Особенности и характеристики легкого бетона

Легкие бетоны, отличающиеся относительно небольшой средней плотностью (500-800 кг/м³) и высокой пористостью (вплоть до 40%), в настоящее время широко используются для изготовления ограждающих и несущих железобетонных и бетонных конструкций. Если легкий бетон используется вместо кирпича и тяжелого бетона, появляется возможность существенно повысить теплозащитные характеристики ограждений, что дает возможность снизить массу и толщину стен строений и сократить за счет этого транспортные расходы.

Виды легких растворов

В качестве заполнителей в легких бетонах используют щебень из вулканического шлака, пемзы, вулканического доломита и пористого известняка, известкового туфа, известняка-ракушечника, трепела, опоки, топливных ков, диатомита, пористых металлургических шлаков, перлита, термозита, вермикулита и др.

В зависимости от того, с каким видом крупного пористого заполнителя был изготовлен бетон, он разделяется на шлакобетон, аглопоритобетон, керамзитобетон, пемзобетон и т.д.

По структуре разделяют на следующие виды:

• обыкновенные, которые изготавливаются из вяжущего вещества, крупного и мелкого заполнителей, а также воды. Количество воздуха, вовлеченного в смесь, не превышает 6% от общего объема;
• беспесчаные (крупнопористые), в которых зерна крупного заполнителя покрываются тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты при этом остаются свободными. Крупнопористая структура включает свыше 25% пустот, заполненных воздухом;
• поризованные на основе порообразователя и вяжущего вещества. В структуре таких материалов образуются душные ячейки. Благодаря этому повышается пористость цементного раствора, что снижает плотность строительной смеси.

По своему назначению на основе пористых заполнителей разделяются на несколько видов:

• теплоизоляционные – средняя плотность в воздушно-сухом состоянии составляет менее 500 кг/м³, а теплопроводность – не выше 0,25 Вт/(мх°С). Используются для изготовления теплоизоляционных плит и прочих изделий;
• конструктивно-теплоизоляционные со средней плотностью до 1400 кг/м³, теплопроводностью не выше 0,6 Вт/(мх°С) и прочностью не ниже М35. Используются в самонесущих и несущих ограждающих конструкциях (перекрытиях и стенах);
• конструкционные – средняя плотность 1400-1800 кг/м³, прочность не менее М50, морозостойкость от F15. Используются в несущих конструкциях.

По виду вяжущих материалов легкие бетоны бывают известковыми, цементными, гипсовыми, на жидком стекле и смешанном вяжущем. Для легких строительных смесей неавтоклавного твердения используют портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, а также быстротвердеющий портландцемент.

Заполнители для смеси

Для легких строительных смесей в качестве заполнителей используются искусственные или природные пористые каменные материалы, от качества и характеристик которых зависят свойства приготовленного строительного материала.

Природные пористые заполнители получаются путем дробления и фракционирования пористых горных пород – лавы или вулканического туфа, пемзы, известняка-ракушечника и др. Среди них самыми эффективными являются вулканические туфы и пемза, которые имеют высокую, по большому счету замкнутую, пористость, в результате чего показатель их водопоглощения оказывается невысоким.

В качестве искусственных заполнителей, с которыми изготавливаются легкие бетоны, используются отходы промышленности и переработки естественных каменных материалов. Среди заполнителей, являющихся промышленными отходами и применяемых без предварительной обработки, можно выделить топливные и металлургические шлаки, а также шлаки химического производства.

К заполнителям, которые получают путем специальной переработки отходов промышленности и каменных материалов, относятся вспученные при обжиге глин аглопорит и керамзит, вспученные вермикулит и перлит, зольный гравий, гранулированный шлаки и др.

Керамзит изготавливается из глинистого сырья, которое способно хорошо вспучиваться во время обжига, с высоким содержанием железистых соединений либо же с добавками, выделяющими газообразные продукты. Из полученной глинистой массы формуются гранулы, которые перед обжигом необходимо просушить. Просушенные гранулы обжигаются во вращающихся печах при высокой температуре (порядка 1200 градусов). Во время обжига гранулы вспучиваются и увеличиваются в объеме до 17 раз. Образуется керамзитовый гравий.

Перлит – это искусственный пористый материал, который получают из полимерных изверженных горных пород. При нагревании до 1100-1300 градусов данные породы вспучиваются, в результате чего образуется щебень.

Вермикулит представляет собой продукт выветривания горного камня (биотитовой слюды). При быстром нагревании до 700-900 градусов горный камень вспучивается и увеличивается в объеме до 40 раз.

Аглопорит – это материал в виде песка и щебня, получаемый путем спекания глинистой породы и отходов, которые образуются в результате добычи, переработки, сжигания ископаемых углей. В зависимости от величины насыпной плотности в сухом состоянии, пористые заполнители делятся на множество марок.

Особенности и свойства

Основными качествами, которыми характеризуется такой бетон на пористых заполнителях, являются теплопроводность, плотность, морозостойкость и прочность. Для того чтобы проанализировать подобный бетон по заданным характеристикам, необходимо не просто выбрать исходные составляющие материалы, но и подобрать правильный состав.

Средняя плотность, которой характеризуется такой бетон, больше всего зависит от зернового состава и плотности заполнителя, расхода воды и вяжущего. Отношение показателя насыпной плотности крупного пористого заполнителя к показателю плотности полученной на нем строительной смеси в среднем для стандартного легкого бетона составляет 0,5, а для поризованного и малопесчаного – 0,6.

Показатель теплопроводности, который имеет подобный бетон, колеблется в весьма широких пределах – от 0,07 до 0,7 Вт/(мх°С). На данный показатель оказывают большое влияние характер пористости, плотность и прочие факторы. По мере увеличения плотности теплопроводность строительной смеси тоже повышается. Теплоизоляционные легкие строительные смеси теплопроводностью не выше 0,2 Вт/(мх°С) получают при использовании особо легких заполнителей, к примеру, вспученного перлита.

То, какой прочностью будет обладать бетон, зависит от прочности цементного камня и используемых заполнителей, прочность которых существенно ниже, чем прочность заполнителей, используемых в тяжелых бетонах. В случае низкой прочности крупного заполнителя разрушение строительной смеси может начинаться с разрушения заполнителя вне зависимости от того, какой является плотность цементного камня. В случае армирования строительной конструкции применяется бетон с плотной структурой. В данном случае расход цемента на 1м3 смеси должен быть не меньше 200 кг.

Средняя плотность, которой характеризуется такой материал, не ниже 800 кг/м³. В подобных бетонах обеспечивается надежное сцепление арматуры со строительной смесью и хорошая защита от коррозии. Показатель морозостойкости, характеризующий такой бетон, зависит от количества и вида вяжущего и морозостойкости заполнителя. Бетоны на основе портландцемента характеризуются более высокой морозостойкостью, которая увеличивается по ходу увеличения количества цемента. Легкие морозостойкие заполнители (аглопорит, керамзит, пемза) дают возможность получать легкий морозостойкостью до F100. Бетоны таких видов используются для наружных конструкций строений.

Ячеистый раствор

Ячеистые готовят из смеси вяжущего материала и пено- или газообразующих добавок, в которых отсутствуют крупные заполнители. Иногда отсутствует и мелкий заполнитель (песок). При твердении такой строительной смеси получается высокопористый каменный стройматериал с равномерно распределенными воздушными порами, которые могут составлять до 85% от общего объема материала. Поры имеют вид замкнутых ячеек, заполненных газом или воздухом.

В соответствии с видом порообразования выделяют газобетоны и пенобетоны. В первом виде вспучивание бетонной смеси выполняется путем введения газообразователя, а во втором – пенообразователя. Образовавшиеся в результате поры имеют вид замкнутых ячеек диаметром порядка 1-2 мм, разделенных тонкими стенками затвердевшей строительной смеси.

Приготовление пенобетона осуществляется путем смешивания раствора или цементного теста с отдельно приготовленной устойчивой пеной. После того как смесь затвердеет, образуется строительный материал ячеистой структуры. Пена приготавливается путем энергичного перемешивания пенообразователя и воды. В качестве пенообразователя используются жидкие смеси канифольного мыла с животным клеем либо водным раствором сапонина (вытяжки из мыльного растительного корня) и препарат ГК, который представляет собой гидролизованную кровь с боен. Полученная в результате пена имеет устойчивую структуру и отлично смешивается с цементным раствором или тестом.

Приготовление смеси осуществляется в пенобетоносмесителях. После этого смесь разливается по металлическим формам и направляется в автоклавы или пропарочные камеры.

В автоклаве при температуре порядка 180-190 градусов и под давлением пара 0,8-1,3 МПа происходит интенсивное взаимодействие гидроксида кальция и кремнеземистого компонента. В результате такого взаимодействия образуется гидросиликат кальция, который имеет достаточно высокую долговечность и прочность.

Газобетон получается из смеси цемента (иногда добавляется известь), воды и кремнеземистого компонента. В уже перемешанную бетонную смесь вводится газообразователь – алюминиевая пудра, водный раствор перекиси водорода (пергидроль) и др. Самым распространенным газообразователем является алюминиевая пудра (тонкодисперсный порошок). Процесс газообразования в данном случае происходит в результате химического взаимодействия гидроксида кальция и алюминия. Водород, который выделяется в результате реакции, вспучивает цементное тесто. Последнее, затвердевая, сохраняет характерную ячеистую структуру.

Исходные компоненты, используемые для получения газобетона, тщательно смешивают, вливают в полученный в результате смешивания раствор водную суспензию алюминиевой пудры, выполняют повторное перемешивание и разливают газобетонную смесь по металлическим формам. Заполнение металлических форм выполняется с таким расчетом, чтобы после завершения вспучивания они были заполнены доверху.

После того как газобетон вызреет в формах, обычно его подвергают ускоренному твердению путем автоклавной обработки. Использование автоклавной обработки дает возможность не только получать изделия с высокой прочностью, но и существенно снизить расход цемента благодаря его полной или частичной замене известью. В случае полной замены цемента известью получают газосиликаты. Ячеистые бетоны превосходно поддаются распиливанию и сверлению.

Крупнопористые

Бетонная смесь крупнопористого бетона, как правило, приготавливается из цемента, воды и крупного заполнителя (гравия или щебня). Цементный камень выполняет соединение отдельных зерен крупного заполнителя по плоскостям их контакта друг с другом. Данный бетон называют беспесчаным.

В некоторых случаях в состав строительной смеси вводится небольшое количество песка. Песок добавляется с таким расчетом, чтобы общий объем песка, цемента и воды был меньше объема пустот гравия или щебня. Такой называют малопесчаным.

Как мы уже говорили, в качестве крупного заполнителя используется пористый (иногда плотный) щебень или гравий. Расход цемента на кубометр смеси колеблется в достаточно широких пределах – от 70 до 150 кг. Главным преимуществом производства крупнопористой строительной смеси на плотном гравии или щебне является недефицитность, т.е. широкая доступность составляющих. В воздушно-сухом состоянии средняя плотность такого вида составляет 1700-1900 кг/м3.

Коэффициент теплопроводности крупнопористого строительного материала на плотных заполнителях колеблется от 0,6 до 1 Вт/(мхК). Этот бетон является наименее эффективным по своим теплозащитным характеристикам. Самыми высокими теплозащитными характеристиками отличаются крупнопористые строительные материалы на пористых заполнителях. В таком случае коэффициент теплопроводности будет зависеть только от вида используемого заполнителя.

Так как в материале образуются поры, которые сообщаются между собой, то для обеспечения теплозащиты помещений стены строений из крупнопористого бетона подлежат обязательному оштукатуриванию с двух сторон. Марки крупнопористого материала определяются так же, как и марки тяжелого.

Применение рствора

Легкие бетоны находят все более широкое применение в строительной практике. Особенно популярен керамзитобетон, т.к. из данного материала изготавливаются стеновые панели промышленных зданий, конструкции крупнопанельных домов, несущие конструкции сооружений и зданий.

Применение легких бетонов – одно из главных направлений индустриализации строительства. Такой материал способствует снижению транспортных расходов, экономии строительных материалов и снижению массы построек.

Чаще всего такой бетон используется при изготовлении стен и кладочных материалов – керамзитобетона, шлакобетона, газобетона, пенобетонных блоков и т.д. В современной строительной практике наиболее популярны стеновые материалы, выполненные именно из легкого бетона, что обуславливается особенностями его структуры, в особенности меньшей теплопроводностью по сравнению с конструкциями из тяжелых бетонов.

Легкие бетоны не идут в сравнение с тяжелыми бетонами в вопросе несущих способностей и прочности, но и используются данные материалы для разных целей.

Легкий бетон как последнее слово в строительной практике постоянно совершенствуется, обретает новые формы, виды и составы. Поэтому можно без преувеличения сказать, что данный материал – это строительный материал будущего.