Легкие бетоны на пористых заполнителях: Легкий бетон на пористых заполнителях: состав и свойства

Содержание

Легкие бетоны на пористых заполнителях

В зависимости от вида применяемого крупного заполнителя легкие бетоны на пористых заполнителях именуют керамзитобетоном, шлакобетоном, аглопоритобетоном, туфобетоном и т. д.

По структуре легкие бетоны на пористых заполнителях делят на следующие основные группы: обычные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителя, межзерновые пустоты которых полностью заполнены раствором; малопесчаные легкие бетоны, приготовляемые из вяжущего, воды, крупного и мелкого заполнителя, межзерновые пустоты которых заполнены раствором лишь частично; беспесчаные (крупнопористые) легкие бетоны с расходом вяжущего не более 300 кг/м3, в которых отсутствует мелкий заполнитель; поризованные легкие бетоны, состоящие из вяжущего, воды, кремнеземистого компонента, крупного заполнителя и порообразователя.

По виду применяемого вяжущего легкие бетоны на пористых заполнителях делят на цементные, цементно-известковые и др.

Основные физико-механические показатели легких бетонов зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются качество заполнителей и их зерновой состав, вид и количество вяжущего и добавок, содержание воды в смеси, а также способы и режимы их укладки и уплотнения.

Наибольшее влияние на объемную массу и прочность легких бетонов оказывает зерновой состав и качество заполнителей (объемная масса и прочность, а также форма и характер поверхности зерен. Так как зерна крупного заполнителя благодаря пористому строению обладают по сравнению с песчаными фракциями меньшей объемной массой и прочностью, то при увеличении содержания крупного заполнителя в смеси, объемная масса и прочность бетона снижаются. Крупнопористые бетоны, состоящие преимущественно из пористого щебня или гравия, обладают наименьшей объемной массой, однако их прочность невелика. С повышением доли мелкого заполнителя прочность бетонов возрастает, но одновременно увеличивается и их объемная масса.

Объемная масса легких бетонов в значительной мере зависит от качества заполнителей. Исследованиями установлено, что объемная масса легких бетонов тем меньше, чем прочнее зерна заполнителя, более округла их форма и ровнее их поверхность.

Прочность и объемная масса легких бетонов с увеличением расхода вяжущего возрастают, что объясняется повышением содержания в бетоне более прочного, но в то же время и более тяжелого компонента — цементного камня.

Зависимость объемной массы и предела прочности легкого бетона на пористых заполнителях от расхода вяжущего

Получение наиболее легкого и экономичного по расходу вяжущего бетона может быть достигнуто при таком зерновом составе заполнителей, который бы обеспечивал получение бетона заданной прочности при наименьшем расходе вяжущего. Как показали исследования, наименьший расход вяжущего имеет место при определенном соотношении между мелкими и крупными фракциями и небольшом количестве средних (1,2—5 мм) фракций заполнителя.

График для определения оптимального зернового состава пористого заполнителя по кривым расхода цемента 1 и объемной массы легкого бетона 2

Зерновые составы заполнителей, кривые просеивания которых находятся в пределах заштрихованной площади, обеспечивают наименьшую пустотность и получение бетона с наименьшим расходом вяжущего. Наименьшего расхода вяжущего без снижений прочности бетона можно достигнуть и при использовании высокоактивного вяжущего. При этом за счет сокращения количества цементного камня уменьшается и объемная масса бетона.

Рекомендуемые зерновые составы пористых заполнителей: а — песка, б — щебня (гравия)

Большое влияние на свойства легкобетонных смесей и бетонов оказывает содержание воды. Зависимость прочности легкого бетона определенного состава при одинаковом содержании цемента от количества воды в смеси показана на рис. ниже.

Зависимость прочности легкого бетона на пористых заполнителях от количества воды

Левая, восходящая, ветвь кривой показывает, что с увеличением расхода воды в смеси прочность и объемная масса бетона постепенно увеличиваются. Это происходит за счет того, что с повышением расхода воды увеличивается количество цементного теста и растет подвижность смеси, в результате чего повышается ее плотность. Правая, нисходящая, ветвь кривой свидетельствует о том, что после достижения наибольшей относительной плотности смеси при заданных параметрах уплотнения (точка перегиба кривой) дальнейшее увеличение количества воды приводит к уменьшению плотности и прочности цементного камня и всего бетона. Как известно, в обычном бетоне при неизменном расходе цемента с увеличением количества воды, как правило, его прочность снижается.

Количество воды, которое при данных параметрах уплотнения обеспечивает наилучшую удобоукладываемость и наибольшую плотность легкобетонной смеси, называют оптимальным. Практически оптимальное количество воды можно устанавливать или непосредственно по прочности бетона или приближенно — по наибольшей объемной массе и выходу бетона. Легкобетонные смеси с оптимальным количеством воды обладают повышенной жесткостью и применяются при изготовлении изделий с виброуплотнением в горизонтальных формах. В тех случаях, когда по условиям производства требуются подвижные смеси (например, при изготовлении тонкостенных изделий в вертикальных формах), подбирают смеси с заданной подвижностью. Однако последние менее экономичны, так как требуют на 20—30% больше расхода вяжущего.

Немаловажное влияние на прочность бетона оказывает способность пористых заполнителей в процессе приготовления и укладки смеси поглощать воду, а затем постепенно отдавать ее в твердеющий цементный камень. Это свойство пористых заполнителей, названное проф. М.3. Симоновым «самовакуумированием», создает благоприятные условия для твердения цементного камня, что в конечном счете приводит к повышению его плотности и прочности и обеспечивает лучшее сцепление с зернами заполнителя.

Величина объемной массы и прочность бетона зависят также тщательности перемешивания и степени уплотнения смеси. Тщательное перемешивание смеси обеспечивает лучшую ее однородность, что позволяет уменьшить расход вяжущего. В результате повышения степени уплотнения происходит более плотная укладка смеси, что приводит к значительному повышению прочности бетона (иногда вдвое и более).

Как установлено Н. А. Поповым, повышение прочности легкого бетона пропорционально корню квадратному из величины, характеризующей работу уплотнения смеси. При этом наивысший эффект достигается для бетонов, изготовленных из смесей с малой подвижностью и небольшим расходом вяжущего.

Таким образом, в результате тщательного уплотнения смеси достигается значительная экономия вяжущего без снижения прочности бетона. Если учесть, что с повышением плотности укладки зерен увеличивается содержание легкого заполнителя в единице объема смеси, то при изготовлении равнопрочных бетонов интенсивное уплотнение легкобетонных смесей обеспечивает значительное сокращение расхода вяжущего практически без увеличения объемной массы бетона. В некоторых случаях объемная масса бетона даже уменьшается.

Легкобетонные смеси. По сравнению с обычными (тяжелыми) бетонными смесями легкобетонные смеси обладают рядом особенностей, связанных главным образом со своеобразным строением и свойствами пористых заполнителей. В отличие от обычных смесей, на удобоукладываемость легкобетонных смесей, помимо величины сил трения между отдельными компонентами, существенное влияние оказывает объемная масса смеси, которая в зависимости от вида, свойств и количества легких заполнителей может колебаться в значительных пределах. Удобоукладываемость легкобетонных смесей улучшается не только с уменьшением сил трения, но и при увеличении объемной массы смеси.

Повышение подвижности легкобетонных смесей можно обеспечить введением гидрофобизующих добавок (например, мылонафта). При этом влияние таких добавок на подвижность смесей сказывается тем сильнее, чем меньше в них вяжущего и песка. Гидрофильные вещества (например, сульфитно-дрожжевая бражка) подвижность легкобетонных смесей практически не изменяют.

Неправильная форма и шероховатая поверхность зерен большинства пористых заполнителей приводит к резкому увеличению сил трения между ними, благодаря чему легкобетонные смеси при оптимальных расходах воды относятся в большинстве случаев к жестким смесям. Легкобетонные смеси на пористом гравии (например, керамзите) с меньшей наружной поверхностью зерен по сравнению со смесями на пористом щебне отличаются повышенной удобоукладываемостью.

Кроме того, пористый щебень и песок из-за сильно развитой поверхности и неправильной формы зерен обладают увеличенным объемом межзерновых пустот, для заполнения которых требуется в 1,5-2 раза больше цементного теста, чем в обычных бетонах с тяжелым заполнителем.

В зависимости от удобоукладываемости легкобетонные смеси делят на жесткие с показателем жесткости более 15 с, малоподвижные с ОК 0,5-2 см и подвижные с ОК более 2 см.

  1. Бетоноведение
  2. Технология изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей
  3. Бетонные работы в зимних условиях
  4. Производство сборных конструкций и деталей из легких бетонов
  5. Производство сборных изделий из плотных силикатных бетонов и бетонов на бесклинкерном вяжущем
  6. Производство бетонных и железобетонных изделий на полигонах
  7. Общие правила техники безопасности и противопожарные мероприятия на строительной площадке

Бетон легкий на пористых заполнителях

Сравнительно большая теплопроводность ( X =1,1—1,3) обыкновенного бетона не позволяет делать из него ограждающие конструкции отапливаемых зданий без применения дополнительных теплоизоляционных слоев, что сильно усложняет возведение подобных конструкций.

Виды и технические характеристики

Чем менее теплопроводен бетон, тем меньшую толщину будут иметь ограждающие конструкции наружные стены или теплые (бесчердачные) верхние покрытия зданий. Кроме того, чем меньше объемный вес бетона, тем большую площадь может иметь сборный элемент стены или перекрытия при той же грузоподъемности крана, монтирующего сооружение.

Поэтому применение легких бетонов выгодно в ряде конструкций, когда необходимо достигнуть уменьшения веса, например: в междуэтажных перекрытиях зданий, в проезжей части мостов и т. п. Использование легких бетонов в ряде случаев существенно уменьшает и стоимость сооружений.

В зависимости от вида применяемого крупного заполнителя различают следующие разновидности легкого бетона с пористыми заполнителями:

  1. керамзитобетон,
  2. аглопорито-бетон,
  3. шлакопемзобетон,
  4. туфобетон и т. п.

По структуре легкие бетоны подразделяют на:

  1. обычные (плотные),
  2. малопесчаные (неплотные, с межзерновой пористостью),
  3. беспесчаные (крупнопористые) и поризованные.

Структура легкого бетона зависит от степени заполнения раствором межзерновых пустот крупного заполнителя. Обычные, или плотные легкие бетоны содержат избыток плотного цементо-песчаного раствора по отношению к объему пустот в крупном заполнителе. При уплотнении такой смеси образуется плотная структура ее (объем межзерновых пустот менее 3%).

Неплотная структура малопесчаных бетонов образуется при частичном заполнении межзерновых пустот крупного заполнителя раствором (при меньшем содержании мелкого заполнителя).

Крупнопористую структуру бетона получают, когда в его составе нет мелкого заполнителя, а зерна крупного заполнителя только покрыты цементным тестом.

Поризованная структура легкого бетона образуется, если содержание ячеистой бетонной массы или поризованного цементно-песчаного раствора превышает объем пустот в крупном заполнителе.

По области применения легкие бетоны на пористых заполнителях подразделяют на следующие группы:

  • конструктивные и высокопрочные, применяемые в несущих железобетонных конструкциях с обычной или предварительно напряженной арматурой; к таким бетонам предъявляют повышенные требования по их механическим свойствам и долговечности, а также нормируется предельный объемный вес;
  • конструктивно-теплоизоляционные, применяемые в ограждающих конструкциях, которые, кроме выполнения теплозащитных функций, воспринимают определенную нагрузку и поэтому должны обладать заданными показателями теплопроводности, объемного веса и прочности;
  • теплоизоляционные, используемые в качестве изоляции в ограждающих конструкциях зданий и оборудования, для которых решающими являются объемный вес и зависящий от него показатель теплопроводности.

Примерные значения технических характеристик легких бетонов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Основные характеристики легких бетонов на пористых заполнителях

Вид бетона

Объемный вес в сухом состоянии, кг/м3

Проектная марка, кг/см2

Морозо-стойкость Мрз

Коэффициент теплопроводности , ккал/м х ч•град

Структура

Конструктивный и высокопрочный

1400-1800

75-400

Не менее 15

Плотная

Конструктивно — теплоизоляционный

500-1400

35-75

10-25

0,15-0,45

Любая

Теплоизоляционный

400—500

(5-8)

0,12-0,15

Крупнопористая, поризованная

Значительный диапазон требований к легким бетонам различных видов объясняется большим разнообразием их структуры и характеристик применяемых материалов, от которых зависят свойства легкобетонных смесей и затвердевшего бетона.

Свойства легкобетонной смеси принято характеризовать ее объемным весом, удобоукладываемостью (подвижностью и жесткостью) или рассливаемостью и структурой (объемом межзерновых пустот).

Объемный вес бетонной смеси является одной из важных характеристик, определяющих ее однородность, а следовательно, и постоянство свойств затвердевшего бетона —его объемный вес и прочность. На объемный вес смеси оказывают влияние относительное содержание и свойства крупного и мелкого заполнителей, объем межзерновых пустот смеси, степень последующего уплотнения бетона. Эти факторы влияют и на расход вяжущего в бетонной смеси.

Удобоукладываемость легкобетонных смесей зависит от структуры и состава бетона. Смеси с межзерновой пористостью (малопесчаные и крупнопористые) могут быть только жесткими. Смеси плотной структуры могут быть жесткими и подвижными, а поризо-ванной — подвижными и малоподвижными. При этом большую подвижность назначают для поризованной беспесчаной смеси. Ориентировочные значения подвижности или жесткости легкобетонной смеси приведены в табл. 2.

Таблица 2. Показатели жесткости или подвижности легкобетонной смеси к началу формирования конструкций

Вид конструкций и способ формования

Плотная смесь

Поризованная смесь

осадка, конуса, см

жесткость, сек

песчаная

беспесчаная

осадка конуса, см

жесткость, сек

осадка конуса, см

жесткость, сек

Тонкостенные железобетонные изделия, бетонируемые в кассетных виброформах

5—10

6-8

8-10

Плоские панели и плиты, бетонируемые на виброплощадках

20-50

30-60

2-4

Те же изделия с уплотнением вибронасадками

10-30

20—40

1-3

Те же изделия, формуемые на виброплощадках с пригрузом и вибровкладышами с немедленной распалубкой

60—100

 

В легкобетонных смесях как недостаточное, так и избыточное содержание воды (по сравнению с оптимальным для заданных условий уплотнения) приводит к уменьшению плотности, а следовательно, и прочности бетона.

Подвижность и жесткость плотной бетонной смеси определяют такими же методами, как у обычных тяжелых бетонов.

Смеси неплотной структуры, в которых объем межзерновых пустот превышает 3%, могут в процессе уплотнения вибрированием расслаиваться. Это свойство чаще проявляется в смесях, приготовленных с избыточным количеством воды и содержащих мелкий и крупный заполнители с большой разницей значений объемного веса или из-за недостаточного количества мелких фракций в песке.

Такие смеси характеризуются не жесткостью, а расслаиваемо-стью. Показатель расслаиваемости определяют по ГОСТ , выявляя величину изменения объемного веса в верхних и нижних частях образцов уплотненной бетонной смеси.

Качество смеси признают удовлетворительным, если величина показателя расслаиваемости не превышает 10%.

Введение в малопесчаную смесь микропенообразующей (воздухововлекающей) добавки увеличивает объем поризованной растворной составляющей до полного заполнения межзерновых яустот в крупном заполнителе. Такая бетонная смесь приобретает псевдо-плотную (поризованную) структуру; она становится менее жесткой и нерасслаиваемой в процессе ее уплотнения вибрированием.

Из свойств легкого бетона основными являются объемный вес и прочность при сжатии, контролируемые при производстве изделий. Эти свойства для легкого бетона также взаимозависимы.

Большое влияние на объемный вес и прочность легких бетонов оказывают зерновой состав и свойства заполнителей. При увеличении относительного содержания крупного заполнителя в составе бетона его объемный вес и прочность уменьшаются. Яркой иллюстрацией этой зависимости являются свойства крупнопористого бетона, объемный вес и прочность которого при прочих равных условиях наименьшие.

С увеличением расхода вяжущего прочность и объемный вес легкого бетона возрастают вследствие повышенного содержания в бетоне более прочного и тяжелого цементного камня.

С повышением активности цемента прочность цементного камня увеличивается; поэтому при неизменном объемном весе легкого бетона прочность его возрастает, хотя и в меньшей степени, чем у тяжелого бетона. Это увеличение прочности носит затухающий характер, и в зависимости от свойств заполнителя она может оказаться предельной, несмотря на повышение активности и расхода цемента. Однако применение цементов несколько более высокой активности позволяет уменьшить их расход и этим снизить объемный вес бетона.

Объем применения легких бетонов с каждым годом увеличивается в связи с развитием индустриальных методов строительства, переходом к монтажу стен, перекрытий и перегородок из крупноразмерных бетонных и железобетонных готовых деталей, изготовляемых на специальных заводах.

Состав легких бетонов на пористых заполнителях

Легкие бетоны с пористыми заполнителями изготовляемые из вяжущих, воды и легких заполнителей; такие бетоны в зависимости от веса примененных заполнителей имеют объемный вес от 800 до 1800 кг/м3, а чаще всего 1300—1500 кг/м3;

  1. легкие крупнопористые бетоны («беспесчаные»), изготовляемые из цемента, воды и гравия (или щебня), одинаковой по возможности крупности; отсутствие в таких бетонах песка придает им — при ограниченном количестве цемента крупнопористое строение; объемный вес таких бетонов составляет от 600 до 2000 кг/м3 в зависимости от объемного веса примененного заполнителя и состава бетона;
  2. особо легкие ячеистые бетоны, изготовляемые в основном из вяжущих (большей частью с добавками, уменьшающими их расход), воды и пенообразующих (пенобетоны) или газообразующих (газобетоны) веществ; такие бетоны имеют объемный вес от 300 до 1200 кг/м3, чаще же всего 500—800 кг/м3.

В области изучения и применения легких- бетонов советские исследователи и инженеры достигли значительных успехов.
В 1929—1933 гг. была впервые разработана теория легких бетонов (проф. Н. А. Поповым и др.) и легкого железобетона. На основе этих и ряда других работ легкие бетоны с пориогыми заполнителями были широко внедрены в строительство.

Области применения бетонов на местных пористых заполнителях по мере изучения их свойств расширяются. Так, например для элементов гидротехнических сооружений получили применение бетоны на литоидной пемзе (несколько более плотной, чем обычная пемза).

Определение состава легких бетонов

Так как объемный вес пористых заполнителей легкого бетона изменяется в больших пределах, состав легкого бетона удобнее выражать в объемных показателях.
Для определения состава легкого бетона задается проектная марка бетона или его прочность к определенному сроку и с учетом режима твердения, объемный вес и структура бетона, а для бетона с плотной и поризованной структурой — жесткость или подвижность бетонной смеси.
Многообразие видов легких бетонов, пористых заполнителей и их свойств затрудняет разработку единой методики определения их состава. Однако некоторые зависимости, рассмотренные при определении состава тяжелого бетона, сохраняются и для легкого бетона.

Прочность легкого бетона не находится в строгой зависимости от водоцементного отношения. Это объясняется большим влиянием на ее изменение вида и прочности заполнителя, расхода и активности цемента, выраженных в прочности растворной части бетона (рис. 5) и структуры легкого бетона (рис. 6).
Рост прочности бетона с увеличением прочности раствора постепенно уменьшается, и для определенной прочности пористого заполнителя устанавливается предельное ее значение.

https://www.masterovoi.ru/image-19-7/prochnost-legkogo-betona.jpg» />

Для приготовления высокопрочных легких бетонов, в зависимости от их марки, рекомендуется применять пористые заполнители, прочность которых не ниже указанной в табл. 1.

Для достижения заданного объемного веса легкого бетона, кроме применения соответствующего крупного пористого заполнителя, уменьшают относительный объем и объемный вес растворной части бетона применением более легкого мелкого заполнителя, ограничением расхода цемента (путем повышения его активности) или изменяют структуру бетона. При этом расход цемента в неармированных легких бетонах должен быть не менее 120 кг/м3, в армированных конструктивно-теплоизоляционных — не менее 200 кг/м3, а в конструктивных бетонах — не менее 220 кг/м3.

Минимальная прочность при сжатии крупного пористого заполнителя для приготовления высокопрочных легких бетонов различных марок

Марка бетона Прочность крупного заполнителя по ГОСТ при применении в кг/см2
керамзитового гравия щебня из аглопорита щебня из шлаковой пемзы щебня из природных пористых заполнителей
пемзы туфов
200 20 8 10 10 12
250 25 9 11 12 15
300 35 10 12 15 17
350 40 12 13 17 20
400 50 14 15 20 25
500 70 16 20 25 30

В отличие от тяжелых в легких бетонах даже низких марок рекомендуется использовать высокопрочные цементы. Ниже приведены марки цемента, которые целесообразно применять в зависимости от требуемой марки легкого бетона.

Марка легкого бетона 50—150 200—250 300 350—400
Марка цемента 400 400, 500 500 550 ОБТЦ
    БТЦ 550  

Зерновой состав смеси заполнителя влияет на расход цемента в легком бетоне. При использовании фракционированных заполнителей, их соотношение рекомендуется принимать по табл. 3.
Таблица 3. Зерновой состав смеси пористых заполнителей для виброуплотняемых легких бетонов

Вид простого заполнителя Предельная крупность заполнителя. мм Содержание фракции в % по объему
менее 1,2 мм 1,2—5 мм более 5 мм
Щебень 10 45-65 0-20 35-55
20 30-50 0-20 50-70
40 20-35 0-20 65-80
Гравий 10 40-60 0-20 40-60
20 25 — 45 0-20 55-75
40 15-30 0-20 70-85

При этом необходимо учитывать, чтобы принятый зерновой состав пористого заполнителя имел объемный вес, соответствующий оптимальному для легкого бетона данной марки. Меньшее содержание крупной песчаной фракции (1,2—5 мм) принимают; при использовании пористого песка, полученного дроблением. Сильно развитая поверхность его зерен приводит к повышению расхода цемента и ухудшает формуемость бетонной смеси.

Предельную крупность пористого заполнителя

Предельную крупность пористого заполнителя назначают, исходя из тех же условий, что и для тяжелых бетонов. Поскольку крупные зерна пористого заполнителя имеют обычно наименьший объемный вес, увеличение их содержания в легком бетоне снижает его объемный вес. Уменьшение же предельной крупности улучшает формуемость и связность бетонной смеси, а также повышает прочность бетона ввиду увеличения прочности зерен более мелкой фракции пористого заполнителя.

Предельная крупность пористого гравия обычно составляет 40 мм, а крупность пористого щебня, как правило, не должна превышать 20 мм. При этом для бетонов неплотной структуры целесообразно применять пористый гравий не крупнее 20 мм.

Состав легкого бетона плотной структуры определяют в той же последовательности, что и тяжелого, т. е. после предварительного расчета состава легкого бетона по методу абсолютных объемов или с помощью таблиц и графиков уточняют его по результатам опытных замесов.

Предварительно испытывают материалы, применяемые для легкого бетона, с целью проверки соответствия их свойств требованиям ГОСТа на эти материалы и заданным свойствам бетона (объемному весу и прочности).

Расход цемента принимают по табличным данным, полученным по обобщенным результатам испытания легких бетонов различных марок, приготовленных из материалов с оптимальными свойствами.

Ориентировочные значения расхода цемента для опытных замесов с учетом указаний, приведены в табл. 4.

Таблица 4. Ориентировочный расход цемента марки 400 для приготовления легкого бетона

Заполнитель Расход цемента в кг/м3 для бетона марки
50 75 100 150 200 300
Керамзитовый гравий 200-230 210-250 220-270 240-300 320-400 420-550
Аглопорит, шлаковая пемза, туф, пемза природная 250-270 280-300 300-330 300-380 350-420

Меньше расходуется цемента в смесях жесткостью 20—30 сек, больше в смесях подвижностью 3—5 см. Прочность пористого крупного заполнителя принята оптимальной для данной марки бетона. Замена пористого песка кварцевым в бетонах марки 200 и более снижает расход цемента на 10—15%.

Водопотребность легкобетонной смеси

Водопотребность легкобетонной смеси определяется в зависимости от заданной удобоукладываемости, с учетом качества применяемых заполнителей и расхода цемента. Ориентировочные значения водопотребности смеси указаны в табл. 5.

Таблица 5. Ориентировочный расход воды для приготовления смесей на пористых заполнителях предельной крупностью 20 мм при расходе портландцемента до 400 кг/м2.

Осадка конуса, см Жесткость, сек Расход воды в л/м3 при использовании
керамзитового гравия и тяжелого песка щебня из аглопорита или шлаковой пемзы и пористого песка природных пористых заполнителей

5—10

220

280

260

1—3

10-20

210

260

240

20-30

200

230

220

30-60

180

210

200

60-120

160

190

180

Примечания.

  1. При предельной крупности заполнителя до 10 мм расход воды увеличивается на 15—20 л, а до 40 мм — уменьшается на 10—15 л.
  2. При замене пористого песка плотным расход воды понижается, а при замене плотного песка пористым повышается на 30—50 л.
  3. При повышении расхода цемента свыше 400 кг/мг расход воды увеличивается на 10—15 л на каждые 100 кг/м3 цемента.

Таблица 6. Расход заполнителей для приготовления легкого бетона

Заполнитель Суммарный расход песка и крупного заполнителя, в м3/м3
Керамзит

1,35-1,5

Аглопирит

1,45- 1,6

Шлаковая пемза

1,4 -1,6

Топливный шлак

1,4 -1,6

Пемза природная

1,45 -1,6

Туф

1,3 -1,5

При использование в качестве мелкого заполнителя перлитового песка объемным весом 150-200 кг/м2 суммарный расход заполнителей повышается на 0,2-0,4 м3/м3.

Легкие бетоны на пористых заполнителях

Легкие бетоны на пористых заполнителях

У бетонов на пористых заполнителях объемный вес ниже, чем у обыкновенного (тяжелого) бетона, поэтому они относятся к группе легких бетонов. Воздушные поры существенно изменяют физико-механические свойства этих бетонов. Более низкие теплопроводность и объемный вес легких бетонов имеют большое практическое значение: сокращаются транспортные и монтажные расходы, повышаются теплоизоляционные качества ограждений и уменьшается толщина стены здания, что не только дает экономию материалов, но и облегчает здание.

Бетон повышенной пористости можно получить, используя легкие заполнители или заменив их воздушными ячейками. При использовании легких заполнителей получают легкие бетоны, а при замене заполнителей воздушными ячейками получают особо легкие и теплоизоляционные ячеистые бетоны.

Разновидностью легких бетонов является крупнопористый бетон-местный строительный материал. Крупнопористый бе-гон состоит из цемента, воды и крупного заполнителя. Отсутствие песка или малое его количество позволяет получать бетон с крупнопористой структурой, так как промежутки между зернами крупного заполнителя не заполняются песком, как в других бетонах, а цементный камень только тонким слоем обволакивает зерна крупного заполнителя, связывая их в монолитный камень в местах контактов.

Для приготовления крупнопористого бетона применяют тяжелые и легкие заполнители.

Пористые (легкие) заполнители могут быть получены из природных легких пород (пемзовых, туфов, ракушечников) или из искусственных материалов (топливные шлаки, металлургические гранулированные шлаки, вспученные при обжиге глиняные материалы- керамзит, шлаковая пемза).

Из перечисленных видов легких заполнителей находят весьма широкое применение топливные шлаки, однако в них бывает значительное количество несгоревших частиц угля (до 20-30%), вредно влияющих на качество бетона. Уголь содержит серу, которая в бетоне может вызвать сульфатную коррозию. Поэтому топливные шлаки до применения в бетоне должны подвергаться механическому обогащению: отсеву мелочи, содержащей в основном частицы несгоревшего угля.

Свойства легких бетонов

Прочность легких бетонов, как и тяжелых, в основном зависит от активности цемента, водоцементного отношения, прочности заполнителей и плотности бетона. Наибольшая прочность легкого бетона при равных условиях соответствует максимальной плотности, т.е. наибольшему объемному весу.

Прочность заполнителей должна быть не меньше прочности «етона, так как слабые заполнители требуют более высокого расхода цемента.

Бетон с подобными показателями получают при применении очень легких заполнителей таких, как перлит.

Морозостойкость. Требование морозостойкости предъявляется к легким бетонам, которые используют для наружных частей зданий. По степени морозостойкости легкие бетоны разделяются на марки Мрз от 10 до 50, выбор которой зависит от условий службы бетона в конструкции.

Морозостойкость легкого бетона определяется видом и количеством израсходованного цемента, также морозостойкостью заполнителей. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозостойкостью, которая возрастает с увеличением расхода цемента; морозостойкие легкие заполнители тоже дают более высокую марку. Наиболее подвержены разрушению при совместном действии воды и мороза бетоны на необогащенных топливных шлаках и местных цементах. Бетоны на керамзите, гранулированных шлаках и пемзе обладают достаточной морозостойкостью.

Приготовление и применение легких бетонов

Смеси легкого бетона перемешивают в растворомешалках, работающих по принципу принудительного перемешивания. Процессы укладки и ухода за легкими и тяжелыми бетонами одинаковы.

Бетоны на легких заполнителях применяют для стен в виде камней, крупных блоков и панелей и для перекрытий- в виде плит, настилов, панелей, тонкостенных оболочек.

Читать далее:
Общие сведения о железобетоне
Асбестоцементные изделия
Изделия на основе гипса
Тяжелые бетоны специального назначения
Искусственные каменные материалы и изделия на основе вяжущих веществ
Битуминозные кровельные и гидроизоляционные материалы
Асфальтовые и дегтевые растворы и бетоны
Дегти и пеки
Природные битумы
Битуминозные материалы


Легкие бетоны на пористых заполнителях

Лёгкие бетоны – это распространенный класс строительных материалов, имеющих объемную массу менее 2 тысяч килограмм на кубический метр. Что входит в их состав? Насколько тяжело готовить легкие бетоны на пористых заполнителях самостоятельно? Где они применяются и какие есть виды материала? Об этом вы прочитаете в статье.

Классификация

Легкие бетоны классифицируются по ряду признаков.

Градация по виду заполнителя:

  • Плотные. Смеси для ответственных строительных работ.
  • Пористые. Применяется в качестве материалов для внутренних строительных работ.
  • Специальные. Смеси под индивидуальные нужды – состав формируется в зависимости от требуемых свойств.

Виды по назначению:

  • Обычного назначения. Применяются в рамках классического частного строительства.
  • Специального назначения. Бетонным смесям предаются особые свойства – химическая стойкость, дополнительное звукопоглощение, прочее.

Классификация по типу вяжущего вещества:

  • Цементные. Классический соединитель бетонной смеси.
  • Силикатные. Вяжущая основа – соединения кремния.
  • Гипсовые. Соединительные компоненты – гидраты и сульфаты кальция.
  • Прочие. Полимерные, шлакощелочные, асфальтосодержащие.

Градация по структуре раствора:

  • Плотная смесь;
  • Поризованная смесь;
  • Ячеистая смесь;
  • Крупнопористая смесь.

Классификация по особенностям твердения:

  • Обычные бетоны. «Созревание» происходит за 26-30 суток.
  • Тепловлажностные бетоны. Затвердевание обусловлено повышенными значениями влажности и температуры.
  • Автоклавные бетоны. Набор прочности происходит при высоком давлении/температуре.

Виды легких бетонов по объемной массе:

  • Обычные. Средняя плотность – 1000-2000 килограмм на кубометр.
  • Облегчённые. Средняя плотность – 500-1000 килограмм на кубометр.
  • Сверхлегкие. Плотность – менее 500 килограмм на кубометр.

Классификация по концентрационным разностям компонентов:

  • Товарные. Производятся по стандартным рецептам, соответствующим ГОСТам.
  • Жирные. Содержат меньше заполнителей и больше вяжущей основы.
  • Тощие. Содержат больше заполнителей и меньше вяжущей основы.

Специфика легких бетонов

Преимущества продукции – это выгодная цена, небольшая масса и легкость в использовании/обработке. При выполнении вторичных работ они позволяют снизить финансовые затраты без потери общих технико-эксплуатационных свойств конструкций. Привнесение в бетонную смесь дополнительных компонентов повышает её теплотехнические и акустические характеристики, уменьшает вес постройки. Дополнительный фактор – экономия трудовых затрат. Лёгкие бетоны готовятся самостоятельно, легко транспортируются при необходимости.

Ключевым фактором при подборе конкретного типа легкого бетона и его состава, являются оптимальные условия получения материала с заданными характеристиками плотности, прочности и удобоукладываемости. В этом контексте задача осложняется трудностями с расчётами, поскольку пористые заполнители сильно поглощают воду (часто нелинейно и плохо прогнозируемо), прочие параметры колеблются в широких пределах. В рамках частного строительства при замесе легкобетонных смесей комбинация компонентов подбирается экспериментальным путем.

Из существующих методик оптимальным считается расчет соотношений расхода сыпучих компонентов к воде путем создания пробных замесов в небольшом количестве. После получения готовой субстанции, она пробуется на практике. При получении удовлетворительного результата бетонную смесь изготавливают в нужном объеме по формуле, полученной эмпирическим путём.

Разновидности легких бетонов и их применение

В частном и профессиональном строительстве используются:

  • Пористые бетоны. Перлитобетон, керамзитобетон, аглопоритобетон.
  • Ячеистые бетоны. Газобетон и пенобетон.
  • Бетонные смеси на органических заполнителях. Костробетон, полистиролбетон и арболит.

Легкие бетоны на пористых заполнителях

Широко используются в рамках частного строительства, в том числе как основа возведения одноэтажных построек.

Керамзитобетон

Стройматериал, содержащий в себе цемент, песок и наполнитель (керамзит). Базовые пропорции:

  • 1 часть цемента;
  • 2 части мелкозернистого наполнителя;
  • 3 части крупнозернистого наполнителя.

В смесь обязательно добавляются воздухововлекающие добавки (омыленная древесная смола).

Керамзит – пористый материал, с удельным объёмным весом 300-600 килограмм на кубический метр. Отличительная особенность – способность сильно впитывать и хранить в себе воду. Специфика приготовления бетонной смеси:

  • В ёмкость или бетономешалку засыпают 1 часть цемента, 1 часть воды и 2 части песка, после чего тщательно перемешивают ингредиенты.
  • Смесь дополняют керамзитом – 3 части крупнозернистого наполнителя.

В процессе повторного перемешивания готовый раствор должен быть влажным. Если керамзит забирает в себя много воды, то необходимо дополнительно вливать жидкость порциями по 5-7 литров не останавливая смешивание до тех пор, пока гранулы вещества не покроются цементной «глазурью» со всех сторон.

Вышеописанная схема применяется для создания кирпичных блоков с массой 15-20 килограмм. Если на основе керамзитобетона делается стяжка, то нужно добавлять значительно больше воды, чтобы бетонная смесь при замесе напоминала «сметаноподобную» эссенцию. Заливаемый пол изолируется от жестких конструкций и иных типов бетона с помощью многослойной полиэтиленовой плёнки.

Преимущества материала:

  • Высокая скорость строительных работ;
  • Эффективное взаимодействие с различными отделочными материалами;
  • Отсутствие необходимости заливки тяжелого фундамента под постройку и керамзитобетонных блоков;
  • Низкие коэффициенты водопоглощения и теплопроводности после застывания смеси;
  • Отсутствие плесени и невысокая стоимость блоков по сравнению с аналогичными материалами той же прочности.
Перлитобетон

Плотность такой бетонные смеси в затвердевшем состоянии – 600-1200 килограмм на кубический метр. Основа материала – вспученный перлит, представляющий собой мелкодисперсный материал, получаемый из измельченных вулканических пород прямым обжигом.

Особенности перлитобетона:

  • Легкость и огнестойкость;
  • Простота использования и воздухопроницаемость;
  • Экологическая чистота;
  • Высокую степень водопоглощения.

В рамках частного строительства перлитобетон используют для выкладки каминов, создания «тёплой» штукатурки, как базис под декоративные работы.

Аглопоритобетон

Основа бетонной смеси – комбинация обработанной шихты глины и зольно-злаковых отходов обогащения угля.

У продукции невысокой класс прочности на сжатие – B2,5-B7,5. В сухом состоянии относительная плотность – 1000-1500 килограмм на кубометр. Коэффициент теплопроводности – 0,3-0,6.

Аглопоритобетон применяется при возведении внутренних стен низкоэтажных конструкций либо основы хозяйственных построек.

Бетоны на облегченных органических заполнителях

Заполнителем этого типа бетонов выступает разнообразная органика.

Арболит

В качестве заполнителя применяется измельченная древесина в щепкообразном состоянии. Минерализатор – хлорид кальция, жидкое стекло, сульфат алюминия или иные компоненты, нейтрализующие негативное воздействие органики на цемент.

Относительная плотность арболита – 400-850 килограмм на кубический метр. Затвердевшая смесь обладает высокой прочностью на изгиб, поглощает звуки, не горит и удобна для любых видов обработки. Прочие параметры:

  • Водопоглощение – 50-80 процентов при замешивании;
  • Морозостойкость – 40-50 циклов заморозки/разморозки;
  • Усадка – 0,4-0,5 процента;
  • Упругость – 1000-2300 МПа.

Арболит используется при возведении малоэтажных зданий хозяйственного и жилого назначения, создания наружных ограждающих конструкций.

Костробетон

Органический наполнитель бетонной смеси – одревесневшие части стеблей культивирующейся конопли. Обязательная добавка – хлористый кальций, сернокислый глинозем или известь, позволяющая избежать ухудшения сцепляющих свойств цемента.

Костробетон не подвержен гниению, малопривлекателен для грызунов и насекомых. Объемная масса – 400-700 килограмм на кубический метр. Продукция обладает низкой теплопроводностью и звукопроводностью, удобна в механической обработке. Применяется для вторичных работ в рамках частного строительства – тепловая и звуковая изоляция, внутренние перегородки жилых помещений.

Полистиролбетон

Распространенный композиционный материал. Пористый заполнитель – гранулы вспененного полистирола, являющиеся основным продуктом полимеризации винилбензолов.

Преимущества:

  • Хорошие звукоизоляционные и теплоизоляционные свойства, сравнимые с идентичными характеристиками минеральной ваты, пеностекла и пенопласта.
  • Экономичность и низкая нагрузка на фундамент.
  • Экологическая чистота и невысокое водопоглощение.
  • Высокий коэффициент морозостойкости.
  • Минимальный уровень усадки и сбалансированные показатели сцепления со штукатурной смесью.
  • Незначительная паропроницаемость.

Относительная плотность полистиролбетона – 200-600 килограмм на кубометр.

Сфера использования:

  • Монолитное и классическое частное домостроение.
  • Заполнение пространства внутри критических и вторичных конструкций – несущих стен, заборов, бетонных ростверков.
  • Альтернативное утепление помещений.
  • Комплексные меры, обеспечивающие уменьшение нагрузочного веса на различные конструкции – бассейны, профилированные настилы, плавсредства.

Ячеистые бетоны

Основа бетонных смесей такого типа – кремнеземистые заполнители, формирующие в результате реакций пустоты сферической или овальной формы.

Пенобетон

Этот тип бетонной смеси создаётся на основе цементно-песочного раствора, воды и пенообразователя. Последний формирует мелкие, средние и крупные поры, выступающие заменителем классических заполнителей.

В зависимости от конкретного состава, лёгкий тип пенобетона бывает теплоизоляционным, конструкционно-теплоизоляционным и конструкционным. Основная особенность материала – длительный набор прочности. На номинальные параметры он выходит за 20-40 дней после заливки (в зависимости от климатических условий) и в течение 2-3 лет его характеристики постепенно улучшаются.

Относительная прочность пенобетона – 10-90 килограмм на квадратный сантиметр. Материал применяется при монолитном и классическом строительстве домов, в качестве комплексной теплозвуковой изоляции перекрытий, полов, стен, крыш. Благодаря простой технологии производства изделия из пенобетона обходятся дешевле, чем обычный бетон. Небольшая масса и простота обработки позволяет не только снижать расходы на транспортировку, но и применять продукцию при любом типе строительства.

Недостатки пенобетона:

  • изгибается,
  • дает значительную усадку,
  • механически непрочный.
Газобетон

Классический ячеистый бетон производится из кварцевого песка, цемента и газообразователей.

Газообразователь – мелкодисперсный алюминий. После его соединения с известковым раствором или сильнощелочным цементом формируется химическая реакция с образованием алюминатов кальция и газообразного водорода. Последний вспенивает раствор, создаёт сообщающиеся друг с другом замкнутые споры сферической или овальной формы, достигающие диаметра 4 мм.

Газообразующие добавки представлены алюминиевыми пастами и суспензиями, поскольку в сухом сыпучем виде вещество образует много пыли.

Сфера применения газобетона – коммерческое, жилищное и промышленное строительство. Из материала делают стеновые перегородочные блоки, внутренние плиты перекрытия, перемычки, в том числе армированного типа. Достоинства и недостатки материала идентичны пенобетону.

Заключение

Лёгкие бетоны применяются повсеместно благодаря невысокой стоимости, хорошим теплоизоляционным свойствам и простоте обработки. С их помощью проводятся любые виды внутренних работ, возводятся внешние стены одноэтажных хозяйственных/жилых зданий.


состав, особенности технологии, свойства, применение в строительстве

Подробности
Категория: Строительные материалы

Легкий бетон — бетон с объемным весом 500 — 1800 кг/м3, состоящий из вяжущего, пористых заполнителей и воды. В состав легкого бетона вводят добавки для улучшения удобоукладываемости, ускорения твердения, уменьшения расхода цемента и объемного веса, улучшения прочности, морозостойкости и т. д.

 

Лёгкий бетон изготовляют с применением ПЦ или др. вяжущих. Лёгкий бетон на ПЦ получает наименование в соответствии с видом примененного пористого заполнителя (шлакобетон, пемзобетон, керамзитобетон), а изготовленный на др. вяжущих — в соответствии с видом вяжущего и заполнителя (гипсопшлакобетон, известково-песчаный автоклавный шлакобетон).

 

Заполнителями для Лёгкого бетона служат природные или искусственные виды пористого щебня (или гравия), песка. По происхождению пористые заполнители можно разделить на 3 группы:

 

1. Природные заполнители из пористых изверженных и осадочных горных пород – пемза, пепел, дробленый туф, пористые известняки, ракушечники и др.

 

2. Промышленные отходы – заполнители на основе пористых металлургических, топливных шлаков и зол.

 

3. Искусственные заполнители – керамзит, аглопорит, перлит.

 

Керамзит – искусственный гравий или песок, полученный вспучиванием легкоплавких глин. Вспучивание происходит при совмещении процессов спекания глин и газовыделения при обжиге. Образующийся при спекании расплав закрывает капиллярные поры, и выделяющийся газ вспучивает материал. Насыпная плотность 400-1200 кг/м3.

 

Перлит – пористый заполнитель, образующийся при быстром нагревании вулканических стекол. Увеличение объема в 6-12 раз при нагревании обусловлено испарением воды, содержащейся в вулканическом стекле. Перлит относится к числу наиболее легких эффективных заполнителей. Насыпная плотность 250-450 кг/м3.

 

Лёгкий бетон делят по назначению на 3 основные группы:

 

1. теплоизоляционные ( для многослойных ограждающих конструкций) — с объемным весом менее 700 кг/м3, марки таких бетонов по прочности на сжатие 5,10,15 кгс/см2;

 

2. конструктивно-теплоизоляционные (для однослойных ограждающих конструкций) — с объемным весом от 700 до 1600 кг/м3 при марках по прочности от 35 до 100 кгс/см2;

 

3. конструктивные (для несущих конструкций и сооружений ) — с объемным весом до 1800 кг/м3 и с прочностью на сжатие до 350—400 кгс/см2.

 

Степень морозостойкости и водостойкости Лёгкого бетона зависит от вида заполнителя, от вида и расхода вяжущего. Лёгкий бетон на природных и искусственных пористых заполнителях, не содержащих вредных примесей, очищенных от несгоревшего топлива, избытка золы, при правильно выбранном составе, выдерживает 50—100 циклов испытаний.

 

Бетонная смесь должна иметь виброукладываемость и не должна расслаиваться. Затвердевший лёгкий бетон должен обладать заданным объемным весом и прочностью, необходимой морозостойкостью.

 

Отличия ЛБ от обычных тяжелых бетонов: имеют меньший объемный вес, чем плотные, меньшую прочность; обладают сильно развитой и шереховатой поверхностью. Качества легкого заполнителя влияют на свойства бетона. В зависимости от заполнителя (плотного или пористого) резко меняются водопотребность и водосодержание бетонной смеси, основные свойства легкого бетона.

 

Одним из факторов, от которых зависит прочность легкого бетона, является расход воды: при увеличении количества воды до оптимального прочность бетона растет. Оптимальный расход воды в легких бетонах соответствует наилучшей удобоукладываемости, наибольшей плотности смеси, уложенной в заданных условиях, и устанавливается по наибольшей прочности бетона. Если же количество воды превышает оптимальное для данной смеси, то уменьшается прочность бетона. Хорошее уплотнение ее достигается вибрацией с применением равномерно распределенного груза.

 

Оптимальное количество воды зависит от водопотребности заполнителя. Водопотребность же заполнителя, в свою очередь, зависит от зернового состава и пористости и больше, чем больше суммарная поверхность и открытая пористость зерен. Отсос воды из цементного теста пористыми заполнителями в период приготовления и укладки бетонной смеси вызывает относительно быстрое ее загустевание, что делает смесь жесткой и трудноукладываемой. Для повышения подвижности смеси необходимо вводить в нее большее количество воды, чем в обычные (тяжелые) бетоны. Объемный вес и прочность легкого бетона зависят главным образом от объемного веса и зернового состава заполнителя.

40 Легкие бетоны на пористых заполнителях

40 Легкие бетоны на пористых заполнителях.

Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют принципиальные отличия от обычных тяжелых бетонов, обусловленные особенностями пористых заполнителей. Последние имеют меньшую плотность, чем плотные, небольшую прочность, зачастую ниже заданного класса бетона, обладают сильно развитой и шероховатой поверхностью. Эти качества легкого заполнителя влияют как на свойства легкобетонных смесей, так и на свойства бетона.

Разновидностями легких бетонов на природных заполнителях являются пемзобетон, туфобетоны, опокобетоны и др., на искусственных пористых заполнителях — керамзитобетоны, аглопоритобетоны, шлакопемзобетоны, золобетоны и др.

Для производства легких бетонов возможно применение одновременно различных видов пористых заполнителей.

На прочность бетона оказывают большое влияние свойства пористого заполнителя, с возрастанием прочности цементного камня она увеличивается, но максимальная определяется прочностью пористого заполнителя.

Морозостойкость легких бетонов относительно высокая, этому способствуют свойства пористого заполнителя. Для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов она должна составлять 25…50 циклов, для конструкционных — 75…100 циклов и более.

Теплопроводность таких бетонов зависит не только от средней плотности, но и от структуры бетона и заполнителя. Чем больше мелких пор в заполнителе и бетоне, тем выше теплоизолирующая способность, и наоборот.

Особенностью легких бетонов является то, что их прочность зависит не только от качества цемента, но и его количества. С увеличением расхода цемента растут прочность и плотность бетона. Это связано с тем, что с увеличением количества цементного теста легкобетонные смеси лучше уплотняются, а также возрастает содержание в бетоне наиболее прочного и тяжелого компонента — цементного камня.

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 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, из легкого бетона строят плавучие средства.

Легкие бетоны на пористых заполнителях » Строительный вестник ❘ The Construction bulletin


Пористые заполнители — распространенные материалаы для изготовления стеновых панелей из легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов. По происхождению заполнители можно разделить на три группы.
1. Природные заполнители из пористых изверженных и осадочных горных пород — пемза, пепел, дробленый туф, пористые известняки, известковые туфы, ракушечники, диатомиты и др.
2. Промышленные отходы — заполнители на основе пористых металлургических, топливных шлаков и зол.
3. Искусственные заполнители — керамзит, аглопорит и др.
По назначению различают пористые заполнители для теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных легких бетонов.
По размерам зерен пористые заполнители, так же как и плотные, разделяют на два вида:
1. Крупные заполнители размером 5-40 мм, эти заполнители разделяют на фракции 5-10, 10-20 и 20-40 мм.
2. Пески с максимальным размером зерен не более 5 мм.
По зерновому составу различают пески рядовые с размерами зерен от 0,05 до 5 мм; пески крупные с размерами зерен от 1,25 до 5 мм и мелкие пески с максимальным размером зерна, не превышающим 1,25 мм.
Свойства пористых горных пород, применяемых в качестве заполнителей, и свойства искусственных пористых заполнителей подробно рассматриваются далее, поэтому здесь приведена краткая характеристика только искусственных пористых заполнителей.
Керамзит — искусственный гравий или песок, полученный вспучиванием легкоплавких глин. Вспучивание происходит при совмещении процессов спекания глин и газовыделения при кратковременном обжиге. Образующийся при спекании расплав закрывает капиллярные поры, и выделяющийся газ вспучивает материал. Насыпная плотность керамзита 400-1200 кг/м3.
Аглопорит получают спеканием глин с промышленными отходами (например, шлаками) и другими материалами, содержащими органические вещества, сгорающие при обжиге. По сравнению с керамзитом, аглопорит содержит больше открытых пор, менее морозостоек. Насыпная плотность аглопорита 700-1500 кг/м3.
Вспученный доменный шлак (шлаковая пемза) получают при определенном режиме охлаждения шлакового расплава. Шлаковый расплав выливают в бассейн с ограниченным количеством воды или на слой мокрого песка. Испарение воды и охлаждение расплава приводят к образованию материала, по внешнему виду и свойствам напоминающего природную пемзу. Насыпная плотность шлаковой пемзы 500-1300 кг/м3.
Перлит — пористый заполнитель, образующийся при быстром нагревании вулканических стекол (обсидиана, витрофира и других горных пород). Увеличение объема в 6-12 раз при нагревании обусловлено испарением воды, содержащейся в вулканическом стекле. Перлит относится к числу наиболее легких эффективных заполнителей. Насыпная плотность перлитового гравия 250-450 кг/м3 и перлитового песка 100-150 кг/м3.
Обожженный вермикулит получают обжигом гидрослюд. Как и при производстве перлита, испарение химически связанной воды при быстром нагревании приводит к раздвижке пластинок слюды и увеличению объема в 10-20 раз. Насыпная плотность вермикулита составляет 100-200 кг/м3.
Особенности технологии производства легких бетонов на пористых заполнителях.
Бетонные смеси и бетоны на плотных и пористых заполнителях существенно различаются по техническим свойствам. Легкобетонные смеси имеют повышенную водопотребность и легко расслаиваются вследствие различия плотности заполнителей и цементного теста. Поэтому при производстве изделий приходится применять жесткие легкобетонные смеси и интенсивные способы уплотнения, например вибрирование. Для обеспечения требуемой удобоукладываемости и прочности легкобетонные смеси и бетоны требуют большего расхода вяжущего по сравнению с аналогичными показателями бетонов на плотных заполнителях.
Легкий бетон можно рассматривать как двухкомпонентную систему, состоящую из крупного пористого заполнителя и растворной части.

Растворная составляющая образует среду (матрицу), в которой размещены зерна крупного заполнителя. Такая модель отражает структуру легкого бетона, в котором все пустоты заполнены растворной составляющей с необходимой раздвижкой зерен крупного заполнителя (рис. 6.9, а). Если пустоты не заполнены, то бетон имеет структуру (рис. 6.9, б), характерную для крупнопористого легкого бетона, когда зерна крупного заполнителя соприкасаются и цементное тесто частично удалено из зоны контакта. Основной задачей подбора состава легкого бетона является получение бетона требуемого класса по прочности при минимальной средней плотности. Снижение плотности бетона может быть обеспечено одним из следующих способов:
а) увеличением объемной доли пористого заполнителя в легком бетоне путем тщательного подбора зернового состава так, чтобы мелкие фракции заполняли пустоты каркаса, образованного крупной фракцией. Это позволяет уменьшить содержание цементного камня в легком бетоне;
б) применением заполнителей имеющих минимальную среднюю плотность;
в) использованием цементов высоких марок, что позволяет сократить расход вяжущего при обеспечении требуемой прочности бетона;
г) повышением пористости растворной составляющей (матрицы) путем введения воздухововлекающих поверхностно-активных добавок (поризованные легкие бетоны).
Зависимость прочности легкого бетона от содержания воды в смеси представлена на рис. 6.10. При увеличении расхода воды прочность бетона заданного состава сначала повышается. Это обусловлено увеличением объема цементного теста, улучшением удобоукладываемости бетонной смеси и, как следствие, повышением степени уплотнения и плотности бетона в целом.

Пористые заполнители обладают высоким водопоглощением. При перемешивании, укладке, уплотнении и твердении легкобетонных смесей происходит поглощение воды пористым заполнителем и фактическое В/Ц изменяется. Трудно определить, какое количество воды поглощено пористым заполнителем, так как этот процесс продолжается длительное время. Следует, однако, иметь в виду, что поглощение воды заполнителем и снижение В/Ц приводят к дополнительному росту прочности легкого бетона, особенно в раннем возрасте.
Оптимальный расход воды в легких бетонах соответствует наибольшей прочности бетона и плотности бетонной смеси, уложенной в данных условиях. Дальнейшее увеличение расхода воды приводит к падению прочности за счет понижения плотности цементного камня, так же как и в бетонах на плотных заполнителях.
Максимально достижимая прочность легкого бетона заданного состава определяется расходом цемента и прочностью пористого заполнителя. Характерной особенностью легких бетонов является зависимость их прочности от расхода цемента. При проектировании тяжелых (обычных) бетонов добиваются сокращения расхода цемента путем правильного выбора зернового состава заполнителей, так как это не приводит к снижению прочности при полном уплотнении. При повышении расхода цемента в легких бетонах их прочность растет, поскольку уменьшается объемная доля малопрочного пористого заполнителя, однако при этом увеличивается средняя плотность бетона, что нежелательно.
Подбор состава легких бетонов
Задачей подбора состава является приготовление бетонной смеси и бетона, удовлетворяющих следующим требованиям: бетонная смесь должна иметь требуемую удобоукладываемость, а легкий бетон — требуемые среднюю плотность и класс по прочности.
Также к легкому бетону предъявляют требования по морозостойкости и стоимости. Снижение стоимости может быть обеспечено путем уменьшения расхода цемента. Подбор состава заключается в установлении такого соотношения между компонентами, которое позволяет получить бетонную смесь требуемой удобоукладываемости и бетон требуемой плотности, прочности и долговечности при минимальных затратах.
По сравнению с подбором состава тяжелого бетона, задача осложняется необходимостью обеспечения заданной средней плотности легкого бетона. При подборе состава легкого бетона трудно установить требуемое В/Ц по заданной прочности из-за поглощения воды пористым заполнителем. Подбор состава производится опытным путем: приготовлением и испытанием образцов легкобетонной смеси и легкого бетона.

Применяют два способа подбора состава:
1. С оптимальным расходом воды. Приготавливают несколько составов легкобетонных смесей с различным содержанием цемента. Для каждой смеси устанавливают оптимальный расход воды путем приготовления и испытания опытных замесов (см. рис. 6.10). Оптимальный состав смеси выбирают по заданной удобоукладываемости бетонной смеси, плотности и прочности бетона при минимальном расходе цемента. Способ требует изготовления и испытания большого количества стандартных образцов.
2. По заданной удобоукладываемости. Способ включает несколько этапов:
а) Выбор наибольшей крупности заполнителя. Наибольший диаметр назначают исходя из размеров конструкции и расположения арматуры, он не должен превышать 1/3 наименьшего размера конструкции и 3/4 зазора между стержнями рабочей арматуры. В смеси для изготовления плит и пустотелых изделий можно вводить до 50 % зерен, размер которых равен половине толщины плиты.
б) Назначение зернового состава смеси заполнителей. Применение только крупного заполнителя позволяет получить легкий бетон с минимальной средней плотностью, но сравнительно невысокой прочностью (крупнопористый легкий бетон). Наиболее прочный легкий бетон можно получить путем рационального выбора зернового состава заполнителя. Зерновой состав назначают предварительно по графикам или таблицам (табл. 6.6), а затем уточняют путем изготовления серий опытных образцов на заполнителях различного зернового состава.
в) Выбор предварительных расходов вяжущего и добавок для изготовления пробных замесов. Расход цемента, необходимый для получения легкого бетона требуемого класса по прочности, определяют после установления зависимости Rg=f(Ц) и yб=f(Ц). С этой целью приготавливают образцы из бетона с различным расходом цемента при требуемом расходе воды (смотри ниже) и испытывают их. По результатам испытаний строят графики, по которым определяют, сколько нужно взять цемента, чтобы получить легкий бетон требуемой прочности и плотности.
г) Определение расхода воды по требуемой удобоукладываемости бетонной смеси, отдельно для каждого зернового состава заполнителей и расхода цемента.
Легкие бетоны на пористых заполнителях применяются для производства сборных бетонных и железобетонных конструкций, панелей, настилов, плит, крупных и мелких стеновых блоков, а также для изготовления монолитных конструкций, например наружных стен, которые возводятся в подвижной опалубке.
Арболиты
Арболитом называют бетон на минеральных вяжущих (портландцементе, гипсовом вяжущем и др.) и органических заполнителях -древесной стружке, опилках, костре льна, конопли и др.
Преимущественно используют отходы обработки древесины — стружку и опилки. Древесина содержит вещества, замедляющие процессы гидролиза, гидратации клинкерных минералов портландцемента, поэтому в цементный арболит вводят добавки — хлорид кальция, жидкое стекло, сернокислый глинозем с гидратной известью. He следует применять древесные отходы после длительного хранения на воздухе.
По средней плотности в сухом состоянии (γ0) арболит подразделяют на два типа: конструкционный — γ0 = 500-850 кг/м3 и теплоизоляционный — γ0 < 500 кг/м3.
Классы арболита по прочности — В5-В30, морозостойкость цементного арболита должна быть не менее F25.
Регламентируется зерновой состав заполнителя, его содержание в арболите изменяется от 150 до 300 кг/м3. Расход портландцемента или гипсового вяжущего изменяется от 250 до 400 кг/м3.
Для приготовления бетонных смесей используются смесители принудительного действия. Применяются различные способы формования изделий — прессование, экструзия и др. На наружную поверхность изделий из арболита наносится отделочный слой, обеспечивающий защиту от увлажнения.
Из арболита изготавливают блоки и плиты для наружных и внутренних стен зданий, а также конструкции из монолитного легкого бетона.
Цементно-стружечные плиты
Цементно-стружечные плиты (ЦСП) изготавливают из смесей, содержащих древесную стружку и портландцемент. Толщина стружки — 0,2-0,3 мм, длина — 10-30 мм. Средняя плотность ЦСП — 1100-1300 кг/м3, предел прочности при сжатии и растяжении — 1,5-5,0 МПа. Такие плиты относятся к биостойким, трудносгораемым материалам. Сорбционная влажность плит — 10-20 % массы, при увлажнении они набухают, теплопроводность — 0,33-0,44 Вт/(м-°С), паропроницаемость — 0,23 нг/(н.ч.Па), звукоизолирующая способность — 45 дб. Плиты применяют для межкомнатных перегородок, оснований для рулонных и плиточных напольных материалов (линолеум), подвесных потолков, вентиляционных каналов.

Microsoft Word — Document2

% PDF-1.6 % 1 0 объект > / OCG [4 0 R] >> / Страницы 5 0 R / StructTreeRoot 6 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 7 0 объект > эндобдж 2 0 obj > / Шрифт> >> / Поля [] >> эндобдж 3 0 obj > транслировать 2017-05-18T15: 00: 12 + 08: 002017-05-18T15: 00: 03 + 08: 002017-05-18T15: 00: 12 + 08: 00PrimoPDF http://www.primopdf.comapplication/pdf

  • Microsoft Word — Document2
  • каманд
  • uuid: 175d87c4-8314-4af5-98b7-4d003d9ff27euuid: 0bc3cc87-8876-4e9c-960b-1b77bfca2c44PrimoPDF конечный поток эндобдж 4 0 obj > >> >> эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 0 / Тип / Страница / Аннотации [60 0 R] >> эндобдж 16 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 1 / Тип / Страница >> эндобдж 17 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 2 / Тип / Страница >> эндобдж 18 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 3 / Тип / Страница >> эндобдж 19 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 4 / Тип / Страница >> эндобдж 20 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 5 / Тип / Страница >> эндобдж 21 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 6 / Тип / Страница >> эндобдж 22 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 7 / Тип / Страница >> эндобдж 23 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 8 / Тип / Страница >> эндобдж 24 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 9 / Тип / Страница >> эндобдж 25 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text] / XObject> >> / Повернуть 0 / StructParents 10 / Тип / Страница >> эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > транслировать HUMk1 ﯘ ~% $! JBP (4 м? MyN7ΌF4O 姫 ggWb ޘ! Ofxͳ

    Конструкционный легкий бетон, содержащий переработанный легкий бетонный заполнитель

  • ACI 213R-2014 (2014). Руководство по конструкционному легкому заполненному бетону , Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, ISBN: 978-0-87031-897-9.

    Google ученый

  • ACI 318 (2000). Строительные нормы и правила для конструкционного бетона , Руководство ACI по бетонным работам, часть 3.

    Google ученый

  • ASTM C642-13 (2013). Стандартный метод испытаний плотности, поглощения и пустот в затвердевшем бетоне , Annual Book of ASTM Standard, Vol.04.02.

    Google ученый

  • ASTM C109 / 109M-13 (2013). Стандартный метод испытаний на прочность на сжатие гидруалевых цементных растворов (с использованием кубических образцов размером 2 дюйма или [50 мм]) , Annual Book of ASTM Standard, Vol. 04.01.

    Google ученый

  • ASTM C330 / C330M-14 (2014). Технические условия на легкие заполнители для конструкционного бетона , Ежегодный сборник стандартов ASTM, Vol.04.01.

    Google ученый

  • ASTM C138 / C138M-14 (2014). Стандартный метод испытаний на плотность (удельный вес), текучесть и содержание воздуха (гравиметрический) в бетоне , Annual Book of ASTM Standard, Vol. 04.01.

    Google ученый

  • ASTM C469-14 (2014). Стандартный метод испытаний статического модуля упругости и коэффициента Пуассона бетона при сжатии , Annual Book of ASTM Standard, Vol.02.01.

    Google ученый

  • ASTM D5930-16 (2016). Стандартный метод испытания теплопроводности пластмасс с использованием метода нестационарного линейного источника. , Annual Book of ASTM Standard, Vol. 04.01.

    Google ученый

  • Беушаузен, Х. и Диттмер, Т. (2015). «Влияние типа заполнителя на прочность и модуль упругости высокопрочного бетона.» Строительные материалы , Vol. 74. С. 132–139, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2014.08.055.

    Артикул Google ученый

  • Чи, Дж. М., Хуанг, Р., Янг, К. К., и Чанг, Дж. Дж. (2003). «Влияние свойств заполнителя на прочность и жесткость легкого бетона». Цементно-бетонные композиты , Vol. 25, № 2, стр. 197–205, DOI: 10.1016 / S0958-9465 (02) 00020-3.

    Артикул Google ученый

  • Cui, H.З., Ло, Т. Ю., Мемон, С. А., Син, Ф., и Ши, X (2012). «Аналитическая модель прочности на сжатие, модуля упругости и максимальной деформации конструкционного бетона из легкого заполнителя». Строительные и строительные материалы , Vol. 36, с. 1036–1043, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2012.06.034.

    Артикул Google ученый

  • Grabiec, A. M., Zawal, D., and Szulc, J. (2015). «Влияние типа и максимальной крупности заполнителя на некоторые свойства высокопрочного бетона из пуццоланового цемента по показателям интенсивности вяжущего и углекислого газа.» Строительные материалы , Vol. 98, стр. 17–24, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2015.08.108.

    Артикул Google ученый

  • Хансен, Т. К. и Наруд, Х (1989), «Прочность вторичного бетона, изготовленного из крупнозернистого щебня». Concrete International , Vol. 5. № 1. С. 78–83.

    Google ученый

  • Генри, М., Пардо, Г., Нисимура, Т., и Като, Ю. (2011). «Уравновешивание долговечности и воздействия на окружающую среду в бетоне, сочетающее низкокачественные переработанные заполнители и минеральные добавки». Ресурсы, сохранение и переработка , Vol. 55, № 11, с. 1060–1069, DOI: 10.1016 / j.resconrec.2011.05.020.

    Артикул Google ученый

  • Hunag, L.-J., Wang, H.-Y., and Wang, S.-Y. (2015). «Исследование долговечности переработанных зеленых строительных материалов в легком бетоне с заполнителем.» Строительные материалы , Vol. 96. С. 353–359, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2015.08.018.

    Артикул Google ученый

  • Just, A. и Middendorf, B. (2009). «Микроструктура высокопрочного пенобетона». Характеристики материалов , Vol. 60, No. 7, pp. 741–748, DOI: 10.1016 / j.matchar.2008.12.011.

    Артикул Google ученый

  • Канг, Ю., Чон, С.-Г., Ви, С., и Ким, С. (2015). «Энергоэффективный ПКМ на био-основе с композитами из дыма кремнезема для применения в бетоне для экономии энергии в зданиях». Солнечные энергетические материалы и солнечные элементы , Vol. 143, стр. 430–434, DOI: 10.1016 / j.solmat.2015. 07.026.

    Артикул Google ученый

  • Кирсли, Э. П. и Уэйнрайт, П. Дж. (2002). «Влияние пористости на прочность пенобетона». Исследование цемента и бетона , Vol.32, No. 2, pp. 233–239, DOI: 10.1016 / S0008-8846 (01) 00665-2.

    Артикул Google ученый

  • Коцкал, Н. У. и Озтуран, Т. (2011). «Прочностные и упругие свойства конструкционных легких бетонов». Материалы и дизайн , Vol. 32, № 4, с. 2396–2403, DOI: 10.1016 / j.matdes.2010.12.053.

    Артикул Google ученый

  • Ло, Т. Я. и Цуй, Х.З. (2004). «Влияние пористого легкого заполнителя на прочность бетона». Материалы письма , Vol. 58, No. 6, pp. 916–919, DOI: 10.1016 / j.matlet.2003.07.036.

    Артикул Google ученый

  • Ло, Т. Ю., Танг, В. К., и Цуй, Х. З. (2007). «Влияние свойств заполнителя на легкий бетон». Строительство и окружающая среда , Vol. 42, № 8, стр. 3025–3029, DOI: 10.1016 / j.buildenv.2005.06.031.

    Артикул Google ученый

  • Мо, К.Х., Аленгарам, У. Дж., Визинтин, П., Го, С. Х., и Джумаат, М. З. (2015). «Влияние легкого заполнителя на адгезионные свойства бетона с различными классами прочности». Строительные и строительные материалы , Vol. 84. С. 377–386, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2015.03.040.

    Артикул Google ученый

  • Невилл А. М. (1987). Concrete Technology , Нью-Йорк, США: Longman Scientific & Technical.

    Google ученый

  • Пози, П., Тонджапо, П., Тамалтри, Н., Бунти, П., Касемсири, П., и Чиндапрасирт, П. (2016). «Прессованный легкий геополимерный бетон из зольной пыли и OPC, содержащий переработанный заполнитель легкого бетона». Строительные и строительные материалы , Vol. 127. С. 450–456, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2016.09.105.

    Артикул Google ученый

  • Пози, П., Lertnimoolchai, S., Sata, V., и Chindaprasirt, P. (2013). «Прессованный легкий бетон, содержащий обожженный диатомитовый заполнитель». Строительные и строительные материалы , Vol. 47. С. 896–901, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2013.05.094.

    Артикул Google ученый

  • Posi, P., Teerachanwit, C., Tanutong, C., Limkamoltip, S., Lertnimoolchai, S., Sata, V., and Chindaprasirt, P. (2013). «Легкий геополимерный бетон, содержащий заполнитель из переработанных легких блоков.» Материалы и дизайн (1980-2015) , Vol. 52. С. 580–586, DOI: 10.1016 / j.matdes.2013.06.001.

    Артикул Google ученый

  • Рамамурти К., Кунханандан Намбиар Е. К. и Инду Шива Ранджани Г. (2009). Классификация исследований свойств пенобетона. Цементно-бетонные композиты , Vol. 31, № 6, с. 388–396, DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2009.04.006.

    Артикул Google ученый

  • Рао, А., Джа, К. Н., и Мисра, С. (2007). «Использование заполнителей из переработанных строительных отходов и отходов сноса в бетоне». Ресурсы, сохранение и переработка , Vol. 50, № 1, с. 71–81, DOI: 10.1016 / j.resconrec.2006.05.010.

    Артикул Google ученый

  • Шафиг П., Махмуд Х. Б., Джумаат М. З. Б., Ахмад Р. и Бахри С. (2014). «Конструкционный бетон на легком заполнителе с использованием в качестве заполнителя двух видов отходов производства пальмового масла.» Журнал чистого производства , Vol. 80. С. 187–196, DOI: 10.1016 / j.jclepro. 2014.05.051.

    Артикул Google ученый

  • Шин, А. Х.-К. и Кодиде, У. (2012). «Теплопроводность тройных смесей для бетонных покрытий». Цементно-бетонные композиты , Vol. 34, № 4, с. 575–582, DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2011. 11.009.

    Артикул Google ученый

  • Сиддик, Р.(2011). «Использование микрокремнезема в бетоне: обзор затвердевших свойств». Ресурсы, сохранение и переработка , Vol. 55, № 11, с. 923–932, DOI: 10.1016 / j.resconrec.2011.06.012.

    Артикул Google ученый

  • Сонг, Х.-В., Пак, С.-В., Нам, С.-Х., Янг, Дж .-К., и Сарасвати, В. (2010). «Оценка проницаемости кварцевого цементного бетона». Строительные и строительные материалы , Vol.24, № 3, с. 315–321, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2009.08.033.

    Артикул Google ученый

  • Там, В. У., Там, К. М., и Ле, К. Н. (2007). «Удаление остатков цементного раствора из переработанного заполнителя с использованием методов предварительного замачивания». Ресурсы, сохранение и переработка , Vol. 50, № 1, с. 82–101, DOI: 10.1016 / j.resconrec.2006.05.012.

    Артикул Google ученый

  • Тиан, Ю., Ши, С., Цзя, К., и Ху, С. (2015). «Механические и динамические свойства высокопрочного бетона, модифицированного предсыщенной полимерной эмульсией легких заполнителей». Строительные и строительные материалы , Vol. 93, стр. 1151–1156, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2015.05.015.

    Артикул Google ученый

  • Юнал, О., Уйгуноглу, Т., и Йылдыз, А. (2007). «Исследование свойств легкого низкопрочного бетона для теплоизоляции.» Строительство и окружающая среда , Vol. 42, № 2, с. 584–590, DOI: 10.1016 / j.buildenv.2005.09.024.

    Артикул Google ученый

  • Уйсал, М. (2012). «Влияние типа крупного заполнителя на механические свойства самоуплотняющегося бетона с добавкой летучей золы». Строительные и строительные материалы , Vol. 37, стр. 533–540, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2012.07.085.

    Артикул Google ученый

  • Wongkeo, W., Тонгсанитгарн, П., Пимракса, К., и Чайпанич, А. (2012). «Прочность на сжатие, прочность на изгиб и теплопроводность автоклавного бетонного блока, изготовленного с использованием золы в качестве заменителя цемента». Материалы и дизайн , Vol. 35. С. 434–439, DOI: 10.1016 / j.matdes.2011.08.046.

    Артикул Google ученый

  • Ян, К.-К. и Хуанг Р. (1998). «Примерная прочность легкого заполнителя методом микромеханики.» Улучшенные материалы на цементной основе , Vol. 7, №№ 3–4, стр. 133–138, DOI: 10.1016 / S1065-7355 (98) 00002-9.

    Артикул Google ученый

  • Ю, М. К., Махмуд, Х. Б., Анг, Б. К. и Ю, М. С. (2014). «Влияние термической обработки на крупнозернистые заполнители скорлупы масличных пальм для получения высокопрочного легкого бетона». Материалы и дизайн (1980-2015) , Vol. 54. С. 702–707, DOI: 10.1016 / j.matdes.2013.08.096.

    Артикул Google ученый

  • Йом, К.С., Чжон, Ю. Дж., Хан, Э. С. Х., Юн, Т. С. (2014). «Экспериментальное исследование ежегодных изменений механических свойств конструкционных бетонов с различными типами легких заполнителей». Строительные и строительные материалы , Vol. 73. С. 442–451, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2014.09.044.

    Артикул Google ученый

  • Заетанг, Ю., Вонгса, А., Сата, В., и Чиндапрасирт, П. (2013). «Использование легких заполнителей в проницаемом бетоне.» Строительные материалы , Vol. 48. С. 585–591, DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2013.07.077.

    Артикул Google ученый

  • Щелочно-кремнеземная реакционная способность и прочность строительных растворов с расширенным сланцем, пеностеклом или перлитом

    Открытый журнал гражданского строительства Том 11 No.01 (2021), Идентификатор статьи: 107764, 15 страниц
    10.4236 / ojce.2021.111008

    Щелочно-кремнеземная реакционная способность и прочность строительных растворов с расширенным сланцем, пеностеклом или перлитом

    Мехрзад Захаби 1 , Али Саид 2

    1 Инженер-проектировщик, McNamara Salvia Structural Engineers, Бостон, Массачусетс, США

    2 Доцент, Департамент архитектурной инженерии, Государственный университет Пенсильвании, Юниверсити Парк, Пенсильвания, США

    Copyright © 2021 автор (s) и Scientific Research Publishing Inc.

    Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

    http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

    Поступила: 26 ноября 2020 г .; Принята в печать: 14 марта 2021 г .; Опубликовано: 17 марта 2021 г.

    РЕЗЮМЕ

    Легкие заполнители все чаще используются в бетонном строительстве. Они уменьшают конструктивное преимущество бетонной мебели, имеющей собственный вес.Напротив, механические свойства и долговечность легкого бетона могут стать определяющим фактором при замене легких заполнителей. Были оценены щелочно-кремнеземная реакция (ASR) и прочность на сжатие образцов растворов с расширенным сланцем, вспененным стеклом или перлитом, охватывающих весь спектр внутренней пористости и веса легких заполнителей. Сканирующая электронная микроскопия использовалась для оценки вклада пористости и химического состава агрегатов в ингибирование ASR.Перлит благодаря своей высокопористой микроструктуре и низкому содержанию вещества преуспел в расширении ASR, в то время как химический состав и более плотная микроструктура более тяжелого расширенного сланца привели к более значительному позднему расширению ASR и более высокой прочности на сжатие. Была сделана попытка визуального контроля ASR-атаки ионов щелочных металлов на расширенное стекло с высоким содержанием кремнезема с использованием ультраускоренного воздействия раствора гидроксида натрия.

    Ключевые слова:

    Легкий бетон, щелочно-кремнеземная реакция, заполнитель из вспененного стекла, заполнитель из вспененного сланца, заполнитель перлита

    1.Введение

    Легкий бетон (LWC) можно получить либо путем использования заполнителей с более легкой плотностью, либо путем частичной объемной замены обычного бетона с нормальным весом более легкими компонентами. Его можно использовать в тех случаях, когда требуется большой вес бетона или когда необходимо улучшить теплоизоляцию или другие свойства. Он также используется в плавучих или подводных морских бетонных конструкциях из-за более выраженного снижения веса LWC (по сравнению с обычным бетоном) в воде, чем в воздухе [1].Заполнители с плотностью менее 1100 кг / м 3 обычно считаются легковесными. Легкий вес и низкая теплопроводность являются результатом пористой микроструктуры агрегатов (рис. 2-4), вызванной нагревом сырья до начальной температуры плавления, выделением газов в пиропластической массе, расширяющей микроструктуру, и образованием пор при охлаждении [ 1]. Поры могут также обеспечивать места для внутренней воды, которая не является частью воды для смешивания и, следовательно, потенциально способной к внутреннему отверждению (IC).IC может уменьшить усадку в раннем возрасте и увеличить долговечность бетона за более равномерное и продолжительное время для значительного сегмента гидратации [2].

    Легкие заполнители (LWA) с более равномерно распределенными мелкими порами (от 5 до 300 микрон) обладают большим потенциалом для конструкционного бетона [1] и могут быть использованы полностью или частично. Эти заполнители с более высокой структурной способностью могут включать керамзит, сланец, глину или керамзит. Возможная потеря прочности бетона при использовании LWA часто в некоторой степени компенсируется частичной заменой OPC на SCM, например летучую золу или шлак.Уменьшение максимального размера профиля LWA также может повысить прочность, и при необходимости можно указать предварительно напряженный LWC с прочностью 70 МПа или выше [1]. LWC в силу своей более низкой плотности использовался в военных приложениях для гашения энергии огнестрельного оружия и взрывных устройств, передаваемых снарядами и осколками [1].

    Одно недавнее применение легкого заполнителя было в проекте моста Shasta Arch, разработанном Caltrans. Легкий насыщенный керамзит Arcosa Hydrolite® использовался вместе с гранулированным доменным шлаком (как частичная замена OPC) и воздухововлекающей добавкой.При снижении плотности с 2400 кг / м 3 для нормального бетона до 1900 кг / м 3 был получен высокоэффективный бетон с прочностью на сжатие 42 МПа в течение 56 дней. Некоторые другие тематические исследования доступны на веб-сайте производителя агрегатов [3], в то время как другие приложения от американских производителей (более плотного) керамзитового сланца, глины и сланца доступны. Институт расширенного сланца, глины и сланца (ESCSI) перечисляет производителя в США вместе с документацией LWA [4].

    В этом исследовании оценивалась реакционная способность щелочного металла и кремнезема и прочность раствора на сжатие трех легких заполнителей, мелкодисперсного перлита, вспененного сланца и вспененного стекла.ASR — это реакция между реактивным кремнеземом в заполнителе и щелочами в цементе, которая приводит к постепенному растрескиванию (структуре) трещин в бетоне. ASTM C150 определяет цементы с содержанием Na 2 O менее 0,6% как щелочные и цементы с эквивалентом Na 2 O более 0,6% как щелочные. Это связано со значительным влиянием небольшого количества Na 2 O и K 2 O в цементе на pH поровой жидкости. Предполагается, что если общее содержание щелочи в бетоне составляет менее 3 кг / м 3 , степень развития ASR с течением времени не приводит к нежелательным расширениям [5].Ионы гидроксила, присутствующие в гидратированном цементном тесте из-за большого количества гидроксида кальция, вызывают деполимеризацию / разрушение структуры кремнезема (из заполнителя), и ионы щелочных металлов абсорбируются на поверхности продуктов разрушения. Увеличение подачи воды к полученному щелочно-силикатному гелю приводит к его набуханию из-за неограниченного увеличения гидравлического давления и расширения / растрескивания заполнителя и цементного теста. В конечном итоге трещина достигает поверхности бетона, завершая образование трещин.Одной из стратегий снижения ASR является добавление дополнительных цементирующих материалов (SCM), особенно тех, которые более доступны с высоким содержанием глинозема, таких как метакаолин. Несмотря на высокую вероятность его ограниченной эффективности в снижении щелочности бетона по сравнению с использованием SCM, более богатых кремнеземом, высокоглиноземистые SCM смягчают прогресс ASR. Это достигается за счет снижения щелочности порового раствора за счет изменения химического состава фаз гидрата силиката кальция и адсорбции ионов щелочного металла, которые вызывают более высокую адсорбцию алюминия на кремнеземе в полученном растворе с низкой щелочностью.Адсорбированный алюминий способствует снижению интенсивности атаки кремнезема на агрегат ионами щелочного металла, подавляя растворение реакционноспособных силикатов из агрегатов [6] [7].

    Это исследование помогает лучше понять три легких заполнителя для частичной или полной замены заполнителей нормальной массы в тех случаях, когда требуется легкий бетон. Их микроструктурные поры потенциально могут содержать гели ASR, препятствуя вредному расширению.Также было оценено влияние природного пуццолана и нанокремнезема на снижение ASR и возможное улучшение прочности на сжатие. Предыдущие исследования показали, что нанокремнезем может влиять на ASR [8] [9] [10]

    2. Детали эксперимента

    2.1. Материалы

    Три типа легких заполнителей, а именно: просечно-вытяжное стекло (торговая марка Poraver), мелкодисперсный перлит (торговая марка Dicalite Con-Agg) и расширенный сланец (торговая марка Stalite) использовались для определения прочности на сжатие строительного раствора, ASR и сканирующих электронов. микроскопические (СЭМ) исследования.На рисунке 1 показаны агрегаты. Перлит Con-Agg находится в нижней части весового диапазона [5] с минимальной структурной способностью, если он используется исключительно в качестве заполнителя в бетоне. Это результат его структуры скорлупы, напоминающей яичную скорлупу, и преимущественно субмикронной толщины скорлупы, как показано на рис. 2. Просечно-вытяжной сланец из сталита (рис. 3), однако, принадлежит к верхнему пределу весового диапазона легких заполнителей. Вес вспененного стекла Poraver (рис. 4) находится между ними. Реактивный песок нормальной массы (NWRS) (реактивный с точки зрения ASR) был использован в этом исследовании для сравнения.

    С помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) приблизительный химический состав трех легких агрегатов показан на рисунках 5-7. Все три содержат большое количество кремнезема, но высокое содержание оксидов щелочных металлов в расширенном сланце в сочетании с его более высокой плотностью (более высокое содержание вещества) по сравнению с двумя другими делает его более склонным к ASR. Ожидалось, что сверхпористый перлит легко вмещает гели ASR в своей микроструктуре.

    Рисунок 1.Размеры частиц трех типов легких заполнителей.

    Рис. 2. СЭМ-изображения мелкого перлита с трещиноватыми оболочками и субмикронной толщиной оболочки.

    Рисунок 5. Химический состав мелкого перлита.

    Рисунок 6. Химический состав пенопласта.

    Рисунок 7. Химический состав пеностекла.

    Гидрофильный нанокремнезем Aerosil 200 (коллоидный диоксид кремния) с площадью поверхности по БЭТ 200 м 2 / г использовался в исследованиях прочности на сжатие и ASR.Как правило, нанокремнезем не так высокоэффективен, как некоторые из дополнительных цементирующих материалов (SCM), с точки зрения улучшения механических свойств обычного бетона, но они превосходят в создании очень компактного и прочного бетона. Тем не менее, они могут поставляться вместе с SCM в качестве частичной замены обычного цемента для получения высококачественного бетона, для изготовления прочных и долговечных бетонов [11] [12] [13]. Природный пуццолан Lassenite SR (таблица 1) был использован в исследовании ASR.

    Деионизированная вода, суперпластификатор (SP) на основе поликарбоксилата Sika Viscocrete 6100, если указано иное, и обычный портландцемент Типа I.

    2.2. Протоколы испытаний

    1) Ускоренная реакция щелочно-кремнеземная

    Влияние химического состава и микроструктуры пор трех легких заполнителей на ASR оценивали с помощью метода ускоренного строительного раствора (ASTM C1567). Кратковременный ASR изучался путем воздействия на бруски строительного раствора 1М водного раствора NaOH при 80 ° C (объемное соотношение раствора и бруска строительного раствора составляло 4: 1). Вяжущее состоит из цемента и дополнительных вяжущих материалов, если таковые имеются. Массовое соотношение воды и связующего в смеси составляло 0.47, а гранулометрический состав песчинок для брусков строительного раствора с нормальной массой был в соответствии с ASTM C1567, обеспечивая массовое отношение песка к связующему 2,25. Пропорции смеси брусков из легкого заполнителя представлены в таблице 2. Дозы суперпластификатора показаны на рисунке 8.

    2) Ультраускоренная щелочно-кремнеземная реакция вспененного стекла

    Три режима отверждения и воздействия ультра-ускоренного ASR Использование вспененного стекла было предпринято с целью визуального исследования механизма деполимеризации кремнезема в раннем возрасте под действием гидроксильных ионов и поглощения ионов щелочных металлов.В Таблице 3 и Таблице 4 показаны составляющие смеси и условия отверждения, соответственно. В качестве единственного заполнителя использовалось вспененное стекло (250 мкм ≤ размер частиц ≤ 500 мкм; рис. 1). Цемент добавляли к гомогенной смеси водного раствора и суперпластификатора и перемешивали в течение 2 минут при 400 об / мин, используя смеситель с большими сдвиговыми усилиями. Добавляли вспененное стекло и перемешивали при 800 об / мин в течение четырех минут. Согласно Таблице 3, образцы сначала помещали в запечатанные флаконы (7 миллилитров на образец) при комнатной температуре перед помещением в раствор для отверждения.Затем они были отверждены в растворе, после чего их гидратация была остановлена ​​путем многократного обмена изопропанолом в течение двух часов. После этого сразу же была проведена СЭМ.

    3) Прочность на сжатие куба строительного раствора

    Прочность на сжатие 50,8 × 50,8 × 50,8 мм 3 образцов кубического раствора (ASTM C109) с тремя сортами легкого заполнителя в качестве полной или частичной замены обычного песка собираются под нагрузкой 1,3 кН / сек. В таблице 5 показаны пропорции и плотности смеси.Суперпластификатор использовался для получения рабочих смесей, поскольку мелкие комки нанокремнезема снизили удобоукладываемость смеси при использовании без суперпластификатора. «C», «A», «P» и «S» на этикетках смеси относятся к образцу с угловым песком нормального веса, мелким перлитом, вспененным стеклом и вспененным сланцем в качестве основного заполнителя, соответственно.

    Рис. 8. Результаты испытаний брусков строительного раствора, ускоренные щелочно-кремнеземной реакцией, образцов с легкими заполнителями. В качестве минеральных добавок использовались природный пуццолан Lassenite SR (LS) и нанокремнезем (NS).Цифры после названий образцов в легенде относятся к замещающей дозе (%) минеральных добавок по отношению к массе цемента. Цифры в скобках относятся к процентному содержанию дозы суперпластификатора по отношению к вяжущему (цемент и минеральные добавки (если есть)).

    Таблица 1. Химический состав природного пуццолана Lassenite SR (мас.%) (По данным рентгенофлуоресцентной спектроскопии).

    Таблица 2. Пропорции смеси контрольных образцов в исследовании ASR трех светолибденовых агрегатов.

    Таблица 3. Пропорции смеси ультраускоренных образцов ASR с использованием вспененного стекла в качестве заполнителя. Соотношения даны по массе по отношению к цементу.

    Таблица 4. Условия отверждения ультраускоренных образцов ASR с использованием вспененного стекла в качестве заполнителя. Объем каждого образца, помещенного в раствор для отверждения, составлял 7 миллилитров.

    Таблица 5. Пропорции смеси раствора для исследования прочности на сжатие с тремя легкими заполнителями.

    3. Результаты и обсуждение

    3.1. Реакция щелочно-кремнеземная

    Легкие агрегаты часто считаются полезными для смягчения или уменьшения ASR. Этот вклад обусловлен их более легкой плотностью (меньшее количество вещества, доступного для содержания щелочи в цементной пасте для взаимодействия), более высокой пористостью, более высоким водопоглощением в порах, рассеивающих ионы щелочных металлов от реактивных заполнителей, и потенциально пуццолановым поведением, если используются достаточно мелкие заполнители. и их состав подходит [14] [15].Среди легких строительных смесей этого исследования брусок со вспененным стеклом показал самый высокий потенциал для раннего ASR среди трех образцов с легким заполнителем в качестве единственного заполнителя и без минеральных примесей, как показано на рисунке 8. Тем не менее, расширение этого образца было ниже, чем расширение ASR для раннего возраста контрольной штукатурки с NWRS. Расширение ASR пеностекла является результатом высокого содержания оксидов щелочных металлов, кремнезема и извести в расширенном стекле, что способствует комплексообразованию кремнезема с ионами щелочных металлов в пористом растворе цемента.Подобный синергетический вредный эффект высокой щелочности вспененного стекла (из-за истощения щелочных ионов в поровых растворах) и его высокого содержания кремнезема сообщается в литературе [16]. 16-дневное (после отливки образца; 14-дневное расширение на графике) расширение образца на 0,1025% близко к пороговому значению 0,10%, которое классифицируется как безвредное согласно ASTM C1260. Хотя некоторая часть геля ASR была размещена во внутренних порах легких заполнителей, а содержание пустот всего 3–7%, как сообщается, полезно для смягчения расширения ASR [14] [16], растрескивание бруска строительного раствора в Образец с просечно-вытяжным стеклом наблюдали через 68 дней в растворе NaOH.Это имело место там, где присутствовали более крупные агрегаты (Рисунок 9). Это объясняется комбинацией 1) более доступных оксидов щелочных металлов и кремнезема в более крупных агрегатах для ионов щелочных металлов в растворе пор цемента и неспособностью агрегатов разместить гель ASR в своих порах, 2) более крупными ранее существовавшими порами внутри пор. более крупные агрегаты, вводимые на стадиях переработки стекла или расширения производства, увеличивая скорость высвобождения энергии разрушения с последующим расширением трещины и расширением бетона, что дополнительно обеспечивало щелочные ионы пор с более высокими центрами содержания кремнезема в агрегате для образования гелей ASR, и 3) высокая пуццолановая активность агрегата, генерирующая плотные гидраты CSH и, следовательно, повышение давления за счет образования гелей ASR, как обсуждается в литературе [17].На рисунке 10 показаны изображения образца строительного раствора, не подвергавшегося воздействию раствора NaOH, в раннем возрасте.

    Рис. 9. Выкрашивание бруска раствора в образце с просечно-вытяжным стеклом, где присутствуют более крупные агрегаты. Образец подвергали воздействию 1М раствора NaOH в течение 68 дней.

    Рис. 10. СЭМ-изображения раствора ОРС с пеностеклом в качестве заполнителя. Возраст образца составлял 48 часов, а массовое соотношение заполнитель: вода: цемент составляло 0,38: 0,47: 1.

    Показано, что замена вспененного стекла реактивным песком с нормальным весом на 15 весовых процентов (сравнительно более низкий объемный процент замены) может повысить раннее расширение до 0.20% через 16 дней, что делает его потенциально опасным в соответствии со стандартом ASTM. Показано, что небольшая доза (5 мас.%) Lassenite SR эффективна для снижения реакционной способности расширенного стекла по ASR. Это в значительной степени вызвано умеренным присутствием оксида алюминия в природном пуццолане, и более высокая доза замещения еще больше снизила бы расширение. Сочетание натурального пуццолана с нанокремнеземом может еще больше снизить потенциал ASR строительных плиток с просечно-вытяжным стеклом или NWRS. NS, благодаря своей сверхвысокой площади поверхности, потенциально может обеспечить больше центров зародышеобразования для щелочных ионов в порах цемента, а снижение щелочности способствует адсорбции алюминия природного пуццолана на поверхности агрегатных силикатных фаз, снижая расширение ASR.Желаемый эффект 2% нанокремнезема в сочетании с 5% природного пуццолана показан на рисунке.

    Растворы из мелкодисперсного перлита и вспененного сланца показывают расширение 0,05% и 0,094% за 16 дней, соответственно, и считаются безвредными. Хотя содержание кремнезема и щелочность перлита высоки, чтобы гипотетически способствовать расширению ASR на основании литературных отчетов [16], сверхнизкое расширение строительного бруска с перлитом было вызвано аккомодацией гелей ASR внутри высокопористой микроструктуры агрегата (рис. 2). ) и очень низкое содержание твердых веществ по сравнению с двумя другими легкими заполнителями.Рост продуктов гидратации цемента в порах заполнителя показан на рисунке 11 в образце, не подвергавшемся воздействию раствора NaOH. Следовательно, перлит аналогичной плотности / пористости можно использовать для замены реакционноспособных агрегатов нормальной массы при достаточно малых соотношениях, чтобы уменьшить ASR и при этом сохранить приемлемые механические свойства.

    Образец с расширенным сланцем показал высокую тенденцию к расширению в более позднем возрасте. Этот медленный прогресс ASR объясняется в основном его менее пористой микроструктурой и более высокой плотностью, хотя содержание кремнезема и щелочность в заполнителе играют важную роль.Аналогичное расширение в раннем возрасте (14 дней) менее 0,1% описано в литературе, где предварительное увлажнение расширенного сланца увеличивало расширение ASR [18]. Однако медленное долгосрочное расширение ASR бетона с помощью этих плотных заполнителей из вспененного сланца требует дальнейшего изучения и, вероятно, потребует стратегий смягчения последствий. На рис. 12 показаны гидраты цемента, заполняющие поры в образце.

    Рис. 11. СЭМ-изображения раствора ОРС с мелким перлитом в качестве легкого заполнителя. Возраст образца составлял 48 часов, а массовое соотношение заполнитель: вода: цемент составляло 0.11: 0,47: 1.

    Рис. 12. СЭМ-изображения раствора OPC с расширенным сланцем в качестве заполнителя. Возраст образца составлял 48 часов, а массовое соотношение заполнитель: вода: цемент составляло 1,37: 0,47: 1.

    с расширенным сланцем в качестве заполнителя, который не подвергался воздействию раствора NaOH. Для всего легкого бетона, склонного к ASR, можно указать дополнительные цементирующие материалы, такие как нанокремнезем и природные пуццоланы, чтобы значительно уменьшить расширение.

    3.2. Ультраускоренная щелочно-кремнеземная реакция расширенного стекла

    Агрессивная атака ионов натрия на поверхность расширенных стеклянных зерен образца U1 (таблица 3) показана на рисунке 13, оставляя после себя большое количество пор при удалении маленьких шариков. стекла и гидрата силиката кальция (натрия) (CNSH).Этот образец имел значительно более низкую прочность по сравнению с образцами U2 и U2-Ca (OH) 2 из-за большого присутствия гидроксида натрия в цементном тесте во время подготовки образца. Низкая прочность объясняется формой C-N-S-H в форме цветка / соты и сильно атакованных / пористых агрегатов вспененного стекла, образующих большое количество пор и пористых игл на поверхности стекла, как показано на рисунке. Образец U1 быстро погрузили в раствор для отверждения. Это было еще одним признаком агрессивного воздействия и большого количества пор, что способствовало обновлению отверждающего раствора в порах и погружению пасты.Напротив, двум другим образцам потребовалось несколько часов, чтобы погрузиться в их отверждающие растворы. На рисунке 14 показано ASR-атака на образец U2 с деионизированной водой в качестве перемешивающей среды с последующим воздействием высокомолярного раствора NaOH. Маленькие стеклянные шарики и шарики C-N-S-H были сформированы и выскочили в результате атаки с поверхности стекла, но степень атаки была значительно меньше, чем у образца U1. Наблюдалась похожая форма цветка / соты C-N-S-H, некоторые из которых полностью или частично росли внутри стеклянного зерна.

    Отверждение образца U2-Ca (OH) 2 в течение 6 часов в растворе NaOH, содержащем насыщенный Ca (OH) 2 , по-видимому, привело к образованию более губчатого CNSH по сравнению с образцами U1 и U2 за счет комплексообразования большего количества много Ca (OH) 2 со стеклом, как показано на рисунке 15. Губчатый CSH больше всего напоминает образец неэкспонированного образца (рисунок 10) среди образцов, подвергнутых ускоренным режимам ASR, и, возможно, является причиной более высокой прочности. образца U2-Ca (OH) 2 среди трех образцов.

    3.3. Прочность на сжатие куба строительного раствора

    На рисунках 16, 17 показаны значения прочности на сжатие и плотности раствора для образцов легкого раствора. Они демонстрируют две иллюстративные стратегии для получения более легкого бетона либо путем полной замены заполнителя с нормальным весом более компактными вариантами легких заполнителей, таких как расширенный сланец (образец S1), либо путем частичной замены заполнителя с нормальным весом на сверхлегкий. мелкий перлит (образец А6). Первый продемонстрировал снижение прочности на 15% и снижение плотности на 22% по сравнению с контрольным образцом, в то время как последний продемонстрировал снижение прочности на 65% и снижение плотности на 28%.Эта тенденция может быть дополнительно изучена и оптимизирована для бетона с более крупным керамзитом, глиной или сланцем или с частичной заменой заполнителей нормального веса на заполнители из

    Рис. 13. СЭМ-изображения 26-часового раствора с пеностеклом в качестве заполнителя. и 20M водный раствор NaOH, смешанный с цементом в качестве связующего (образец U1 в таблице 3), подвергнутый ультраускоренному режиму ASR.

    Рис. 14. СЭМ-изображения 26-часового раствора со вспененным стеклом в качестве заполнителя и деионизированной водой, смешанной с цементом в качестве связующего (образец U2 в таблице 3), подвергнутых ультра-ускоренному режиму ASR.

    Рис. 15. СЭМ-изображения 26-часового раствора со вспененным стеклом в качестве заполнителя и деионизированной водой, смешанной с цементом в качестве связующего (образец U2-Ca (OH) 2 в таблице 3), подвергнутых ультра-ускоренному режиму ASR с раствором, содержащим насыщенный Ca (OH) 2 .

    Рисунок 16. Результаты прочности на сжатие (ASTM C109) образцов раствора с легкими заполнителями как полная или частичная замена заполнителя нормальной массы (песок). Скорость загрузки: 1.3 кН / сек. Все образцы (кроме S2 и A6) имели очень небольшое стандартное отклонение среди трех протестированных образцов, как показано узкими полосами погрешностей.

    Рис. 17. Плотность и средняя прочность на сжатие образцов раствора с легкими заполнителями в качестве полной или частичной замены заполнителя нормальной массы (песка).

    нижний предел весового диапазона. Образцы с пеностеклом показали относительно низкую прочность при использовании в качестве единственного агрегированного. Интересно, что их сила в 28 дней снизилась по сравнению с силой в 14 дней.Считается, что это вызвано большими порами заполнителя, особенно в крупных заполнителях, которые возникают при росте гидратов цемента (чему способствует добавление нанокремнезема) и, возможно, незначительном увеличении щелочно-кремнеземного расширения (из-за высокого содержания в заполнителе щелочных оксидов). и содержание извести), что привело к повышению давления и образованию большего количества микротрещин через 28 дней. Другая возможность — неоднородное распределение частиц путем отделения более крупных (более легких) агрегатов, плавающих на верхнем слое образцов.Узкий и мелкий гранулометрический состав частиц увеличил бы прочность.

    Нанокремнезем не показывает улучшения прочности контрольного образца, и разница между результатами C1 и C2 может находиться в пределах экспериментальных ошибок. Однако нанокремнезем превосходит по характеристикам прочности и может быть дополнительно изучен с различными вариантами легкого бетона.

    4. Выводы

    Изучено влияние степени пористости и химического состава трех заполнителей, покрывающих полный весовой спектр легких заполнителей, на ASR раствора и прочность на сжатие.Сверхлегкий перлит из-за его высокопористой микроструктуры и очень низкой плотности показал очень низкую тенденцию к расширению ASR. Было показано, что его частичная замена песка нормального веса при высоких объемных соотношениях может по-прежнему сохранять приемлемую прочность. Это особенно полезно, учитывая низкий потенциал ASR агрегата, но долговечность агрегата требует дальнейших исследований.

    Образцы строительного раствора с расширенным сланцем показали самую высокую прочность среди легких образцов и хорошее соотношение прочности к плотности по сравнению с образцами с обычным песком.Это иллюстрирует его потенциал в качестве единственного заполнителя для структурного применения, но его потенциально высокое расширение ASR необходимо контролировать с помощью дополнительных цементирующих материалов и / или включения в бетонную смесь достаточно высокого содержания инертных заполнителей. Долговременное поведение ASR расширенного сланца с использованием таких тестов, как ASTM C1293, требует дальнейшего изучения.

    Более крупные агрегаты пеностекла демонстрируют более высокую восприимчивость к ASR по сравнению с более мелкими агрегатами. Их снижение ASR и прочность могут быть улучшены за счет использования дополнительных цементирующих материалов и добавления заполнителей нормальной массы.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

    Цитируйте эту статью

    Захаби, М. и Саид, А. (2021) Щелочно-кремнеземная реакционная способность и прочность строительных растворов с расширенным сланцем, вспененным стеклом или перлитом. Открытый журнал гражданского строительства , 11, 119-133. https://doi.org/10.4236/ojce.2021.111008

    Ссылки

    1. 1. Руководство Комитета 213 ACI (2014) по конструкционным легким заполнителям.Американский институт бетона.

    2. 2. Вайс, Дж., Шиндлер, А.П.Е., Лура, П., Бенц, Д. (2012) Внутреннее отверждение — создание более прочного бетона. Журнал «Структура», 10-14.

    3. 3. Arcosa Lightweight (2019) Примеры использования Arcosa Lightweight. https://www.arcosalightweight.com/case-studies

    4. 4. ESCSI (2019) Институт расширенного сланца, глины и сланца. https://www.escsi.org/memberlist/

    5. 5. Мехта, П.К. и Монтейро, П.Дж. (2014) Бетон: микроструктура, свойства и материалы.

    6. 6. Чаппекс, Т. и Скривенер, К. (2012) Щелочная фиксация C – S – H в смешанных цементных пастах и ​​ее связь с щелочной реакцией кремнезема. Исследование цемента и бетона, 42, 1049-1054. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.03.010

    7. 7. Чаппекс Т. и Скривенер К.Л. (2012) Влияние алюминия на растворение аморфного кремнезема и его связь с реакцией щелочного кремнезема. Исследование цемента и бетона, 42, 1645-1649. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2012.09.009

    8. 8. Зейдан, М., Саид, А.М. (2017) Влияние коллоидного нанокремнезема на смягчение щелочно-кремнеземных воздействий. Journal of Sustainable Cement-Based Materials, 6, 126-138. https://doi.org/10.1080/21650373.2016.1191387

    9. 9. Зейдан, М. и Саид, А. (2015) Снижение щелочно-кремнеземной реакции с использованием Нанокремнезем и летучая зола в нанотехнологиях в строительстве. Спрингер, Чам, 459-464. Https://doi.org/10.1007/978-3-319-17088-6_60

    10. 10. Саид А.М., Ислам, М.С., Зейдан М. и Махгуб М. (2020) Влияние нанокремнезема на свойства бетона и его взаимодействие со шлаком. Отчет об исследованиях в области транспорта, 0361198120943196. https://doi.org/10.1177/0361198120943196

    11. 11. Айад, А. и Саид, А. (2018) Использование коллоидного нанокремнезема для повышения эффективности цементных растворов. Open Journal of Civil Engineering, 8, 82-90. Https://doi.org/10.4236/ojce.2018.81007

    12. 12. Саид А.М. и Зейдан М.С. (2009) Повышение реакционной способности обычного бетона и бетона с летучей золой с использованием коллоидного нанокремнезема.Специальная публикация, 267, 75-86.

    13. 13. Зейдан М., Бассуони М. Т. и Саид А. (2017) Атака физической соли на бетон, содержащий нанокремнезем. Журнал устойчивых материалов на цементной основе, 6, 195-216. https://doi.org/10.1080/21650373.2016.1218802

    14. 14. Коллинз, Р.Дж. и Bareham, P.D. (1987) Щелочно-кремнеземная реакция: подавление расширения с использованием пористого заполнителя. Исследование цемента и бетона, 17, 89-96. Https://doi.org/10.1016/0008-8846 (87)

      -9


    15. 15.Даль П.А., Юстнес Х., Норден Г. и Хирв О. (2007) Легкие мелкие фракции заполнителя как пуццолановая добавка для высокоэффективного бетона. Специальная публикация, 242, 333-350.

    16. 16. Младенович А., Супут Ю.С., Дукман В. и Скапин А.С. (2004) Щелочно-кремнеземная реакционная способность некоторых часто используемых легких заполнителей. Исследование цемента и бетона, 34, 1809-1816. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.01.017

    17. 17. Раджабипур Ф., Марагечи Х. и Фишер Г.(2010) Исследование щелочно-кремнеземной реакции агрегатов переработанного стекла в бетонных материалах. Журнал материалов в гражданском строительстве, 22, 1201-1208. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000126

    18. 18. Ли К., Томас, доктор медицины и Идекер, Дж. (2018) Механическое исследование смягчения щелочно-кремнеземной реакции тонкими легкими агрегатами. Исследование цемента и бетона, 104, 13-24. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.10.006

    легких агрегатов: как принять правильное решение?

    Решение использовать легкие заполнители, а не заполнители нормального веса, не так сложно, как можно было бы представить, при условии, что есть достаточно фактов, на которых основывается это решение.При оценке легкого конструкционного бетона для проекта сборного железобетона необходимо учитывать множество факторов. Важные соображения могут включать в себя многие из следующих вопросов, чтобы принять обоснованное деловое решение:

    • Какого снижения веса можно ожидать?
    • Есть ли структурные проблемы?
    • Будет ли крупный легкий заполнитель стоить дороже?
    • Потребуются ли значительные изменения в процедурах дозирования и смешивания?
    • Как использование легкого грубого заполнителя повлияет на текущую практику контроля качества?

    Ожидаемое снижение веса
    Заполнители в бетонной смеси с нормальным весом составляют от 65 до 80% веса на ярд бетона (с использованием 145 фунтов / фут 3 [2320 кг / м 3 ] в качестве базового уровня ).При выборе стандартного, легкодоступного заменителя легкого грубого заполнителя, такого как расширенный сланец, глины, сланцы и шлак, можно ожидать снижения веса ярда бетона примерно до 95 фунтов / фут 3 до 115 фунтов / фут 3 (1520 кг / м 3 до 1840 кг / м 3 ) или максимальное возможное снижение примерно на 35% от сухой массы.

    Конструктивные особенности
    Достижения в современной бетонной технологии предоставляют производителям множество вариантов конструкций бетонных смесей, которые могут преодолеть практически любую предполагаемую проблему, касающуюся прочности и долговечности.Производители сборного железобетона не должны чрезмерно беспокоиться о том, что использование легких заполнителей будет иметь серьезные структурные проблемы — они могут рассчитывать на помощь поставщиков этих продуктов. Однако при рассмотрении этих соображений ничто не может заменить полного инженерного и структурного анализа; проверка профессиональным инженером не является обязательной для процесса принятия решения. Поставщики этих продуктов также могут оказать помощь по любым вопросам, связанным с производителями.

    Соображения стоимости
    Одним из самых больших преимуществ использования легких заполнителей является снижение веса самих продуктов.Снижение веса продукта может снизить затраты на доставку производителю, так как на стройплощадку доставляется меньшее количество более рентабельных партий продукта. Продукция получает структурные преимущества также за счет снижения статических нагрузок, которые должна выдерживать сборная конструкция. Снижение веса отлитых изделий может привести к снижению затрат на погрузочно-разгрузочные работы на стройплощадке и на предприятии за счет уменьшения грузоподъемности крана для подъема и установки изделий.

    Таблица 1 на лицевой странице показывает сравнение стоимости доставки для двух проектов.Сравнение показывает, что экономия на транспортных расходах значительно перевешивает дополнительные расходы на легкий заполнитель. Эта экономия была достигнута благодаря тому, что на каждый грузовик можно было загружать дополнительный продукт и, следовательно, потребовалось меньше бедер. Эти примеры показывают, что экономия денег возможна. Однако каждый производитель сборного железобетона должен проанализировать переменные, которые в конечном итоге повлияют на общие производственные и транспортные расходы на его или ее собственном заводе.

    Процедуры дозирования и смешивания
    Использование легких заполнителей может представлять некоторые уникальные производственные проблемы по сравнению с дозированием и смешиванием заполнителей нормальной массы.Заводы, принявшие решение использовать легкие заполнители, должны подготовиться к изменениям в своих процессах дозирования. Некоторые легкие заполнители могут быть очень абсорбирующими; Следовательно, потребность в воде для процесса дозирования может потребовать некоторого экспериментирования, чтобы определить, необходимо ли предварительное смачивание этих заполнителей для получения однородной и достаточно работоспособной партии с желаемыми пластическими характеристиками и характеристиками укладки. Время перемешивания может потребоваться увеличить, чтобы дать достаточно времени для правильного перемешивания компонентов партии.Градация и состояние заполнителей могут создавать уникальные проблемы при смешивании по сравнению с обычным дозированием заполнителей с нормальным весом. Общая пористость и угловатость потребуют от производителя тщательного рассмотрения соответствующих градаций, необходимых для получения смеси, чтобы она работала и размещалась по желанию. В то время как производитель может получить ценную информацию о дозировании из ACI 211.2, «Стандартная практика выбора пропорций для конструкционного легкого бетона», некоторые поставщики предоставят помощь и образцы смесей в качестве отправных точек.

    Производители, рассматривающие легкие заполнители, также должны будут учитывать, что текущие процессы контроля качества и параметры испытаний, возможно, потребуется изменить для соответствия этому материалу. Например, содержание воздуха в смеси невозможно определить с помощью обычных методов измерения давления. Персоналу завода по контролю качества необходимо будет следовать ASTM C173, «Стандартный метод испытания содержания воздуха в свежезамешенном бетоне объемным методом», в отличие от ASTM C231 «Стандартный метод испытания содержания воздуха в свежезамешенном бетоне методом давления». для оценки содержания воздуха.Метод давления будет заменен волюметрическим методом, в котором используется устройство, обычно называемое рулонным измерителем. Кроме того, легкие заполнители должны соответствовать требованиям ASTM C330 «Стандартные технические условия на легкие заполнители для конструкционного бетона». Градации и единицы веса должны выполняться сначала, а затем каждые 200 ярдов 3 (150 м 3 ) или один раз в месяц, в зависимости от того, что наступит раньше.

    В конце концов, вам нужно будет учесть все переменные и принять обоснованное бизнес-решение, использовать ли облегченные агрегаты в ваших проектах микширования.

    Филип Катлер, P.E., директор отдела технических услуг NPCA.

    Агрегаты | Легкая бетонная смесь

    Осветите окружающую среду.

    Уменьшите вес вашего конструкционного бетона. Tru Lite Lightweight Aggregate ™ поддерживает экологичное строительство, поскольку содержит доменный шлак — переработка шлака таким образом означает сокращение использования невозобновляемых ресурсов. Полученный в результате агрегат предлагает уникальные преимущества для разнообразного применения в промышленности строительных материалов.

    Откройте для себя преимущества

    Повышает огнестойкость, звукопоглощение и многое другое.

    • Огнестойкость: керамзитовый наполнитель даже превосходит такие варианты, как керамзит, сланец и сланец
    • Звукопоглощение более чем на 50% по сравнению с бетонной кладкой с нормальным весом
    • Насосные характеристики и обрабатываемость

    Уменьшение

    • Вес: Tru Lite в бетоне снижает статическую нагрузку; поэтому размер фундаментов и колонн может быть уменьшен
    • Толщина плиты перекрытия: поскольку шлак увеличивает огнестойкость, можно достичь желаемой огнестойкости с более тонким полом
    • Затраты на отопление, охлаждение, изоляцию из-за химического состава легкого заполнителя и воздуха, который остается в материале

    Приложения

    Отвечает ASTM C331 «Стандарт для легких заполнителей для бетонных блоков» и подходит для:

    • Кладка из легкого бетона
    • Конструкционный легкий и полулегкий монолитный бетон
    • Сборные железобетонные изделия низкой плотности
    • Растворы низкой плотности для теплых полов и огнеупоров
    • Заливка инженерная геотехническая низкой плотности
    • Заливка изоляционная
    • Бетонная черепица и балласт
    • Почвопокровные и беспочвенные смеси.

    Имея более 350 предприятий и 4100 преданных своему делу сотрудников, мы предлагаем все, от цемента до бетонных растворов.

    Развитие пористого заполнителя для легкого бетона

    E3S Web of Conferences 159 , 06008 (2020)

    Разработка пористого заполнителя для легкого бетона

    Рудненский индустриальный институт, Казахстан

    * Автор для переписки: psm58 @ mail.ru

    Аннотация

    В статье представлены результаты исследований пористого заполнителя и легкого бетона, полученных с использованием жидкого стекла и техногенных материалов (стеклобой, отходы обогащения магнетитовых руд, некондиционные породы). Обоснована возможность создания многокомпонентной кормовой смеси для пиропластического набухания гранул. Оптимизация состава сырьевой смеси позволила совместить различные механизмы образования пористых гранул. Разработан комплекс технологических решений, направленных на улучшение условий формования и твердения сырых гранул.Предложен способ приготовления сырьевой массы, минимизирующий структурные дефекты пористых гранул. Доказана возможность емкостной реакции сырьевой смеси за счет механической активации твердых компонентов и введения добавок натрия. Определены технологические условия низкотемпературного расширения многокомпонентной смеси и получения пористых гранул плотностью не более 300 кг / м 3 . Предложена рецептура формовочной смеси для получения легкого бетона с использованием пористого заполнителя.Предпочтительно использование жидкого стекла в качестве связующего в бетонной смеси. Рекомендуется температура застывания бетона. Разработанная технология пористого бетона реализует многофункциональные свойства жидкого стекла, обеспечивает использование техногенных материалов, экономию энергоресурсов.

    © Авторы, опубликовано EDP Sciences, 2020

    Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License 4.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

    Легкий пористый мелкозернистый композит на основе вторичного сырья

    [1] Z.Z. Исмаил, Э.А. Аль-Хашми, Использование пластиковых отходов в бетонной смеси в качестве замены заполнителя, Управление отходами.28 (2008) 2041-2047.

    DOI: 10.1016 / j.wasman.2007.08.023

    [2] М.Т. Карвалью, Н. Диас, П. Брогейра, Разделение по форме частиц — устройство RecGlass, Int. Дж. Майнер. Процесс. 140 (2015) 1-7.

    [3] Дж.Ясайтене, Э. Иванаускас, М. Даукшис, Исследование легкого бетона с пористыми заполнителями // Тр. 2-го Междунар. Конф. Advanced Construction 2010, Каунас, 2010, 122-128.

    [4] М.Лимбахия, М. Меддах, С. Фотиаду, Характеристики гранулированного пеностеклобетона, Констр. Строить. Матер. 28 (2012) 759-768.

    DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2011.10.052

    [5] Р.Ю, Д.В. van Onna, P. Spiesz, Q.L. Yu, H.J.H. Брауэрс, Разработка сверхлегкого бетона, армированного волокном, с применением вспененного отхода стекла, J. ​​Clean. Prod. 112 (2016) 690-701.

    DOI: 10.1016 / j.jclepro.2015.07.082

    [6] П.Spiesz, Q.L. Yu, H.J.H. Брауэрс, Разработка легких композитов на основе цемента — Часть 2: Свойства, связанные с долговечностью, Cem. Concr. Комп. 44 (2013) 30-40.

    DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2013.03.029

    [7] ГРАММ.Буманис, Д. Баяре, А. Корякинс, Механические и термические свойства легкого бетона из пеностекла, J.Sustain. Архитектура Civil Eng. 2 (2013) 26-32.

    DOI: 10.5755 / j01.sace.2.3.2790

    [8] Дж.М. Чи, Р. Хуанг, К.С. Ян, Дж. Дж. Чанг, Влияние свойств заполнителя на прочность и жесткость легкого бетона, Cem. Concr. Комп. 25 (2003) 197-205.

    DOI: 10.1016 / s0958-9465 (02) 00020-3

    [9] А.Арулраджа, М. Disfani, F. Maghoolpilehrood, S. Horpibulsuk, A. Udonchai, M. Imteaz, Y. Du, Технические и экологические свойства вспененного вторичного стекла как легкого конструкционного материала, J. ​​Clean. Prod. 94 (2015) 369-375.

    DOI: 10.1016 / j.jclepro.2015.01.080

    [10] Б.L.A. Tuan, C.L. Хван, К. Линь, Ю.Я. Чен, М. Янг, Разработка легкого заполнителя из осадка сточных вод и стеклянных порошков для бетона, Констр. Строить. Матер. 47 (2013) 334-339.

    DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2013.05.039

    [11] А.Л. Брукс, Х. Чжоу, Д. Ханна. Сравнительное исследование механических и термических свойств легких вяжущих композитов, Констр. Строить. Матер. 159 (2018) 316-328.

    [12] А.Лаукайтис, Р. Жураускас, Я. Кериене, Влияние гранул пенополистирола на свойства цементного композита, Cem. Concr. Комп. 27 (2005) 41-47.

    DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2003.09.004

    [13] А.Аллахверди, С.А. Азими, М. Алибабайе, Разработка многопрочного зеленого легкого реактивного порошкового бетона с использованием шариков из пенополистирола, Констр. Строить. Матер. 172 (2018) 457-467.

    DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.03.260

    [14] Дж.Šeputytė-Jucikė, M. Sinica, Влияние отходов пеностекла и полистирола на свойства легкого заполнителя бетона, Eng. Struct. Tech. 8 (2016) 31-40.

    DOI: 10.3846 / 2029882x.2016.1162671

    [15] ГРАММ.Буманис, Д. Баяре, Дж. Локс, А. Корякинс, Щелочно-кремнеземная реакционная способность гранул пеностекла в структуре легкого бетона, Констр. Строить. Матер. 47 (2013) 274–281.

    DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2013.05.049

    [16] Т.Й. Ло, W.C. Тан, Х.З. Цуй, Влияние свойств заполнителя на легкий бетон, Сборка. Environ. 42 (2007) 3025-3029.

    [17] Н.Сайкия, Дж. Д. Брито, Использование пластиковых отходов в качестве заполнителя в цементном растворе и приготовлении бетона: обзор, Констр. Строить. Матер. 34 (2012) 385-401.

    DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2012.02.066

    [18] ИКС.Лю, К. Чиа, М. Чжан, Разработка легкого бетона с высокой устойчивостью к проникновению воды и хлорид-ионов, Cem. Concr. Комп. 32 (2010) 757-766.

    DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2010.08.005

    [19] Р.В. Сильва, Дж. Де Брито, Н. Сайкия, Влияние условий отверждения на долговечность бетона, изготовленного из отобранных заполнителей пластиковых отходов, Cem. Concr. Комп. 35 (2013) 23-31.

    DOI: 10.1016 / j.cemconcomp.2012.08.017

    .