Проектирование состава поризованного легкого бетона на пористых заполнителях и определение некоторых факторов, влияющих на его свойства

Цель работы. Освоить расчетно-экспериментальный метод проектирования состава поризованноголегкого бетона на пористых заполнителях. Определить влияние вида и зернового состава заполнителя на водопотребность бетонной смеси и плотность, прочность бетона.

Общие сведения. Для улучшения теплофизических свойств легкого бетона на пористом заполнителе применяют поризацию растворной част бетона или заменяют ее поризованным цементным камнем, т. е. готовят легкий бетон на крупном пористом заполнителе без песка. К поризованным легким бетонам относят бетоны, содержащие более 600 л/м³ легкого крупного заполнителя, у которых объем воздушных пор составляет 5...25 %. Поризацию таких бетонов осуществляют либо предварительно приготовленной пеной, либо за счет введения газообразующих или воздухововлекающих добавок. Пеной поризуют только беспесчаные смеси, воздухововлекающими добавками – только смеси с песком, газообразующими добавками – смеси с песком и без песка. B зависимости от используемого заполнителя и способа поризации бетоны получают название: керамзитопенобетон, керамзитогазобетон, керамзитобетон с воздухововлекающей добавкой.

По сравнению с легким бетоном плотной структуры поризованный бетон имеет пониженные плотность и коэффициент теплопроводности. В нем можно использовать крупный заполнитель прерывного зернового состава, уменьшить или полностью исключить расход пористого песка, применить более тяжелый пористый заполнитель (без увеличения плотности бетона).

По сравнению с неавтоклавным ячеистым бетоном поризованный легкий бетон отличается значительно меньшим расходом вяжущего вещества, повышенным модулем деформации и долговечностью, меньшей усадкой. Поризованные легкобетонные смеси отличаются хорошей связанностью и удобоукладываемостью, и их применение значительно упрощает формование изделий, позволяет отказаться от пригруза при уплотнении смеси в процессе ее укладки вибрированием.

Прочность поризованного бетона может быть 5...10 МПа, а плотность — 700... 1400 кг/м3. Прочность и плотность бетона зависят от его структуры. Как правило, обжиговые пористые материалы (керамзит и др.) при одной и той же плотности имеют более высокую прочность, чем пористый раствор. Поэтому максимальное насыщение поризованного легкого бетона керамзитом (0,9...1,15 м³/м³) способствует повышению его прочности или снижению расхода цемента.

Для поризованного легкого бетона рационально применять цемент М400 и выше, так как это способствует уменьшению его расхода и тем самым понижению плотности бетона (цемент – наиболее тяжелая составляющая бетона).

Исходные данные

Марка (класс) бетона.

Удобоукладываемость бетонной смеси.

Характеристики цемента: наименование; активность (марка); истинная плотность, г/см³; насыпная плотность, кг/м³.

Характеристики крупного заполнителя: наименование; предельная крупность, мм; средняя плотность заполнителя в смеси фракций, определенная непосредственно в бетоне, кг/м³; насыпная плотность смеси фракций заполнителя уплотненной вибрацией и неуплотненной, кг/м³.

Характеристики мелкого заполнителя: средняя плотность (для пористого песка определяется в цементном тесте), кг/м³; насыпная плотность, кг/м³.

Аппаратура. Весы лабораторные по ГОСТ 24104. Цилиндры мерные для воды емкостью 500-1000 мл. Прибор для определения подвижности бетонной смеси по ГОСТ 10181 объемом 5,5 дм³. Формы- кубы с размерами ребер 100 мм для изготовления опытных образцов по ГОСТ 22685. Металлические линейки длиной не менее 400 мм и 200 мм по ГОСТ 427. Штыковка-металлический стержень диаметром 16 мм, длиной 650 мм с закругленным концом. Кельмы типа КБ по ГОСТ 9533. Емкости для взвешивания компонентов,  приготовления смеси фракций заполнителя и бетонной смеси. Виброплощадка лабораторная по ГОСТ 10181. Камера нормального твердения по ГОСТ 10180. Пресс по ГОСТ 28840. Кисть для нанесения смазки на формы типа КР-30. Цемент ГОСТ 10178. Пористый заполнитель высушенный фракций 0-5; 5-10; 10-20 мм по ГОСТ 9757. Смазка для форм (масло машинное).

Методика расчета. Состав поризованного керамзитобетона проектируют расчетно-экспериментальным способом с построением зависимостей прочности и средней плотности легкого бетона от расходов цемента и воздухововлекающей добавки.

Проектирование состава поризованного легкого бетона начинают с выбора материалов позволяющих получить бетон с заданной прочностью и требуемой средней плотностью бетонной смеси.

При выборе крупного пористого заполнителя можно использовать данные приведенные в таблице 9.1

 

Таблица 9.1

Рекомендуемые соотношения между марками крупных заполнителей, прочностью и средней плотностью бетона

 

Класс бетона	Минимальная средняя плотность поризованного бетона в сухом состоянии, кг/м^3, при марке заполнителя
	200	300	400	500	600	700	800	1000
В2,5	700/-	800/-	900/-	950/-	1100/-	-	-	-
В3,5	-	800/-	850/-	900/1050	1000/1150	1100/1200	-/1250	-
В5	-	850/-	900/-	950/1100	1050/1200	1150/1300	-/1350	-/1450
В7,5	-	-	1000/-	1050/1250	1100/1350	1200/1450	-	-/1550

 

Примечание: над чертой приведены показатели средней плотности поризованного бетона на плотном гравии, под чертой – на пористом гравии. Значения средней плотности указаны на дробленом керамзитовом песке или без песка; при использовании шлакового песка указанные величины средней плотности увеличивают примерно на 100 кг/м³, кварцевого песка – на 150 кг/м³.  

 

После выбора материалов и определения их основных характеристик, расчетно-экспериментальным способом подбирают исходный состав поризованного легкого бетона.

Расход цемента назначают по данным таблицы и расход воды ориентировочно по таблице 9.2.

Расход крупного заполнителя определяют по формуле:

 

                                      К = (0,90....1,05) ρ _н                                         (9.1)

 

где ρ _нк – насыпная плотность смеси фракций крупного заполнителя, кг/м³.

 

Расход мелкого заполнителя определяется по формуле:

 

                                      П = ρ _б – 1,15·Ц – К                                     (9.2)

 

где ρ _б – плотность поризованного бетона в сухом состоянии, кг/м³;

Ц, К – расходы соответственно цемента и крупного заполнителя, кг/м³;

1,15 – коэффициент учитывающий химически связанную воду.

 

Таблица 9.2

Ориентированный расход воды, принимаемый для изготовления легкого бетона с воздухововлекающими добавками

 

Крупный заполнитель	Вид песка	Ориентировочный расход воды, л/м^3, при
		осадке конуса, см		жесткости, с
		до 5	5-10	до 7-8	8-15
Гравий (керамзит)	Дробленый керамзитовый	210-240	240-260	200-230	170-200
	Шлаковый	190-220	220-240	180-210	150-170
	Кварцевый	170-190	200-230	160-190	150-170
Щебень	Дробленый пористый (из щебня)	240-270	270-230	230-270	200-230

 

Ориентировочный объем вовлеченного воздуха для получения поризованного бетона слитной структуры находят расчетным путем:

 

                            V_в = 0,1 (1000-(Ц/ ^ρ _ц +К/ ^ρ _к +П/ ^ρ _п +В))      (9.3)

 

где Ц, В, П, К – соответственно расходы цемента, воды, мелкого и крупного заполнителя, кг/м³;

   ρ _ц – истинная плотность цемента, кг/м³;

   ρ _п, ρ _к – средняя плотность соответственно мелкого и крупного заполнителя определенная в бетоне, кг/м³.

 

 

Таблица 9.3

Ориентировочный расход цемента марки 400 в бетонах, поризованными воздухововлекающими добавками

 

Класс бетона	Расход цемента, кг/м^3 бетона, при марке пористого щебня (гравия) кг/м^3
	200	300	400	500	600	700	800	1000
В2,5	230-260/-	220-230/-	210-220/230-260	210-240/210-220	-/190-220
В3,5	230-250/-	230-250/-	220-230/-	210-220/230-260	200-210/210-240		-/190-220
В5		250/280/-	230-250/-	220-230/-	210-220/230-260	200-210/-	-/210-240	-/190-220
В7,5			250-280/-	230-250/-	220-230/250-290	210-220/-	-/230-260	-/210-240

 

Расход воздухововлекающей добавки принимают по таблице 9.4 в зависимости от требуемого объема вовлеченного воздуха и вида мелкого заполнителя.

 

Таблица 9.4

Ориентировочный расход воздухововлекающих добавок при приготовлении поризованных легких бетонов (в процентах от массы цемента)

 

Микропенообразователь	Требуемый объем воздуховолечения, %	Вид песка
		Дробленый керамзитовый	Кварцевый	Шлаковый
ЦНИИПС-1 или абиетат натрия	4-8	0,02-0,1	0,04-0,15	0,05-0,15
	8-12	0,05-0,15	0,1-0,2	-
Гидролизованная кровь	4-8	0,3-1,0	0,5-1,5	1-2
	8-12	0,3-1,5	1,0-2,5	-

 

Определив расход материалов на 1 м³ бетонной смеси при принятом расходе цемента рассчитывают расход материалов еще для двух составов при расходе цемента на 20 % больше и меньше исходного.

Далее определяют расход материалов на опытный замес объемом V по формуле:

 

     Ц¹=ЦV/1000 В¹=ВV/1000 К¹=КV/1000 П¹=ПV/1000          (9.4)

 

где Ц, В, К, П – расход материалов цемента, воды, крупного и мелкого заполнителя на 1 м³ бетона, кг;

                Ц¹, В¹, К¹, П¹ – расход тех же компонентов на опытный замес, кг;

                V– объем опытного замеса, дм³.

 

Бетонную смесь изготавливают следующим образом в смоченный противень помещают сначала расчетное количество заполнителя и перемешивают примерно с третью расчетного количества воды в течении 0,5 мин. Затем добавляют вяжущее и остальную воду и перемешивают 1,5-2 минуты.

Пена изготавливается отдельно из раствора 10 % концентрации (при этом вода для приготовления раствора учитывается в общем расходе воды).

В приготовленную бетонную смесь полученная пена подается при одновременном перемешивании в течение 1-2 минут.

Из полученной смеси формуют образцы-кубы, при этом определяют подвижность бетонной смеси и ее плотность. Образцы твердеют в соответствии с ГОСТ 10180 и испытываются в установленные сроки.

Данные испытания опытных образцов сводятся в таблицу (см. приложение 6). По этим данным строятся зависимости прочности и плотности бетона от расхода цемента R_б=f(Ц), ρ _б=f(Ц) при принятом расходе добавки и определяют оптимальный состав.

Учитывая возможные колебания основных показателей поризованного бетона рекомендуется принимать расчетную среднюю плотность бетона на 2-5 % ниже, а прочность на 10-20 % выше, чем требуется по заданию.

Осн. литература: 3[307 – 311]

Доп. литература: 5[264 – 286]

Контрольные вопросы:

1. Отличия легкого бетона плотной структуры от поризованного бетона.

2. Какие бетоны относят к поризованным легким бетонам?

3. Как меняется средняя плотность поризованного бетона в сухом состоянии при различных марках заполнителя?

 

Лабораторная работа № 10