Структура и свойства легкого бетона

Структура легкого бетона формируется при участии физических и химических процессов, протекающих в местах контакта пористого зерна заполнителя с цементным тестом и камнем. Цементное тесто проникает в поверхностные поры зерна, при этом зерно отсасывает некоторое количество воды из прилегающего к нему слоя цементного теста, понижая В/Ц, поэтому в бетоне плотной структуры каждое пористое зерно окружено контактным слоем. Сцепление вяжущего с пористым заполнителем, обусловленное механическим защемлением цементного камня в порах зерна, возрастает вследствие химического взаимодействия контактирующих фаз.
Большинство пористых заполнителей (керамзит, аглопорит и др.) содержит аморфный SiО₂, способный химически реагировать с Са(ОН)₂, образующимся при гидратации цемента, что приводит к образованию на поверхности контакта нерастворимого в воде гидросиликата кальция CaO·SiO₂·nH₂O, упрочняющего контактный слой «пористое зерно - цементный камень». Вот почему бетон на пористом заполнителе (в котором 75-80% объема заполнено пористыми зернами) не пропускает воду и другие жидкости даже при большом одностороннем давлении, этот же бетон оказывается достаточно морозостойким. Данный технический парадокс имеет место, если обеспечена плотная структура бетона, т. е. цементное тесто заполняет все пустоты между зернами и межзерновая пористость бетона минимальна. В плотном легком бетоне к тому же стальная арматура достаточно хорошо защищена от коррозии и в обычных условиях эксплуатации не требуется специальных защитных мер по сохранению арматуры.
Легкие бетоны разделяют по структуре на плотные, поризованные и крупнопористые.
Основным показателем прочности легкого бетона является класс бетона по прочности при сжатии; установлены следующие классы, МПа - В 2; В 2,5; В 3,5; В 5; В 7,5; В 10; В 12,5; В 15; В 17,5; В 20; В 22,5; В 25; В 30; В 40; для теплоизоляционных бетонов предусмотрены кроме того классы: В 0,35; В 0,75; В 1.
Для изделий и конструкций, запроектированных без учета требований стандарта СЭВ 1406-78, показатели прочности легкого бетона на сжатие характеризуют марками, кгс/см²: М 35; М 50; М 75; М 100, М 150; М 200; М 250; М 300; М 350; М 400; М 450; М 500. Для теплоизоляционных бетонов предусмотрены марки: М 5; М 10; М15;М25.
Для изготовления высокопрочных бетонов (плотностью 1600-1800 кг/м³) применяют более прочный пористый заполнитель с насыпной плотностью 600-800 кг/м³, а пористый песок частично или полностью заменяют плотным.
Наряду с прочностью важной характеристикой легкого бетона является плотность. В зависимости от плотности в сухом состоянии (кг/м3) легкие бетоны подразделяют на марки: D 200; D 300; D 400; D 500; D 600; D 700; D 800; D 900; D 1000; D 1100; D 1200; D 1300; D 1400; D 1500; D 1600; D 1700; D 1800; D 1900; D 2000. Уменьшить плотность легких бетонов можно путем образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Для поризации цементного камня, являющегося самой тяжелой составной частью легкого бетона, используют небольшие количества пенообразующих или газообразующих веществ. Мелкие и равномерно распределенные поры в цементном камне незначительно понижают прочность, но существенно уменьшают плотность и теплопроводность легкого бетона.
Теплопроводность легких бетоновзависит в основном от плостности и влажности (рис. 6.15). Увеличение объемной влажности легкого бетона на 1% повышает его теплопроводность на 0,016-0,035 Вт/(м·°С). В зависимости от теплопроводности легкого бетона толщина наружной стены может изменяться от 20 до 40 см. Наружные ограждающие конструкции из легких бетонов подвергаются воздействию попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания, поэтому легкие бетоны, применяемые для наружных стен, покрытий зданий, а также для конструкций мостов, гидротехнических сооружений, должны обладать определенной морозостойкостью.
По морозостойкости легкие бетоныделят на марки. F 25; F 35; F 50; F 75; F 100; F 150; F 200; F 300; F 400; F 500. Для наружных стен обычно применяют бетоны морозостойкостью не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Возможность получения легких бетонов высокой морозостойкостью и малой водопроницаемостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве и даже в судостроении.
Водонепроницаемость плотных конструкционных легких бетоновможет быть высокой. Керамзитобетон с расходом цемента 300-350 кг/м3 не пропускает воду даже при давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов подтверждается эксплуатацией возведенных из них гидротехнических сооружений (например, в Армении и Грузии), а также испытанием напорных железобетонных труб. Характерно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов повышается.
Установлены следующие марки бетона на пористом заполнителе по водонепроницаемости: W 0,2; W 0,4; W 0,6; W 0,8; W 1; W 1,2 (в МПа гидростатического давления).