Акустические свойства бетона

Акустические свойства бетона

Акустические свойства бетона зависят от ряда тех же факторов, что и теплопроводность. Звукопроницаемость бетона находится в прямой связи с объемным весом. Объемный вес бетона, удовлетворяющего акустическим требованиям, находится в пределах от 600 до 1200 кг/мЗ. Наилучшими акустическими свойствами при этом обладают мелкозернистые бетоны, имеющие открытую пористость. Получение открытой пористости в бетоне достигается использованием однофракционных песков крупностью 3—5 мм из легких пористых материалов: пемзы, шпаков, керамзита, перлита и ограниченным количеством вяжущего вещества, при котором цементное тесто только тонким слоем покрывает зерна заполнителей, оставляя свободными пустоты между ними.

Легкие бетоны на пористых заполнителях. Их виды и классификация. Проектирование состава легких бетонов.

Для приготовления легких бетонов используют различные виды пористых заполнителей: искусственные - керамзит, аглопорит, перлит, шлаковую пемзу и естественные - туф, пемзу.

Легкие бетоны на пористых заполнителях применяют в ограждающих конструкциях и для снижения собственной массы несущих конструкций. Поэтому для этих бетонов наряду с прочностью очень важное значение имеет плотность бетона.

По плотности различают:

· особо легкие теплоизоляционные бетоны с плотностью в высушенном состоянии менее 500 кг/м³

· легкие бетоны с плотностью 500...1800 кг/м³.

Прочность особо легких бетонов редко бывает более 1,5 МПа, а прочность легкого бетона может изменяться в значительных пределах - от 2,5 до ЗО МПа и выше.

Обычно легкие бетоны подразделяются на:

· конструктивно-теплоизоляционные с плотностью 500 -1400 кг/м³ и прочностью 2...10 МПа

· конструктивные с плотностью 1400...1800 кг/м³ и прочностью 10...30 МПа.

По структуре различают:

· плотные, или обычные, легкие бетоны, в которых раствор на тяжелом и легком песке полностью заполняет межзерновые пустоты крупного заполнителя,

· поризованные легкие бетоны, в которых не содержится и сохраняются межзерновые пустоты.

В строительстве используют главным образом легкие бетоны с крупностью пористого заполнителя до 20...40 мм, однако применяют и мелкозернистые легкие бетоны.

Легкие бетоны делятся на три вида:

Поризованный легкий бетон

Крупнопористый легкий бетон

Ячеистый бетон

Легкими бетонами называют все виды бетонов, имеющие среднюю плотность в воздушно-сухом состоянии от 200 до 2000 кг/м3. Главные требования, предъявляемые к легкому бетону, — заданная средняя плотность, необходимая прочность к определенному сроку твердения и долговечность (стойкость). Характерными особенностями легкого бетона являются его пониженные средняя плотность и теплопроводность.

Легкие бетоны классифицируют по различным признакам: основному назначению, виду вяжущего, заполнителя, структуре. По назначению легкие бетоны подразделяют на два вида: конструкционные, включая конструкционно-теплоизоляционные, и теплоизоляционные и др.

По виду вяжущего легкие бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых, полимерных, обжиговых и других вяжущих, обладающих специальными свойствами. По виду крупного пористого заполнителя установлены следующие виды легких бетонов: керамзитобетон, шунгизитобетон, аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлитобетон, бетон на шебне из пористых горных пород, вермикулитобетон, шлакобетон (бетон на топливном или пористом отвальном металлургическом шлаке), бетоны на аглопоритовом или зольном гравии. По структуре легкие бетоны подразделяют на плотные, поризованные и крупнопористые.

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.

В зависимости от заполнителя, плотного или пористого, резко меняются водопотребность и водосодержание бетонной смеси, меняются и основные свойства легкого бетона. Одним из решающих 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 наибольшей плотности смеси, уложенной в заданных условиях, и устанавливается по наибольшей прочности бетона или же по наибольшей плотности уплотненной смеси. Если же количество воды превышает оптимальное для данной смеси, то плотность цементного камня уменьшается, а с ним уменьшается и прочность бетона. Для легкого бетона оптимальный расход воды можно установить по наибольшей плотности уплотненной бетонной смеси или наименьшему выходу бетона. Следует также иметь в виду, что в легких бетонах некоторый избыток воды менее вреден, чем ее недостаток. Оптимальному расходу воды для бетона данного состава соответствует наилучшая удобоукладываемость, при которой наиболее компактно располагаются составляющие бетона.

Стремление максимально плотно уложить заполнитель объясняется тем, что наиболее легкий бетон заданной прочности получается при минимальном расходе вяжущего и наибольшем сближении зерен пористого заполнителя, т. е. при предельной степени уплотнения смеси. Хорошее уплотнение смеси достигается вибрацией с применением равномерно распределенного при-груза на поверхности формуемой массы (вибропрессованием, виброштампованием). Оптимальное количество воды для приготовления легких бетонов зависит главным образом от водопотребности заполнителя и вяжущего, интенсивности уплотнения смеси и состава бетона. Водопотребность заполнителя определяется зерновым составом и пористостью, и обычно чем она больше, тем больше суммарная поверхность и открытая пористость его зерен. Отсос воды из цементного теста или раствора пористыми заполнителями в период приготовления и укладки бетонной смеси; вызывает относительно быстрое ее загустевание, что делает смесь жесткой и трудноукладываемой. Это специфическое свойство усиливается и шероховатой, развитой поверхностью пористого заполнителя. Для повышения подвижности смеси необходимо вводить в нее большее количество воды, чем в обычные (тяжелые) бетоны.

Плотность и прочность легкого бетона зависят главным образом: от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды, а также от метода уплотнения легкобетонной смеси. По качеству пористого заполнителя можно ориентировочно судить, какая прочность легкого бетона может быть получена.

В строительной практике ограждающие и несущие конструкции получают из относительно плотных легких бетонов значительной прочности (2,5... 10 МПа). Снижение плотности достигается тщательным подбором зернового состава пористого заполнителя, а также наименьшим расходом вяжущего для бетона заданной прочности, т. е. максимальным заполнением объема бетона пористым заполнителем, так как заполнитель легче цементного камня. При этом важно правильное соотношение крупных и мелких фракций заполнителя. Для разных видов заполнителей будет свой оптимальный зерновой состав. Оптимальное содержание мелких фракций соответствует наименьшей плотности бетона и наименьшему расходу цемента. Однако с увеличением количества мелких фракций заполнителя сверх оптимального растет плотность бетона и ухудшается удобоукладываемость смеси. Оптимальный зерновой состав заполнителя подбирают опытным путем.

Для снижения плотности бетона без уменьшения его прочности целесообразно применять высокоактивные вяжущие вещества. 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.

Подбор состава легких бетонов наиболее целесообразно проводить расчетно-экспериментальным методом, который состоит из следующих этапов:

1) выбора предельной крупности заполнителя; 2) назначения зернового состава заполнителей; 3) определения расхода вяжущего и добавок для опытных замесов; 4) определения оптимального количества воды для выбранных расходов вяжущего и принятых параметров уплотнения смеси; 5) установления зависимости между расходом вяжущего и прочностью бетона при заданных условиях его уплотнения и твердения; 6) расчета производственного состава бетона.

Подбор состава легкобетонной смеси с оптимальным расходом воды. Наибольший допустимый размер зерен крупного заполнителя выбирают в зависимости от размеров конструкции и расположения арматурных стержней. Кроме того, при выборе предельной крупности пористых заполнителей необходимо учитывать, что с ее уменьшением повышается подвижность и связность бетонной смеси, а ее увеличение приводит к снижению объемной массы бетона. В большинстве случаев крупность пористого щебня принимается не более 20 мм, а пористого гравия — 40 мм.

Для определения зернового состава пористых заполнителей, обеспечивающего получение бетона заданной объемной массы и прочности при наименьшем расходе вяжущего, используют следующие способы:

1. а) исходя из заданной объемной массы сухого бетона и принятого расхода цемента, определяют требуемое количество заполнителей (кг/м³) по формуле

З ≤ ( γ_об.б. - 1,15Ц) ,

где γ_об.б. - требуемая объемная масса сухого бетона, кг/м³; Ц— расход цемента, кг/м³;

б) в зависимости от вида и назначения бетона выбирают ориентировочные зерновые составы заполнителей по таблицам или графикам нормативных документов;

в) опытным путем уточняют выбранный зерновой состав заполнителей, для чего изготавливают и испытывают контрольные образцы из бетонных смесей, отличающихся содержанием песка на ± 15%. Причем эту операцию производят одновременно с уточнением количества вяжущего и воды.

2. Подбирают несколько составов бетонов, в которых зерновые заполнителей отличаются различным содержанием песчаных в смеси заполнителей. Как минимум, проверяют три состава, состав, в котором отсутствует мелкий заполнитель, получение бетона с наименьшей объемной массой, но требует наибольшего расхода вяжущего. Другие два состава с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 30 и 60% находятся в области меньших расходов вяжущего, но по сравнению с первым составом приводят к повышению объемной массы бетона. В целях повышения точности определения зернового состава заполнителей испытывают промежуточные составы с содержанием песчаных фракций в смеси заполнителей 15 и 45%. Для каждого зернового состава заполнителя изложенными ниже методами назначают расход вяжущего и воды.

По результатам испытаний бетонов с различным зерновым составом и расходом вяжущего строят кривые зависимости объемной массы бетона и расхода цемента от зернового состава заполнителей. По второй кривой устанавливают зерновой состав, при котором данный заполнитель обеспечивает получение наиболее прочного бетона с наименьшим расходом вяжущего, а по первой кривой находят, какую объемную массу будет иметь бетон при этом зерновом составе. Если же объемная масса бетона окажется больше требуемой, то по первой кривой выявляют точку, соответствующую заданной объемной массе, а по второй — необходимый зерновой состав заполнителей для этой точки. Выявленный таким образом зерновой состав заполнителей обеспечит получение бетона с заданной объемной массой и прочностью при наименьшем расходе вяжущего. Если кривая объемной массы располагается выше ординаты с заданной объемной массой, то на данном заполнителе не может быть получен бетон требуемой объемной массы и прочности.

3. Расход вяжущего и добавок для опытных замесов при подборе состава бетона с определенной прочностью и объемной массой устанавливают по таблицам нормативных документов с учетом поправочных коэффициентов, отражающих влияние марки цемента и заполнителей, вида и количества тонкомолотых и поверхностно-активных добавок и других факторов, а затем уточняют его опытным путем, изготавливая бетоны с пониженным на 25% и повышенным на 35% расходом вяжущего.

При необходимости подбора состава бетона различного вида и назначения с отличными прочностью и объемной массой для каждого из принятых зерновых составов заполнителей назначают по 3-5 расходов вяжущего в пределах от минимально допустимого количества до наибольшего (400-450 кг на 1 м³ уплотненной бетонной смеси).

4. Оптимальный расход воды для бетона с выбранными зерновым составом и расходом вяжущего находят путем изготовления 3-5 серий бетонных образцов с различным расходом воды.

Первый (исходный) расход воды устанавливают по таблицам нормативных документов или опытным путем. При опытном определении готовят смесь, которая комкуется при сжатии в руке, не прилипая к ней, и имеет характерный блеск. Кроме того, приготавливают замесы с большим и меньшим на 10-20%, чем в первом замесе, содержанием воды. Изготовив из всех замесов образцы, определяют объемную массу уложенной смеси и коэффициент выхода бетона или после пропаривания устанавливают объемную массу и прочность бетона.

Построив графики зависимости коэффициентов выхода или прочности бетона от расхода воды, для каждого расхода вяжущего находят оптимальное содержание воды по наименьшему коэффициенту выхода или наибольшей прочности бетона.

Для уменьшения количества изготавливаемых образцов определение оптимального водосодержания производят только при наибольшем и наименьшем расходах вяжущего, а при других расходах Ц_х оптимальное количество воды В_х (л или см³ на 1 м³ бетона) рассчитывают по формуле

где В₁ — оптимальный расход воды на 1 м³ бетона (или на замес) при меньшем расходе цемента Ц_1, л или см³; В₂ — оптимальный расход воды на 1 м³бетона (или замес) при большем расходе цемента Ц₂, л или см³.

5. Определив оптимальные зерновые составы заполнителей и содержание воды при различных расходах вяжущего, устанавливают зависимость прочности бетона от расхода вяжущего, для чего строят график (см. рис. 3), по оси абсцисс которого откладывают расходы вяжущего в кг на 1 м³ бетона, а по оси ординат — предел прочности бетонных образцов при сжатии для каждого из расходов цемента с оптимальным расходом воды. По графику определяют требуемый расход цемента для получения бетона заданной прочности при данных условиях уплотнения и твердения. Расход воды на 1 м³ бетона заданной прочности определяют путем построения кривой зависимости оптимального расхода воды от расхода вяжущего или расчетным путем по вышеприведенной формуле.

