Подбор состава легкого бетона

Существует несколько способов подбора составов легких бетонов. Назначение составов расчетным способом с помощью номограмм или по табличным данным допускается лишь для определения ориентировочного расхода материалов на 1м³ бетона (например, в проектных работах). При массовом производстве изделий и конструкций состав легкого бетона определяют только расчетно-экспериментальным методом, который приводится ниже.

При выборе легких пористых заполнителей для легких конструкционно-теплоизоляционных и конструкционных плотных бетонов следует руководствоваться данными табл. 25

Таблица 25

Рекомендуемые соотношения между марками пористого гравия и минимальной плотностью легких бетонов

 

Марка пористого гравия по ρнас	Класс бетона	Минимальная средняя масса сухого бетона, кр/м% в зависимости от вида мелкого заполнителя
пористого гравия	легкого бетона	вспученный перлит, до 450 кг/м^3	керамзитовый, до 700 кг/м^3	шлаковый, до 850 кг/м^3	из плотных пород, 1500 кг/м^3
	В1,5 В2,5				- -
	В1,5 В2,5 В3,5 В5				- - - -
	В2,5 В3,5 В5 В7,5 В10	-	-	-	- - - -
	В3,5 В5 В7,5 В10 В15	- -	- -	- -	- - -
	В3,5 В5 В7,5 В10 В15 В17,5 В22,5	- - - -	- - - -	- - - -	- - -
	В5,0 В7,5 В10 В15 В17,5 В22,5	- - - -	- - - -	- - - -	- -
	В10 В15 В17,5 В22,5	- - - -	- - - -	- - - -

 

Примечание. В качестве пористого заполнителя применяют керамзитовый или зольный гравий а также вспученный перлитовый песок. Дробленный мелкий заполнитель может быть частично или полностью заменен пылевидной золой ТЭС, если она не содержит примесей, отрицательно влияющих на физико-механические свойства легких бетонов.

 

При выборе вида и марки цемента следует руководствоваться нормативными и инструктивными документами и данными табл. 26, в которой учтены требования СН 386.

 

Таблица 26

Данные для выбора цементов при проектировании составов легких бетонов плотной структуры

 

Проектируемая марка бетона	Марка цемента	Проектируемая марка	Марка цемента
	рекомендуемая	допускаемая		рекомендуемая	допускаемая
50-100		200, 400-300 300-500 300-500			400-600 400-600

 

Расход цемента марки 400 для умеренно подвижных смесей с показателем жесткости 20—40 с для бетонов, подвергающихся тепловлажностной обработке (пропариванию, прогреву инфракрасными лучами, контактному прогреву, электропрогреву), а также твердеющих в нормальных температурно-влажностных условиях, ориентировочно назначают в соответствии с данными табл. 27 - 28 и уточняют путем испытания образцов, изготовленных из бетонов опытных замесов.

Таблица 27

Ориентировочный расход цемента марки 400 для конструкционно-теплоизоляционных бетонов плотной структуры (на пористом гравии)

 

Марка бетона	Расход цемента, кг/м^3, при марке пористого гравия
		350—400	450—500	550—600
	210-240 210-230	180—210 190—210 200—220 220—240	170—200 180—200 190—210 200-230 240-270	170—190 180-210 190—220 220—240	170—200 180-210 200—230	170-200 190-220

 

Примечания: 1. Расход цемента указан для легких бетонов на пористом гравии крупностью до 400 мм; при использовании гравия крупностью до 20 мм расход цемента уменьшают на 20-30 кг. 2. В качестве мелкого заполнителя предусмотрено использование керамзитового, аглопоритового, шлакового песка, золошлаковой смеси или грубодисперсной золы ТЭС; при использовании вспученного перлита расход цемента увеличивают на 30-50 кг.

Таблица 28

Ориентировочный расход цемента марки 400 в конструкционно-теплоизоляционных бетонах плотной структуры (на пористом щебне)

 

Марка бетона	Расход цемента, кг/м^3, при марке пористого щебня
	230—260 250—280 270—300 300—330	210—230 220—240 240—260 260—300 320—360	200—230 220—240 230—250 250-300 270-320	190—220 210—240 220—240 240-260 250—290	180—210 200—230 210—220 230—240 240—260

 

Примечания: 1. Расход цемента указан для пористого щебня крупностью до 40 мм. 2. В качестве мелкого заполнителя предусмотрено использование песка, полученного дроблением пористого щебня. При подборе состава бетона на конкретных заполнителях следует найти наименьший расход цемента, сопоставляя его с минимальным, принятым из условий коррозионной стойкости, морозостойкости, водонепроницаемости. При применении вяжущих другой активности расход их принимают с поправочным коэффициентом (табл. 29). Можно заменять часть портландцемента тонкомолотыми активными кремнеземистыми добавками: при пропаривании изделий -до 30%, при автоклавной обработке - до 50%. 3. Расход цемента, указанный в знаменателе, приведен для легких бетонов напористом щебне. Остальные значения приведены для легких бетонов на керамзитовом гравии класса А. 4. Расход цемента указан для бетонов на пористых заполнителях крупностью до 20 мм. 5. В качестве мелкого заполнителя из плотных пород предусмотрено использование песка средней крупности (Мк = 2}.

Общий расход крупного и мелкого заполнителя бетона может определяться из выражения:

3 = ρ₀ - 1,15*Ц, 14

где ρ₀ — требуемая средняя масса сухого бетона, кг/м³; Ц - расход цемента, кг/м³.

 

Таблица 29

Коэффициент изменения расхода цемента в зависимости от его марки

 

Марка цемента	Расход цемента, кг/м^3, при марке легкого бетона
25-50	75-100	150-200	250-300	350-400
	1,10	1,20	1,20	-	-
	1,05	1,10	1,20	1,25	-
	1,00	1,00	1,00	1,17	1,20
	0,96	0,94	0,90		1,17
	-	-	0,86	0,90

 

Ориентировочный расход крупного и мелкого заполнителей рассчитывают по данным табл. 30. Расход воды для получения легкого бетона заданной удобоукладываемости определяют подбором водосодержания на опытных замесах.

Таблица 30

Ориентировочный расход заполнителей и содержание песка в смеси в зависимости от назначения легкого бетона

Бетон	Расход цемента, кг/м^3	Суммарный расход крупного и мелкого заполнителей, м^3/м^3 бетона	Предельная крупность заполнителя, мм	Содержание песка в смеси заполнителей, % от объема, при использовании
пористого гравия	пористого щебня
Теплоизоляционный	До 175	1,45		20—25	25—35
			25—30	30—40
Конструкционно-теплоизоляционный	175—250	1,55		35—45	40—50
			40—50	45—55
			45—55	50—60
Конструкционный	250—400	1,6		40—50	45—55
			50—60	55—65

 

Примечание. Рекомендуется применять мелкий пористый заполнитель крупностью зерен до 1,2 мм.

Расход воды для первого замеса можно принимать по табл. 31 и 32. Определив ориентировочный состав легкого бетона плотной структуры, рассчитывают расход материалов на пробный лабораторный замес (10—15 л).

Таблица 31

Ориентировочный расход воды для легкобетонной смеси на сухом керамзитовом гравии (предельной крупностью зерен 20 мм) и песке средней крупности

 

Показатель удобоукладываемости керамзитобетонной смеси (осадка конуса. см, пли жесткость, с)	Расход воды, л/м^3, для керамзитобетона различных марок на песке
кварцевом	керамзитовом
90—100 с	176—190	165—180	155—170	210—225	200—215	180—190
60—80 с	185—200	175—190	165—180	225—240	215—235	190—205
30—50 с	195—210	185—200	175—190	250—270	240—260	205—225
15—25 с	205—220	195—210	185—200	275—300	265—290	230—250
3—5 см	215—230	205—220	195—210	300—325	290—315	255—280
6—8 см	225—240	215—230	205—220	325—350	315—340	270—305
9—12 см	235—250	225—240	215—230	350—375	340—365	295—330

 

Примечания: 1. Для керамзита с предельной крупностью зерен 10 мм расход воды, указанный в таблице, увеличивают на 20 л, а при предельной крупности 40 мм - уменьшают на 15 л. 2. При использовании мелкого песка или золы-уноса расход воды увеличивают на 20 л, а крупного песка - уменьшают на 10 л. 3. Приведенные данные относятся к керамзитобетону, содержащему 35-45 % песка от общего объема смеси заполнителей. При меньшем или большем содержании песка расход воды соответственно уменьшают или увеличивают на 1—1,5 л на каждый процент изменения содержания песка. 4. При использовании пуццолановых цементов или шлакопортландцементов, а также тонкомолотых добавок к портландцементу расход воды, указанный в таблице, увеличивают на 15-20 л. 5. При введении в бетонную смесь поверхностно-активных веществ расход воды для получения смеси заданной удобоукладываемости устанавливают опытным путем.

 

При изготовлении пробных замесов в сухую смесь материалов сначала подают воду в количестве, на 15% меньшем указанного в табл. 31 и 32. Тщательно перемешав смесь, определяют ее удобоукладываемость и при необходимости постепенно добавляют воду до получения бетонной смеси заданной подвижности, из которой изготовляют контрольные образцы, уплотняя их по заданному режиму. Одновременно определяют фактическую объемную массу свежее уплотненного бетона.

