Легкий бетон — оптимальное решение для строительства и дизайна

Легкие бетоны, отличающиеся относительно небольшой средней плотностью (500-800 кг/м³) и высокой пористостью (вплоть до 40%), в настоящее время широко используются для изготовления ограждающих и несущих железобетонных и бетонных конструкций. Если легкий бетон используется вместо кирпича и тяжелого бетона, появляется возможность существенно повысить теплозащитные характеристики ограждений, что дает возможность снизить массу и толщину стен строений и сократить за счет этого транспортные расходы.

Легкий бетон используется при строительстве малоэтажных домов и ограждений.

Виды легких растворов

В качестве заполнителей в легких бетонах используют щебень из вулканического шлака, пемзы, вулканического доломита и пористого известняка, известкового туфа, известняка-ракушечника, трепела, опоки, топливных ков, диатомита, пористых металлургических шлаков, перлита, термозита, вермикулита и др.

В зависимости от того, с каким видом крупного пористого заполнителя был изготовлен бетон, он разделяется на шлакобетон, аглопоритобетон, керамзитобетон, пемзобетон и т.д.

По структуре разделяют на следующие виды:

Теплозащита легкого бетона в несколько раз выше, чем у кирпича, хотя по стоимость гораздо дешевле его.

• обыкновенные, которые изготавливаются из вяжущего вещества, крупного и мелкого заполнителей, а также воды. Количество воздуха, вовлеченного в смесь, не превышает 6% от общего объема;
• беспесчаные (крупнопористые), в которых зерна крупного заполнителя покрываются тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты при этом остаются свободными. Крупнопористая структура включает свыше 25% пустот, заполненных воздухом;
• поризованные на основе порообразователя и вяжущего вещества. В структуре таких материалов образуются душные ячейки. Благодаря этому повышается пористость цементного раствора, что снижает плотность строительной смеси.

По своему назначению на основе пористых заполнителей разделяются на несколько видов:

• теплоизоляционные – средняя плотность в воздушно-сухом состоянии составляет менее 500 кг/м³, а теплопроводность – не выше 0,25 Вт/(мх°С). Используются для изготовления теплоизоляционных плит и прочих изделий;
• конструктивно-теплоизоляционные со средней плотностью до 1400 кг/м³, теплопроводностью не выше 0,6 Вт/(мх°С) и прочностью не ниже М35. Используются в самонесущих и несущих ограждающих конструкциях (перекрытиях и стенах);
• конструкционные – средняя плотность 1400-1800 кг/м³, прочность не менее М50, морозостойкость от F15. Используются в несущих конструкциях.

По виду вяжущих материалов легкие бетоны бывают известковыми, цементными, гипсовыми, на жидком стекле и смешанном вяжущем. Для легких строительных смесей неавтоклавного твердения используют портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, а также быстротвердеющий портландцемент.

Легкие бетоны на пористых заполнителях

Бетон называется легким, если его плотность не превышает 1800 кг/куб.м. В основе такого бетона лежит портландцемент или шлакопортландцемент.

То, насколько бетон прочный и плотный, зависит от содержания в нем вяжущего вещества и воды, а также от плотности зернового состава и способа, применяемого для уплотнения смеси.

Легкие бетоны на пористых заполнителях нашли широкое применение в современной строительной отрасли, поэтому мы решили более детально рассмотреть характеристики этого материала.

Разновидности заполнителей легкого бетона

Заполнителями бетона служат различные пористые материалы, они могут быть:

1. 1. Органическими, изготовленными из древесной щепы, гранулированного пенополистирола, стеблей хлопчатника и т. д. Их используют не так часто.
2. 2. Неорганическими, которые, в свою очередь делятся на:

• — природные, для получения которых нужно частично дробить и рассеивать или только рассеивать горные породы (пемзу, вулканический туф, известняк-ракушечники т. д.);
• — искусственные, которые являются продуктами термообработки минерального сырья (топливные золы, шлаки и т. д.).

Для получения керамзитового гравия обжигают гранулы, приготовленные из вспучивающихся глин. Плотность этого заполнителя составляет от 250 до 800 кг/куб.м. В месте излома керамзитовой гранулы можно увидеть, что у нее пенная структура.

Благодаря покрывающей гранулу спекшейся оболочке она обладает высокой прочностью. Из керамзитового гравия получают керамзитовый песок, для этого используют метод обжига гранулированной глины во взвешенном состоянии или метод дробления.

Чтобы получить шлаковую пемзу, нужно быстро охладить расплав металлургических шлаков, который приведет к вспучиванию. Затем кусковая шлаковая пемза должна пройти этап дробления и рассеивания, в результате чего получится пористый щебень.

