Широта и эффективность применения легких бетонов на пористых заполнителях в различных областях строительства связаны с развитием производства, совершенствованием технологии и повышением качества пористых заполнителей, в том числе из нетрадиционных сырьевых источников.
Пористые заполнители, используемые для изготовления легких бетонов, подразделяются на природные и искусственные. Природные получают путем дробления и рассева на фракции горных пород вулканического туфа, лавы, пемзы, известняка-ракушечника и других пористых горных пород.
Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья, а также отходами металлургической и химической промышленности - доменные, электротермофосфорные и топливные шлаки и золы ТЭС.
Поризованный бетон отличается от обычного плотного легкого тем, что содержит в цементном камне большое количество воздушных пор. Поризация позволяет снизить плотность и улучшить теплотехнические свойства легкого бетона на пористых заполнителях. Она полезна в случае, когда отсутствует пористый песок или свойства заполнителей не позволяют, получить легкий бетон заданной плотности.
В строительстве находит преимущественное применение поризованный керамзитобетон М35, 50, 75 и 100. Бетон марки 35 используется для устройства теплоизоляционного слоя многослойных ограждающих конструкций, бетон более высоких марок - для однослойных изделий.
Плотность поризованного керамзитобетона составляет 700-1400 кг/м3 Из поризованного керамзитобетона изготавливают стеновые панели и крупные блоки, совмещенные кровельные плиты и другие изделия. Для повышения плотности изделий, защиты арматуры от коррозии их покрывают отделочным слоем цементно-песчаного раствора или гидрофобными покрытиями. В зависимости от условий службы изделий нормируется их морозостойкость: для стеновых панелей и блоков, не подвергаемых систематическому увлажнению водой, назначается Мрз25, для цокольных панелей и блоков - Мрз35. При использовании изделий в условиях относительной влажности воздуха более 70% на их внутренние поверхности наносится защитное пароизоляционное покрытие и принимаются меры для защиты арматуры от коррозии.
Поризацию бетонной смеси осуществляют непосредственно в смесителе в процессе перемешивания исходных компонентов. Для поризации широко при меняют обычные воздухововлекающие добавки: омыленный древесный пек (ЦНИПС-1), смолу воздухововлекающую нейтрализованную (СНВ), омыленную канифоль и др. Добавки приготавливают в виде водных растворов определенной концентрации и дозируют с помощью специальных дозаторов.
При поризации легких бетонов максимальный объем вовлеченного воздуха достигает 12 %. На объем вовлеченного воздуха влияют вид и количество добавки, свойства заполнителей, условия и режим приготовления смеси. С увеличением содержания крупного пористогo заполнителя до определенного предела объем вовлеченного воздуха резко возрастает и тем в большей мере, чем мельче и легче зерна. Воздухововлечение увеличивается также с уменьшением плотности песка и снижением количества мелких и пылевидных зерен. С уменьшением крупности и повышением плотности песка размер воздушных пузырьков уменьшается, повышается их устойчивость. Оптимальными для поризации являются составы с минимальным количеством добавки, при которых достигается требуемое воздухововлечение и однородная структура поризованного раствора. Для лучшей поризации легких бетонных смесей применяют более интенсивное перемешивание, при котором уменьшается размер пузырьков и повышается стабильность смеси.
При объеме вовлеченного воздуха 12 % плотность керамзитобетона уменьшается на 100-150 кг/м3 при керамзитовом песке и на 200-250 кг/м3 при кварцевом. Воздухововлечение не только снижает плотность бетона, оно позволяет пластифицировать бетонные смеси и при объеме воздуха 8-12 % уменьшить расход воды на 30-40 л/м3.Поризация растворной составляющей легких бетонов способствует получению более связанной и нерасслаивающейся бетонной смеси.
Изготовляют М200 и выше и применяют в основном для конструкций покрытий и перекрытий гражданских и промышленных зданий, а также трехслойных стеновых панелей, балок, опор ЛЭП и других конструкций.
