Лекгие бетоны

     При объеме вовлеченного воздуха 12 % плотность керамзитобетона уменьшается на 100-150 кг/м3 при керамзитовом песке и на 200-250кг/м3 при кварцевом. Воздухововлечение не только снижает плотность бетона, оно позволяет пластифицировать бетонные смеси и при объеме воздуха 8-12 % уменьшить расход воды на 30-40 л/м3.Поризация растворной составляющей легких бетонов способствует получению более связанной и нерасслаивающейся бетонной смеси.

3.3 Керамзитобетон повышенной прочности

     Изготовляют М200 и выше и применяют в основном для конструкций покрытий и перекрытий гражданских и промышленных зданий, а также трехслойных стеновых панелей, балок, опор ЛЭП и других конструкций.

     При его производстве желательно применение керамзита повышенной прочности. Обычно используют керамзит фракций 5-10 или 2,5-10 мм.При повышенной прочности керамзита применяют фракцию 5-20 мм. Для достижения минимальной межзерновой пустотности в ней желательно около 70% зерен 10-20 мм и 30% - 5-10 мм. Марка керамзита по прочности выбирается в зависимости от марки керамзитобетона. Для получения керамзитобетона, например М200, марка керамзита по прочности может быть в пределах П100-П250, а М400- марка керамзитаП250-П350.

     Для получения высокопрочного керамзитового гравия применяют глины с содержанием не более 70 % Si02, 12% А12Оз и 10%(Fе20з+FеО). По мере повышения в сырье содержания оксида алюминия улучшается его качество. Для увеличения в сырье содержания А12О3в шихту вводят добавки зол, тугоплавких глин. При необходимости вводят также железосодержащие добавки, а также катализаторы кристаллизации стеклофазы (двуокись титана, пирит и др.). Особенно важно при получении керамзита высокой прочности подобрать оптимальный режим обжига, обеспечивающий получение вспученного гравия без остаточных напряжений и с максимально закристаллизованной стеклофазой.

     Керамзитобетон повышенной прочности приготавливают при низких значениях. В/Ц на высокопрочных цементах. Для уменьшения расхода водыприменяют пластификаторы и супер пластификаторы.

     Легкие бетоны М200-500 можно получать с использованием не только керамзитового гравия, но и щебня из аглопорита, шлаковой пемзы, а также естественных заполнителей из туфа, пемзы, вулканических шлаков и пористых известняков.

3.4 Крупнопористый бетон

     Крупнопористый бетон характеризуется полным или частичным отсутствием песка и ограниченным расходом цемента, достаточным лишь для обволакивания зерен крупного заполнителя тонким слоем цементного теста. Структура этого бетона отличается наличием открытых пор, образующихся из межзерновых пустот крупного заполнителя, не заполненных вяжущим веществом. Такая структура предопределяет особые свойства бетона: сравнительно небольшие плотность, прочность, но одновременно малую теплопроводность.

     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 3-4раза. 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 откоторого 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 опалубкулегким трамбованием, штыкованием или кратковременным вибрированием, не вызывающим расслоение. Плотность крупнопористого бетона составляет 400-1200 кг/мЗ.

     Она определяется в основном плотностью заполнителя и расходом составляющих на 1 м3 бетона. Однофракционный заполнитель в среднем на10% 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.

3.5 Ячеистый бетон

     Ячеистый бетон - это особо легкий бетон с большим количеством (до 85% от общего объема бетона) мелких и средних воздушных ячеекразмером 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 пропариваниипод давлением 0,8...1 МПа. Автоклавные ячеистые бетоны изготовляют из следующих смесей: а) цемента с кварцевым песком, при этомчасть 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 срокнеобходимая 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 характеризуетсявысокой пористостью и дисперсностью. Эти особенности свойств золы способствуют повышенной влагоемкости и замедленной водоотдачебетона, 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-уносдолжна 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 используютнесколько видов поверхностно-активных веществ, способствующих получению устойчивых пен.

Клееканифольный пенообразователь приготовляют из мездрового или костного клея, канифоли и водного раствора едкого натра. Этотпенообразователь при длительном взбивании эмульсии дает большой объем устойчивой пены. Он несовместим с ускорителями тверденияцемента 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 стабилизатораувеличивает стойкость пены. Этот пенообразователь сохраняет свои свойства при нормальной температуре и влажности воздуха около 1мес.

     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 частицуалюминия, придавая ему гидрофобность. Такая пленка препятствует осаждению пудры в воде и образованию водой суспензии. Поэтомуалюминиевую 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 пенообразователязамедляет газообразование, уменьшает количество выделяемого газа, приводит к меньшим дефектам структуры бетона. Расходповерхностно-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, характеризуемуюостатком 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 равномернораспределенными 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 б

3.6 Легкие бетоны с  использованием отходов промышленности

     Использование отходов промышленности в производстве конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов позволяет значительно повысить эффективность легкого бетона и снизить его себестоимость за счет уменьшения стоимости заполнителей и расходацемента. Кроме того, замена таких дорогостоящих и дефицитных искусственных пористых заполнителей как керамзитовый гравий, аглопорит, керамзитовый песок позволяет уменьшить топливно-энергетические и материальные затраты, связанные с производством легкого бетона.Например, золы и золошлаковые смеси ТЭС могут применяться в качестве заменителя мелкого заполнителя а легком бетоне как в натуральном виде, так и в смеси с искусственным мелким пористым заполнителем, например, керамзитовым песком. С использованием золТЭС в качестве мелкого заполнителя возможно получать керамзитобетоны классов В 3.5...15 при экономии цемента 10...25%.