STROITEL_NOE_MATERIALOVEDENIE_RYB_EV

оптимальная продолжительность вибрирования. Более продолжительное вибрирование приводит к расслоению бетонной смеси и ухудшению качественных показателей бетона. Обычно амплитуда колебаний находится в пределах 0,3—0,7 мм при частоте колебаний около 3000 в 1 мин. В последние годы получают распространение низкочастотные резонансные виброплощадки с амплитудой 0,7 мм и частотой 25—40 Гц, которые более экономны в расходе энергии и менее шумные в работе. При вибрировании бетонной смеси в густоармированных конструкциях целесообразно использовать высокочастотный вибратор с частотой до 7 колебаний в 1 мин с гибким валом и цилиндрической рабочей частью (рис. 9.14).

Эффект уплотнения и качество изделий контролируют периодической проверкой величины коэффициента уплотнения, равного отношению фактической средней плотности свежеуложенного бетона к ее номинальной величине, получаемой при расчете проектного состава. Если коэффициент уплотнения находится в пределах 0,98—1,0, можно полагать, что достигнута вполне достаточная степень уплотнения изделия. Уменьшение плотности бетона на 1% приводит к снижению прочности его примерно на 5%. Понятно, что с уменьшением подвижности бетонной смеси требуется увеличивать интенсивность и продолжительность виброушютнения. При поверхностном вибрировании слой бетонной смеси не должен быть толще 20—25 см. Для повышения эффекта уплотнения бетонной смеси малой подвижности принимают меры по увеличению удельной нагрузки на поверхность вибрируемого массива, т. е. осуществляют вибри- рование с пригрузом, например, в размере от 10 до 40 или 50 г на 1 см2 (или 0,1—0,5 МПа) поверхности. Возможно вибрирование, совмещаемое с прессованием под давлением 0,5— 1,5 МПа, что называется вибропрессованием. При уплотнении отдельных изделий вибраторы специальной формы и размеров (виброиглы, вибробулавы и т. п.) погружают в тело бетонного массива. Распространенные способы уплотнения — виброштампование и особенно вибропрокат: Последний выполняют на специальных вибропрокатных станах. При уплотнении подвижных бетонных смесей применяют вибрационное воздействие в сочетании с вакуумированием и удалением некоторой доли воды из уплотняемой массы, двойное вибрирование, а также некоторые другие способы уплотнения, например без- вибрационное уплотнение при изготовлении полых изделий — труб, колонн, столбов (опор) и др. Для их уплотнения бетонную смесь помещают в соответствующие формы, которые подвергают вращению, и смесь уплотняется за счет воздействия центробежных сил, развивающихся при частоте вращения до 900—1000 об/мин. К безвибрационным способам относятся также наливной (с добавлением в смесь суперпластификатора) и набивной (торкретирование, с выбросом смеси из сопл бетононасоса).

281

При укладке в конструкцию в зимнее время бетонную смесь предохраняют от замерзания как в процессе уплотнения, так и в первоначальный период отвердевания отформованного монолита. Важно до замерзания получить определенную прочность бетона, что уста- навливается в зависимости от конкретных условий, но обычно не менее 30—50% его проектной (марочной) прочности. С этой целью используют противоморозные добавки, подогрев исходных материалов и другие мероприятия.

