Легкие и ячеистые бетоны

Легкие бетоны

В группу легких бетонов, изготавливаемых с применением портландцемента или его разновидностей, крупного и мелкого пористых заполнителей (мелкий заполнитель может быть также плотным), входят теплоизоляционные, конструкционнотеплоизоляционные и конструкционные бетоны. Изготавливают также специальные легкие бетоны (жаростойкие, химически стойкие, декоративные и др.).

Теплоизоляционные бетоны с плотностью до 500 кг/м³, прочностью на сжатие 1,5 ... 2,5 МПа и теплопроводностью 0,12 ... 0,24 Вт/(м °С) применяют в системах теплоизоляции зданий и сооружений.

К конструкционно-теплоизоляционных относят бетоны, которые предназначены для ограждающих конструкций зданий и должны характеризоваться необходимой теплоизолирующей способностью наряду с достаточной прочностью.

Конструкционные легкие бетоны применяют для несущих конструкций зданий и сооружений, для них требования по теплоизолирующей способностью не являются определяющими.

Для конструкционно-теплоизоляционных бетонов плотность находится, как правило, в диапазоне 500 ... 1400 кг/м³, прочность - 3,5 ... 10 МПа, теплопроводность 0,17 ... 0,40 Вт/(м*°С), для конструкционных соответственно - 1400 ... 2000 кг/м³, 15 ... 50 МПа, 0,4 ... 0,58 Вт / (м*°С).

Классы и марки легких бетонов, нормируемые в соответствии с ГОСТ 25820-2000, приведены в табл.4.38

Таблица 4.38

Классы и марки легких бетонов_

По виду крупного пористого заполнителя легкие бетоны подразделяют на керамзитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлитобетон, бетон на щебне из пористых горных пород, термоли- тобетон, вермикулитобетон, шлакобетон и др.

Целью проектирования составов легких бетонов также как и тяжелых является обеспечение нормативных показателей их качества при минимально возможных затратах цемента и стоимости материалов на 1м³ бетона. Для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов критерием оптимизации составов может быть также минимально возможная плотность при обеспечении других нормируемых свойств.

Основным прочностным параметром легких бетонов при проектировании их составов для сборных железобетонных изделий является отпускная прочность. Для конструкционнотеплоизоляционных бетонов она принимается 80% проектной, конструкционных - 70%.

Для конструкционных легких бетонов, предназначенных для предварительно напряженных конструкций, нормируется передаточная прочность. При условии обеспечения нормируемых значений отпускной (передаточной) прочности проверяется также необходимая прочность бетона в проектном возрасте.

Требуемый уровень прочности легкого бетона, обеспечивающий заданный класс по прочности, также как и для тяжелого бетона рассчитывается по ГОСТ 18105-2010 с учетом коэффициента вариации прочности.

Требуемую плотность легкого бетона на контролируемый период рт вычисляют в соответствии с ГОСТ 27005-86 по формуле:

где р_н - нормируемое значение плотности бетона (марка по средней плотности), кг/м³; К_т- коэффициент требуемой плотности в зависимости от вида бетона и среднего по партиям коэффициента вариации плотности бетона V_n за анализируемый период (табл.4.39 )

Таблица 4.39

Значение К_т в формуле (4.80)_

Средний уровень плотности бетона р на контролируемый период определяют по формуле:

где К_{м п}. - коэффициент, принимаемый при коэффициенте вариации V_n до 3% - 0,98, от 3 до 5% - 0,97, от 5 до 7% - 0,96 и от 7 до 9% - 0,95.

Нижнюю предупредительную границу плотности бетона р^нпг в контролируемой партии рассчитывают по формуле:

где V_MM - коэффициент межпартионной вариации плотности, принимаемый равным 0,5 V„.

Фактическая плотность бетона в отдельных партиях может быть ниже р^нпг, если бетон отвечает требованиям по прочности.

