Особенности легких бетонов различной структуры

По М.З. Симонову, различают два характерных вида структуры легких бетонов (рис. 3.1): с заполненной системой межзерновых пустот и незаполненной. В первом случае цементный камень полностью заполняет пустоты между крупными и мелкими зернами заполнителя. Легкие бетоны такого вида обычно называют бетонами плотной структуры или просто плотными.

Бетоны с незаполненной системой межзерновых пространств или бетоны неплотной структуры характеризуются тем, что цементного камня недостаточно для заполнения всех пустот между зернами заполнителя. К числу таких бетонов относятся крупнопористые и малопесчаные бетоны. Они имеют невысокий расход цемента, низкую прочность и малую объемную массу. При ограниченном расходе цемента получить бетоны с заполненной системой межзерновых пустот можно двумя путями: подбором зернового состава с повышенным содержанием мелких и пылевидных фракций и поризацией растворной части бетона. При поризации увеличивается объем растворной части и ее количества достаточно для заполнения пространства между крупным заполнителем, В результате улучшается структура бетона: вместо крупных межзерновых пор (пустот) образуются равномерно распределенные мелкоячеистые поры.

Крупнопористые бетоны характеризуются наиболее низкой степенью заполненности системы. Равномерное распределение крупных пор в этом бетоне может быть обусловлено отсутствием или малым содержанием песка. Крупнопористый бетон, приготовленный на ограниченном количестве вяжущего без песка или при малом его содержании, имеет пониженные объемную массу и теплопроводность.

На плотном известняковом щебне изготовляют бетон с объемной массой около 1700 кг/м3, а на пористом — бетон с объемной массой около 1500 кг/м3. В южных районах страны для крупноблочного строительства применяют крупнопористый бетон на морском гравии. Еще более интенсивное снижение объемной массы достигается, если бетон изготовлять на искусственных пористых заполнителях, в частности на керамзитовом гравии. В этом случае объемная масса бетона составляет 400—800 кг/м3, а предел прочности при сжатии 10—35 кгс/см2. Особо легкий теплоизоляционный крупнопористый керамзитобетон с объемной массой ниже 400 кг/м3 получается при применении в качестве связующего синтетических смол (керамзитопластбетон).

Чтобы получить экономичный по расходу цемента и достаточно прочный крупнопористый бетон, рекомендуется применять однофракционный заполнитель с зернами размером 10—20 мм. Соотношение между цементом и заполнителем л о объему принимается от 1:7 до 1:16. Оно устанавливается при подборе состава опытным путем.

Один из основных вопросов, который решается в процессе подбора состава крупнопористого бетона,— назначение оптимального соотношения между цементом и водой. Так, превышение оптимального ВЩ вызывает повышенную текучесть цементного теста, вследствие чего оно стекает с поверхности заполнителя и бетонная смесь расслаивается. При заниженном значении ВЩ цементное тесто становится недостаточно подвижным для равномерного обволакивания тонкой пленкой зерен заполнителя, бетонная смесь плохо уплотняется, и прочность материала снижается.

Крупнопористый бетон нельзя применять для армированных конструкций, поскольку он не обеспечивает защиту стальной арматуры от коррозии. Его используют для изготовления блоков, поверхность которых офактуривают с обеих сторон. Эффективны теплоизоляционные крупнопористые бетоны. Их используют для многослойных ограждающих конструкций и в качестве утеплителя.

Бетоны с поризованным цементным раствором (или поризованные легкие бетоны) характеризуются плотной структурой, при которой все пустоты между зернами крупного заполнителя полностью заполнены поризованным цементным раствором, т. е. объем межзерновых пустот в таких бетонах практически равен нулю.

Если бетоны с межзерновой пустотностью и с поризованным цементным камнем (соответственно расходы цемента 350 и 220 кг/м3, объем вовлеченного воздуха 10%), то пористость цементного камня в бетонах с межзерновой пустотностью будет около 30%, в поризованных бетонах— около 38%. С учетом объема пор, созданных химически несвязанной водой, общая плотность составляет 70—80%. Для сравнения укажем, что в крупнопористых бетонах объем межзерновых пустот может доходить лишь до 30%, а пористость цементного камня составляет 50—60%.

Поризованные легкие бетоны изготовляют на всех основных видах пористого заполнителя: керамзитовом гравии, шлаковой пемзе, аглопорите. Поризованная легкобетонная смесь, может содержать мелкий заполнитель (песок) или изготовляться без него. В зависимости от этого различают песчаные и беспесчаные поризованные легкие бетоны. Для поризации легко бетонных смесей используют воздухововлекающие добавки, пено- и газообразователи.

Поризация легких бетонов позволяет уменьшить объемную массу бетона, повысить удобоукладываемость и связанность легкобетонной смеси, уменьшить расход мелкого заполнителя или, при необходимости, полностью исключить его из состава смеси.

Ориентировочные расходы цемента марки 400 для поризованных бетонов разной прочности приводятся в табл. 3.1.

Результаты исследований, проведенных во ВНИИЖелезобетоне, свидетельствуют о том, что зависимость между прочностью н объемом воздушных пор в бетоне инвариантна к способу получения этих пор — межзерновые пустоты или вовлеченный воздух (рис. 3.2). По сравнению с легким бетоном плотной структуры эффект, достигаемый при поризации легкобетонной смеси, тем больше, чем ниже требуемая прочность бетона.

Как видно из рис. 3.2, поризация позволяет снизить объемную массу бетона марки 50 примерно на 150 кг/м3, марки 75 — на 100 кг/м2, а для бетона марки 100 эффект не достигается. Поэтому поризованные легкие бетоны марок 35—100 используют в качестве конструктивно-теплоизоляционного материала, в первую очередь для изготовления однослойных ограждающих конструкций (стеновых панелей, крупных блоков и др). Объемная масса таких бетонов, в зависимости от вида и объемной массы пористого заполнителя, может колебаться от 800 до 1500 кг/м3. Благодаря замкнутому характеру пористости поризованные легкие бетоны в отличие от бетонов неплотной структуры можно использовать в армированных конструкциях без специальных средств защиты арматуры от коррозии.

Легкие бетоны плотной структуры (плотные легкие бетоны) характеризуются полным заполнением цементным раствором всех пустот менаду зернами крупного заполнителя. По своему назначению такие бетоны могут быть конструктивно-теплоизоляционными и конструктивными. Высокопрочные легкие бетоны (марок 300—500), а также особо долговечные и водонепроницаемые легкие бетоны должны обязательно иметь плотную структуру.

Плотная структура легких бетонов достигается правильным назначением зернового состава заполнителя (с учетом расхода цемента, межзерновой пустотности и формы зерен заполнителя, условий формования конструкций), надлежащим уплотнением бетонной смеси, выбором оптимального расхода воды для ее приготовления,

H.А. Попов установил характер изменения основных свойств легкого бетона от расхода воды затворения. Как видно из рис. 3.3, при оптимальном расходе воды достигается наибольшая объемная масса и прочность бетона. Этому же расходу воды отвечает и наименьший выход бетонной смеси.

Для получения плотной структуры у конструктивно-теплоизоляционных легких бетонов марок 35—75, отличающихся низким расходом цемента и малым содержанием песка в смеси заполнителя, по данным Н.Я. Cпивака, целесообразно использовать пластифицирующие воздухововлекающие добавки. При ограниченной степени воздухововлечения (до 5%) такие бетоны относят не к поризованным, а к обычным.