Взимнее время сохранить внутреннюю теплоту в бетоне, выделяющуюся в результате экзотермических реакций при его твердении, можно, покрыв его слоем теплоизоляции (шлака, древесных опилок, соломита и др.). Этот способ дает особенно эффективный результат при относительно малых поверхностях охлаждения конструкций, например массивных, при отношении поверхности S к объему V не более 6. Сохранение внутренней теплоты получило название «способа термоса». Внутренний запас теплоты увеличивают также путем предварительного подогрева воды до 80°С, заполнителей — до 40°С с тем, однако, чтобы температура бетонной смеси к моменту укладки не была выше 40—50°С. Нередко бетонную смесь подогревают в электродно-пластинчатом бункере. Изделия, например фундаменты, приобретают 50% марочной прочности при морозе до -40°С. При бетонировании в зимних условиях конструкций и элементов с большой поверхностью охлаждения (при отношении S/V значительно большем 6) можно укладывать бетон без подогрева, т. е. использовать холодный бетон. Для этого в бетонную смесь вводят противоморозные добавки (нитрат натрия, поташ и др.), которые снижают температуру замерзания воды в бетоне, а некоторые добавки выполняют еще и функцию катализатора твердения вяжущего вещества. Холодный бетон обычно укладывают при температурах окружающей среды не ниже -20°С с последующей теплоизоляцией, устройством ветрозащитных ограждений, утеплением опалубки, обогревом нагревательными проводами и др. Эти провода закрепляют на арматурном каркасе; длину и количество проводов определяют расчетом с учетом нагрева до 40°С. В качестве проводов используют оцинкованную стальную сетку с поливиниловой изоляцией диаметром 1,2 мм.

Влетнее время поверхность свежеуложенного бетона защищают от непосредственного воздействия солнечных лучей и ветра пленкообразующими материалами, влажными опилками, матами и т. п. В сухую погоду открытые поверхности бетона увлажняют водой. Используют также полиэтиленовые и поливинилхлоридные пленки, розлив по поверхности защищаемого бетона битумной эмульсии и др.

282

При укладке в конструкцию бетонной смеси в очень жаркую и сухую погоду ее предохраняют от повышения температуры и быстрого высыхания после укладки.

От нагревания солнечными лучами предохраняют и компоненты: периодически увлажняют заполнители холодной водой или применяют охлаждающие устройства для понижения их температуры; укрывают водопроводные линии, окрашивают баки с водой в белый цвет и т. п.

Воду затворения нередко искусственно охлаждают или частично заменяют льдом, с тем чтобы он успел растаять к моменту выгрузки смеси.

Все изложенные выше меры особенно полезны при строительстве массивных сооружений с использованием больших объемов бетонной смеси.

В наиболее жаркое время дня в условиях сухого и жаркого климата целесообразно в исключительных случаях сделать перерыв в производстве бетонных работ на строительном объекте.

Отформованные и уплотненные изделия или конструкции из бетона подвергают тепловой, тепловлажностной, автоклавной или другой обработке, чем достигается существенное ускорение процессов твердения. Прочность при нормальных условиях твердения на- растает сравнительно медленно, поэтому приходится длительное время ожидать получения необходимой прочности изделий, например 60—70% от марочной, определяемой в 28-суточном сроке хранения. Самым распространенным способом ускорения структурообра-зования и упрочнения служит тепловая обработка в пропарочных камерах периодического или непрерывного действия или в формах с термоподдонами. Применяют также бетонирование с электроразогревом смеси. Для этого бетонную смесь в течение 10—15 мин разогревают до температуры 50—90°С с помощью электронагревательных устройств, укладывают в стальную опалубку, уплотняют и укрывают от охлаждения, что позволяет поднять суточную прочность бетона до 60—65% марочной. Ускорить твердение бетона можно также химическими методами: путем введения в бетонную смесь небольших количеств хлористого натрия, хлористого кальция, растворимого стекла или комплексных веществ — нитрит-нитрата натрия, нитрита натрия, солей более сложного состава и др. На практике используют одновременно несколько способов ускорения твердения, что приводит обычно к получению значительного технико-экономического эффекта, позволяет производить бетонирование в зимнее время при температурах -10, -15°С и ниже. При введении химических добавок удается снижать водосодержание, поскольку некоторые добавки оказывают пластифицирующее воздействие на бетонную смесь.

За последние годы разработан способ — эргобетонирование1, который заключается в том, что бетонную смесь в процессе ее перемешивания подвергают интенсивному одновременному и согласованному обрабатыванию механической (вибрационной), тепловой и электрической энергиями, одновременному барботированию в уcловиях магнитной пароионной среды. Последующее постепенное остывание отформованного материала благоприятствует более полному протеканию процессов структурообразования с минимумом технологической пористости. Наилучший способ такой комбинированной синэнергообработки воспроизводится с помощью специального оборудования — синэнергогенератора.

