4.3 Легкие бетоны

Легкими называют бетоны со средней плотностью от 200 до 2000 кг/м³. К ним относят бетоны на пористых заполнителях, ячеистые, на органических заполнителях (арболиты).

4.3.1 Легкие бетоны на пористых заполнителях

Легкие бетоны на пористых заполнителях классифицируются по назначению, виду вяжущего и заполнителей, структуре. Низкая средняя плотность этих бетонов достигается за счет применения пористых заполнителей и межзернового пространства, имеющего поризованную или крупнопористую структуру. При плотной структуре межзерновой объем полностью заполнен мелким заполнителем и цементным камнем, при поризованной структуре межзерновой объем частично заполнен искусственно созданными порами и крупнопористая структура создается за счет частичного или полного отказа от применения мелкого заполнителя.

По назначению легкие бетоны на пористых заполнителях подразделяются на конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные и теплоизоляционные.

Конструкционные бетоны имеют плотную структуру, среднюю плотность в сухом состоянии от 1400 до 2000 кг/м³, прочность при сжатии от 15 до 50 МПа. Их применяют в несущих бетонных и железобетонных конструкциях.

Конструкционно-теплоизоляционные бетоны могут иметь плотную, поризованную или крупнопористую структуру, частично заполненную мелким заполнителем. Средняя плотность их составляет от 500 до 1400 кг/м³, прочность при сжатии – от 3,5 до 10 МПа. Они должны обладать теплоизоляционными свойствами, иметь теплопроводность от 0,17 до 0,4 Вт/(м·^оС). Их применяют в ограждающих конструкциях, которые воспринимают нагрузки и являются теплоизоляцией.

Теплоизоляционные бетоны имеют поризованную или крупнопористую структуру, среднюю плотность от 200 до 500 кг/м³, прочность при сжатии от 1,5 до 2,5 МПа, теплопроводность от 0,12 до 0,24 Вт/(м·^оС). Их применяют для устройства теплоизоляции в ограждающих частях зданий и оборудования.

Для изготовления легких бетонов на пористых заполнителях используют те же материалы, что и для тяжелых бетонов, за исключением заполнителей.

Вяжущими служат портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент, известь, растворимые силикаты натрия и калия, гипсовые, шлакощелочные и полимерные вяжущие. В качестве заполнителей применяют сыпучие материалы из минерального сырья. Пористый песок должен иметь насыпную плотность не более 1200, щебень и гравий – не более 1000 кг/м³. Для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов может применяться тяжелый песок.

По происхождению пористые заполнители подразделяются на природные, из отходов промышленности и искусственные, специально изготавливаемые.

Природные заполнители изготавливаются из пористых изверженных и осадочных горных пород. Из изверженных пород применяют пемзы, вулканические шлаки, вулканические туфы и туфовую лаву.

Пемза – пористая горная порода, образовавшаяся в результате вспучивания магмы. Она встречается в виде залежей песка, щебня, крупных обломков. Насыпная плотность песка составляет 600–1100, щебня – 400–900 кг/м³. Литоидные плотные и прочные пемзы применяют для конструкционных легких бетонов, менее плотные – для конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных.

Вулканические шлаки образовались из жидкой магмы основного состава. Имеют крупнозернистую ноздреватую структуру. Насыпная плотность песка из них составляет 650--1300, щебня – от 400 до 850 кг/м³.

Вулканические туфы получились из уплотнившихся вулканических пеплов. Туфовая лава – это поризованная лава с наличием в своем составе пепла, песка, пемзы. Насыпная плотность песка из них – от 700 до 1000, щебня – 600--800 кг/м³.

Из осадочных пород применяют известняки-ракушечники и известняковые туфы, опоки, трепелы, диатомиты.

Известняки-ракушечники образовались из мелких сцементированных раковин. Известняковые туфы – из осадков углекислых вод. Из известняковых пород получают щебень с насыпной плотностью до 1000 кг/м³.

Опоки, трепелы, диатомиты – осадочные породы, представляющие собой остатки диатомовых водорослей. В их состав входит аморфный кремнезем, который может взаимодействовать со щелочами цемента и вызывать коррозию цементного камня. Это ограничивает их применение.

Искусственные заполнители изготавливаются из вторичных ресурсов промышленности. В качестве заполнителей для легкого бетона применяют горелые породы, металлургические и топливные шлаки, золы, золошлаковые смеси.

Горелые породы образовались в результате возгорания угля в терриконах-отвалах отходов добычи и обогащения угля с содержанием угля. Из них изготавливают щебень и песок с насыпной плотностью от 800 до 1000 кг/м³, который можно применять для легких бетонов с прочностью при сжатии 10–20 МПа.

