ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Легкие бетоны применяются, главным образом, в ограждающих конструкциях и выполняют функцию теплозащиты, как основную. Главной характеристикой легких бетонов является средняя плотность в сухом состоянии, указываемая в виде марки: D200, D250, D300, D350, D400, D450, D500, D550, D600, D700, D800, D900, D1000, D1100, D1200, D1300, D1400, D1500, D1600, D1700, D1800, D1900, D2000. Число марки есть верхний предел плотности в кг/м3.

По прочности на сжатие легкие бетоны делят на классы: ВО,75; В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; BIO; В12,5; В15; В20; В22,5; В25; В30; В35; В40. По назначению различают три вида легких бетонов, указанные в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Виды легких бетонов

Марки

по плотности

Теплопроводность,

Вт/(м-°С)

Предел прочности при сжатии, МПа

Конструкционные

D1000 - D2000

-

>12,5

Конструкционнотеплоизоляционные

D600 - D900

>1,0

Теплоизоляционные

D200 - D500

<0,14;

>0,3

По способу образования пор легкие бетоны бывают: 1) на пористых заполнителях; 2) беспесчаные; 3) ячеистые (газобетон и пенобетон).

Бетоны на пористых заполнителях. Изготовление бетонов на пористый заполнителях затруднено способностью легких заполнителей всплывать на поверхность бетонной смеси и поглощать воду. Малый вес заполнителей исключает использование гравитационных бетоносмесителей и требует применения смесителей принудительного действия. В уложенной бетонной смеси, особенно при ее вибрировании, легкие зерна заполнителей перемещаются вверх, приводя к расслоению, отличному от того, которое наблюдается в тяжелых смесях, где заполнители стремятся опуститься вниз. Отсасывание пористым заполнителем воды из растворной части приводит к равномерному по объему самоуплотнению бетона. Это позволяет производить распалубку бетона вскоре после укладки и повышает оборачиваемость формооснастки.

Природные пористые заполнители получают путем дробления и сортировки пористых горных пород вулканического и осадочного происхождения. К породам вулканического происхождения относятся: пемза — стекловатая порода, образовавшаяся в результате застывания лавы, вспененной выделяющимися газами; вулканический туф — порода, образовавшаяся в результате спекания раскаленных масс рыхлых вулканических образований, главным образом, пепла и песка; туфовая лава — стекловатая порода, образовавшаяся из вспученной лавы с вкраплениями попавших в нее частиц вулканического песка и пепла, кусков пемзы и т. п. Из осадочных пород можно назвать известковый туф — порода, образовавшаяся в результате выделения углекислого кальция из водного раствора и известняк-ракушечник — порода органогенного происхождения, сложенная кальцитом.

Искусственные пористые заполнители получают путем вспенивания расплавов или вспучивания при нагревании до пиропластическо- го состояния твердых материалов, обладающих способностью давать пористые структуры.

Керамзитовый гравий получают обычно во вращающейся печи быстрым нагреванием отформованных или дробленых зерен из легкоплавкой глины, которая размягчается при частичном расплавлении и одновременно вспучивается выделяющимися газами. При медленном нагревании газообразование происходит при более низких температурах, когда глина еще не достаточно размягчена, и газы выходят из нее, не вызывая вспучивания. Газы выделяются не из глины, а из других сопутствующих веществ. Газообразование связывают с дегидратацией, декарбонизацией и восстановительными процессами. Керамзитовый гравий подразделяют на три фракции: 5—10, 10—20 и 20—40 мм и характеризую марками по насыпной плотности (в кг/м3) от 250 до 800. Коэффициент теплопроводности керамзита колеблется в пределах от 0,035 до 0,35 Вт/(м-К). Керамзитовый песок получают отсевом мелких зерен от керамзитового гравия или его дроблением.

Шунгизитовый гравий — материал получаемый вспучиванием зерен из шунгитосодержащих пород путем обжига во вращающейся печи. Шунгит — минерал (аморфная разновидность графита), образовавшийся, как полагают, в результате природного коксования углей (воздействия на каменные угли высокой температуры от магмы).

Безобжиговый зольный гравий — пористый заполнитель, получаемый на основе золошлаковых отходов (остатков от сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях) и портландцемента или других вяжущих веществ.

Термолит получают обжигом до спекания кремнистых дисперсных пород (трепела, диатомита и др.). Пористость термолита является межзерновой, а не образованной вспучиванием, как в случае других пористых заполнителей.

Аглопорит получают термической обработкой смеси глинистых пород, золошлаковых отходов и измельченного угля (8—10%), выгорание которого обеспечивает два процесса: поробразование и разогрев шихты до температуры спекания.

Шлаковая пемза (термозит) — пористый щебень и песок, получаемый главным образом из доменного шлака (побочного продукта при выплавке чугуна). Вспененный шлак образуется при быстром охлаждении шлакового расплава водой, однако, не таком быстром, как при производстве гранулированного шлака.

Перлит вспученный — особо легкий материал (уо = 100—500 кг/м3) в виде песка или шебня, получаемый быстрым обжигом кислых вулканических водосодержащих стекол, таких, как перлит, обсидиан, витрофир и др. Вспучивание этих пород при нагревании до 900— 1150 °С происходит за счет испарения растворенной в стекле воды, и одновременного размягчения породы.

Вермикулит вспученный — особо легкий материал (у = 80—400 кг/м3), получаемый при 600—900 °С в виде гранул, вспученных поперек пластинок слюды-вермикулита паром выделяющейся гидратной воды.

Подвижность легкобетонной смеси обычно весьма низка из-за ноздревато-пористой поверхности заполнителей, иммобилизующей значительное количество цементного теста. Поэтому получить подвижную легкобетонную смесь можно лишь при больших расходах вяжущего, когда прослойки теста между зернами заполнителей являются достаточно толстыми. При этом часть теста расходуется на заполнение межзерновых пустот и не выполняет смазочную функцию. Для экономии вяжущего и снижения плотности легкого бетона решающее значение имеет уменьшение межзерновой пустотности и удельной поверхности заполнителей. Первое достигается подбором оптимального зернового состава, второе — применением заполнителей окатанной формы с гладкой (оплавленной) поверхностью, например керамзитового гравия. Вместе с тем, прочность сцепления заполнителя с цементирующим камнем по гладкой поверхности будет ниже, чем по шероховатой.

Главные показатели качества легких бетонов плотность и прочность. Плотность желательно иметь как можно меньше, а прочность — как можно больше. Оба эти свойства изменяются с пористостью противоположным образом. В отличие от обычного, прочность легкого бетона зависит не только от качества цементирующего камня, определяемого значением В/Ц, но и от его количества, с увеличением которого прочность возрастает. Одновременно растет и плотность, но относительно медленнее, так, что удельная прочность (отношение прочности к плотности R/yo) с увеличением расхода вяжущего вещества возрастает. Зависимости прочности и плотности от расхода воды (В) характеризуются наличием максимумов при одном и том же расходе воды Вр который является оптимальным одновременно по прочности и по плотности (рис. 10.1). Увеличение В сверх Bj приводит как и для обычного бетона к снижению прочности, связанному с разжижением цементного теста, и недостаточному самоуплотнению геля. При уменьшении расхода воды ниже оптимального значения снижается удобоукладываемость смеси и потеря прочности обусловливается механическим недоуплотнением. Если увеличить степень уплотнения, то при том же расходе воды Bj прочность возрастает, но теперь значение Bj уже не является оптимальным. Уменьшение В при данной степени уплотнения вызывает дальнейшее повышение прочности и достижение нового максимума при В2. Таким образом, оптимальный расход воды не является для данной бетонной смеси постоянной величиной, а зависит от степени ее уплотнения.

Зависимость прочности и плотности легкого бетона от расхода воды при различной интенсивности уплотнения (мощность уплотнения при способе 2 выше, чем при способе 1)

Рис. 10.1. Зависимость прочности и плотности легкого бетона от расхода воды при различной интенсивности уплотнения (мощность уплотнения при способе 2 выше, чем при способе 1)

Беспесчанный (крупнопористый) бетон. Беспесчанный бетон состоит из крупных зерен заполнителя, скрепленных в местах контакта цементным камнем. При отсутствии мелких зерен и малом расходе цемента (70—150 кг/м3) пустоты между зернами остаются незаполненными. Суммарный объем этих пустот будет наибольшим при одинаковом диаметре зерен заполнителя. Плотность крупнопористого бетона на плотных заполнителях составляет 1700—1900 кг/м3. Это значение можно резко снизить, применяя пористые заполнители. Беспесчанный бетон продуваем, поэтому стены из него нужно оштукатуривать с двух сторон.

Ячеистые бетоны. Ячеистые бетоны в зависимости от способа образования пор подразделяются на газобетоны и пенобетоны. При использовании в качестве вяжущего воздушной извести в условиях гидросиликатного твердения (автоклавной обработки) ячеистый бетон называют газосиликатом или пеносиликатом, так как цементирующий камень в этом случае состоит в основном из гидросиликатов кальция.

Газобетон приготовляют из смеси портландцемента (часто с добавкой воздушной извести или едкого натра, для ускорения газообразования), тонкомолотого наполнителя (кварцевого песка, доменного шлака, золы-унос, нефелинового шлама и др.), воды и газообразовате- ля, в качестве которого чаше всего применяется алюминиевая пудра. При реакции алюминиевой пудры с гидроксидом кальция выделяется водород, который вспенивает массу:

Наполнитель снижает расход вяжущего и усадку бетона. Измельчение повышает его химическую активность. В газобетоне соотношение цемента и молотого песка обычно бывает от 1:2 до 1:3. Расход цемента составляет 180—220 кг/м3. В газосиликате соотношение извести и молотого песка — от 1:3 до 1:5. Расход извести 120—180 кг/м3.

Кварцевый песок обычно размалывают мокрым способом и применяют в виде шлама. Компоненты дозируют, подают в газобетонос- меситель и перемешивают 4—5 минут; затем добавляют водную суспензию алюминиевой пудры и после дополнительного перемешивания смесь заливают в формы, оставляя часть объема на вспучивание массы. Для ускорения процессов газообразования, схватывания и твердения смесь затворяют горячей водой (температура смеси при заливке в форму — около 40 °С). Через 10—20 минут после заливки в форму газобетонная смесь начинает твердеть. Конец газовыделения должен совпадать с началом схватывания смеси. В противном случае происходит либо оседание смеси, либо растрескивание блока. Сроки газовыделения регулируют количеством газообразователя, а сроки схватывания — добавками, ускоряющими или замедляющими схватывания. При резательной технологии отформованные блоки, объемом до 10—12м3 через 0,5—1,5 ч освобождают от бортооснастки и разрезают на плиты или стеновые камни проволочными струнами. Выпуклую верхушку блока (горбушку) срезают, отправляют в шаровую мельницу и размалывают вместе с наполнителем. Тепловую обработку газобетона чаще всего производят в автоклавах при 175—200 °С и давлении 0,8—1,3 МПа. В отличие от тепловой обработки при атмосферном давлении, автоклавная обработка обеспечивает протекание реакции между кремнеземом кварцевого песка и гидроксидом кальция, образующимся при гидратации портландцемента, поэтому часть портландцемента можно заменить молотым кварцевым песком, который становится активным компонентом вяжущего. При этом расход цемента сокращается в 1,5—2 раза, а прочность газобетона в возрасте 2 суток в 3—5 раз превышает прочность газобетона, твердевшего 28 суток в нормальных условиях.

Пенобетон. Процесс получения пенобетона отличается от газобетонного тем, что ячейки образуются при добавлении к бетонной смеси заранее приготовленной стабильной пены. Пену готовят из воды и пенообразователя (клееканифольного, смолосапонинового, алю- мосульфо-нафтенового, белкового или синтетического) в лопастных пеновзбивателях или центробежных насосах. Для того, чтобы пена не оседала в нее вводят стабилизаторы — вещества, повышающие вязкость раствора пенообразователя (животный клей, жидкое стекло или сернокислое железо). Пену смешивают с бетонной смесью. После получения однородной массы ее переносят в формы для отвердевания. Пенобетонная технология по сравнению с газобетонной требует более длительной выдержки перед тепловой обработкой для набора начальной прочности. Для сокращения времени выдержки в смесь добавляют хлористый кальций, поташ и другие ускорители.

Свойства ячеистых бетонов. Плотность, составляющая от 300 до 1200 кг/м3, — одна из главных характеристик ячеистого бетона, которая целиком обусловлена пористостью, изменяющейся, соответственно, от 85 до 60%. Снижение пористости в этих пределах ведет к увеличению класса по прочности на сжатие от ВО,35 до В 12,5. От общей пористости и соотношения между объемами замкнутых и открытых пор зависят водопоглощение и морозостойкость, характеризуемая марками: F15, F25, F35, F50, F75, F100.

Чем выше пористость, тем ниже теплопроводность материала X, которая, однако, может возрасти при заполнении пор водой. Так, например, ячеистый бетон, плотностью 600 кг/м3 в сухом состоянии имеет X = 0,14 Вт/(мК), а при влажности 8% — X = 0,22 Вт/(м-К). Связь между некоторыми свойствами ячеистого бетона и плотностью показана на рис. 10.2.

Применение. Ячеистые бетоны применяются для легких армированных конструкций, таких, как стеновые панели, плиты перекрытий, а также без арматуры, в качестве стеновых камней и теплоизоляционного материала. Конструкции из ячеистых бетонов долговечны в условиях сухого и нормального режимов эксплуатации зданий (при относительной влажности воздуха 60—70%).

Изменение свойств ячеистого бетона в зависимости от его плотности

Рис. 10.2. Изменение свойств ячеистого бетона в зависимости от его плотности: 1 - предел прочности при сжатии; 2- водопоглощение по объему; 3 - теплопроводность

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >