Водонепроникність у легких бетонів висока, що збільшується в міру твердіння бетону за рахунок ущільнення контактної зони «цементний камінь — заповнювач», що є самим уразливим місцем для проникнення води в звичайному бетоні. Установлено наступні марки легких бетонів за водонепроникністю: W0,2; W0,4; W0,6; W0,8; Wl; Wl,2 (тиск води, МПа, не зухвалої фільтрації при стандартних випробуваннях).

7.6.2. Ніздрюваті бетони

Ніздрюваті бетони на 60...85 % за обсягом складаються з замкнутих пор розміром 0,2...2 мм. Ніздрюваті бетони одержують при затвердінні насиченої газовими пухирцями суміші в'яжучого, кремнези-мистого компоненту і води. Завдяки високопористій структурі середня щільність ніздрюватого бетону невелика —300...1200 кг/м³; він має низьку теплопровідність при достатній міцності. Бетони з бажаними характеристиками (щільністю, міцністю і теплопровідністю) порівняно легко можна одержувати, регулюючи їхню пористість у процесі виготовлення.

В'яжучим у ячеїстих бетонів може служити портландцемент (чи вапно) із кремнеземистим компонентом. При застосуванні вапняно-кремнеземистих в'яжучих одержувані бетони називають газо- і піносилікатами.

Кремнеземистий компонент — мелений кварцовий пісок, гранульовані доменні шлаки, зола ТЕС та ін. Кремнеземистий компонент знижує витрату в'яжучого і зменшує усадку бетону. Застосування побічних продуктів промисловості (шлаків і зол) для цих цілей економічно вигідне й екологічно доцільне.Співвідношення між кремнеземистим компонентом і в'яжучим установлюється дослідним шляхом.

Для одержання ячеїстих бетонів використовують як природне твердіння в'яжучого, так і активізацію твердіння за допомогою пропарювавння (t=85...90°З) і автоклавної обробки (t = 175° С). Кращу якість мають бетони, що пройшли автоклавну обробку.

За способом утворення пористої структури (методу спучування в'яжучого) розрізняють: газобетони і газосилікати; пінобетони і піносилікати.

Газобетон і газосилікат одержують, спучуючи тісто в'яжучого газом, що виділяється при хімічній реакції між речовинно-газоутворювачем і в'яжучим. Найчастіше газоутворювачем служить алюмінієва пудра, яка, реагуючи з гідратом оксиду кальцію, виділяє водень:

3Са(ОН)₂ + 2А1 + 6Н₂0 = 3СаО • А1₂0₃ • 6Н₂0 + H₂↑

Для одержання 1 м³ газобетону потрібно 0,5...0,7 кг пудри.

Пінобетони і піносилікати одержують, змішуючи тісто в'яжучого із заздалегідь приготовленою стійкою технічною піною. Для утворення піни використовують піноутворювачі: гідролізована кров, клеєканіфольний піноутворювач сульфанол і т.п.

Властивості ніздрюватих бетонів визначаються їхньою пористістю, видом в'яжучого й умовами твердіння.

Для руху повітря пори ніздрюватих бетонів замкнуті, а для проникнення води — відкриті. Тому водопоглинання ніздрюватого бетону досить високе (табл.9.5.) і морозостійкість відповідно знижена в порівнянні з бетонами злитої структури.

Гідрофільність цементного каменю і велика пористість обумовлюють високу сорбційну вологість. Це позначається на теплоізоляційних показниках ячеїстого бетону (табл.9.5.). Тому при використанні ячеїстого бетону в конструкціях, що огороджують, його зовнішню поверхню необхідно захищати від контакту з водою чи гідрофобізувати.

Таблиця 9.5 - Властивості ніздрюватих бетонів (середні показники)

Міцність ніздрюватих бетонів залежить від їхньої середньої щільності і знаходиться в межах 1,5...15 МПа. Ніздрюваті бетони і вироби з них володіють гарними звукоізоляційними властивостями, вони вогнестійкі й легко піддаються механічній обробці (пилянню і свердленню).

Найбільш раціональна область застосування ніздрюватих бетонів — конструкції, що огороджують, (стіни) житлових і промислових будинків:

несущі — для малоповерхових будинків і що не несуть — для багатоповерхових, які мають несучий каркас.

7.6.3. Крупнопористий бетон

Одержують при затвердінні бетонної суміші з в'яжучого (звичайно портландцементу), великого заповнювача і води. Завдяки відсутності піску і зниженій витраті цементу (70... 150 кг/м³), використовуваного тільки для склеювання зерен великого заповнювача, щільність крупнопористого бетону на 600...700 кг/м³ нижче, ніж в аналогічному бетоні залитої монолітної будівлі.

Крупнопористий бетон доцільно виготовляти на основі пористих заповнювачів (керамзитового гравію, жужільної пемзи та ін.). У цьому разі середня щільність бетону складає 500...700 кг/м³, плити з такого бетону ефективні для теплоізоляції стін і покрить будинків.

7.7. Спеціальні види бетонів

Спеціальні бетони здатні працювати в екстремальних умовах і мають властивості, не характерні для звичайних бетонів. Але при цьому їхня технологія і склад залишаються «бетонними».

Особливо важкі бетони використовують для влаштування конструкцій, що захищають людей від рентгенівського і γ-випромінювання. Для цього до складу бетону вводять заповнювачі, які містять залізо, барій та інші важкі елементи, добре поглинаючі тверде іонізуюче випромінювання. Як заповнювачі використовують залізні руди (магнетит, лимоніт), барит, металевий дріб і т.п. Щільність таких бетонів досягає 4000...5000 кг/м³.

Жаростійкі бетони характеризуються здатністю зберігати у певних межах фізико-механічні властивості при тривалому впливі високих температур.

Для виготовлення жаростійких бетонів у якості в'яжучих використовують глиноземистий цемент, шлакопортландцемент і рідке скло. Заповнювачами служать металургійні шлаки, бій керамічних і вогнетривких виробів, базальт, андезит і т.п.

Жаростійкі бетони готують за звичайною технологією, а потім у процесі роботи при високих температурах вони самі перетворюються в монолітний керамічний матеріал. З таких бетонів виконують футеровку промислових печей, фундаменти доменних і мартенівських печей і т.п. Застосування жаростійких бетонів замість штучних матеріалів знижує вартість і прискорює будівництво.

Кислототривкі бетони одержують на кислототривкому цементі й кислотостійких заповнювачах. Застосовують їх на хімічних підприємствах для облицювання несучих конструкцій, влаштування бетонних підлог і т.п.

Полімерцементні бетони — цементні бетони, в які на стадії приготування суміші вводиться полімерна добавка. Добавки являють собою водяні дисперсії (емульсії, латекси) чи редісперговані сухі порошки (як сухе молоко) тих же полімерів. Вміст полімеру в полімерцементних бетонах — 5...15 % від маси цементу.

7.7 ЗАПОВНЮВАЧІ ДЛЯ РОЗЧИНІВ І БЕТОНІВ

7.7.1. Функції заповнювачів у бетонах і розчинах.

Класифікація заповнювачів

Заповнювачами називають пухку суміш мінеральних або органічних зерен природного чи штучного походження. В’яжучі речовини скріплюють зерна заповнювача і утворюється міцне каменеподібне тіло. У складі бетонних або розчинних композицій заповнювачі виконують ряд важливих функцій:

• займаючи в бетоні понад 80% об’єму , скорочують витрати цементної складової;

• підвищують модуль пружності бетонів, знижують їхню повзучість, створюють у бетоні твердий кістяк, що приймає на собе усадочні напруження і тим самим попереджує утворення тріщін;

• високоміцний заповнювач разом із цементною матрицею забезпечує міцність бетону;

• пористі заповнювачі знижують середню щільність і теплопровідність бетонів;

• окремі види заповнювачів ( залізна руда, чавунний дріб) роблять бетоні радіаційно-захищеними.

Залежно від величини зерен розрізняють:

• великі заповнювачі (гравій і щебені) – розмір часток 5...70мм;

• дрібні заповнювачі ( пісок ) – розмір часток 0,16...5мм.

За походженням заповнювачі бувають :

• природними ( отримані шляхом переробки гірських порід);

• штучними (доменні й паливні шлаки, золи, керамзит і т .д.).

За щільністю зерен заповнювачі підрозділяють на :

• щільні – щільність зерен більше 2000 кг/м3;

• пористі - щільність зерен до 2000 кг/м3.

Придатність заповнювачів, як складових бетонів або розчинів, визначається рядом параметрів. Заповнювачі повинні відповідати таким вимогам:

• мати певне зернове сполучення (оптимальне співвідношення зерен різного розміру) для того ,щоб об’єм порожнеч між зернами був мінімальним;

• поверхня зерен повинна забезпечувати гарне зчеплення із твердіючим в’яжучим;

• заповнювачі не повинні містити домішок, що перешкоджають адгезії цементного тіста до поверхні зерен.

7.7.2. Оцінка якості дрібного заповнювача

Піски, які застосовують для виготовлення будівельних розчинів і бетонів, можуть бути:

• природні ( гірські, яружні, річкові, морські), що являють собою пухкі суміші головним чином зерен кварцю SiO₂

• штучні ( важкі , легкі ), отримані дробленням щільних ( базальт, діабаз, мармур) і пористих (пемза,туф) гірських порід.

Зернова сполука визначається за результатами просівання проби через стандартний набір сит. Для пісків це сита з отворами , мм: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; і 0,16.

Після просівання встановлюють часткові залишки:  _2,5;_1,25;_0,63;_0,315 (у вагових і відсоткових одиницях), потім розраховують повні залишки. Повний залишок (А_2,5; А_1,25; А_0,63; А_0,315 і т.д.) на будь – якому ситі дорівнює сумі часткових приватних залишків на цьому ситі й усіх вище розташованих. На підставі результатів ситового аналізу розраховують модуль крупності піску:

Мкр = А_2,5+ А_1,25+ А_0,63+ А_0,315 +А_0,16/ 100.

Отримані значення повних залишків далі використовують для побудови кривої розсіву, положення якої аналізують щодо області допустимих значень (рис.12.1).

Якщо крива лежить у межах заштрихованої області стандартного графіка - заповнювач придатний для виготовлення бетонів або розчинів.

Присутність у піску пилуватих, глинистих і мулистих домішок знижує міцність і морозостійкість бетонів і розчинів. Кількість таких домішок визначається богаторазовим промиванням водою( відмулюванням). У природних пісках допускається вміст пилуватих і глинистих домішок до 3% від маси піску.

Присутність у піску органічних домішок встановлюють колориметриним методом. Пробу піску обробляють розчином їдкого натру NaOH і за зміного кольору щодо світлого еталону судять про наявність органіки. Якщо колір розчину темніше еталону, пісок не рекомендують застосовувати як заповнювач, тому що виявлені в ньому органічні домішки будуть сповільнювати строки схоплювання і твердіння бетонів і розчинів, і тим самим знижувати їхню міцність.

Рис. 8.1. - Графік зернового складу піску:

1 — допустима нижня межа крупності піску (М_к ~ 1,5); 2— рекомендована нижня межа крупності піску (М_к = 2,0) для бетонів класу В15 і вище; 3 — реко­мендована нижня межа крупності піску (М_к =* 2,5) для бетонів В25 і вище; 4 — допустима верхня межа крупності піску (М_к = 3,25) для розчинів і бетонів (заштрихована область — піски, допустимі для використання

7.7.3. Оцінка якості великого заповнювача

Як великий заповнювач для бетонів застосовують щебені, гравій, керамзит, жужільну пемзу , аглопорит, спучені перлітовий пісок і щебені.

Для великих заповнювачів одним з найважливіших показників є насипна щільність і межзернова пустотність. Оскільки в процесі формування структури бетону порожнечі між зернами великого заповнювача заповнюються цементно-піщаним розчином, важливо, щоб межзернова пустотність була найменшою. Звичайно вона становить 40...50%. Регулювання межзернового простору здійснюють підбором зернового сполучення.

Зернове сполучення великого заповнювача. За крупністю зерен щебені й гравій розділяють на наступні фракції: 5...10; 10...20;20...40; 40...70.

Вміст різних фракцій у великому заповнювачі для бетонів нормується стандартом ( табл.12.5).

Таблиця 8. 1

Шкідливі домішки ( органічні, пилуваті, глинисті) у великому заповнювачі можуть бути, як і у пісках. Методи їхнього визначення аналогічні.

Міцність великого заповнювача для важких бетонів повинна бути в 1,5...2 рази вище міцності бетону.

7.7.4. Пористі заповнювачі

Заповнювачі для приготування легких бетонів бувають природними, штучними або отриманими з відходів промисловості.

Керамзит є штучним пористим заповнювачем, який отримують випалюванням попередньо відформованих глинистих гранул , що здатні до спучування. При невеликій насипній щільності ( 120...600кг/м³ ) має порівняно високу міцність.. Випускають у вигляді гравію ( гранули 5...40мм) і піску( зерна менше 5 мм ) . Марка керамзиту встановлюється залежно від насипної щільності – від 250 до 600 кг/м³.

Жужільна пемза – пористі щебені, отримані спучуванням розплавлених металургійних шлаків з наступною швидкою фіксацією пористої структури шляхом різкого охолодження, тому що сировиною для виробництва жужільної пемзи служать техногенні відходи. Даний вид заповнювача економічно дуже ефективний. Міцність пемзи – від 0,4 до 2 МПа .

Аглопорит- пористий заповнювач у вигляді гравію, щебенів. Одержують шляхом спікання сировинної шихти із глинистих порід і паливних відходів.

Спучені перлітові пісок і щебені - пористі зерна білого або ясносірого кольору, одержані шляхом швидкого випалювання вулканічних склоподібних гірських порід ( перліту , обсидіану). Залежно від розміру зерен спучений перліт поділяють на щебінь і гравій з насипною щільністю 100...500 кг/м³ й пісок з насипною щільністю 100...600 кг/м³.

Контрольні запитання

1. Розкажіть про склад бетону.

2. Які механічні й фізико-механічні властивості бетону?

3. Розкажіть про властивості бетонної суміші.

4. Як оцінюють міцність бетону?

5. Чим відрізняється клас бетону від його марочної міцності?

6. Чому бетон завжди має деяку пористість?

7. Як підбирають склад бетону?

8. Розкажіть про приготування бетонної суміші.

9. Як відбувається твердіння бетону?

10. Які існують способи одержання легких бетонів?

11. Який бетон використовують у сучасному будівництві?

12. У результаті чого утворюється міцність силікатної цегли? Її