При отсутствии данных по однородности бетона по плотности средний уровень плотности принимают равным соответствующей марке бетона.

Удобоукладываемость бетонных смесей назначается в зависимости от вида конструкций и технологии их изготовления (табл. 4.40), она должна сохраняться в течение не менее 30 мин.

Наряду с плотными изготавливают поризованные легкие бетоны. В поризованных легкобетонных смесях объем вовлеченного воздуха подбирается при условии обеспечения нормируемых свойств бетона.

Объем межзерновых пустот в уплотненной бетонной смеси для бетона плотной и поризованной структуры не должен превышать 3%, а объем вовлеченного в смесь воздуха при использовании добавок, изменяющих поровую структуру - 12% для бетона на мелком заполнителе, 25% для бетона без мелкого заполнителя (ГОСТ 25820-2000).

Таблица 4.40

Рекомендуемая удобоукладываемость легкобетонных смесей

Минимальный расход цемента в легком бетоне для армированных конструкций должен быть не менее 200 кг/м³, а при применении зол ТЭС или других микронаполнителей - 180 кг/м³. При применении зол ТЭС с удельной поверхностью более 400 м²/кг и потерях при прокаливании (ППП) более 15% минимальный расход цемента для армированных конструкций может достигать 220 кг/м³. Для неармированных изделий минимальный расход цемента не ограничивается при условии обеспечения необходимых свойств бетонной смеси и проектных характеристик бетона.

Для высокоподвижных смесей и смесей, которые перекачиваются бетононасосами, расход цемента должен быть не менее 300 кг/м³, а суммарный расход цемента и пылевидных фракций песка (или золы) - не менее 400 кг/м³.

Для приготовления конструкционных бетонов повышенной водонепроницаемости, применяемых в агрессивной среде, минимальный расход цемента ограничивается значениями указанными в табл. 4.41.

Таблица 4.41

Минимальный расход цемента для легких бетонов с повышенной водонепроницаемостью

Расход крупного заполнителя по насыпному объему л/м³, не должен превышать:

• 600 - в смесях, предназначенных для внутренних стеновых панелей с повышенной звукоизоляцией ;
• 700 - в смесях, предназначенных для перекачки по трубопроводам;
• 850 - в смесях для бетонов с повышенной водонепроницаемостью и в нерасслаиваемых высокоподвижных смесях.

При этом минимальный расход крупного заполнителя по насыпному объему принимается не менее 400 л/м³.

Крупный заполнитель для легкого бетона подбирается по плотности и прочности. 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. 4.41...4.44).

ной плотности для конструкционно-теплоизоляционных бетонов

Примечание. Данная таблица относится к бетонам, кроме поризованного, 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'

насыпной плотности для конструкционно-теплоизоляционных бетонов

продолжение табл. 4.42а

Примечание. Данная таблица относится к бетонам, кроме поризованного, 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... 150 кг/м³; для бетонов на вспученном перлитовом песке - на 50... 100 кг/м³.

Таблица 4.43

Максимальные марки крупных заполнителей по насыпной

плотности для конструкционных бетонов

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 табл. 4.45.

Таблица 4.44

Марки крупных пористых заполнителей по прочности

Примечание. Допускается применение пористого заполнителя с меньшей маркой по прочности при условии обеспечения проектных требований к бетону.

Для теплоизоляционного легкого бетона применяют песок с максимальной маркой по насыпной плотности 400 кг/мЗ. Для конструкционно-теплоизоляционного бетона минимальная марка по насыпной плотности - 100, максимальная - 1000 кг/м³.

Таблица 4.45

Прочность песка при раздавливании в цилиндре

Расчет номинальных составов конструкционнотеплоизоляционных бетонов последовательно включает ориентировочное определение расхода крупного пористого заполнителя в зависимости от его марки по прочности и вида мелкого заполнителя, расхода цемента с учетом класса бетона по прочности и марки заполнителя по насыпной плотности, расходов мелкого заполнителя и воды.

Расход крупного заполнителя устанавливается (табл. 4.46) при условии максимального насыщения им легкого бетона.

Таблица 4.46

Ориентировочный расход крупного заполнителя в конструкционно-теплоизоляционном бетоне

Примечание. Приведенные в таблице значения предусматривают применение при приготовлении бетонной смеси воздухововлекающих добавок. При отсутствии добавок для получения плотной структуры бетона расход крупного заполнителя уменьшается на 5-10%. Для поризованных беспесчаных бетонов расход крупного заполнителя принимают такой же как в бетонах на золе ТЭС или плотном песке.

Для определения расхода цемента используют рекомендации табл.4.47, 4.48.

Таблица 4.47

Ориентировочные расходы цемента для легких бетонов на

гравийных заполнителях

Расход мелкого заполнителя в кг/м³ вычисляют по формуле: где ре, - заданный средний уровень плотности бетона в сухом

Л Л

состоянии, кг/м ; Ц - расход цемента, кг/м ; К - расход крупного заполнителя, кг/м³, (К = Укр_к, где V_K - объем крупного заполнителя,

Т. 7. Д

м' / м', (табл. 4.46), р_к - его плотность кг/м ).

Ориентировочный расход воды принимается по формуле (4.82) в зависимости от удобоукладываемости бетонной смеси, крупности и водопоглощения крупного заполнителя, водопотребности и количества мелкого заполнителя:

где Bq - исходное содержание воды по табл. 4.49, л/м³; В/ - поправка на водопотребность мелкого заполнителя, л/м³; В2 - поправка на водопоглощение крупного пористого заполнителя .

Таблица 4.48

Ориентировочные расходы цемента для легких бетонов на _щебневидных заполнителях_

Водопотребность пористых песков в 2 ... 3 раза больше чем плотных. Например, водопотребность измельченного керамзитового песка 13 ... 16%, шлакопемзового - 16 ... 18%. При среднем расходе песка 250 л/м³ по абсолютному объему изменение водопотребности песка на 1% будет соответствовать изменению расхода воды на 0,02 л / л объема песка.

Поправку 5/ можно рассчитать по формуле (4.83):

где В„ - водопотребность песка, %, П-расход песка, кг/м³.

При отсутствии данных по водопотребности песка можно увеличивать значения В при применении мелкого кварцевого песка на 5 л/м³ на каждые 0,1 м³/м³ его насыпного объема, керамзитового песка - 7 ... 10 л/м³, вспученного перлитового песка - 12 ... 15 л/м³, аглопоритового - 15 л/м³, шлакопемзового - 10 л/м³, золы ТЭС - 15 ... 20 л/м³.

Правильность ориентировочного расчета составов легкого бетона проверяют определением суммарного абсолютного объема его компонен

Таблица 4.58

Текучесть ячеистобетонных смесей

Необходимое количество порообразователя Д:

- для газобетона, кг/м³:

- для пенобетона, л/м³:

где а - коэффициент, учитывающий полноту использования газообразователя - алюминиевой пудры или водного раствора пенообразователя (а~0,85). К_в„_г и К_{в п} - коэффициенты выхода пор при введении соответственно газо - или пенообразователя. (/'О,._г~1390 л/кг; К_{в п} ~20 л/кг).

Пример 4.25. Рассчитать состав ячеистого бетона неавтоклавного твердения со средней плотностью 500 кг/м³. Определить расход газообразователя.

1. Принимаем (табл. 4.56) 0=1. По формуле (4.118) расход цемента:

2. Расход кремнеземистого наполнителя (молотого песка, р_п=2,65 кг/л):

• 3. Водотвердое отношение В/Т =0,4 (табл. 4.57).
• 4. Расход воды по формуле (4.119):

5. Необходимый объем пор найдем исходя из уравнения (4.114):

6. Необходимое количество порообразователя для газобетона (4.122), кг/м³: