Легкий бетон на пористых заполнителях состав
Обновлено: 17.05.2024
Рекомендации по подбору составов легких бетонов (к ГОСТ 27006-86)
УТВЕРЖДЕНЫ протоколом Госстроя СССР от 19 декабря 1989 г. N АЧ-40.
Содержат методики подбора составов конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных легких бетонов, в том числе с минеральными и химическими добавками.
Для инженерно-технических работников заводских лабораторий и ОТК, строительных лабораторий, центральных исследовательских лабораторий и других организаций, проектирующих составы бетона.
При пользовании Рекомендациями следует учитывать утвержденные изменения государственных стандартов, публикуемые в журнале "Бюллетень строительной техники" Госстроя СССР и информационном указателе "Государственные стандарты СССР" Госстандарта СССР.
Настоящие Рекомендации разработаны к ГОСТ 27006-86 "Бетоны. Правила подбора состава" и предназначены для назначения и выдачи в производство составов легкого бетона с заданными свойствами при экономном расходовании цемента на предприятиях и в строительных организациях при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций и приготовлении бетонной смеси для монолитных конструкций и сооружений, а также для разработки производственно-технических норм расхода материалов.
Рекомендации включают методы подбора, назначения и выдачи в производство состава легких конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов с учетом специфических требований к ним, особенностей свойств сырьевых материалов и технологии изготовления.
Разработаны ВНИИжелезобетона Госстроя СССР (В.Г.Довжик, канд. техн. наук - руководитель темы; кандидаты техн. наук: Е.В.Фридман, И.С.Хаймов; инженеры: Б.А.Верскаин, М.Г.Панфилова, Е.Н.Трунович, С.П.Абрамова), НИИЖБ Госстроя СССР (И.Е.Путляев, д-р техн. наук; кандидаты техн. наук: Р.К.Житкевич, В.И.Савин, В.Н.Ярмаковский), Оргэнергостроем Минэнерго СССР (В.А.Дорф, канд. техн. наук), ЦНИИСом Минтрансстроя СССР (К.М.Кац, канд. техн. наук).
Подготовлены к изданию Отделом стандартизации в строительстве Главного управления технического нормирования, стандартизации и метрологии Госстроя СССР (В.В.Тишенко, И.Н.Нагорняк).
При разработке Рекомендаций учтены положения и инструкции по технологии и подбору составов легких бетонов, разработанные АрмНИИС Госстроя АрмССР, ЦНИИЭП жилища Госкомархитектуры, НИИСМИ Минстройматериалов УССР, ДальНИИС Госстроя СССР, ЦНИИОМТП Госстроя СССР, МИСИ им. В.В.Куйбышева Госкомобразования СССР и другими организациями, а также опыт передовых предприятий стройиндустрии страны.
Все замечания и предложения по содержанию Рекомендаций, а также сведения о результатах их применения просьба направлять во ВНИИжелезобетон Госстроя СССР по адресу: 111524, Москва, ул. Плеханова, 7.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Рекомендации разработаны к ГОСТ 27006-86 и распространяются на подбор состава легких бетонов, приготовленных на цементном вяжущем, крупном пористом и мелком пористом или плотном заполнителях.
1.2. Изложенные в Рекомендациях методы подбора состава легких бетонов распространяются на:
конструкционно-теплоизоляционные бетоны, применяемые для изготовления однослойных стеновых панелей и крупных блоков и теплоизолирующего слоя многослойных стеновых панелей, а также других ограждающих строительных конструкций жилых, общественных и производственных зданий, к которым в первую очередь предъявляются требования по теплоизолирующей способности;
конструкционные бетоны, применяемые для изготовления несущих строительных конструкций зданий и сооружений и других конструкций, а также для конструкционных слоев многослойных панелей, цокольных панелей, для которых требования по теплоизолирующей способности не предъявляются или не являются определяющими.
1.3. Приведенные в Рекомендациях методы подбора состава бетона учитывают, в первую очередь, условия производства сборных конструкций и изделий из легких бетонов. При подборе составов легких бетонов для монолитного строительства помимо основных положений методики, описанной в Рекомендациях, необходимо учитывать специфические требования к бетонам и бетонным смесям для монолитного строительства с учетом условий их приготовления, транспортирования, укладки и твердения.
1.4. Подбор состава конструкционно-теплоизоляционного и конструкционного легкого бетона производят с целью получения бетона в конструкциях с прочностью, средней плотностью (далее - плотностью) и другими показателями качества, установленными государственными стандартами, техническими условиями и проектной документацией на эти конструкции при минимально возможных расходе цемента и общей стоимости материалов на 1 м бетона. Для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов классов В2,5-В5 подобранный состав должен обеспечивать получение минимально возможной плотности, за исключением случаев, когда требуемая нормативно-технической документацией плотность легкого бетона не может быть ниже нормируемой.
1.5. Подбор конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного состава легких бетонов включает в себя выбор исходных материалов, расчет начального и определение номинального состава бетона и его проверку в производственных условиях, назначение и корректировку рабочего состава, расчет и передачу в производство рабочих дозировок.
1.6. Подбор номинального состава легкого бетона производят при организации производства новых видов конструкций, при изменении нормируемых показателей качества бетона или бетонной смеси, технологии производства, поставщиков, вида применяемых материалов, а также при разработке и пересмотре производственных норм расхода материалов.
1.7. Номинальный состав легкого бетона необходимо назначать по результатам обработки данных испытаний образцов, изготовленных из опытных замесов в лабораторных или производственных условиях на материалах, наиболее представительных для данного предприятия с учетом применяемой технологии приготовления и транспортирования смеси, формования и твердения изделий.
1.8. Варьируемыми технологическими параметрами при подборе номинального состава конструкционно-теплоизоляционного бетона могут быть: плотность бетона, расход мелкого заполнителя или цемента, расход воздухововлекающей (порообразующей) добавки. При подборе номинального состава конструкционного бетона за варьируемый технологический параметр принимается расход цемента. В необходимых случаях в качестве варьируемого технологического параметра можно принимать расходы пластифицирующей или минеральной добавки, а также крупного пористого заполнителя.
1.9. Для расчета начальных составов бетона при подборе номинального состава помимо методики, описанной в настоящих Рекомендациях, допускается применять другие методы, детально учитывающие специфику отдельных разновидностей легких бетонов, условия их приготовления и применения.
1.10. Для построения технологических (базовых) зависимостей, особенно при подборе составов бетона с комплексными химическими, минеральными добавками и (или) использованием многофракционных заполнителей, можно использовать математические методы подбора состава бетона с применением планирования эксперимента.
1.11. Рабочие составы легкого бетона назначают при переходе на новый номинальный состав, а также при поступлении новых партий материалов тех же видов, которые принимались при подборе номинального состава, с учетом их фактического качества.
Рабочие составы легкого бетона назначаются по предварительно построенным базовым зависимостям с их проверкой в производственных условиях.
1.12. Корректировку рабочих составов производят по результатам операционного контроля качества материалов данных партий и получаемой из них бетонной смеси, а также по результатам приемо-сдаточного контроля качества бетона. Основными показателями при операционном контроле являются:
насыпная плотность крупного пористого заполнителя, оцениваемая по данным объемно-весового дозирования, влажность заполнителя, плотность (преимущественно для конструкционно-теплоизоляционного бетона) и удобоукладываемость (преимущественно для конструкционного бетона) бетонной смеси.
1.13. Корректировку рабочих составов производят по таблицам (алгоритмам) объемно-весового дозирования и построенным в ходе подбора номинальных составов базовым зависимостям, связывающим показатели качества бетонной смеси и бетона с расходом основных компонентов.
1.14. Подбор состава бетона выполняется лабораторией предприятия-изготовителя или центральными научно-исследовательскими лабораториями по утвержденному заданию, разработанному технологической службой предприятия-изготовителя.
1.15. Результаты подбора номинального состава легкого бетона, отвечающего требованиям утвержденного задания, должны быть оформлены в журнале подбора состава бетона и утверждены главным инженером предприятия-изготовителя. Рабочие составы подписываются начальником лаборатории или другим лицом, ответственным за подбор состава бетона.
1.16. При малых объемах или малосерийном нерегулярном производстве конструкций и изделий допускается принимать ориентировочные составы легких бетонов на наиболее массовых пористых заполнителях, приведенные в приложении 1 (без проведения подбора номинального состава), с обязательной проверкой их в производственных условиях.
2. ПРОЕКТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЛЕГКИМ БЕТОНАМ И БЕТОННЫМ СМЕСЯМ
2.1. Основные показатели свойств легких бетонов для конструкций конкретной номенклатуры устанавливаются проектной организацией и указываются в проектной документации в соответствии с существующими нормами проектирования и стандартами на изделия и конструкции с учетом максимального удовлетворения требований экономичности и технологичности изготовления, транспортирования и применения конструкции, а также требований защиты окружающей среды.
2.2. Технологические требования к легким бетонам и легкобетонным смесям для конструкций конкретной номенклатуры устанавливают технологические службы предприятия-изготовителя в соответствии с положениями СНиП 3.09.01-85 и нормативно-технической документацией по технологии монолитного бетона с целью обеспечения необходимого качества изделий (конструкций) и соответствия свойств легкого бетона в конструкциях требованиям проекта с учетом специфических условий производства - методов, режимов и оборудования для приготовления, транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси, твердения бетона, исходя из максимального сокращения и улучшения условий труда, экономии материальных и топливно-энергетических ресурсов.
2.3. Проектные и технологические требования к легким бетонам и легкобетонным смесям должны быть полностью отражены в задании на подбор состава легкого бетона.
ПРОЕКТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЛЕГКИМ БЕТОНАМ
2.4. Легкие бетоны должны соответствовать техническим требованиям, предъявляемым ГОСТ 25820-83*, и обеспечивать изготовление изделий и конструкций, удовлетворяющих требования стандартов, технических условий, проектной и технологической документации на изделия и конструкции конкретных видов.
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 25820-2000, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
2.5. Основными характеристиками легких бетонов, указываемыми в проектной документации, являются класс (марка) по прочности (В или М) и марка по средней плотности (D) (далее - плотности). Марки по плотности устанавливаются в сухом состоянии.
2.6. Для бетонных и железобетонных конструкций, в соответствии со СНиП 2.03.01-84* предусматриваются легкие бетоны следующих классов по прочности на сжатие при марках по плотности:
На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 52-01-03, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
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:
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.
В зависимости от вида применяемого крупного заполнителя легкие бетоны на пористых заполнителях именуют керамзитобетоном, шлакобетоном, аглопоритобетоном, туфобетоном и т. д.
По структуре легкие бетоны на пористых заполнителях делят на следующие основные группы: обычные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителя, межзерновые пустоты которых полностью заполнены раствором; малопесчаные легкие бетоны, приготовляемые из вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителя, межзерновые пустоты которых заполнены раствором лишь частично; беспесчаные (крупнопористые) легкие бетоны с расходом вяжущего не более 300 кг/м 3 , в которых отсутствует мелкий заполнитель; поризованные легкие бетоны, состоящие из вяжущего, воды, кремнеземистого компонента, крупного заполнителя и порообразователя.
По виду применяемого вяжущего легкие бетоны на пористых заполнителях делят на цементные, цементно-известковые и др.
Основные физико-механические показатели легких бетонов зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются качество заполнителей и их зерновой состав, вид и количество вяжущего и добавок, содержание воды в смеси, а также способы и режимы их укладки и уплотнения.
Наибольшее влияние на объемную массу и прочность легких бетонов оказывает зерновой состав и качество заполнителей (объемная масса и прочность, а также форма и характер поверхности зерен. Так как зерна крупного заполнителя благодаря пористому строению обладают по сравнению с песчаными фракциями меньшей объемной массой и прочностью, то при увеличении содержания крупного заполнителя в смеси, объемная масса и прочность бетона снижаются. Крупнопористые бетоны, состоящие преимущественно из пористого щебня или гравия, обладают наименьшей объемной массой, однако их прочность невелика. С повышением доли мелкого заполнителя прочность бетонов возрастает, но одновременно увеличивается и их объемная масса.
Объемная масса легких бетонов в значительной мере зависит от качества заполнителей. Исследованиями установлено, что объемная масса легких бетонов тем меньше, чем прочнее зерна заполнителя, более округла их форма и ровнее их поверхность.
Прочность и объемная масса легких бетонов с увеличением расхода вяжущего возрастают, что объясняется повышением содержания в бетоне более прочного, но в то же время и более тяжелого компонента — цементного камня.
| Зависимость объемной массы и предела прочности легкого бетона на пористых заполнителях от расхода вяжущего |
Получение наиболее легкого и экономичного по расходу вяжущего бетона может быть достигнуто при таком зерновом составе заполнителей, который бы обеспечивал получение бетона заданной прочности при наименьшем расходе вяжущего. Как показали исследования, наименьший расход вяжущего имеет место при определенном соотношении между мелкими и крупными фракциями и небольшом количестве средних (1,2—5 мм) фракций заполнителя.
| График для определения оптимального зернового состава пористого заполнителя по кривым расхода цемента 1 и объемной массы легкого бетона 2 |
 |
Зерновые составы заполнителей, кривые просеивания которых находятся в пределах заштрихованной площади, обеспечивают наименьшую пустотность и получение бетона с наименьшим расходом вяжущего. Наименьшего расхода вяжущего без снижений прочности бетона можно достигнуть и при использовании высокоактивного вяжущего. При этом за счет сокращения количества цементного камня уменьшается и объемная масса бетона.
| Рекомендуемые зерновые составы пористых заполнителей: а — песка, б — щебня (гравия) |
 |
Большое влияние на свойства легкобетонных смесей и бетонов оказывает содержание воды. Зависимость прочности легкого бетона определенного состава при одинаковом содержании цемента от количества воды в смеси показана на рис. ниже.
| Зависимость прочности легкого бетона на пористых заполнителях от количества воды |
 |
Левая, восходящая, ветвь кривой показывает, что с увеличением расхода воды в смеси прочность и объемная масса бетона постепенно увеличиваются. Это происходит за счет того, что с повышением расхода воды увеличивается количество цементного теста и растет подвижность смеси, в результате чего повышается ее плотность. Правая, нисходящая, ветвь кривой свидетельствует о том, что после достижения наибольшей относительной плотности смеси при заданных параметрах уплотнения (точка перегиба кривой) дальнейшее увеличение количества воды приводит к уменьшению плотности и прочности цементного камня и всего бетона. Как известно, в обычном бетоне при неизменном расходе цемента с увеличением количества воды, как правило, его прочность снижается.
Количество воды, которое при данных параметрах уплотнения обеспечивает наилучшую удобоукладываемость и наибольшую плотность легкобетонной смеси, называют оптимальным. Практически оптимальное количество воды можно устанавливать или непосредственно по прочности бетона или приближенно — по наибольшей объемной массе и выходу бетона. Легкобетонные смеси с оптимальным количеством воды обладают повышенной жесткостью и применяются при изготовлении изделий с виброуплотнением в горизонтальных формах. В тех случаях, когда по условиям производства требуются подвижные смеси (например, при изготовлении тонкостенных изделий в вертикальных формах), подбирают смеси с заданной подвижностью. Однако последние менее экономичны, так как требуют на 20—30% больше расхода вяжущего.
Немаловажное влияние на прочность бетона оказывает способность пористых заполнителей в процессе приготовления и укладки смеси поглощать воду, а затем постепенно отдавать ее в твердеющий цементный камень. Это свойство пористых заполнителей, названное проф. М.3. Симоновым «самовакуумированием», создает благоприятные условия для твердения цементного камня, что в конечном счете приводит к повышению его плотности и прочности и обеспечивает лучшее сцепление с зернами заполнителя.
Величина объемной массы и прочность бетона зависят также тщательности перемешивания и степени уплотнения смеси. Тщательное перемешивание смеси обеспечивает лучшую ее однородность, что позволяет уменьшить расход вяжущего. В результате повышения степени уплотнения происходит более плотная укладка смеси, что приводит к значительному повышению прочности бетона (иногда вдвое и более).
Как установлено Н. А. Поповым, повышение прочности легкого бетона пропорционально корню квадратному из величины, характеризующей работу уплотнения смеси. При этом наивысший эффект достигается для бетонов, изготовленных из смесей с малой подвижностью и небольшим расходом вяжущего.
Таким образом, в результате тщательного уплотнения смеси достигается значительная экономия вяжущего без снижения прочности бетона. Если учесть, что с повышением плотности укладки зерен увеличивается содержание легкого заполнителя в единице объема смеси, то при изготовлении равнопрочных бетонов интенсивное уплотнение легкобетонных смесей обеспечивает значительное сокращение расхода вяжущего практически без увеличения объемной массы бетона. В некоторых случаях объемная масса бетона даже уменьшается.
Легкобетонные смеси. По сравнению с обычными (тяжелыми) бетонными смесями легкобетонные смеси обладают рядом особенностей, связанных главным образом со своеобразным строением и свойствами пористых заполнителей. В отличие от обычных смесей, на удобоукладываемость легкобетонных смесей, помимо величины сил трения между отдельными компонентами, существенное влияние оказывает объемная масса смеси, которая в зависимости от вида, свойств и количества легких заполнителей может колебаться в значительных пределах. Удобоукладываемость легкобетонных смесей улучшается не только с уменьшением сил трения, но и при увеличении объемной массы смеси.
Повышение подвижности легкобетонных смесей можно обеспечить введением гидрофобизующих добавок (например, мылонафта). При этом влияние таких добавок на подвижность смесей сказывается тем сильнее, чем меньше в них вяжущего и песка. Гидрофильные вещества (например, сульфитно-дрожжевая бражка) подвижность легкобетонных смесей практически не изменяют.
Неправильная форма и шероховатая поверхность зерен большинства пористых заполнителей приводит к резкому увеличению сил трения между ними, благодаря чему легкобетонные смеси при оптимальных расходах воды относятся в большинстве случаев к жестким смесям. Легкобетонные смеси на пористом гравии (например, керамзите) с меньшей наружной поверхностью зерен по сравнению со смесями на пористом щебне отличаются повышенной удобоукладываемостью.
Кроме того, пористый щебень и песок из-за сильно развитой поверхности и неправильной формы зерен обладают увеличенным объемом межзерновых пустот, для заполнения которых требуется в 1,5-2 раза больше цементного теста, чем в обычных бетонах с тяжелым заполнителем.
В зависимости от удобоукладываемости легкобетонные смеси делят на жесткие с показателем жесткости более 15 с, малоподвижные с ОК 0,5-2 см и подвижные с ОК более 2 см.
Сложность подбора состава легких бетонов состоит в необходимости получения при минимальном расходе вяжущего, кроме требуемой прочности, также наименьшей объемной массы, а иногда и коэффициента теплопроводности бетона.
Подбор состава смеси для легкого бетона существенно отличается от подбора состава обычной бетонной смеси, что связано с рядом характерных особенностей легких бетонов.
При использовании пористых заполнителей задача подбора состава бетона усложняется еще и тем, что трудно установить истинное водоцементное отношение и определить требуемую удобоукладываемость смеси. Кроме того, вследствие небольшой массы и обычно угловатой формы зерен заполнителя, а также развитого характера их поверхности и большого внутреннего трения при укладке смеси для легкого бетона компактность составляющих, как правило, достигается при большой работе уплотнения.
Особенности легкого бетона
| Основные показатели | Требования, предъявляемые к бетонам | |
| легким | тяжелым | |
| Основной фактор прочности бетона | Расход цемента при оптимальном расходе воды на 1 м 3 бетона | Водоцементное или цементно-водное отношение |
| Объемная масса | Должна быть не более заданной | Может быть любой |
| Прочность заполнителя | Обычно в несколько раз меньше проектной марки бетона | Должна быть в 1,5-2 раза выше проектной марки бетона |
| Зерновой состав заполнителя | Сильно влияет на объемную массу и прочность бетона, а также на расход цемента | Влияет на расход цемента |
| Расход вяжущего | Влияет на объемную массу и стоимость бетона | Влияет на стоимость бетона |
Подбор состава легких бетонов наиболее целесообразно проводить расчетно-экспериментальным методом, который состоит из следующих этапов:
1) выбора предельной крупности заполнителя; 2) назначения зернового состава заполнителей; 3) определения расхода вяжущего и добавок для опытных замесов; 4) определения оптимального количества воды для выбранных расходов вяжущего и принятых параметров уплотнения смеси; 5) установления зависимости между расходом вяжущего и прочностью бетона при заданных условиях его уплотнения и твердения; 6) расчета производственного состава бетона.
Подбор состава легкобетонной смеси с оптимальным расходом воды. Наибольший допустимый размер зерен крупного заполнителя выбирают в зависимости от размеров конструкции и расположения арматурных стержней. Кроме того, при выборе предельной крупности пористых заполнителей необходимо учитывать, что с ее уменьшением повышается подвижность и связность бетонной смеси, а ее увеличение приводит к снижению объемной массы бетона. В большинстве случаев крупность пористого щебня принимается не более 20 мм, а пористого гравия — 40 мм.
Для определения зернового состава пористых заполнителей, обеспечивающего получение бетона заданной объемной массы и прочности при наименьшем расходе вяжущего, используют следующие способы:
1. а) исходя из заданной объемной массы сухого бетона и принятого расхода цемента, определяют требуемое количество заполнителей (кг/м 3 ) по формуле
где γоб.б. — требуемая объемная масса сухого бетона, кг/м 3 ; Ц— расход цемента, кг/м 3 ;
б) в зависимости от вида и назначения бетона выбирают ориентировочные зерновые составы заполнителей по таблицам или графикам нормативных документов;
в) опытным путем уточняют выбранный зерновой состав заполнителей, для чего изготавливают и испытывают контрольные образцы из бетонных смесей, отличающихся содержанием песка на ± 15%. Причем эту операцию производят одновременно с уточнением количества вяжущего и воды.
2. Подбирают несколько составов бетонов, в которых зерновые заполнителей отличаются различным содержанием песчаных в смеси заполнителей. Как минимум, проверяют три состава, состав, в котором отсутствует мелкий заполнитель, получение бетона с наименьшей объемной массой, но требует наибольшего расхода вяжущего. Другие два состава с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 30 и 60% находятся в области меньших расходов вяжущего, но по сравнению с первым составом приводят к повышению объемной массы бетона. В целях повышения точности определения зернового состава заполнителей испытывают промежуточные составы с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 15 и 45%. Для каждого зернового состава заполнителя изложенными ниже методами назначают расход вяжущего и воды.
По результатам испытаний бетонов с различным зерновым составом и расходом вяжущего строят кривые зависимости объемной массы бетона и расхода цемента от зернового состава заполнителей. По второй кривой устанавливают зерновой состав, при котором данный заполнитель обеспечивает получение наиболее прочного бетона с наименьшим расходом вяжущего, а по первой кривой находят, какую объемную массу будет иметь бетон при этом зерновом составе. Если же объемная масса бетона окажется больше требуемой, то по первой кривой выявляют точку, соответствующую заданной объемной массе, а по второй — необходимый зерновой состав заполнителей для этой точки. Выявленный таким образом зерновой состав заполнителей обеспечит получение бетона с заданной объемной массой и прочностью при наименьшем расходе вяжущего. Если кривая объемной массы располагается выше ординаты с заданной объемной массой, то на данном заполнителе не может быть получен бетон требуемой объемной массы и прочности.
3. Расход вяжущего и добавок для опытных замесов при подборе состава бетона с определенной прочностью и объемной массой устанавливают по таблицам нормативных документов с учетом поправочных коэффициентов, отражающих влияние марки цемента и заполнителей, вида и количества тонкомолотых и поверхностно-активных добавок и других факторов, а затем уточняют его опытным путем, изготавливая бетоны с пониженным на 25% и повышенным на 35% расходом вяжущего.
При необходимости подбора состава бетона различного вида и назначения с отличными прочностью и объемной массой для каждого из принятых зерновых составов заполнителей назначают по 3-5 расходов вяжущего в пределах от минимально допустимого количества до наибольшего (400-450 кг на 1 м 3 уплотненной бетонной смеси).
