Легкие бетоны различных видов плотностью 500... 1800 кг/м3 применяются в строительстве как материалы ограждающих (теплозащитных) и несущих, в основном изгибаемых, конструкций. Достигаемое при этом существенное снижение массы зданий и сооружений значительно улучшает практически все технико-экономические показатели индустриального строительства, поэтому объемы и область применения легких бетонов с каждым годом расширяются.
Необходимой базой для производства и применения легких бетонов являются пористые заполнители естественные, или природные (пемзы, туфы, опоки, ракушечники и т. п.), и специально изготовляемые (керамзит, шлаковая пемза, аглопорит и т. п.). Свойства легких бетонов, в значительной мере определяемые свойствами пористых заполнителей, можно изменять в широких пределах, используя и чисто технологические приемы. В этом отношении различают легкие бетоны плотной (слитной) структуры, поризованные и крупнопористые. Большую группу составляют ячеистые бетоны (без крупного заполнителя).
Легкие бетоны плотной структуры получают с использованием различных пористых материалов в качестве заполнителей, тщательно уплотняя (обычно вибрационным воздействием) бетонную смесь при формовании изделий. Геометрические параметры структуры мало отличаются от геометрических параметров структуры обычных бетонов (несколько выше содержание растворной части). Основные факторы прочности — активность цемента, величина В/Ц и прочность заполнителя. Для этих бетонов характерно высокое сцепление цементного камня и заполнителя (разрушение проходит через цементный камень или заполнитель). »
Шлакощелочные бетоны — новая группа бетонов, созданных в Киевском инженерно-строительном институте под руководством проф. В. Д. Глуховского. Основой этих бетонов являются гидравлические вяжущие вещества, получаемые тонким измельчением гранулированного шлака и затворением его растворами соединений щелочных металлов — натрия и калия. Для производства вяжущего используют доменные и электрофосфорные гранулированные шлаки; тонкость их помола характеризуется удельной поверхностью в пределах 3000...3500 см2/г. В качестве щелочного компонента используются сода кальцинированная, содощелочной плав, поташ, растворимое стекло (силикатный модуль менее 2), едкие щелочи, а также отходы производства, содержащие указанные веще-ства. Концентрация водных растворов по массе — 15...30%. Шла-кощелочное вяжущее может быть также получено совместным помолом шлака с малогигроскопичным щелочным компонентом, например кальцинированной содой, вводимой в количестве 5...7% массы шлака.
Бетоны на шлакощелочных вяжущих твердеют в естественных, воздушных и водных условиях, при пропаривании и других видах тепловой обработки. »
Бетоны на шлаковых вяжущих представляют группу бесцементных бетонов, твердеющих, как правило, в условиях пропаривания и автоклавной обработки. При их изготовлении используется гидравлическая активность шлаков черной и цветной металлургии, топливных шлаков и зол, которая проявляется при условии их тонкого измельчения (помола) с добавками активизаторов, например извести, портландцемента, гипса и т. д., которые вводят в количестве от 5 до 20% массы шлака. При тепловлажностной обработке таких композиций происходит гидратационное твердение, и бетоны на их основе приобретают прочность до 20 МПа при пропаривании и до 40 МПа при автоклавной обработке в зависимости от вида и расхода вяжущего, степени уплотнения смеси, свойств заполнителей и т. п. К наиболее активным относятся гранулированные (со стекловидной структурой) доменные шлаки с высоким содержанием в них оксида кальция. »
С целью экономии клинкерных цементов в строительстве широко применяют бетоны на основе бесклинкерных вяжущих. Производство таких бетонов базируется на использовании местных сырьевых материалов и отходов металлургической, химической и других отраслей промышленности, что дает не только технико-экономический эффект, но и способствует охране окружающей среды.
Силикатные бетоны представляют группу бесцементных бетонов автоклавного твердения на основе известково-кремнеземистого вяжущего и различных минеральных заполнителей.
Известково-кремнеземистое вяжущее — продукт совместного тонкого помола и гомогенизации смеси извести и кварцевого песка — при автоклавной обработке затвердевает в водостойкий камень, состоящий главным образом из гидросиликатов кальция разной основности и выполняющий роль цементирующего вещества. В качестве заполнителя обычно используется кварцевый песок. Такой мелкозернистый силикатный бетон отличается однородностью и монолитностью структуры, достаточно высокой прочностью. Использование крупного заполнителя не всегда экономически целесообразно, так как песок обычно дешевле и доступнее гравия или щебня.
Состав известково-песчаной смеси рассчитывают в основном экспериментальным методом, испытывая ряд составов с постепенным повышением содержания извести до тех пор, пока прочность силикатного бетона не начнет снижаться. »
Цементно-полимерные бетоны содержат в своем составе добавки водных дисперсий различных полимеров— латексов, винилацетата, винилхлорида, стирола, водорастворимых модификаций эпоксидных, мочевино формальдегидных и полиамидных смол. Полимер, вводимый вместе с водой затворения, по мере ее испарения при твердении бетона образует на внутренней поверхности пор и капилляров, а также на поверхности частиц твердой фазы тонкую пленку. Эта пленка способствует повышению сцепления между элементами структуры бетона, увеличивает ее монолитность и прочность, сопротивление бетона растягивающим напряжениям при изгибе, трещиностойкость, морозостойкость, водонепроницаемость и т. п. Водные условия твердения и эксплуатации нежелательны, так как снижают указанные свойства.
В зависимости от применяемого полимера его содержание в бетоне (полимерцементное отношение) колеблется в широких пределах и обычно устанавливается экспериментальным путем. Например, оптимальная добавка поливинилацетатной эмульсии (ПВА) составляет 20% массы цемента, а водорастворимых смол - примерно 2%. »
Из жаростойких бетонов выполняют специальные конструкции и сооружения, эксплуатируемые при высоких температурах.
Необходимым условием обеспечения стойкости бетона к действию высоких температур является применение жаростойких заполнителей (бой глиняного кирпича, отвальный доменный шлак, хромит и т. п.) и тонкомолотых добавок (молотые шамот, магнезитовый и обыкновенный глиняный кирпич, хромитовая руда, гранулированный доменный шлак и др.). Нельзя использовать заполнители, содержащие кварц, карбонатные породы и т. п. Вяжущим служит портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, жидкое стекло.
Наиболее высокую температуру — до 1700°С— выдерживает жаростойкий бетон на портландцементе с добавкой молотого хромита и магнезита, заполнителем служит хромит. Из бетона на глиноземистом цементе и хромитовом заполнителе выполняют конструкции, нагреваемые до 1400°С. Изделия из жаростойких бетонов на шлакопортландцементе могут эксплуатироваться при температуре ниже 700°С. При воздействии на конструкции высокой температуры (до 1400°С) и кислой агрессивной среды (при исключении воздействия воды или водяного пара) применяют жаростойкие бетоны на жидком стекле.
Декоративный бетон служит лицевым отделочным слоем железобетонных изделий и конструкций, преимущественно наружных стеновых панелей, полов и т. п. Декоративные свойства бетону придаются специальными вяжущими и заполнителями. В зависимости от тона декоративных поверхностей (темного или светлого) применяют обычный или белый портландцемент, а также цветные цементы. Состав декоративного бетона зависит от фактуры поверхности. Для получения терраццовой или мелкомозаичной фактуры в качестве заполнителя используют крупную каменную крошку из мрамора, гранита и т. п. Песок в таких случаях в состав смеси обычно не вводят. После тепловой обработки или естественного твердения производят зачистку, шлифовку или лощение поверхности. При этом обнажается мозаика, что и создает декоративный эффект.
Для получения фактуры, имитирующей естественный камень с грубооколотой, бугристой или шероховатой поверхностью, заполнителем бетона служит крупный песок или мелкая крошка из камня с размерами до 5 мм.
В качестве вяжущего рекомендуется применять гидрофобные цементы или вводить в обычные цементы гидрофобные пластифицирующие добавки, что уменьшает возможность появления на декоративной поверхности высолов; желательно также вводить активные минеральные добавки. »
Бетон для дорожного строительства должен удовлетворять специальным требованиям, вытекающим из особенностей его эксплуатации. Плиты дорожных покрытий работают в основном на изгиб, поэтому, кроме прочности при сжатии, контролируется и прочность при изгибе. В зависимости от климатических условий района строительства марка дорожного бетона по морозостойкости назначается от МрзЮО до Мрз200.
Состав бетонной смеси определяют расчетно-эксперименталь-ным способом в основном как и для обычного бетона, но рекомендуется некоторое увеличение песка в составе смеси (&Цзб = 1>3...1,7). Заполнители должны быть чистыми, промытыми, их морозостойкость должна быть не ниже требуемой для бетона. Минимальная прочность крупного заполнителя из изверженных пород—120 МПа, из осадочных — 80 МПа. Гранулометрический состав и наибольшая крупность заполнителей регламентируются ГОСТами. Для повышения удобоукладываемости бетонной смеси и морозостойкости бетона рекомендуется вводить добавки ПАВ (пластификаторы и регуляторы структуры).
Гидротехнический бетон наряду с требуемой прочностью должен обладать также достаточной водонепроницаемостью и стойкостью к длительному действию воды, а в зоне переменного уровня воды — и высокой морозостойкостью.
Марки гидротехнического бетона по прочности на сжатие, определяемые испытанием стандартных образцов в возрасте 180 сут нормального твердения, — М75, М100, М150, М200, М250, М300, М400, М500; по водонепроницаемости — В2, В4, В6, В8; по морозостойкости — Мрз50, МрзЮО, Мрз150, Мрз 200, МрзЗОО.
Состав гидротехнического бетона рассчитывают на основе зависимостей, принятых для обычного тяжелого бетона, предусматривая специальные меры и ограничения в отношении водостойкости, водонепроницаемости и морозостойкости заполнителей, плотности структуры бетона и правильного выбора вяжущего. Допускается применение портландцемента, пуццоланового и шлакового портландцемента, сульфатостойкого цемента. Рекомендуется применять низкоалюминатные белитовые цементы.
Мелкозернистый бетон применяют для изготовления тонкостенных конструкций (оболочек, сводов и т. п.). Наибольшая крупность заполнителя — 10 мм. Для снижения расхода цемента подбирают оптимальные гранулометрический состав смеси заполнителей различных фракций и показатели их качества (не должно быть загрязняющих примесей, слабых и вредных включений и т. д.). Обычно используют две фракции мелкого щебня (2,5...5 мм и 5... 10 мм) и природный чистый песок с модулем крупности до 2,5. Для снижения В/Ц применяют пластифицирующие добавки. »
Высокопрочные бетоны применяют обычно для несущих конструкций эффективных сечений и с предварительным натяжением арматуры. К ним относятся бетоны марок М600...М800 и выше, обычно их прочность равна или выше активности применяемых цементов.
Высокопрочный бетон имеет более совершенную структуру цементного камня, высокую прочность сцепления его с заполнителями, которые должны отличаться не только высокой прочностью и чистотой, но и оптимальным гранулометрическим составом. Толщина прослоек цементного камня между зернами прочных и плотных заполнителей должна быть как можно меньше, что достигается эффективным уплотнением смеси.
Как уже отмечалось, вибрационная обработка смеси не только способствует улучшению ее формуемости и уплотнению макроструктуры бетона, но и активизирует цементное тесто, совершенствует микроструктуру цементного камня, особенно если это воздействие осуществлять с учетом стадийных переходов его структуро-образования. Получение высокопрочных бетонов должно также базироваться на современных представлениях о влиянии условий твердения бетона, в частности при тепловой обработке. »