Материалы для ячеистых бетонов
Вяжущие. Для изготовления ячеистого бетона применяют: известковые, цементные, смешанные и зольные вяжущие. Известковые вяжущие содержат негашеной строительной воздушной извести более 50 % по массе с добавками шлака, гипса или цемента до 15 % по массе. От качества извести зависят реологические свойства ячеистобетонной смеси, пористость, кинетика созревания и максимальная температура ячеистобетонного сырца. Следует применять известь с содержанием активных СаО+МgO не менее 70 % (лучше 80 %), с содержанием MgO не более 3 %, пережога не более 2 %, со скоростью гашения от 5 до 15 мин, тонкостью помола – 5500–6000 см2/г, с выходом известкового теста 1,8–2,2 л/кг..
Цементное вяжущее содержит портландцемента 50 % и более. Портландцемент и шлакопортландцемент должны иметь марку 400, содержание минерала С3А в клинкере не более 6 %, начало схватывания не ранее 2 ч и не позднее 4 ч, удельную поверхность 2500–4000 см2/г.
Смешанные вяжущие состоят из портландцемента от 15 до 50 % извести или шлака или шлакоизвестковой смеси. Удельная поверхность вяжущего из извести и шлака должна быть не менее 5000 см2/г.
Шлаковое вяжущее состоит из смеси шлака в количестве не более 50 % извести, гипса или щелочи.
Зольное вяжущее содержит не менее 50 % высокоосновных зол, образующихся от сжигания каменного, бурого углей или горючих сланцев.
Кремнеземистый компонент. Кремнеземистыми компонентами являются тонкомолотые кварцевые и полевошпатовые пески, зола-уноса ТЭС, зола гидроудаления, вторичные продукты обогащения различных руд, отходы ферросплавов и др.
Кварцевый и полевошпатовый пески измельчаются до удельной поверхности 2000–3000 см2/г, что повышает их химическую активность. В связи с неодинаковым минералогическим составом песков различных месторождений окончательное заключение о пригодности песка делается после лабораторных испытаний.
Для ячеистых бетонов применяют кислые золы-уноса и гидроудаления от сжигания бурых и каменных углей с содержанием SiO2 не менее 40 % и стекловидной фазы не менее 50 %.
Зола от сжигания бурых углей должна иметь удельную поверхность не менее 4000 и от сжигания каменных углей не менее 5000 см2/г. К золам предъявляются требования на равномерность изменения объема. Зола активнее молотого песка из-за содержания в ней стеклофазы.
Вторичные продукты обогащения руд должны содержать SiO2 не менее 60 % и иметь удельную поверхность от 1500 до 3000 см2/г.
Вода для ячеистого бетона должна соответствовать требованиям СТБ1114-98. Они приведены в 4.2.
Порообразователи. В качестве порообразователей применяют газообразователь и пенообразователи.
Газообразователем служит порошок алюминия (алюминиевая пудра), пенообразователями: клееканифольный, состоящий из мездрового или костного клея, канифоли и NaOH; смолосапониновый; алюмосульфонафтеновый – из керосинового контакта, сернокислого глинозема и NaOH; пенообразователь ГК – из гидролизованной боенной крови ПО-6 и сернокислого железа и др.
Добавки. В качестве добавок для регулирования процессов структурообразования, нарастания пластической прочности, ускорителей и пластификаторов применяют строительный гипс, поташ, соду кальцинированную, растворимые силикаты натрия или калия, триэталомин, тринатрийфосфат и суперпластификатор С-3.
В армированных конструкциях арматуру следует защищать от коррозии битумной, цементно-битумной, цементно-полистирольной, латексно-минеральной и другими мастиками.
Формование. Наибольшее распространение получили газобетоны, имеющие более стабильные свойства. Для изготовления газобетона применяют портландцемент, известь, кремнеземистый компонент, воду и газообразователь. Извести вводится до 10 %. Она может и не вводиться. Газообразователь алюминиевый порошок (алюминиевая пудра) вводится в виде суспензии. Для снятия парафина, покрывающего зерна алюминия, применяется ЛСТ, канифольное мыло или порошок прокаливается при температуре 200 оС. Алюминий взаимодействует с оксидом кальция Са(ОН)2:
2Al+3Ca(OH)2+6H2O=3CaO · Al2O3 · 6H2O+3H2.
1 г алюминия выделяет при обычной температуре 1,245 л водорода, который вспучивает бетон. На практике количество вводимого алюминия значительно больше в связи с потерей в процессе приготовления части газа и активностью алюминиевой пудры меньше 100 %. На изготовление 1 м3 газобетона обычно расходуется 0,4–0,5 кг алюминиевой пудры.
Бетонная смесь должна легко вспучиваться. Необходимо, чтобы к моменту окончания выделения газа она имела прочность, способную зафиксировать ячеистую структуру.
Изготовление газобетона включает в себя приготовление смеси, формование и тепловую обработку изделий. Смесь приготавливают в газобетоносмесителях. Вяжущее, кремнеземистый компонент, добавки и воду дозируют и перемешивают 3–5 мин. Затем вливают суспензию алюминиевой пудры и после перемешивания смесь выгружают в стальные формы на высоту с учетом последующего вспучивания. Ускорение газообразования происходит быстрее при температуре смеси 40 оС. Поэтому для затворения применяют горячую воду. Количество воды берется обычно 40–60 % от твердых составляющих. Уменьшить количество воды на 40–45 % можно, применяя комплексную вибрацию, приготавливая смесь в вибросмесителе и подвергая форму со смесью вибрации. В результате происходит тиксотропное разжижение смеси, что позволяет уменьшить расход воды и сократить время газовыделения до 5–7 вместо 15–20 мин.
После набора бетоном структурной прочности избыток смеси (горбушку) срезают туго натянутыми струнами или прикатывают, а затем разрезают струнами на изделия необходимых размеров.
Пенобетоны получают смешиванием раздельно приготовленной растворной смеси и технической пены в специальных пенобетоносмесителях. Пену приготавливают в лопастных смесителях или центробежных насосах из водного раствора пенообразователей. Лучшими пенообразователями являются алюмосульфонафтеновый и гидролизованная кровь. Пена должна быть прочной, устойчивой, не осаживаться и не расслаиваться.
Полученную смесь разливают в формы для изделий, где выдерживают до начала тепловой обработки. Уменьшают время выдержки введением ускорителей твердения или применением быстросхватывающихся цементов.
Тепловую обработку ячеистого бетона производят в автоклавах в среде насыщенного пара при температуре 175–200 оС и давлении 0,8–1,5 МПа. В этих условиях происходит взаимодействие кремнезема SiO2 с известью Ca(OH)2 и образуется гидросиликат кальция CaO·SiO2·nH2O.
Тепловую обработку ячеистых бетонов при атмосферном давлении и температуре 80–100 оС можно вести на вяжущих из портландцемента, шлакощелочного вяжущего с кремнеземистым компонентом золой-уноса.
Применение.Теплоизоляционные бетоны применяют для возведения наружных самонесущих стен в каркасных зданиях, перегородок, для укрепления покрытий и перекрытий, труб, холодильных камер.
Конструкционно-теплоизоляционные бетоны применяют для изготовления стеновых панелей наружных и внутренних стен жилых и промышленных зданий.
Из конструкционного бетона представляет интерес двухслойная ячеистобетонная плита покрытия, состоящая из конструкционного армированного бетона и монолитного теплоизоляционного слоя из ячеистого бетона.
Арболит
Арболитом называется легкий бетон, состоящий из органического заполнителя растительного происхождения и минерального вяжущего вещества. Легкие органические заполнители снижают среднюю плотность, теплопроводность, позволяют улучшить обрабатываемость изделий. Минеральные вяжущие придают прочность, биостойкость, огнестойкость, морозостойкость.
По назначению арболит подразделяется на теплоизоляционный и конструкционно-теплоизоляционный. Теплоизоляционный арболит имеет прочность от 0,5 до 1,0 МПа, конструкционно-теплоизоляционный – от 1, 5 до 3,5 МПа, марки по морозостойкости – F25, F35. Средняя плотность арболита составляет 400–800 кг/м3, теплопроводность – от 0,08 до 0,19 Вт/(м·оС).
Биостойкость арболита достаточно высока. Химические добавки, применяемые для обработки заполнителей, обладают антисептическими свойствами.
По огнестойкости арболит относится к трудносгораемым материалам.
Сырьевые материалы. Для изготовления арболитовых изделий применяют в основном портландцементы без минеральных добавок марок 400 и 500. Лучшими являются быстротвердеющие портландцементы. Имеется опыт применения высокопрочного гипса, на котором получают арболит М25.
Органический заполнитель для арболита получают из древесины и отходов сельскохозяйственного производства. Древесное сырье изготавливают из отходов лесопильного производства и предприятий деревообработки, из отходов лесозаготовок. Используют горбыли, срезки, станочную стружку, опилки, сучья, вершины, пни, низкокачественную и дровяную древесину. Можно применять одубину.
Наиболее качественными являются заполнители, получаемые из отходов лесопиления и деревообработки сосны и ели. Худшими – из древесины лиственницы. Древесное сырье следует применять в виде дробленки с частицами длиною 5--40, шириной до 10 и толщиной не более 5 мм. Древесина измельчается дважды. Вначале в щепу на рубильных машинах, а затем – в дробленку на молотковых дробилках.
Для арболита на портландцементе щепу из свежесрубленной древесины следует выдерживать в штабелях на открытом воздухе не мене двух месяцев для удаления экстрактивных веществ и сахаров, которые отрицательно влияют на схватывание и твердение портландцементов. Для арболита на гипсовых вяжущих щепу не выдерживают.
В качестве химических добавок применяются хлорид кальция, растворимые силикаты натрия или калия, сернокислый алюминий и известь, которые являются минерализаторами. Ими обрабатывают дробленку для уменьшения отрицательного влияния экстрактивных веществ древесины на цемент.
Лучшим минерализатором для маловыдержанной древесины является смесь сернокислого алюминия с известью, растворимым силикатом натрия или хлоридом кальция.
Из отходов сельскохозяйственного производства используют костру льна и конопли, рисовую солому, стебли хлопчатника, которые измельчают на рубильных машинах на частицы размером до 40 мм.
Примерный расход материалов на 1 м3 арболита составляет: портландцемент марки 400—320–380 кг, заполнитель – 160–250, вода –330–500, хлорид кальция – 5–9 кг.
Качество арболита можно улучшить путем введения технической пены.
Приготавливают арболитовую смесь в смесителях принудительного смешивания в течении 5–8 мин, формуют изделия в горизонтальных формах силовым вибропрокатом, вибропрессованием, вибрацией с пригрузом, послойной укаткой роликами, тромбованием, прессованием. Твердеют арболитовые изделия в течение 24 часов в воздушной среде с относительной влажностью воздуха 60–80 % и температуре 25–35 оС. Затем распалубливаются и выдерживаются 5–7 суток при положительной температуре, зимой в теплом помещении.
Применяют арболит в основном для стен малоэтажных жилых домов. Он должен иметь среднюю плотность 650–700 кг/м3, марку по прочности – М25, марку по морозостойкости – F25.
Специальные бетоны
Гидротехнические бетоны
К гидротехническим относят тяжелые бетоны, применяемые для строительства гидротехнических сооружений – плотин, шлюзов, набережных и т.п. Их подразделяют на подводный, для зоны переменного уровня воды, надводный. Кроме того, вышеперечисленные бетоны в свою очередь могут быть массивными и не массивными, для напорных и безнапорных конструкций, для наружной и внутренней зон.
Зона переменного уровня воды распространяется на 1 м ниже наиболее низкого уровня воды и на 1 м выше наиболее высокого ее уровня. Ниже этой зоны находится подводная, выше – надводная. Массивные бетоны имеют толщину более 1 м, не массивные – менее 1 м, бетоны наружной зоны имеют толщину до 1 м, внутренней – более 1 м.
К гидротехническому бетону предъявляются требования по водонепроницаемости, морозостойкости, прочности при сжатии и растяжении, стойкости к агрессивному действию воды, по тепловыделению.
По водонепроницаемости гидротехнические бетоны имеют марки W2, W4, W6, W8, W12. Для бетона речных сооружений с учетом длительности строительства марка бетона назначается в возрасте 180 суток, для морских – 28 суток.
Марки по водонепроницаемости назначаются для бетонов всех видов. Они определяют их плотность и долговечность.
Для бетона напорных конструкций марка устанавливается из расчета получения водонепроницаемого бетона. Она зависит от напорного градиента, определяемого как отношение максимального напора (H) к толщине конструкции (B) в метрах со значениями, приведенными в таблице 4.28.
Таблица 4.28 – Назначение марки бетона по водонепроницаемости
| Напорный градиент Н/В | До 5 | От 5 до 10 | От 10 до 12 | 12 и более |
| Марка бетона по водонеп-роницаемости | W4 | W6 | W8 | W12 |
Для бетона внутренней зоны допускается назначать марку по водонепроницаемости W2. Для получения водонепроницаемых бетонов регулируется его плотность, зависящая в первую очередь от В/Ц (таблица 4.29). Кроме того, в дополнение могут быть использованы другие методы, освещенные в 4.2.5.
Таблица 4.29 – В/Ц, обеспечивающие водонепроницаемость и морозостойкость бетона
| Условие эксплуатации бетона | Железобетонные конструкции | Бетонные и малоармированные конструкции | ||
| в морской воде | в пресной воде | в морской воде | в пресной воде | |
| В частях сооружений, расположенных в зоне переменного уровня воды: | ||||
| – в суровых климатических условиях со среднемесячной температурой ниже –15 оС | 0,50 | 0,55 | 0,55 | 0,60 |
| – в умеренных и мягких климатических условиях со среднемесячной температурой соответственно от –5 до –15 и от 0 до –5 оС | 0,55 | 0,60 | 0,60 | 0,65 |
| В частях сооружений подводной зоны: | ||||
| – напорных | 0,55 | 0,60 | 0,60 | 0,65 |
| – безнапорных | 0,60 | 0,65 | 0,65 | 0,65 |
| В надводных частях сооружений | 0,65 | 0,65 | 0,70 | 0,70 |
По морозостойкости гидротехнические бетоны подразделяются на марки F50, F100, F150, F200, F300, F400 и F500. Они определяются испытанием бетонных образцов в возрасте 28 суток. Требования по морозостойкости предъявляются к бетонам наружной зоны переменного уровня воды и надводного бетона. Марки по морозостойкости назначаются в зависимости от климатических условий и количества циклов попеременного замораживания и оттаивания в течение года. Для бетона зоны переменного уровня воды их значения приведены в таблице 4.30.
Таблица 4.30 – Назначение марок гидротехнического бетона по морозостойкости
| Климатические условия | Наибольшее число циклов | ||||
| До 50 | От 50 до 75 | От 75 до 100 | От 100 до 150 | От 150 до 200 | |
| Умеренные (среднемесячная температура наиболее холодного месяца – от 0 до – 10 оС) | |||||
| Суровые (при среднемесячной температуре наи-более холодного месяца от –10 до –20 оС) | |||||
| Примечание – При числе циклов более 200 и температуре ниже минус 20 оС марки бетона по морозостойкости назначаются особо. |
Долговечность бетона зависит от В/Ц, которое нормируется и принимается по таблице 4.29. Для повышения морозостойкости учитывается влияние различных факторов, освещенных в 4.2.5.
Проектная прочность гидротехнического бетона для речных сооружений нормируется в возрасте 180, для морских – 28 суток.
По прочности на сжатие ГТБ подразделяется на классы B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B25; B30; B40; B45; B50; B55 и B60, по прочности на растяжение – на классы Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2.
Требования к материалам для гидротехнического бетона зависят от условий эксплуатации его в конструкциях.
Для подводного бетона следует применять пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент как наиболее водостойкие. Допускается применять портландцементы без минеральных добавок и с минеральными добавками.
При сульфатной агрессивности воды необходимо применять сульфатостойкие портландцементы.
Для бетона переменного уровня воды, эксплуатируемого в наиболее тяжелых условиях, лучшим считается сульфатостойкий портландцемент. Допускается применять портландцемент с содержанием минерала C3A до 8 %.
Для надводного бетона рекомендуется применять портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент.
Для бетона внутренней зоны следует использовать низкотермичные цементы – пуццолановый и шлакопортландцемент. Допускается применять портландцемент и портландцемент с минеральными добавками.
В качестве мелкого заполнителя для гидротехнического бетона применяют природный и искусственный песок с Мк от 1,5 до 3,5. Мелкий песок с Ми менее 2 следует применять в бетонах с пластифицирующими добавками.
Допускаемое содержание примесей в песке не должно превышать значений, приведенных в таблице 4.31.
Таблица 4.31 – Требования к песку по содержанию примесей
| Вид примесей | Бетон надводный | Бетон зоны переменного уровня воды | Бетон подводный и внутренней зоны |
| Глина и мелкие пылевидные фракции, % по массе, не более | |||
| Сернистые и сернокислые соединения в пересчете на SO3, % по массе, не более | |||
| Слюда, % по массе, не более |
Дробленый песок должен иметь достаточную для получения требуемой марки бетона морозостойкость.
Органические примеси в песке не должны окрашивать раствор едкого натра в колориметрической пробе в цвет, темнее эталона.
В качестве крупного заполнителя для гидротехнического бетона применяют щебень из изверженных и осадочных горных пород и щебень из гравия с размерами зерен от 5 (3) до 150 мм марок, не менее указанных в таблице 4.32.
Таблица 4.32 – Требования к щебню по прочности
| Назначение бетона | Марка по прочности щебеня | ||
| из изверженных пород | из осадочных пород | из гравия | |
| Бетон зоны переменного уровня воды | |||
| Бетон подводной, внутренней и надводной зон. |
Марка щебня по прочности из изверженных пород должна превышать прочность бетона не менее чем в 2,5 раза, а из осадочных пород – не менее чем в 2 раза.
Средняя плотность и водопоглощение зерен щебня не должны превышать значений, приведенных в таблице 4.33.
Таблица 4.33 – Требования к щебню по средней плотности и водопоглощению
Зерен
| Назначение бетона | Средняя плотность зерен щебня, кг/м3, не ниже | Водопоглощение по массе, %, не более | |
| для щебня из изверженных и метаморфических пород | для щебня из осадочных пород | ||
| Бетон зоны переменного уровня воды | 2,5 | 0,5 | |
| Бетон подводной, внутренней и надводной зон | 2,3 | 0,8 |
Содержание примесей в крупном заполнителе не должно быть выше значений, приведенных в таблице 4.34.
Таблица 4.34 – Требования к крупному заполнителю по содержанию примесей
| Вид примесей | Бетон надводный | Бетон зоны переменного уровня воды | Бетон подводный и внутренней зоны |
| Глина и мелкие пылевидные фракции, % по массе, не более | 1,0 | 1,0 | 2,0 |
| Сернистые и сернокислые соединения, % по массе, не более | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Слюда, % по массе, не более | 2,0 | 1,0 | 3,0 |
Дорожные бетоны
Дорожные бетоны относятся к тяжелым бетонам. Их применяют при строительстве автомобильных дорог и аэродромов. По назначению они подразделяются на бетоны для однослойных покрытий, для верхнего и нижнего слоев двухслойных покрытий, а также для оснований усовершенствованных покрытий.
К дорожному бетону предъявляются требования по прочности при сжатии, растяжении при изгибе, морозостойкости, истираемости. Требования по прочности должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.35.
Таблица 4.35 – Требования к прочности дорожных бетонов
| Назначение бетона | Класс бетона по прочности на | |
| сжатие | растяжение при изгибе | |
| Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия | В22,5 В26,5 B30 B40 | Btb3,2 Btb3,6 Btb4,0 Btb4,4 |
| Нижний слой двухслойного покрытия | B20 B22,5 B26,5 | Btb2,8 Btb3,2 Btb3,6 |
| Основание усовершенствованного покрытия | B5 B7,5 B12,5 B15 B20 | Btb1,2 Btb1,6 Btb2,0 Btb2,4 Btb2,8 |
Требования по морозостойкости должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.36.
Таблица 4.36 –Морозостойкость дорожных бетонов в зависимости от его назна-
Чения
| Назначение бетона | Марка бетона в зависимости от среднемесячной температуры наиболее холодного месяца | ||
| От 0 до –5 оС | От –5 до –15 оС | Ниже –15 оС | |
| Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия | |||
| Нижний слой двухслойного покрытия | |||
| Основания усовершенствованного капитального дорожного покрытия |
Высокая долговечность бетона достигается нормированием В/Ц, которое принимается для бетона однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий не выше 0,5. Для нижнего же слоя, работающего в более благоприятных условиях, В/Ц принимается 0,6 и выше. Для оснований усовершенствованных покрытий В/Ц не нормируется.
Удобоукладываемость бетонной смеси принимается 2–4 см. Хотя имеется опыт укладки жестких смесей с уплотнением катками.
Долговечность бетона зависит от качества материалов. Следует применять портландцементы без минеральных добавок с содержанием С3A до 8 %, пластифицированные и гидрофобные цементы или вводить ПАВ в бетонные смеси. Песок и крупный заполнитель должны быть высокого качества. Марку крупного заполнителя для дорожного бетона следует принимать не ниже значений, указанных в таблице 4.37.
Таблица 4.37 – Требования по прочности к крупному заполнителю
| Назначение бетона | Марка крупного заполнителя по прочности | ||
| Щебень | Гравий и щебень из гравия | ||
| из изверженных и метаморфических пород | из осадочных пород | ||
| Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия | |||
| Нижний слой двухслойного покрытия | |||
| Основания усовершенствованного капитального дорожного покрытия |
С учетом работы дорожного бетона на износ к крупному заполнителю предъявляются требования на истираемость в полочном барабане (таблица 4.38).
Таблица 4.38– Требования к крупному заполнителю по истираемости
| Назначение бетона | Марка по истираемости, не ниже | ||
| для щебня | для гравия и щебеня из гравия | ||
| из изверженных пород | из осадочных пород | ||
| Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия | И-I | И-II | И-II |
| Нижний слой двухслойного покрытия | И-III | И-III | И-III |
| Основания усовершенствованного капитального дорожного покрытия | И-III | И-IV | И-IV |