Свойства и классификация легких и ячеистого бетона

Свойства бетонов

Средняя плотность легкого бетона зависит от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды. Для снижения плотности надо добиваться меньшего расхода вяжущего и образования в цементном камне замкнутых пор.

На теплопроводность легкого бетона оказывают влияние: плотность бетона, характер пористости (нужно добиваться замкнутой пористости). Легкий бетон получают при использовании очень легких заполнителей (перлит, вермикулит).

Прочность зависит от активности цемента, прочности заполнителей, от характера пористости, расхода цемента и степени уплотнения бетона.

Морозостойкость зависит от вида и количества вяжущего, от морозостойкости и вида заполнителя.

Пористые крупные заполнители подразделяются на

• природные (пемза, туф);
• искусственные (шлаки, керамзит).

Классификация легких бетонов

По виду крупного заполнителя:

• керамзитобетон;
• шлакобетон;
• и т.д.

По структуре:

• обыкновенные (присутствуют все компоненты);
• крупнопористые (нет песка);
• поризованные (есть порообразователи).

По назначению:

• теплоизоляционные;
• конструкционно-теплоизоляционные;
• конструкционные.

По виду вяжущего:

• цементные;
• гипсовые;
• смешанные.

Ячеистые бетоны — материалы с ячеистой структурой, к которым относят пено- и газобетоны. Их механо-физические свойства обусловлены такими факторами как: пористость материала, условия затвердевания, расположение воздушных пузырьков в объеме смеси, вид вяжущего, тип пор (замкнутые, открытые или же сообщающиеся).

Характеристики ячеистых бетонов находятся в прямой зависимости друг от друга. К примеру, коэффициент теплопроводности (λ) в сухом состоянии связан со средним значением плотности. Поскольку границы пор обычно состоят из плотного цементного камня или гидросиликатного каркаса, условия затвердевания, вид вяжущего и ряд других критериев незначительно влияют на значение λ. Поэтому, теплопроводность ячеистых бетонов, в целом, определяется их средней плотностью и пористостью, которую составляют макропористость (пузырьки воздуха в объеме материала) и микропористость (наличие пор в межпузырьковых стенках).

На характер ячеистой структуры оказывают влияние сочетание газовых пузырьков разного размера, их пространственная упаковка, форма, средний и максимальный размер, толщина межпоровых стенок.

Форма пор позволяет оценить степень искажения их сферических оболочек в сторону правильных многогранников. Возможность образования многогранных пор появляется, когда величина объема ячеистой пористости составляет 75-80% и выше. Поры-многогранники образуются за счет быстрого отверждения, снижения поверхностного натяжения, повышения устойчивости массы и ячеистой пористости системы. С повышением пористости форма многогранников должна приближаться к более правильной. Как правило, подбирают условия поризации, способствующие формированию гладкой и достаточно плотной поверхностью пор.

Когда поры обладают несферической формой и различными размерами, пористость повышается. Наибольшее влияние на размер пор оказывают вид пенообразователя и вязкость смеси. Полидисперсное распределение пузырьков по размерам способствует наиболее равномерной поризации бетона.

При дегидратации ячеистых бетонов имеет место влажная усадка. Величина деформации, в основном, обусловлена видом и средней плотностью вяжущего, равновесной влажностью и исходным влагосодержанием. Склонность к образованию трещин при карбонизации или колебаниях влажности у автоклавного газобетона ниже, чем у пенобетона.

Коэффициент конструкционного качества (А) — один из показателей качества, применимый к ячеистым бетонам. Он определяется отношением прочности при сжатии (Rсж, МПа) к квадрату средней плотности (ρ0, кг/м³). Данный коэффициент позволяет проводить сравнительный анализ пористых материалов, отличных по структуре, а также компонентному составу.

Объем влаги для затворения в значительной мере определяет прочность стенок пор. В ячеистых материалах, подготовленных на основе сухого портландцемента, во время твердения лишь небольшая часть влаги задействуется на образование структуры. При повышении влажности цемента объем связанной влаги (в возрасте 28 суток) обычно равен 15-20% от массы и определяется свойствами его минеральных составляющих. Избыток влаги способствует возникновению капиллярной пористости на поверхности и в толще цементного камня.

Как следствие, после дегидратации ячеистого бетона, в перегородках между воздушными пузырьками наряду с гелевыми присутствуют и капиллярные поры.

Водотвердое отношение (В/Т) — коэффициент, который определяют для ячеистых бетонов, содержащих в своем составе, наряду с вяжущим, различные тонкодисперсные добавки. При возрастании В/Т прочностные показатели ячеистых бетонов ухудшаются, независимо от типа вяжущего.

На теплоизолирующие свойства ячеистых бетонов заметно влияет их влажность. Гидрофильность бетона, в свою очередь, определяется характером распределения пор и типом вяжущего компонента. Увеличение влажности пенобетона на 1% ведет к возрастанию его теплопроводности на 6–8%. Кроме того, теплопроводность находится в прямой зависимости от пористости. Величина снижения теплопроводности ячеистого бетона при понижении средней плотности на 100 кг/м3 составляет 20%.

Таким образом, возможно достичь значения показателя теплопроводности 0,06 Вт/(м град), что сопоставимо с теплоизоляционными характеристиками современных высокоэффективных материалов (например, пористые пластмассы и минеральная вата).

Прочность таких пористых материалов, как ячеистые бетоны, обусловлена набором фактоpов: типом и характеристиками используемых компонентов, их влажностью, способом тепловой обработки, плотностью и некоторыми другими. ГОСТ 25485-89 для ячеистых бетонов, имеющих конструкционно-теплоизоляционное функциональное назначение, предусматривает ряд классов по прочности на сжатие (Кп.с.): B0,5; B0,75; B1; B1,5; B2,5. Так, ячеистый автоклавный теплоизоляционный бетон, соответствующий марке D350, должен иметь Кп.с. B0,75 или B1.

Для ячеистых неавтоклавных бетонов, имеющих марки D300 и D350, класс (Кп.с.) и марка по морозостойкости стандартом не нормируются.

На практике показано, что при возрастании водотвердого отношения (B/T) с 0,3 до 1,0 наблюдается прирост капиллярной пористости приблизительно в 1,5 раза. Вдобавок, на прочностные показатели наибольшее влияние оказывают размер микропор в смеси и распределение их по объему. Очевидно, чем больше воздушных микропор содержится в объеме материала, тем лучшей прочностью он обладает при одновременном снижении теплопроводности.

Устойчивость конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов в условиях низких температур (морозостойкость) сильно зависит от вида вяжущего и структуры стенок между порами, и составляет не менее 25 циклов.

Одним из основных недостатков газобетона, ввиду его ячеистой структуры, является разрыхление стенок микропор и образующей их поверхности. За счет гидростатического давления столба массы, поры приобретают форму эллипса. Это служит причиной возникновения в газобетонах анизотропии (неоднородности) свойств, величина которой по прочности в среднем составляет 18-22%. Другой недостаток связан с неодинаковым распределением газообразователя по объему смеси. Перепад давлений между ближайшими порами ведет к образованию трещин в межпузырьковых перегородках.

Реологические показатели массы затрудняют естественное устранение дефекта на момент окончания вспучивания. Повреждение замкнутых ячеистых структур значительно ухудшает характеристики газобетона. При пенном способе производства структура микропор ячеистых бетонов обладает рядом преимуществ относительно газобетона и лишена описанных выше недостатков.

Цементный пенобетон производится, преимущественно, по неавтоклавной схеме. Это позволяет достичь хорошей трещиностойкости ячеистых бетонов при незначительном снижении прочностных показателей по сравнению с автоклавным способом обработки. На стадии пропарки пенобетона в объеме смеси образуется разветвленная сеть капиллярных пор.

Это способствует росту показателей водопоглощения и проницаемости, возникновению термического и влажностного градиентов и внутренних напряжений.

Сегодня современные технологии производства пенобетона по неавтоклавной схеме описаны во множестве работ. Данный способ не требует операций пропаривания бетона и его автоклавирования, и позволяет достичь качества продукции, удовлетворяющего большинству требований в сфере профессионального строительства.

---