Для приготовления легкого бетона используют следующие крупные заполнители
Обновлено: 04.05.2024
В качестве вяжущего для легких бетонов применяют все виды цементов и другие вяжущие не ниже М 300. Желательно использовать высокоактивные вяжущие, расход которых на 1 м 3 бетона будет меньше, чем малоактивных вяжущих. Цементный камень в легких бетонах является самой тяжелой частью их, и сокращение расхода цемента введет к снижению объемной массы бетона.
Исходя из необходимости получения бетонной смеси требуемого качества минимальные расходы вяжущего на 1 м 3 легких бетонов должны быть не меньше величин, приведенных в табл. 7.
В случае применения высокоактивных цементов, когда требуемая прочность бетона может быть достигнута при малых расходах вяжущего для увеличения количества цементного теста в бетонную смесь необходимо вводить тонкомолотые добавки. В бетоны низких марок с малым расходом вяжущего (а иногда и с недостаточным расходом мелких фракций заполнителя), характеризующихся низкой удобоукладываемостью, желательно вводить гидрофобизирующие поверхностно-активные добавки (мылонафт и др.).
Минимально допустимый расход вяжущего в зависимости от вида легкого бетона
| Вид бетона | Минимально допустимый расход вяжущего, кг/м 3 бетона | |
| общий | в том числе цемента | |
| Теплоизоляционный | 100 | 80 |
| Конструктивно-теплоизоляционный неармированный | 125 | 100 |
| Конструктивно-теплоизоляционный и конструктивный армированный | 225 | 150 |
Для приготовления легких бетонов используют природные и искусственные пористые заполнители. В зависимости от формы и характера поверхности пористые заполнители делят на щебень, состоящий из кусков неправильной формы с открытыми порами на поверхности, и гравий, представляющий собой смесь зерен округлой формы с гладкой и оплавленной поверхностью. Применяют крупный заполнитель (щебень и гравий), состоящий из зерен 5-40 мм (с зернами более 40 мм заполнитель из-за малой его прочности использовать не рекомендуется), крупный пористый песок с размерами зерен 1,2-5 мм и мелкий пористый песок с размерами зерен менее 1,2 мм.
В зависимости от насыпной объемной массы (кг/м 3 ) в сухом состоянии пористые заполнители делят на марки от 100 до 1200. Наиболее легкие заполнители применяют для теплоизоляционных бетонов, тяжелые — для конструктивно-теплоизоляционных и конструктивных бетонов. Для конструктивных бетонов допускается частичная или полная замена пористого песка тяжелым песком.
Для легких бетонов используют природные пористые горные породы вулканического и осадочного происхождения. Наибольшее применение из пористых горных пород вулканического происхождения получили следующие их виды.
Пемза образовалась в результате быстрого остывания насыщенной газами лавы и поэтому характеризуется губчатым строением. Встречаются пемзы с крупнопористой и мелкопористой структурой. Крупнозернистые пемзы обеспечивают получение конструктивно-теплоизоляционных бетонов с объемной массой в высушенном состоянии 500-1200 кг/м 3 и прочностью 0,1-7,5 МПа (10-75 кг/см 2 ). Мелкопористую пемзу, как более тяжелый заполнитель, применяют для конструктивных бетонов с объемной массой 1500-1800 кг/м 3 и прочностью 7,5-40 МПа (75-400 кг/см 2 ).
Вулканические шлаки относятся к излившимся обломочным породам. В зависимости от условий залегания встречаются вулканические шлаки с различной объемной массой исходной горной породы. Легкие вулканические шлаки применяют для конструктивно-теплоизоляционных бетонов объемной массой в сухом состоянии 600-1400 кг/м 3 и прочностью 1-10 МПа (10-100 кг/см 2 ), а более тяжелые — для конструктивных бетонов с объемной массой 1600-1800 кг/м 3 и прочностью 10-20 МПа (100-200 кг/см 2 ).
Вулканические туфы, получившиеся в процессе уплотнения вулканического пепла, и туфовые лавы, образовавшиеся в результате попадания вулканического пепла и песка в расплавленную лаву до ее остывания, в зависимости от условий образования характеризуются различным количеством и величиной пор. Крупнопористые вулканические туфы и туфовые лавы с прочностью при сжатии менее 10-15 МПа (100-150 кг/см 2 ) используют в конструктивно-теплоизоляционных и конструктивных бетонах прочностью 5-20 МПа (50-200 кг/см 2 ) с объемной массой 1300-1800 кг/м 3 , а более плотные породы — для конструктивных бетонов прочностью до 40 МПа (400 кг/см 2 ) с объемной массой 1600-1800 кг/м 3 .
Из осадочных пород чаще всего используют пористые известняки и известковые туфы, состоящие в основном из углекислого кальция с объемной массой исходной породы от 1200-1300 кг/м 3 до 1600-1900 кг/м 3 с прочностью при сжатии 1-20 МПа (10-20 кг/см 2 ). Известковые туфы и ракушечники используют для конструктивно-теплоизоляционных и конструктивных бетонов объемной массой в сухом состоянии 1400-1800 кг/м 3 и прочностью от 3,5 до 20 МПа (35-200 кг/см 2 ).
Искусственные пористые заполнители делят на две группы: отходы промышленности и специально изготавливаемые заполнители.
К отходам промышленности относятся:
топливные шлаки, представляющие собой продукты сжигания кускового угля в промышленных и других топках. Шлаки являются наиболее дешевыми заполнителями, но в большинстве из них содержится значительное количество частиц несгоревшего угля, извести, растворимых солей и других примесей, вредно влияющих на атмосферостойкость бетона (морозостойкость и др.). Лучшими по технологическим свойствам являются антрацитовые и хорошо спекшиеся каменноугольные шлаки. Объемная масса бетонов на топливных шлаках составляет 1200-1800 кг/м 3 ;
пористые металлургические шлаки — кусковые материалы, образуюшиеся в результате естественного охлаждения расплавов металлургических шлаков, содержащих повышенное количество газов. Из-за колебаний химического состава шлакового расплава и изменения условий его охлаждения в отвалах завода структура и свойства образующихся шлаков могут колебаться в значительных пределах. В качестве заполнителей используют не распадающиеся со временем чаще всего из-за полиморфных превращений C2S при медленном охлаждении шлаки с насыпной объемной массой не более 1000 кг/м 3 и объемной массой в куске не более 1700 кг/м 3 . Так как бетоны с заполнителями из пористых доменных шлаков обладают повышенной объемной массой и теплопроводностью, их применяют главным образом для конструктивных бетонов.
Из специально изготавливаемых пористых заполнителей наибольшее распространение получили:
керамзит и его разновидности (шунгезит и др.) — искусственный гравий и песок ячеистого строения с оплавленной поверхностью зерен. Керамзит всех видов изготавливают из хорошо вспучивающихся легкоплавких глинистых пород (пластичных тонкодисперсных глин, глинистых сланцев) путем ускоренного их обжига во вращающихся печах а песок — в «кипящем слое». В результате термической обработки при температуре 1100—1300° С керамзит не имеет в своем составе вредных для цемента примесей; морозоустойчив, огнестоек и, обладая оплавленной поверхностью зерен с высокоразвитой системой преимущественно закрытых пор, отличается небольшой объемной массой и теплопроводностью при сравнительно высокой прочности зерен;
шлаковая пемза — пористый материал, получаемый вспучиванием расплавов металлургических шлаков путем их быстрого искусственного охлаждения;
аглопорит — материал, получаемый спеканием топливных шлаков и зол, а также углесодержащих шахтных и других глинистых пород на решетках агломерационных машин;
перлит — пористый сыпучий материал, образующийся в процессе обжига при температуре 900—1000° С дробленых водосодержащих вулканических стекол (перлитов, обсидианов, витрофиров и т. п.). При нагревании исходная порода интенсивно вспучивается, образуя легковесный заполнитель с насыпной массой 50-300 кг/м 3 , характеризуемый хорошими теплоизоляционными качествами. Из-за невысокой прочности получаемых бетонов перлиты используют главным образом для теплоизоляционных бетонов.
К пористым заполнителям предъявляют следующие требования:
Важнейшие свойства пористых заполнителей, применяемых для легких бетонов
насыпная объемная масса крупного заполнителя не должна превышать 1200 кг/м 3 , а мелкого — 1300 кг/м 3 ;
в каждой фракции крупного заполнителя количество зерен с размерами выше наибольшего и ниже наименьшего не должно быть более 10%, а полусумма полных остатков на контрольных ситах с наибольшим и наименьшим размерами зерен данной фракции должна составлять 30-60% по объему;
морозостойкость крупных наполнителей, используемых в бетонах, не защищенных от внешних атмосферных воздействий, должна обеспечивать получение бетона требуемой проектом марки по морозостойкости;
прочность искусственных пористых заполнителей — не менее требуемой нормами, прочность исходной породы природных заполнителей — не менее 50% от требуемой прочности бетона, а коэффициент размягчения при использовании в конструктивных бетонах — не менее 0,8, а в конструктивно-теплоизоляционных — 0,7;
содержание серы в заполнителях, применяемых в железобетоне, не более 2%, а количество водорастворимых сульфатов — 1% по массе (в пересчете на SO3);
содержание в мелкой фракции песка пылевидных частиц размером менее 0,14 мм, обладающих свойствами активной минеральной добавки, допускается до 40% по объему.
Заполнители для легкого бетона
Для изготовления лёгкого бетона применяют пористые заполнители, которые могут быть органические и неорганические, а в качестве вяжущего используют обычный и быстротвердеющий портландцемент или шлакопортландцемент. Так же как и плотные, пористые заполнители делятся на мелкие и крупные. Крупный заполнитель, такие как пористый гравий или пористый щебень имеют размер частиц от 5 до 40 мм и делятся на по фракциям: 5-10, 10-20 и 20-40 мм. Мелкий пористый заполнитель имеет размер частиц менее 5 мм, таким например является пористый песок. Мелкий заполнитель, в частности пористый песок, делится на две фракции: от 1,2 до 5 мм это крупный песок, и менее 1,2 мм это мелкий песок.
Так же пористые заполнители делятся на марки по плотности, которые могут быть от 250 до 1100 кг/куб.м .
Органические заполнители.
Органические заполнители для бетона
При возведении теплоизоляционных конструкций и некоторых конструкционно-теплоизоляционных конструкций, используют органические заполнители для бетона. Такими заполнителями могут являться древесина, хлопчатник, костра и гранулы пенополистирола для приготовления стиропорбетона.
Неорганические заполнители.
Пористые заполнители неорганического происхождения делятся на природные и искусственные. Природные заполнители получают путём простого рассева, либо рассева с дроблением горных пород, таких как известняк, туф, пемза.
Искусственными пористыми заполнителями являются продукты из минерального сырья, которое было подвержено термической обработке, которые в свою очередь делятся на специально изготовленные и побочные продукты топливной и металлургической промышленности.
Неорганические заполнители искусственного происхождения.
Гравий керамзитовый.
Это специально изготовленный заполнитель, который получается после обжига гранулированной вспучивающейся глины. Данный заполнитель обладает сразу двумя положительными характеристиками он и лёгкий и прочный одновременно, его плотность может варьироваться от 250 до 800 кг/куб.м .
Гранулы после обжига покрываются прочной оболочкой, что и придаёт ей высокую прочность. В разрезе, керамзитовые гранулы имеют пористую структуру, что и придаёт им легкость. Благодаря двум этим важным характеристикам, керамзитовый гравий является самым распространённым заполнителем для пористого бетона.
Кроме самого керамзита, в качестве заполнителя применяют и керамзитовый песок, который получается в момент приготовления керамзитового гравия, но в небольших количествах и имеет размер зерен до 5 мм.
Так же керамзитовый песок может быть получен при обжиге гранул во взвешенном состоянии, либо путём дробления самого керамзитового гравия.
Шлаковая пемза.
Это тоже, специально изготовленный заполнитель, который получается после резкого охлаждения расплавленных металлургических доменных шлаков, что в последствии приводит к их вспучиванию. После дробления и рассеивания шлаковой пемзы получают пористый щебень.
В тех районах где металлургическая промышленность развита неплохо, распространено изготовление шлаковой пемзы, так как её производство обходится намного дешевле, чем производство керамзита.
Вспученный перлит.
Вспученный перлит
Перлиты, а так же обсидианы являются водосодержащими вулканическими стеклообразными породами, которые после обжига, при температуре от 950 до 1200°С , увеличиваются в объёме, примерно в 10-20 раз, из-за выделения воды, после чего и получается вспученный перлит.
Вспученный перлит применяют для производства не только легких бетонов, но и теплоизоляционных материалов.
Вспученный вермикулит.
По методу производства и применению вспученный вермикулит аналогичен предыдущему заполнителю, только вермикулит получается путём обжига водосодержащих слюд.
Металлургический гранулированный шлак.
Данный заполнитель является побочным продуктом металлургической промышленности, который образуется путём металлургических процессов на производстве и выглядит как песок с крупными зёрнами около 5-7 мм, а некоторые могут достигать до 10 мм.
Топливные отходы и шлаки.
Это пористые материалы в виде небольших кусков, которые были получены в результате спекания неорганических веществ, которые содержатся в угле. Топливные шлаки также являются лишь побочным продуктом, который получается в топке в качестве побочного продукта при сжигании твёрдого топлива, таких как: каменный и бурый уголь, антрацит, торф, сланцы, древесина и другие.
После получения шлаков, их подвергают легкому дроблению и рассеву для удаления вредных для бетона примесей, например несгоревшего угля.
Так же используют и золу, для приготовления зольного и глинозольного гравия.
Аглопорит.
Получают при помощи агломерационной машины, на решётках которой обжигают глиносодержащее сырьё, лессовые и глинистые породы, а так же отходы промышленности..
Искусственные пористые заполнители отличаются более высокими качествами, чем обычные топливные шлаки, и позволяют получать более прочные и стойкие бетоны, а также бетоны с меньшим объемным весом
Легкие (пористые) заполнители
Заполнителями для легких бетонов служат:
- пористые горные породы (пемза, щебень из вулканических туфов и лав, известковых туфов, ракушечников и т. п.);
- широко распространенные отходы промышленности:
- а) топливные (котельные) шлаки, т. е. отходы oт сжигания угля в промышленных, паровозных и тому подобных топках;
- б) пористые гранулированные доменные шлак и, применяемые в бетоне в качестве пористого мелкого заполнителя;
Специально изготовляемые (искусственные) пористые заполнители
- а) керамзит, получаемый в результате вспучивания глинг глинистых сланцев и тому подобного сырья, при особом (ускоренном) режиме обжига (керамзитовый гравий и керамзитовый песок);
- б) шлаковая пемза (термозит) пористые доменные шлаки, вспученные благодаря особому режиму охлаждения расплавленных шлаков;
- в) вторичные (или агломерированные) шлаки, получаемые спеканием зол или топливных шлаков на особых спекательных устройствах.
Искусственные пористые заполнители отличаются более высокими качествами, чем обычные топливные шлаки, и позволяют получать более прочные и стойкие бетоны, а также бетоны с меньшим объемным весом.
Легкие (пористые) заполнители должны иметь объемный вес в рыхло насыпанном состоянии менее 1000 кг/м3; чаще же всего они имеют fо = 600—800 кг/м3, т. е. примерно вдвое меньший, чем у обычного песка и гравия. Вследствие большой пористости прочность легких заполнителей значительно меньше, а поверхность их значительно больше, чем у обычного песка и гравия (или тяжелого щебня).
По крупности легкие заполнители делятся на
- а) крупные заполнители (легкий щебень)— с размером кусков от 5 до 40 мм;
- б) мелкие заполнители (легкий песок), состоящие из частиц с размерами меньше 5 мм.
Для неармироёанных легких бетонов применяют самые дешевые местные заполнители (чаще всего топливные шлаки); для армированных заполнители более высокого качества: пемзу, туфы и искусственные пористые заполнители, не содержащие вредных для цемента или нестойких примесей.
Металлургические шлаки
Металлургические шлаки - заполнители для легких бетонов должны отвечать следующим требованиям:
- а) должны иметь металлических включений (повесу) не более 5%, землистых примесей — не более 3%, органических примесей — не более 1%;
- б) должна отсутствовать свободная окись кальция или магния;
- в) кусковые шлаки следует проверять на устойчивость против распада, при отсутствии внешних признаков распада шлаки, пролежавшие в отвалах свыше трех лет или пролежавшие в штабелях свыше двух месяцев в подготовленном для работы состоянии, не проверяют;
- г) кислые доменные шлаки с остеклованной поверхностью допускаются в бетонах марки до 150 включительно, содержание лещадок в таких шлаках не должно превышать 15%;
- д) предел прочности при сжатии кусковых шлаков должен быть не ниже 100% проектной марки бетона;
- е) должны выдерживать не менее 25 циклов замораживания при испытании на морозостойкость;
ж) водопоглощение должно быть не более 80% от объема пор; - з) объемный вес шлаков для тяжелых бетонов может не устанавливаться, для легких бетонов (с объемным весом 1 600—1 800 кг/м3) допускаются пористые шлаки с объемным весом в россыпи 1 200 кг/м3.
К котельным шлакам предъявляются следующие требования:
- а) количество несгоревших частиц угля в шлаках из каменных углей не должно превышать 30% от общего веса, а в шлаках из бурых углей — 15%;
- б) количество тяжелых остекловавшихся частиц, увеличивающих объемный вес шлака и имеющих плохое сцепление с вяжущими веществами, не должно быть более 10% по весу;
- в) содержание соединений серы (в пересчете на S03) должно составлять не более 20%;
- г) объемный вес угольного шлака в сухом рыхлом состоянии должен составлять не более 850 кг/м3.
Пемза
— материал вулканического происхождения — добывается в Армении и на Северном Кавказе и применяется преимущественно в южных районах.
- представляют собой также вулканическую породу, несколько более плотную, чем пемза. Главные месторождения туфов находятся в Армении.
Различают известковый туф (травентин), кремнистый (кремнистые опаловые отложения тёплых или горячих источников) и вулканический туф — выбросы вулканов, сцементированные в плотную горную породу. Используются как строит, материал. Особенно известны розовые, желтые черные.
Керамзит
- представляет собой искусственный вспученный, пористый материал в виде гравия или щебня с замкнутыми ячейками, получаемый из легкоплавких глин посредством быстрого обжига их до температуры 1100—1150°. Объемный вес 300-900 кг/м2, служит заполнителем для легкого бетона.
Преимущество керамзита в том, что его производство можно организовать в любом месте, где имеются глины, пригодные для изготовления кирпича. Керамзит применяется в бетонах, идущих для изготовления легких блоков и панелей.
Заполнители для легких бетонов
Заполнители для легких бетонов должны иметь пористую структуру и малый объемный вес. Наиболее употребительные заполнители и их объемные веса (в кг/м3).
Шлаки:
Легкие бетоны
Лёгкие бетоны, это такие бетоны, которые имеют среднюю плотность менее 1800 кг/куб. м. Так же, лёгкие бетоны отличаются высокой пористостью, её объём может достигать 50%.
Данный вид бетонов используют при возведении несущих и ограждающих бетонных и железобетонных конструкций. Высокая пористость данного вида бетонов, обеспечивает высокую теплоизоляцию и за счёт этого имеется возможность изготавливать более тонкие стены зданий, в так же уменьшить их массу. Все эти свойства лёгких бетонов позволяют сократить траты на изготовление и транспортировку.
Разновидности легких бетонов.
В зависимости от используемого пористого крупного заполнителя, легкие бетоны делятся на:
- пемзобетон;
- шлакобетон;
- керамзитобетон;
- аглапоритобетон.
Легкие бетоны делятся в зависимости от своей структуры. Эти структуры различаются как по используемым ингредиентам так и по общему составу.
Структура лёгких бетонов
По структуре, лёгкие бетоны делятся на:
- Обыкновенные. Это лёгкие бетоны изготовленные из воды, вяжущего вещества и мелкого и крупного заполнителей, при этом бетонная смесь перемешивается так, чтобы все пустоты между зёрнами крупного заполнителя были заполнены раствором.
- Крупнопористые (беспесчаные). Это лёгкие бетоны в которых не используется мелкие заполнитель, т. е песок, в таких бетонах имеются только крупный заполнитель и цемент, при этом цемент покрывает тонким слоем зёрна крупного заполнителя, а пустоты между зёрнами остаются не заполненными.
- Поризованные. Это обычные лёгкие бетоны, в которых используется вяжущее вещество и порообразователь. Не трудно догадаться, что порообразователь нужен для того чтобы в структуре бетона появлялись воздушные ячейки (поры). Порообразователь повышает пористость бетона и снижает его плотность.
В зависимости от применения в строительстве, лёгкие бетоны могут быть разной плотности и соответствовать разным техническим характеристикам.
По назначению лёгкие бетоны делятся на:
- Несущие. Применяются в несущих конструкциях и имеют марку морозостойкости от МРЗ 15 и выше.
- Теплоизоляционные. Это бетоны с плотностью менее 500 кг/куб. м и малой теплопроводностью, которые применяются для изготовления теплоизоляционных конструкций, таких как плиты, стены, перекрытия и т. д.
- Конструкционно-теплоизоляционные. Это бетоны с плотностью от 500 до 1400 кг/куб. м и имеющие марку прочности М35. При этом теплопроводность таких бетонов чуть выше, чем у предыдущих. Они применяются для изготовления самонесущих и несущих конструкций, таких как стены и перекрытия.
- Конструкционные. Это бетоны имеющие плотность от 1400 до 1800 кг/куб. м. и соответствуют марке прочности не ниже М50, и обладающие морозостойкостью. В качестве вяжущего вещества в таких бетонах применяют: цемент, известь, гипс, жидкое стекло и смешанные пропорции. Такой бетон применяют в несущих конструкциях, где необходимы теплоизоляция и малый вес.
Заполнители для легких бетонов.
Заполнители для легких бетонов могут быть природного и искусственного происхождения. В качестве природных пористых заполнителей чаще всего используют пемзу и вулканический туф, так как эти материалы имеют самую высокую замкнутую пористость и наименьшее водопоглощение. Так же в качестве заполнителей могут быть использованы известняк-ракушечник, лава и др.
В качестве искусственных пористых заполнителей чаще всего используют разного рода шлаки и отходы промышленных производств. При этом используют топливные и металлургические шлаки, шлаки химического производства, зола и др. Так же в качестве искусственных заполнителей используют переработку природных каменных материалов, такие как: керамзит и аглопорит полученные при обжиге глины, зольный гравий, перлит, вермикулит, шлаковая пемза и гранулированные шлаки.
Свойства легких бетонов.
Свойства легких бетонов
Среди основных свойств лёгких бетонов, можно выделить следующие:
- прочность;
- плотность;
- теплопроводность;
- морозостойкость.
Для того чтобы получить лёгкий пористый бетон с заданными свойствами необходимо не только тщательно отбирать используемое сырьё, но и разработать качественный состав бетонной смеси.
Средняя плотность таких бетонов зависит от количества вяжущего вещества и воды, а так же от зернового состава заполнителя. С увеличением расхода вяжущего вещества, плотность бетона возрастает, а вместе с ним растёт и теплопроводность. Поэтому для снижения плотности и теплопроводности обеспечивают оптимальный зерновой состав заполнителей для снижения расхода вяжущего вещества.
Морозостойкость легких бетонов зависит от количества израсходованного вяжущего вещества, а так же от морозостойких свойств заполнителей. При использовании портландцемента в качестве вяжущего вещества, можно получить большую морозостойкость бетона. А морозостойкие заполнители это: керамзит, пемза и аглопорит.
Значительный диапазон требований к легким бетонам различных видов объясняется большим разнообразием их структуры и характеристик применяемых материалов, от которых зависят свойства легкобетонных смесей и затвердевшего бетона.
Свойства легкобетонной смеси принято характеризовать ее объемным весом, удобоукладываемостью (подвижностью и жесткостью) или рассливаемостью и структурой (объемом межзерновых пустот).
Объемный вес бетонной смеси является одной из важных характеристик, определяющих ее однородность, а следовательно, и постоянство свойств затвердевшего бетона —его объемный вес и прочность. На объемный вес смеси оказывают влияние относительное содержание и свойства крупного и мелкого заполнителей, объем межзерновых пустот смеси, степень последующего уплотнения бетона. Эти факторы влияют и на расход вяжущего в бетонной смеси.
Удобоукладываемость легкобетонных смесей зависит от структуры и состава бетона. Смеси с межзерновой пористостью (малопесчаные и крупнопористые) могут быть только жесткими. Смеси плотной структуры могут быть жесткими и подвижными, а поризо-ванной — подвижными и малоподвижными. При этом большую подвижность назначают для поризованной беспесчаной смеси. Ориентировочные значения подвижности или жесткости легкобетонной смеси приведены в табл. 2.
Таблица 2. Показатели жесткости или подвижности легкобетонной смеси к началу формирования конструкций
В легкобетонных смесях как недостаточное, так и избыточное содержание воды (по сравнению с оптимальным для заданных условий уплотнения) приводит к уменьшению плотности, а следовательно, и прочности бетона.
Подвижность и жесткость плотной бетонной смеси определяют такими же методами, как у обычных тяжелых бетонов.
Смеси неплотной структуры, в которых объем межзерновых пустот превышает 3%, могут в процессе уплотнения вибрированием расслаиваться. Это свойство чаще проявляется в смесях, приготовленных с избыточным количеством воды и содержащих мелкий и крупный заполнители с большой разницей значений объемного веса или из-за недостаточного количества мелких фракций в песке.
Такие смеси характеризуются не жесткостью, а расслаиваемо-стью. Показатель расслаиваемости определяют по ГОСТ , выявляя величину изменения объемного веса в верхних и нижних частях образцов уплотненной бетонной смеси.
Качество смеси признают удовлетворительным, если величина показателя расслаиваемости не превышает 10%.
Введение в малопесчаную смесь микропенообразующей (воздухововлекающей) добавки увеличивает объем поризованной растворной составляющей до полного заполнения межзерновых яустот в крупном заполнителе. Такая бетонная смесь приобретает псевдо-плотную (поризованную) структуру; она становится менее жесткой и нерасслаиваемой в процессе ее уплотнения вибрированием.
Из свойств легкого бетона основными являются объемный вес и прочность при сжатии, контролируемые при производстве изделий. Эти свойства для легкого бетона также взаимозависимы.
Большое влияние на объемный вес и прочность легких бетонов оказывают зерновой состав и свойства заполнителей. При увеличении относительного содержания крупного заполнителя в составе бетона его объемный вес и прочность уменьшаются. Яркой иллюстрацией этой зависимости являются свойства крупнопористого бетона, объемный вес и прочность которого при прочих равных условиях наименьшие.
С увеличением расхода вяжущего прочность и объемный вес легкого бетона возрастают вследствие повышенного содержания в бетоне более прочного и тяжелого цементного камня.