Разработаны высокоэффективные пластификаторы и суперпластификаторы, с введением которых можно уменьшать на 20—30% и более содержание воды в бетонной смеси, т. е. уменьшать В/Ц, а следовательно, увеличивать прочность бетона, например в суточном возрасте на 50% и более, в месячном — на 30—40%. Если количество воды в бетонной смеси не уменьшать, то при добавлении суперпластификатора эта смесь становится литой, легкоподвижной, удобной при изготовлении тонкостенных конструкций или фасонных

1 Арбеньев А.С. От: электротермоса к синэргобетонированию. Владимир, ВГГУ, 1996. Синэргобетонирование изделий и конструкций: Сб. тезисов. Владимир, ВГГУ, 1998.

283

деталей с тесно расположенной арматурой. Литые бетонные смеси удобны также при подаче их бетононасосом, при создании плотной поверхности изделий.

Добавление суперпластификатора несколько удорожает бетон, но увеличивает производительность труда при изготовлении изделий, уменьшает продолжительность тепловлажностной обработки бетона.

Вкачестве суперпластификаторов используют либо сульфинированные меламиноформальдегидные смолы, либо низкомолекулярные полимеры продукты взаимодействия нафталинсульфо-кислоты и формальдегида. Такого рода добавки способствуют диспергированию гидратированного цемента, обволакиванию дисперсных частиц экранирующими пленками органического вещества с эффектом пластификации смеси без нарушения основных процессов отвердевания и формирования структуры цементного камня и бетона.

При применении пластифицирующих добавок проверяют, особенно при использовании новых добавок, чтобы они не были воспламеняющимися, ядовитыми, не вызывали коррозии металлической арматуры в бетоне.

Для повышения интенсивности твердения бетона кроме тепло-влажностной обработки иногда активируют воду затворения. Так, по данным И.М. Грушко, добавление в воду щелочи, например едкого натра, и части отдозированного цемента с последующей обра- боткой ультразвуком и электромагнитным полем способствует образованию микрокристаллических частиц как «затравок» в твердеющем цементном тесте.

Впроизводственных условиях осуществляют постоянный технологический контроль за качеством исходных материалов, поступающих на завод, их подготовкой к употреблению в составе компонентов смеси, за качеством бетонной смеси (подвижностью, жесткостью, фактическим составом бетонной смеси, однородностью перемешивания и т. п.), за качеством отвердевшего бетона, особенно за его прочностью и ее нарастанием во времени.

При оценке прочности бетона пользуются как разрушающими методами (испытанием образцов с их разрушением), так и адест-руктивными—ультразвуковым импульсным методом, методом упругого отскока, радиометрическим методом, рентгеновскими лучами в специальных установках и др. Эти методы позволяют также обнаруживать трещины и другие дефекты в бетонных изделиях и конструкциях.

Структура и свойства тяжелого бетона. Тяжелый бетон — типичный представитель искусственных строительных конгломератов. В нем отвердевшее цементное тесто, или цементный камень, полностью окружает каждую частицу мелкого и крупного заполнителя и, кроме того, заполняет пространство между этими частицами, составляя, таким образом, непрерывную пространственную сетку, или матрицу. В процессе отвердевания цементного теста частицы заполнителя оказались сцементированными в общий монолит.

Вмонолите 20—30% его объема занимает цементный камень, а на долю заполнителя приходится, следовательно, 70—80% объема. В пределах объема тяжелого бетона имеется также капиллярно-поровая часть, которая образуется в результате испарения свободной воды, недо-уплотнения смеси и усадочных явлений. Поры имеются также в частицах заполнителя, а микропоры характерны для цементного камня. Нередко воздушные поры (1—2%) равномерно распределены в объеме бетона, возникая в процессе перемешивания бетонной смеси со специальной воздухововлекающей добавкой, что обычно повышает морозостойкость бетона. Поры цементного камня можно разделить условно на особо тонкие, например, диаметром до 1000 А, называемые гелевыми, и более грубые диаметром, например, от 1000 А до 10 мкм, называемые капиллярными, поскольку многие из них взаимосвязаны, образуя своеобразную систему «микроканалов», доступных к проникновению и движению по ним внешней водной среды, понижающей морозостойкость бетона.

