ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Легкие бетоны с применением в них пористых заполнителей на­ходят в строительстве все большее применение. Конструкции из лег­ких бетонов позволяют улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу, успешно решить проблему объемного и многоэтажного строительства, а также стро­ительства в сейсмических районах страны. Применение легких бето­нов позволяет уменьшить стоимость строительства на 10—20%, сни­зить трудовые затраты на стройках до 50%, увеличить производите­льность труда на 20%. Развитие производства бетонов с применени­ем пористых заполнителей характерно как для нашей страны, так и зарубежного строительства. В нашей стране наиболее широко испо­льзуемым заполнителем являются керамзит, а также аглопорит, пер­лит и др. Керамзитовый гравий составляет до 80% общего объема современного производства искусственных пористых заполнителей. За рубежом более типичным легким заполнителем является термо­зит (шлаковая пемза).

Бетоны называются легкими, если в сухом состоянии их средняя плотность не выше 2000 кг/м³. Снижения их массы достигают в основном за счет облегчения заполнителя, иногда путем поризации "вяжущей части.

По пределу прочности при сжатии конструкционные легкие бе­тоны разделяют на классы В2; В2,5; В3,5; ...; В40 или на марки (МПа): М20; М35 и т. д. до М500. Теплоизоляционные легкие бето­ны разделяют на классы В0,35; В0,75; В1. По средней плотности в сухом состоянии существуют следующие марки легких бетонов: D200; D300; D400; ...; D2000. При испытаниях на морозостойкость легкие бетоны выдерживают от 25 до 500 циклов попеременного за­мораживания и оттаивания. По водонепроницаемости конструкци­онные легкие бетоны имеют те же марки, что и тяжелые бетоны.

В зависимости от назначения и технических свойств легкие бето­ны разделяют на конструкционные, применяемые для изготовления несущих конструкций (стены, перекрытия и др.); теплоизоляцион­ные, используемые в ограждающих слоистых конструкциях как утеплитель и для теплоизоляции, звукопоглощения; конструкцион­но-теплоизоляционные с прочностью 2,5—10 МПа — для огражде­ний.

Конструкционные легкие бетоны марок 150—400 получают на основе портландцемента марок 300—600 с применением керамзито­вого гравия (керамзитобетоны), аглопоритового щебня (аглопори-тобетоны) или шлаковой пемзы (шлакобетоны). В качестве мелкого заполнителя применяют природный песок, но может быть использо­ван и дробленый песок. Средняя плотность этих бетонов с примене­нием кварцевого песка составляет 1600—1800 кг/м³, что значительно меньше, чем при применении плотного заполнителя для получения тяжелого бетона той же прочности. Эффективность легких бетонов в данном случае особенно наглядна при сравнении их по коэффици­ентам конструктивного качества. Этот коэффициент, обозначенный ККК, равен отношению предела прочности бетона при сжатии к его средней плотности. При равной прочности у легкого конструктив­ного бетона в среднем он выше в 2400/1700 = 1,4 раза, поэтому лег­кие бетоны целесообразнее применять, чем тяжелые одинаковой прочности, в междуэтажных перекрытиях отапливаемых зданий, в проезжей части мостов, в железобетонных конструкциях с обычной и предварительно напряженной арматурой (балки, прогоны, лест­ничные марши и площадки и т. п.). Широкому применению конст­руктивных легких бетонов в наружных конструкциях способствует высокая морозостойкость (Мрз35 и выше), а при использовании для гидротехнических сооружений их морозостойкость увеличивают до 300 и выше, что достигается введением некоторых добавочных ве­ществ (ПАВ). Теплопроводность этих бетонов в сухом состоянии равна 0,35—0,60, а в стене 0,6—0,8 Вт/(м∙К), тогда как у тяжелых она равна 1,25—1,55 Вт/(м∙К).

Теплоизоляционные легкие бетоны имеют невысокую среднюю плотность — ниже 500 кг/м³ и обладают также хорошими теплоза­щитными свойствами, так как в сухом состоянии их теплопровод­ность находится ниже 0,20 Вт/(м∙К). Положительные свойства теп­лоизоляционных легких бетонов позволяют использовать их в конструкциях как достаточно надежную теплоизоляцию.

Бетоны средних марок (по прочности) обладают средней плот­ностью в пределах 500—1400 кг/м³ и теплопроводностью до 0,5— 0,6 Вт/(м∙К) и поэтому с большим успехом совмещают функции кон­структивного и теплоизоляционного материала (конструкцион­но-теплоизоляционного бетона). Величину средней плотности и прочность легкого бетона регулируют в основном подбором соот­ветствующего заполнителя — природного или искусственного. Так как цементный камень значительно утяжеляет бетон, то его содер­жание стремятся довести до минимума, а макроструктуру прибли­зить к контактной при данной технологии его формирования. В свя­зи с этим для легких бетонов используют пористый заполнитель, особенно тот, который сохраняет прочность на достаточном уров­не. В общей формуле (9.3) прочности бетона значение показателя степени п быстро увеличивается с понижением прочности заполни­теля, уменьшением его средней плотности. Наиболее часто в легких бетонах применяют заполнители в виде щебня, гравия и песка из природных материалов — пемзы, вулканического туфа, ракушечни­ка, известкового туфа и др. и из искусственных — шлаковой пемзы (термозита), керамзита, аглопорита, вакулита, шунтизита (вспученные при нагревании шунгитовые сланцы), вспученных перлитов и вермикулитов и др. По средней плотности они находятся в широком диапазоне марок — от 100 до 1200 и более. Прочность этих зерни­стых заполнителей обычно оценивают по величине напряжения при раздавливании их в металлических цилиндрах, и она колеблется от 0,4 до 20 МПа.

В легком бетоне может быть использован не только минераль­ный, но и органический заполнитель — древесная дробленка, оду-бина, костра, гранулированный пенополистирол и т. п. Размер зерен заполнителя равен 1,25—40 мм. Получаемую разновидность легкого бетона (арболит) используют как стеновой материал в жилищном строительстве.

Вяжущим веществом в легких бетонах служат обычный или быстротвердеющий портландцемент, а в отдельных случаях шлакопор-тландцементы. Арболит иногда изготовляют и на основе высоко­прочного гипса, но чаще — портландцемента.

Подбор состава, приготовление, укладка и уплотнение бетонной смеси, уход за бетоном, например в покрытиях, не отличается от тех же операций, принятых в технологии тяжелых бетонов.

Общий метод проектирования состава ИСК в полной мере рас­пространяется также на легкие бетоны, хотя по аналогии с тяжелы­ми имеются другие, специфические методы подбора состава легкого бетона, основанные на детально изученных частных закономерно­стях. Одна из таких частных закономерностей весьма близка к об­щему закону створа. Она была детально изучена проф. Н.А. Попо­вым и представлена в теории легких бетонов. Было отмечено, что при данном составе легкого бетона его прочность связана с количе­ством воды, добавляемой к смеси. По мере прибавления воды проч­ность бетона увеличивается и максимум прочности достигается при оптимальной добавке воды. Пройдя через максимум, при дальней­шем увеличении содержания воды прочность бетона снижается под влиянием снижения его плотности. Установлено, что наибольшая прочность и оптимальная подвижность получаются при добавлении воды в количестве, при котором коэффициент выхода уплотненной смеси становится наименьшим. Показано, что на эту зависимость влияют технологические факторы. Характер расположения экстре­мумов свойств легкого бетона (прочности, подвижности, коэффици­ента выхода) на одной вертикальной линии остается неизменным (рис. 9.15), отражая общий закон створа, открытый значительно по­зже этой важной частной зависимости.

Как отмечалось выше, наибольшее применение у нас в стране по­лучили легкие бетоны с керамзитом, т. е. керамзитобетон, реже — аглопоритобетон, шунгизитобетон и др. Нередко вводят в бетон еще более легкие заполнители; например перлит в виде песка. Известное распространение получил поризованный керамзитобетон с вспученным перлитовым песком. Последний вносят в ограниченном количе­стве (до 0,2 м³ на 1 м³ бетона), что обеспечивает получение необходимой плотности бетона. Новой разновидностью служит и азе-ритобетон (азерий—новая разновидность вспученного заполнителя).

Независимо от разновидности заполняющей части на легкие бе­тоны полностью распространяются общие закономерности оптима­льных структур (рис. 9.16). Среди разновидностей легких бетонов следует выделить крупнопористый и поризованный бетоны.

Крупнопористый,или беспесчаный бетон,относится к экономич­ным и эффективным. Для его производства требуются сравнительно небольшие капиталовложения, небольшой расход цемента и в основ­ном местные заполнители. Этот легкий бетон малотеплопроводен, что снижает расход топлива на отопление помещений в зданиях. Он не со­держит песка, что обусловливает его крупнопористое строение.

В качестве заполнителя в крупнопористых бетонах используют щебень или гравий размером от 5 до 40 мм, которые могут быть плотными и пористыми, например керамзит, кирпичный бой и др. Как отмечено, в этом бетоне ограниченное содержание портландце­мента (120—150 кг/м³), что приводит к получению бетона сравните­льно невысоких марок — 15, 25, 35, 50, 75 и 100. При введении плас­тифицирующих добавок можно еще больше снизить расход цемента, до 80—100 кг/м³.

Крупнопористый бетон используют как стеновой материал в зданиях высотой до четырех этажей, которые оштукатуривают, что­бы избежать продуваемости ограждающих конструкций.

Поризованные бетоны отличаются тем, что содержат не только легкий заполнитель, но и специально поризованныи матричный ма­териал (цементный камень). Для этого в состав бетона вводят пори-зующие вещества с образованием пены, причем замкнутые поры за­полняются воздухом. Поризованныи бетон изготовляют из цемента, минерального порошка (природного, тонкомолотого гранулиро­ванного шлака, горелых пород и др.) путем смешения их с предварительно подготовленной вспененной массой из воды и пенообразо­вателя, например смолосапонинового, получаемого из мыльного корня. Проектный состав такой массы устанавливают в лаборато­рии в соответствии с общим методом проектирования состава ИСК по качеству или с применением ЭВМ.

Эти разновидности легких бетонов обладают улучшенными теп­лотехническими свойствами и поэтому применяются как теплоизо­ляционный или конструктивно-теплоизоляционный материал в сте­новых ограждающих конструкциях. Следует, однако, отметить, что поризованныи бетон при его изготовлении требует дополнительных трудозатрат и применяется реже.