Таблица 32

Ориентировочный расход воды для легкобетонной смеси на пористом щебне крупностью до 20 мм

 

Показатель удобоукладываемости легкобетонной смеси	Расход воды, л/м^3, для бетона
на искусственном щебне (термозите) и пористом песке	на естественном щебне крупностью, мм
Осадка конуса, см	Жесткость, с
более 10	менее 10
5—10 1—3 - - - -	-   10—20 20—30 30-60 60—100	280—320 260—290 230—260 210—240 190—220	290—330 270—300 250—280 230—260 210—240	330—390 320—370-310—350 300-330 290—310

 

Примечания: 1. Расход воды указан для бетона на мелкопористых искусственных заполнителях. При использовании крупнопористых материалов его увеличивают на 30—60 л. 2. При уменьшении крупности зерен пористого щебня до 40мм расход воды увеличивают на 10—20 л, а при увеличении крупности зерен — уменьшают на 10—20л. 3. При замене пористого песка плотным расход воды уменьшают на 30—50 л. 4. Расход воды приведен для легкобетонных смесей на портландцементе. При использовании шлакопортландцемента или пуццоланового портландцемента его увеличивают на 15—20 л. 5. При введении в бетон поверхностно-активных добавок расход воды уменьшают на 10—15%.

Среднюю плотность бетонной смеси и сравнивают ее с теоретической, рассчитываемой по формуле

ρ_о.б. = ρ_о.c + (В – 0,15Ц) 15

где ρ_о.c. - заданная средняя плотность сухого бетона, кг/м³; В и Ц - расходы воды и цемента, кг/м³ бетона:

16

17

где - ц, в — расход цемента и воды на данный лабораторный замес, кг; ∑m — суммарный расход материалов (включая воду) на данный замес, кг; ρ_о.c — фактическая средняя масса уплотненной бетонной смеси, кг/м3.

Расход заполнителей определяют по формулам:

18

19

где щ₁, п₁ — расход крупного и мелкого заполнителей на один замес, кг. Состав легкого бетона при наименьшем расходе цемента окончательно уточняют, изготовляя и испытывая контрольные образцы из замесов нескольких серий, отличающихся от основного расходом цемента (на ±10%) и мелкого заполнителя (на ±15%). Для каждого из этих составов определяют оптимальное водосодержание (как указано выше) для получения бетонной смеси заданной подвижности, изготовляют контрольные образцы, которые должны твердеть по заданным режимам.

Правильность подбора состава и корректировочных расчетов проверяют, решая уравнения:

20

ρ_о.б.=П+Щ+1,5Ц 21

где ρ _ц — плотность цемента, кг/м³; р₀._п, ρ ₀._щ — плотность соответственно песка и щебня (гравия).

Составы легких бетонов неплотной структуры (с межзерновой пористостью) подбирают по такой же схеме, но с соответствующим уменьшением расхода мелкого заполнителя и воды, а иногда и цемента.

Удобоукладываемость смеси неплотных бетонов учитывают лишь для r=0,5V_пуст; при изготовлении бетонов с r<0,5V_пуст определяют только расслаиваемость смеси.

Плотность легкобетонной смеси жесткостью менее 60 с вычисляют после ее уплотнения в цилиндрическом металлическом сосуде вместимостью 5 л. Смеси жесткостью более 60 с или с неплотной структурой перед определением объемной массы следует уплотнять только в металлических формах (150 х 150 х 150, мм), предназначенных для изготовления образцов-кубиков.

Среднюю плотность бетонной смеси вычисляют по формуле как среднее арифметическое двух определений.

Расслаиваемость легкобетонной смеси определяют с помощью специального цилиндрического прибора. Закрепив прибор на виброплощадке, его заполняют на всю высоту (до верха насадки) бетонной смесью. Длительность вибрирования подвижных смесей (осадка конуса более 10 мм) должна быть равна 30 с, жестких - удвоенному показателю жесткости, но не более 2 мин. При удобоукладываемости смесей более 60 с виброуплотнение производят с пригрузом 4,5 кПа (45 кг/см²). Сняв насадку, срезают излишек бетонной смеси и определяют массу бетона отдельно в нижнем стакане и в верхнем цилиндре. Показатель расслаиваемости бетонной смеси в процентах

22

где т_г - масса смеси в нижнем стакане, в г; цилиндра, г.

Бетонную смесь признают удовлетворительной, если расслаиваемость не превышает 10%.

Предел прочности при сжатии легкого бетона на пористых заполнителях определяют на образцах размером 150 х 150 х 150 мм. Продолжительность уплотнения легкобетонной смеси жесткостью менее 60 с должна быть равна показателю жесткости смеси, увеличенному на 30 с. Смесь жесткостью более 60 с уплотняют с пригрузом 4,5 кПа (45 гс/см³) до прекращения оседания пуансона (пригруза) и появления цементного молока между насадкой и формой (но не более 2 мин).

В остальном методика испытания при определении предела прочности не отличается от методики, изложенной для тяжелого бетона.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

4.1. Общие требования

Строительные растворы начали применять еще несколько тысячелетий назад, например, при сооружении пирамид в Египте. Широко используют их и в настоящее время при возведении различных зданий и сооружений. Строительные растворы характеризуются большим разнообразием видов и могут быть классифицированы на группы в зависимости от плотности, вида вяжущего и назначения.

Строительным раствором называют рационально подобранную смесь, состоящую из неорганического вяжущего вещества, мелкого заполнителя (песка), воды и в некоторых случаях специальных добавок (органических или неорганических) и твердеющую после укладки. Строительные растворы называют также мелкозернистыми бетонами. Смесь этих материалов до затвердевания называют растворной смесью.

Строительные растворы классифицируют по следующим признакам:

- по объемной массе - обыкновенные (тяжелые) объемной массой: в сухом состоянии 1500 кг/м³ и более и легкие объемной массой менее 1500 кг/м³, изготовляемые обычно на легких мелких заполнителях;

- по виду вяжущих - цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, известково-гипсовые и пр.);

- по назначению - для каменных кладок и замоноличивания стыков крупноэлементных зданий,

- отделочные,

- специальные.

Для растворов установлены следующие марки по прочности:

- по прочности при сжатии в МПа (кгс/см²) - 0,4 (4); 1(10); 2,5 (25); 5 (50); 7,5 (75); 10 (100); 15 (150); 20 (200); 30 (300);

- по морозостойкости в циклах попеременного замораживания и оттаивания - 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300.

Марку раствора по прочности на сжатие устанавливают по результатам испытаний образцов-кубов размером 70,7 х 70,7 х 70,7 мм,- а на изгиб и сжатие - образцов-балочек размером 40 х 40 х 160 мм после 28 суток их твердения при 15…20° С.

По плотности в сухом состоянии растворы разделяют на тяжелые плотностью 1500 кг/м³ и более (для их изготовления применяют тяжелые кварцевые или другие пески) и легкие плотностью менее 1500 кг/м³ (заполнителями в них являются легкие пористые пески из пемзы, туфов, шлаков, керамзита и других легких мелких материалов).

По виду вяжущего вещества строительные растворы делят на: цементные(на портландцементе или его разновидностях); известковые(на воздушной или гидравлической извести); гипсовые(на основе гипсовых вяжущих веществ – строительного гипса, ангидритовых вяжущих); смешанные(на цементно-известковом, цементно-глиняном, известково-гипсовом вяжущем). Растворы, приготовленные на одном вяжущем, называются простыми, а на нескольких вяжущих – смешанными, или сложными.

Вяжущее выбирают в зависимости от назначения раствора, предъявляемых к нему требований, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации зданий и сооружений.

По назначению различают строительные растворы кладочные, применяемые для каменных кладок и монтажа стен из крупноразмерных элементов, отделочные, используемые для штукатурки, нанесения декоративных слоев на стеновые блоки и панели; специальные, обладающие особыми свойствами (гидроизоляционные, акустические, рентгенозащитные и т. д.).

Вяжущим для простых растворов служат портландцементы, пуццолановые портландцементы, шлакопортландцементы и специальные низкомарочные цементы, например песчаный портландцемент марки 200, а также известь и гипс. Для экономии гидравлических вяжущих и улучшения технологических свойств строительных растворов широко применяют смешанные вяжущие.

Известь в строительных растворах применяют в виде известкового теста или молока. Гипс используют главным образом в штукатурных растворах как добавку к извести.

Вода для затворения растворов не должна содержать веществ, оказывающих вредное влияние на твердение вяжущего вещества. Пригодной для затворения растворов является водопроводная вода.

В качестве мелкого заполнителя для тяжелых строительных растворов применяют кварцевые и полевошпатовые природные пески, а также пески, полученные дроблением плотных горных пород, для легких растворов – пемзовые, туфовые, шлаковые пески. Наибольший размер зерен песка не должен превышать 2,5 мм. Содержание в песке глинистых, илистых и пылевидных частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 10 %. В то же время песок признают пригодным для кладочных растворов, если в нем не содержится органических примесей.

С целью улучшения удобоукладываемости растворных смесей в их состав вводят пластифицирующие добавки. В качестве минеральной пластифицирующей добавки в цементные и известковые растворы используют глину в виде глиняного молока или тонкомолотого порошка. Кроме того, в растворы для той же цели вводят тонкомолотые гидравлические добавки – трепел, вулканический пепел и др. В качестве органических пластификаторов применяют СДБ, подмыльный щелок (ПМЩ), мылонафт и др.

В состав растворов, предназначенных для применения в зимних условиях, вводят ускорители твердения, а также добавки, снижающие температуру замерзания воды (хлористый кальций, хлористый натрий, поташ, нитрат натрия и др.).