Легкие и ячеистые бетоны

Легкие бетоны. Легкие бетоны классифицируют в зависимости от основного назначения, вида заполнителей, структуры. По основному назначению легкие бетоны (ГОСТ 25820-2000) подразделяют на конструкционные, в том числе конструкционнотеплоизоляционные, и специальные (теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие, декоративные и др.). По виду крупного пористого заполнителя различают керамзитобетоны, аглопоритобетоны, шунгизитобетоны, шлакопемзобетоны и другие виды легких бетонов. В зависимости от структуры легкие бетоны могут быть плотными, поризованными и крупнопористыми.

Качество легких бетонов характеризуется прочностью при сжатии и средней плотностью, а также, с учетом особенностей их работы, морозостойкостью, водонепроницаемостью, теплопроводностью и др.

ГОСТом 25820-2000 установлены классы по прочности:

для теплоизоляционных бетонов - ВО,35; ВО,5; ВО,75; В1; Bl,5; В2;

для конструкционно-теплоизоляционных бетонов - В2,5; ВЗ,5;В5; В7,5;В10;

для конструкционных бетонов - В 12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40.

По средней плотности для легких бетонов нормируются марки - от D200 до D500 - для теплоизоляционных, от D600 до D1600 - для конструкционно-теплоизоляционных, от D1100 до D2000 - для конструкционных бетонов.

При назначении нормативных показателей легких бетонов по средней плотности, прочности, морозостойкости и др. учитывается вид пористого заполнителя. В табл.4.51 приведены возможные нормируемые показатели для легких бетонов на некоторых распространенных видах крупных пористых заполнителях.

Эффективность легкого бетона и оптимальность его состава в значительной степени зависит от соотношения достигаемых значений средней плотности и прочности на сжатие.

Таблица 4.51

Классы и марки легких бетонов на различных видах крупных пористых заполнителей

Назначение

бетона

Марка

бетона

Класс бетона по прочности на сжатие при применении различных видов пористого заполнителя

по

средней

плотности

по морозостойкости

вспученный

перлитовый

щебень

керамзитовый

шунги-

зи-

товый,

зольный

гравий

щебень из пористых горных пород

шлакопемзовый щебень или гравий

Теплоизоляционный

D200

не нормируется

D300

ВО,35- В0,75

-

-

"

D400

ВО,35- В2

ВО,35- В2

-

"

D500

В1-В2

В1-В2

-

-

Конструкционно-

теплоизоляционный

D600

-

В2,5

В2,5

-

-

D700

F25

В2,5;ВЗ,

5

В2,5;ВЗ,

5

-

"

D800

F25

В2,5-В5

В2,5-В5

В2,5

-

D900

F25-F50

В2,5-

В7,5

В3,5-

В7,5

В2,5;ВЗ,

5

D1000

F25-

F100

В5-В10

В3,5-

В10

В2,5-В5

В2,5

D1100

F25-

F100

В5-В10

В3,5-

В10

В2,5-

В7,5

В2,5;ВЗ,

5

D1200

F35-

F100

В7,5;

В10

В5-В10

В2,5-

В10

В2,5-В5

D1300

F35-

F100

В10

В5-В10

В3,5-

В10

В2,5-

В7,5

D1400

F35-

F100

-

В5-В10

В5-В10

В3,5-

В10

D1500

F35-

F100

В7,5;

В10

В5-В10

D1600

F75;F10

0

В10

В7,5;В1

0

продолжение табл.4.5

Марка

бетона

Класс бетона по прочности на сжатие при применении различных видов пористого заполнителя

Назначение

бетона

по

средней

плотности

по морозостойкости

вспученный

перлитовый

щебень

керамзитовый

шунги-

зи-

товый,

зольный

гравий

щебень из пористых горных пород

шлако- пемзовый щебень или гравий

D1100

F100

В 12,5

В 12,5

-

-

D1200

F100

В 12,5

В12,5;В

15

-

D1300

F100;F1

50

В12,5;В

15

В 12,5-

В22,5

В 12,5

D1400

F100;F1

50

В12,5;В

15

В 12,5- В25

В 12,5

В 12,5

Конструкционный

D1500

FI 00- F300

В15

В12,5-

ВЗО

В12,5;В

15

В12,5;В

15

D1600

FI 00- F400

В15

В15-В35

В12,5-

В20

В 12,5- В20

D1700

FI 50- F500

-

В15-В40

В15-

В22,5

В 12,5- В25

D1800

FI 50- F500

-

В20;В40

В15-В25

В20-В30

D1900

F200-

F500

В35;В40

В20-В30

В22,5-

В40

D2000

F200-

F500

В25;В30

В40

Средняя томность легких бетонов в сухом состоянии зависит от плотности зерен заполнителей (рис. 4.25), расхода цемента, объемной концентрации крупного заполнителя, объемов межзерновых пустот и вовлеченного воздуха. Эффективным способом снижения средней плотности является поризация бетонной смеси воздухововлекающими или порообразующими добавками.

Эффективность легкого бетона и оптимальность его состава в значительной степени зависит от соотношения достигаемых значений средней плотности и прочности на сжатие.

Средняя томность легких бетонов в сухом состоянии зависит от плотности зерен заполнителей (рис. 4.25), расхода цемента, объемной концентрации крупного заполнителя, объемов межзерновых пустот и вовлеченного воздуха. Эффективным способом снижения средней плотности является поризация бетонной смеси воздухововлекающими или порообразующими добавками.

Влияние насыпной плотности заполнителя на плотность и прочность при сжатии керамзитобетона на пористом и кварцевом песке

Рис. 4.25. Влияние насыпной плотности заполнителя на плотность и прочность при сжатии керамзитобетона на пористом и кварцевом песке: на керамзитовом песке при насыпной плотности керамзитового гравия в кг/м3:1 - 300; 2 - 400; 3 - 500; 4 - 600; 5 - 700; 6 - 800; на кварцевом песке при насыпной плотности керамзитового гравия в кг/м3:

7-300; 8-400; 9-500; 10-600; 11 -700; 12-800

Плотность легкого бетона может быть выражена формулой:

где рк и Pp- соответственно плотность зерен пористого заполнителя и цементно-песчаного раствора; Vn- объем межзерновых пустот; ср - объемная концентрация пористого заполнителя.

Для ориентировочного расчета плотности легких бетонов может быть использована формула М.З.Симонова:

где Ц- расход цемента, кг/м3; рц - плотность цемента (рц «3,1 кг/л); р3. к— плотность зерен заполнителя.

При выводе этой формулы абсолютный объем, занимаемый пористым заполнителем, принят в среднем 800 л/м3.

Теоретичекие представления о прочности легких бетонов базируются на двух основных подходах к механизму их разрушения, наиболее четко сформулированных Ю.Е.Корниловичем и

А.И.Вагановым применительно к керамзитобетону. По

Ю.Е.Корниловичу предельные деформативные характеристики керамзита и раствора в бетоне являются достаточно близкими и в момент разрушения напряжения в керамзите и растворе практически одновременно достигают предела прочности. Экспериментальные исследования однако, не подтверждают в достаточной степени данный подход. А.И.Вагановым показано, что для легких бетонов зависимость их прочности от прочности растворной части можно разделить на два участка (рис. 4.24). На относительно прямолинейном участке по мере увеличения прочности раствора имеет место пропорциональный рост прочности бетона. В этом интервале прочность бетона не зависит от прочности заполнителя. На втором криволинейном участке прочность легкого бетона определяется предельной деформативностью пористого заполнителя. Предельная прочность бетона уменьшается с уменьшением прочности пористого заполнителя. Для керамзитобетона предельную прочность (R б ) можно найти по эмпирической формуле В.Г.Довжика и Л.А.Кайсера:

где RK- прочность керамзита в цилиндре.

Большое влияние на прочность бетона оказывает объем межзерновых пустот заполнителя, не заполненный цементным тестом. При 5%-ном объеме незаполненных межзерновых пустот прочность легкого бетона снижается примерно на 20% по сравнению с бетоном плотной структуры.

Предложено множество формул для определения прочности легких бетонов, которые можно разделить на три группы:

К первой группе можно отнести формулы, в которых прочность легкого бетона зависит от прочностных свойств компонентов и их относительного содержания. Типичной для этой группы является формула Ю.Е.Корниловича:

где Rp- прочность растворной составляющей; RK- прочность крупного пористого заполнителя; ф- объемная концентрация крупного заполнителя.

Во вторую группу входят формулы, связывающие прочность бетона с деформативными свойствами компонентов. Наибольшее признание из формул этой группы получила формула А.И.Ваганова:

где Еб - модуль деформации бетона в момент разрушения; sc- предельная сжимаемость заполнителя; ?р- предельная растяжимость заполнителя; р- коэффициент Пуассона.

Третья группа объединяет формулы, учитывающие прочность компонентов, их объемное содержание и деформативные свойства. При начале разрушения бетона с растворной части может быть использована формула Б.Г.Скрамтаева:

где Е3 и Ер- соответственно модули упругости заполнителя и раствора.

При начале разрушения бетона с заполнителя применяют формулу С.Е.Фрейфельда:

где R3- прочность заполнителя. Зависимость прочности при сжатии керамзитобетона от плотности заполнителей и прочности растворной части бетона

Рис. 4.26. Зависимость прочности при сжатии керамзитобетона от плотности заполнителей и прочности растворной части бетона: 1 - бетон на гранитном щебне (для сравнения); 2 - керамзитобетон на керамзитовом гравии с плотностью в куске рк=1,4 т/м3; 3 - рк=1,05 т/м3; 4 - рк=0,86 т/м3; 5 - рк=0,66 т/м3; 6 - рк=0,52 т/м3

Существенное влияние прочности пористого заполнителя приводит к меньшему относительному влиянию на прочность легкого бетона таких факторов как В/Ц и активность цемента. При неизменном качестве пористых заполнителей для увеличения прочности легких бетонов необходимо повышать прочность растворной составляющей (рис. 4.26), что достигается увеличением расхода цемента или уменьшением объемной концентрации крупного заполнителя. При этом увеличивается средняя плотность бетона.

В зависимости от вида мелкого заполнителя, прочности бетона на сжатие и его марки по средней плотности устанавливается максимальная марка крупного заполнителя по насыпной плотности и прочности (табл.4.51...4.54). Марка крупного пористого заполнителя по насыпной плотности для теплоизоляционного бетона не должна превышать 400, для конструкционного бетона - 1200.

Таблица 4.52

Максимальные марки гравийных пористых заполнителей по насыпной плотности для конструкционно-теплоизоляционных

бетонов

Класс бетона по прочности на сжатие

Марка бетона по средней плотности

Максимальная марка гравийного крупного заполнителя по насыпной плотности в зависимости от вида песка

дробленый из гравия или золы ТЭС

природный пористый илигра- нули- рован- ный шлак

вспученный перлитовый марок 200, 250 по насыпной

плотности

без песка (по-

ризован-

ный)

плотный

песок

В2,5

D600

-

-

350

300

-

D700

300

-

400

400

-

D800

400

350

450

500

300

D900

500

450

500

600

350

В3,5

D700

-

-

400

350

-

D800

350

-

500

450

-

D900

500

350

550

550

300

D1000

600

500

600

600

500

D1100

-

600

-

-

600

В5

D800

300

-

400

350

-

D900

450

300

500

500

-

D1000

550

500

600

600

450

D1100

600

600

-

-

550

D1200

-

-

-

-

600

В7,5

D800

-

-

350

-

-

D900

400

-

450

400

-

D1000

500

350

550

500

-

D1100

550

500

600

600

450

D1200

600

600

-

-

550

D1300

-

-

-

-

600

В10

D1000

400

-

450

-

-

D1100

500

450

500

-

400

D1200

600

500

600

-

450

D1300

-

600

-

-

500

D 1400

-

-

-

-

600

Примечание. Данная таблица относится к бетонам, кроме поризован- ного, приготовленных с воздухововлекающими добавками. При приготовлении бетонных смесей без воздухововлекающих добавок значения насыпной плотности крупного пористого заполнителя уменьшают: для бетонов на песке того же вида и золе ТЭС - на 100.. .50 кг/м3; для бетонов на вспученном перлитовом песке - на 50... 100 кг/м3.

Насыпная плотность пористых песков для конструкционнотеплоизоляционных бетонов находится в пределах 200 ... 1000 кг/м3. Для конструкционных бетонов она должна быть не менее 600 кг/м3 для бетона классов 12,5 ... 20 и не менее 800 кг/м3 для бетонов классов 25 и выше. В зависимости от классов бетонов по прочности рекомендуется выбирать песок с прочностью при раздавливании в цилиндре не менее указанной в табл. 4.53.

Таблица 4.53

Максимальные марки щебневых пористых заполнителей по насыпной плотности для конструкционно-теплоизоляционных

бетонов

Класс бетона по прочност и на сжатие

Марка бетона по средней плотности

Максимальная марка крупного щебневидного заполнителя по насыпной плотности в зависимости от вида песка

дробленый из гравия (кроме перлитового)

вспученный перлитовый

марок 200,350 по насыпной плотности

зола

ТЭС,

гранулированный

шлак

D700

-

400

300

D800

300

500

400

В2,5

D900

400

600

500

D1000

500

700

600

D1100

600

800

700

D1200

700

900

800

D700

-

300

-

D800

-

400

300

D900

300

500

400

В3,5

D1000

400

600

500

D1100

500

700

600

D1200

600

800

700

D1300

700

900

800

D1400

800

-

900

D800

-

300

-

D900

-

400

300

D1000

300

500

400

В5

D1100

400

600

500

D1200

500

700

600

D1300

600

800

700

D1400

700

900

800

D1500

800

-

900

Класс бетона по прочност и на сжатие

Марка бетона по средней плотности

Максимальная марка крупного щебневидного заполнителя по насыпной плотности в зависимости от вида песка

дробленый из гравия (кроме пер- литово-го)

вспученный перлитовый

марок 200,350 по насыпной плотности

зола

ТЭС,

гранулированный

шлак

D900

-

300

-

D1000

-

400

300

D1100

300

500

400

В7,5

D1200

400

600

500

D1300

500

700

600

D1400

600

800

700

D1500

700

900

800

D1600

800

-

900

D1000

-

350

350

D1100

-

400

400

D1200

350

450

450

В10

D1300

400

500

500

D1400

500

600

600

D1500

600

-

700

D1600

700

-

800

Примечание. Приведенные данные соответствуют бетонам, изготовленным с воздухововлекающими добавками. При приготовлении бетонных смесей без воздухововлекающих добавок значения насыпной плотности крупного заполнителя уменьшается для бетонов на песке того же вида и золы ТЭС на 100 кг / м3, для бетонов на вспученном перлитовом песке - 50 кг / м3.

Таблица 4.54

Максимальные марки крупных заполнителей по насыпной плотности для конструкционных бетонов

Класс бетона по прочности на сжатие

Марка бетона по средней плотности

Максимальная марка крупного заполнителя по насыпной плотности

гравия

щебня

песок

плотный

песок

пористый

песок

плотный

песок

пористый

D1200

-

500

-

-

D1300

_

600

400

D1400

500

700

_

500

10...20

D1500

600

800

400

600

D1600

700

-

500

700

D1700

800

-

600

800

D1800

900

-

700

900

Класс бетона по прочности на сжатие

Марка бетона по средней плотности

Максимальная марка крупного заполнителя по насыпной плотности

гравия

щебня

песок

плотный

песок

пористый

песок

плотный

песок

пористый

D1400

-

600

-

-

D1500

700

D1600

600

800

-

-

25...40

D1700

700

-

_

700

D1800

800

-

600

800

D1900

900

-

700

900

D2000

-

-

800

1000

Таблица 4.55

Марки крупных пористых заполнителей по прочности

Класс бетона по прочности на сжатие

Марка

заполнителя по прочности

Класс бетона по прочности на сжатие

Марка

заполнителя по прочности

В2,5

П15

В20

П150

В3,5

П 25

В22,5

П 200

В5

П 35

В25

П 250

В7,5

П 50

В27,5

пзоо

В10

П 75

взо

пзоо

В 12,5

П 100

В35

П 350

В15

П 125

В40

П 400

Примечание. Крупный заполнитель относят к той или иной марке по результатам испытаний в цилиндре.

Таблиця 4.56

Прочность песка при раздавливании в цилиндре

Класс бетона по прочности на сжатие

Прочность песка при раздавливании в цилиндре, МПа не менее

керамзитового

керамзитового и шунгизитового, перлитового

шлакопемзового

аглопо-

ритового

15

2,5

1,2

1,0

0,8

25

4,5

2,2

1,2

1,0

30

6,5

3,3

1,4

1,2

40

8,0

4,0

1,8

1,4

Большинство расчетных формул прочности легких бетонов основано на гипотезе распределения напряжений между компонентами легких бетонов при их разрушении. Эти формулы с большей или меньшей погрешностью позволяют прогнозировать прочность при известных физико-механических характеристиках компонентов и составе бетона. Использование их для проектирования состава невозможно или затруднительно, поскольку они не связаны однозначно с тем или иным определяющим смесевым параметром.

Прочность при растяжении легких бетонов несколько выше этого показателя для тяжелых бетонов. Для конструкционнотеплоизоляционных легких бетонов прочность при осевом при заданном виде и плотности крупного пористого заполнителя с возможным выбором вида песка;с выбором, как крупного, так и мелкого заполнителей, растяжении составляет 12... 17% от прочности при сжатии, для конструкционных - 7... 10%.

Прочность легких бетонов при растяжении можно приблизительно рассчитать по формуле:

Повышенная прочность легких бетонов при растяжении объясняется более прочным сцеплением пористого заполнителя с цементным камнем.

Расчет составов легких бетонов направлен на определение расходов, входящих в них компонентов, обеспечивающих при заданных условиях твердения достижение нормируемых показателей. Во всех случаях проектирование составов легких бетонов наряду с прочностью при сжатии должно обеспечивать их заданную плотность.

Проектирование составов легких бетонов может производиться:

  • 1) при заданных видах крупного и мелкого заполнителей с известными значениями их плотности;
  • 2) при заданном виде и плотности крупного пористого заполнителя с возможным выбором вида песка;
  • 3) с выбором, как крупного, так и мелкого заполнителей.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >