Бетони нового покоління

    Бетони застосовують для різних видів конструкцій, виготовлених на заводах: збірного залізобетону, так зводяться безпосередньо на місці експлуатації (у гідротехнічному, дорожньому будівництві і т. д.).

    У залежності від області застосування розрізняють: звичайний бетон для залізобетонних конструкцій (фундаментів, колон, балок, перекриттів, мостових та інших типів конструкцій); гідротехнічний бетон для дамб, шлюзів, облицювання каналів, водопровідно-каналізаційних споруд і т. д.; бетон для обгороджувань (легкий); бетон для підлог, тротуарів, дорожніх і аеродромних покриттів; бетони спеціального призначення, наприклад жаротривкий, кислотостійкий, для радіаційного захисту та ін

    У залежності від призначення бетони повинні відповідати певним вимогам. Бетони для звичайних залізобетонних конструкцій повинні мати задану міцність, головним чином при стисненні. Для конструкцій, що знаходяться на відкритому повітрі, важлива ще морозостійкість. Бетони для гідротехнічних споруд повинні володіти високою щільністю, водонепроникністю, морозостійкістю, достатньою міцністю, малою усадкою, стійкістю проти витравлюючої дії фільтруючих вод, в ряді випадків стійкістю по відношенню до дії мінералізованих вод і незначно виділяти теплоту при твердінні. Бетони для стін опалювальних будівель і легких перекриттів повинні мати необхідну міцність, теплопровідність, бетони для підлог - малої стираністю і достатньою міцністю при вигині, а бетони для дорожніх і аеродромних покриттів - ще і морозостійкістю.

    До бетонів спеціального призначення пред'являються вимоги, обумовлені особливістю їхньої служби. Загальні вимоги до всіх бетонів і бетонних сумішей наступні: до твердіння бетонні суміші повинні легко перемішуватися, транспортуватися, укладатися (володіти рухливістю і легкоукладальністю), не розшаровуватися; бетони повинні мати певну швидкість твердіння у відповідності з заданими термінами розпалубки і введення конструкції або споруди в експлуатацію ; витрата цементу і вартість бетону повинні бути мінімальними.

    Отримати бетон, що задовольняє всім поставленим вимогам, можна при правильному проектуванні складу бетону, належному приготуванні, укладанні та ущільненні бетонної суміші, а також при правильному дотриманні бетону в початковий період його твердіння.

    Якщо вид і вимоги до властивостей бетону встановлюють у залежності від виду і особливостей конструкції і умов її експлуатації, то вимоги до бетонної суміші визначаються умовами виготовлення конструкції, її технологічними особливостями (густотою армування, складністю форми та ін), застосовуваним устаткуванням [3].

 

 

 

 

2. Ніздрюваті бетони

 

    Ніздрюватими бетонами називають штучні кам'яні матеріали, що складаються з затверділої в'яжучої речовини (або суміші в'яжучого і заповнювача) з рівномірно розподіленими в ньому повітряними осередками.

    Вперше пористі бетони були отримані в кінці XIX ст. Промислове виробництво їх почалося в 20-х роках ХХ сторіччя. У 1924 р. у Швеції був запропонований спосіб отримання газобетону на основі цементу, вапна і різних добавок із застосуванням як газо утворюючого агента алюмінієвої пудри. Дещо пізніше в Данії був винайдений пінобетон. У 30-х роках були запропоновані способи одержання ніздрюватих бетонів на основі цементу, вапна і меленого кварцового піску з подальшою автоклавною обробкою формованих виробів.

    У нашій країні освоєно випуск широкої номенклатури виробів з ніздрюватих бетонів.

    Відомо багато типів пористих бетонів, відмінних різними способами отримання пористої структури, видами в'яжучої речовини, умовами формування, твердіння і т.д.

    Ніздрюваті бетони класифікуються в першу чергу за способом отримання пористої структури на газобетони і пінобетони. Отримання пористої структури можливо також шляхом випаровування значної кількості залученої води.

    По виду в'яжучого можуть бути отримані наступні пористі бетони:

         - На основі цементу - пінобетон і газобетон;

         - На основі  вапняного в'яжучого - піносіліката і газосилікат;

         - На основі  магнезиального в'яжучого - піномагнезит і газомагнезіт;

         - На основі гіпсового в'яжучого  - піногипса і газогіпс.

    Часто найменування "пінобетон" і "газобетон" застосовують для позначення ніздрюватих бетонів і силікатобетон незалежно від основного виду в'яжучого. Ніздрюваті бетони можуть розглядатися як звичайні бетони, в яких роль великого і, частково, дрібного заповнювача виконують повітряні бульбашки. Такі бетони зазвичай називають просто ніздрюватими. Іноді до складу ніздрюватого бетону вводять великий заповнювач у вигляді шлакової пемзи, перліту, вермикуліту, керамзиту або інших спучених матеріалів. Такі бетони прийнято називати ніздрювато-легкими.

    Ніздрюваті бетони підрозділяються по способу твердіння. Розрізняють пористі бетони природного та штучного твердіння. Ніздрюваті бетони природного твердіння набирають міцність при зберіганні в звичайних атмосферних умовах, а штучного - при їх обробці в умовах підвищених температур під впливом водяної пари. Обробка називається автоклавною при тиску пари більше 1 ат і температурі вище 100 ° і неавтоклавною, якщо тиск пари менше 1 ат і температура в межах 25-100 °. Відповідно і комірчасті бетони підрозділяються на автоклавний і неавтоклавний.

    Вироби з ніздрюватих бетонів в залежності від вимог, що пред'являються до їх несучої здатності, можуть бути армованими і неармованими.

    В даний час ніздрюваті бетони застосовуються в різних частинах будівель і споруд та виконують всілякі функції. В залежності від властивостей і області застосування ніздрюваті бетони діляться на теплоізоляційні й теплоізоляційно-конструктивні.

    Теплоізоляційні пористі бетони відрізняються малим об'ємним вагою (менше 1000 кг/м3), низьким коефіцієнтом теплопровідності і достатньою міцністю [4].

    У будівництві застосовуються різні вироби з пористих бетонів: панелі, блоки і камені для зовнішніх і внутрішніх стін і перегородок, плити для утеплених покрівель промислових споруд, шкаралупи і сегменти для теплоізоляції трубопроводів, блоки для утеплення і т. д. Вироби з ніздрюватих бетонів випускають різних розмірів як суцільні, так, і пустотілі.

    Фізико-механічні властивості пористих бетонів залежать від способів утворення пористості, рівномірності розподілу пір, їх характеру (відкриті, сполучені чи замкнуті), виду в'яжучого, умов твердіння, вологості і багатьох інших технологічних чинників.

    Властивості міцносні пористих бетонів залежать у великій мірі від виду в'яжучого та умов тверднення. Найбільш міцними є автоклавні ніздрюваті бетони, їх міцність перевищує міцність пористих бетонів природного твердіння в 8-10 разів.

    Міцність матеріалу стінок пористого бетону визначається кількістю води замішування. При твердінні пористого бетону на основі портландцементу тільки певна частина води бере участь в процесі твердіння. Кількість зв'язаної води при гідратації цементу залежить від його мінералогічного складу і в середньому складає 15-20% від ваги цементу.

    Для ніздрюватих бетонів, до складу яких входить поряд з в'яжучими певна кількість тонкодисперсних добавок, замість водоцементного відношення прийнято визначати так зване водотвердне ставлення. Водотвердний фактор - це відношення замішування води до суми твердих речовин - в'яжучої і добавок. Він впливає певною мірою на міцність матеріалу стінок пористого бетону. У міру збільшення водо-твердних відносин міцність пористих бетонів зменшується. Цієї залежності підкоряються пористі бетони на основі будь-якого в'яжучого.

    Засобом підвищення міцності є зменшення водотвердних відносини та застосування в технології вібрації як в період приготування розчинів, так і при вздуття (для газобетонів). Вібраційні впливи викликають збільшення рухливості цементного тесту, розчинів і бетонів і дозволяють знижувати водотвердне ставлення. Іншим засобом підвищення міцності виробів з ніздрюватих бетонів є армування. Комірчасті армовані вироби мають досить велику міцність - 75 кг/см2і більш.

    Теплофізичні властивості пористих бетонів залежать від їх вологості. Тому одним з основних властивостей, що характеризують пористі бетони, є водопоглинання. Водопоглинання пористих бетонів залежить від виду в'яжучого речовини: бетони на основі вапна, каустичної магнезиту, каустичного доломіту і гіпсу мають більше водопоглинання, ніж бетони на портландцементі.

    Важливою властивістю для пористих бетонів є усадка. Вироби з неавтоклавного бетону дають велику усадку, ніж з автоклавних. Піногипс і піномагнезит практично не дають усадки.

    Температуростійкість ніздрюватих бетонів невисока. Для автоклавних пінобетону і піносилікату, а також для безавтоклавного пінобетону гранично припустимими температурами є 300-400 ° [5]. При подальшому підвищенні температури має місце дегідратація новоутворень цементного каменю, внаслідок чого різко знижується міцність бетонів. Для піно - і газосилікатів при впливі високих температур основним руйнівним чинником є ​​модифікаційним перетворення кварцу (при 575 °). Перехід кварцу з бета-модифікації в альфа-модифікацію супроводжується збільшенням його об'єму і викликає утворення в бетоні тріщин. На міцності пінобетону і піносиліката позначається не тільки температура, але і швидкість нагрівання виробів. Швидкий нагрів швидше призводить до появи тріщин, ніж повільний нагрів до тієї ж температури.

    Піномагнезит при підвищенні температури вище 200 ° має меншу міцність, а при температурі вище 350 ° він починає руйнуватися. Це властивість піномагнезіта визначається відношенням до нагрівання кристалічної хлорокісі магнію.

    Температуростійкість піногіпсу незначна, при температурі вище 50-60 його застосовувати не слід; подальше підвищення температури викликає дегідратацію двуводного гіпсу.

    Для застосування при температурах від 400 до 700 ° розроблені спеціальні рецептури жаротривкого пінобетону. Жаротривкий пінобетон виготовляють з портландцемента, золи - винесення теплових електростанцій, піноутворювача і води. Жаротривкий пінобетон твердне в природних умовах.

    Внаслідок невисокої температуростійкості ніздрюваті бетони відносяться до ізоляційно-будівельним матеріалам і застосовуються для ізоляції огороджувальних конструкцій будівель і споруд.

    В даний час ведуться дослідження по розробці способів зниження величини усадки, збільшення міцності пінобетону шляхом введення до складу бетону спеціальних добавок.

    Добавка мікрокремнезема в кількості 2-5% приводить до ущільнення структури за рахунок заповнення вільних просторів [2].

    Для ніздрюватих бетонів середньою щільністю від 400 до 800 кг/м3 рядовий неавтоклавний пінобетон має клас бетону по міцності на один-два пункти нижче, ніж бетон автоклавний. Модифікований неавтоклавний пінобетон, що містить мікрокремнезем, має клас по міцності рівний автоклавного ніздрюватого бетону.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Застосування мікрокремнезема в якості добавки

 

 

    Мікрокремнезем знайшов застосування в світовій будівельній індустрії, а саме для отримання бетонів нового покоління зі спеціальними властивостями:

   - Отримання зверхвисокостійких і високоміцних бетонів (міцність на стиск 80-100 МПа, а також до 240 МПа при автоклавної обробці);

   - Отримання бетонів  підвищеної довговічності (стійкості  до сульфатної і хлоридної  агресії, впливу слабих кислот, морській воді, низьких і високих  температур); добавка мікрокремнезема підвищує водонепроникність на 25-50%, сульфатостойкість на 90-100%; добавка 6% мікрокремнезема забезпечує отримання бетону марки за морозостійкістю F300 при В / Ц = 0,45 [4];

   - Отримання бетонів  з високою міцністю в ранньому  віці (так, при витраті цементу і пилу відповідно 594 і 100 кг/м3 отримують бетон з міцністю: 1 добу - 63 МПа, 28 діб - 124 МПа, 1 рік - 127 МПа;

   - Використання  мікрокремнезема дозволяє економити  до 50% цементу в бетонах без  втрати їх технологічних властивостей.

    Із застосуванням мікрокремнезема побудований цілий ряд споруд, таких як комплекс висотних будівель в Чикаго, тунель під Ла-Маншем, міст через протоку Нортумберленд в Канаді, бурові платформи в Норвезькому морі, автомобільні дороги високого класу і т.д..

    Мікрокремнезем отримують при високотемпературній обробці кремнеземомістких вихідних матеріалів, пов'язаної з процесом сублімації оксидів кремнію. При конденсації возгона в процесі охолодження утворюється дрібнодисперсний коллоїдообразний, здебільшений аморфний матеріал. Переважаючий розмір часток мікрокремнезема від 1 до 0,01 мкм і менше. Рентгеноструктурним аналізом встановлено наявність в мікрокремнеземі оксиду кремнію у вигляді коусіта - SiO, що надає йому високу хімічну активність у водних середовищах.

    Мікрокремнезем являє собою дуже дрібні кулясті частинки аморфного кремнезему з середньою питомою поверхнею близько 20 м2 / г [6].

    Високі властивості мікрокремнезема покращують такі характеристики бетону, як міцність на стиск, міцність зчеплення, зносостійкість, морозостійкість, хімічну стійкість і значно знижують проникність. Це дозволяє тривалий час протистояти зовнішнім природним і виробничим впливам (середовищах).

    Крім того, мікрокремнезем активно застосовується у виробництві сухих будівельних сумішей, пінобетонах, бетону, гуми, керамік, облицювальних плит і черепиці, вогнетривких мас; для мостобудування, дорожнього будівництва, при зведенні житлових і виробничих об'єктів, гребель і дамб, бурових платформ і свердловин, колекторних трас і т. д. [7].