Щебень из доменного шлака получают дроблением шлаков из старых отвалов или шлаков текущего выхода. Из пористых шлаков изготавливают щебень со средней плотностью до 800 кг/м³.

Из гранулированного шлака получают песок со средней плотностью от 600 до 1200 кг/м³.

Топливные шлаки образуются от сжигания углей. Их разделяют на шлаки из кускового и пылевидного топлива. Из кускового топлива получаются шлаки ноздреватого строения. Лучшими являются шлаки от сжигания антрацита, худшими – от сжигания бурых углей.

Насыпная плотность шлаков составляет до 1000 кг/м³. Их применяют в бетонах для неответственных конструкций. Наличие свободной извести в шлаках может привести к их разрушению, поэтому их следует выдерживать не менее одного года.

От сжигания пылевидного топлива образуется кусковой шлак ячеистой структуры, состоящий из спекшейся и оплавленной золы со средней плотностью зерен от 0,5 до 1,5 г/см³. Из них получают бетоны с пределом прочности от 5 до 50 МПа.

Зола тепловых электростанций представляет дисперсный материал с частицами пористой структуры. Насыпная плотность ее составляет 600--1300 кг/м³. Применяют золу в качестве мелкого заполнителя.

К искусственным пористым заполнителям относятся также керамзитовый гравий и песок, аглопоритовый щебень и песок, зольный гравий, шлаковая пемза, шунгизит, термолит, вспученные перлит и вермикулит.

Керамзитовый гравий и песок получают обжигом вспучивающихся легкоплавких глин. Песок можно изготавливать дроблением керамзитового гравия. Средняя плотность гравия составляет от 200 до 600, песка – от 500 до 1100 кг/м³. Их рекомендуют применять для стеновых панелей зданий, для стен монолитных домов.

Аглопоритовый щебень и песок получают спеканием глинистых пород, топливных зол, шлаков, отходов добычи угля, их дроблением и последующим рассевом на фракции. Щебень выпускают с насыпной плотностью от 400 до 900, песок – до 1000 кг/м³. Их рекомендуют применять для конструкционных легких бетонов.

Обжиговый зольный гравий получают обжигом золошлаковой смеси бурых углей. Насыпная плотность его составляет 300–800 кг/м³. Применяют зольный гравий для конструкционно-теплоизоляционных бетонов.

Безобжиговый зольный гравий получают грануляцией увлажненной золы и портландцемента, гипсоцементно-пуццоланового вяжущего и др. Насыпная плотность его составляет 700–950 кг/м³. Применяется для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов.

Шлаковая пемза (термозит) получается вспучиванием шлаковых расплавов. По бассейновому способу расплав сливают в емкость с перфорированным дном, через которое подается вода. Образующийся пар разрыхляет материал. Щебень из шлаковой пемзы имеет насыпную плотность от 700 до 900 кг/м³. Его применяют для конструкционных бетонов.

Шунгизит получают вспучиванием графитсодержащей сланцевой породы. Применяют его для конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных бетонов.

Термолит получают обжигом трепелов, диатомитов, опоки. Щебень и гравий из него имеют насыпную плотность 600–1200 кг/м³. Применяют их для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов.

Перлит вспученный получают обжигом силикатных водосодержащих пород перлита, обсидиана и др. При обжиге они увеличиваются в объеме в 10–12 раз. Перлитовый песок имеет насыпную плотность от 75 до 500, щебень от 200 до 500 кг/м³. Применяют их для конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных бетонов.

Вермикулит вспученный получают обжигом природных гидрослюд, содержащих 8–18 % связанной воды. При нагревании объем их увеличивается в 15–20 раз. Щебень и песок из вспученного вермикулита имеет среднюю плотность от 80 до 300 кг/м³. Применяют его для получения особолегких бетонов.

Технология получения легкого бетона на пористых заполнителях в основном не отличается от технологии изготовления тяжелого бетона. Дополнительно легкий заполнитель рекомендуется насыщать водой, дозирование его выполнять по объему. Время перемешивания по сравнению с тяжелобетонной смесью увеличивается.

Из легкого бетона и железобетона на пористых заполнителях изготавливают стеновые панели и блоки, плиты перекрытия и покрытия, камни для стен. Имеется опыт применения конструкционного керамзитобетона для пролетных строений мостов, в мелиоративном строительстве для устройства труб, лотков, акведуков, плит крепления каналов, туфобетона – в гидротехническом строительстве для возведения бетонных плотин.