Непременной структурной частью бетона, подобно другим конгломератам, являются контактные зоны (обычно шириной до 50—65 мкм), микроструктура цементного камня в

284

которых несколько отлична от такой же структуры в объемном цементном камне по- вышенной концентрацией кристаллической фазы и пониженным содержанием микропор. Контактный слой может также отличаться химическим составом его кристаллической фазы. Такова в общих чертах структура и микроструктура тяжелого цементного бетона.

В значительной мере структура по свойствам неоднородна, как неоднородны составляющие ее компоненты (щебень, песок, цементный камень). Она не свободна от- многих дефектов, связанных с технологическим и эксплуатационным периодами, что отражается на уровне показателей механических свойств и долговечности бетона.

Для тяжелых бетонов характерным является не только высокое значение средней плотности, но и высокая прочность. Значения средней плотности находятся в пределах 1800—2500 кг/м3, а прочность по сжатию — от 5 до 80 МПа. Проектные марки его по пределу прочности при сжатии: М50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700 и

800.

Класс бетона по пределу прочности при сжатии (в МПа) определяют с помощью образцов размером 15x15x15 см (с умножением на коэффициент 0,778), изготовленных из бетонной смеси и испытанных через 28 суток твердения при хранении в нормальных условиях, т. е. при температуре 20±2°С, относительной влажности воздуха не ниже 90%. Имеются некоторые исключения, например гидротехнический бетон речных сооружений оценивают по прочности также в 60-, 90- и 180-дневном возрасте образцов нормального твердения. При других размерах образцов-кубов с ребром 7, 10, 20 и 30 см результаты испытаний умножают на масштабные коэффициенты, соответственно равные 0,85; 0,91; 1,05; 1,10. Для оценки прочности вместо образцов-кубов нередко используют призмы размером 10x10x40 см или других размеров, испытываемых на изгиб, а также образцы- цилиндры диаметром 7, 10, 15, 20, 30 см и высотой, равной диаметру или двум диаметрам. Бетон называют высокопрочным, если его марка выше 600, например 700 или 800. Иногда к высокопрочному относят бетон с прочностью выше стандартной марки цемента, использованного в его составе. В настоящее время активность вяжущих — цементов (и гипсов), применяемых в бетонах, значительно увеличена, что позволяет получать бетоны с пределом прочности при сжатии 100 МПа. По мнению некоторых специалистов, возможности в этом направлении не исчерпаны и прочность бетона на сжатие может до- стигнуть 400 МПа.

Прочность бетона на растяжение составляет от 6 до 10%, а при изгибе — от 10 до 16% от предела прочности при сжатии. По пределу прочности на осевое растяжение бетоны делятся на марки от 10 до 40, а при изгибе — от 1,5 до 5,5 МПа. Упрочнить бетон на растяжение можно армированием, поскольку металлическая арматура способна почти полностью принять на себя растягивающие напряжения, разгружая от них бетон. Арматура может располагаться как направленно, так и в хаотическом виде (при волокнах- фибре).

Прочность бетона не остается величиной постоянной, при благоприятных условиях — высокой влажности воздуха, положительной температуре и т. п. — отмечается прирост прочности, определяемый по формуле

lgτ

Rτ = R28 lg 28 , (9.13)

где τ — возраст бетона в сутках, но не менее трех суток.

К возрасту одного года тяжелый бетон в этих условиях самоупрочняется на 70—90% от

R28.

Кроме статической прочности, иногда проверяют величину динамической прочности, или ударной вязкости. При вибрационных воздействиях на конструкцию важно определять усталостную прочность бетона, характеризуемую количеством циклов вибрационного воздействия до признаков разрушения структуры.

285

Долговечность бетонных конструкций в большой мере обусловливают деформативные свойства бетона. Особо следует выделить ползучесть, которая проявляется при сжимающих, растягивающих и других напряжениях, действующих в течение длительного времени. Ползучесть в бетонах в значительной мере обусловлена ползучестью цементного камня и, в соответствии с законом конгруэнции ИСК, возрастает с увеличением в нем теплоты по мере роста водо-цементного отношения. Но ползучесть зависит также от качества заполнителя. Она больше при уменьшении модуля упругости горной породы, применяемой для получения заполнителя. Кроме того, ползучесть связана с наличием микротрещин в контактной зоне на границе цементного камня с заполнителем и зависит еще от ряда других причин. Цементный бетон обладает упругими свойствами. При оптимальных структурах упругие деформации бетона тем значительнее, чем более упругим является цементный камень. Кроме того, упругие свойства зависят от уровня нагружения бетона механическими силами. При оценке упругости обычно принимают некоторое постоянное напряжение, передаваемое на бетон, например, равное по величине 0,2 от предела прочности при сжатии.

При твердении бетона возникают линейные и объемные деформации под влиянием усадки

инабухания, что приводит к появлению трещин, поэтому стремятся уменьшить размеры этих деформаций. В возрасте 1—1,5 года конечный размер усадки бетона составляет от 0,1 до 1,5 мм/м, что зависит от разновидности принятого цемента, количества цементного камня в бетоне, внешних температур-но-влажностных условий. Вызывают деформации и температурные колебания воздуха или другой внешней среды. Коэффициент теплового расширения бетона находится в пределах от 7·10-6 до 12·10-6 oС-1, что зависит от разновидности крупного заполнителя; в среднем он принимается равным 10·10-6 oС-1.

Определенную пользу в «залечивании» возникающих при твердении дефектов и усадочных деформаций может приносить, как показали исследования А.В. Саталкина, статические и даже комплексные (статические с динамическими и вибрационными) нагрузки на молодой бетон. При определенных условиях раннее нагружение твердеющего бетона приносит закономерное упрочнение, что происходит вследствие некоторой благоприятной перестройки микро- и макроструктуры при твердении под нагрузкой. Важно только, чтобы напряжения не превышали предела длительной прочности бетона на ранней стадии его твердения.

На снижение величины усадки бетона оказывает влияние повышение плотности заполнителя, его гранулометрический состав, снижение водоцементного отношения, оптимизация структуры бетона. Применение напрягающих и расширяющихся цементов также благоприятствует получению бетонов с компенсированной усадкой, повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью. За рубежом используют расширяющиеся синтезированные добавки, вносимые в смесь. НИИЖБом предложена отечественная добавка того же назначения. Конструкции из бетона с компенсированной усадкой превосходят по качеству традиционные.

Важнейшей характеристикой качества бетона является морозостойкость. По этому свойству бетоны маркируют: F50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500. К невыдержавшим установленного маркой числа циклов замораживания при температуре -15—20°С и оттаивания при температуре +15 — +20°С (по стандарту) относятся бетонные образцы, которые теряют более 5% по массе за время испытаний (эта оценка только для дорожных бетонов), а в прочности на сжатие — более 15% от ее первоначального значения. По стандарту для сравнения принимается прочность образцов в так называемом эквива- лентном возрасте, определяемом с учетом продолжительности твердения.

Бетон разделяют на марки и по водонепроницаемости, что имеет особое значение, когда в эксплуатационных условиях бетон подвержен длительному контактированию с водной средой. Проверка полной водонепроницаемости (или иногда водопроницаемости) произ- водится в лаборатории путем воздействия напора воды на образец цилиндрической формы

итолщиной 15 см при различных гидростатических давлениях, выражаемых в Па (от 2·105

286

до 12·105). Приняты следующие марки: W2, W4, W6, W8, W10 и W12, которые особенно важно учитывать при проверке качества бетона для труб, гидротехнического и других видов тяжелого бетона.

Непроницаемый бетон может оказаться проницаемым при более высоких давлениях воды или при жидкостях, которые более подвижны, с меньшей вязкостью, например легких нефтепродуктах. В таких случаях повышают непроницаемость бетона введением уплотняющих (например, алюмината натрия) и гидрофобизирующих добавок, употреблением защитных синтетических пленок. Фильтрация нефтепродуктов снижается при добавлении в бетонную смесь хлорного железа или других проверенных добавок. Для всех жидких сред, особенно воды, фильтрация (проницаемость их) затруднена при использовании в бетоне расширяющегося и напрягающего портландцементов.

Значение прочности в технологии бетона существенно возрастает, если в заданном пределе она остается постоянной при изготовлении массовой продукции. Если же она меняется от замеса к замесу, то получаемая продукция вследствие неоднородности по прочности является низкой по своему качеству и дорогой по стоимости. Однородность бе- тона заданной марки оценивают по результатам контрольных испытаний бетонных образцов за более или менее длительный период времени. С этой целью определяют коэффициент вариации по формуле V = S/Rcp, где S—среднее квадратичное отклонение частных результатов испытания от средней прочности (Rcp):

где Ri — предел прочности отдельного образца; n — число испытанных образцов бетона данной марки.

Однородность бетона признается удовлетворительной, если коэффициент вариации V имеет значение не более 0,135 (или 13,5%). Правильно организованное производство бетона позволяет достигать значения V не выше 7—8% или даже ниже. Снижению V спо- собствуют автоматизация и полная механизация производственных процессов, высокий уровень подготовки исходных материалов, оптимизация состава бетона и технологических операций на заводе.

При всех достоинствах тяжелого бетона он имеет два больших недостатка — большую среднюю плотность и значительную теплопроводность. Поэтому, когда не требуется высокой прочности, переходят к применению легких, менее прочных, но более «теплых» бетонов.

287

9.4.3. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Легкие бетоны с применением в них пористых заполнителей находят в строительстве все большее применение. Конструкции из легких бетонов позволяют улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу, успешно решить проблему объемного и многоэтажного строительства, а также стро- ительства в сейсмических районах страны. Применение легких бетонов позволяет уменьшить стоимость строительства на 10—20%, снизить трудовые затраты на стройках до 50%, увеличить производительность труда на 20%. Развитие производства бетонов с применением пористых заполнителей характерно как для нашей страны, так и зарубежного строительства. В нашей стране наиболее широко используемым заполнителем являются керамзит, а также аглопорит, перлит и др. Керамзитовый гравий составляет до 80% общего объема современного производства искусственных пористых заполнителей. За рубежом более типичным легким заполнителем является термозит (шлаковая пемза).

Бетоны называются легкими, если в сухом состоянии их средняя плотность не выше 2000 кг/м3. Снижения их массы достигают в основном за счет облегчения заполнителя, иногда путем поризации "вяжущей части.

По пределу прочности при сжатии конструкционные легкие бетоны разделяют на классы В2; В2,5; В3,5; ...; В40 или на марки (МПа): М20; М35 и т. д. до М500.

Теплоизоляционные легкие бетоны разделяют на классы В0,35; В0,75; В1. По средней плотности в сухом состоянии существуют следующие марки легких бетонов: D200; D300; D400; ...; D2000. При испытаниях на морозостойкость легкие бетоны выдерживают от 25 до 500 циклов попеременного замораживания и оттаивания. По водонепроницаемости конструкционные легкие бетоны имеют те же марки, что и тяжелые бетоны.

В зависимости от назначения и технических свойств легкие бетоны разделяют на конструкционные, применяемые для изготовления несущих конструкций (стены, перекрытия и др.); теплоизоляционные, используемые в ограждающих слоистых конструкциях как утеплитель и для теплоизоляции, звукопоглощения; конструкционно- теплоизоляционные с прочностью 2,5—10 МПа — для ограждений.

Конструкционные легкие бетоны марок 150—400 получают на основе портландцемента марок 300—600 с применением керамзитового гравия (керамзитобетоны), аглопоритового щебня (аглопори-тобетоны) или шлаковой пемзы (шлакобетоны). В качестве мелкого заполнителя применяют природный песок, но может быть использован и дробленый песок. Средняя плотность этих бетонов с применением кварцевого песка составляет 1600—1800 кг/м3, что значительно меньше, чем при применении плотного заполнителя для получения тяжелого бетона той же прочности. Эффективность легких бетонов в данном случае особенно наглядна при сравнении их по коэффициентам конструктивного качества. Этот коэффициент, обозначенный ККК, равен отношению предела прочности бетона при сжатии к его средней плотности. При равной прочности у легкого конструктивного бетона в среднем он выше в 2400/1700 = 1,4 раза, поэтому легкие бетоны целесообразнее применять, чем тяжелые одинаковой прочности, в междуэтажных перекрытиях отапливаемых зданий, в проезжей части мостов, в железобетонных конструкциях с обычной и предварительно напряженной арматурой (балки, прогоны, лестничные марши и площадки и т. п.). Широкому применению конструктивных легких бетонов в наружных конструкциях способствует высокая морозостойкость (Мрз35 и выше), а при использовании для гидротехнических сооружений их морозостойкость увеличивают до 300 и выше, что достигается введением некоторых добавочных веществ (ПАВ). Теплопроводность этих бетонов в сухом состоянии равна 0,35—0,60, а в стене 0,6—0,8 Вт/(м·К), тогда как у тяжелых она равна 1,25—1,55 Вт/(м·К).

Теплоизоляционные легкие бетоны имеют невысокую среднюю плотность — ниже 500 кг/м3 и обладают также хорошими теплозащитными свойствами, так как в сухом

288

состоянии их теплопроводность находится ниже 0,20 Вт/(м·К). Положительные свойства теплоизоляционных легких бетонов позволяют использовать их в конструкциях как достаточно надежную теплоизоляцию.

Бетоны средних марок (по прочности) обладают средней плотностью в пределах 500— 1400 кг/м3 и теплопроводностью до 0,5— 0,6 Вт/(м·К) и поэтому с большим успехом совмещают функции конструктивного и теплоизоляционного материала (конструкционно- теплоизоляционного бетона). Величину средней плотности и прочность легкого бетона регулируют в основном подбором соответствующего заполнителя — природного или искусственного. Так как цементный камень значительно утяжеляет бетон, то его содер- жание стремятся довести до минимума, а макроструктуру приблизить к контактной при данной технологии его формирования. В связи с этим для легких бетонов используют пористый заполнитель, особенно тот, который сохраняет прочность на достаточном уров- не. В общей формуле (9.3) прочности бетона значение показателя степени п быстро увеличивается с понижением прочности заполнителя, уменьшением его средней плотности. Наиболее часто в легких бетонах применяют заполнители в виде щебня, гравия

ипеска из природных материалов — пемзы, вулканического туфа, ракушечника, известкового туфа и др. и из искусственных — шлаковой пемзы (термозита), керамзита, аглопорита, вакулита, шунтизита (вспученные при нагревании шунгитовые сланцы), вспученных перлитов и вермикулитов и др. По средней плотности они находятся в широком диапазоне марок — от 100 до 1200 и более. Прочность этих зернистых заполнителей обычно оценивают по величине напряжения при раздавливании их в металлических цилиндрах, и она колеблется от 0,4 до 20 МПа.

В легком бетоне может быть использован не только минеральный, но и органический заполнитель — древесная дробленка, оду-бина, костра, гранулированный пенополистирол

ит. п. Размер зерен заполнителя равен 1,25—40 мм. Получаемую разновидность легкого бетона (арболит) используют как стеновой материал в жилищном строительстве. Вяжущим веществом в легких бетонах служат обычный или быстротвердеющий портландцемент, а в отдельных случаях шлакопор-тландцементы. Арболит иногда изготовляют и на основе высокопрочного гипса, но чаще — портландцемента.

Подбор состава, приготовление, укладка и уплотнение бетонной смеси, уход за бетоном, например в покрытиях, не отличается от тех же операций, принятых в технологии тяжелых бетонов.

Общий метод проектирования состава ИСК в полной мере распространяется также на легкие бетоны, хотя по аналогии с тяжелыми имеются другие, специфические методы подбора состава легкого бетона, основанные на детально изученных частных закономерностях. Одна из таких частных закономерностей весьма близка к общему закону створа. Она была детально изучена проф. Н.А. Поповым и представлена в теории легких бетонов. Было отмечено, что при данном составе легкого бетона его прочность связана с количеством воды, добавляемой к смеси. По мере прибавления воды прочность бетона увеличивается и максимум прочности достигается при оптимальной добавке воды. Пройдя через максимум, при дальнейшем увеличении содержания воды прочность бетона снижается под влиянием снижения его плотности. Установлено, что наибольшая прочность и оптимальная подвижность получаются при добавлении воды в количестве, при котором коэффициент выхода уплотненной смеси становится наименьшим. Показано, что на эту зависимость влияют технологические факторы. Характер расположения экстре- мумов свойств легкого бетона (прочности, подвижности, коэффициента выхода) на одной вертикальной линии остается неизменным (рис. 9.15), отражая общий закон створа, открытый значительно позже этой важной частной зависимости.

Как отмечалось выше, наибольшее применение у нас в стране получили легкие бетоны с керамзитом, т. е. керамзитобетон, реже — аглопоритобетон, шунгизитобетон и др. Нередко вводят в бетон еще более легкие заполнители; например перлит в виде песка. Известное распространение получил поризованный керамзитобетон с вспученным

289

перлитовым песком. Последний вносят в ограниченном количестве (до 0,2 м3 на 1 м3 бетона), что обеспечивает получение необходимой плотности бетона. Новой разновидностью служит и азе-ритобетон (азерий—новая разновидность вспученного заполнителя).

Независимо от разновидности заполняющей части на легкие бетоны полностью распространяются общие закономерности оптимальных структур (рис. 9.16). Среди разновидностей легких бетонов следует выделить крупнопористый и поризованный бетоны.

Крупнопористый,или беспесчаный бетон,относится к экономичным и эффективным. Для его производства требуются сравнительно небольшие капиталовложения, небольшой расход цемента и в основном местные заполнители. Этот легкий бетон малотеплопроводен, что снижает расход топлива на отопление помещений в зданиях. Он не содержит песка, что обусловливает его крупнопористое строение.

В качестве заполнителя в крупнопористых бетонах используют щебень или гравий размером от 5 до 40 мм, которые могут быть плотными и пористыми, например керамзит, кирпичный бой и др. Как отмечено, в этом бетоне ограниченное содержание портландце- мента (120—150 кг/м3), что приводит к получению бетона сравнительно невысоких марок

— 15, 25, 35, 50, 75 и 100. При введении пластифицирующих добавок можно еще больше снизить расход цемента, до 80—100 кг/м3.

Крупнопористый бетон используют как стеновой материал в зданиях высотой до четырех этажей, которые оштукатуривают, чтобы избежать продуваемости ограждающих конструкций.

Поризованные бетоны отличаются тем, что содержат не только легкий заполнитель, но и специально поризованныи матричный материал (цементный камень). Для этого в состав бетона вводят пори-зующие вещества с образованием пены, причем замкнутые поры за- полняются воздухом. Поризованныи бетон изготовляют из цемента, минерального порошка (природного, тонкомолотого гранулированного шлака, горелых пород и др.) путем смешения их с предварительно подготовленной вспененной массой из воды и пенообразователя, например смолосапонинового, получаемого из мыльного корня. Проектный состав такой массы устанавливают в лаборатории в соответствии с общим методом проектирования состава ИСК по качеству или с применением ЭВМ.

Эти разновидности легких бетонов обладают улучшенными теплотехническими свойствами и поэтому применяются как теплоизоляционный или конструктивно- теплоизоляционный материал в стеновых ограждающих конструкциях. Следует, однако,

290