Для получения вспученного перлита нужно обжечь водосодержащие вулканические стеклообразные породы. При увеличении температуры до 950–1200 градусов происходит выделение воды, в результате чего объем перлита увеличивается в десять-двадцать раз. Из вспученного перлита производят легкий бетон и теплоизоляционные изделия.

Топливные шлаки можно получить путем спекания и вспучивания примесей неорганической природы, которые содержит уголь. Затем шлаки частично дробят, рассеивают и обогащают с целью удаления из них золы, остатков угля и т. д.

Технические характеристики

Легкий бетон на пористых заполнителях обладает такими свойствами:

1. 1. Прочностью.

Характеризуется классом по прочности. Легкий бетон, имеющий плотную структуру, по прочности на сжатие представлен следующими классами: В2,5-В40; по прочности на осевое растяжение — от В0,8 до В3,2.

У теплоизоляционных бетонов есть три класса: В0,35, В0,75 и В1. Чтобы получить легкий бетон повышенной прочности, используют пористый заполнитель, имеющий большую прочность, а вместо пористого песка используют песок плотный.

1. 2. Плотностью.

В зависимости от данного показателя сухие легкие бетоны могут иметь марки от Д200 до Д2000. Легкие бетоны (ГОСТ 25820–83) подразделяются на три группы:

• — теплоизоляционные — плотность до 500 кг/куб.м;
• — конструкционно-теплоизоляционные — плотность от 500 до 1400 кг/куб.м;
• — конструкционные — плотность от 1400 до 1800 кг/куб.м.

Для уменьшения плотности легких бетонов в цементном камне нужно образовать мелкие замкнутые поры, этого можно добиться, добавив в него немного пено- или газообразующих веществ.

1. 3. Теплопроводностью.

На этот показатель оказывает непосредственное влияние плотность бетона и его влажность. Если объемная влажность легкого бетона увеличится на 1%, то его теплопроводность повысится на 0,016–0,035 Вт/м*град. Теплопроводность легкого бетона влияет на толщину наружной стены, которая может варьироваться от 20 до 40 сантиметров.

1. 4. Морозостойкостью.

На наружные ограждающие конструкции, изготовленные из легких бетонов, оказывает постоянное воздействие минусовая температура, в связи с чем они то замерзают, то размораживаются, то увлажняются, то высыхают.

В результате этого легким бетонам должна быть свойственна определенная морозостойкость. В зависимости от этого показателя легкие бетоны на пористых заполнителях могут быть таких марок: от F25 до F500.

Для процесса производства наружных стен, как правило, пригодны бетоны, имеющие морозостойкость от 15 до 25 циклов поочередного замораживания и размораживания.

1. 5. Водонепроницаемостью.

В зависимости от водонепроницаемости легкие бетоны делят на классы от W0,2 до W1,2. Высокая степень водонепроницаемости характерна для плотных конструкционных легких бетонов. Например, керамзитобетон, имеющий цементный расход от 300 до 350 кг/куб.м, не способен пропускать воду даже при давлении 2 МПа.

Таким образом, благодаря универсальным свойствам легких бетонов на пористых заполнителях, особенно высоким значениям показателей водонепроницаемости и морозостойкости, сфера их применения существенно расширяется.

Этот строительный материал успешно используют при возведении различных зданий и сооружений, а также в гидротехническом строительстве.

Напряженный армированный бетон используют, возводя мосты, а легкие бетоны с низким коэффициентом теплопроводности применяют для изготовления стеновых панелей и панелей для перекрытий отапливаемых помещений

Видео-обзор:

Заполнители для смеси

Таблица классов легкого бетона.

Для легких строительных смесей в качестве заполнителей используются искусственные или природные пористые каменные материалы, от качества и характеристик которых зависят свойства приготовленного строительного материала.

Природные пористые заполнители получаются путем дробления и фракционирования пористых горных пород – лавы или вулканического туфа, пемзы, известняка-ракушечника и др. Среди них самыми эффективными являются вулканические туфы и пемза, которые имеют высокую, по большому счету замкнутую, пористость, в результате чего показатель их водопоглощения оказывается невысоким.

В качестве искусственных заполнителей, с которыми изготавливаются легкие бетоны, используются отходы промышленности и переработки естественных каменных материалов. Среди заполнителей, являющихся промышленными отходами и применяемых без предварительной обработки, можно выделить топливные и металлургические шлаки, а также шлаки химического производства.

К заполнителям, которые получают путем специальной переработки отходов промышленности и каменных материалов, относятся вспученные при обжиге глин аглопорит и керамзит, вспученные вермикулит и перлит, зольный гравий, гранулированный шлаки и др.

Схема производства керамзита.

Керамзит изготавливается из глинистого сырья, которое способно хорошо вспучиваться во время обжига, с высоким содержанием железистых соединений либо же с добавками, выделяющими газообразные продукты. Из полученной глинистой массы формуются гранулы, которые перед обжигом необходимо просушить. Просушенные гранулы обжигаются во вращающихся печах при высокой температуре (порядка 1200 градусов). Во время обжига гранулы вспучиваются и увеличиваются в объеме до 17 раз. Образуется керамзитовый гравий.

