Легкие бетоны

Лёгкие бетоны - группа бетонов с объёмной массой менее 1800 кг/м³. 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 еще путем поризации вяжущей части.

К ним относятся бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, арболит, перлитобетон) и ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон). В современном строительстве бетоны на пористых заполнителях широко применяются при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций и изделий с целью уменьшения веса конструктивных элементов и улучшения теплотехнических свойств ограждающих конструкций. Ячеистые бетоны используются в основном для изготовления ограждающих элементов зданий и теплоизоляции.

Применяются как конструкционные или теплоизоляционные материалы, обладая небольшой массой и стоимостью относительно тяжёлых бетонов.

Легкие бетоны находят в строительстве возрастающее 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 строительства 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. Но в нашей стране наиболее широко используемым заполнителем является 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).

В зависимости от назначения и технических свойств легкие бетоны разделяют на

· конструкционные, применяемые для несущих конструкций (стены, перекрытия, и др.);

· теплоизоляционные, применяемые для ограждающих слоистых конструкций как утеплитель и разного рода теплоизоляции, звукопоглощения;

· конструкционно-теплоизоляционные.

Конструкционные легкие бетоны марок 150...400 получают на основе портландцемента марок 300...600 с применением керамзитового гравия (керамзитобетоны), аглопоритового щебня (аглопоритобетоны) 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 легкого бетона в данном случае особенно наглядна при сравнении их по коэффициентам конструктивного качества. Этот коэффициент, обозначаемый 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.

Теплоизоляционные легкие бетоны имеют невысокую среднюю плотность — ниже 500 кг/м³ и обладают также хорошими теплозащитными свойствами, так как в сухом 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) с большим успехом совмещают функции конструктивного и теплоизоляционного материала (конструкционно-теплоизоляционного бетона). Величину средней плотности и прочность легкого бетона регулируют в основном с помощью подбора соответствующего заполнителя — природного или искусственного. Так как цементный камень значительно утяжеляет бетон, то его содержание стремятся довести до минимума, а макроструктуру приблизить к контактной при данной технологии его формирования. В связи с этим для легких бетонов используется заполнитель пористый, особенно тот, который сохраняет прочность на достаточном уровне. Наиболее часто в легких бетонах применяют в виде щебня, гравия и песка из природных заполнителей пемзу, вулканический туф, ракушечник, известковый туф и др., а из искусственных — шлаковую пемзу (термозит), керамзит, аглопорит, шунгизит (вспученные при нагревании шунгитовые сланцы), вспученные перлиты и вермикулиты и др. По средней плотности они находятся в широком диапазоне — марок от 100 до 1200 и более.

Прочность этих зернистых заполнителей обычно оценивается по величине напряжения при раздавливании их в металлических цилиндрах, и она колеблется в пределе от 0,4 до 20 МПа. В легком бетоне может быть использован не только минеральный, но и органический заполнитель — древесная дробленка, одубина, костра, гранулированный пенополистирол и т. п. Размер зерен заполнителя равен от 1,25 до 40 мм. Получаемая разновидность легкого «деревобетона» именуется арболитом; используется как стеновой материал в жилищном строительстве. Вяжущим веществом в легких бетонах служат обычный или быстротвердеющий портландцемент, а в отдельных случаях шлакопортландцементы. Арболит иногда изготовляют и на основе высокопрочного гипса, но чаще — портландцемента.

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

Как отмечалось выше, наибольшее применение у нас в стране получили легкие бетоны с применением в них керамзита, т. е. керамзитобетон, реже — аглопоритобетон, шунгизитобетон и др. Нередко вносят в бетон примесь еще более легких заполнителей, например перлита в виде песка. Так, известную распространенность получил поризованный керамзитобетон с вспученным перлитовым песком. Независимо от разновидности заполняющей части на легкие бетоны полностью распространяются общие закономерности оптимальных структур.

Среди разновидностей легких бетонов

· крупнопористый и

· поризованный бетоны.

Аглопоритобетон - легкий бетон, в котором в качестве заполнителя используется аглопорит (искусственный пористый заполнитель; продукт дробления шихты, изготовленной методом агломерации (спекания) из глинистых пород или глиносодержащих отходов добывающей промышленности).

Шунгизитобетон - легкий бетон, в котором в качестве заполнителя используют шунгизит разных фракций ((шунги́т, метаморфическая порода (сланцы, алевролиты), содержащая скрытокристаллический углерод (собственно шунгит — природный аналог стеклоуглерода). Продукт воздействия интрузивных пород на битуминозные осадки. Чёрный, блестящий. Твёрдость 4—5; плотность 1,84—1,98 г/см³.))