При его производстве желательно применение керамзита повышенной прочности. Обычно используют керамзит фракций 5-10 или 2,5-10 мм. При повышенной прочности керамзита применяют фракцию 5-20 мм. Для достижения минимальной межзерновой пустотности в ней желательно около 70% зерен 10-20 мм и 30% - 5-10 мм. Марка керамзита по прочности выбирается в зависимости от марки керамзитобетона. Для получения керамзитобетона, например М200, марка керамзита по прочности может быть в пределах П100-П250, а М400- марка керамзита П250-П350.
Для получения высокопрочного керамзитового гравия применяют глины с содержанием не более 70 % Si02, 12% А12Оз и 10%(Fе20з+FеО). По мере повышения в сырье содержания оксида алюминия улучшается его качество. Для увеличения в сырье содержания А12О3в шихту вводят добавки зол, тугоплавких глин. При необходимости вводят также железосодержащие добавки, а также катализаторы кристаллизации стеклофазы (двуокись титана, пирит и др.). Особенно важно при получении керамзита высокой прочности подобрать оптимальный режим обжига, обеспечивающий получение вспученного гравия без остаточных напряжений и с максимально закристаллизованной стеклофазой.
Керамзитобетон повышенной прочности приготавливают при низких значениях. В/Ц на высокопрочных цементах. Для уменьшения расхода воды применяют пластификаторы и суперпластификаторы.
Легкие бетоны М200-500 можно получать с использованием не только керамзитового гравия, но и щебня из аглопорита, шлаковой пемзы, а также естественных заполнителей из туфа, пемзы, вулканических шлаков и пористых известняков.
Крупнопористый бетон характеризуется полным или частичным отсутствием песка и ограниченным расходом цемента, достаточным лишь для обволакивания зерен крупного заполнителя тонким слоем цементного теста. Структура этого бетона отличается наличием открытых пор, образующихся из межзерновых пустот крупного заполнителя, не заполненных вяжущим веществом. Такая структура предопределяет особые свойства бетона: сравнительно небольшие плотность, прочность, но одновременно малую теплопроводность.
Крупнопористые легкие бетоны применяют для ограждающих конструкций, дренажей, фильтров и других элементов гидротехнических сооружений. Толщина стен из крупнопористого бетона уменьшается по сравнению с кирпичными в 1,5-2 раза, а масса 1 м2 стены - в 3-4 раза. Дренажи и фильтры из крупнопористого бетона примерно на 30% дешевле аналогичных конструкций из сыпучих материалов.
Для изготовления крупнопористого бетона желательно применять однофракционный заполнитель, прочность зерен которого в 1,5-2 раза превышает марку бетона. Причем предпочтение отдают природным и искусственным пористым заполнителям с низким модулем упругости, близким к модулю упругости цементного камня.
Для каждого состава крупнопористого бетона, отличающегося расходом цемента, существует оптимальное значение В/Ц, отклонения от которого снижают прочность в большей степени, чем для обычного бетона. В бетонной смеси с оптимальным В/Ц цементное тесто должно полностью обволакивать зерна заполнителя и не стекать с них при укладке бетона. Крупнопористый бетон укладывают в форму или опалубку легким трамбованием, штыкованием или кратковременным вибрированием, не вызывающим расслоение.
Плотность крупнопористого бетона составляет 400-1200 кг/мЗ.
Она определяется в основном плотностью заполнителя и расходом составляющих на 1 м3 бетона. Однофракционный заполнитель в среднем на 10% легче заполнителя с непрерывной гранулометрией. С увеличением крупности заполнителя плотность бетона также уменьшается. Прочность этого вида бетона при сжатии обычно не превышает 5-7 МПа и также как и обычного тяжелого прямо пропорциональна активности цемента. Увеличение количества цементного камня в крупнопористом бетоне сказывается положительно на прочность до тех пор, пока приводит к упрочнению контактов, соединяющих зерно заполнителей. Избыточное содержание цементного камня, находящегося в межзерновых пустотах, прочность бетона не увеличивает.
Крупнопористые бетоны имеют достаточно высокую морозостойкость, чему способствует наличие плотной оболочки цементного камня вокруг зерен заполнителя. При использовании различных заполнителей морозостойкость крупнопористого бетона достигает 50-100 циклов.
Ячеистый бетон — это особо легкий бетон с большим количеством (до 85% от общего объема бетона) мелких и средних воздушных ячеек размером до 1...1,5 мм. Пористость ячеистым бетонам придается: