Влияние заполнителей на прочность бетона
Обновлено: 29.04.2024
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.
Заполнитель, являющийся второй структурной составляющей бетона, по своему качеству должен соответствовать требуемым свойствам бетона (прочности, морозостойкости, объемному весу и т.д.). Использование заполнителя в бетоне позволяет значительно снизить расход цемента для получения необходимого количества бетона и получить соответствующий экономический эффект. Присутствие заполнителей в бетоне значительно улучшает строительно-технические свойства материала, поскольку по сравнению с цементным камнем бетон характеризуется пониженной объемной устойчивостью и долговечностью.
В целом заполнитель в бетоне состоит из двух частей: мелкого заполнителя (песка) и крупного заполнителя. Граница разделения между мелким и крупным заполнителем является чисто условной, и в ряде источников [4] этой границей является размер частиц. Принято считать, что заполнитель с размером частиц менее 0,5 см относится к мел-
Глава 2. Железобетонные опоры
кому заполнителю. При большем размере частиц заполнитель считается крупным.
С точки зрения влияния на свойства бетона оба вида заполнителя играют существенную роль. Однако требования к качеству и характеристикам этих материалов отличаются между собой. К мелкому заполнителю предъявляются в основном два требования: по крупности и степени загрязнения. В частности, для бетона опор контактной сети должен применяться средний и крупный песок с модулем крупности не менее 2, а содержание загрязнителей в нем не должно превышать 2% по весу. Более сложным оказывается влияние на свойства бетона крупного заполнителя. И отсюда более важным является учет всех характеристик и свойств этого заполнителя.
Основным свойством крупного заполнителя является его прочность. При этом следует отметить, что прочность заполнителя должна быть значительно выше марки бетона, так как фактические напряжения, возникающие в местах контакта отдельных зерен заполнителя в массе бетона, могут значительно превышать расчетные сминающие напряжения. В основном прочность и упругость заполнителя зависят от его состава, текстуры и структуры. В настоящее время известно и применяется много видов заполнителя как естественного, так и искусственного происхождения. Из заполнителей искусственного происхождения наиболее часто используются заполнители группы гранитов, получаемых путем дробления горной породы в дробилках. Заполнители этой группы, а чаще всего гранитный щебень, используются и для изготовления опор контактной сети. Прочность исходной породы этой группы заполнителей составляет в среднем 200 МПа, что позволяет выполнять отмеченное выше соотношение между маркой бетона и прочностью заполнителя для всех марок бетона, используемых для изготовления опор контактной сети.
Для прочности бетона важное значение имеют форма и характер поверхности заполнителя. Эти две характеристики крупного заполнителя наиболее заметное влияние оказывают на прочность бетона при изгибе, что важно для изгибаемых опор контактной сети, и в меньшей степени — на прочность при сжатии. Для получения требуемой прочности бетона необходимо использовать заполнитель с угловатой формой и шероховатой поверхностью. Более шероховатая поверхность зерен обеспечивает лучшее сцепление между заполнителями и цементным камнем, а значительная площадь поверхности угловатого заполнителя способствует возникновению больших сил сцепления между цементным камнем и заполнителем.
Кроме формы и характера поверхности заполнителя, важное значение имеет крупность его зерен. Чем они крупнее, тем меньше их поверхность, требующая увлажнения при приготовлении бетонной смеси.
Глава 2. Железобетонные опоры
Это значит, что применение крупного заполнителя снижает водопотрсбность бетонной смеси и поэтому для установленной удобоукладываемости и жирности смеси водоцементное отношение может быть снижено и, соответственно, повышена прочность бетона. Однако, как показывают исследования [5], такое снижение водопотребности и повышение прочности бетона наблюдается только при крупности зерен заполнителя до 25мм. При большей крупности заполнителя хотя и наблюдается снижение водопотребности, но прочность бетона не увеличивается. Кроме того, имеются и конструктивные ограничения по размеру зерен заполнителя. В армированных конструкциях наибольшая крупность заполнителя не должна превышать 1/3 — 1/5 толщины изделия. Таким образом, принятая для бетона железобетонных опор контактной сети крупность заполнителя в пределах до 20мм с отмеченных позиций является оптимальной.
Важной характеристикой заполнителя, влияющей на эксплуатационные качества бетона, является также коэффициент его температурного расширения. Обычно, чем выше этот показатель у заполнителя, тем он выше у бетона, что влечет за собой несколько последствий. Во-первых, при этом необходимо учитывать содержание заполнителя в бетонной смеси и состав бетонной смеси в целом. При значительном коэффициенте температурного расширения бетона могут появляться существенные температурные перемещения конструкций, а также из-за различий и коэффициентах температурного расширения арматуры и бетона могут формироваться дополнительные внутренние напряжения в конструкциях. Второй аспект температурного расширения заполнителя состоит в том, что при значительном отличии коэффициентов температурного расширения заполнителя и цементного камня и при больших колебаниях температуры среды могут появляться неодинаковые температурные деформации составляющих бетона. Это приведет к нарушению сцепления между зернами заполнителя и окружающим его цементным камнем. Для исключения отрицательного влияния на состояние бетона значительной разницы коэффициентов температурного расширения заполнителя и цементного камня, как показывают расчеты, эта разница не должна превышать величину 5,4-10 -6 *1/град [6]. При этом необходимо иметь в виду, что значительные различия в коэффициентах температурного расширения между составляющими бетона встречаются только в случае использования заполнителей, характеризующихся очень низким температурным расширением. К числу таких заполнителей относятся некоторые разновидности гранитов, что необходимо учитывать при подборе состава бетона с такими гранитами для изготовления опор контактной сети.
При оценке свойств и качества заполнителей следует учитывать также возможные отрицательные последствия для свойств бетона, связан-
Глава 2. Железобетонные опоры
ные с вредными примесями, встречающимися в заполнителе. К этим примесям прежде всего следует отнести различные загрязнения, которые препятствуют нормальному процессу гидратации цемента. К числу таких загрязнений относятся остатки распада растительности или органического ила. К другой категории относятся примеси, образующие на поверхности зерен оболочки, препятствующие образованию хорошего сцепления между заполнителем и цементным камнем. К этой категории примесей относятся глинистые, илистые и пылевидные частицы в заполнителе. Наконец, одной из нежелательных примесей в заполнителе являются его активные кремнеземистые составляющие, вступающие в реакцию со щелочами цемента. Реакция начинается с взаимодействия щелочных гидроокисей, полученных из щелочей натрия и калия, и кремнеземистых минералов заполнителя. В результате образуется гелеобразное вещество, состоящее из силикатов щелочных металлов, которые увеличивают объем заполнителя и разрушают контактную зону заполнителя и цементного камня. Для уменьшения влияния вредных органических и неорганических примесей их содержание в заполнителе следует ограничивать или промывать заполнитель. Для уменьшения воздействия щелочей на заполнитель целесообразно ограничивать содержание частиц активного кремнезема в заполнителе и уменьшать влияние щелочей путем введения в цемент тонкоизмельченного реакционно-способного кремнезема.
Общие закономерности, показывающие зависимость прочности бетона от различных факторов, были рассмотрены в предыдущих главах. Однако на практике составы и структура бетона могут изменяться в широких пределах и в ряде случаев это необходимо учитывать и вносить определенные коррективы в основные зависимости при проектировании состава бетона.
Материалы (цемент, песок, гравий) могут по-разному влиять на свойства бетонов, различающихся по составу и структуре. В одних составах наилучшим образом проявляются их положительные свойства, в других—материалы используются нерационально. Неодинаково сказываются на бетонах различных составов и структуры и особенности технологии.
Предполагая условия приготовления и формования бетона одинаковыми, рассмотрим возможное изменение структуры и свойств бетона в двух случаях: при изменении цементно-водного отношения при постоянных соотношениях содержания цемента и заполнителя в бетоне и при изменении соотношения цемента и заполнителя при постоянном значении подвижности бетонной смеси или цементно-водного отношения.
Смесь цемента и заполнителя может связывать и удерживать строго определенное количество воды, находящейся на поверхности частиц твердой фазы, в ее порах и капиллярах.
Каждая структура имеет свои закономерности, определяющие ее свойства и влияние на них различных факторов. Так, для структуры первого типа, когда зерна заполнителя не соприкасаются друг с другом, решающее значение имеют свойства цемента; в структуре второго и особенно третьего типа, где заполнитель создает жесткий скелет, а его зерна находятся с контакте друг с другом (через тонкую цементную прослойку), на свойства бетона заметное влияние оказывают свойства не только цемента, но и заполнителя. Эти зависимости свойств бетона от структуры и качества материалов следует учитывать при проектировании его состава
Отдельные фракции заполнителя по разному влияют на свойства бетона. Крупный плотный заполнитель заметно влияет на прочность бетона при сжатии и в меньшей мере — на подвижность или водопотребность бетонной смеси.
Мелкий заполнитель, наоборот, значительно изменяя водопотребность бетонной смеси, меньше влияет на прочность бетона, (в оптимальных составах)
Различное влияние заполнителя на свойства бетона объясняется их ролью в структуре. Крупный заполнитель создает каменный скелет в бетоне, заметно влияет на характер напряженного состояния, на деформации и трещинообразование при нагружении бетона. Мелкий заполнитель, располагаясь между зернами крупного, оказывает меньшее влияние на поведение бетона под нагрузкой и, следовательно, на его прочность.
Влияние крупного заполнителя в бетоне возрастает при уменьшении степени раздвижки его зерен раствором, каким бы путем это ни достигалось: повышением ли жесткости смеси и сокращением расхода цемента или уменьшением крупности песка. В бетоне крупный заполнитель содействует уплотнению прослоек раствора, как бы являясь своеобразным пригрузом, что имеет большое значение при использовании мелких песков. С другой стороны, регулируя влагообмен растворной части, в частности предохраняя ее от излишней потери влаги при выдерживании в неблагоприятных условиях, крупный заполнитель заметно влияет на условия твердения цементного камня. В результате свойства раствора в бетоне отличаются от его свойств в образцах из раствора Это также в определенной мере объясняет меньшее влияние качества песка на прочность бетона. Например, в наших опытах при замене крупного песка (Мор=2,79) мелким (/Vfop=0,69) прочность раствора 1:2 понизилась на 62%, а прочность бетона — всего на 5%- С другой стороны, водопотребность бетонной смеси сильно зависит от удельной поверхности заполнителей и на эту характеристику мелкий заполнитель, удельная поверхность которого в несколько раз больше, чем крупного, оказывает более заметное влияние
Таким образом, основные зависимости свойств бетона от различных факторов, которые используют в технологических расчетах, в частности при определении состава, носят средний статистический характер и от них возможны значительные отклонения. Поэтому технологические расчеты рекомендуется проверять опытами.
Наилучшими свойствами обладают бетоны оптимальных составов, в которых свойства материалов используются наиболее полно. Эти бетоны имеют повышенные плотность и прочность при сжатии (при заданном Ц/В), более высокое соотношение Яр/Ясж и т. д. Способы проектирования составов бетона, рассмотренные в последующих главах, обеспечивают получение оптимальных или близких к ним составов бетона.
Основные свойства бетонов также можно представить как функцию структурных характеристик— концентрации цементного камня в бетоне и его истинного водоцементного отношения. Эти характеристики учитывают влияние как цемента, так и заполнителя
Для более полной характеристики строения бетона необходимо оценить не только его макроструктуру, но и микроструктуру. Микроструктуру можно оценивать по характеру пористости цементного камня и заполнителя, а также пористости, получаемой за счет воздухововлечсния при введении химических добавок.
Особенностью данного критерия является то обстоятельство, что концентрация цементного камня определяется на основе истинного водоцементного отношения Тем самым учитывается влияние па структуру и свойства бетона заполнителя (через его водо- потребность) и процесса формирования структуры (схватывания цемента). Ведь твердение цемента после его схватывания происходит в рамках первоначально сложившейся структуры и от ее строения и свойств во многом будут зависеть окончательные свойства бетона. Если первоначальная структура слабая, с большим количеством пор и дефектов, то и прочность бетона даже после длительного твердения окажется невысокой, так как новообразований цементного камня не хватит для исправления дефектов первоначальной структуры.
35) Легкие бетоны (классификация, примеры, характеристики)Лёгкие бетоны — группа бетонов с объёмной массой менее 1800 кг/м3. К ней относятся бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, аглопоритобетон, перлитобетон), бетоны на лёгких органических заполнителях (арболит, костробетон, полистиролбетон) и ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон). В качестве вяжущих могут быть использованы цемент, гипс, магнезиальный цемент.
Применяются лёгкие бетоны как конструкционные или теплоизоляционные материалы, обладая небольшой массой и стоимостью относительно тяжёлых бетонов.
36) Бетоны на пористых заполнителях (виды, их характеристики и применение). .Легкие бетоны могут быть с пористыми заполнителями, крупнопористые (беспесчаные), изготовляемые на плотном или пористом крупном заполнителе и ячеистые с развитой пористой структурой (общая пористость до 85%). Поэтому легкие бетоны имеют малую теплопроводность. Свойства легких бетонов на пористых заполнителях. В зависимости от вида пористого заполнителя легкие бетоны называют керамзитобетоном, шлакобетоном, туфобетоном и т. п.
Из легких бетонов в современном строительстве наиболее широко распространен керамзитобетон. Бетоны на пористых заполнителях отличаются от тяжелых (обычных) по структуре и свойствам. Легкие пористые заполнители имеют шероховатую сильно развитую поверхность, малую объемную массу и низкую прочность при сжатии, часто меньшую, чем прочность бетона.
37) Ячеистые бетоны (виды, получение, характеристики и применение).Ячеистый бетон — искусственный пористый материал на основе минеральных вяжущих и кремнезёмистого заполнителя.
Предназначен в основном для строительной теплоизоляции: утепление по железобетонным плитам перекрытий и чердачных перекрытий, в качестве теплоизоляционного слоя многослойных стеновых конструкций зданий различного назначения; для теплозащиты поверхностей оборудования и трубопроводов при температуре до 400°С; жаростойкие ячеистые бетоны применяются для теплоизоляции оборудования с температурой поверхности до 700°С.
В последние годы блоки из ячеистого бетона набирают популярность в качестве конструкционного стенового материала. Коттеджи и многоэтажные дома, построенные из ячеистого бетона, имеют лучшие тепловые характеристики по сравнению с кирпичными. Достигается это во многом благодаря правильной геометрии современных блоков. За счет четких размеров (±2 мм) блоки можно укладывать на специальный клей с клеящим слоем не более 3 мм, а не на слой цементного раствора, который и служит мостиком холода.
В соответствии с ГОСТ 25485-89 "БЕТОНЫ ЯЧЕИСТЫЕ" бетоны классифицируются:
1. По функциональному назначению
- теплоизоляционный – объёмная масса до 200 кг/м³
- теплоизоляционно-конструкционный (бетон для ограждающих конструкций) – объёмная масса 300—500 кг/м³
- конструкционный (бетон для конструкционных элементов жилых и сельскохозяйственных зданий) – объёмная масса 1000—1400 кг/м³
2. По способу поризации:
- газообразование (газобетоны, газосиликаты)
- пенообразование (пенобетоны, пеносиликаты)
- аэрирование (аэрированный ячеистый бетон, аэрированный ячеистый силикат).
К модификациям способов поризации относятся:
- вспучивание массы газообразованием в вакууме (небольшое разрежение)
- аэрирование массы под давлением (барботирование её сжатым воздухом) с последующим снижением давления до атмосферного (баротермальный способ)
- газопенная технология (Пеногазобетон) – сочетание метода аэрирования и газообразования
3. По виду вяжущего вещества: в основном используют цемент, известь, реже гипс (газогипс)
4. По виду кремнезёмистого компонента: кварцевый песок, зола-унос от сжигания угля, кислые металлургические шлаки и др.
5. По способу твердения: неавтоклавные или безавтоклавные, предусматривающие пропаривание, электропрогрев или другие виды прогрева при нормальном давлении, и автоклавные, которые твердеют при повышенном давлении и температуре.
38)Крупнопористый бетон
В состав крупнопористого (беспесчаного) бетона входят гравий или щебень крупностью 5-20 мм, портландцемент или шлакопортландцемент марок 300-400 и вода. За счет исключения песка из состава крупнопористого бетона его плотность уменьшается примерно на 600-700 кг/м3 и составляет 1700-1900 кг/м3. Отсутствие песка и ограниченный расход цемента (70-150 кг/м3) позволяют получить пористый бетон теплопроводностью 0,55-0,8 Вт/(м-°С) марок М15-М75. Крупнопористый бетон целесообразно применять в районах, богатых гравием. Из крупнопористого бетона возводят монолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные стеновые блоки. Стены из крупнопористого бетона оштукатуривают с двух сторон, чтобы устранить продувание. Крупнопористый бетон на пористом заполнителе (керамзитовом гравии н т. п.) имеет небольшую плотность (500-700 кг/м3) и используется как теплоизоляционный материал.
Поризованный бетон является конструкционным строительным материалом. Получается поризованный бетон при использовании цемента в совокупности с различными добавками. Для производства поризованного бетона используется особенная технология, при которой строительные материалы расходуются более экономно, по сравнению с изготовлением обычного бетона.
Поризованный бетон обладает рядом уникальных свойств. Например, при использовании поризованного бетона в строительстве получаются более легкие стены, в сравнении со стенами из кирпича. Прочность стен при использовании поризованного бетона при этом не страдает, при этом повышается влагостойкость по сравнению с газобетоном или гипсом. Поэтому, поризованный бетон используют в основном при необходимости снизить нагрузку на несущие конструкции здания при достаточной прочности элементов. Прочность поризованного бетона достигает 10 МПа и зависит от его структуры.
Кроме всех прочих положительных свойств, поризованный бетон обладает повышенной тепло- и шумоизоляцией. В связи с этим, поризованный бетон часто используется как строительный материал в монолитных конструкциях или блоках. Используется поризованный бетон и как утеплитель в многослойных конструкциях наружных стен и перекрытий.
Консистенция поризованного бетона напоминает эмульсию. Поризованный бетон весьма пластичен, поэтому легко растекается по плоской поверхности, что позволяет экономить на времени строительных работ. При этом поризованный бетон прекрасно удерживает наклон при работе с кровлями и половыми стяжками. Эффективность использования поризованного бетона повышается по сравнению с традиционным раствором примерно в 4-5 раз.
Заполнители в составе бетонной смеси занимают около 80% объема и тем самым оказывают большое влияние на все свойства бетона, а так же на его стоимость и долговечность.
Влияние заполнителей на свойства бетона
Использование заполнителей в бетонной смеси позволяет не только улучшать технические свойства бетона, но и экономить на расходе цемента, а цемент в свою очередь является один из самых дефицитных и дорогих компонентов.
При использовании высокопрочного заполнителя в бетоне образуется жесткий скелет, который увеличивает его прочность и уменьшает величину деформации под нагрузкой. Так же уменьшается и ползучесть бетона – это такой вид деформации, который возникает при высокой и длительной нагрузке бетонной конструкции.
Кроме того заполнители позволяют увеличить долговечность бетонной конструкции путем уменьшения усадки готового бетона. При твердении цементного камня, происходит его усадка, которая достигает 2 мм на метр толщины бетонной конструкции. И самое опасное в таких деформациях это то, что при возникновении неравномерной усадки резко возрастает внутреннее напряжение бетонной конструкции, которые в будущем могут вызвать микротрещины.
Использование заполнителей в бетоне позволяет уменьшить его усадку в несколько раз по сравнению с усадкой цемента. В момент твердения бетона и набора прочности, заполнители, входящие в его состав, воспринимают на себя усадочные напряжения, тем самым позволяя их уменьшить.
Любые виды пористых заполнителей позволяют улучшить теплотехнические свойства бетона. Такие заполнители чаще принимают в составе легких бетонов, так как сам заполнитель имеет малую плотность он, тем самым уменьшает плотность легкого бетона и увеличивает его пористость, что позволяет уменьшить теплопроводность готовой бетонной конструкции.
А в специальных видах бетона заполнители являются необходимым компонентом, так как придают таким бетонам их специальные свойства. К специальным видам бетонам относятся жаростойкие, кислотостойкие, морозостойкие, для радиационной защиты и другие.
Но еще большую роль заполнители играют в силикатных бетонах. Все дело в том, что зерна заполнителя вступают в непосредственное взаимодействие с вяжущим веществом и поэтому свойства конечного бетона во многом зависят от минералогического состава и удельной поверхности зерен заполнителя.
Учитывая все те преимущества и улучшения свойств, которые заполнитель придает бетону, не удивительно, что общая стоимость заполнителей составляет от 30% до 50% от общей стоимости бетонной или железобетонной конструкции. Поэтому в некоторых ситуациях стараются использовать более и дешевые и легкодоступные заполнители для того, чтобы снизить общую стоимость строительства. Кроме того более доступные местные заполнители в районе строительства позволяют снизить количество транспортных перевозок и тем самым ускорить процесс строительства объекта.
Поэтому самой важной задачей технологии бетона, является правильный подбор заполнителей и их разумное использование.
Зерновой состав заполнителя
Заполнители бывают двух видов: крупный и мелкий. К крупному заполнителю относятся щебень и гравий, это заполнители с крупностью зерен более 5 мм. К мелкому заполнителю относятся пески, естественные или искусственные.
Так как разные заполнители в разных объемах по-разному влияют на все свойства бетона, то к этим заполнителям предъявляются некоторые требования, которые учитывают данное влияние.
Любой заполнитель является зернистым материалом, который представляет собой совокупность всех зерен. И для каждого из заполнителей имеется ряд общих закономерностей.
Самое большое влияние на свойства бетона влияет зерновой состав, а так же чистота и прочность заполнителя.
Зерновой состав – это показатель, который определяет содержание в заполнителе зерен разного размера. Для того чтобы определить зерновой состав конкретного заполнителя, нужно взять небольшой объем заполнителя для пробы и просеять его через стандартные сита, величина отверстия которых варьируется от 14 до 70 мм.
Пустотность заполнителей
Пустотность заполнителей – сумма объема пустых мест в ситуации, когда например крупный заполнитель насыпан сам на себя, без каких-либо дополнительных компонентов.
Пустотность при этом может составлять от 20% до 50%, что по понятным причинам, очень много. Поэтому в составе бетонной смеси используют несколько видов заполнителей с разной крупностью зерен.
К примеру, при смешивании песка с гравием, можно с уверенностью сказать, что пустотность в данном случае минимальна, так как те пустоты, которые образуют зерна гравия, легко заполняться зернами песка.
Читайте также: