывающиеся цилиндры диаметром до 3,6 м и длиной до 32 м. Во влажной среде и при повышенной температуре кремнеземистый компонент проявляет хи­ мическую активность и вступает в соединенение с гидро­ ксидом кальция с образованием гидросиликатов каль­ ция, придающих ячеистому бетону повышенную проч­ ность и морозостойкость.

Автоклавную обработку производят по определенно­ му режиму с учетом типа и массивности изделий. Чтобы не появились трещины в изделиях, предусматривают плавный подъем и спуск температуры и давления (в те­ чение 2—6 ч); время выдерживания изделий при макси­ мальной температуре составляет 5—8 ч.

Вибрационная технология газобетона заключается в том, что во время перемешивания в смесителе и вспучи­ вания в форме смесь подвергают вибрации. Для приго­ товления ячеистобетонной смеси применяют виброгазобетоносмеситель СМС-40 (рис. 6.16) или гидродинами­ ческий смеситель ГДС-3. Бетоносмесители этих типов позволяют получить однородные смеси с пониженным водотвердым отношением (В /Т=0,35—0,4).

Тиксотропное разжижение, происходящее вследствие ослабления связей между частицами, позволяет умень­ шить количество воды затворения на 25—30 % без ухуд­ шения удобоформуемости смеси. В смеси, подвергаю­ щейся вибрированию, ускоряется газовыделение — вспу­ чивание заканчивается в течение 5—7 мин вместо 15—20 мин при литьевой технологии. После прекращения виб­ рирования газобетонная смесь быстро (через 0,5—1,5 ч)

Газосиликат автоклавного твердения в отличие от газобетона изготовляют на основе известково-кремнезе­ мистого вяжущего, используя местные дешевые матери­ алы— воздушую известь и песок, золу-унос и металлур­ гические шлаки. Соотношение между известью и моло­ тым песком колеблется от 1:3 до 1:4,5 (по массе), при этом извести расходуется 120—180 кг на 1 м3 газосиликата. Изделия из газосиликата приобретают требуемую прочность и морозостойкость только после автоклавной обработки, благодаря которой достигается химическое взаимодействие между известью и кремнеземистым ком­ понентом и образуются нерастворимые в воде гидроси­ ликаты кальция.

Пенобетон и пеносиликат. Пенобетон приготовляют, смешивая раздельно приготовленные растворную смесь и пену, образующую воздушные ячейки. Растворную смесь получают из вяжущего (цемента или воздушной извести), кремнеземистого компонента и воды, как и в технологии газобетона. Пену приготовляют в лопастных пеновзбивателях или центробежных насосах из водного раствора пенообразователей, содержащих поверхностно­ активные вещества. Применяют пенообразователи: ка­ нифольный, получаемый путем омыления сосновой кани­ фоли щелочью, смолосапониновый (водная вытяжка мыльного корня) и синтетические. Пенообразование вы­ зывается понижением поверхностного натяжения воды на поверхности раздела «вода — воздух» под влиянием поверхностно-активных веществ, адсорбирующихся на поверхности раздела. Качество пены тем выше, чем больке «кратность» — отношение начального объема пены к объему водного раствора пенообразователя. Пена долж­ на быть прочной и устойчивой, т. е. не осаживаться и не расслаиваться по крайней мере в начальный период схватывания ячеистой массы. Стабилизаторами пены служат добавки раствора животного клея, жидкого стек­ ла или сернокислого железа; минерализаторами — це­ мент и известь.

Из бункера, перемещающегося вдоль фронта формвагонеток, пенобетонная смесь поступает в формы. Для сокращения времени выдержки и ускорения оборачивае­ мости форм добавляют хлористый кальций, поташ и дру­ гие вещества, ускоряющие структурообразование.

Структура и свойства ячеистых бетонов. Структура ячеистого бетона характеризуется двойственным харак­

тером его пористости, обусловленным наличием макро- и микропор. Равномерно распределенные в объеме воз­ душные крупные поры (в пеперечнике 0,5—2 мм) обра­ зованы газоили пенообразователем; их объем можно регулировать, изменяя дозировку порообразователя. Микропоры (размером менее 0,01 мм) находятся в межпоровых перегородках, они образованы водой затворения, не связанной химически вяжущим. Их объем умень­ шается, если удается снизить (например, при вибраци­ онной технологии) количество воды затворения. При этом уменьшается водовяжущее (водотвердое В/Т) отноше­ ние, межпоровые перегородки уплотняются, а прочность ячеистого бетона возрастает. Следовательно, можно рас­ сматривать ячеистый бетон как газонаполненный искус­ ственный камень, в котором воздух, заключенный в ячей­ ках, играет роль своеобразного малотеплопроводного за­ полнителя.

Размер ячеек зависит от плотности бетона, а также от технологических факторов. Объем пор и качество по­ ристости (т. е. распределение, характер и размер пор) определяют все основные свойства ячеистого бетона. Пористость ячеистого бетона косвенно характеризуется его плотностью.

Поэтому плотность— главная количественная харак­ теристика структуры ячеистого бетона, определяющая все его технические свойства. По плотности и назначе­ нию ячеистые бетоны разделяют на следующие группы: 1) теплоизоляционные плотностью в высушенном состоя­ нии 500 кг/м3 и менее; 2) конструкционно-теплоизоляци­ онные (для ограждающих конструкций — стен и покры­ тий) 500—900 кг/м3; 3) конструкционные 900—1200 кг/м3. По показателям плотности установлены следующие мар­ ки ячеистого бетона (кг/м3): D 300; D 400; D 500; D 600; D 700; D 800; D 900; D 1000; D 1100; D 1200.

Прочность ячеистого бетона зависит от его плотности, вида и свойств исходных материалов, от режима теп­ ловлажностной обработки и влажности бетона. В за­ висимости от гарантированных значений прочности яче­ истого бетона на сжатие установлены следующие клас­