Лёгкие бетоны общая характеристика

Лёгкие бетоны – это бетоны на пористом заполнителе. Свойства бетонов на пористых заполнителях: низкая плотность 5001800 кг/м³, пористость до 40%., теплопроводность 0,070,7 Вт/м ºC, прочность, морозостойкость. Применение пористых заполнителей позволяет повысить теплоизоляционные качества бетонов, уменьшить толщину стен, уменьшить массу зданий, снизить транспортные расходы.

Заполнители для лёгких бетонов делятся на природные и искусственные. Природные получают путём дробления пористых горных пород: известняк, доломит, песок и щебень из пемзы, вулканический шлак, туф (сцементировавшиеся вулканические породы). Эти породы имеют замкнутую пористость, изза чего водопоглощение оказывается небольшим.

Заполнители, получаемые при специальной обработке: вспученная при обжиге глина – керамзит, аглопорит, перлит (вулканическое стекло), вермикулит (гидрослюдяной слоистый силикат, продукт выветривания горного камня – биотовой слюды), гранулированные шлаки, зольный гравий.

По виду применяемого пористого заполнителя лёгкие бетоны делятся на: керамзитобетон, аглопоритбетон (из отходов сжигания угля), шлакобетон, пемзобетон и т.д. По структуре лёгкие бетоны бывают: обыкновенные (пористость до 6%), крупнопористые (без песка, пористость до 25%), поризованные лёгкие бетоны на основе вяжущего вещества и порообразователя.

По назначению: теплоизоляционные (ср.плотность 500 кг/м³, теплопроводность 0,25 Вт/м ºС) для теплоизоляционных плит; конструкционнотеплоизоляционные (плотность 5001400 кг/м³, прочность М35, теплопроводность 0,6 Вт/м ºС); конструкционные (плотность 14001800 кг/м³, прочность М50, морозостойкость F15 и выше) для несущих и самонесущих ограждений и конструкций.

Для лёгких бетонов не автоклавного твердения применяют портландцемент, шлакопортландцемент (цемент с доменными шлаками до 60% и гипсом 5%), пуццолановый цемент (с кремнеземистой добавкой вулканического происхождения, повышающей стойкость к разрушающему действию пресных и сульфатных вод).

Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционнотеплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители, приготовленные из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистирола (стиропорбетон) и др.

Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их разделяют на природные и искусственные. Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева или только рассева горных пород (пемзы, вулканического туфа, известняка ракушечника и др.).

Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные металлургические шлаки и др.). Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250800 кг/м3. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены.

Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность. Керамзит, обладающий высокой прочностью и легкостью, является основным видом пористого заполнителя. Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия (правда, в небольших количествах), а также по методу кипящего слоя, обжигом глиняных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия.

Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаждения расплава металлургических (обычно доменных) шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают, получая пористый щебень. Производство шлаковой пемзы распространено в районах развитой металлургией. Здесь себестоимость шлаковой пемзы ниже, чём керамзита.

Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 57 мм, иногда до 10 мм. Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов, обсидианов). При температуре 9501200 °С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме 1020 раз. Вспученный перлит применяют, для производства легких бетонов и теплоизоляционных изделий.

Топливные отходы (топливные шлаки и золы) образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. На основе золы выпускают зольный гравий. Топливные шлаки пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивания неорганических (в основном глинистых) примесей, содержащихся в угле.

Шлаки подвергаются частичному дроблению, рассеву и обогащению для удаления вредных примесей (несгоревшего угля, золы .и др.). На основе зол выпускают зольный и глинозольный гравий. Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья (с добавкой 810% топлива) на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются.

Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых сланцевых пород. Пористые заполнители, так же как и плотные, делят на крупные (пористый гравий или щебень) с размером кусков 540 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм. Пористый песок рассеивают на две фракций: до 1,2мм (мелкий песок) и 1,25 мм (крупный песок). Пористый щебень (гравий) следует разделять на фракции 510, 1020, 2040 мм. По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) пористые заполнители разделяют на марки 250….. 1100.

Качество легкого бетона оценивают двумя важнейшими показателями: классом по прочности и маркой по средней плотности. Легкий бетон плотной структуры по прочности на сжатие (МПа) имеет классы: В2,5…В40, по прочности на осевое растяжение (МПа) В0,8…В3,2.

Для теплоизоляционных бетонов предусматриваются классы: В0.35, В0,75, В1. Для легких бетонов запроектированных без учета классов, показатели прочности (кг/см3) характеризуют марками: М35М500.

Для изготовления высокопрочных легких бетонов (имеющих плотность 16001800 кг/м3) применяют более прочный пористый заполнитель (с насыпной плотностью 600800 кг/м3), а пористый песок частично или полностью заменяют плотным. В зависимости от плотности в сухом состоянии (кг/м3) легкие бетоны подразделяются на марки: Д200…Д2000.

Наиболее важной наряду с прочностью характеристикой легкого бетона является плотность. В зависимости от назначения легкие бетоны делят на следующие группы: теплоизоляционные с плотностью до 500 кг/м3; конструкционно-теплоизоляционные (для ограждающих конструкций наружных стен, покрытий зданий) с плотностью 5001400 кг/м3; конструкционные с плотностью 14001800 кг/м3.

Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности. Увеличение объемной влажности легкого бетона на 1% повышает теплопроводность на 0,0160,035 Вт/(м °С). В зависимости от теплопроводности легкого бетона толщина наружной стены может изменяться от 20 до 40 см.

Наружные ограждающие конструкции из легких бетонов подвергаются воздействию попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания. Поэтому легкие бетоны, применяемые для наружных стен, покрытий зданий, а также для конструкций мостов, гидротехнических сооружений, должны обладать определенной морозостойкостью.

По морозостойкости легкие бетоны делят на марки: F25… F500; по водонепроницаемости W0,2…W1,2. Для наружных стен обычно применяют бетоны с морозостойкостью не менее 1525 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Возможность получения легких бетонов с высокой морозостойкостью и малой водопроницаемостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве.

Водонепроницаемость плотных конструкционных легких бетонов может быть высокой. Керамзитобетон с расходом цемента 300350 кг/м3 не пропускает воду даже при давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов подтверждается долголетней эксплуатацией возведенных из них гидротехнических сооружений (например, в Армении и Грузии), а также испытанием напорных железобетонных труб. Характерно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов повышается.