Легкі бетони на пористих заповнювачах

Легкі бетони, що відрізняються високою пористістю (до 45%) і порівняно невеликою середньою густиною (до 1800 кг/м³) широко використовують для виготовлення несучих і огороджувальних збірних бетонних та залізобетонних конструкцій. Застосування їх натомість цегли і важкого бетону дає можливість підвищити теплозахисні якості огороджень, що, в свою чергу, дозволяє зменшити товщину і масу стін будівель, скоротити транспортні витрати.

Легкі бетони на пористих заповнювачах мають різновиди, які відрізняються видом використаного великого заповнювача, структурою самого бетону і його призначенням.

Залежно від виду застосованого крупного пористого заповнювача легкі бетони поділяють на керамзитобетон, аглопорітобетон, шлакобетон, пемзобетон і т.д.

За структурою бетони поділяють на такі основні види: звичайні легкі бетони, що виготовляються з терпкої речовини, води, дрібного і крупного заповнювачів при повному заповненні розчином пустот між зернами великого заповнювача; великопористі (безпіщаний) легкі бетони, в яких зерна великого заповнювача покриті тонким шаром цементного тіста, а між зернові порожнечі залишаються вільними;

поризовані легкі бетони на основі в'яжучого речовини і поро утворювача. За допомогою пороутворювача в структурі бетону виникають повітряні осередки. Це підвищує пористість цементного розчину і тим самим знижує щільність бетону.

В залежності від призначення легкі бетони на пористих заповнювачах поділяють на такі види:

теплоізоляційні середньою густиною в повітряно-сухому стані менше 500 кг/м3, теплопровідністю не більше 0,25 Вт / (М*° С), що застосовують для виготовлення теплоізоляційних плит та інших виробів;

конструкційно-теплоізоляційні з середньою щільністю 500-1400 кг/м³, міцністю не нижче

М 35, теплопровідністю не більше 0,6 Вт / (М*° С), що використовуються в несучих і самонесучих огороджувальних конструкціях (стінах і перекриттях); конструкційні середньою густиною 1400 - 1800 кг/м³, міцністю не нижче М 50, морозостійкістю Мрз 15 і вище, застосовуються в несучих конструкціях.

В'яжуче для легкого бетону обирають з урахуванням умов тверднення бетону (природнє твердіння, пропарювання або автоклавної обробки), а також необхідної міцності бетону, необхідної стійкості в

в експлуатаційних умовах та інших факторів. По виду в'яжучого розрізняють легкі бетони: цементні, вапняні, гіпсові, на змішаному в'язкому й рідкому склі.

Пористі заповнювачі мають шорсткувату поверхню, тому зчеплення цементного каменю із заповнювачем не є слабкою ланкою легких бетонів. Цьому сприяє також хімічна активність речовини заповнювачів, що містять аморфний Si0₂, здатний взаємодіяти із Са(ОН)₂ цементні камені. Щільність і міцність контактної зони «цементний камінь — пористий заповнювач» пояснюють парадоксально високу водонепроникність і міцність легких бетонів на пористих заповнювачах. Для легких бетонів установлені наступні класи за міцністю (МПа) від В2 до В40. Міцність легких бетонів залежить від якості заповнювачів, марки і кількості використаного цементу. При цьому, природно, змінюється і щільність бетону. Для легкого бетону встановлені 19 марок за щільністю (кг/м³) від D200 до D2000 (з інтервалом 100 кг/м³). Знижена щільність легких бетонів може бути досягнута поризацією цементного каменю.

Теплопровідністьлегкого бетону залежить від його щільності й вологості (табл.9.4). Збільшення об'ємної вологості на 1 % підвищує теплопровідність бетону на 0,015...0,035 Вт/(м • ^ОС).

Середні значення теплопровідності легких бетонів

Морозостійкістьлегких бетонів при їхній пористій структурі досить висока. Рядові легкі бетони мають морозостійкість у межах F25...F100. Для спеціальних цілей можуть бути отримані легкі бетони з морозостійкістю F200, F300 і F400.

Водонепроникністьу легких бетонів висока, що збільшується в міру твердіння бетону за рахунок ущільнення контактної зони «цементний камінь — заповнювач», що є самим уразливим місцем для проникнення води в звичайному бетоні. Установлено наступні марки легких бетонів за водонепроникністю: W0,2; W0,4; W0,6; W0,8; Wl; Wl,2 (тиск води, МПа, не зухвалої фільтрації при стандартних випробуваннях).

Ніздрюваті бетони -штучний кам'яний матеріал, що складається із затверділого в'яжучого речовини з рівномірно розподіленими в ньому замкнутими порами у вигляді осередків діаметром не більше 1-2 мм, заповнених повітрям або газом.

Ніздрюваті бетонина 60...85 % за обсягом складаються з замкнутих пор розміром 0,2...2 мм. Ніздрюваті бетони одержують при затвердінні насиченої газовими пухирцями суміші в'яжучого, кремнеземистого компоненту і води. Завдяки високопористій структурі середня щільність ніздрюватого бетону невелика —300...1200 кг/м³; він має низьку теплопровідність при достатній міцності. Бетони з бажаними характеристиками (щільністю, міцністю і теплопровідністю) порівняно легко можна одержувати, регулюючи їхню пористість у процесі виготовлення.

В'яжучиму ячеїстих бетонів може служити портландцемент (чи вапно) із кремнеземистим компонентом. При застосуванні вапняно-кремнеземистих в'яжучих одержувані бетони називають газо- і піносилікатами.

Кремнеземистий компонент — мелений кварцовий пісок, гранульовані доменні шлаки, зола ТЕС таін. Кремнеземистий компонент знижує витрату в'яжучого і зменшує усадку бетону. Застосування побічних продуктів промисловості (шлаків і зол) для цих цілей економічно вигідне й екологічно доцільне.Співвідношення між кремнеземистим компонентом і в'яжучим установлюється дослідним шляхом.

Для одержання ніздрюватих бетонів використовують як природне твердіння в'яжучого, так і активізацію твердіння за допомогою пропарювавння (t=85...90°З) і автоклавної обробки (t = 175° С). Кращу якість мають бетони, що пройшли автоклавну обробку.

За способом утворення пористої структури (методу спучування в'яжучого) розрізняють: газобетони і газосилікати; пінобетони і піносилікати.

Газобетон і газосилікатодержують, спучуючи тісто в'яжучого газом, що виділяється при хімічній реакції між речовинно-газоутворювачем ів'яжучим. Найчастіше газоутворювачем служить алюмінієва пудра, яка, реагуючи з гідратом оксиду кальцію, виділяє водень.

Для одержання 1 м³ газобетону потрібно 0,5...0,7 кг пудри.

Пінобетони і піносилікатиодержують, змішуючи тісто в'яжучого із заздалегідь приготовленою стійкою технічною піною. Для утворення піни використовують піноутворювачі: гідролізована кров, клеєканіфольний піноутворювач сульфанол і т.п.

Властивості ніздрюватих бетоніввизначаються їхньою пористістю, видом в'яжучого й умовами твердіння.

Для руху повітря пори ніздрюватих бетонів замкнуті, а для проникнення води — відкриті. Тому водопоглинання ніздрюватого бетону досить високе (табл.9.5.) і морозостійкість відповідно знижена в порівнянні з бетонами злитої структури.

Гідрофільність цементного каменю і велика пористість обумовлюють високу сорбційну вологість. Це позначається на теплоізоляційних показниках ячеїстого бетону. Тому при використанні ячеїстого бетону в конструкціях, що огороджують, його зовнішню поверхню необхідно захищати від контакту з водою чи гідрофобізувати.

Властивості ніздрюватих бетонів (середні показники)

Міцністьніздрюватих бетонів залежить від їхньої середньої щільності і знаходиться в межах 1,5...15 МПа. Ніздрюваті бетони і вироби з них володіють гарними звукоізоляційними властивостями, вони вогнестійкі й легко піддаються механічній обробці (пилянню і свердленню).

Найбільш раціональна область застосування ніздрюватих бетонів — конструкції, що огороджують, (стіни) житлових і промислових будинків:

несущі — для малоповерхових будинків і що не несуть — для багатоповерхових, які мають несучий каркас.

Крупнопористий бетон

Одержують при затвердінні бетонної суміші з в'яжучого (звичайно портландцементу), великого заповнювача і води. Завдяки відсутності піску і зниженій витраті цементу (70... 150 кг/м³), використовуваного тільки для склеювання зерен великого заповнювача, щільність крупнопористого бетону на 600...700 кг/м³ нижче, ніж в аналогічному бетоні залитої монолітної будівлі.

Крупнопористий бетон доцільно виготовляти на основі пористих заповнювачів (керамзитового гравію, жужільної пемзи та ін.). У цьому разі середня щільність бетону складає 500...700 кг/м³, плити з такого бетону ефективні для теплоізоляції стін і покрить будинків.

Спеціальні види бетонів

Спеціальні бетони здатні працювати в екстремальних умовах і мають властивості, не характерні для звичайних бетонів. Але при цьому їхня технологія і склад залишаються «бетонними».

Спеціальні важкі бетони на відміну від звичайного бетону характеризуються специфічними властивостями, які дозволяють ефективно використовувати їх для різних видів будівництва. До спеціальних бетонів відносять гідротехнічні, дорожні, декоративні, кислототривкі і жаростійкі, а також бетони для захисту від радіоактивних дій.

Гідротехнічний бетон на відміну від звичайного важкого бетону характеризується підвищеною щільністю, водонепроникністю, морозостійкістю, низьким тепловиділенням, стійкістю проти впливу агресивних вод. Для додання бетону таких властивостей застосовують сульфатостійкій і пуцолановий портландцементи, високоякісні заповнювачі з добре підібраним зерновим складом, забезпечують ретельне приготування і укладання бетонної суміші, а також правильний догляд за твердіючим бетоном.

Тонкомолоті гідравлічні й інертні добавки в складі в'яжучого підвищують антикорозійні властивості гідротехнічного бетону і зменшують його тепловиділення та усадку. Для зниження водо потреби бетонної суміші і витрати цементу, підвищення густини і морозостійкості гідротехнічного бетону застосовують пластифікуючи та гідрофобні добавки (СДБ, милонафт та ін.)

Гідротехнічний бетон за величиною межі міцності при стисканні поділяють на марки: М 100-М 400. Міцність при стисканні гідротехнічного бетону визначають у віці 180 діб. За морозостійкістю гідротехнічний бетон має марки Мрз 100-Мрз 400, за ступенем водопроникності - марки В2-В12.

Вибір бетону тієї або іншої марки залежить від виду та призначення бетонованих конструкцій гідротехнічної споруди. Особливо високі вимоги пред’являють до бетону для зовнішніх частин гідротехнічних споруд, що піддаються безпосередній дії навколишнього середовища (багаторазове заморожування і відтавання, зволоження і висихання, вплив води, льоду, наносів і т.п.).

Дорожній бетон застосовують для влаштування покриття на автомагістралях, дорогах промислових підприємств і міських вулицях. У процесі експлуатації покриття піддаються не тільки впливу транс-кравців коштів, але і впливу атмосферних умов (багаторазове зволоження і висихання, заморожування і відтавання), тому до дорожнього бетону пред'являються підвищені вимоги по міцності, щільності і морозостійкістю.

Дорожній бетон повинен мати досить високу міцність на вигин у межах 4-5,5 МПа при марках М 300-М 500, морозостійкість його зазвичай характеризується марками Мрз 150 і Мрз 200.

Для приготування дорожнього бетону рекомендує-ся портландцемент пластифікований або гідрофобія ний марки 500 з клінкеру з вмістом трьох кальцієвого алюмінату не більше 8% - Як заповнювачі для дорожнього бетону використовують очищені від примі цей природні піски і щебінь із щільних гірських порід Граніти, габро та ін.)

Застосування мало пластичних і жорстких бетонних сумішей, що укладаються і ущільнюються за допомогою спеціальних машин, дає можливість отримувати щільні, міцні й довговічні дорожні покриття. Під час твердіння бетону необхідно виключити передчасне його зневоднення або заморожування.
Декоративні бетони в останні роки все ширше використовуються для підвищення естетичної виразності будівель і споруд. Їх призначають для огороджувальних конструкцій житлових і громадських будівель, декоративних плит для зовнішніх і внутрішніх стін, сходових маршів, елементів фасаду, в деталях малих архітектурних форм, для виробів спеціального призначення.
Бетон даного виду отримують за рахунок застосування кольорових складових - білого і кольорового цементів , лугостійких пігментів, наповнювачів з кольорових гірських пород. Декоративний ефект досягається фактурною обробкою поверхні сірого і кольорового бетону.
Декоративний бетон поряд з вимогами до його кольорів і зовнішнім виглядом повинен задовольняти підвищеними вимогам щодо міцності, щільності і довговічності, так як він є зовнішнім шаром залізобетонних виробів і в першу чергу піддається: атмосферних впливів, а в ряді випадків і стиранню. Марка декоративного бетону звичайно М 150, а морозостійкість - Мрз 50.Для отримання різноманітної фактури декоративний бетон поверхневого шару виробів піддають різним видам обробки.
Жаростійкий бетон на відміну від звичайного важкого бетону характеризується здатністю зберігати в заданих межах свої фізико-механічні властивості при тривалому впливі високих температур. У залежності від ступеня вогнетривкості жаростійкі бетони поділяють на високо вогнетривкі з вогнетривкістю 1770 ° С, вогнетривкі-1580-1770 ° С і вогнетривкі 1580 ° С.
Для приготування жаростійких бетонів в якості в'яжучих використовують глиноземистий цемент, портландцемент, шлакопортландцемент і рідке скло з доданням кремнефтористого натрію. Заповнювачами і тонкомеленими компонентами служать металургійні шлаки, бій керамічних і вогнетривких матеріалів, базальт, діабаз, андезит і ін.
Жаростійкі бетони залежно від виду вихідних матеріалів мають марки М 100-М 250.

З жаростійких бетонів виконують футеровку промислових печей, поди вагонеток тунельних печей, фундаменти доменних і мартенівських печей, зводять димові труби та ін. Вживання жаростійких бетонів сприяє скороченню термінів будівництва, зниженню вартості та зменшення трудових витрат.

Особливо важкі бетони застосовують для захисту обслуговуючого персоналу атомних електростанцій від радіоактивних випромінювань. Щільність таких бетонів досягає 4000...5000 кг/м³.

Встановлено, що найбільш небезпечні для людського організму у-промені і нейтронне випромінювання ефективно поглинає бетон, який має високу щільність і містить у своєму складі компоненти з великою кількістю хімічно зв'язаної води.

В якості в'яжучих для захисних бетонів використовують портландцементи, шлакопортландцементи і глиноземистий цемент. З метою підвищити захисні властивості гідратних бетонів (названих так у зв'язку з великим вмістом хімічно зв'язаної води) до їх складу вводять добавки: карбід бору, хлористий літій і ін. Міцність і довговічність особливо важких бетонів такі ж, як у звичайних важких бетонів.

Бетонополімерипредставляють собою бетони, пори яких заповнені полімерами в результаті спеціальної обробки. Бетон просочують петролатумом, розбавленими смолами, бітумом, сіркою, рідкими мономерами (метилметакрилатом або стиролом), полімерами (епоксидними і поліефірними смолами) і різними композиціями на їх основі. При цьому значно підвищуються механічні, фізичні і хімічні властивості бетону. Наприклад, міцність бетону при стиску збільшується до 200 МПа, а водонепроникність, морозостійкість і довговічність збільшуються у кілька разів.

Просочення полімерами підвищує вартість бетону, тому її здійснюють, коли вона економічно оправдана (бетонополімерні вироби, що працюють в сурових кліматичних або агресивних умовах).

Кислототривкі бетониодержують на кислототривкому цементі йкислотостійких заповнювачах. Застосовують їх на хімічних підприємствах для облицювання несучих конструкцій, влаштування бетонних підлог і т.п.