4. Оптимальный расход воды для бетона с выбранными зерновым составом и расходом вяжущего находят путем изготовления 3-5 серий бетонных образцов с различным расходом воды.
Первый (исходный) расход воды устанавливают по таблицам нормативных документов или опытным путем. При опытном определении готовят смесь, которая комкуется при сжатии в руке, не прилипая к ней, и имеет характерный блеск. Кроме того, приготавливают замесы с большим и меньшим на 10-20%, чем в первом замесе, содержанием воды. Изготовив из всех замесов образцы, определяют объемную массу уложенной смеси и коэффициент выхода бетона или после пропаривания устанавливают объемную массу и прочность бетона.
Построив графики зависимости коэффициентов выхода или прочности бетона от расхода воды, для каждого расхода вяжущего находят оптимальное содержание воды по наименьшему коэффициенту выхода или наибольшей прочности бетона.
Для уменьшения количества изготавливаемых образцов определение оптимального водосодержания производят только при наибольшем и наименьшем расходах вяжущего, а при других расходах Цх оптимальное количество воды Вх (л или см 3 на 1 м 3 бетона) рассчитывают по формуле
где В1 — оптимальный расход воды на 1 м 3 бетона (или на замес) при меньшем расходе цемента Ц1, л или см 3 ; В2 — оптимальный расход воды на 1 м 3 бетона (или замес) при большем расходе цемента Ц2, л или см 3 .
5. Определив оптимальные зерновые составы заполнителей и содержание воды при различных расходах вяжущего, устанавливают зависимость прочности бетона от расхода вяжущего, для чего строят график (см. рис. 3), по оси абсцисс которого откладывают расходы вяжущего в кг на 1 м 3 бетона, а по оси ординат — предел прочности бетонных образцов при сжатии для каждого из расходов цемента с оптимальным расходом воды. По графику определяют требуемый расход цемента для получения бетона заданной прочности при данных условиях уплотнения и твердения. Расход воды на 1 м 3 бетона заданной прочности определяют путем построения кривой зависимости оптимального расхода воды от расхода вяжущего или расчетным путем по вышеприведенной формуле.
6. Назначение производственных составов бетонных смесей производят путем корректировки подобранных в лаборатории составов, для чего в последние вносят поправки, учитывающие разницу в степени дробления и истирания заполнителей при перемешивании смеси в лабораторном и производственном смесителях. Уточненный расход компонентов на 1 м 3 бетона устанавливают по выходу бетона.
Особенности подбора легкобетонных смесей с заданной подвижностью. Подбор состава легкобетонных смесей с требуемой подвижностью и определение предельной крупности заполнителей осуществляют тем же методом и в той же последовательности, что и примесей с оптимальным расходом воды. Однако с уменьшением крупности заполнителей увеличивается подвижность смеси, наибольшую крупность заполнителя рекомендуется принимать для смесей с осадкой конуса 3-8 см — не выше 20 мм, а при осадке конуса более 8 см — 10 мм.
Зерновой состав заполнителей назначают теми же способами, что при подборе бетона с оптимальным расходом воды. Если при выбранном по графикам зерновом составе заполнителей и требуемой подвижности смесь расслаивается или же требуется больший расход вяжущего для получения бетона заданной прочности, то принимают следующие меры: в смеси заполнителей увеличивают содержание песчаных фракций, в основном мелких, размером до 1,2 мм; уменьшают предельную крупность заполнителя до 10 мм. Если же даже при очень большом расходе вяжущих и песка не достигается заданная подвижность смеси, в нее вводят микропенообразующие добавки (легкие бетоны с поризованным раствором).
Подвижные смеси на ряде пористых заполнителей (например, шлаковой пемзе) практически можно получить только при введении микропенообразующих добавок.
Расход воды для получения требуемой подвижности смеси подбирают опытным путем отдельно для каждого зернового состава данного заполнителя и количества вяжущего.
Расход вяжущего, обеспечивающего получение бетона требуемой прочности при заданной подвижности бетонной смеси, а также расход воды и заполнителей на 1 м 3 бетона, определяют таким же путем, как и при подборе составов легких бетонов с оптимальным расходом воды.
Читайте также: