При проектировании бетонных и железобетонных элементов конструкций в зависимости от их назначения и условий работы следует дует устанавливать показатели качества ячеистого бетона, основными из которых являются:
- класс бетона по прочности на сжатие;
- марка по морозостойкости;
- марка по средней плотности.
Прочность автоклавного и неавтоклавного бетонов характеризуют классами по прочности на сжатие в соответствии с ГОСТ 25485 и ГОСТ 31359 [18, 22]: BO,35; B0,5; B0,75; Bl; B1,5; B2; B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B17,5; B20.
Для конструкций, запроектированных без учета требований СНиП 52-01-2003 [34], показатели прочности бетона на сжатие характеризуются марками: M7,5; M10; М15; M25; M35; M50; M75;M100; M150; M200.
В силу специфики образования пористой структуры ячеистые бетоны обладают анизотропией основных свойств. Предел их прочности при сжатии перпендикулярно направлению вспучивания на 15…25 % выше предела прочности образцов, испытанных нагрузкой, параллельной направлению вспучивания. Поэтому образцы ячеистых бетонов следует испытывать в соответствии с положением изделий в конструкции.
Средняя плотность ячеистого бетона характеризуется марками по плотности, определяемыми по ГОСТ 27005 [19]: По показателям средней плотности назначают следующие марки бетонов в сухом состоянии: D200; D250; D300; D350; D400; D450; D500; D600; D700; D800; D900; D1000; D1100; D1200.
Взаимосвязь между средними значениями прочностных характеристик материала и его средней плотностью показана в табл. 1.
- класс бетона по прочности на сжатие;
- марка по морозостойкости;
- марка по средней плотности.
Прочность автоклавного и неавтоклавного бетонов характеризуют классами по прочности на сжатие в соответствии с ГОСТ 25485 и ГОСТ 31359 [18, 22]: BO,35; B0,5; B0,75; Bl; B1,5; B2; B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B17,5; B20.
Для конструкций, запроектированных без учета требований СНиП 52-01-2003 [34], показатели прочности бетона на сжатие характеризуются марками: M7,5; M10; М15; M25; M35; M50; M75;M100; M150; M200.
В силу специфики образования пористой структуры ячеистые бетоны обладают анизотропией основных свойств. Предел их прочности при сжатии перпендикулярно направлению вспучивания на 15…25 % выше предела прочности образцов, испытанных нагрузкой, параллельной направлению вспучивания. Поэтому образцы ячеистых бетонов следует испытывать в соответствии с положением изделий в конструкции.
Средняя плотность ячеистого бетона характеризуется марками по плотности, определяемыми по ГОСТ 27005 [19]: По показателям средней плотности назначают следующие марки бетонов в сухом состоянии: D200; D250; D300; D350; D400; D450; D500; D600; D700; D800; D900; D1000; D1100; D1200.
Взаимосвязь между средними значениями прочностных характеристик материала и его средней плотностью показана в табл. 1.
Зависимость прочности ячеистых бетонов от их средней плотности и вида вяжущего (по данным В. Д. Глуховского) [27]
Стабильность показателей ячеистых бетонов по плотности и прочности на сжатие характеризуется коэффициентами вариации, которые определяются в соответствии с требованиями ГОСТ 18105 и ГОСТ 27005 [12, 19]. Средние значения межпартионных коэффициентов вариации бетонов не должны превышать значений; по плотности - 5 %; по прочности на сжатие - 15 %.
В случае ячеистых бетонов, предназначенных для изготовления ограждающих изделий и конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, контролируют марки по морозостойкости: F15; F25; F35; F50; F75; F100, определяемые по ГОСТ 25485 [18].
Марку по морозостойкости ячеистых бетонов конкретных видов изделий устанавливают в нормативных или технических документах на эти изделия и назначают по нормам строительного проектирования в зависимости от режима эксплуатации изделий и расчетных зимних температур наружного воздуха в районе строительства.
Морозостойкость зависит, в основном, от характера структуры силикатного камня и от вида применяемого вяжущего. Как правило, морозостойкость ячеистых бетонов превышает 25 циклов. Она может меняться в значительных пределах от 35 до 200 и более циклов попеременного замораживания и оттаивания и зависит не только от характеристик пористой структуры, но и от качества структуры синтезируемого силикатного камня межпорового материала и влагосодержания.
Усадочные деформации ячеистых бетонов обусловлены, главным образом, действием капиллярных сил и уходом межкристаллической воды силикатного камня.
Усадка при высыхании ячеистых бетонов, определяемая по ГОСТ 25485, не должна превышать, мм/м:
0,5 - для автоклавных конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов, изготовленных на кварцевом песке;
0,7 - для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов, изготовленных на других видах кремнеземистых компонентов;
3,0 - для не автоклавных конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов, изготовленных на кварцевом песке.
Для автоклавных бетонов марок по средней плотности D300, D350 и D400 и не автоклавных бетонов по средней плотности D400 и D500 усадка при высыхании не нормируется.
Снижение усадочных деформаций и повышение трещиностойкости ячеистых бетонов достигается тщательным подбором оптимальной гранулометрии кремнеземистого компонента (заполнителя), назначением рациональных режимов тепло влажностной обработки, соотношением компонентов сырьевой массы.
Теплопроводность, паро- и воздухопроницаемость относится к определяющим строительно-эксплуатационным свойствам ячеистых бетонов и в основном являются функцией их средней плотности и влажности.
Коэффициент теплопроводности ячеистого бетона в сухом состоянии и коэффициент паропроницаемости в зависимости от марки по средней плотности по ГОСТ 25485 приведены в табл. 2.
В случае ячеистых бетонов, предназначенных для изготовления ограждающих изделий и конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, контролируют марки по морозостойкости: F15; F25; F35; F50; F75; F100, определяемые по ГОСТ 25485 [18].
Марку по морозостойкости ячеистых бетонов конкретных видов изделий устанавливают в нормативных или технических документах на эти изделия и назначают по нормам строительного проектирования в зависимости от режима эксплуатации изделий и расчетных зимних температур наружного воздуха в районе строительства.
Морозостойкость зависит, в основном, от характера структуры силикатного камня и от вида применяемого вяжущего. Как правило, морозостойкость ячеистых бетонов превышает 25 циклов. Она может меняться в значительных пределах от 35 до 200 и более циклов попеременного замораживания и оттаивания и зависит не только от характеристик пористой структуры, но и от качества структуры синтезируемого силикатного камня межпорового материала и влагосодержания.
Усадочные деформации ячеистых бетонов обусловлены, главным образом, действием капиллярных сил и уходом межкристаллической воды силикатного камня.
Усадка при высыхании ячеистых бетонов, определяемая по ГОСТ 25485, не должна превышать, мм/м:
0,5 - для автоклавных конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов, изготовленных на кварцевом песке;
0,7 - для конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов, изготовленных на других видах кремнеземистых компонентов;
3,0 - для не автоклавных конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных бетонов, изготовленных на кварцевом песке.
Для автоклавных бетонов марок по средней плотности D300, D350 и D400 и не автоклавных бетонов по средней плотности D400 и D500 усадка при высыхании не нормируется.
Снижение усадочных деформаций и повышение трещиностойкости ячеистых бетонов достигается тщательным подбором оптимальной гранулометрии кремнеземистого компонента (заполнителя), назначением рациональных режимов тепло влажностной обработки, соотношением компонентов сырьевой массы.
Теплопроводность, паро- и воздухопроницаемость относится к определяющим строительно-эксплуатационным свойствам ячеистых бетонов и в основном являются функцией их средней плотности и влажности.
Коэффициент теплопроводности ячеистого бетона в сухом состоянии и коэффициент паропроницаемости в зависимости от марки по средней плотности по ГОСТ 25485 приведены в табл. 2.
Коэффициент теплопроводности ячеистого бетона в сухом состоянии и коэффициент паропроницаемости в зависимости от марки по средней плотности
Отпускная влажность ячеистобетонных изделий и конструкций не должна превышать, % массы:
25 - на основе песка;
35 - на основе зол и других отходов производства.
Акустические свойства ячеистых бетонов достаточно высокие, они обладают звукопоглощающей и звукоизолирующей способностью.
Для звукоизоляционных материалов коэффициент поглощения звука в диапазоне частот 125…500 Гц должен быть не менее 0,4, а в диапазоне частот 2000…8000 Гц - не менее 0,6.
Звукопоглощение в материалах с порами малого диаметра и жесткой структурой, к которым относятся ячеистые бетоны, достигается за счет того, что звуковая волна, отражаясь от стенок пор, приводит в хаотическое движение воздух, находящийся в них, в результате чего его движение замедляется и часть энергии звуковой волны переходит в тепловую. Увеличение средней плотности материала отрицательно влияет на эти характеристики. Лучшими показателями обладают материалы, имеющие сопротивление по отношению к падающей звуковой волне, близкое к удельному сопротивлению воздуха, т. е. они должны быть пористыми. Поэтому повышению степени звукопоглощения способствует уменьшение средней плотности и диаметра пор материала.
Огнестойкость ячеистых бетонов высокая и связана с их негорючестью и хорошими теплоизолирующими свойствами. Она превышает огнестойкость тяжелых цементных бетонов. На материале в течение четырехчасового воздействия огня не отмечено видимых разрушений. При соприкосновении с водой нагретая поверхность разрушается незначительно. Так, прочность пенобетона со средней плотностью 700…800 кг/м3 падает на 20 % при температуре 500 °С, а при нагревании до температуры 800 °С - до 50 %.
Температуростойкость ячеистых бетонов невысокая. Предельные температуры применения изделий из ячеистых бетонов могут быть приняты примерно 400 °С. При более высоких температурах начинается дегидратация цементного камня и резко понижается прочность бетонов. Разрушающим фактором пеносиликата при высоких температурах является переход кремнезема песка из одной модификации кварца в другую (при 575 °C), что сопровождается увеличением объема кварца и образованием трещин в бетоне.
Введение в состав цементных пенобетонов тонкомолотого огнеупорного микронаполнителя (золы-уноса, цемянки, шамота, доменного шлака и др.) способствует улучшению жароупорных свойств.
Материал в этом случае может выдерживать длительное воздействие температур до 800 °С. Кроме высокой температуростойкости, такие жароупорные ячеистые бетоны обладают достаточной прочностью.
Повышение качества ячеистого бетона по показателям прочности, морозостойкости, теплопроводности и другим свойствам может быть достигнуто в результате:
• оптимизации состава сырьевой смеси;
•повышения гомогенности ячеистобетонной смеси;
•получения рационального состава цементирующих образований путем регулирования химической активности компонентов сырьевой смеси и параметров тепловой обработки;
•применения эффективных способов формования;
• уменьшения водотвердого отношения и др., обеспечивающих улучшение структуры ячеистого бетона и прочности межпорового вещества.
25 - на основе песка;
35 - на основе зол и других отходов производства.
Акустические свойства ячеистых бетонов достаточно высокие, они обладают звукопоглощающей и звукоизолирующей способностью.
Для звукоизоляционных материалов коэффициент поглощения звука в диапазоне частот 125…500 Гц должен быть не менее 0,4, а в диапазоне частот 2000…8000 Гц - не менее 0,6.
Звукопоглощение в материалах с порами малого диаметра и жесткой структурой, к которым относятся ячеистые бетоны, достигается за счет того, что звуковая волна, отражаясь от стенок пор, приводит в хаотическое движение воздух, находящийся в них, в результате чего его движение замедляется и часть энергии звуковой волны переходит в тепловую. Увеличение средней плотности материала отрицательно влияет на эти характеристики. Лучшими показателями обладают материалы, имеющие сопротивление по отношению к падающей звуковой волне, близкое к удельному сопротивлению воздуха, т. е. они должны быть пористыми. Поэтому повышению степени звукопоглощения способствует уменьшение средней плотности и диаметра пор материала.
Огнестойкость ячеистых бетонов высокая и связана с их негорючестью и хорошими теплоизолирующими свойствами. Она превышает огнестойкость тяжелых цементных бетонов. На материале в течение четырехчасового воздействия огня не отмечено видимых разрушений. При соприкосновении с водой нагретая поверхность разрушается незначительно. Так, прочность пенобетона со средней плотностью 700…800 кг/м3 падает на 20 % при температуре 500 °С, а при нагревании до температуры 800 °С - до 50 %.
Температуростойкость ячеистых бетонов невысокая. Предельные температуры применения изделий из ячеистых бетонов могут быть приняты примерно 400 °С. При более высоких температурах начинается дегидратация цементного камня и резко понижается прочность бетонов. Разрушающим фактором пеносиликата при высоких температурах является переход кремнезема песка из одной модификации кварца в другую (при 575 °C), что сопровождается увеличением объема кварца и образованием трещин в бетоне.
Введение в состав цементных пенобетонов тонкомолотого огнеупорного микронаполнителя (золы-уноса, цемянки, шамота, доменного шлака и др.) способствует улучшению жароупорных свойств.
Материал в этом случае может выдерживать длительное воздействие температур до 800 °С. Кроме высокой температуростойкости, такие жароупорные ячеистые бетоны обладают достаточной прочностью.
Повышение качества ячеистого бетона по показателям прочности, морозостойкости, теплопроводности и другим свойствам может быть достигнуто в результате:
• оптимизации состава сырьевой смеси;
•повышения гомогенности ячеистобетонной смеси;
•получения рационального состава цементирующих образований путем регулирования химической активности компонентов сырьевой смеси и параметров тепловой обработки;
•применения эффективных способов формования;
• уменьшения водотвердого отношения и др., обеспечивающих улучшение структуры ячеистого бетона и прочности межпорового вещества.
3D проектирование завода АГБ