Для приготовления легких бетонов используют различные виды пористых заполнителей: искусственные — керамзит, аглопорит, перлит, шлаковую пемзу и естественные — туф, пемзу.
Легкие бетоны на пористых заполнителях применяют в ограждающих конструкциях и для снижения собственной массы несущих конструкций. Поэтому для этих бетонов наряду с прочностью очень важное значение имеет плотность бетона.
По плотности различают:
- особо легкие теплоизоляционные бетоны с плотностью в высушенном состоянии менее 500 кг/м3
·легкие бетоны с плотностью 500…1800 кг/м3.
Прочность особо легких бетонов редко бывает более 1,5 МПа, а прочность легкого бетона может изменяться в значительных пределах — от 2,5 до ЗО МПа и выше.
Обычно легкие бетоны подразделяются на:
·конструктивно-теплоизоляционные с плотностью 500 -1400 кг/м3 и прочностью 2…10 МПа
·конструктивные с плотностью 1400…1800 кг/м3 и прочностью 10…30 МПа.
По структуре различают:
плотные, или обычные, легкие бетоны, в которых раствор на тяжелом и легком песке полностью заполняет межзерновые пустоты крупного заполнителя, поризованные легкие бетоны, в которых не содержится и сохраняются межзерновые пустоты.
В строительстве используют главным образом легкие бетоны с крупностью пористого заполнителя до 20…40 мм, однако применяют и мелкозернистые легкие бетоны.
Легкие бетоны делятся на три вида:
1.Поризованный легкий бетон <#»justify»>Поризованный легкий бетон
Для улучшения теплофизических свойств легкого бетона на пористом заполнителе применяют поризацию растворной части бетона или заменяют ее поризованным цементным камнем, т.е. готовят легкий бетон на крупном пористом заполнителе без песка. К поризованным легким бетонам относят бетоны, содержащие более 800 л/м3 легкого крупного заполнителя, у которых объем воздушных пор составляет 5…25%. Поризацию таких бетонов осуществляют либо предварительно приготовленной пеной, либо за счет введения газообразующих или воздухововлекающих добавок. Пеной поризуют только беспечаные смеси, воздухововлекающими добавками — только смеси с песком, газообразующими добавками — смеси с песком и без песка. В зависимости от используемого заполнителя и способа поризации бетоны получают название: керамзитопенобетон, керамзитогазобетон, керамзитобетон с воздухововлекающими добавками.
Производство бетона (2)
... предполагаемого производства бетона и изготовления бетонных изделий. При проектировании состава бетона общим методом можно достаточно точно обусловить выбор расчетной активности цемента с учетом реальной технологии, реальных заполнителей ...
Прочность поризованного бетона может быть 5…10 МПа, а плотность — 700…1400 кг/м3. Прочность и плотность бетона зависят от его структуры. Для поризованного легкого бетона рационально применять цемент М400 и выше, керамзит марок: М50, 75, 100, 150, 200, 250. Оптимальный показатель OK = 5-6 см, оптимальный показатель Ж=30 — 90с. Расход керамзитового щебня или гравия не должен превышать 0,9 м3 на один куб бетона. Расход цемента в керамзитобетоне для неармированных конструкций должен быть не менее 120 кг/м3, для армированных не менее 200 кг/м3.
Крупнопористый легкий бетон
Крупнопористый конструктивно — теплоизоляционный бетон — это бетон на легких крупнопористых заполнителях (керамзитовый гравий, аглопорит, шлаковая пемза, природные крупнопористые и мелкопористые заполнители).
Крупнопористые бетоны на легких заполнителях отличаются высокой жесткостью, поэтому при определении их состава контролируют нерасслаиваемость бетонной смеси.
Ячеистый бетон
Ячеистый бетон — это особо легкий бетон с большим количеством (до 85% от общего объема бетона) мелких и средних воздушных ячеек размером до 1… 1,5 мм.
Пористость ячеистым бетонам придается:
1.механическим путем, когда тесто, состоящее из вяжущего и воды, часто с добавкой мелкого песка, смешивают с отдельно приготовленной пеной; при твердении получается пористый материал, называемый пенобетоном;
2.химическим путем, когда в вяжущее вводят специальные газообразующие добавки;
В результате в тесте вяжущего вещества происходит реакция газообразования, оно вспучивается и становится пористым. Затвердевший материал называют газобетоном.
Ячеистые бетоны по плотности и назначению делят на теплоизоляционные с плотностью З00…600 кг/м3 и прочностью 0,4… 1,2 МПа и конструктивные с плотностью 600…1200 кг/м3 (чаще всего около 800 кг/м3) и прочностью 2,5…15 МПа.
Широко развивается производство изделий из автоклавных ячеистых бетонов, т.е. твердеющих в автоклавах при пропаривании под давлением 0,8…1 МПа. Для автоклавного ячеистого бетона наиболее целесобразно использовать портландцемент совместно с известью — кипелкой в отношении 1:1 по массе. Для приготовления автоклавных ячеистых бетонов применяют известь с содержанием активной оксида кальция не менее 70%, оксида магния не более 5%, высокоэкзотермическую с температурой гашения около 85 °C; тонкость помола должна быть не ниже 3500…4000 см2/г.
Современные возможности получения бетонов высокой прочности
... в 1988 г. уже в промышленных условиях производились тюбинги из бетона В85. Первые высокопрочные бетоны получали, применяя жесткие смеси, особые способы уплотнения, автоклавное твердение. Поскольку было установлено, ... зерен разного размера, а также химическое взаимодействие между заполнителем и цементной матрицей. И если в нормальных бетонах заполнитель играет роль лишь инертного материала, то в ВБ ...
Для ячеистых бетонов неавтоклавного твердения применяют цементы не менее М400. В качестве кремнеземнистого компонента рекомендуется применять тонкомолотые кварцевые пески, содержащие не менее 90% кремнезема, не более 5% глины и 0,5% слюды. Песок в зависимости от плотности ячеистого бетона должен иметь удельную поверхность 1200…2000 см2/г.
Для образования ячеистой структуры бетона применяют пенообразователи и газообразователи. В качестве пенообразователей используют несколько видов ПАВ (клееканифольный, смолосапониновый, алюмосульфонатный и ГК).
Расход пенообразователя для получения пены составляет соответственно — 18…20%; 12…16%; 16…20% и 4…6%.
В качестве газообразователя применяют алюминиевую пудру, которую выпускают четырех марок. Для производства газобетона используют пудру марки ПАК-3 или ПАК-4 с содержанием активного алюминия — 82% ц тонкостью помола 5000…6000 кв.см. Расход алюминиевой пудры зависит от плотности получаемого газобетона и составляет 0,25 — 0,6 кг/м3.
Материалы для изготовления легкого бетона
Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители, приготовленные из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистйрола (стиропорбетон) и др.
Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их разделяют на природные и искусственные. Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева или только рассева горных пород (пемзы, вулканического туфа, известняка-ракушечника и др.).
Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные металлургические шлаки и др.).
Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250-800 кг/м3. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность. Керамзит, обладающий высокой прочностью и легкостью, является основным видом пористого заполнителя. Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (правда, в небольших количествах), а также по методу кипящего слоя, обжигом глиняных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия.
Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаждения расплава металлургических (обычно доменных) шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень. Производство шлаковой пемзы распространено в районах развитой металлургией. Здесь себестоимость шлаковой пемзы ниже, чём керамзита.
Свойства железобетонных стен. Технологические характеристики бетона
... достаточной для применения в стеновых и других конструкциях здании и сооружений. Высокую морозостойкость легких бетонов обеспечивает применение искусственных пористых заполнителей, обладающих низким водопоглощением, ... В качестве утеплителя применяют полужесткие минераловатные плиты, минеральную пробку, цементный фибролит, асбестоцементные плиты и другие. Железобетонные слои панели соединяют между ...
Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 5-7 мм, иногда до 10 мм
Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов).
При температуре 950-1200°С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме 10-20 раз. Вспученный перлит применяют, для производства легких бетонов и теплоизоляционных изделий.
Вспученный вермикулит — пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Этот заполнитель используют для изготовления теплоизоляционных легких бетонов.
Топливные отходы (топливные шлаки и золы) образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. На основе золы выпускают зольный гравий.
Топливные шлаки — пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивания неорганических (в основном глинистых) примесей, содержащихся в угле. Шлаки подвергаются частичному дроблению, рассеву и обогащению для удаления вредных примесей (несгоревшего угля, золы .и др.).
на основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий.
Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья (с добавкой 8-10% топлива) на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Применяют местное сырье: легкоплавкие глинистые и лессовые породы, а также отходы промышленности — золы, топливные шлаки и угесодержащие шахтные породы. Аглопорит выпускают в виде пориотого песка, щебня и гравия.
Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых сланцевых пород.
Пористые заполнители, так же как и плотные, делят на крупные (пористый гравий или щебень) с размером кусков 5-40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм. Пористый песок рассеивают на две фракций: до 1,2мм (мелкий песок) и 1,2-5 мм (крупный песок).
Пористый щебень (гравий) следует разделять на фракции — 5-10, 10-20, 20-40 мм. По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) пористые заполнители разделяют на марки 250….. 1100.
Свойства легкого бетона
легкий бетон крупнопористый гипсобетон
Качество легкого бетона оценивают двумя важнейшими показателями: классом по прочности и маркой по средней плотности. Легкий бетон плотной структуры по прочности на сжатие (МПа) имеет классы: В2,5…В40, по прочности на осевое растяжение (МПа) -В0,8…В3,2. Для теплоизоляционных бетонов предусматриваются классы: В0.35, В0,75, В1. Для легких бетонов запроектированных без учета классов, показатели прочности (кг/см2) характеризуют марками: М35-М500.
Для изготовления высокопрочных легких бетонов (имеющих плотность 1600-1800 кг/м3) применяют более прочный пористый заполнитель (с насыпной плотностью 600-800 кг/м3), а пористый песок частично или полностью заменяют плотным.
Реферат коррозия арматуры в бетоне
... коррозии железобетонных конструкций. По первой коррозия арматуры начинается после разрушения бетона в защитном слое, т. е. причина повреждения конструкции заключается в недостаточной стойкости бетона. Развитие коррозии по второй схеме начинается с арматуры, когда бетон ...
В зависимости от плотности в сухом состоянии (кг/м3) легкие бетоны подразделяются на марки: Д200…Д2000.
Наиболее важной наряду с прочностью характеристикой легкого бетона является плотность. В зависимости от назначения легкие бетоны делят на следующие группы: теплоизоляционные с плотностью до 500 кг/м3; конструкционно-теплоизоляционные (для ограждающих конструкций — наружных стен, покрытий зданий) с плотностью 500-1400 кг/м3; конструкционные с плотностью 1400-1800 кг/м3.
Уменьшить плотность легких бетонов можно путем образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Для поризации цементного камня, являющегося самой тяжелой составной частью легкого бетона, используют небольшие количества пенообразующих или газообразующих веществ.
Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности. Увеличение объемной влажности легкого бетона на 1% повышает теплопроводность на 0,016-0,035 Вт/(м.°С).
В зависимости от теплопроводности легкого бетона толщина наружной стены может изменяться от 20 до 40 см. Наружные ограждающие конструкции из легких бетонов подвергаются воздействию попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания. Поэтому легкие бетоны, применяемые для наружных стен, покрытий зданий, а также для конструкций мостов, гидротехнических сооружений, должны обладать определенной морозостойкостью.
По морозостойкости легкие бетоны делят на марки: F25… F500; по водонепроницаемости W0,2…W1,2. Для наружных стен обычно применяют бетоны с морозостойкостью не менее 15-25 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Возможность получения легких бетонов с высокой морозостойкостью и малой водопроницаемостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве.
Водонепроницаемость плотных конструкционных легких бетонов может быть высокой. Керамзитобетон с расходом цемента 300-350 кг/м3 не пропускает воду даже при давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов подтверждается долголетней эксплуатацией возведенных из них гидротехнических сооружений (например, в Армении и Грузии), а также испытанием напорных железобетонных труб. Характерно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов повышается.
Крупнопористый бетон
В состав крупнопористого (беспесчаного) бетона входят гравий или щебень крупностью 5-20 мм, портландцемент или шлакопортландцемент МЗОО-М400 и вода. За счет исключения песка из состава крупнопористого бетона его плотность уменьшается примерно на 600-700 кг/мЗ и составляет 1700-1900 кг/м3. Отсутствие песка и ограниченный расход цемента (70-150 кг/м3) позволяют получить пористый бетон с теплопроводностью 0,55-0,8 Вт/(м-°С) и марками 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 и т.п.) имеет небольшую плотность (500-700 кг/м3) и используется как теплоизоляционный материал.
Производства бетона и железобетона является на сегодняшний день ...
... туф) имеет меньшую объемную массу – обычно 1600 – 1800 кг/м3 и называется легким бетоном. Если бетон изготовить на искусственных легких пористых заполнителях из обожженных до спекания глиняных материалов, как, например, ...
Гипсобетон
Гипсобетон изготовляют на основе строительного гипса, высокопрочного гипса и гипсоцементнопуццоланового вяжущего, обеспечивающего получение водостойких изделий. Для уменьшения плотности стремятся применять пористые заполнители (топливные шлаки, керамзитовый гравий, шлаковую пемзу и т.п.), а также комбинированный заполнитель из кварцевого песка и древесных пилок. С этой целью вводят породообразующие добавки, позволяющие снизить плотность гипсобетона. Для повышения прочности на изгиб и уменьшения хрупкости в состав гипсобетона вводят волокнистые наполнители (древесные волокна, измельченную бумажную массу и т.п.).
Плотность гипсобетонов в зависимости от применяемого заполнителя и водогипсового отношения составляет 1000-1600 кг/м3, а марки М25 и М50.
Гипсобетон широко применяют для изготовления сплошных и пустотелых плит перегородок. Плиты можно армировать штукатурной дранью, камышом и т.п. Стальная арматура (проволока) должна быть защищена от коррозии специальной обмазкой (цементно-казеиновой, битумной или полимерной).
На водостойком гипсоцементнопуццолановом вяжущем изготовляют мелкие камни и крупные блоки для внутренних и наружных стен жилых, сельскохозяйственных производственных зданий с относительной влажностью помещений до 75%. Легкие бетоны известны уже давно. Достаточно вспомнить такой материал как шлакобетон. Его получают смешивая топливный или металлургический шлак с вяжущим. При этом получается относительно легкий и прочный материал, который по своим теплозащитным свойствам в 1,5 раза эффективнее полнотелого кирпича. Стены из шлакобетона относительно долговечны — правильно выполненные и качественно защищенные от влаги, они прослужат не менее 50 лет. Кроме шлака для изготовления блоков и панелей используют бетоны с добавками керамзита, перлита, вермикулита пемзы, туфа и других материалов, уменьшающих вес и повышающих их теплозащитные свойства. Они состоят из основного конструктивного слоя из легкого или ячеистого бетона плотностью 1200-1400 кг/м3, который находится между внутренним отделочным и наружным защитно-отделочным слоями толщиной 10-25 мм. Для наружной отделки применяют паропроницаемые материалы, которые одновременно придают поверхности необходимую водонепроницаемость.
Особенность этих материалов, за исключением керамзитобетона, в том, что они легко впитывают влагу. Дома из таких материалов не любят сезонной эксплуатации, а стены не терпят такие стены и деформаций — для них необходим ленточный фундамент.
Гораздо более совершенными и современными материалами являются ячеистые бетоны. Технология получения искусственного камня с характеристиками близкими к дереву была разработана в начале XX века шведским архитектором А. Эрикссоном. Международный патент на ячеистый бетон был получен в 1924 году, а промышленное производство его началось в 1929 году. В России этот материал начали применять в 50-60-х годах.
Итак, что же такое ячеистый бетон. Это искусственный камень с равномерно распределенными по его объему порами. Воздушные пузырьки занимают около 80% материала, обеспечивая ему низкую теплопроводность и высокие теплоизоляционные свойства. Ячеистый бетон огнестоек, прочен, он не гниет, не стареет и не выделяет токсичных веществ. По способу изготовления его делят на автоклавный и безавтоклавный.
Поведение бетона во время пожара
... строительные конструкции; возможностью полной механизации бетонных работ; экономичностью бетона (80—90% его объема составляют заполнители из местных каменных материалов). Классификация бетонов Классифицируют бетоны ... заполнителей высокой плотности. Поведение бетона во время пожара Свойства бетона и железобетона при нагревании обусловливаются поведением их составляющих: цементного камня, заполнителей ...
Автоклавный ячеистый бетон, его также называют газобетон или газосиликат состоит из кварцевого песка, цемента, извести, алюминиевой пудры и воды, которые смешивают и помещают в автоклав, где происходит их вспенивание и последующее твердение. Газ (водород), возникающий при вспучивании сырой смеси увеличивает ее объем в 5 раз. Изделия из ячеистого бетона изготавливаются в заводских условиях.
Неавтоклавный ячеистый бетон это легкий ячеистый бетон, получаемый в результате твердения раствора, состоящего из цемента, песка, воды и пены. Его так и называют — пенобетон. В состав материала могут быть введены красители, ускорители твердения пенобетонной массы, пластификаторы и армирующие средства. Пена обеспечивает необходимое содержание воздуха в бетоне и его равномерное распределение во всей массе в виде замкнутых ячеек.
Для образования пены используют различные натуральные и синтетические пенообразователи.
К достоинствам пенобетона относят легко задаваемую прочность на сжатие, хорошую тепло- и звукоизоляцию, низкое водопоглощение, малый коэффициент усадки, устойчивость к переменному замораживанию, оттаиванию и высокую пожаростойкость. Если добавить к этому простоту и легкость укладки стеновых блоков из пенобетона — для их изготовления используется пенобетон плотностью 700-800 кг/м3, в результате блок размером 600х300х250 весит не более 36 кг, возможность пилить, сверлить, фрезеровать и вбивать в этот материал гвозди, то строить из такого материала легко и быстро.
Кладка стен из блоков намного проще и дешевле кирпичной кладки, что объясняется правильной геометрией блоков, их унифицированными размерами. При использовании соответствующего раствора, блоки, отвечающие всем требованиям, предъявляемым к массивной однорядной и двухрядной кладке, применяются в качестве строительного материала для несущих наружных и внутренних стен, причём прочностные характеристики блоков позволяют возводить здания с перекрытиями из пустотных плит высотой до трёх этажей. Ну а для того, чтобы обеспечить требуемое для Москвы и Московской области действующим СНиПом «Строительная теплотехника» термическое сопротивление наружных стен R0=3,15, ее толщина при использовании блоков ячеистого бетона плотностью 500-600 кг/м3 составит всего около 40 см.Так что по сравнению с обычной кирпичной кладкой стены из легкого бетона оказываются гораздо более экономичными, а для их возведения нужно гораздо меньше сил и времени. Для примера: бригада из 3 человек при 8-часовом рабочем дне способна возвести коттедж площадью 100 кв. м всего за 2 недели. На строительство такого же кирпичного здания времени потребуется гораздо больше.
Очень близок по своим свойствам к ячеистым бетонам еще один современный строительный материал — вспененный бетон с пенополистирольным наполнителем. Интересно, что этот материал был еще 25 лет назад в России, а применение нашел в Германии, Франции и Италии. Его возвращение в Россию вместе с западной технологией производства связано с ужесточением требований по теплосбережению. Интерес к этому материалу, как и к другим легким бетонам непрерывно растет.
Заполнители для бетонов
... К заполнителям для бетона предъявляются требования, учитывающие особенности влияния заполнителя на свойства бетона. Заполнитель является зернистым материалом, для которого имеется ряд общих закономерностей. Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывают зерновой состав, прочность и чистота заполнителя. ...
Основные методы изготовления легкого бетона
В первом обычный заполнитель с удельным весом около 2,6 заменяют пористым легким заполнителем с малым удельным весом. Полученный таким образом бетон обычно называют по виду применяемого легкого заполнителя.
Второй метод получения легкого бетона заключается в создании больших пор в бетоне или растворе. Эти поры следует отличать от мелких пор, образованных в результате воздухововлечения. Такой вид бетона известен как газобетон, ячеистый бетон или пенобетон. По третьему методу мелкий заполнитель исключают из смеси, что способствует образованию большого количества промежуточных пор. При этом применяют обычный крупный заполнитель. Этот бетон обычно называют беспесчаным (крупнопористым).
Таким образом, уменьшение объемной массы происходит во всех случаях вследствие наличия пор в заполнителе, цементном растворе или в промежутках между частицами заполнителя. Очевидно, что наличие этих пор снижает прочность легкого бетона по сравнению с обычным, но в ряде случаев высокая прочность не нужна.
Легкий бетон является хорошим теплоизоляционным материалом, обладает достаточной долговечностью, но не стоек к истиранию. В целом легкий бетон стоит дороже, чем обычный. Приготовление бетонной смеси, ее транспортировка и укладка требуют значительно больше заботы и внимания, чем обычная бетонная смесь. Однако во многих случаях преимущества легкого бетона превосходят его недостатки и во всем мире сейчас заметна тенденция к более широкому применению легких бетонов, а также к применению их в новых областях.
Легкие бетоны можно классифицировать по их назначению: на конструктивные легкие бетоны и бетоны, применяемые в качестве теплоизоляции в ненесущих стенах — теплоизоляционные легкие бетоны.
Раньше применяли конструктивные легкие бетоны плотной структуры на пористом заполнителе, но теперь это не всегда так, поэтому лучше строить классификацию конструктивных легких бетонов исходя из минимальной прочности при сжатии. В США, например, принято, что конструктивные легкие бетоны должны иметь прочность при сжатии, измеренную на стандартных цилиндрах в возрасте 28 суток не менее 140,6 кгс/см2. Объемный вес такого бетона в сухом состоянии обычно составляет более 960 кг/ж3. Недостатком всех легких бетонов является необходимость устройства гидроизоляции путем их штукатурки при применении в наружных конструкциях. Лёгкие заполнители.
Основной особенностью легких заполнителей является их высокая пористость и как следствие низкий удельный вес. Применяются как природные, так и искусственные легкие заполнители.
Природные заполнители
Основными заполнителями, относящимися к этой группе, являются: диатомит, пемза, вулканический шлак, вулканический пепел и туф. Кроме диатомита все эти породы вулканического происхождения. Природные легкие заполнители находят ограниченное применение, так как добываются только в некоторых районах земного шара. Пемза-это светло-окрашенное пенообразное вулканическое стекло с объемной массой 480-880 кг/м3. Разновидности пемзы, имеющие достаточно прочную структуру, позволяют получать бетон с объемной массой 720- 1440 кг/мг, с хорошими изоляционными свойствами, но с большим водопоглощением и усадкой. Вулканический шлак, являющийся пористой стекловидной породой, аналогичной промышленным шлакам, позволяет получать бетон со сходными свойствами.
Напряженный бетон. Предварительно напряженный железобетон
... пушек. Преимущества предварительно напряженных железобетонных конструкций перед обычными заключаются в следующем. 1. Способность бетона хорошо ... с высоким пределом прочности, достигает 40%. 3. Конструкции с предварительно напряженной арматурой (напряженно-армированные) ... заполнителем либо двухстадийном перемешивании смеси. Учитывая особенности Б.н., его применение особенно эффективно в конструкциях, ...
Искусственные заполнители
Искусственные заполнители часто известны под различными фирменными названиями, но лучше классифицировать их по методам изготовления. В первую группу входят заполнители, получаемые в результате вспучивания при нагревании глины, глинистых и кремнистых сланцев, диатомовых сланцев, перлита, обсидиана и вермикулита. Вторая группа характеризуется специальными процессами охлаждения, в результате которых достигается вспучивание доменных шлаков. К третьей группе относятся промышленные шлаки. Вспученная глина и сланцы получаются при нагревании сырья во вращающейся печи до плавления (при температуре 1000-1200° С).
Вспучивание материалов происходит вследствие защемления в них образующихся газов. Полученная пористая структура сохраняется при охлаждении таким образом, что удельный вес вспученного материала оказывается ниже, чем до нагревания. Часто сырье измельчается перед обжигом.
Применяют также измельчение после вспучивания, например при изготовлении патентованного американского заполнителя из вспученного сланца, известного под названием хейдит (керамзит).
Для предотвращения спекания частиц применяют покрытие их материалом, имеющим более высокую температуру плавления, чем сланцы. В результате получают сферические частицы вспученного сланца с глазурованной полунепроницаемой поверхностью. Водопоглощение их ниже, чем у частиц без покрытия, водопоглощение которых составляет от 12 до 34%. Частицы с покрытием легче транспортировать и перемешивать, получаемый бетон имеет лучшую удобообрабатываемость, но он значительно дороже. Бетон на вспученном сланце и глине имеет объемную массу от 1360 до 1760 кг/м3, но можно приготовить бетон и с объемной массой 800 кг/мг. Бетоны на вспученном сланце и глине обычно имеют более высокую прочность, чем на других легких заполнителях.
Перлит — это стекловидная вулканическая порода. При быстром нагревании до температуры начала плавления (900-1100° С) он вспучивается вследствие образования пара и образует ячеистый материал с объемной массой 80-240 кг/м3. Бетон на перлитовом заполнителе имеет очень низкую прочность, большую усадку и применяется преимущественно для теплоизоляции.
Вермикулит — это материал с пластинчатой структурой, напоминающий слюду. При нагревании до температуры 650-1000° С вермикулит увеличивается в объеме более чем в 30 раз вследствие расслоения его тонких пластинок. В результате его объемная масса составляет всего 64-192 кг/ж3.
Бетон на вермикулитовом заполнителе имеет очень низкую прочность и большую усадку, но является прекрасным теплоизоляционным материалом. Вспученный доменный шлак (шлаковая пемза) получают при обрызгивании расплавленного шлака, выходящего из доменной печи (при производстве чугуна) определенным количеством воды. При этом образуется пар, вспучивающий шлак, находящийся в пластичном состоянии, так что он затвердевает, образуя пористые частицы, напоминающие пемзу.
Вспученный шлак (шлаковая пемза) применяется уже много лет и выпускается с насыпной объемной массой 320-880 кг/м3 в зависимости от деталей процесса охлаждения и гранулометрического состава. Шлаковая пемза для заполнителей должна соответствовать стандарту BS 877:1939, а воздушно охлажденный шлак — стандарту BS 1047:1952.
Бетон на шлаковой пемзе имеет объемную массу 960- 1760 кг/м*.
Заполнитель из котельного шлака получают на основе хорошо обожженных, расплавленных или спекшихся в комки отходов промышленных высокотемпературных печей. Важно, чтобы в шлаке не было не сгоревшего угля, могущего вызвать нежелательное расширение бетона. Стандарт BS 1165:1957 предписывает испытания на равномерность изменения объема и устанавливает допустимые пределы потерь при прокаливании и содержания растворимых сульфатов для различных бетонов: неармированного, монолитного бетона для внутренних конструкций и сборных бетонных блоков. Железо и пириты в котельном шлаке могут вызвать образование пятен на поверхности бетона и должны быть удалены.
