Теплоизоляционные свойства легких бетонов зависят от степени их пористости и характера пор. В легком бетоне тепло передается через твердый остов и через воздушные пространства, заполняющие поры, а также в результате конвекционного движения воздуха в замкнутом объеме. Поэтому чем меньше объем пор, тем меньше подвижность воздуха в бетоне и тем лучшими теплоизолирующими свойствами обладает бетон.
Легкие бетоны в силу своей высокой пористости менее морозостойки, чем тяжелые, но достаточно морозостойки для применения в стеновых и других конструкциях зданий и сооружений. Хорошую морозостойкость легких бетонов можно получить, применяя искусственные пористые заполнители, обладающие низким водопоглощением, например керамзит, а также путем поризации цементного камня. Повышают морозостойкость легких бетонов также введением гидрофобизующих добавок.
Легкие бетоны ввиду универсальности свойств применимы в различных строительных элементах зданий и сооружений. Так, из легких бетонов на пористых заполнителях, обладающие низкой теплопроводностью, изготовляют панели для стен и перекрытий отапливаемых зданий; из напряженного армированного бетона выполняют пролетные строения мостов, фермы, плиты для проезжей части мостов и т. д.
Материалы для легких бетонов
Для приготовления легких бетонов применяют портландцемент, быстротвердеющий портландцемент и шлакопортланд-цемент.
В качестве заполнителей для легких бетонов используют природные и искусственные сыпучие пористые материалы с насыпной плотностью не более 1200 кг/м 3при крупности зерен до 5 мм (песок) и не более 1000 кг/м 3при крупности зерен 5—40 мм (щебень, гравий).
По происхождению пористые неорганические заполнители делят на три группы: природные, искусственные (специально изготовляемые) и заполнители из отходов промышленности. Природные пористые заполнителиизготовляют дроблением и рассевом легких горных пород (пемзы, вулканических шлаков и туфов, пористых известняков, известняков-ракушечников, известняковых туфов и др.).
Искусственные пористые заполнителиполучают из отходов промышленности или путем термической обработки силикатного сырья, подвергнутых рассеву или дроблению и рассеву. К ним относятся:
1) керамзит и его разновидности, шунгизит, зольный гравий, глинозольный керамзит, вспученный азерит, получаемые обжигом со вспучиванием подготовленных гранул (зерен) из глинистых и песчано-глинистых пород (глин, суглинков, глинистых сланцев, аргиллита, алевролита), шунгитосодержащих сланцев, трепелов, золошлаковой смеси или золы-уноса ТЭЦ;
2) термолит, получаемый при обжиге без вспучивания щебня или подготовленных гранул кремнистых опаловых пород (диатомита, трепела, опоки и др.);
3) перлит вспученный, получаемый при обжиге гранул из вулканических водосодержащих пород (перлита, обсидиана и других водосодержащих вулканических стекол);
4) вермикулит вспученный, получаемый при обжиге подготовленных зерен из природных гидратированных слюд.
Из отходов промышленностиприменяют песок и щебень преимущественно из гранулированного или вспученного металлургического шлака.
Гранулированный шлак — мелкозернистый пористый материал, получаемый при быстром охлаждении расплавов металлургических шлаков. Шлаковую пемзу (термозит) получают в виде глыб ячеистой структуры путем вспучивания шлакового расплава с помощью воды, воздуха или их смеси.
Существующие способы поризации шлака делят на две основные группы. К первой относятся методы поризации расплава в периодически действующих агрегатах, например в бассейнах; ко второй – методы поризации расплава в непрерывно действующих агрегатах (например, гидроэкранная установка). Фиксацию пористой структуры осуществляют быстрым охлаждением расплава. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают на щебень и песок. В зависимости от насыпной плотности щебня (400–800 кг/м 3) прочность заполнителя составляет 0,4–2,0 МПа.
Аглопорит представляет собой искусственный пористый заполнитель с размером гранул 5—20 мм, насыпной плотностью 400–700 кг/м 3и пределом прочности 0,4–1,5 МПа. Сырьем для производства аглопорита служат глинистые породы (суглинок, супесь, аргиллит, глинистый сланец), а также отходы промышленности – глинистые отходы от добычи и обогащения углей, горелая порода, топливные шлаки, зола ТЭЦ и другие камневидные силикатные породы. Технология производства аглопоритового гравия из зол ТЭЦ методом спекания сырцовых гранул на решетках алгомерационных машин позволяет получать искусственный пористый заполнитель в виде гранул округлой формы.
Гравий и песок керамзитовый относятся к специально изготовленным заполнителям – это материал округлой формы, который получают при обжиге глин. Создание пористой структуры достигается вспучиванием глинистого вещества, нагретого до пироплас-тического состояния газами, выделяющимися из него в процессе нагревания. Керамзитовый гравий выпускают прочностью 0,6–6 МПа, насыпной плотностью 150–800 кг/м 3, средней прочностью 2,6 МПа. Керамзитовый песок получают дроблением и рассевом керамзитового гравия или щебня или как самостоятельную фракцию при обжиге. Гравий керамический полый – материал округлой формы – получают обжигом специально изготовленных пустотелых глиняных гранул.
Вспученный перлит изготовляют в виде щебня и песка путем кратковременного обжига вулканических водосодержащих стекловидных пород. Процесс теплообработки перлитов в зависимости от свойств сырья и вида готового продукта (щебня и песка) осуществляют путем одно– и двухстадийного обжига в коротких вращающихся печах и во взвешенном состоянии в вертикальных печах.
По форме и характеру поверхности пористые заполнители могут иметь округлую, относительно гладкую (угловатую) и шероховатую (ноздреватую) поверхность. По крупности зерен их делят на следующие фракции: песок – до 1,2 и 1,2–5,0 мм, щебень или гравий – 5—10, 10–20 и 20–40 мм. По показателям насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м 3) пористые заполнители делят на марки М100—1200 для щебня (гравия) и до М1200 для песка. Пористые заполнители в зависимости от прочности, определяемой сдавливанием в цилиндре, подразделяют на марки.
Выбор крупного заполнителя производят на основе подбора состава бетона с учетом формы зерен (гравий, щебень), вида и свойств мелкого заполнителя и структуры и вида бетона (теплоизоляционного, конструкционно-теплоизоляционного, конструкционного).
Содержание водорастворимых сернистых соединений в пересчете на S0 3в заполнителях, предназначенных для армированных легких бетонов, не должно превышать 1 % по массе. В качестве добавок для легких бетонов применяют тонкомолотые доменные гранулированные шлаки, диатомит, трепел, туф, пемзу, трасс. Кроме указанных в легкие бетоны вводят добавки, являющиеся замедлителями или ускорителями твердения. В качестве порообразователей для снижения плотности легких бетонов используют алюминиевый порошок, пергидроль, смолосапониновый порообразователь и другие добавки. Для приготовления и увлажнения легкого бетона применяют питьевую воду, отвечающую тем же требованиям, что и для тяжелых бетонов.
Защита стальной арматуры в легких бетонах
Повышенная пористость легких бетонов способствует возникновению и развитию коррозии арматуры в железобетонных изделиях. Поэтому в агрессивной среде легкий бетон армированной конструкции должен быть плотным. Как показывает практика, в таком бетоне содержание цемента должно быть не менее 250 кг/м 3. Иногда арматуру покрывают различными составами: цементноказеиновой суспензией с нитритом натрия; битумной мастикой с молотым песком, золой и растворителем – толуолом, битумоцементной мастикой.
Основным показателем прочности легкого бетона является его класс, установленный по прочности его на сжатие: В2; 2,5; 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 17,5; 20; 22,5; 25; 30; 40; для теплоизоляционных бетонов, кроме того, предусмотрены классы ВО,35; 0,75 и 1. Наряду с прочностью важной характеристикой легкого бетона является его плотность в сухом состоянии. По этому показателю легкие бетоны подразделяют на марки от Д200 до Д2000 с градацией 100. Уменьшить плотность легких бетонов можно путем образования в цементном камне мелких пор с помощью пено– и газообразующих веществ.