Перлитобетон, разновидность лёгкого бетона, в котором заполнителем является вспученный перлит или близкие к нему вулканические породы (обсидианы, витрофиры и др.). Вяжущим для перлитобетона служат: цемент (преимущественно), известь, строительный гипс, синтетические смолы и т.п. Различают перлитобетон: теплоизоляционный [объёмная масса 250—500 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,07—0,13 вт/(м×К)] и конструктивно-теплоизоляционный [объёмная масса 600—1000 кг/м³, прочность 3,5—10 Мн/м², коэффициент теплопроводности 0,15—0,33 вт/(м×К)], используемый в основном для изготовления сборных ограждающих конструкций зданий. В последнем эффективно применение комбинированных заполнителей (например, перлит в сочетании с керамзитом). Наиболее лёгкие перлитобетоны получают на синтетических смолах (например, перлитопластбетон).

Арболи́т, лёгкий бетон на основе цементного вяжущего, органических заполнителей (до 80-90% объёма) и химических добавок. В качестве органического заполнителя применяется измельчённая древесина (деревобетон), костра льна или конопли (костробетон), дроблёная рисовая солома или дроблёные стебли хлопчатника. Для минерализации наполнителя используют хлорид кальция (пищевая добавка E509), нитрат кальция, жидкое стекло или иные вещества, блокирующие негативное действие органических веществ на затвердевание цемента.

Теплопроводность арболита составляет 0.07-0.17 Вт/(мК).

Различают

· теплоизоляционную (плотность от 400 до 500 кг/м³) и

· конструкционную (плотность от 500 до 850 кг/м³) разновидности.

Обычно применяется в виде готовых строительных блоков или плит для возведения самонесущих стен или внутренних перегородок зданий, а также в качестве теплоизоляционного и звукоизоляционного материала.

Важнейшей характеристикой арболита, как и любого строительного материала, является предел прочности на сжатие. Предел прочности на сжатие арболита варьирует от М5-М10 для теплоизоляционного до М25-М50, и даже до М100 - для конструкционного.

Арболит обладает повышенной прочностью на изгиб, очень хорошо поглощает звуковые волны.

Арболит не поддерживает горение, удобен для обработки. Конструкционные виды обладают высоким показателем прочности на изгиб, могут восстанавливать свою форму после временного превышения предельных нагрузок.

Арболит применяют для монолитного строительства малоэтажных зданий жилого, хозяйственного и производственного назначения, а также в виде блоков. Сборные и монолитные конструкции из арболита необходимо армировать для увеличения несущей способности.

Повсеместному применению арболита, несмотря на очевидные его достоиства и дешевизну, мешают: склонность к биологическому разложению, высокое водопоглощение, продолжительный набор прочности, трудность в укладке. Однако, существуют технологии, позволяющие в значительной мере эти недостатки нивелировать.

При изготовлении изделий из арболита необходимо руководствоваться рекомендациями ГОСТ 19222-84 «Арболит и изделия из него. Общие технические условия», а так же СН 549-82 «Инструкция по проектированию, изготовлению и применению конструкций и изделий из арболита».

Ячеистый бетон, общее название группы лёгких бетонов, структура которых характеризуется наличием значительного количества (до 85% объёма бетона) искусственно созданных замкнутых пор (ячеек) размером 0,5—2 мм. Различают 2 основных вида ячеистых бетонов: газобетон и пенобетон, получаемый смешиванием цементного теста или раствора со специально приготовленной стойкой пеной.

Используются гораздо чаще крупнопористых и поризованных.

У ячеистых, как и у поризованных, бетонов цементный камень в результате добавления в свежеизготовляемую массу добавки — порообразователя оказывается насыщенным порами, в основном замкнутами, ячеистыми. В отличие от поризованных производство ячеистых бетонов сопровождается более выраженным эффектом вспучивания исходной смеси.

Вспучивание любого вяжущего вещества, как неорганического, так и органического, чаще всего достигается под влиянием вводимых в смесь добавочных реагентов. В результате взаимодействия реагирующих веществ в смеси выделяется газ, например водород или кислород. Кроме химических методов поризация со вспучиванием может проходить механическим путем за счет образования в смеси устойчивой пены.

Газобетон, разновидность (бетон на неорганических вяжущих и заполнителях) ячеистого бетона. Изготовляется путём введения газообразователя (обычно алюминиевой пудры) в смесь, состоящую из вяжущего (портландцемента, молотой извести-кипелки и др.), кремнезёмистого компонента (молотого кварцевого песка) и воды. Процесс газообразования происходит вследствие химической реакции между гидратом окиси кальция и алюминием; выделяющийся при этом водород вызывает вспучивание раствора, который, затвердевая, сохраняет пористую структуру. Для быстрого твердения и получения изделий из газобетонной смеси необходимыми прочностными показателями изделия подвергают тепловлажностной обработке в автоклавах при давлении пара не менее 9 am и температуре 175 °С. Г. применяется главным образом в качестве теплоизоляционного и конструктивно-теплоизоляционного материала при изготовлении ограждающих конструкций зданий. Плотность Г. (кг1м³) 300, 400, 500, 600, 700; предел прочности при сжатии (Мн/м²) соответственно 0,8; 1,2; 2,5; 3,5; 5,0 (8,12, 25, 35, 50 кг1см²). Существует ряд разновидностей газобетонов, отличающихся по виду применяемого вяжущего или кремнезёмистого компонента: например, газосиликат (вяжущее — известь-кипелка), газозолобетон (кремнезёмистый компонент — зола-унос ТЭЦ).

Пенобетон — ячеистый бетон, имеющий пористую структуру за счёт замкнутых пор (пузырьков) по всему обьёму, получаемый в результате твердения раствора, состоящего из цемента, песка, воды, и пены.

Пенобетон – газобетон неавтоклавного синтеза. Он обладает достаточно высокими теплофизическими параметрами, но хрупок при сжатии. Технология его изготовления не сложная, поэтому его делают прямо на строительной площадке и используют для заливки монолитных конструкций дома. Пенобетоном утепляют стены из кирпича, выполненные колодцевой кладкой, а также перекрытия. Что касается пенобетонных стен, то они имеют низкую теплопроводность, благодаря чему, долго неотапливаемый дом даже зимой можно нагреть за сутки. К тому же пенобетонная стена может иметь сравнительно малую толщину, а также отличается простотой кладки. Лёгкость обработки блоков позволяет возводить достаточно сложные конструкции. Однако отделку пенобетонной стены рекомендуется начинать лишь через год после её постройки, так как во время усадки могут появиться трещины. Основным недостатком пенобетона является то, что он очень хорошо впитывает влагу. При сезонной эксплуатации дома, стены за осень впитавшие влагу, промерзают зимой, что приводит к их быстрому разрушению.

Пенобетон и пеносиликат получают с применением пенообразователей — смолосапонинового, клееканифольного, ГК, алюмосуль-фонафтенового и др. При проектировании составов газо- и пенобетонов, газо- и пеносиликатов исходят из необходимости получения заданных пределов средней плотности и прочности с соблюдением наименьшего расхода вяжущего и порообразующего веществ. Учитываются также требования в отношении морозостойкости бетона и технологичности бетонной смеси. Рекомендуются различные методы подбора состава ячеистых бетонов, которые позволяют получать необходимые числовые показатели основных свойств, однако более целесообразно и в данном случае пользоваться общим методом проектирования оптимальных составов искусственных камней. Он позволяет получать не только наиболее экономичные бетоны по своему рациональному составу но и с комплексом наилучших показателей строительно-технологических и эксплуатационных свойств (закон створа).

При изготовлении армированных изделий из газо- и пенобетона, газо- и пеносиликата рекомендуется предварительная антикоррозионная обработка стальной арматуры, например путем нанесения на нее покрытия. Важны теплотехнические свойства ячеистых бетонов, особенно при использовании их в качестве стеновых и других ограждающих конструкций.

По огнестойкости многие ячеистые бетоны превосходят тяжелые цементные бетоны вследствие пониженного содержания в них гидратных соединений, которые являются наиболее уязвимыми к воздействию высоких (экстремальных) температур.

Дополнительно следует отметить, что прочность, как и другие свойства ячеистых бетонов, обусловлена структурой, ее пористостью и поэтому находится в прямой зависимости от величины средней плотности. Если же средняя плотность остается постоянной, то тогда важнейшим фактором выступает активность вяжущего и оптимальное содержание компонентов в смеси, так что оптимальной структуре ячеистого бетона всегда соответствует комплекс наиболее благоприятных показателей свойств (закон створа).

Вместо портландцемента в ячеистом бетоне нередко используют известь и тогда бетон именуют газосиликатом. Применяются шлаковые вяжущие с получением газошлакобетона, гипс с получением газогипса, смешанные вяжущие типа.