Особенности и свойства

Схема зависимости теплопроводности от плотности бетона.

Основными качествами, которыми характеризуется такой бетон на пористых заполнителях, являются теплопроводность, плотность, морозостойкость и прочность. Для того чтобы проанализировать подобный бетон по заданным характеристикам, необходимо не просто выбрать исходные составляющие материалы, но и подобрать правильный состав.

Средняя плотность, которой характеризуется такой бетон, больше всего зависит от зернового состава и плотности заполнителя, расхода воды и вяжущего. Отношение показателя насыпной плотности крупного пористого заполнителя к показателю плотности полученной на нем строительной смеси в среднем для стандартного легкого бетона составляет 0,5, а для поризованного и малопесчаного – 0,6.

Показатель теплопроводности, который имеет подобный бетон, колеблется в весьма широких пределах – от 0,07 до 0,7 Вт/(мх°С). На данный показатель оказывают большое влияние характер пористости, плотность и прочие факторы. По мере увеличения плотности теплопроводность строительной смеси тоже повышается. Теплоизоляционные легкие строительные смеси теплопроводностью не выше 0,2 Вт/(мх°С) получают при использовании особо легких заполнителей, к примеру, вспученного перлита.

Таблица теплопроводности легких бетонов.

То, какой прочностью будет обладать бетон, зависит от прочности цементного камня и используемых заполнителей, прочность которых существенно ниже, чем прочность заполнителей, используемых в тяжелых бетонах. В случае низкой прочности крупного заполнителя разрушение строительной смеси может начинаться с разрушения заполнителя вне зависимости от того, какой является плотность цементного камня. В случае армирования строительной конструкции применяется бетон с плотной структурой. В данном случае расход цемента на 1м3 смеси должен быть не меньше 200 кг.

Средняя плотность, которой характеризуется такой материал, не ниже 800 кг/м³. В подобных бетонах обеспечивается надежное сцепление арматуры со строительной смесью и хорошая защита от коррозии. Показатель морозостойкости, характеризующий такой бетон, зависит от количества и вида вяжущего и морозостойкости заполнителя. Бетоны на основе портландцемента характеризуются более высокой морозостойкостью, которая увеличивается по ходу увеличения количества цемента. Легкие морозостойкие заполнители (аглопорит, керамзит, пемза) дают возможность получать легкий морозостойкостью до F100. Бетоны таких видов используются для наружных конструкций строений.

Свойства легких бетонов.

Свойства легких бетонов
Среди основных свойств лёгких бетонов, можно выделить следующие:

• прочность;
• плотность;
• теплопроводность;
• морозостойкость.

Для того чтобы получить лёгкий пористый бетон с заданными свойствами необходимо не только тщательно отбирать используемое сырьё, но и разработать качественный состав бетонной смеси.

Средняя плотность таких бетонов зависит от количества вяжущего вещества и воды, а так же от зернового состава заполнителя. С увеличением расхода вяжущего вещества, плотность бетона возрастает, а вместе с ним растёт и теплопроводность. Поэтому для снижения плотности и теплопроводности обеспечивают оптимальный зерновой состав заполнителей для снижения расхода вяжущего вещества.

Морозостойкость легких бетонов зависит от количества израсходованного вяжущего вещества, а так же от морозостойких свойств заполнителей. При использовании портландцемента в качестве вяжущего вещества, можно получить большую морозостойкость бетона. А морозостойкие заполнители это: керамзит, пемза и аглопорит.

Ячеистый раствор

Схема стены из ячеистого бетона.

Ячеистые готовят из смеси вяжущего материала и пено- или газообразующих добавок, в которых отсутствуют крупные заполнители. Иногда отсутствует и мелкий заполнитель (песок). При твердении такой строительной смеси получается высокопористый каменный стройматериал с равномерно распределенными воздушными порами, которые могут составлять до 85% от общего объема материала. Поры имеют вид замкнутых ячеек, заполненных газом или воздухом.

В соответствии с видом порообразования выделяют газобетоны и пенобетоны. В первом виде вспучивание бетонной смеси выполняется путем введения газообразователя, а во втором – пенообразователя. Образовавшиеся в результате поры имеют вид замкнутых ячеек диаметром порядка 1-2 мм, разделенных тонкими стенками затвердевшей строительной смеси.

Приготовление пенобетона осуществляется путем смешивания раствора или цементного теста с отдельно приготовленной устойчивой пеной. После того как смесь затвердеет, образуется строительный материал ячеистой структуры. Пена приготавливается путем энергичного перемешивания пенообразователя и воды. В качестве пенообразователя используются жидкие смеси канифольного мыла с животным клеем либо водным раствором сапонина (вытяжки из мыльного растительного корня) и препарат ГК, который представляет собой гидролизованную кровь с боен. Полученная в результате пена имеет устойчивую структуру и отлично смешивается с цементным раствором или тестом.

Схема классификации ячеистого бетона.

Приготовление смеси осуществляется в пенобетоносмесителях. После этого смесь разливается по металлическим формам и направляется в автоклавы или пропарочные камеры.

Крупнопористые

Бетонная смесь крупнопористого бетона, как правило, приготавливается из цемента, воды и крупного заполнителя (гравия или щебня). Цементный камень выполняет соединение отдельных зерен крупного заполнителя по плоскостям их контакта друг с другом. Данный бетон называют беспесчаным.

В некоторых случаях в состав строительной смеси вводится небольшое количество песка. Песок добавляется с таким расчетом, чтобы общий объем песка, цемента и воды был меньше объема пустот гравия или щебня. Такой называют малопесчаным.

Схема конструкциии из ячеистого бетона.

Как мы уже говорили, в качестве крупного заполнителя используется пористый (иногда плотный) щебень или гравий. Расход цемента на кубометр смеси колеблется в достаточно широких пределах – от 70 до 150 кг. Главным преимуществом производства крупнопористой строительной смеси на плотном гравии или щебне является недефицитность, т.е. широкая доступность составляющих. В воздушно-сухом состоянии средняя плотность такого вида составляет 1700-1900 кг/м3.

Коэффициент теплопроводности крупнопористого строительного материала на плотных заполнителях колеблется от 0,6 до 1 Вт/(мхК). Этот бетон является наименее эффективным по своим теплозащитным характеристикам. Самыми высокими теплозащитными характеристиками отличаются крупнопористые строительные материалы на пористых заполнителях. В таком случае коэффициент теплопроводности будет зависеть только от вида используемого заполнителя.

Так как в материале образуются поры, которые сообщаются между собой, то для обеспечения теплозащиты помещений стены строений из крупнопористого бетона подлежат обязательному оштукатуриванию с двух сторон. Марки крупнопористого материала определяются так же, как и марки тяжелого.

Применение рствора

Легкие бетоны находят все более широкое применение в строительной практике. Особенно популярен керамзитобетон, т.к. из данного материала изготавливаются стеновые панели промышленных зданий, конструкции крупнопанельных домов, несущие конструкции сооружений и зданий.

Применение легких бетонов – одно из главных направлений индустриализации строительства. Такой материал способствует снижению транспортных расходов, экономии строительных материалов и снижению массы построек.

Чаще всего такой бетон используется при изготовлении стен и кладочных материалов – керамзитобетона, шлакобетона, газобетона, пенобетонных блоков и т.д. В современной строительной практике наиболее популярны стеновые материалы, выполненные именно из легкого бетона, что обуславливается особенностями его структуры, в особенности меньшей теплопроводностью по сравнению с конструкциями из тяжелых бетонов.

Легкие бетоны не идут в сравнение с тяжелыми бетонами в вопросе несущих способностей и прочности, но и используются данные материалы для разных целей.

Легкий бетон как последнее слово в строительной практике постоянно совершенствуется, обретает новые формы, виды и составы. Поэтому можно без преувеличения сказать, что данный материал – это строительный материал будущего.

Классификация

Учитывая состав готового изделия, легкий бетон бывает таких разновидностей:

• Обычный. Масса формируется из классических компонентов — крупного либо мелкого наполнителя, связующего компонента и воды. У изделия повышенная плотность и соответственная прочность.
• Крупнопористый. Смесь готовится без добавления песка. Около 25% материала занимают воздушные пустоты.
• Ячеистый. Основа раствора — связывающие вещества и порообразующие компоненты.

В зависимости от составляющих структура материала получается разной.
С учетом области применения, легкие бетоны на пористых заполнителях классифицируются на такие типы:

• Конструкционный. Используется для возведения несущих стен. У материала повышенная прочность — М50, а также он устойчив к воздействию низких температур.
• Теплоизоляционный бетон. Применяется как утеплитель, а также для устройства сооружений с повышенной теплоизоляцией.
• Конструкционно-теплоизоляционный. Предназначен для возведения несущих стенок, перекрытий, межкомнатных перегородок, оград.

В зависимости от того, какие используются составные материалы для легких бетонов, существует такая классификация:

• керамзитобетон;
• шлакопемзобетон;
• вермикулитобетон;
• шунгизитобетон;
• изделия из горного щебня, зольного гравия, пористых металлургических или топливных шлаков.

Материал выделят в несколько разновидностей по наличию его составляющих.
В зависимости от того, чем заполнены пустоты — газом либо воздухом, легкие бетонные изделия делятся на такие разновидности:

• пенобетон;
• газобетон.