6. Назначение производственных составов бетонных смесей производят путем корректировки подобранных в лаборатории составов, для чего в последние вносят поправки, учитывающие разницу в степени дробления и истирания заполнителей при перемешивании смеси в лабораторном и производственном смесителях. Уточненный расход компонентов на 1 м³ бетона устанавливают по выходу бетона.

Особенности подбора легкобетонных смесей с заданной подвижностью. Подбор состава легкобетонных смесей с требуемой подвижностью и определение предельной крупности заполнителей осуществляют тем же методом и в той же последовательности, что и примесей с оптимальным расходом воды. Однако с уменьшением крупности заполнителей увеличивается подвижность смеси, наибольшую крупность заполнителя рекомендуется принимать для смесей с осадкой конуса 3-8 см - не выше 20 мм, а при осадке конуса более 8 см - 10 мм.

Зерновой состав заполнителей назначают теми же способами, что при подборе бетона с оптимальным расходом воды. Если при выбранном по графикам зерновом составе заполнителей и требуемой подвижности смесь расслаивается или же требуется больший расход вяжущего для получения бетона заданной прочности, то принимают следующие меры: в смеси заполнителей увеличивают содержание песчаных фракций, в основном мелких, размером до 1,2 мм; уменьшают предельную крупность заполнителя до 10 мм. Если же даже при очень большом расходе вяжущих и песка не достигается заданная подвижность смеси, в нее вводят микропенообразующие добавки (легкие бетоны с поризованным раствором).

Подвижные смеси на ряде пористых заполнителей (например, шлаковой пемзе) практически можно получить только при введении микропенообразующих добавок.

Расход воды для получения требуемой подвижности смеси подбирают опытным путем отдельно для каждого зернового состава данного заполнителя и количества вяжущего.

Расход вяжущего, обеспечивающего получение бетона требуемой прочности при заданной подвижности бетонной смеси, а также расход воды и заполнителей на 1 м³ бетона, определяют таким же путем, как и при подборе составов легких бетонов с оптимальным расходом воды.

26. крупнопористый бетон – свойства и области применения

КРУПНОПОРИСТЫЙ БЕТОН, СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И СПЕЦИФИКА ПРИМЕНЕНИЯ

Производство бетона может осуществляться как на заводах бетона, так и непосредственно на строительном объекте. Особенностью крупнопористого бетона является частичное или полное отсутствие мелких (песчаных) фракций заполнителей в его составе. Благодаря этому строение бетона характеризуется большим количеством крупных пор в виде межзерновых пустот, что приводит к уменьшению его объемного веса по сравнению с обычными бетонами и к понижению коэффициента теплопроводности. Вместе с тем исключение песка из состава крупнопористого бетона значительно уменьшает суммарную поверхность зерен заполнителей, обволакиваемой слоем цементного теста, и соответственно уменьшает содержание цемента в бетоне. Оно должно быть достаточным для создания контактов из цементного теста между зернами крупного заполнителя. Пониженный объемный вес, малая теплопроводность и небольшой расход цемента делают крупнопористый бетон экономичным и пригодным для использования в качестве стенового материала для крупноблочного строительства в районах, богатых местными каменными материалами. Монолитные стены из крупнопористого бетона оштукатуривают с помощью торкрет установок или штукатурной станции. Крупнопористое строение бетона обеспечивает невысокие показатели гигроскопичности, водопоглощения и величины капиллярного подсоса, что улучшает теплотехнические свойства стен. Для уменьшения воздухопроницаемости стены из крупнопористого бетона следует оштукатуривать с двух сторон. В качестве заполнителя для обычного крупнопористого бетона можно применять щебень естественных каменных материалов, гравий, кирпичный бой, отвальные кусковые шлаки. Для уменьшения объемного веса крупнопористого бетона рекомендуется применять однофракционный крупный заполнитель из зерен небольшого размера, например 10 - 20 мм, с тем, чтобы наряду с высокой пористостью создать достаточную площадь контактов между зернами заполнителей. Допускается использование заполнителя из двух фракций — 10 - 20 и 20 - 40 мм; при отсутствии фракционированных заполнителей может быть допущен также и рядовой гравий или щебень размером от 5 до 50 мм.

В зависимости от вида заполнителей и межзерновой пористости объемный вес крупнопористого бетона колеблется в значительных пределах, начиная от 1300 - 1400 кг/м3 для бетонов на кирпичном щебне и кончая 1900 - 2000 кгм3 для бетонов на рядовом (от 5 до 40 мм) щебне плотных пород. Для легких пористых заполнителей объемный вес крупнопористых легких бетонов колеблется от 800 до 1200 кг/м3. Крупнопористый бетон в силу своего строения обладает пониженными показателями прочности при сжатии - обычно в пределах 35 - 50 кг/см2 при расходе цемента 100 - 130 кг/м3 бетона. При повышении расхода цемента до 150 - 200 кг/м3 и хорошем подборе зернового состава заполнителей можно получить крупнопористый бетон повышенной прочности – 75 - 100 кг/см2. Прочность крупнопористого бетона на плотных заполнителях обусловливается удельной поверхностью контактов между зернами крупного заполнителя и прочностью этих контактов после отвердения цементного теста. Морозостойкость крупнопористого бетона, приготовленного на портландском и шлако-портландском цементах, соответствует 15 - 35 циклам попеременного замораживания и оттаивания. Усадка его в 1,5 раза меньше усадки обычного бетона. Удовлетворительное сцепление бетона со стальной арматурой иметаллоконструкциями обеспечивается предварительной обмазкой стержней слоем цементного теста толщиной 2 - 3 мм. Обмазка стержней арматуры цементным тестом нужна не только для повышения сцепления с бетоном, но и для предохранения арматуры от ржавления. Установлено, что наибольший предел прочности при сжатии крупнопористого бетона достигается только при оптимальном водоцементном отношении. Отклонения от оптимального В/Ц в обе стороны приводят к получению бетона меньшей прочности.

При большом значении В/Ц цементное тесто стекает с зерен крупного заполнителя, образуя неоднородную структуру бетона, при малом значении В/Ц консистенция теста оказывается недостаточной для равномерного обволакивания всех зерен заполнителя, и бетонная смесь становится неудобоукладываемой. Для приготовления крупнопористого бетона используют специальный бетоносмеситель. Состав крупнопористого бетона подбирается следующим образом: пользуясь табличными данными для рекомендованных составов, выбирают расход цемента и водоцементный фактор в зависимости от заданных марок бетона и цемента. Попутно по таблице устанавливают ориентировочный объемный вес бетонной смеси и коэффициент выхода. Данные по объемному весу в этой таблице приведены для бетона на гравии и гранитном щебне; для бетона на плотном известняковом щебне объемный вес следует уменьшить на 50 - 70 кг/л3, а на пористом - на 90 - 100 кг/м3. Вычитая из веса 1 м3 бетонной смеси вес цемента и воды, определяем вес крупного заполнителя. Одновременно рекомендуется делать еще два замеса с водоцементньми отношениями, отличающимися от найденного по таблице на ±0,05. Образцы бетона всех трех замесов испытывают в возрасте 7 и 28 суток, после чего устанавливают окончательный состав и В/Ц. Для определения действительного расхода материалов на 1 м3 бетона следует определить фактический объемный вес бетонной смеси.

Крупнопористый бетон

В состав крупнопористого (беспесчаного) бетона входят гравий или щебень крупностью 5-20 мм, портландцемент или шлакопортландцемент марок 300-400 и вода. За счет исключения песка из состава крупнопористого бетона его плотность уменьшается примерно на 600-700 кг/м³ и составляет 1700-1900 кг/м³. Отсутствие песка и ограниченный расход цемента (70-150 кг/м³) позволяют получить пористый бетон теплопроводностью 0,55-0,8 Вт/(м-°С) марок М15-М75.

Крупнопористый бетон целесообразно применять в районах, богатых гравием. Из крупнопористого бетона возводят монолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные стеновые блоки. Стены из крупнопористого бетона оштукатуривают с двух сторон, чтобы устранить продувание. Крупнопористый бетон на пористом заполнителе (керамзитовом гравии н т. п.) имеет небольшую плотность (500-700 кг/м³) и используется как теплоизоляционный материал.