С повышением активности цемента прочность цементного камня увеличивается; поэтому при неизменном объемном весе легкого бетона прочность его возрастает, хотя и в меньшей степени, чем у тяжелого бетона. Это увеличение прочности носит затухающий характер, и в зависимости от свойств заполнителя она может оказаться предельной, несмотря на повышение активности и расхода цемента. Однако применение цементов несколько более высокой активности позволяет уменьшить их расход и этим снизить объемный вес бетона.
Объем применения легких бетонов с каждым годом увеличивается в связи с развитием индустриальных методов строительства, переходом к монтажу стен, перекрытий и перегородок из крупноразмерных бетонных и железобетонных готовых деталей, изготовляемых на специальных заводах.
Состав легких бетонов на пористых заполнителях
Легкие бетоны с пористыми заполнителями изготовляемые из вяжущих, воды и легких заполнителей; такие бетоны в зависимости от веса примененных заполнителей имеют объемный вес от 800 до 1800 кг/м3, а чаще всего 1300—1500 кг/м3;
- легкие крупнопористые бетоны («беспесчаные»), изготовляемые из цемента, воды и гравия (или щебня), одинаковой по возможности крупности; отсутствие в таких бетонах песка придает им — при ограниченном количестве цемента крупнопористое строение; объемный вес таких бетонов составляет от 600 до 2000 кг/м3 в зависимости от объемного веса примененного заполнителя и состава бетона;
- особо легкие ячеистые бетоны, изготовляемые в основном из вяжущих (большей частью с добавками, уменьшающими их расход), воды и пенообразующих (пенобетоны) или газообразующих (газобетоны) веществ; такие бетоны имеют объемный вес от 300 до 1200 кг/м3, чаще же всего 500—800 кг/м3.
В области изучения и применения легких- бетонов советские исследователи и инженеры достигли значительных успехов.
В 1929—1933 гг. была впервые разработана теория легких бетонов (проф. Н. А. Поповым и др.) и легкого железобетона. На основе этих и ряда других работ легкие бетоны с пориогыми заполнителями были широко внедрены в строительство.
Области применения бетонов на местных пористых заполнителях по мере изучения их свойств расширяются. Так, например для элементов гидротехнических сооружений получили применение бетоны на литоидной пемзе (несколько более плотной, чем обычная пемза).
Определение состава легких бетонов
Так как объемный вес пористых заполнителей легкого бетона изменяется в больших пределах, состав легкого бетона удобнее выражать в объемных показателях.
Для определения состава легкого бетона задается проектная марка бетона или его прочность к определенному сроку и с учетом режима твердения, объемный вес и структура бетона, а для бетона с плотной и поризованной структурой — жесткость или подвижность бетонной смеси.
Многообразие видов легких бетонов, пористых заполнителей и их свойств затрудняет разработку единой методики определения их состава. Однако некоторые зависимости, рассмотренные при определении состава тяжелого бетона, сохраняются и для легкого бетона.
Прочность легкого бетона не находится в строгой зависимости от водоцементного отношения. Это объясняется большим влиянием на ее изменение вида и прочности заполнителя, расхода и активности цемента, выраженных в прочности растворной части бетона (рис. 5) и структуры легкого бетона (рис. 6).
Рост прочности бетона с увеличением прочности раствора постепенно уменьшается, и для определенной прочности пористого заполнителя устанавливается предельное ее значение.
Для приготовления высокопрочных легких бетонов, в зависимости от их марки, рекомендуется применять пористые заполнители, прочность которых не ниже указанной в табл. 1.
Для достижения заданного объемного веса легкого бетона, кроме применения соответствующего крупного пористого заполнителя, уменьшают относительный объем и объемный вес растворной части бетона применением более легкого мелкого заполнителя, ограничением расхода цемента (путем повышения его активности) или изменяют структуру бетона. При этом расход цемента в неармированных легких бетонах должен быть не менее 120 кг/м3, в армированных конструктивно-теплоизоляционных — не менее 200 кг/м3, а в конструктивных бетонах — не менее 220 кг/м3.
Минимальная прочность при сжатии крупного пористого заполнителя для приготовления высокопрочных легких бетонов различных марок
| Марка бетона | Прочность крупного заполнителя по ГОСТ при применении в кг/см2 | ||||
| керамзитового гравия | щебня из аглопорита | щебня из шлаковой пемзы | щебня из природных пористых заполнителей | ||
| пемзы | туфов | ||||
| 200 | 20 | 8 | 10 | 10 | 12 |
| 250 | 25 | 9 | 11 | 12 | 15 |
| 300 | 35 | 10 | 12 | 15 | 17 |
| 350 | 40 | 12 | 13 | 17 | 20 |
| 400 | 50 | 14 | 15 | 20 | 25 |
| 500 | 70 | 16 | 20 | 25 | 30 |
В отличие от тяжелых в легких бетонах даже низких марок рекомендуется использовать высокопрочные цементы. Ниже приведены марки цемента, которые целесообразно применять в зависимости от требуемой марки легкого бетона.
| Марка легкого бетона | 50—150 | 200—250 | 300 | 350—400 |
| Марка цемента | 400 | 400, 500 | 500 | 550 ОБТЦ |
| БТЦ | 550 |
Зерновой состав смеси заполнителя влияет на расход цемента в легком бетоне. При использовании фракционированных заполнителей, их соотношение рекомендуется принимать по табл. 3.
Таблица 3. Зерновой состав смеси пористых заполнителей для виброуплотняемых легких бетонов
| Вид простого заполнителя | Предельная крупность заполнителя. мм | Содержание фракции в % по объему | ||
| менее 1,2 мм | 1,2—5 мм | более 5 мм | ||
| Щебень | 10 | 45-65 | 0-20 | 35-55 |
| 20 | 30-50 | 0-20 | 50-70 | |
| 40 | 20-35 | 0-20 | 65-80 | |
| Гравий | 10 | 40-60 | 0-20 | 40-60 |
| 20 | 25 - 45 | 0-20 | 55-75 | |
| 40 | 15-30 | 0-20 | 70-85 | |
При этом необходимо учитывать, чтобы принятый зерновой состав пористого заполнителя имел объемный вес, соответствующий оптимальному для легкого бетона данной марки. Меньшее содержание крупной песчаной фракции (1,2—5 мм) принимают; при использовании пористого песка, полученного дроблением. Сильно развитая поверхность его зерен приводит к повышению расхода цемента и ухудшает формуемость бетонной смеси.
Предельную крупность пористого заполнителя
Предельную крупность пористого заполнителя назначают, исходя из тех же условий, что и для тяжелых бетонов. Поскольку крупные зерна пористого заполнителя имеют обычно наименьший объемный вес, увеличение их содержания в легком бетоне снижает его объемный вес. Уменьшение же предельной крупности улучшает формуемость и связность бетонной смеси, а также повышает прочность бетона ввиду увеличения прочности зерен более мелкой фракции пористого заполнителя.
Предельная крупность пористого гравия обычно составляет 40 мм, а крупность пористого щебня, как правило, не должна превышать 20 мм. При этом для бетонов неплотной структуры целесообразно применять пористый гравий не крупнее 20 мм.
Состав легкого бетона плотной структуры определяют в той же последовательности, что и тяжелого, т. е. после предварительного расчета состава легкого бетона по методу абсолютных объемов или с помощью таблиц и графиков уточняют его по результатам опытных замесов.
Предварительно испытывают материалы, применяемые для легкого бетона, с целью проверки соответствия их свойств требованиям ГОСТа на эти материалы и заданным свойствам бетона (объемному весу и прочности).
Расход цемента принимают по табличным данным, полученным по обобщенным результатам испытания легких бетонов различных марок, приготовленных из материалов с оптимальными свойствами.
Ориентировочные значения расхода цемента для опытных замесов с учетом указаний, приведены в табл. 4.
Таблица 4. Ориентировочный расход цемента марки 400 для приготовления легкого бетона
| Заполнитель | Расход цемента в кг/м3 для бетона марки | |||||
| 50 | 75 | 100 | 150 | 200 | 300 | |
| Керамзитовый гравий | 200-230 | 210-250 | 220-270 | 240-300 | 320-400 | 420-550 |
| Аглопорит, шлаковая пемза, туф, пемза природная | 250-270 | 280-300 | 300-330 | 300-380 | 350-420 | — |
Меньше расходуется цемента в смесях жесткостью 20—30 сек, больше в смесях подвижностью 3—5 см. Прочность пористого крупного заполнителя принята оптимальной для данной марки бетона. Замена пористого песка кварцевым в бетонах марки 200 и более снижает расход цемента на 10—15%.
Водопотребность легкобетонной смеси
Водопотребность легкобетонной смеси определяется в зависимости от заданной удобоукладываемости, с учетом качества применяемых заполнителей и расхода цемента. Ориентировочные значения водопотребности смеси указаны в табл. 5.
Таблица 5. Ориентировочный расход воды для приготовления смесей на пористых заполнителях предельной крупностью 20 мм при расходе портландцемента до 400 кг/м2.
Читайте также: