Легкие бетоны на пористых заполнителях
|
Пористые заполнители - распространенные материалаы для изготовления стеновых панелей из легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов. По происхождению заполнители можно разделить на три группы. 1. Природные заполнители из пористых изверженных и осадочных горных пород - пемза, пепел, дробленый туф, пористые известняки, известковые туфы, ракушечники, диатомиты и др. 2. Промышленные отходы - заполнители на основе пористых металлургических, топливных шлаков и зол. 3. Искусственные заполнители - керамзит, аглопорит и др. По назначению различают пористые заполнители для теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных легких бетонов. По размерам зерен пористые заполнители, так же как и плотные, разделяют на два вида: 1. Крупные заполнители размером 5-40 мм, эти заполнители разделяют на фракции 5-10, 10-20 и 20-40 мм. 2. Пески с максимальным размером зерен не более 5 мм. По зерновому составу различают пески рядовые с размерами зерен от 0,05 до 5 мм; пески крупные с размерами зерен от 1,25 до 5 мм и мелкие пески с максимальным размером зерна, не превышающим 1,25 мм. Свойства пористых горных пород, применяемых в качестве заполнителей, и свойства искусственных пористых заполнителей подробно рассматриваются далее, поэтому здесь приведена краткая характеристика только искусственных пористых заполнителей. Керамзит - искусственный гравий или песок, полученный вспучиванием легкоплавких глин. Вспучивание происходит при совмещении процессов спекания глин и газовыделения при кратковременном обжиге. Образующийся при спекании расплав закрывает капиллярные поры, и выделяющийся газ вспучивает материал. Насыпная плотность керамзита 400-1200 кг/м3. Аглопорит получают спеканием глин с промышленными отходами (например, шлаками) и другими материалами, содержащими органические вещества, сгорающие при обжиге. По сравнению с керамзитом, аглопорит содержит больше открытых пор, менее морозостоек. Насыпная плотность аглопорита 700-1500 кг/м3. Вспученный доменный шлак (шлаковая пемза) получают при определенном режиме охлаждения шлакового расплава. Шлаковый расплав выливают в бассейн с ограниченным количеством воды или на слой мокрого песка. Испарение воды и охлаждение расплава приводят к образованию материала, по внешнему виду и свойствам напоминающего природную пемзу. Насыпная плотность шлаковой пемзы 500-1300 кг/м3. Перлит - пористый заполнитель, образующийся при быстром нагревании вулканических стекол (обсидиана, витрофира и других горных пород). Увеличение объема в 6-12 раз при нагревании обусловлено испарением воды, содержащейся в вулканическом стекле. Перлит относится к числу наиболее легких эффективных заполнителей. Насыпная плотность перлитового гравия 250-450 кг/м3 и перлитового песка 100-150 кг/м3. Обожженный вермикулит получают обжигом гидрослюд. Как и при производстве перлита, испарение химически связанной воды при быстром нагревании приводит к раздвижке пластинок слюды и увеличению объема в 10-20 раз. Насыпная плотность вермикулита составляет 100-200 кг/м3. Особенности технологии производства легких бетонов на пористых заполнителях. Бетонные смеси и бетоны на плотных и пористых заполнителях существенно различаются по техническим свойствам. Легкобетонные смеси имеют повышенную водопотребность и легко расслаиваются вследствие различия плотности заполнителей и цементного теста. Поэтому при производстве изделий приходится применять жесткие легкобетонные смеси и интенсивные способы уплотнения, например вибрирование. Для обеспечения требуемой удобоукладываемости и прочности легкобетонные смеси и бетоны требуют большего расхода вяжущего по сравнению с аналогичными показателями бетонов на плотных заполнителях. Легкий бетон можно рассматривать как двухкомпонентную систему, состоящую из крупного пористого заполнителя и растворной части.  Растворная составляющая образует среду (матрицу), в которой размещены зерна крупного заполнителя. Такая модель отражает структуру легкого бетона, в котором все пустоты заполнены растворной составляющей с необходимой раздвижкой зерен крупного заполнителя (рис. 6.9, а). Если пустоты не заполнены, то бетон имеет структуру (рис. 6.9, б), характерную для крупнопористого легкого бетона, когда зерна крупного заполнителя соприкасаются и цементное тесто частично удалено из зоны контакта. Основной задачей подбора состава легкого бетона является получение бетона требуемого класса по прочности при минимальной средней плотности. Снижение плотности бетона может быть обеспечено одним из следующих способов: а) увеличением объемной доли пористого заполнителя в легком бетоне путем тщательного подбора зернового состава так, чтобы мелкие фракции заполняли пустоты каркаса, образованного крупной фракцией. Это позволяет уменьшить содержание цементного камня в легком бетоне; б) применением заполнителей имеющих минимальную среднюю плотность; в) использованием цементов высоких марок, что позволяет сократить расход вяжущего при обеспечении требуемой прочности бетона; г) повышением пористости растворной составляющей (матрицы) путем введения воздухововлекающих поверхностно-активных добавок (поризованные легкие бетоны). Зависимость прочности легкого бетона от содержания воды в смеси представлена на рис. 6.10. При увеличении расхода воды прочность бетона заданного состава сначала повышается. Это обусловлено увеличением объема цементного теста, улучшением удобоукладываемости бетонной смеси и, как следствие, повышением степени уплотнения и плотности бетона в целом.  Пористые заполнители обладают высоким водопоглощением. При перемешивании, укладке, уплотнении и твердении легкобетонных смесей происходит поглощение воды пористым заполнителем и фактическое В/Ц изменяется. Трудно определить, какое количество воды поглощено пористым заполнителем, так как этот процесс продолжается длительное время. Следует, однако, иметь в виду, что поглощение воды заполнителем и снижение В/Ц приводят к дополнительному росту прочности легкого бетона, особенно в раннем возрасте. Оптимальный расход воды в легких бетонах соответствует наибольшей прочности бетона и плотности бетонной смеси, уложенной в данных условиях. Дальнейшее увеличение расхода воды приводит к падению прочности за счет понижения плотности цементного камня, так же как и в бетонах на плотных заполнителях. Максимально достижимая прочность легкого бетона заданного состава определяется расходом цемента и прочностью пористого заполнителя. Характерной особенностью легких бетонов является зависимость их прочности от расхода цемента. При проектировании тяжелых (обычных) бетонов добиваются сокращения расхода цемента путем правильного выбора зернового состава заполнителей, так как это не приводит к снижению прочности при полном уплотнении. При повышении расхода цемента в легких бетонах их прочность растет, поскольку уменьшается объемная доля малопрочного пористого заполнителя, однако при этом увеличивается средняя плотность бетона, что нежелательно. Подбор состава легких бетонов Задачей подбора состава является приготовление бетонной смеси и бетона, удовлетворяющих следующим требованиям: бетонная смесь должна иметь требуемую удобоукладываемость, а легкий бетон - требуемые среднюю плотность и класс по прочности. Также к легкому бетону предъявляют требования по морозостойкости и стоимости. Снижение стоимости может быть обеспечено путем уменьшения расхода цемента. Подбор состава заключается в установлении такого соотношения между компонентами, которое позволяет получить бетонную смесь требуемой удобоукладываемости и бетон требуемой плотности, прочности и долговечности при минимальных затратах. По сравнению с подбором состава тяжелого бетона, задача осложняется необходимостью обеспечения заданной средней плотности легкого бетона. При подборе состава легкого бетона трудно установить требуемое В/Ц по заданной прочности из-за поглощения воды пористым заполнителем. Подбор состава производится опытным путем: приготовлением и испытанием образцов легкобетонной смеси и легкого бетона.  Применяют два способа подбора состава: 1. С оптимальным расходом воды. Приготавливают несколько составов легкобетонных смесей с различным содержанием цемента. Для каждой смеси устанавливают оптимальный расход воды путем приготовления и испытания опытных замесов (см. рис. 6.10). Оптимальный состав смеси выбирают по заданной удобоукладываемости бетонной смеси, плотности и прочности бетона при минимальном расходе цемента. Способ требует изготовления и испытания большого количества стандартных образцов. 2. По заданной удобоукладываемости. Способ включает несколько этапов: а) Выбор наибольшей крупности заполнителя. Наибольший диаметр назначают исходя из размеров конструкции и расположения арматуры, он не должен превышать 1/3 наименьшего размера конструкции и 3/4 зазора между стержнями рабочей арматуры. В смеси для изготовления плит и пустотелых изделий можно вводить до 50 % зерен, размер которых равен половине толщины плиты. б) Назначение зернового состава смеси заполнителей. Применение только крупного заполнителя позволяет получить легкий бетон с минимальной средней плотностью, но сравнительно невысокой прочностью (крупнопористый легкий бетон). Наиболее прочный легкий бетон можно получить путем рационального выбора зернового состава заполнителя. Зерновой состав назначают предварительно по графикам или таблицам (табл. 6.6), а затем уточняют путем изготовления серий опытных образцов на заполнителях различного зернового состава. в) Выбор предварительных расходов вяжущего и добавок для изготовления пробных замесов. Расход цемента, необходимый для получения легкого бетона требуемого класса по прочности, определяют после установления зависимости Rg=f(Ц) и yб=f(Ц). С этой целью приготавливают образцы из бетона с различным расходом цемента при требуемом расходе воды (смотри ниже) и испытывают их. По результатам испытаний строят графики, по которым определяют, сколько нужно взять цемента, чтобы получить легкий бетон требуемой прочности и плотности. г) Определение расхода воды по требуемой удобоукладываемости бетонной смеси, отдельно для каждого зернового состава заполнителей и расхода цемента. Легкие бетоны на пористых заполнителях применяются для производства сборных бетонных и железобетонных конструкций, панелей, настилов, плит, крупных и мелких стеновых блоков, а также для изготовления монолитных конструкций, например наружных стен, которые возводятся в подвижной опалубке. Арболиты Арболитом называют бетон на минеральных вяжущих (портландцементе, гипсовом вяжущем и др.) и органических заполнителях -древесной стружке, опилках, костре льна, конопли и др. Преимущественно используют отходы обработки древесины - стружку и опилки. Древесина содержит вещества, замедляющие процессы гидролиза, гидратации клинкерных минералов портландцемента, поэтому в цементный арболит вводят добавки - хлорид кальция, жидкое стекло, сернокислый глинозем с гидратной известью. He следует применять древесные отходы после длительного хранения на воздухе. По средней плотности в сухом состоянии (γ0) арболит подразделяют на два типа: конструкционный - γ0 = 500-850 кг/м3 и теплоизоляционный - γ0 < 500 кг/м3. Классы арболита по прочности - В5-В30, морозостойкость цементного арболита должна быть не менее F25. Регламентируется зерновой состав заполнителя, его содержание в арболите изменяется от 150 до 300 кг/м3. Расход портландцемента или гипсового вяжущего изменяется от 250 до 400 кг/м3. Для приготовления бетонных смесей используются смесители принудительного действия. Применяются различные способы формования изделий - прессование, экструзия и др. На наружную поверхность изделий из арболита наносится отделочный слой, обеспечивающий защиту от увлажнения. Из арболита изготавливают блоки и плиты для наружных и внутренних стен зданий, а также конструкции из монолитного легкого бетона. Цементно-стружечные плиты Цементно-стружечные плиты (ЦСП) изготавливают из смесей, содержащих древесную стружку и портландцемент. Толщина стружки - 0,2-0,3 мм, длина - 10-30 мм. Средняя плотность ЦСП - 1100-1300 кг/м3, предел прочности при сжатии и растяжении - 1,5-5,0 МПа. Такие плиты относятся к биостойким, трудносгораемым материалам. Сорбционная влажность плит - 10-20 % массы, при увлажнении они набухают, теплопроводность - 0,33-0,44 Вт/(м-°С), паропроницаемость - 0,23 нг/(н.ч.Па), звукоизолирующая способность - 45 дб. Плиты применяют для межкомнатных перегородок, оснований для рулонных и плиточных напольных материалов (линолеум), подвесных потолков, вентиляционных каналов. |
