Легкие бетоны на пористых заполнителях, в сравнении с ячеистыми бетонами, обладают более высокой прочностью при равной плотности, меньшей усадкой и ползучестью, что позволяет изготавливать крупноразмерные изделия.
При правильном назначении состава бетона обеспечивается первичная защита арматуры от коррозии без дополнительных затрат, апористость таких бетонов регулируется как на уровне заполнителя, так и на уровне растворной составляющей, что позволяет получать структуры, обладающие благоприятной для формирования микроклимата сорбционной влажностью. В связи с этим такие бетоны весьма перспективны для применения в наружных ограждающих конструкциях.
В связи с этим внимание исследователей давно акцентировано на возможности расширения сырьевой базы и производства новых пористых заполнителей, в частности, гравиеподобных, имеющих сплошную оболочку с закрытой пористостью, твердая фаза которых более чем на 90% находится в аморфизированном стекловидном состоянии (в дальнейшем – стекловидных). Большое содержание стеклофазы, полученной от введения в шихту искусственного или природного стекла, и равномерное распределение мелких пор правильной формы является общей особенностью заполнителей такого типа. По данным исследований прочностных показателей стеклофазы заполнителей, проведенных в НИИСМ им. С.А. Дадашева, фактическая прочность материала стенок пор в пористых заполнителях увеличивается в 2 – 2,5 раза при наличии в исходном сырье стеклофазы. Согласно теории, разработанной Онацким С.П. и Петровым Л. К.,повышенная прочность и низкаяплотность стекловидных заполнителей обеспечивается в период поризации и вспучивания кристаллических фаз, имеющихся в исходном сырье и в пиропластической массе. Кристаллические фазы в стеклофазе стенок пор заполнителей армируют их, создают жесткий каркас и повышают прочность заполнителей. Таким образом, стекловидные заполнители имеют повышенные прочностные и теплозащитные свойства и обеспечивают получение эффективных легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов с улучшенными показателями деформативно-прочностных и теплозащитных характеристик в сравнении с известными легкими бетонами на обжиговых заполнителях.
К стекловидным заполнителям с частично или полностью аморфизированной структурой зерна относятся: азерит, диолит, пеностеклогранулят (ПСГ), баротелит, пеностекло, вспученный туфоаргелитовый гравий (ВТГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ) и многие другие заполнители. Все большее распространение получают разработанные в настоящее время новые виды заполнителей этого класса - пеностекло и ПСГ.
Бетоны на гранулированном пеностекле, ПСГ из продуктов переработки стеклобоя и перлитовых пород, вспученном обсидиановом щебне изученыв работах Минского НИИСП, МИСИ им.В.В.Куйбышева, ГИСИ им. В.П.Чкалова, Донецкого ПромстройНИИпроекта,Армянского НИИСА, НИИЖБа и других. Полученные бетоны имели среднюю плотность 500 - 1300кг/м3 при прочности на сжатие от 2 до 15 МПа и коэффициентом теплопроводности 0,126–0,383 Вт/м0С
Подробно исследованы заполнители с аморфизированной структурой – стеклогрануляты (СГ),изготавливаемые на основе кремнесодержащих пород, такие как вспученный туфоаргеллитовый гравий (ВТГ), пеностеклогрануляты из отходов перлитового производства (ПСГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ). В общем, суть технологии производства перечисленных заполнителей заключается в расплавлении исходного минерального сырья, вспучивании расплава и быстром охлаждении в течение 30 – 60 мин. В качестве сырья могут быть использованы как искусственное, так и природное стекло, содержащиеся в кремнеземистых породах, таких как туфоаргеллиты, витрозиты, витрофиры, отходы перлитового производства и другие.
Основные свойства заполнителей по данным исследований Таблица 1.
Легкие бетоны, полученные на основе ПСГ и ВТГ, характеризуются наилучшими показателями «прочность–плотность» и превосходят, в частности керамзитобетон, особенно в области низких (до 700 кг/м3) и более высоких (свыше 1000 кг/м3) значений средней плотности бетона, на 10 - 20%. Прочность таких бетонов при марках по плотности D600 – D1000 составляет: на основе ПСГ – 3,2 - 14,2 МПа; на ВТГ – 3,1 - 13,9 МПа; на ВВГ – 1,7 - 14,0 МПа.
Использование бетонов на основе СГдает преимущества перед традиционными бетонами на обжиговых заполнителях (табл. 2). В соответствии с данными исследований, теплозащитная эффективность бетонов на стекловидных заполнителях в сравнении с керамзитобетоном составляет в зависимости от условий эксплуатации и средней плотности составляет: до 19% - для бетона на ПСГ; до 23% - для бетона на ВВГ и до 27% - длябетона на ВТГ, что объясняется высокой пористостью заполнителей и низкой сорбционной влажностью бетонов на их основе (см. рис. 1). По результатам исследований установлено, что бетоны на основе ПСГ, ВТГ и ВВГ обеспечивают защитныесвойства по отношению к арматуре.
Рис. 1 Зависимость коэффициента теплопроводности в сухом состоянии от средней плотности бетона (керамзитобетон, полистиролбетон, ячеистый бетон – по СП 23-101-2003).
Следует отметить, что производство стекловидных заполнителей может быть легко организовано на заводах по производству керамзитового гравия, насчитываемых в стране порядка 200, которые после реконструкции будут способны выпускать до 15 млн. м3 заполнителей в год.
В последние годы получены некоторые новые разновидности стекловидных заполнителей из осадочных кремнеземистых пород, стеклобоя и их смесей различного состава по технологии оплавления с щелочами, такие как порогран (контур), пороглас, неопорм и многие другие. Технологические особенности получения таких пеностеклогранулятов под общим названием «стеклопор» (СП) позволили получить заполнители с насыпной плотностью от 100 до 350 кг/м3 и прочностью при сжатии в цилиндре от 0,7 до 3 МПа.
В настоящее время открыто производство стеновых блоков теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона марки «Неопормбетон» на основепеностеклогранулята с насыпной плотностью 120 - 200кг/м3 и прочностью в цилиндре 0,7-3,0МПа. По данным исследований полученные конструкционно-теплоизоляционные бетоны плотностью D 400 - 1200 имеют класс по прочности на сжатие до В1,5 -В12,5, а коэффициент теплопроводности λ0 для бетона плотностью ρ 990, 750, 450кг/м3 составил 0,22, 0,19, 0,12Вт/м0С.
В результате применения легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на основе стекловидных заполнителей для ряда регионов страны возможно проектирование более технологичных однослойных наружных стенбез применения эффективных плитных утеплителей, обладающих высокими теплозащитными свойствами. При этом теплофизическая и гигрофизическая эффективность рассмотренных бетонов, в случае необходимости, обеспечит принятие рациональных проектных решений многослойных ограждающих конструкций в различных климатических условиях, например с применением пеностекол в качестве дополнительного утепления.
Таблица 1.5.2. Сводные тепло- и гидрофизические характеристики легкого бетона на основе ПСГ, ВТГ, ВВГ по данным и керамзитобетонапо данным.
В связи с этим внимание исследователей давно акцентировано на возможности расширения сырьевой базы и производства новых пористых заполнителей, в частности, гравиеподобных, имеющих сплошную оболочку с закрытой пористостью, твердая фаза которых более чем на 90% находится в аморфизированном стекловидном состоянии (в дальнейшем – стекловидных). Большое содержание стеклофазы, полученной от введения в шихту искусственного или природного стекла, и равномерное распределение мелких пор правильной формы является общей особенностью заполнителей такого типа. По данным исследований прочностных показателей стеклофазы заполнителей, проведенных в НИИСМ им. С.А. Дадашева, фактическая прочность материала стенок пор в пористых заполнителях увеличивается в 2 – 2,5 раза при наличии в исходном сырье стеклофазы. Согласно теории, разработанной Онацким С.П. и Петровым Л. К.,повышенная прочность и низкаяплотность стекловидных заполнителей обеспечивается в период поризации и вспучивания кристаллических фаз, имеющихся в исходном сырье и в пиропластической массе. Кристаллические фазы в стеклофазе стенок пор заполнителей армируют их, создают жесткий каркас и повышают прочность заполнителей. Таким образом, стекловидные заполнители имеют повышенные прочностные и теплозащитные свойства и обеспечивают получение эффективных легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов с улучшенными показателями деформативно-прочностных и теплозащитных характеристик в сравнении с известными легкими бетонами на обжиговых заполнителях.
К стекловидным заполнителям с частично или полностью аморфизированной структурой зерна относятся: азерит, диолит, пеностеклогранулят (ПСГ), баротелит, пеностекло, вспученный туфоаргелитовый гравий (ВТГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ) и многие другие заполнители. Все большее распространение получают разработанные в настоящее время новые виды заполнителей этого класса - пеностекло и ПСГ.
Бетоны на гранулированном пеностекле, ПСГ из продуктов переработки стеклобоя и перлитовых пород, вспученном обсидиановом щебне изученыв работах Минского НИИСП, МИСИ им.В.В.Куйбышева, ГИСИ им. В.П.Чкалова, Донецкого ПромстройНИИпроекта,Армянского НИИСА, НИИЖБа и других. Полученные бетоны имели среднюю плотность 500 - 1300кг/м3 при прочности на сжатие от 2 до 15 МПа и коэффициентом теплопроводности 0,126–0,383 Вт/м0С
Подробно исследованы заполнители с аморфизированной структурой – стеклогрануляты (СГ),изготавливаемые на основе кремнесодержащих пород, такие как вспученный туфоаргеллитовый гравий (ВТГ), пеностеклогрануляты из отходов перлитового производства (ПСГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ). В общем, суть технологии производства перечисленных заполнителей заключается в расплавлении исходного минерального сырья, вспучивании расплава и быстром охлаждении в течение 30 – 60 мин. В качестве сырья могут быть использованы как искусственное, так и природное стекло, содержащиеся в кремнеземистых породах, таких как туфоаргеллиты, витрозиты, витрофиры, отходы перлитового производства и другие.
Основные свойства заполнителей по данным исследований Таблица 1.
|
Основные свойства |
Заполнитель | ||
|
ПСГ |
ВВГ |
ВТГ | |
|
Насыпная плотность, кг/м3 |
170 – 300 |
350 – 450 |
300 – 450 |
|
Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа |
0,3 – 1,7 |
1,4 – 2,4 |
1,2 – 2,8 |
|
Водопоглощение, % по массе |
60 - 19 |
12 – 16,5 |
8 – 14 |
|
Морозостойкость, не менее циклов |
15 |
15 |
50 |
Легкие бетоны, полученные на основе ПСГ и ВТГ, характеризуются наилучшими показателями «прочность–плотность» и превосходят, в частности керамзитобетон, особенно в области низких (до 700 кг/м3) и более высоких (свыше 1000 кг/м3) значений средней плотности бетона, на 10 - 20%. Прочность таких бетонов при марках по плотности D600 – D1000 составляет: на основе ПСГ – 3,2 - 14,2 МПа; на ВТГ – 3,1 - 13,9 МПа; на ВВГ – 1,7 - 14,0 МПа.
Использование бетонов на основе СГдает преимущества перед традиционными бетонами на обжиговых заполнителях (табл. 2). В соответствии с данными исследований, теплозащитная эффективность бетонов на стекловидных заполнителях в сравнении с керамзитобетоном составляет в зависимости от условий эксплуатации и средней плотности составляет: до 19% - для бетона на ПСГ; до 23% - для бетона на ВВГ и до 27% - длябетона на ВТГ, что объясняется высокой пористостью заполнителей и низкой сорбционной влажностью бетонов на их основе (см. рис. 1). По результатам исследований установлено, что бетоны на основе ПСГ, ВТГ и ВВГ обеспечивают защитныесвойства по отношению к арматуре.
Рис. 1 Зависимость коэффициента теплопроводности в сухом состоянии от средней плотности бетона (керамзитобетон, полистиролбетон, ячеистый бетон – по СП 23-101-2003).
Следует отметить, что производство стекловидных заполнителей может быть легко организовано на заводах по производству керамзитового гравия, насчитываемых в стране порядка 200, которые после реконструкции будут способны выпускать до 15 млн. м3 заполнителей в год.
В последние годы получены некоторые новые разновидности стекловидных заполнителей из осадочных кремнеземистых пород, стеклобоя и их смесей различного состава по технологии оплавления с щелочами, такие как порогран (контур), пороглас, неопорм и многие другие. Технологические особенности получения таких пеностеклогранулятов под общим названием «стеклопор» (СП) позволили получить заполнители с насыпной плотностью от 100 до 350 кг/м3 и прочностью при сжатии в цилиндре от 0,7 до 3 МПа.
В настоящее время открыто производство стеновых блоков теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона марки «Неопормбетон» на основепеностеклогранулята с насыпной плотностью 120 - 200кг/м3 и прочностью в цилиндре 0,7-3,0МПа. По данным исследований полученные конструкционно-теплоизоляционные бетоны плотностью D 400 - 1200 имеют класс по прочности на сжатие до В1,5 -В12,5, а коэффициент теплопроводности λ0 для бетона плотностью ρ 990, 750, 450кг/м3 составил 0,22, 0,19, 0,12Вт/м0С.
В результате применения легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на основе стекловидных заполнителей для ряда регионов страны возможно проектирование более технологичных однослойных наружных стенбез применения эффективных плитных утеплителей, обладающих высокими теплозащитными свойствами. При этом теплофизическая и гигрофизическая эффективность рассмотренных бетонов, в случае необходимости, обеспечит принятие рациональных проектных решений многослойных ограждающих конструкций в различных климатических условиях, например с применением пеностекол в качестве дополнительного утепления.
Таблица 1.5.2. Сводные тепло- и гидрофизические характеристики легкого бетона на основе ПСГ, ВТГ, ВВГ по данным и керамзитобетонапо данным.
|
Вид легкого бетона |
Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии |
Расчетные значения коэффициентов теплопроводности |
Сорбционная влажность, %, для условий эксплуатации А и Б |
Коэффициент паропроница-емости |
Водопоглощение, % |
Морозостойкость | ||||||||
|
ρ (кг/м3) |
λ0 (Вт/м оС) |
ρ (кг/м3) |
λА (Вт/м оС) |
λБ (Вт/м оС) |
«А» |
«Б» |
ρ (кг/м3) |
μ, мг/мчПа |
ρ (кг/м3) |
по массе |
по объему |
класс бетона |
Марка по морозостойкости | |
|
на основе ПСГ |
600 |
0,16 |
600 |
0,18 |
0,21 |
3,0 |
8,0 |
600 |
0,175 |
700 |
26 |
18,2 |
В3,5 |
F75 |
|
800 |
0,22 |
700 |
0,21 |
0,25 |
800 |
0,115 |
800 |
21 |
16,8 |
В5 |
F75 | |||
|
1000 |
0,28 |
800 |
0,25 |
0,29 |
1000 |
0,085 |
900 |
17 |
15,3 |
В7,5 |
F75 | |||
|
900 |
0,28 |
0,33 | ||||||||||||
|
на основе ВТГ |
600 |
0,14 |
600 |
0,16 |
0,19 |
3,5 |
8,0 |
600 |
0,175 |
750 |
20,5 |
13,9 |
В3,5 |
F35 |
|
800 |
0,18 |
700 |
0,18 |
0,21 |
800 |
0,115 |
850 |
18,5 |
12,0 |
В5 |
F150 | |||
|
1000 |
0,22 |
800 |
0,21 |
0,24 |
1000 |
0,085 |
950 |
17,0 |
11,7 |
В7,5 |
F150 | |||
|
900 |
0,23 |
0,26 | ||||||||||||
|
на основе ВВГ |
600 |
0,14 |
600 |
0,17 |
0,20 |
5,0 |
10,0 |
600 |
0,175 |
750 |
18,5 |
15,4 |
В3,5 |
F75 |
|
800 |
0,20 |
700 |
0,20 |
0,24 |
800 |
0,115 |
800 |
15,0 |
15,7 |
В5 |
F75 | |||
|
1000 |
0,25 |
800 |
0,24 |
0,28 |
1000 |
0,085 |
900 |
13,0 |
16,2 |
В7,5 |
F75 | |||
|
900 |
0,28 |
0,32 | ||||||||||||
|
керам- зитобетон |
600 |
0,16 |
600 |
0,20 |
0,26 |
- |
- |
600 |
0,247 |
- |
- |
- |
В3,5 |
F35-F100 |
|
800 |
0,21 |
800 |
0,24 |
0,31 |
- |
- |
800 |
0,174 |
- |
- |
- |
В5 |
F50-F150 | |
|
1000 |
0,27 |
- |
- |
1000 |
0,133 |
- |
- |
- |
В7,5 |
F50-F200 | ||||