Заполнители для легких бетонов

Крупнопористые легкие бетоны применяют  для ограждающих конструкций, дренажей, фильтров и других элементов гидротехнических сооружений. Толщина стен из крупнопористого бетона уменьшается по сравнению с кирпичными в 1,5-2 раза, а масса 1 м² стены - в 3-4 раза. Дренажи и фильтры из крупнопористого бетона примерно на 30% дешевле аналогичных конструкций из сыпучих материалов.

Для изготовления крупнопористого  бетона желательно применять однофракционный  заполнитель, прочность зерен которого в 1,5-2 раза превышает марку бетона. Причем предпочтение отдают природным  и искусственным пористым заполнителям с низким модулем упругости, близким к модулю упругости цементного камня.

Для каждого состава крупнопористого  бетона, отличающегося расходом цемента, существует оптимальное значение В/Ц, отклонения от которого снижают прочность в большей степени, чем для обычного бетона. В бетонной смеси с оптимальным В/Ц цементное тесто должно полностью обволакивать зерна заполнителя и не стекать с них при укладке бетона. Крупнопористый бетон укладывают в форму или опалубку легким трамбованием, штыкованием или кратковременным вибрированием, не вызывающим расслоение.

Плотность крупнопористого бетона составляет 400-1200 кг/м^З.

Она определяется в основном плотностью заполнителя и расходом составляющих на 1 м³ бетона. Однофракционный заполнитель в среднем на 10% легче заполнителя с непрерывной гранулометрией. С увеличением крупности заполнителя плотность бетона также уменьшается. Прочность этого вида бетона при сжатии обычно не превышает 5-7 МПа и также как и обычного тяжелого прямо пропорциональна активности цемента. Увеличение количества цементного камня в крупнопористом бетоне сказывается положительно на прочность до тех пор, пока приводит к упрочнению контактов, соединяющих зерно заполнителей. Избыточное содержание цементного камня, находящегося в межзерновых пустотах, прочность бетона не увеличивает.

Крупнопористые бетоны имеют достаточно высокую морозостойкость, чему способствует наличие плотной оболочки цементного камня вокруг зерен заполнителя. При использовании различных заполнителей морозостойкость крупнопористого бетона достигает 50-100 циклов.

 

2.5 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:

 а) механическим путем, когда  тесто, состоящее из вяжущего  и воды, часто с добавкой мелкого  песка, смешивают с отдельно  приготовленной пеной; при отвердении  получается пористый материал, называемый  пенобетоном; 

б) 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 300... 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.

Уже давно широко развивается производство изделий  из автоклавных ячеистых бетонов, т. е. твердеющих в автоклавах при пропаривании под давлением 0,8...1 МПа. Автоклавные ячеистые бетоны изготовляют из следующих смесей: а) цемента с кварцевым песком, при этом часть песка обычно размалывают: б) молотой негашеной извести с кварцевым частично измельченным песком; такие ячеистые бетоны называют пеносиликатами или газосиликатами; в) цемента, извести и песка в различных соотношениях. Песок в этих изделиях может быть заменен золой. Тогда получают пенозолобетон или газозолобетон. Портландцемент применяют алитовый (Сз5>50%), низко- и среднеалюминатный (С3А= 5...8%) с началом схватывания не позднее чем через 2 ч.

Для ячеистых бетонов  неавтоклавного твердения применяют  цементы не менее М400. При этих условиях достигается в короткий срок необходимая устойчивость ячеистой массы до ее тепло-влажностной обработки. Применять пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент, отличающиеся замедленными сроками схватывания, без опытной проверки не рекомендуется. Они могут явиться также причиной повышенной усадки ячеистой массы после заполнения формы.

Для автоклавного ячеистого бетона наиболее целесообразно  использовать портландцемент совместно  с известью-кипелкой (смешанное вяжущее) в отношении 1: 1 по массе. Для приготовления  автоклавных ячеистых бетонов применяют известь с содержанием активной СаО не менее 70%, MgO не более 5%, высокоэкзотермическую с температурой гашения около 85°С. Тонкость помола молотой извести-кипелки должна быть не ниже 3500... ... 4000 см²/г.

В качестве кремнеземистого 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.

Зола-унос, применяемая вместо молотого песка, отличается неоднородностью химико-минералогического состава. Зола характеризуется высокой пористостью и дисперсностью. Эти особенности свойств золы способствуют повышенной влагоемкости и замедленной водоотдаче бетона, его пониженной трещиностойкости. К преимуществам золы по сравнению с песком можно отнести возможность применения ее в отдельных случаях без предварительного размола. Это позволяет получать изделия меньшей плотности, чем с кварцевым песком. Зола-унос должна содержать кремнезема не менее 40%; потеря в массе при прокаливании в золах, получаемых при сжигании : антрацита и каменного угля, не должна превышать 8%, а для остальных зол — 5%; удельная поверхность — 2000...3000 см²/г. Другие кремнеземистые алюмосиликатные и кальциево-алюмосиликатные компоненты (трепел, трассы, опока и др.), характеризующиеся повышенной водопотребностью, для таких бетонов почти не используют.

Для образования  ячеистой структуры бетона применяют  пенообразователи и газообразователи. В качестве пенообразователей используют несколько видов поверхностно-активных веществ, способствующих получению устойчивых пен.

Клееканифольный пенообразователь приготовляют из мездрового или костного клея, канифоли и водного  раствора едкого натра. Этот пенообразователь при длительном взбивании эмульсии дает большой объем устойчивой пены. Он несовместим с ускорителями твердения цемента кислотного характера, так как они вызывают свертывание клея. Хранят его не более 20 суток в условиях низкой положительной температуры.

Смолосапониновый пенообразователь приготовляют из мыльного корня и воды. Введение в него жидкого стекла в качестве стабилизатора увеличивает стойкость пены. Этот пенообразователь сохраняет свои свойства при нормальной температуре и влажности воздуха около 1 мес.

Алюмосульфонафтеновый пенообразователь получают из керосинового контакта, сернокислого глинозема и  едкого натра. Он сохраняет свои свойства при положительной температуре  до 6 мес.

Пенообразователь ГК готовят из гидролизованной боенской крови  марки ПО-6 и сернокислого железа. Его можно применять с ускорителями твердения. Этот пенообразователь сохраняет  свои свойства при нормальной температуре  до 6 мес.

Расход пенообразователя для получения пены составляет: клееканифольного — 8... 12%; смолосапонинового — 12... 16;

алюмосульфонафтенового—16... 20 и пенообразователя ГК — 4...6% от количества воды. Смесь  из двух пенообразователей (например, ГК и эмульсии мыльного корня в  соотношении 1 : 1) позволяет получить более устойчивую пену, но это несколько усложняет технологию.

В качестве газообразователя в производстве газобетона и газосиликата применяют  алюминиевую пудру, которую выпускают  четырех марок. Для производства газобетона используют пудру марки ПАК-3 или ПАК-4 с содержанием активного алюминия 82% и тонкостью помола 5000... 6000 см²/г. Расход алюминиевой пудры зависит от плотности получаемого газобетона и составляет 0,25... 0,6 кг/м³.

При производстве алюминиевой пудры  для защиты ее от окисления вводят парафин, который обволакивает тонкой пленкой каждую частицу алюминия, придавая ему гидрофобность. Такая пленка препятствует осаждению пудры в воде и образованию водой суспензии. Поэтому алюминиевую пудру (слой толщиной 4 см) предварительно в течение 4 ... 6 ч прокаливают в электрических печах при температуре 200 ... 220°С.

Применяют также способ приготовления  суспензии с растворами поверхностно-активных веществ (канифольного мыла, мылонафта сульфанола, СДБ и др.), которые придают чешуйкам пудры гидро-фильность. Обработка пудры растворами СДБ или смолосапонино-вого пенообразователя замедляет газообразование, уменьшает количество выделяемого газа, приводит к меньшим дефектам структуры бетона. Расход поверхностно-активной добавки (в пересчете на сухое вещество) составляет около 5% от массы пудры.

Для замедления скорости гашения молотой  извести-кипелки добавляют двуводный  гипс. Он должен иметь тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 02 не более 3%. Допускается применять  полуводный гипс вместе с добавкой поташа. Использование для этой цели других добавок (кератинового замедлителя, животного клея, поверхностно-активных добавок), менее эффективно.

При определении состава ячеистого  бетона необходимо обеспечить заданную плотность и его наибольшую прочность при минимальных расходах порообразователя и вяжущего вещества. При этом структура ячеистого бетона должна характеризоваться равномерно распределенными мелкими порами правильной шаровидной формы.

Плотность ячеистого бетона и его  пористость зависят главным образом от расхода пороообразователя и степени использования его порообразующей способности. Некоторое влияние на них оказывают температура смеси и количество воды, принятое для затворения смеси, т. е. водотвердое отношение В/Т (отношение объема воды к массе вяжущего вещества и кремнеземистой добавки). Увеличение В/Т повышает текучесть смеси, а следовательно, улучшает условия образования пористой структуры, если обеспечивается достаточная пластичная прочность смеси к концу процесса газообразования. На рисунке приведена зависимость прочности ячеистого бетона от его плотности. Прочность ячеистого бетона зависит также от характера его пористости, размеров и структуры пор и прочности межпоровых оболочек. С увеличением В/Т до оптимального значения, обеспечивающего наилучшие условия формирования структуры смеси, прочность ячеистого бетона повышается. Прочность оболочек, в свою очередь, зависит от оптимального соотношения основного вяжущего и кремнеземистого компонента, В/Т, а также условий тепловлажностной обработки. Из этого следует, что применение, смесей с минимальным значением В/Т при условии образования высококачественной структуры (например, вибровспучиванием) позволяет получить ячеистый бетон более высокой прочности.

Зависимость прочности ячеистого бетона Rб от его плотности rб

 

 

 

 

 

 

 

 

                                          3. Сырьевые материалы

 

Для приготовления легких бетонов  применяют портландцемент, быстротвердеющий портландцемент и шлакопортланд-цемент.

В качестве заполнителей для легких бетонов используют природные и искусственные сыпучие пористые материалы с насыпной плотностью не более 1200 кг/м³ при крупности зерен до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/м³ при крупности зерен 5...40 мм (щебень, гравий).

При классификации пористых заполнителей различают пористые природные заполнители вулканические и осадочные, а искусственные - специально изготовленные и твердые отходы промышленности. В группу заполнителей вулканического происхождения входят щебень и песок из пемзы, вулканического шлака, туфа и туфовых лав. К заполнителям осадочного происхождения относятся пористые известняки и известковые туфы, опока, трепел, диатомиты. В качестве пористых заполнителей могут служить разнообразные· отходы промышленности: топливные и металлургические шлаки, зола-унос и золошлаковые смеси, керамический болт.

Специально изготовленными пористыми заполнителями являются керамзит и его разновидности (шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит и др.), аглопорит, шлаковая пемза, гранулированный шлак, вспученный перлит и вермикулит. Их специально· получают в виде гравия, щебня и песка в результате термической обработки глинистого, зольного, шлакового и другого минерального сырья.

В результате выделения газообразных продуктов за счет выгорания органических примесей и добавок, парообразования или других процессов происходит вспучивание минерального сырья при обжиге. При этом в процессе обжига его значительная часть переходит в расплав, который должен иметь определенную вязкость· для удерживания газообразных продуктов. Технологический процесс получения искусственных пористых заполнителей включает подготовку исходного сырья, его термическую обработку, дробление и сортировку.

Важнейшими показателями свойств пористых заполнителей являются насыпная плотность, плотность и прочность зерен, зерновой состав, водопоглощение, деформативность, морозостойкость,. стойкость против распада, теплопроводность.

         Наиболее широко в легких бетонах применяют крупный пористый заполнитель фракции 10-20 мм, а также возможно использование фракций 5-10 и 20-40 мм. Объем межзерновых пустот уменьшается по мере приближения к единице коэффициента формы заполнителя - отношения наибольшего размера зерна к наименьшему. Для гравия объем межзерновых пустот меньше, чем для щебня.

Водопоглощение заполнителя зависит как от величины общей пористости, так и от структуры парового пространства. Значительно снижает водопоглощение наличие на поверхности зерен оплавленной корочки. Для керамзитового гравия, имеющую такую корочку, объемное водопоглощение почти в два раза ниже, чем для щебня, который такой корочки не имеет.

Прочность пористых заполнителей определяют сдавливанием зерен в цилиндре стальным пуансоном на заданную глубину. При  этом находят величину напряжения, которая и принимается в качестве показателя условной прочности. Однако этот показатель зависит от формы зерен и пустотности смеси, поэтому применяют специальные коэффициенты для перевода условной прочности заполнителя к действительной прочности заполнителя, характеризующей его марку. Для пористых заполнителей установлено 11 марок по прочности: П25, П35, П50, П75, П100, П125, П150, П200, П250, П300 и П350.