Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за Сентябрь 2015

Монолитные железобетонные конструкции не имеют соедине­ний между отдельными элементами, а представляют собой еди­ное целое. Монолитный железобетон изготавливают непосредствен­но на объектах строительства. При этом бетонную смесь укладыва­ют в опалубку, которая представляет собой вертикальные, на­клонные или горизонтальные ограждения, выполненные в виде несущего каркаса с обшивкой из досок, фанеры, стальных или пластмассовых листов или в виде конструкций, собранных из ин­вентарных щитов.

При возведении сооружений типа башен, труб, резервуаров применяют скользящую опалубку, которую закрепляют на бетон и после отвердевания бетона очередного пояса перемещают вверх вместе с рабочими подмостями на следующий пояс бетонирова­ния.

Внутри опалубленного пространства устанавливают арматуру в виде плоских сеток или трехмерных каркасов. Опалубку заполня­ют бетонной смесью, подавая ее бадьей с помощью крана, лен­точным транспортером или по трубопроводу бетононасосом или пневмонагнетателем. Уплотнение бетонной смеси производят глу­бинными или поверхностными вибраторами, а также вибратора­ми, навешиваемыми на опалубку.

Твердение монолитного бетона происходит в естественных ус­ловиях, которые могут быть не вполне благоприятными и требу­ют ухода за твердеющим бетоном. Уход обычно заключается в за­щите бетона в раннем возрасте (7… 14 сут) от высыхания (в жар­кую сухую погоду) и от замерзания (в случае заморозков). При постоянных морозах применяют методы зимнего бетонирования (см. подразд. 9.9).

11.1. Общие сведения

Стремление повысить прочность бетона на растяжение, кото­рая в 9 —20 раз ниже его прочности при сжатии, привело к изоб­ретению железобетона французом Ламбо, построившим в 1850 г. из армоцемента (цементного раствора, армированного проволоч­ной сеткой) корпус лодки, экспонировавшейся позднее на выс­тавке в Париже. Однако официально изобретателем считается фран­цузский садовник Ж. Монье, оформивший в 1967 г. патент на цве­точные кадки из аналогичного материала. Идея изобретения зак­лючается в том, что бетон и стальная арматура, помещенная внутрь (в растянутую зону) бетонных элементов, работают совместно. При этом растягивающие напряжения распределяются так, что по­давляющая их часть воспринимается стальной арматурой. Та­кое распределение обусловлено различием в модулях упругос­ти бетона и стали. Модуль упругости стали (Ест ~ 2-Ю5 МПа) приблизительно в 10 раз больше, чем модуль упругости бето­на (Еб~ 2- 104 МПа) и при одинаковой совместной деформации

є напряжения в бетоне аб будут в 10 раз меньше, чем напряжения стст в арматуре (рис. 11.1, а).

При очень высоких растягивающих нагрузках отношение моду­лей упругости арматуры и бетона Е„/ Е6= 10:1 становится недо­статочным и напряжения могут превысить предел прочности бе­тона при растяжении, вызывая образование трещин в растянутой зоне. В этом случае применяют напряженно-армированный бетон, в котором предварительно растянутая арматура вызывает в бетоне напряжения сжатия (рис. 11.1,6). Такой железобетон был впервые применен в 1928 г. французским инженером Фрейсине. При рабо­те преднапряженной конструкции напряжения в бетоне могут оставаться сжимающими или равными нулю, т. е. не опасными для бетона, при условии, что деформация є, вызываемая внеш­ней нагрузкой, не превысит значения е0. Исключение или умень­шение растягивающих напряжений в бетоне получается за счет увеличения растягивающего напряжения в арматуре, которое складывается из рабочего напряжения и напряжения от предва­рительного натяжения о"тр. Поэтому для предварительно-напря­женного железобетона необходимо использовать арматурную сталь с более высокими прочностными характеристиками, чем при обыч­ном армировании.

Натяжение арматуры может осуществляться механическим спо­собом (гидравлическими домкратами); электротермическим спо­собом, основанным на увеличении длины арматурных стержней при их нагреве электрическим током; электротермомеханическим способом, представляющим собой комбинацию двух первых, а также самонапряжением при использовании напрягающего це­мента (см. подразд. 8.11).

Применяют в основном две схемы натяжения арматуры: на упоры и на бетон. При первой схеме уложенную в форму арматуру натягивают до бетонирования, опирая домкраты на упоры, рас­положенные на форме, либо на специальных стендах. После при­обретения бетоном достаточной прочности арматуру освобожда­ют и ее натяжение передается на бетон, подвергая его сжатию. При второй схеме сначала изготавливают бетонные элементы, оставляя в них каналы для пропуска арматуры. Опирая домкраты на бетон, его сжимают, а арматуру растягивают. Свободное про­странство в каналах заполняют цементным раствором.

Удачному сочетанию стали и бетона способствует примерное равенство их коэффициентов линейного температурного расши­рения ((10… 14)- 10_6 °С*1 у бетона; (11… 12)- 10~6 °С’1 у стальной арматуры), что обеспечивает совместимость их температурных де­формаций.

Щелочная реакция среды, возникающая в бетоне благодаря выделению Са(ОН)2 при гидратации цемента, благоприятна для стали с точки зрения ее коррозии. Огнестойкость железобетонных конструкций гораздо выше стальных благодаря негорючести и низкой теплопроводности бетона, который защищает стальную арматуру при пожарах от быстрого нагрева, вызывающего размяг­чение стали.

Армированию подвергают бетоны с различной плотностью: от особо тяжелых (уо > 2 500 кг/м3) до особо легких (у0 = 700 кг/м3).

По виду вяжущего железобетонные изделия могут быть цемен­тными, силикатными и гипсовыми. Их делают сплошными или пустотелыми.

Они также могут быть многослойными, например иметь внут­ренний слой из ячеистого бетона, а наружные слои — из плотно­го бетона.

В зависимости от способа возведения железобетонные конст­рукции могут быть монолитными или сборными.

Сухие растворные смеси (СРС) получают на заводах путем дозирования и смешивания порошкообразных компонентов: вя­жущего, заполнителей и модифицирующих добавок. Приготовле­ние растворной смеси из сухой существенно упрощается, так как не нужно дозировать сухие компоненты; требуется только доба­вить воду и перемешать. При этом вследствие заводского приго­товления обеспечивается оптимальная рецептура и стабильность состава. Сухие смеси удобно хранить и транспортировать благода­ря расфасовке в бумажные мешки по 5…25 кг. Кроме того, при использовании сухих смесей снижается материалоемкость и по­вышается производительность труда.

Сухая смесь под названием «гарцовка», состоящая из извести и песка (иногда добавляется глина), издавна применяется для шту­катурных работ. Часто в гарцовку добавляют портландцемент, иначе прочность и водостойкость штукатурки получаются низкими. В ми­ровой практике широко применяют алюминаткальциевые (гли­ноземистые) цементы (АКЦ). Составляя различные комбинации этих цементов с портландцементом, сульфатом кальция и иногда с известью, можно получить широкий спектр свойств смешанно­го вяжущего. Если требуется получение быстротвердеющего со­става, то используют смесь алюминаткальциевого цемента с порт­ландцементом.

Иногда свойства корректируют добавкой в эту систему неболь­ших количеств сульфата кальция (гипса). Эта система использует­ся в большей степени для получения плиточных клеящих раство­ров и в меньшей степени для самовыравнивающихся композиций. Содержание АКЦ в клеящей смеси составляет около 20 %. Соста­вы, в которых содержание АКЦ составляет 50 % и более, характе­ризуются высокой начальной прочностью и очень быстрым схва­тыванием и твердением. Такие составы применяются при срочных ремонтных работах, для устранения протечек воды, а также в ка­честве клеящих смесей.

Для самовыравнивающихся композиций используется смесь алюминаткальциевого цемента с относительно большим количе­ством сульфата кальция. В этой системе происходит образование гидросульфоалюмината кальция и увеличение в объеме твердой фазы, что компенсирует усадку вяжущего или дает эффект рас­ширения.

Гидроизоляционные растворы — это цементные композиции с высокой водонепроницаемостью, которой достигают различны­ми способами: применением в качестве вяжущих расширяющихся и напрягающих цементов, жидкого стекла; добавлением водных дисперсий пленкообразующих полимеров (поливинилацетата, акрилатов, синтетических каучуков) или ДПП, а также битум­ных эмульсий и паст; гидрофобизацией раствора путем введения кремнийорганических соединений.

Теплоизоляционные растворы получают на пористых заполните­лях, применяя в дробленом виде те же материалы, что и в легких бетонах. Растворы облегчают также с помощью порообразующих добавок — такие растворы называются поризованными.

Акустические растворы отличаются от теплоизоляционных тем, что для лучшего звукопоглощения применяются одноразмерные (3…5 мм) заполнители с преобладающей открытой пористостью. Пустоты между зернами заполнителей не должны заполняться цементным тестом, подобно беспесчаному крупнопористому бе­тону.

Декоративные растворы получают на основе белого, цветного и обычного портландцементов и заполнителей в виде чистого квар­цевого песка и крошки декоративных горных пород. Применяются также цветные пигменты. Цветные гипсовые растворы использу­ют для имитации мрамора. Высокие декоративные свойства шту­катурки можно получить сочетанием состава раствора с обработ­кой поверхности, в результате которой удаляется цементное мо­локо и обнажаются заполнители. Обработка может быть механи­ческой (пескоструйной, ударной, металлическими щетками) или химической (раствором соляной кислоты с последующей промыв­кой водой). Такие штукатурки называются террацовыми. При по­лучении штукатурки «сграффито» (от ит. sgraffito — выцарапы — ват,,; наносят два или три накрывочных слоя различного цвета. Затем прорезают верхние слои, создавая рельефный цветной ри­сунок.

Тампонажные растворы используют для закрепления и гидро­изоляции скважин различного назначения (нефтяных, газовых и других). Для этих растворов характерна высокая подвижность, обус­ловленная высоким водоцементным отношением и пластифици­рующими добавками.

Инъекционные растворы применяются для уплотнения усадоч­ных швов, заделки трещин и пустот в бетонных сооружениях, фундаментах зданий, придания водонепроницаемости конструк­циям, а также для укрепления оснований зданий и сооружений. Инъекционные растворы нагнетают растворонасосами (при дав­лении 3…5 МПа) или специальными установками (15…30 МПа). При цементации используют цементные, цементо-глинистые, по- лимерцементные и другие составы. Особенно эффективной явля­ется цементация с применением расширяющихся цементов. Це­ментационные растворы могут обеспечить значительную прочность (20…40 МПа) закрепленных грунтов и других материалов, но ха­рактеризуются невысокой проникающей способностью. В послед­нее время на цементных заводах получают цемент со сверхтонкими частицами, соответствующими коллоидным размерам в 1…2 мкм. Смеси на цементе коллоидной дисперсности называются высоко­проникающими. Регулирование свойств цементационных раство­ров производят с помощью химических добавок.

Инъекционные растворы получают также на основе жидкого стекла (см. подразд. 8.4). При этом отверждающий реагент должен присутствовать в укрепляемой среде, как, например, Са(ОН)2 в цементном бетоне. При других материалах нагнетается раствор силиката натрия и отверждающей добавки (Na20-Al203, H2SiF6). Двухрастворный способ предусматривает после инъекции раство­ра жидкого стекла инъекцию раствора отвердителя (СаС12, Na2SiF6) с уплотняющими добавками (сернокислым алюминием, бенто­нитом и т. д.).

В качестве готовых проникающих составов, поступающих по­требителю в виде сухих строительных смесей, применяют: «Пе — нетрон», «Гидротэкс», «Глимс-ГидроПломба», «Гидро-S» (Рос­сия), «Хурех» (Канада), Кальматрон, Sta-Dri Masonri Paint, Sta — Dri Water-Stop (США), Aquafin-F, Barralastik (ФРГ), Thoroseal (Бельгия), Yandex Plug (Швейцария), «Голтар» (Италия).

Штукатурные растворы, в отличие от растворов для кладки, приготавливают невысоких марок — не выше М10. Выбор вяжу­щего для них производится исходя из двух требований. Во-пер­вых, необходимо обеспечить хорошую адгезию к основанию; во — вторых, необходимо учесть влажностные условия твердения и эк­сплуатации штукатурного покрытия.

Для стен, подвергающихся увлажнению, применяют цемент­ные и цементно-известковые растворы. Для нормальных условий (относительная влажность воздуха не более 60 %) применимы все виды растворов и их выбор определяется адгезией к основанию и экономией. С кирпичными, бетонными, гипсовыми стенами все растворы имеют удовлетворительное сцепление, однако лучше всего сочетать материалы одинаковой природы: цементобетонные стены с цементным раствором, гипсовые с гипсовым и т. д. Для деревянных стен предпочтительнее известковые и известково-гип­совые растворы. Деревянные поверхности практически не удер­живают нанесенную растворную смесь и для их оштукатуривания стены раньше оббивали дранкой (тонкими деревянными планка­ми), а в настоящее время применяют стальные или синтетиче­ские штукатурные сетки. Армирующие сетки применяют и при оштукатуривании стен из других материалов, так как это облегча­ет выполнение работ и повышает долговечность покрытия.

Обычно штукатурный раствор наносят на основу слоями (на­метами). Обрызг — первый слой (подготовительный). Для него при­меняют высокопластичные (сметанообразные) растворные смеси с подвижностью 80… 140 мм по глубине погружения стандартно­го конуса. Наибольший диаметр зерен заполнителя составляет для этого слоя 2,5…5,0 мм.

Грунт — второй слой (промежуточный). Подвижность смеси со­ставляет 70…80 мм. Наибольший диаметр зерен песка составляет для этого слоя 2,5 мм.

Накрывка — третий слой (отделочный). Для него приготавли­вают смесь подвижностью 80… 120 мм. Наибольший диаметр зе­рен заполнителя составляет для этого слоя до 1,25 мм.

Кладочные растворы готовят главным образом на основе це­ментов, цементно-известковых и цементно-глиняных вяжущих. Для кладки наружных стен, подземных и цокольных частей зданий применяют растворы различных марок. Марка зависит от влажно­стных условий и требуемой долговечности здания.

Монтажные растворы для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из легкобетонных панелей должны иметь марку не ниже М50, а при использовании из панелей из тяжелого бетона — не ниже Ml00.

Подвижность строительного раствора характеризуется глуби­ной Я погружения эталонного стального конуса массой 300 г (рис. 10.1). Растворную смесь помещают в сосуд 8vl уплотняют штыко­ванием (25 раз) и постукиванием о стол. Острие эталонного кону­са / приводят в соприкосновение с поверхностью раствора и дают ему возможность погружаться в течение 1 мин. Глубину погруже­ния конуса определяют по шкале 5 с точностью до 1 мм.

По подвижности растворные смеси подразделяются на марки.

Марка растворной смеси по подвижности Глубина погружения

конуса, см

1.. .4

4.. .8

8.. . 12

12.. . 14

Водоудерживающая способность определяется с помощью при­бора, представленного на рис. 10.2. Перед испытанием 10 листов промокательной бумаги 3, взвешенных с точностью до 0,1 г, ук­ладывают на стеклянную пластину 2. Сверху кладут слой марлевой ткани, устанавливают металлическое кольцо и все взвешивают.

Растворную смесь укладывают вровень с краями металлического кольца, взвешивают и оставляют в покое на 10 мин, после чего отделяют и взвешивают промокательную бумагу с точностью до 0,1 г.

Водоудерживающую способность растворной смеси VBy харак­теризуют остаточным содержанием воды в растворе, выраженным в процентах от первоначальной массы пробы:

Ку = U ~(т2- щ)/(т — щ)]loo,

где т,, т2 — масса промокательной бумаги соответственно до и после испытания; /и3, т4 — масса установки соответственно до и после заполнения ее растворной смесью.

Рис. 10.1. Прибор для определения
подвижности растворной смеси:

/ — эталонный конус; 2 — штанга; 3 — сто-
порный винт; 4 — направляющие; 5 —
шкала; 6 — держатели; 7 — штатив; 8 — сосуд
для растворной смеси

Водоудерживающая способность растворных смесей должна быть не менее 90 %, глиносодержащих раство­ров — не менее 93 %.

Прочность строительного раствора на сжатие определяют на трех образ­цах-кубах размерами 70,7×70,7×70,7 мм в возрасте 7 сут (для растворов на воз­душных вяжущих) и 28 сут (для ра­створов на гидравлических вяжущих).

Образцы из растворной смеси под­вижностью до 5 см изготавливают в формах с поддоном. Форму заполняют в два слоя. Каждый слой уплотняют шестью нажимами шпателя, ориентированного вдоль одной стороны, и шестью нажимами — в перпендикулярном на­правлении.

Образцы из смеси подвижностью 5 см и более изготавливают в формах без поддона, установленных на «постель» керамического кирпича (влажностью не более 2 % и водопоглощением по массе

10.. . 15%), покрытую влажной фильтровальной бумагой. Формы заполняют за один прием и уплотняют смесь штыкованием сталь­ным стержнем (25 раз).

Через (24 ± 2) ч образцы освобождают от форм и хранят при температуре (20 ± 2) °С. Условия твердения образцов зависят от вида вяжущего, использованного в растворе. Если использовано гидравлическое вяжущее, то образцы первые 3 сут хранят в каме­ре нормального твердения при относительной влажности воздуха Ф = 95… 100 %, а остальное время — либо в помещении при ф = (65 ± ± 10)%, либо в воде, что зависит от назначения раствора (для твердения на воздухе или во влажной среде). Образцы из раство-

Рис. 10.2. Схема прибора для опре-
деления водоудерживающей спо-
собности растворной смеси:

/ — металлическое кольцо с раствором;
2 — стеклянная пластина; 3 — 10 слоев
промокательной бумаги; 4 — слой мар-
левой ткани

ров, приготовленных на воздушных вяжущих, должны храниться в помещении при ф = (65 ± 10) %.

Прочность растворов на сжатие характеризуют марками (ГОСТ 28013-98): М4, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200.

Морозостойкость строительного раствора определяют на образ­цах-кубах размерами 70,7×70,7×70,7 мм по потере массы (не бо­лее 5 %) и прочности (не более 25 %) после заданного маркой числа циклов замораживания и оттаивания. ГОСТ 28013 — 98 по морозостойкости устанавливает следующие марки: F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200.

Заполнители. В качестве мелкого заполнителя в обыкновенных растворах применяют природный песок и песок из отсевов дроб­ления горных пород. Для декоративной штукатурки используются мраморная крошка, слюда, дробленое стекло и др. В легких ра­створах для придания им тепло — и звукоизоляционных свойств применяют древесные опилки, вермикулит, дробленые пористые материалы, такие как пемза, шлаки, туфы, известняки-ракушеч­ники.

Растворы бывают жирными и тощими. Жирные растворы содер­жат много вяжущего и мало песка, тощие растворы, наоборот, содержат много песка и мало вяжущего. Составы растворов колеб­лются от 1 : 1 до 1:6 (вяжущее: заполнитель). С увеличением доли песка снижается усадка и способность к трещинообразованию, но вместе с тем понижаются подвижность растворной смеси и прочность раствора.

Вода. Количество воды для затворения растворной смеси под­бирается по заданной подвижности. Чем больше воды, тем выше подвижность, но ниже прочность.

Вяжущие вещества. В растворах применяют цементы, известь, гипс, реже — магнезиальные вяжущие вещества. Используют так­же смешанные вяжущие: известково-гипсовые, цементно-извест­ковые, цементно-глиняные. Опасно смешивать портландцемент с гипсом, так как в результате реакции гидроалюминатов кальция с CaS04-2H20 образуется гидросульфоалюминат кальция: ЗСаО • А1203-3CaS04-31Н20 — соединение, сильно увеличиваю­щееся в объеме и разрушающее твердеющий материал. При при­менении гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, предложенного А. В. Волженским и Р. В. Иванниковой, образование гидросульфо — алюмината не вызывает вредных последствий, так как Са(ОН)2 связывается гидравлической добавкой.

В порядке возрастания прочности строительные растворы рас­полагаются в следующем порядке: глиняные, смешанные глиня­ные, известковые, известково-гипсовые, гипсовые, цементно — известковые, цементные.

Глиняные строительные растворы имеют низкие прочность и водостойкость, но очень дешевы и могут использоваться в сухих помещениях подсобных строений. Хорошими заполнителями в глиняных растворах являются соломенная сечка, опилки, струж­ка, льняная или конопляная костра. Они повышают прочность и ускоряют сушку раствора.

Смешанные глиняные строительные растворы готовят на глино­цементных, глиноизвестковых, глинобитумных и других вяжущих. Добавление к глине вяжущих веществ повышает водостойкость раствора.

Известковые строительные растворы медленно схватываются и твердеют. При твердении воздушной извести происходит карбо­низация поверхностного слоя раствора за счет углекислоты возду­ха. Пленка СаС03, образующаяся на поверхности раствора, зат­рудняет проникновение углекислоты во внутренние слои и выход паров воды наружу. Из-за этого твердение извести может продол­жаться годами, а штукатурка оставаться сырой.

Известковые штукатурки имеют низкую прочность. Поэтому проблематичным является крепление к стене подвесных шкафов, полок и других предметов, так как гвозди, шурупы, дюбеля не удерживаются в слабом штукатурном слое. Такая штукатурка лег­ко выкрашивается при механическом воздействии и требует час­того ремонта.

Растворы на воздушной извести не водостойки. Их используют в помещениях при относительной влажности воздуха до 60% и в кладке, не подверженной увлажнению. При протечках воды и на­мокании штукатурки возможно ее обрушение. Более водостойкой и прочной является гидравлическая известь.

Существенным недостатком известковых растворов является сильная усадка их при высыхании, в результате чего штукатурка подвержена растрескиванию, избежать которое очень трудно, а уменьшить можно, увеличив долю песка. Образование трещин про­исходит и после завершения процесса усадки, что обусловлено низкой прочностью известкового раствора и меньшей, чем у ос­нования, деформативной способностью.

Несмотря на все недостатки известковый раствор широко при­меняется, что вызвано удобством работы с ним. Известковый ра­створ — пластичная, легко обрабатываемая смесь, обладающая хорошей адгезией к кирпичу и бетону. Растворная масса на основе воздушной извести не требует немедленного использования пос­ле ее приготовления, как гипсовый или цементный раствор. Если предотвратить контакт с воздухом и возможность высыхания, то можно сохранять ее очень долго без всякого вреда для удобоукла — дываемости и конечной прочности.

Известково-гипсовые строительные растворы применяют в сухих помещениях для оштукатуривания преимущественно деревянных и гипсовых поверхностей стен, перегородок и потолков. В зависимости от свойств исходных вяжущих веществ на 1 часть гипса берут от 0,4 до 4 частей извести. Присутствие извести в составе вяжущего придает раствору способность легко выравниваться при укладке и немного замедляет схватывание. Поданным И. Х. Наназашвили, при добавке

3.. .6 % извести схватывание гипса замедляется на 3…5 мин.

Гипсовые строительные растворы в чистом виде применяются редко несмотря на их высокие прочностные и теплоизоляцион­ные свойства, отсутствие трещин вследствие расширения гипса (до 1 %) при твердении, хорошую адгезию к основанию, в том числе деревянному, хорошую гвоздимость при использовании за­полнителя из древесных опилок.

Главным препятствием для широкого использования гипсовых растворов является очень быстрое схватывание гипса — обычно от 2 до 10 мин. Стандартом предусмотрен медленносхватываю — щийся гипс с началом схватывания не ранее 20 мин, но он мало распространен. Замедлить схватывание гипса можно добавкой не­которых веществ (см. подразд. 9.8). Многие замедлители снижают прочность гипсового раствора.

Гипсовые растворы не рекомендуется применять во влажных помещениях из-за низкой водостойкости и армировать стальны­ми сетками, так как гипс вызывает коррозию стали. Они отлича­ются также недостаточными пластичностью и выравнивающей спо­собностью, что заставляет прибегать к введению пластифицирую­щих добавок.

Цементно-известковые строительные растворы отличаются бо­лее высокой прочностью, чем известковые, и лучшей удобоукла- дываемостью, чем цементные. Благодаря высокой водостойкости их можно использовать для кладки фундаментов, в помещениях с повышенной влажностью и для наружной отделки зданий. Соот­ношение между цементом и известью варьируется в широких пре­делах. На 1 часть цемента берут от 0,1 до 1,5 частей извести. Чем выше марка цемента, тем больше можно добавлять к нему извес­ти. При этом снижаются прочность и водостойкость раствора, но возрастает подвижность растворной смеси.

Цементные строительные растворы обладают наиболее высо­кой прочностью и водостойкостью. Прочность цементного раствора тем выше, чем выше марка цемента и качество песка и чем мень­ше воды взято для затворения. Цементный раствор имеет более высокую плотность, а следовательно, и более высокую теплопро­водность, чем известковый. Твердение цементного раствора на воздухе сопровождается усадкой, однако не такой значительной, как у известковых растворов. Поэтому и трещины в цементной штукатурке не столь велики и многочисленны.

Растворная смесь на портландцементе уступает известковым составам в удобоукладываемости и адгезии к основанию.

Добавки. В строительных растворах применяются те же добавки, что и в бетонах (см. подразд. 9.8). Кроме того, разработаны добавки специально для растворных смесей (особенно сухих) — это эфиры целлюлозы, повышающие водоудерживающую способность раствор­ной смеси, и дисперсионные полимерные порошки (ДПП), уве­личивающие адгезию раствора к основанию. Наиболее широкое при­менение получили продукты двух производителей: фирмы «Клари­ант», производящей эфиры целлюлозы «Тилоза», ДПП «Мовилит»; отделения «Аквалон» немецкой компании «Геркусес», специали­зирующейся на производстве полимеров. Продукты компании «Ак­валон» на основе эфиров целлюлозы носят названия «Кульминал», «Натросол», а на основе ДПП — «Элотекс».

1. Эфиры целлюлозы. В отличие от своих производных целлюло­за не растворима в воде. В 1912 г. на немецком химическом концер­не «Хехст» был изобретен способ получения водорастворимой целлюлозы с помощью едкого натра и диметилсульфата, а с 1925 г. началось производство метилцеллюлозы (МЦ), карбоксиметил — целлюлозы (КМЦ) и других эфиров целлюлозы, обладающих высокой водоудерживающей способностью. Это порошкообразные волокнистые вещества белого или желтоватого цвета. В воде они набухают с образованием вязких растворов.

Выпускаемые добавки характеризуются различными значения­ми вязкости — от 5 ■ 10_3 до 60 Па • с. Чем больше значение вязко­сти, тем больше водоудерживающая способность смесей.

Производные целлюлозы используются в растворах различно­го назначения (штукатурных, кладочных, для самовыравниваю — щихся наливных полов, приклеивания кафельной плитки и др.). Особенно они эффективны при добавлении в плиточный клей на основе цемента или гипса. При этом улучшаются все основные свойства клеящего состава.

При обезвоживании растворных смесей в результате поглощения влаги основанием они теряют пластичность и клеящую способность и становятся не пригодными для разравнивания и исправления де­фектов. Метилцеллюлоза, введенная в количестве 0,1… 1,0%, пре­пятствует как испарению, так и отсасыванию воды основанием, обеспечивая равномерность и полноту гидратации вяжущих.

Производные целлюлозы увеличивают вязкость жидкой фазы раствора (загущают его). При этом керамическая плитка и сам ра­створ не сползают вниз под действием собственного веса, что ча­сто бывает при отсутствии добавки. Вместе с тем увеличивается время, в течение которого можно исправлять положение керами­ческой плитки после ее установки, а также время до образования корки, которая образуется на открытой поверхности раствора в результате испарения воды и препятствует прилипанию плитки. Возрастает также адгезия на контакте раствора с основанием и с облицовочной плиткой как в момент установки плитки, так и после отвердевания клеящего состава.

2. Дисперсионные полимерные порошки. Строителям хорошо известна композиция цемента и поливинилацетатной эмульсии (ПВАЭ), в процессе твердения которой вода связывается цемен­том при гидратации, а ПВАЭ за счет этого теряет воду и образует пленки, которые, являясь дополнительными связками, существен­но повышают адгезионную прочность строительного раствора.

Для сухих смесей получают сухой тонкодисперсный порошок полимера, который при затворении водой образует водную дис­персию, способную при высыхании давать полимерную пленку.

Дисперсионные полимерные порошки модифицируют раствор­ную смесь, позволяя регулировать ее свойства. В зависимости от вида ДПП смесь может быть либо более подвижной, либо более вязкой. ДПП типа «Элотекс 50Е100» может обеспечить дополни­
тельно до 10% воздухововлечения. Кроме того, ДПП являются вторым дополнительным связующим в цементных смесях. При этом резко возрастают адгезионные свойства системы. При 3%-м со­держании ДПП «Элотекс 50Е100» в плиточном растворе адгези­онная прочность за 7 сут достигла значения более 1 МПа, что в 3,7 раза больше, чем адгезионная прочность раствора без добавки. ДПП повышает эластичность и гибкость материала. Это объясня­ется тем, что в порах и местах неплотного прилегания раствора к плитке образуются полимерные связки в виде мембран, воспри­нимающие растягивающие усилия.

10.1. Общие сведения

Строительным раствором называется материал, получаемый в результата отвердевания растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества (смеси вяжущих), мелкого заполнителя и воды. Для регу­лирования свойств в раствор могут вводиться химические добавки.

По назначению строительные растворы подразделяются на кладочные, применяемые для скрепления кирпичей или кам­ней в кладке; штукатурные, применяемые для выравнивания и отделки стен и потолков; монтажные, применяемые для заполне­ния швов при монтаже сборных железобетонных конструкций; спе­циальные, применяемые для гидроизоляции, цементации, теп­ло — и звукоизоляции, декоративных и других целей.

По плотности строительные растворы подразделяются на обыкновенные (у > I 500 кг/м3) и легкие (у < I 500 кг/м3); по условиям твердения — на воздушные и гидравлические; по виду вяжущего — на простые (цементные, известковые, гипсовые) и смешанные (цементно-известковые, известково-гип­совые).

По составу и свойствам строительные растворы подобны бето­нам, но имеют свои особенности, связанные с отсутствием круп­ного заполнителя и условиями применения. Главное отличие стро­ительных растворов от бетонов заключается в том, что растворы используют в виде тонких слоев, контактирующих с основанием, как правило, пористым, отсасывающим воду из раствора. Поэто­му большое внимание уделяется таким свойствам растворов, как адгезия к основанию и водоудерживающая способность. Отсут­ствие крупного заполнителя сказывается на увеличении расходов цемента и воды. Основные закономерности, отражающие влия­ние состава, технологии изготовления и условий твердения на свойства растворов, такие же, как у бетона. Аналогичны также основные принципы подбора состава.

Гидротехнический бетон. Он предназначен для конструкций, постоянно или периодически контактирующих с водой. Требова­ния к гидротехническому бетону существенно различаются в за­висимости от зоны расположения бетона в конструкции (надвод­ной, подводной, переменного уровня воды, наружной, внутрен­ней); массивности конструкции; действующего на конструкцию напора воды и др. Например, бетон зоны переменного уровня воды должен обладать особенно высокой морозостойкостью, бетон мас­сивных конструкций должен иметь пониженное тепловыделение и отвечать требованиям термической трещиностойкости, бетон напорных сооружений должен обладать особенно высокими водо­стойкостью и водонепроницаемостью.

Бетон для защиты от радиоактивного излучения. При работе ста­ционарных ядерных реакторов, ускорителей частиц, радиохими­ческих и облучающих установок несущая бетонная конструкция выполняет также функцию защиты окружающей среды от радио­активного излучения и потока нейтронов. Защита сводится к ре­шению трех задач:

1) замедление быстрых нейтронов;

2) захват промежуточных и тепловых нейтронов;

3) поглощение всех видов у-излучения, включая рассеянное излучение и у-излучение захвата, образующиеся в бетоне при вза­имодействии с ним быстрых и медленных нейтронов.

При постоянной толщине защитной конструкции поглощение у-лучей практически пропорционально плотности независимо от рода вещества. Поэтому бетоны для биологической защиты имеют плотность до 5 000… 6 000 кг/м3, что достигается применением осо­бо тяжелых заполнителей, таких как магнетит Fe304; гематит Fe203 (р = 4 500 кг/м3), бурый железняк (лимонит) 2Fe203-3H20 (р = = 3 200…4000 кг/м3), баритовые руды, содержащие до 80 % BaS04 (р = 4 Ю0…4 700 кг/м3). При применении в качестве заполнителя металлических отходов (р = 7 850 кг/м3) масса бетона может быть существенно повышена. Железные заполнители типа стальной или чугунной дроби, отходов металлообработки довольно доро­ги. Как правило, они загрязнены масляными веществами, сни­жающими сцепление с цементным камнем, и должны подвер­гаться очистке.

Эффективность замедления нейтронов обратно пропорциональ­на массовому числу элемента. При не очень больших энергиях ней­тронов отличным замедлителем является водород, который со­держится в бетоне в составе воды. Вместе с тем эффективное сече­ние захвата нейтронов ядрами водорода мало, поэтому для замед­ления нейтронов высоких энергий нужна слишком большая тол­щина защитного слоя воды. Понизить энергию быстрых нейтро­нов в результате неупругого рассеяния могут элементы со средни­ми и большими массовыми числами, например железо, барий или свинец. Эти элементы благодаря высокой плотности одновре­менно являются эффективными поглотителями у-излучения. Каж­дый акт захвата нейтронов ядрами элементов сопровождается ис­пусканием у-квантов. При захвате нейтронов ядрами водорода энер­гия у-лучей составляет 2,2 МэВ, а ядрами железа — 7,6 МэВ, что является недостатком железа как поглотителя нейтронов, испус­кающего жесткие у-лучи захвата. Из легких элементов хорошим поглотителем нейтронов является бор, который при захвате не дает жесткого у-излучения.

Таким образом, бетон для защиты от радиоактивного излуче­ния должен содержать в необходимом количестве связанную воду, легкие и тяжелые элементы, а также по возможности включать в себя такие поглотители нейтронов, как бор и литий.

Связанная вода в бетоне подразделяется на несколько катего­рий.

1. Химически связанная вода, образующая молекулы вещества — гидроокисных и комплексных соединений (удаление воды из этих соединений приводит к образованию нового вещества).

2. Кристаллизационная вода, входящая в состав кристалличе­ской решетки вещества. Удаление этой воды не меняет названия вещества, но может изменить параметры кристаллической решет­ки.

3. Адсорбционная вода, удерживаемая на поверхности частиц силами молекулярного притяжения.

4. Капиллярная вода, удерживаемая поверхностным натяжени­ем.

Бетон на портландцементе содержит связанную воду в сум­марном количестве менее 10% по массе, т. е. менее 1,4- 1022 ато­мов водорода на 1 см3. По этой причине исследовались специаль­ные цементы, связывающие большое количество воды. Система MgO — г MgCl2 + Н20 позволяет получить вяжущее, связывающее воды в 3 раза больше, чем портландцемент. Однако из-за недоста­точной прочности этот цемент, как и другие, не нашел примене­ния и основными вяжущими в бетонах для защиты от радиоак­тивного излучения остаются портландцемент и шлакопортланд­цемент, а содержание связанной воды повышают за счет введе­ния таких заполнителей, как лимонит, содержащий около 10% кристаллизационной воды, и серпентинит, содержащий около 13 % воды.

Дисперсно-армированный бетон (фибробетон). Он содержит рас­пределенные по всему объему армирующие волокна (фибры), ко­торые могут быть стальными, минеральными (стеклянными, ба­зальтовыми, шлаковыми, асбестовыми) или органическими (син­тетическими, целлюлозными, сизалевыми, бамбуковыми, трост­никовыми, джутовыми). Методы дисперсного армирования позво­ляют получить направленную или хаотичную ориентацию волокон в бетоне. Возможность хаотичного расположения волокон ограни­чена действием силы тяжести или архимедовой силы, размерами и формой бетонируемого элемента, характером заполнителей. Направ­ленная ориентация получается при использовании непрерываю- щихся нитей, жгутов, тканых и нетканых сеток, а также при виб­рировании или вращении изделия. Короткие стальные волокна мо­гут быть ориентированы с помощью магнитного поля.

Вид и назначение фибробетона определяют характер дисперс­ного армирования. Например, легкий бетон нецелесообразно ар­мировать стальными волокнами, так как его теплоизоляционные свойства будут снижены из-за высокой теплопроводности стали. Стеклянные волокна обычного состава подвергаются коррозии в бетоне на портландцементе и практически не реагируют со сре­дой гипсовых вяжущих. Стальные волокна, наоборот, заметно корродируют в материалах на основе гипса, но достаточно стойки в среде портландцемента.

Дисперсное армирование, осуществляемое путем введения фибры непосредственно в бетоносмеситель, часто приводит к снижению затрат в результате исключения арматурных работ и отказа от применения дорогих арматурных сеток и каркасов.

Дисперсное армирование обеспечивает существенное повыше­ние прочности сжатых, растянутых и изгибаемых элементов кон­струкций, увеличивает их трещиностойкость и ударную вязкость.

Прочность фибробетона зависит от прочности самих волокон, их количества и ориентации. Размеры волокон выбирают так, что­бы отношение длины к диаметру равнялось отношению предела прочности волокна при растяжении к сопротивлению выдергива­ния волокна из матрицы. В этом случае равновероятен разрыв во­локна и нарушение его сцепления с цементирующим камнем.

Жаростойкий бетон. Обычный бетон на портландцементе мо­жет выдержать температуру до 200 °С. Однако при длительном воз­действии такой температуры прочность его снижается на 25…45 %. Это можно допустить, обеспечив необходимый запас прочности. При более высокой температуре применяют специальные бето­ны, которые подразделяются на жаростойкие (выдерживающие температуру до 1 580 °С) и огнеупорные (с огнеупорностью выше 1 580 °С). Их применяют в конструкциях агрегатов и оборудования предприятий черной и цветной металлургии, теплоэнергетики, химической промышленности, керамического производства.

Жаростойкость бетона зависит от вида вяжущего и природы заполнителей. При нагреве бетона до температуры 500 °С сниже­ние прочности происходит в основном в результате несовмести­мости температурных деформаций заполнителей и цементирую­щего камня и выделения кристаллизационной воды. При более высокой температуре наблюдаются полиморфные превращения и разложение химических соединений. Так, кристаллическая струк­тура кварца при 573 °С из тригональной переходит в гексагональ­ную, а при 870 °С кварц превращается в тридимит с ромбической сингонией решетки.

При температуре выше 500 °С Са(ОН)2 в цементном камне де­гидратируется с образованием СаО. Если после этого бетон будет увлажнен, то произойдет его разрушение вследствие увеличения объема извести при взаимодействии СаО с водой. Поэтому в жа­ростойких бетонах применяют портландцемент с активной мине­ральной добавкой, кремнезем которой при температуре 700… 900 °С связывает СаО в устойчивый силикат.

В качестве вяжущих для жаростойких бетонов применяют порт­ландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, жид­кое стекло, фосфатные вяжущие; в качестве заполнителей — ог­неупорные материалы: бой шамотного, магнезитового, динасо­вого или керамического кирпича, хромитовую руду, базальт, ди­абаз, андезит, доменный гранулированный шлак и др. При ис­пользовании пористых заполнителей (керамзита, вспученного перлита, вермикулита) получают легкий жаропрочный бетон с уб < 1 200 кг/м3.

Портландцемент с активной минеральной добавкой и шлако­портландцемент применяются до температуры 700… 900 °С. Высо­кой огнеупорностью обладает глиноземистый цемент (1 580 °С), а высокоглиноземистый цемент характеризуется огнеупорностью — 1 740… 1 770 °С.

Несмотря на низкую собственную огнеупорность жидкосте­кольной связки (около 800 °С) бетоны на ее основе могут вы­держивать температуру до 1 600 °С, что является результатом вы­сокотемпературного взаимодействия жидкого стекла с наполни­телем. На основе жидкого стекла изготавливают бетоны трех ви­дов: кремнеземистые (заполнителями и тонкомолотыми компо­нентами являются кварцит и динас), алюмосиликатные (с ша­мотными и муллитовыми заполнителями, обеспечивающими огнеупорность до 1 600 °С) и магнезиальные (на основе перик- лазовых, периклаз-шпинелидных и магнезиально-силикатных заполнителей).

Широко распространенной основой для получения жаростой­ких бетонов являются фосфатные вяжущие системы. Фосфатное связующее получают из двух компонентов: водного раствора (чаще всего — ортофосфорной кислоты или кислых фосфатов аммо­ния, алюминия, магния) и порошкообразного минерального ком­понента, проявляющего по отношению к раствору свойства осно­вания. Таким компонентом являются различные огнеупорные ма­териалы, которые одновременно применяются и в качестве круп­ного заполнителя.

На основе молотого динаса и концентрированной ортофосфор — ной кислоты готовят динасовый бетон с огнеупорностью 1 750 °С и прочностью при сжатии до 40 МПа. На основе кварцитов, квар­цевого песка и фосфатного затворителя получают кварцевый бе­тон, который уступает динасовому в прочности (до 25 МПа) из — за полиморфных превращений кварца. Из молотого шамота на фос­фатных затворителях, часто с добавкой глинозема, готовят связу­ющее для шамотного бетона, характеризующегося огнеупорнос­тью 1 660 °С и прочностью при сжатии 40 МПа и выше. Корунд — муллитовый фосфатный бетон, состоящий из корундмуллитового шамота (95 %), глины (5 %) и фосфорной кислоты, обладает ог­неупорностью до 1 850 °С и прочностью при сжатии до 80 МПа. Для отвердевания фосфатных бетонов требуется повышение тем­пературы до 100… 600 °С.

При обычной температуре отвердевает магнезиальный фосфат­ный бетон. В основе его твердения лежит реакция между оксидом магния и ортофосфорной кислотой, которая протекает интен­сивно с выделением значительного количества теплоты (105 Дж/ моль): MgO + Н3РО4 + 2Н20 -» MgHP04-3H20. Отличительной особенностью этого бетона является очень высокая прочность —

80.. . 120 МПа. Огнеупорность его составляет 1 650°С.

Асфальтовый бетон. Асфальтовый бетон (см. подразд. 13.10) получают в результате отвердевания смеси, состоящей из битума, минерального порошка, песка и щебня или гравия.

Полимербетон. Полимербетон (см. подразд. 14.15) в качестве связующего вещества содержит в основном термореактивные смо­лы.

Бетонополимер. Бетонополимер (см. подразд. 14.15) — это бе­тон, поры которого заполнены полимером.

Легкие бетоны условно подразделяются по назначению на кон­струкционные, имеющие марки по плотности (ее верхний пре­дел, кг/м3) от D1000 до D2000; конструкционно-теплоизоляци­онные (D600; D700; D800; D900); теплоизоляционные (D200; D300; D350; D400; D500); по способу образования пор — на бетоны на пористых заполнителях; беспесчаные; ячеистые (газобетон и пе­нобетон).

Бетоны на пористых заполнителях. Их изготавливают с учетом способности легких заполнителей всплывать на поверхность бе­тонной смеси и поглощать воду. Малая масса заполнителей зат­рудняет использование гравитационных бетоносмесителей, необ­ходимо применение смесителей принудительного действия. В уло­женной бетонной смеси, особенно при ее вибрировании, легкие зерна заполнителей перемещаются вверх, приводя к расслоению смеси, отличному от того, которое наблюдается в тяжелых сме­сях, где заполнители стремятся опуститься вниз. Отсасывание воды пористым заполнителем приводит к равномерному по объему са­моуплотнению бетона. Это позволяет производить распалубку бе­тона в ранние сроки и повышает оборачиваемость формооснаст — ки.

Природные пористые заполнители получают дроблением и сор­тировкой пористых горных пород. К пористым породам вулкани­ческого происхождения относятся: пемза — застывшая вспенен­ная лава; вулканический туф — результат спекания раскаленных пепла и песка; туфовая лава — вспененная лава с вкраплениями частиц вулканического пепла, песка, пемзы и др. Из осадочных пород можно назвать известковый туф и известняк-ракушечник (см. подразд. 4.3).

Искусственные пористые заполнители получают путем вспени­вания расплавов или вспучивания при нагревании до пироплас- тического состояния твердых материалов, обладающих способно­стью образовывать пористые структуры.

Керамзитовый гравий получается обычно во вращающейся печи быстрым нагреванием отформованных или дробленых зерен из легкоплавкой глины, которая размягчается при частичном рас­плавлении и одновременно вспучивается выделяющимися газами. Газы выделяются не из глины, а из других сопутствующих ве­ществ. Газообразование связывают с дегидратацией, декарбониза­цией и восстановительными процессами. Керамзитовый гравий подразделяется на три фракции: 5… 10, 10…20 и 20…40 мм и ха­рактеризуется марками по насыпной плотности от 250 до 800. Ко­эффициент теплопроводности керамзита колеблется в диапазоне 0,035…0,350 Вт/(м • К).

Керамзитовый песок получают отсевом мелких зерен от керам­зитового гравия или его дроблением.

Шунгизитовый гравий — материал, получаемый вспучивани­ем зерен из шунгитосодержащих пород путем их обжига во вра­щающейся печи. Шунгит — минерал (аморфная разновидность графита), образовавшийся в результате природного коксования углей (воздействия на каменные угли высокой температуры от магмы).

Безобжиговый зольный гравий — пористый заполнитель, по­лучаемый на основе золошлаковых отходов (остатков от сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях) и портландце­мента или других вяжущих веществ.

Термолит получают обжигом до спекания кремнистых диспер­сных пород (трепела, диатомита и др.). Пористость термолита яв­ляется межзерновой, а не образованной вспучиванием, как в дру­гих пористых заполнителях.

Аглопорит получают термической обработкой смеси глинис­тых пород, золошлаковых отходов и измельченного угля (8… 10 %), выгорание которого обеспечивают два процесса: поробразование и разогрев шихты до температуры спекания.

Шлаковая пемза (термозит) — пористый щебень и песок, по­лучаемый главным образом из доменного шлака (побочного про­дукта при выплавке чугуна). Вспененный шлак образуется при быстром охлаждении шлакового расплава водой, однако не таком быстром, как при производстве гранулированного шлака.

Перлит вспученный — особо легкий материал (у0 = 100… 500 кг/м3) в виде песка или щебня, получаемый быстрым обжи­гом кислых вулканических водосодержащих стекол, таких как пер­лит, обсидиан, витрофир и др. Вспучивание этих пород при нагре­вании до 900… 1 150 °С происходит за счет испарения растворенной в стекле воды и одновременного размягчения породы.

Вермикулит вспученный — особо легкий материал (у0 = 80… 400 кг/м3), получаемый при температуре 600…900°С в виде гра­нул, вспученных поперек пластинок слюды-вермикулита паром выделяющейся гидратной воды.

Подвижность легкобетонной смеси обычно низкая из-за нозд­ревато-пористой поверхности заполнителей, удерживающей зна­чительное количество цементного теста. Часть теста расходуется на заполнение межзерновых пустот и также не выполняет смазоч­ную функцию. Получить подвижную легкобетонную смесь можно лишь при больших расходах вяжущего, когда прослойки теста между зернами заполнителей являются достаточно толстыми. Для экономии вяжущего и снижения плотности легкого бетона реша­ющее значение имеет уменьшение межзерновой пустотности и удельной поверхности заполнителей. Первое достигается подбо­ром оптимального зернового состава, второе — применением за­полнителей окатанной формы с гладкой (оплавленной) поверх­ностью, например керамзитового гравия. Вместе с тем прочность сцепления заполнителя с цементирующим камнем по гладкой поверхности будет ниже, чем по шероховатой.

Главные показатели качества легких бетонов — плотность и прочность. Плотность должна быть как можно меньше, а проч­ность — как можно больше. Оба свойства изменяются с пористо­стью противоположным образом. Прочность легкого бетона, в от­личие от обычного, зависит не только от качества цементирую­щего камня, определяемого значением В/Ц, но и от его количе-

ства, с увеличением которого прочность возрастает. Одновремен­но растет и плотность, но относительно медленнее, так что удель­ная прочность (отношение прочности к плотности) с увеличени­ем расхода вяжущего вещества возрастает. Зависимости прочности и плотности от расхода воды (В) характеризуются наличием мак­симума при одном и том же значении В,, которое является опти­мальным (рис. 9.11). Увеличение В сверх В, приводит, как и для обычного бетона, к снижению прочности, связанному с разжи­жением цементного теста, и недостаточному самоуплотнению геля. При уменьшении расхода воды ниже оптимального значения сни­жается удобоукладываемость смеси и потеря прочности вызывает­ся механическим недоуплотнением. Если увеличить мощность уп­лотнения, то при том же расходе воды В, прочность возрастает, но теперь значение В, уже не является оптимальным и при В < В) можно получить дальнейшее повышение прочности и достиже­ние нового максимума при В2. Таким образом, оптимальный рас­ход воды не является для данной бетонной смеси постоянной ве­личиной, а зависит от интенсивности ее уплотнения.

Беспесчаный (крупнопористый) бетон. Он состоит из крупных зерен заполнителя, скрепленных в местах контакта цементным камнем. При отсутствии мелких зерен и малом расходе цемента (70… 150 кг/м3) пустоты между зернами остаются незаполненны­ми. Суммарный объем этих пустот будет наибольшим при одина­ковом диаметре зерен заполнителя. Плотность крупнопористого бетона на плотных заполнителях составляет 1 700… 1 900 кг/м3. Это значение можно резко уменьшить, применяя пористые заполни­тели. Беспесчанный бетон продуваем, поэтому стены из него нуж­но оштукатуривать с двух сторон.

Ячеистые бетоны. В зависимости от способа образования пор ячеистые бетоны подразделяются на газобетоны и пенобетоны. При использовании в качестве вяжущего воздушной извести в услови­ях гидросиликатного твердения (автоклавной обработки) ячеис­тый бетон называют газосиликатом или пеносиликатом, так как цементирующий камень в этом случае состоит в основном из гид­росиликатов кальция.

Газобетон приготавливают из смеси портландцемента (час­то с добавлением воздушной извести или едкого натра для уско­рения газообразования), тонкомолотого наполнителя (кварцево­го песка, доменного шлака, золы-унос, нефелинового шлама и др.), воды и газообразователя, в качестве которого чаще всего применяется алюминиевая пудра. При реакции алюминиевой пудры с гидроксидом кальция выделяется водород, который вспенивает массу:

ЗСа(ОН)2 + 2А1 + 6Н20 = ЗН2Т + ЗСаО ■ А1203 — 6Н20

Наполнитель уменьшает расход вяжущего и усадку бетона. Из­мельчение повышает его химическую активность. В газобетоне со­отношение цемента и молотого песка обычно составляет от 1: 2 до 1: 3; расход цемента составляет 180…220 кг/м3. В газосиликате соотношение извести и молотого песка составляет от 1: 3 до 1: 5; расход извести составляет 120… 180 кг/м3.

Кварцевый песок обычно размалывают мокрым способом и применяют в виде шлама. Компоненты дозируют, подают в газо — бетоносмеситель и перемешивают в течение 4…5 мин; затем до­бавляют водную суспензию алюминиевой пудры и после допол­нительного перемешивания смесь заливают в формы, оставляя часть объема на вспучивание массы. Для ускорения процессов га­зообразования, схватывания и твердения смесь затворяют горя­чей водой (температура смеси при заливке в форму — около 40 °С). Через 10…20 мин после заливки в форму газобетонная смесь на­чинает твердеть.

Конец газовыделения должен совпадать с началом схватыва­ния смеси. В противном случае происходит либо оседание смеси, либо растрескивание блока.

Сроки газовыделения регулируют количеством газообразовате­ля, а сроки схватывания — добавками, ускоряющими или замед­ляющими схватывание.

В России разработана технология приготовления смеси вибри­рованием в смесителе и в форме после заливки. Тиксотропное раз­жижение смеси при вибрировании позволяет уменьшить количе­ство воды затворения на 25… 30 %. Вибрирование ускоряет гидра­тацию вяжущего, сокращает сроки газовыделения и вызревания изделий до автоклавной обработки. При резательной технологии отформованные блоки объемом до 10… 12 м3 через 0,5… 1,5 ч ос­вобождают от бортоснастки и разрезают на плиты или стеновые камни стальными струнами. Выпуклую верхушку блока (горбуш­ку) срезают и размалывают в шаровой мельнице вместе с напол­нителем.

Тепловую обработку газобетона чаще всего производят в авто­клавах при температуре 175…200 °С и давлении 0,8… 1,3 МПа. Ав­токлавная обработка обеспечивает протекание реакции между кремнеземом кварцевого песка и гидроксидом кальция, образую­щимся при гидратации портландцемента, поэтому часть портланд­цемента можно заменить молотым кварцевым песком, который становится активным компонентом вяжущего. При этом расход цемента сокращается в 1,5 — 2 раза, а прочность газобетона в воз­расте 2 сут в 3 — 5 раз превышает прочность газобетона, твердев­шего в течение 28 сут в нормальных условиях.

Пенобетон получают добавлением к бетонной смеси отдель­но приготовленной пены, обусловливающей образование ячеек. Пену готовят из воды и пенообразователя (клееканифольного, смолоса­понинового, алюмосульфонафтенового или синтетического) в ло­пастных пеновзбивателях или центробежных насосах. Для того что­бы пена не оседала, в нее вводят стабилизаторы — вещества, по­вышающие вязкость раствора пенообразователя (животный клей, жидкое стекло или сернокислое железо). Пену смешивают с бетон­ной смесью.

После получения однородной массы ее переносят в формы для отвердевания.

Пенобетонная технология по сравнению с газобетонной требу­ет большей выдержки перед тепловой обработкой для набора на­чальной прочности. Для сокращения времени выдержки в смесь добавляют ускорители твердения цемента.

Плотность ячеистых бетонов составляет от 300 до 1 200 кг/м3, а пористость — соответственно от 85 до 60 %. Снижение пористости в этих пределах ведет к увеличению класса по прочности на сжа­тие от ВО,35 до В12,5. От общей пористости и соотношения между объемами замкнутых и открытых пор зависят водопоглощение и морозостойкость, характеризуемая марками: F15, F25, F35, F50, F75, F100.

Чем выше пористость, тем ниже теплопроводность материала X, которая, однако, может возрасти при заполнении пор водой. Например, газобетон плотностью 600 кг/м3 в сухом состоянии имеет X = 0,14, а при влажности %%Х — 0,22 Вт/(м • К). Ячеистые бетоны применяются для легких армированных конструкций, та­ких как стеновые панели, плиты перекрытий, а также для конст­рукций без арматуры в качестве стеновых камней и теплоизоля­ционного материала.