Неравномерности изменения объема вследствие наличия сильно обожженной извести можно избежать, оставляя шлак во влажных условиях в течение нескольких недель: известь погасится и не будет вызывать расширения бетона. Коксовый шлак — материал, аналогичный котельному шлаку. Между этими двумя материалами нельзя провести резкой границы. При применении котельных шлаков в качестве мелкого и крупного заполнителя можно получить бетон с объемной массой 1120-1360 кг/м3, но часто для улучшения удобообрабатываемости смеси применяют природный песок, тогда объемная масса бетона составляет 1760-1840 кг/м3.
Порошкообразная топливная зола является остатком от горения пылевидного угля на современных электростанциях. Ее можно превратить в гранулы, а затем произвести спекание. Небольшое количество несгоревшего топлива, находящееся в золе, поддерживает горение. Спекшиеся гранулы являются хорошим заполнителем с объемной массой около 960 кг/м3. Общие требования к легким заполнителям приведены в Технических условиях ASTM С 330-53Т. Мы уже видели, что бетон на легких заполнителях может иметь объемную массу от 320 до 1840 кг/м3 и соответственно прочность от 3,5 до 352 кгс/см2. Для любого заполнителя прочность возрастает с повышением плотности, но в зависимости от вида заполнителя для получения бетона с прочностью около 200 кгс/см2 необходим расход цемента от 240 до 400 кг на 1 м3 бетона. Соответственно для получения прочности бетона около 300 кгс/см2 нужно от 330 до 500 кг цемента на 1 ж3 бетона.
Бетоны на легких заполнителях, даже схожих внешне, значительно различаются по структурным свойствам, поэтому применению каждого нового заполнителя должна предшествовать тщательная проверка. Основное, на что обычно обращают внимание, удобообрабатываемость бетона, его усадка при высыхании и влагопроводность.
Другие свойства, такие как прочность и теплопроводность, тесно связаны с плотностью. Следует учитывать также стоимость бетона. Многие легкие заполнители угловаты и имеют шероховатую поверхность. При их применении получают жесткие смеси, более пригодные для изготовления сборных блоков, чем монолитного бетона.
Удобообрабатываемость бетонной смеси может быть улучшена при применении мелкого заполнителя обычного веса, но плотность и теплопроводность таких бетонов выше, чем при использовании легкого заполнителя. Жесткость легкобетонной смеси можно уменьшить, по крайней мере частично, применением воздухововлекающих добавок.
Большинство легких заполнителей характеризуется высоким водо-поглащением, но можно сделать их водонепроницаемыми, покрытием битумом. Если этого не сделать, значительное количество воды будет абсорбировано заполнителем при перемешивании, что приведет к увеличению объемной массы бетона и снижению его теплоизоляционных свойств.
При применении легкого заполнителя в железобетоне следует обратить особое внимание на защиту арматуры от коррозии. Для этой цели применяют покрытие арматуры жирным цементным раствором, увеличенный защитный слой или оштукатуривание легкобетонной поверхности.
В бетонах на топливных шлаках опасность коррозии увеличивается вследствие присутствия серы в заполнителе, в этом случае защитное покрытие арматуры обязательно. Для всех бетонов на легких заполнителях характерны большая влагопроводность, чем в случае бетонов нормального веса, и большая усадка (на 5-40% больше, чем у обычных бетонов).
У бетонов на керамзите, а также на шлаковой пемзе усадка меньше. В связи с относительно низкой прочностью на растяжение 1 бетона на легком заполнителе возникает опасность усадочных трещин, хотя она частично компенсируется более низким динамическим модулем упругости и большей растяжимостью легких бетонов.
Следует предусматривать усадочные швы, а также предохранительные меры, позволяющие избежать разрушений вследствие перемещения влаги. Звукопоглощение легкого бетона можно измерить, так как возникшая в воздухе звуковая энергия превращается в тепловую в порах бетона, коэффициент его звукопоглощения в два раза больше, чем у обычного бетона. Однако оштукатуренная поверхность сильнее отражает звук.
Огнестойкость бетона на легких заполнителях, как правило, выше, чем при применении обычных заполнителей.
Из конструктивных легких бетонов с замкнутой структурой, о которых говорилось выше, делают сборные блоки. Ненесущие монолитные стены делают из бетона с ячеистой структурой. Это достигается введением в смесь большего количества крупного легкого заполнителя с соответствующим уменьшением количества мелкого заполнителя. Такой бетон напоминает беспесчаный. Нужно, чтобы все частицы заполнителя были полностью покрыты пленкой цементного теста, но обеспечение удобоукладываемости и определение необходимого содержания воды не является простым делом.
Простой, хотя и не научный способ определения консистенции бетонной смеси: это сжать в руке комок бетона, а затем бросить его; если ладонь запачкана раствором, смесь подобрана правильно; если на ладони отдельные пятна, смесь сухая; если ладонь покрыта раствором, смесь слишком жидкая и бетон соответственно имеет более высокую объемную массу и худшие теплоизоляционные свойства. При наличии опыта консистенцию смеси можно также определять на глаз, но различные заполнители по-разному меняют внешний вид смеси. Прочность неконструктивных легких бетонов не имеет большого значения.
Главные требования — это теплоизоляция, хорошая поверхность под штукатурку и не очень большая усадка. В некоторых случаях важна гвоздимость и легкость резания (последнее для сборных блоков).
Как отмечалось выше, один из способов получения легкого бетона заключается во внедрении пузырьков газа в пластичную цементную смесь для получения материала с ячеистой структурой, напоминающей губчатую резину. Такой бетон называют ячеистым или аэрированным.
Существуют два метода получения такого материала, каждый из которых обеспечивает получение конечного продукта определенного названия. Газобетон получается при выделении газа в свежеприготовленный раствор в результате химической реакции. Когда раствор затвердевает, он содержит большое количество пузырьков газа. Для этой цели обычно применяют алюминиевую пудру в количестве около 0,2% веса цемента1. При взаимодействии алюминиевой пудры с Са(ОН)2 или щелочью выделяется водород, образующий пузырьки. Можно применять также цинковый порошок. Иногда применяют перекись водорода, при этом происходит выделение кислорода.
Пенобетон получают при введении в бетонную смесь пенообразователей (обычно гидролизованный протеин или мыло), образующих воздушные пузырьки и стабилизирующих их при перемешивании с большой скоростью.
Иногда предварительно приготовленную стабильную пену вводят в раствор при перемешивании в обычной бетономешалке. Ячеистый бетон может быть приготовлен с заполнителями и без них; в последнем случае’это теплоизоляционный бетон с объемной массой 320 кг/м3 или, как исключение, до 190 кг/мъ. Наиболее часто применяют составы с объемным весом 480-1120 кг/м3, являющиеся смесью цемента и очень мелкого или молотого песка. Прочность и теплопроводность ячеистых бетонов, как и других легких бетонов, связана с их объемной массой. Так, бетон с объемной массой 480 кг/м3 будет иметь прочность от 31,6 до 42,2 кгс/см2, а теплопроводность-порядка 0,08 ккал/м2 -ч-град/я. Для бетона с объемной массой 1440 кг/м3 соответствующие величины будут приблизительно 126,6-140,6 кгс/см2 и 0,31 ккал/м2-чх Хград/м. Для сравнения: теплопроводность обычного бетона равна 13,8 ккал/м2 ч-град/м. Модуль упругости этих бетонов находится в пределах 0,02-0,04 106 кгс/см2, а ползучесть примерно соответствует ползучести обычных бетонов.
Ячеистые бетоны характеризуются высокими тепло- и влагопроводностью и усадкой (большими, чем у бетонов той же прочности на легких заполнителях), но эти показатели могут быть снижены автоклавной обработкой, которая увеличивает также прочность при сжатии (рис. 9.2).
Если бетон подвергают автоклавной обработке, в бетонную смесь вводят добавку пуццоланы или в качестве мелкого заполнителя применяют измельченную топливную золу.
При изготовлении, например, шведского материала итонг в смесь вводят известь, а аналогичный по свойствам сипорекс имеет цементную основу. Ячеистые бетоны применяют преимущественно для теплоизоляции (вследствие их низкой теплопроводности) и как огнестойкие материалы, так как их огнестойкость выше, чем у обычных бетонов. В конструкциях ячеистые бетоны применяют в виде блоков (с автоклавной обработкой) или деталей заводского изготовления, а также для полов вместо пустотелых керамических блоков. Ячеистые бетоны можно пилить, у них хорошая гвоздимость. Хотя водопоглощение ячеистых бетонов достаточно высоко, они долговечны, так как скорость проникания воды в ячеистые бетоны мала и большие поры не заполняют водой при подсосе. Поэтому ячеистые бетоны обладают хорошей морозостойкостью, и их можно применять в конструкциях стен с обязательным оштукатуриванием.
Применяются специальные пенообразователи для бетона, придающие ему гидрофобные свойства, но их поведение в длительные сроки в настоящее время проверяется. Этот вид легких бетонов состоит только из цемента, воды и крупного заполнителя.
Беспесчаный бетон — это скопление частиц крупного заполнителя, каждая из которых покрыта тонким слоем цементного камня толщиной до 0,13 см. Поэтому в теле бетона образуются большие поры, обусловливающие его низкую прочность, но при больших порах не может быть капиллярного движения воды. Хотя прочность беспесчаного бетона значительно ниже, чем обычных бетонов, ее достаточно для зданий высотой до четырех этажей. Так как беспесчаный бетон не расслаивается, его можно подавать на большую высоту и укладывать высокими слоями.
Стоимость беспесчаного бетона сравнительно низкая вследствие малого расхода цемента (в тощих смесях 71 -130 кг на 1 мъ бетона).
Это возможно, так как нет частиц песка, большая поверхность которых требует значительного расхода цемента для их обволакивания. Объемная масса беспесчаного бетона зависит главным образом от гранулометрического состава заполнителя. Так как заполнители с хорошей гранулометрией дают более плотную упаковку и большую насыпную объемную массу, чем при частицах одного размера, низкая объемная масса беспесчаного бетона получается при однофракционном заполнителе. Обычный размер зерен заполнителя 0,95-1,9 см, но применяют и частицы размером до 5,1 см.
При данной удельной массе заполнителя фракционированный заполнитель дает на 10% большую объемную массу бетона, чем при применении заполнителя одной фракции. Объемная масса беспесчаного бетона на обычных заполнителях колеблется в пределах 1600-1200 кг\мг (табл. 9.5), а на легких заполнителях — 640 кг\жъ. Объемная масса беспесчаного бетона равна сумме: насыпной объемной массы заполнителя, расхода цемента в кг/м3 и воды в кг\мъ.
Беспесчаный бетон очень мало уплотняется, и допускается лишь кратковременное вибрирование, так как иначе можно удалить цементное тесто. Прочность беспесчаного бетона колеблется в пределах от 14,1 до 140,6 кгс/см2, главным образом в зависимости ог его объемной массы (рис. 9.3).
Водоцементное отношение само по себе не является главным контролирующим фактором, но существует оптимальное ВЩ для каждого заполнителя. При ВЩ больше оптимального цементное тесто будет стекать с зерен заполнителя, а при очень низком ВЩ цементное тесто обладает недостаточной адгезией и не достигает необходимого уплотнения. Трудно предсказать оптимальное значение ВЩ отчасти потому, что на него влияет водопоглощение заполнителя, но можно принять в качестве предварительного значения расхода воды, равный 180 кг на 1 ж3 бетона. Тогда ВЩ будет зависеть от количества цемента, необходимого для обволакивания зерен заполнителя. Прочность полученного бетона определяется экспериментально. Рост ее во времени происходит аналогично обычному бетону.
На практике применяют различные смеси. Предельные значения их от отношения цемент:заполнитель 1:10 по объему (расход цемента 131 кг/м3) до 1:20 (расход цемента 71 кг/м3).
Физические свойства беспесчаных бетонов изучены сравнительно мало. Величины модуля упругости для бетонов с различной прочностью приведены ниже. Усадка беспесчаных бетонов значительно ниже, чем обычных (120ХЮ~6)- Это объясняется тем, что цементный камень расположен тонким слоем на зернах заполнителя и контракция при высыхании сдерживается заполнителем. Так как цементный камень имеет большую поверхность соприкосновения с воздухом, скорость усадки очень велика. Теплопроводность беспесчаных бетонов составляет 0,6-0,8 от обычных, а величина коэффициента термического расширения зависит от вида заполнителя. Беспесчаный бетон морозостоек (так как в нем нет капилляров) при условии, что поры не насыщены водой, в противном случае замораживание вызывает быстрое разрушение. Высокое водопоглощение беспесчаного бетона не позволяет применять его в фундаментах, а также, если возможен контакт с водой. Максимальное водопоглощение должно быть не более 25% по объему (или половина этой величины по весу), но в обычных условиях поглощенная вода составляет не более Vs максимальной величины. Тем не менее наружные стены должны быть оштукатурены с двух сторон, что способствует также снижению воздухопроницаемости.
Штукатурка и окраска снижает звукопоглощение беспесчаного бетона (закрывая его поры), поэтому если акустические свойства являются определяющими, стены штукатурят лишь с одной стороны. Коэффициент теплопроводности беспесчаных бетонов составляет 0,55-0,85 ккал/м2-ч-град1м при применении обычного заполнителя и 0,18 ккал/м2-ч-град/м — легкого заполнителя. Высокая влажность бетона увеличивает его теплопроводность.
Беспесчаный бетон обычно не армируют, но, если это необходимо, арматура должна быть защищена слоем цементного камня (толщиной 0,3 см) для улучшения сцепления и защиты от коррозии. Наиболее простой способ нанесения покрытия на арматуру — торкретирование.
Иногда нужно получить бетон с хорошей гвоздимостью. В этом случае в качестве заполнителя применяют древесные опилки.
Гвоздимый бетон — материал, в который можно забить гвоздь и в котором он хорошо держится. Последнее уточнение сделано потому, что в некоторые легкие бетоны можно забивать гвозди, но они там не держатся.
Гвоздимость требуется в конструкциях крыш, в сборных элементах зданий и др. Вследствие высокой влагопроводности бетон на древесных опилках неприменим при возможном усложнении. Он приготавливается из равных по объему частей портландцемента, песка и сосновых опилок. Осадка конуса смеси 2,5-5 см. Такой бетон обладает хорошим сцеплением с обычным бетоном и является отличной изоляцией. Опилки должны быть чистыми и не содержать большого количества коры, так как в ней много органических компонентов, препятствующих гидратации. Химическая обработка древесных опилок устраняет опасность их гниения и снижает влагопроводность. Предпочтительнее опилки размером от 0,63 до 0,15 еж. Приготовление пробного замеса является обязательным.
Бетон на древесных опилках имеет прочность 2,8-7 кгс/см2. Гвоздимый бетон можно также приготовить на других заполнителях: шлаковой пемзе, пемзе, вулканическом шлаке и перлите. В последние годы бетону найдено новое применение — биологическая защита ядерных реакторов. Так как способность бетона поглощать у-лучи пропорциональна его объемной массе, толщина защитного экрана может быть уменьшена при применении бетона с большей объемной массой. Проблема защиты в действительности сложнее, так как для ослабления потока нейтронов в защитный экран должно быть включено определенное количество материала с малым атомным весом, как, например, водород. Бетон, как обычный, так и особотяжелый, содержит тяжелые и легкие компоненты, и было установлено, что при десятилетней эксплуатации в потоке 10й нейтрон/см2 максимальная температура и температурный градиент не превысили допускаемые пределы.
Для повышения объемной массы бетона часть заполнителя или весь заполнитель заменяется материалом с очень большой удельной массой, обычно более 6,4 г/см3 (а у обычного заполнителя 2,6 г/смг).
Применяют естественные и искусственные тяжелые заполнители. Одним из наиболее употребительных естественных заполнителей является барит (сульфат бария) с удельной массой 6,55 г/см3. Он встречается в виде горной породы, содержащей до 95% минерала. Барит не отличается от щебня других пород и назначение состава смеси не вызывает особых трудностей. Барит хрупок и сильно пылит, что следут учитывать при транспортировании и не допускать повторного перемешивания бетонной смеси. Желательно приготовление пробных замесов, так как мелкий баритовый заполнитель замедляет схватывание и твердение. Объемная масса бетона зависит от состава смеси: для смеси 1:4, 6:6,4 при В/Ц = 0,58 она составляет порядка 3670 кг/м3. Прочность такого бетона, определенная на стандартных цилиндрах в возрасте 28 суток, равна 430,9 кгс/см2. При В/Ц=0,9 прочность бетона 246,1 кгс/см2. Кристаллизационная вода, содержащаяся в лимоните, является надежным источником образования водорода для замедления потока нейтронов, при этом температура должна быть не выше 200° С.
