СМ 2013

211

Крупнопористый легкий бетон достаточно морозостоек. В связи со сравнительно низкой стоимостью его можно использовать для строительства стен малоэтажных зданий (высотой до 4 этажей). Наружные стены следует оштукатуривать с двух сторон для понижения воздухопроницаемости и повышения долговечности.

6.8.2.  Легкие бетоны на пористых заполнителях

Пористые заполнители – распространенные материалаы для изготовления стеновых панелей из легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов. По происхождению заполнители можно разделить на три группы.

1.Природные заполнители из пористых изверженных и осадочных горных пород – пемза, пепел, дробленый туф, пористые известняки, известковые туфы, ракушечники, диатомиты и др.

2.Промышленные отходы – заполнители на основе пористых металлургических, топливных шлаков и зол.

3.Искусственные заполнители – керамзит, аглопорит и др.

По назначению различают пористые заполнители для теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных легких бетонов.

По размерам зерен пористые заполнители, так же как и плотные, разделяют на два вида:

1.Крупные заполнители размером 5-40 мм, эти заполнители разделяют на фракции 5-10, 10-20 и 20-40 мм.

2.Пески с максимальным размером зерен не более 5 мм.

По зерновому составу различают пески рядовые с размерами зерен от 0,05 до 5 мм; пески крупные с размерами зерен от 1,25 до 5 мм и мелкие пески с максимальным размером зерна, не превышающим 1,25 мм.

Свойства пористых горных пород, применяемых в качестве заполнителей, и свойства искусственных пористых заполнителей подробно рассматриваются в гл. 2 «Природные каменные материалы» и в гл. 11 «Теплоизоляционные материалы», поэтому здесь приведена краткая характеристика только искусственных пористых заполнителей.

Керамзит – искусственный гравий или песок, полученный вспучиванием легкоплавких глин. Вспучивание происходит при совмещении процессов спекания глин и газовыделения при кратковременном обжиге. Образующийся при спекании расплав закрывает капиллярные поры, и выделяющийся газ вспучивает материал. Насыпная плотность керамзита 400-1200 кг/м³.

Аглопорит получают спеканием глин с промышленными отходами (например, шлаками) и другими материалами, содержащими органические вещества, сгорающие при обжиге. По сравнению с керамзитом, аглопорит содержит больше открытых пор, менее морозостоек. Насыпная плотность аглопорита 700-1500 кг/м³.

212 Глава 6. Бетоны

Рис.  6.9.  Структура легкого бетона на пористых заполнителях а –  легкий бетон на пористом заполнителе; б –  крупнопористый легкий бетон на пористом заполнителе

Вспученный доменный шлак (шлаковая пемза) получают при определенном режиме охлаждения шлакового расплава. Шлаковый расплав выливают в бассейн с ограниченным количеством воды или на слой мокрого песка. Испарение воды и охлаждение расплава приводят к образованию материала, по внешнему виду и свойствам напоминающего природную пемзу. Насыпная плотность шлаковой пемзы 500-1300 кг/м³.

Перлит – пористый заполнитель, образующийся при быстром нагревании вулканических стекол (обсидиана, витрофира и других горных пород). Увеличение объема в 6-12 раз при нагревании обусловлено испарением воды, содержащейся в вулканическом стекле. Перлит относится к числу наиболее легких эффективных заполнителей. Насыпная плотность перлитового гравия 250-450 кг/м³ и перлитового песка 100-150 кг/м³.

Обожженный вермикулит получают обжигом гидрослюд. Как и при производстве перлита, испарение химически связанной воды при быстром нагревании приводит к раздвижке пластинок слюды и увеличению объема в 10-20 раз. Насыпная плотность вермикулита составляет 100-200 кг/м³.

Особенности технологии производства легких бетонов

на пористых заполнителях.

Бетонные смеси и бетоны на плотных и пористых заполнителях существенно различаются по техническим свойствам. Легкобетонные смеси имеют повышенную водопотребность и легко расслаиваются вследствие различия плотности заполнителей и цементного теста. Поэтому при производстве изделий приходится применять жесткие легкобетонные смеси и интенсивные способы уплотнения, например вибрирование. Для обеспечения

		213
требуемой удобоукладываемости
и прочности легкобетонные сме-
си и бетоны требуют большего
расхода вяжущего по сравнению с
аналогичными показателями бе-
тонов на плотных заполнителях.
Легкий бетон можно рас-
сматривать как двухкомпо-
нентную систему, состоящую
из крупного пористого запол-
нителя и растворной части.
Растворная составляющая об-
разует среду (матрицу), в кото-
рой размещены зерна крупно-
го заполнителя. Такая модель		Рис.  6.10.  Влияние расхода воды на
отражает структуру легкого
бетона, в котором все пусто-		прочность керамзитобетона
ты заполнены растворной со-
ставляющей с необходимой раздвижкой зерен крупного заполнителя
(рис. 6.9, а). Если пустоты не заполнены, то бетон имеет структуру (рис.
6.9, б), характерную для крупнопористого легкого бетона, когда зер-
на крупного заполнителя соприкасаются и цементное тесто частично
удалено из зоны контакта. Основной задачей подбора состава легкого
бетона является получение бетона требуемого класса по прочности
при минимальной средней плотности. Снижение плотности бетона
может быть обеспечено одним из следующих способов:
а)	увеличением объемной доли пористого заполнителя в легком бе-
тоне путем тщательного подбора зернового состава так, чтобы мелкие
фракции заполняли пустоты каркаса, образованного крупной фракцией.
Это позволяет уменьшить содержание цементного камня в легком бетоне;
б)	применением заполнителей имеющих минимальную среднюю
плотность;
в)	использованием цементов высоких марок, что позволяет сократить
расход вяжущего при обеспечении требуемой прочности бетона;
г)	повышением пористости растворной составляющей (матрицы)
путем введения воздухововлекающих поверхностно­-активных добавок
(поризованные легкие бетоны).
Зависимость прочности легкого бетона от содержания воды в смеси
представлена на рис. 6.10. При увеличении расхода воды прочность бетона
заданного состава сначала повышается. Это обусловлено увеличением
объема цементного теста, улучшением удобоукладываемости бетонной
смеси и, как следствие, повышением степени уплотнения и плотности
бетона в целом.

214 Глава 6. Бетоны

Пористые заполнители обладают высоким водопоглощением. При перемешивании, укладке, уплотнении и твердении легкобетонных смесей происходит поглощение воды пористым заполнителем и фактическое В/Ц изменяется. Трудно определить, какое количество воды поглощено пористым заполнителем, так как этот процесс продолжается длительное время. Следует, однако, иметь в виду, что поглощение воды заполнителем

иснижение В/Ц приводят к дополнительному росту прочности легкого бетона, особенно в раннем возрасте.

Оптимальный расход воды в легких бетонах соответствует наибольшей прочности бетона и плотности бетонной смеси, уложенной в данных условиях. Дальнейшее увеличение расхода воды приводит к падению прочности за счет понижения плотности цементного камня, так же как

ив бетонах на плотных заполнителях.

Максимально достижимая прочность легкого бетона заданного состава определяется расходом цемента и прочностью пористого заполнителя. Характерной особенностью легких бетонов является зависимость их прочности от расхода цемента. При проектировании тяжелых (обычных) бетонов добиваются сокращения расхода цемента путем правильного выбора зернового состава заполнителей, так как это не приводит к снижению прочности при полном уплотнении. При повышении расхода цемента в легких бетонах их прочность растет, поскольку уменьшается объемная доля малопрочного пористого заполнителя, однако при этом увеличивается средняя плотность бетона, что нежелательно.

Подбор состава легких бетонов

Задачей подбора состава является приготовление бетонной смеси и бетона, удовлетворяющих следующим требованиям: бетонная смесь должна иметь требуемую удобоукладываемость, а легкий бетон – требуемые среднюю плотность и класс по прочности.

Также к легкому бетону предъявляют требования по морозостойкости и стоимости. Снижение стоимости может быть обеспечено путем уменьшения расхода цемента. Подбор состава заключается в установлении такого соотношения между компонентами, которое позволяет получить бетонную смесь требуемой удобоукладываемости и бетон требуемой плотности, прочности и долговечности при минимальных затратах.

По сравнению с подбором состава тяжелого бетона, задача осложняется необходимостью обеспечения заданной средней плотности легкого бетона. При подборе состава легкого бетона трудно установить требуемое В/Ц по заданной прочности из-за поглощения воды пористым заполнителем. Подбор состава производится опытным путем: приготовлением и испытанием образцов легкобетонной смеси и легкого бетона.

Таблица  6.6

215

Зерновые составы пористых заполнителей для виброуплотняемых легких бетонов

Тип пористого	Наибольшая	Содержание фракций, % по объему
заполнителя	крупность, мм	< 1,2 мм	1,2-5 мм	> 5 мм
	10	45-65	0-20	35-55
Щебень	20	30-50	0-20	50-70
	40	20-35	0-20	65-80
	10	40-60	0-20	40-60
Гравий	20	25-45	0-20	55-75
	40	15-30	0-20	70-85

Применяют два способа подбора состава:

1.С оптимальным расходом воды. Приготавливают несколько составов легкобетонных смесей с различным содержанием цемента. Для каждой смеси устанавливают оптимальный расход воды путем приготовления и испытания опытных замесов (см. рис. 6.10). Оптимальный состав смеси выбирают по заданной удобоукладываемости бетонной смеси, плотности

ипрочности бетона при минимальном расходе цемента. Способ требует изготовления и испытания большого количества стандартных образцов.

2.По заданной удобоукладываемости. Способ включает несколько этапов:

а). Выбор наибольшей крупности заполнителя. Наибольший диаметр назначают исходя из размеров конструкции и расположения арматуры, он не должен превышать 1/3 наименьшего размера конструкции и 3/4 зазора между стержнями рабочей арматуры. В смеси для изготовления плит и пустотелых изделий можно вводить до 50 % зерен, размер которых равен половине толщины плиты.

б). Назначение зернового состава смеси заполнителей. Применение только крупного заполнителя позволяет получить легкий бетон с минимальной средней плотностью, но сравнительно невысокой прочностью (крупнопористый легкий бетон). Наиболее прочный легкий бетон можно получить путем рационального выбора зернового состава заполнителя. Зерновой состав назначают предварительно по графикам или таблицам (табл. 6.6), а затем уточняют путем изготовления серий опытных образцов на заполнителях различного зернового состава.

в). Выбор предварительных расходов вяжущего и добавок для изготовления пробных замесов. Расход цемента, необходимый для получения легкого бетона требуемого класса по прочности, определяют после установления зависимости Rб = f (Ц) и γб = f (Ц). С этой целью приготавливают образцы из бетона с различным расходом цемента при требуемом расходе

216 Глава 6. Бетоны

воды (смотри ниже) и испытывают их. По результатам испытаний строят графики, по которым определяют, сколько нужно взять цемента, чтобы получить легкий бетон требуемой прочности и плотности.

г). Определение расхода воды по требуемой удобоукладываемости бетонной смеси, отдельно для каждого зернового состава заполнителей и расхода цемента.

Легкие бетоны на пористых заполнителях применяются для производ­ ства сборных бетонных и железобетонных конструкций, панелей, настилов, плит, крупных и мелких стеновых блоков, а также для изготовления монолитных конструкций, например наружных стен, которые возводятся в подвижной опалубке.

Арболиты

Арболитом называют бетон на минеральных вяжущих (порт­ ландцементе, гипсовом вяжущем и др.) и органических заполнителях – древесной стружке, опилках, костре льна, конопли и др.

Преимущественно используют отходы обработки древесины – cтружку и опилки. Древесина содержит вещества, замедляющие процессы гидролиза, гидратации клинкерных минералов портландцемента, поэтому в цементный арболит вводят добавки – хлорид кальция, жидкое стекло, сернокислый глинозем с гидратной известью. Не следует применять древесные отходы после длительного хранения на воздухе.

По средней плотности в сухом состоянии (γ) арболит подразделяют на два типа: конструкционный – γ = 500-850 кг/м³ и теплоизоляционный – γ < 500 кг/м³.

Классы арболита по прочности – B5-B30, морозостойкость цементного арболита должна быть не менее F25.

Регламентируется зерновой состав заполнителя, его содержание в арболите изменяется от 150 до 300 кг/м³. Расход портландцемента­ или гипсового вяжущего изменяется от 250 до 400 кг/м³.

Для приготовления бетонных смесей используются смесители принудительного действия. Применяются различные способы формования изделий – прессование, экструзия и др. На наружную поверхность изделий из арболита наносится отделочный слой, обеспечивающий защиту от увлажнения.

Из арболита изготавливают блоки и плиты для наружных и внутренних стен зданий, а также конструкции из монолитного легкого бетона.

Цементно-стружечные плиты

Цементно-стружечные плиты (ЦСП) изготавливают из смесей, содержащих древесную стружку и портландцемент. Толщина стружки – 0,2-0,3 мм, длина – 10-30 мм (ГОСТ 26816). Средняя плотность ЦСП – 1100-1300 кг/м³,

217

предел прочности при сжатии и растяжении – 1,5-5,0 МПа. Такие плиты относятся к биостойким, трудносгораемым материалам. Сорбционная влажность плит – 10-20 % массы, при увлажнении они набухают, теплопроводность – 0,33-0,44 Вт/(м . °С), паропроницаемость – 0,23 нг/(н.ч.Па), звукоизолирующая способность – 45 дб. Плиты применяют для межкомнатных перегородок, оснований для рулонных и плиточных напольных материалов (линолеум), подвесных потолков, вентиляционных каналов.

6.8.3.  Ячеистые бетоны

Ячеистыми называют легкие бетоны, содержащие значительное количество (до 85 % объема бетона) искусственно созданных пор размером 0,5-2,0 мм. По способу образования пор различают два типа ячеистых бетонов – пенобетон и газобетон.

Пенобетон получают при применении поверхностно-активных веществ – пенообразователей, образующих устойчивую пену. Раздельно приготовленную пену или пенообразователь вводят в смесь, состоящую из твердых компонентов и воды (цементную пасту).

Газобетон образуется при выделении газа в смеси твердых измельченных компонентов и воды.

В зависимости от типа смеси твердых компонентов ячеистые бетоны подразделяют на:

–– газо- и пенобетоны на основе портландцемента, его разновидностей и измельченного кварцевого песка;

–– газо- и пенозолобетоны на основе портландцемента и его разновидностей и золы-уноса, образующейся при сжигании пылевидного каменного угля;

–– газо- и пеносиликатобетоны (сокращенно газо- и пеносиликаты)­ на основе известково-кварцевых смесей;

–– газо- и пенозолосиликаты на основе извести и золы-уноса;

–– газо- и пеношлакобетоны на основе измельченных металлургических шлаков;

–– газо- и пеногипсобетоны на основе гипсовых вяжущих.

В зависимости от способа тепловой обработки различают ячеистые бетоны автоклавного и безавтоклавного твердения.

По назначению ячеистые бетоны подразделяют на:

–– теплоизоляционные, с общей пористостью более 75 % и средней плотностью в сухом состоянии до 500 кг/м³;

–– конструкционно-теплоизоляционные, со средней плотностью от 500 до 900 кг/м³;

–– конструкционные, с объемом пор 40-55 % и плотностью от 900 до 1200 кг/м³.

Материалы для ячеистых бетонов

218 Глава 6. Бетоны

Ячеистые бетоны безавтоклавного твердения получают на основе гипсовых вяжущих. Сырьем для производства автоклавных ячеистых бетонов являются известь или портландцемент, а также тонкоизмельченные кварцевый песок и некоторые промышленные отходы – шлаки, золы, нефелиновый шлам и другие. Удельная поверхность измельченного кварцевого песка и промышленных отходов должна составлять 2000-3000 см²/г.

Немолотые мелкие заполнители (кварцевый песок и др.) вызывают расслоение аэрированной смеси. Возможна замена части измельченного кварцевого песка немолотым при производстве конструкционных ячеис­ тых бетонов со средней плотностью более 1000 кг/м³.

Пенобетон

Формирование пор в пенобетоне происходит за счет устойчивой пены, образующейся при перемешивании водных растворов пенообразователей. Применяют два способа производства пенобетона.

1.  Твердые компоненты затворяют водным раствором пенообразователя. При перемешивании образуется пена и происходит аэрирование смеси.

2.  Пеномасса и цементная паста готовятся раздельно в смесителях, состоящих из двух или трех барабанов (рис. 6.11). В первом барабане получают смесь из твердых компонентов и воды (цементную пасту или тесто). Во втором барабане приготавливают техническую пену путем перемешивания водного раствора пенообразователя. Далее, смешивая пену с цементной пастой, получают пеномассу. Этот способ позволяет получить наиболее устойчивую пену и легкий бетон более высокого качества.

Изменяя количество введенной пены, температуру, режим перемешивания, можно получить пеномассу с различным объемом пор и, следовательно, пенобетон с требуемой средней плотностью. Приготовленную пеномассу разливают в формы. До начала схватывания пеномасса образует структуру (каркас), препятствующую усадке смеси, поэтому скорости процессов схватывания смеси и разрушения пены должны быть согласованы. После выдержки в форме и окончания процессов схватывания производится автоклавная обработка.

Для приготовления пены применяют водные растворы пенообразователей, содержащих поверхностно-активные вещества, образующие пену, и стабилизаторы, замедляющие ее разрушение. Распространенными пенообразователями являются: клееканифольный,­ содержащий органический клей и канифоль, обработанную едким натром; смолосапониновый, получаемый экстрагированием поверхностно-активных веществ из корневых систем растений, а также некоторые продукты переработки нефти.

Газобетон

219

Рис.  6.11.  Технологическая схема производства изделий из пенобетона

1 – бункер песка; 2 – сушильный барабан; 3 – бункер сухого песка; 4 – бункер извести;  5 – шаровая мельница для помола песка; 6 – шаровая мельница для совместного помола извести и песка; 7 – шнеки;  8 – бункер известково-песчаной смеси; 9 – бункер молотого песка;  10 – элеватор для подачи

портландцемента;  11 – элеватор для подачи молотой извести; 12 – бункер портландцемента;  13 – бункер молотой извести;

14 – дозаторы;  15 – дозатор воды;  16 – дозатор пенообразователя; 17 – пенобетономешалка;  18 – подъемник для разлива пеномассы в формы;  19 – вагонетки с формами;  20 – автоклав;  21 – бункер цемента;  22 – бункер извести

Образование пор в газобетоне осуществляется путем введения газообразователя. Распространен мокрый способ производства газобетона, при котором твердые компоненты (кварцевый песок, известь или др.) измельчают в шаровой мельнице в присутствии воды. В мельнице получают шлам, который направляют в растворомешалку, где он смешивается с газообразователем и другими добавками. Смесь, содержащая газообразователь, разливается в формы, где происходит выделение газа, вспучивание и схватывание смеси.

Процессы формования имеют ряд технологических особенностей.

220 Глава 6. Бетоны

Расход воды и вязкость смеси выбираются так, чтобы пузырьки газа не выделялись из смеси. Необходимо тщательно согласовывать продолжительность процессов газовыделения и схватывания. Быстрое выделение газа может привести к удалению пузырьков и оседанию массы. Выделение газа после начала схватывания приводит к разрушению структуры легкого бетона. Скорость процессов выделения газа и схватывания регулируется изменением температуры смеси, тонкости помола вяжущего, введением добавок-ускорителей и замедлителей схватывания. По окончании процессов схватывания изделия отправляются на автоклавную обработку.

Выбор газообразователя зависит от ряда обстоятельств, в том числе от минерального состава используемого вяжущего, скорости процессов схватывания и др.

Распространенным газообразователем является высокодисперсная­ алюминиевая пудра, которая взаимодействует с гидроксидом кальция:

2Al + 3Ca(OH) + 6H O = 3CaO · Al O  · 6H O + 3H ↑.

Аэрирование смеси также может быть достигнуто за счет разложения водного раствора перекиси водорода (пергидроля):

2H O   →←  2H O + O ↑.

Можно использовать реакции между СаСО и MgCO и растворами HCl или H SO , которые сопровождаются выделением газа.

Область применения пено- и газобетона в строительстве определяется их техническими свойствами. Теплоизоляционные бетоны применяют для изоляции стен, перегородок, перекрытий; в виде плит, скорлуп и сегментов для изоляции трубопроводов; конструкционно-теплоизоляцион- ные – преимущественно для изготовления панелей и блоков наружных стен зданий; конструкционные – для изготовления плит и панелей покрытий с использованием арматуры.