|
Статьи→Строительные материалы
Физические свойства бетона
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ
Объемный вес ячеистого бетона является одной из важнейших его характеристик в значительной мере определяет и другие физико-механические свойства. Объемный вес ячеистого бетона зависит от удельного веса строительного раствора межлоровых стенок, коли¬чества пор (пустот), образовавшихся в результате введе¬ния в строительный раствор пустотообразователя (пены или газа) и от водовяжущего отношения. Чем больше при изготовлении смеси введено газа (пены) и чем выше ее водовяжущее отношение, тем меньше объемный вес ячеистого бетона.
Для ограждающих конструкций зданий (наружных степ, покрытий), которые должны обеспечивать доста¬точную теплоизоляцию, целесообразно применять ячеи¬стые бетоны малого объемного веса, а для межквартир¬ных перегородок и межэтажных перекрытий, где требу¬ется повышенная звукоизоляция, — большего объемного веса.В насюящее время ячеистые бетоны изготовляют объ¬емным весом в сухом состоянии ус =300 -f- 1200 кг м3. По области применения их подразделяют на следующие группы:
теплоизоляционные — объемным весом от 300 до 400 кг м3;
конструк гивпо-теплоизоляционные — объемным весом от 500 до 900 кг м3;
конструктивные — объемным чесом от 1000 до 1200 кг м3.
Приведенные значения объемного веса ус являются средними, отклонения от этих зна сний не должны пре¬вышать ±50 кг м3.
В нормативных документах кроме средних значений ус ячеистых бетонов (иногда необоснованно называемых максимальными) приведены необходимые для проекти¬рования зданий нормативные значения объемного ве¬са у„, учитывающие сстсстпснпую влажность бетона в момент отпуска с завода, которая достигает 15—25% и более, и ориентировочный вес армг~уры в изделиях.
Кроме того, ячеистые батоны делятся пп классы Л н. К классу Л относятся ячеистые бетоны автоклавного твердения, а к классу Б — безавтоклавного, а также ав¬токлавного твердения, но изготовленные на заводах, где технология производства недостаточно освоена. Подраз¬деление ячеистых бетонов на классы определяется куби-ковой прочностью бетона при заданном объемном весе (см. ниже).Нормативные значения объемного веса ячеистых бетонов, используемые для определения собственного ве¬са конструкций при их расчете на прочность и жесткость.Удельный вес межпоровой стенки ячеистых бето¬нов Yy меняется в зависимости от исходных материалов в пределах от 2000 до 2700 кг м3. Для отечественных яче¬истых бетонов на золе Yy—2000 кг м3, а на кварцевом песке — 2700 кг м3 [30, 49]; для шведских ячеистых бе¬тонов Yy—2500 кг м3 [88]; для венгерских Yy—2350-н-- — 2650 кг м3 [70].
Плотность, пористость и структура. Строительные свойства ячеистых бетонов в значительной степени определяются относительной плотностью или по¬ристостью материала.Пористость количественно onpt г.еляется объемом пор в единице объема ячеистого бетона.
Показатели мнимой пористости зависят от способа насыщения ячеистого бетона водой (погружение в холод¬ную воду, кипячение в воде и т. д.).
Для данного вида ячеистого бетона показатель откры¬той пористости по величине всегда меньше истинной по¬ристости. Замкнутая пористость может быть определена как разность истинной и открытой пористости:
Структура ячеистого бетона ие однородна. Затвердев¬ший ячеистый бетон состоит из замкнутых или открытых макропор и межпоровых стенок, содержащих в свою оче¬редь микропоры и микрокапилляры. На строительные свойства ячеистого бетона оказывают большое влияние размеры пор и их однородность, толщина и свойства межпоровых стенок.В структуре отечественных ячеистых бетонов макро¬поры имеют круглую и эллиптическую неправильную форму с рваными краями; часто встречаются цепочки из 2—3 пор длиной 5—6 мм [49]. Структура шведских ячеистых бетонов состоит из круглых закрытых макро-пор диаметром 0,5—1,55 мм, разделенных межпоровыми стенками; межпоровые стенки пронизаны микропорами, имеющими диаметры, меньшие, чем макропоры [88]. Микропоры, как правило, являются открытыми и обес¬печивают связь между макропорами.Исследования показали, что прочность бетона зави¬сит не только от численной величины пористости, но и от равномерности распределения пор по сечению.толщины и прочности межпоровых стенок, однородноегитюр и сте¬нок. Можно полагать, что прочность ячеистого бетона при сжатии выше у тех образцов, у которых структура более равномерная.
Из приведенных данных видно, что нельзя установись четкой зависимости между прочностью при сжатии конт¬рольных образцов-кубов и средним размером макропор dcP. В наших образцах размеры макропор колебались от 0,188 до 0,736 мм, причем меньшему размеру макропор не всегда соответствовала большая прочность при сжатии.Основной причиной, из-за которой не было выявлено влияние размера макропор на прочность контрольных образцов-кубов при сжатии, по нашему мнению, следует считать неравнопрочность межпоровых стенок.Коэффициент изменчивости Cdv в наших опытах дчя отдельных образцов колебался от 0,48 до 0,88, составляя в среднем 0,67. Хотя меньшим значениям С*, как это видно из табл. 12, в ряде случаев соответствуют большие значения прочности, все же установить четкой зависимо¬сти между С% и Rc не удалось. Так, были случаи, когда при близких величинах Сйь значения R резко отлича¬лись.
Ячеистые бетоны, изготовленные по вибротехнологии, имеют более равномерное распределение пор. Г. Я. Кун-нос [40] установил, что уменьшение Cdv для вибрированного газобетона в 1,75 раза, по сравнению с обычным газобетоном, приводит к повышению прочности при сжа¬тии вибрированного бетона примерно в 2 раза.По данным А. П. Меркнна н Л. П. Филина, коэффи¬циент изменчивости диаметра пор Cd0 вибрированного газосиликата в 1,6 раза меньше, чем обычного, поэтому прочность при сжатии вибрированного газосиликата в 1,5 раза больше. А. П. Филин установил также, что с увеличением диаметра и изменчивости размеров макро¬пор уменьшается прочность при сжатии ячеистого бе¬тона.Большинство работ, проведенных в области иссле¬дования структуры ячеистого бетона, было направлено на выявление размера и однородности макропор и их влияния на прочность этого материала. Однако макро¬поры не оказывают решающего влияния на несущую спо¬собность ячеистого бетона, н в связи с этим в последние годы больше внимания начали уделять прочности и де-формативности межпоровых стенок-мембран, которые воспринимают все внешние воздействия (усилия).Исследования В. А. Пинскера [61] показали, что проч¬ность при сжатии ячеистого бетога не зависит от диамет¬ра пор, но связана с равномерностью их распределения; он также указывает на влияние сопротивления растяже¬нию межпоровой стенки на поочностные показатели ячеистого бетона.А. Т. Барановым и К. И. Бахтияровым показано, что прочность ячеистого бетона зависит от качества межпу¬стотного материала и пористой структуры ячеистого бе¬тона [6].К. Э. Горяйнов [23] отмечает большое влияние межпо¬ровых стенок-мембран на показатели прочности ячеисто¬го бетона.В ЦНИИСК и НИИЖБ для выбранных 10 образцов (см. табл. 12) были вычислены линейным способом тол¬щины межпоровых стенок бсТ и величины изменчивости их размеров. Значения толщин межпоровых стенок, их средних квадратических отклонений (Те и коэффициеп-
тов вариации С„ст, вычисленных по формулам, анало¬гичным формулам (15) — (17), приведены в табл 13. Как видно нз этих данных, толщины межпоровых стенок в среднем колеблются от 0,16 до 0,6 мм; в отдельных об¬разцах межпоровыс стенки имели толщины от 0,05 до 1,8 мм.Коэффициент изменчивости толщин межпоровых сте¬нок колебался от 0,5 до 0,89, составляя в среднем С ст = 0,71. Вычисления показали, что максимальную прочность имеют те ячеистые бетоны, которые характери¬зуются минимальными С. Из проведенного анализа макроструктуры некоторых haor ячеистых следует, что предлагаемые раз¬личными исследователями модели рабочей структуры ячеистого бетона с порами сферической, сотовой или ином формы при одинаковом размере макропор и меж-мороимх стенок несьма условны и значительно отличают¬ся от действительной макроструктуры. Действительная форма макропор очень далека от сферической, сотовой или какой-либо другой правильной геометрической формы.Влажность ячеистых бетонов оказывает большое влияние на их прочность, теплопроводность и другие свойства.В зависимости от вида ячеистого бетона, его объ¬емного веса и технологии изготовления влажность по¬сле автоклавной обработки колеблется в значительных пределах: от 20 до 40% (по весу). Применение вибро¬технологии позволяет сни¬зить влажность бетона до 15—25% [23, 40]. В процессе эксплуатации элементы конструкций из шкчктых Аетопоп постепенно пыеыхпют. Через 1—2 года эксплуатации в нормальных условиях в ограждающих ячеистобетонных конструкциях устанавливается постоян-. h р. ппюиагмия нллжнпгть, которлл п среднем не превышает значений, приведенных в табл. 14. Эту установив¬шуюся влажность принимают за расчетную, которую надлежит учитывать при статических и теплотехнических расчетах.
Водопоглощение ячеистого бетона обусловлива¬ется его большой пористостью. Величину водопоглощения определяют по тем же формулам, что и влажность.
Сорбционное увлажнение ячеистого бетона зависит в первую очередь от его структуры, вида, вели¬чины и расположения пор, а также от температурно-влажностных условий окружающей среды. Подробно методика определения сорбционных свойств ячеистых бетонов описана в [25].
На рис. 15 показан характер изменения влажности наружной стены из газобетона в процессе эксплуатации жилого дома в Ленинграде [30], а на рис. 16 — диаграм¬ма увлажняемости шведского газобетона в зависимости от относительной влажности воздуха [88].Средние опытные значения сорбционной влажности ячеистых бетонов в зависимости от их объемного веса и относительной влажности среды приведены в табл. 16.Данные о сорбционной влажности разные исследова¬тели приводят как в процентах по весу, так и по объему.Так как относительная влажность воздуха влияет на влажность ячеистого бетона, применение изделий из это¬го бетона в зданиях с повышенкой влажностью воздуха следует ограничить.Капиллярный подсос происходит через мнкро-каннлляры в межпоровых стенках; всасывающая способ¬ность самих макропор невелика. Величина капиллярного подсоса определяет степень увлажнения ограждающей ячеистобетонной конструкции под дождем и скорость ис¬парения влаги в процессе эксплуатации. Исследования П. Перепета [56] показали, что капиллярный подсос и во¬допроницаемость газобетона ниже, чем у кирпича. К ана¬логичному выводу пришел О. Граф [86]. Результаты его испытании по определению капиллярности разных мате¬риален приведены в табл. 17.Па графике (рис. 17) показано увлажнение газобето¬на П1)п капиллярном подсосе. Испытания были проведе¬ны по следующей методике.При испы¬тании на морозостойкость [25] прочность ячеистого бетона не должна снижаться более чем па 25%. Минималь¬ная марка по морозостойкости для ограждающих конст¬рукции пз ячеистых бетонов должна быть согласно нор¬мам не мопсе Мрз 25. Такая морозостойкость долж а обеспечиваться в наружных осаждающих конструкциях здании с сухим и нормальным режимом помещении; для зданий с влажным режимом помещений принимается Л4рз 35 и выше; для внутренних конструкций бетон мо¬жет иметь марку Мрз 15.
Относительно высокая морочостойкость ячеистых бетонов объясняется их высокой пористостью. При ув¬лажнении ячеистого бетона и атмосферных условиях по¬лон заполняются в основном микрокапилляры за счет Морошстойкость автоклавных ячеистых бетонов.
Опыт эксплуатации конструкций из ячеистых бето¬нов показал, что наибольшей морозостойкостью облада¬ют бетоны на цементе, а наименьшей — на извести. При соблюдении требований технологии можно получить яче¬истый бетон на извести, удовлетворяющий требованиям по морозостойкости. Однако наблюдаются случаи недо¬статочной морозостойкости бетоьа, в частности, изготов¬ленного на некондиционной извести. При усиленном ув¬лажнении с последующим воздействием мороза такие конструкции при эксплуатации пс вержены разрушению. Результаты испытаний на морозостойкость автоклав¬ных ячеистых бетонов приведены в табл. 18 [30]. Коэф¬фициент морозостойкости (мрз = Ямрз : Rc всегда вы¬ше 0,75, а в ряде случаев СмРз близок к 1. Некоторые ви¬ды ячеистых бетонов, изготовленных на оптимальных составах, выдерживают 100 и даже 150 циклов попере¬менного замораживания и оттаивания [38, 49].
Усадка и набухание ячеистых бетонов оценива¬ются но различным методикам, поэтому результаты та¬ких исследований трудно сравнивать. По данным отече¬ственных и зарубежных исследований, деформации усад¬ки автоклавных ячеистых бетонов, изготовленных на основе цемента (шлака) и песка, достигают0,5—0,7мм м и более для бетонов, изготовленных на основе извесн и золы, а безавтоклавных бетонов — 2 мм м и более; де¬формации набухания зависят от условий хранения ячеи¬стого бетона и достигают 0,4—1,6 мм м.
В качестве примера на рис. 18 приведены графики изменения усадки ячеистых бетонов во времени по дан¬ным советских и чехословацких исследователей [84]. На рис. 19 [88] приведены изменения усадки ячеистого бе¬тона во времени по данным шведских исследователей, а на рис. 20 — деформации набухания при попеременном увлажнении и высушивании бетона. Как правило, деформации усадки устанавливают на образцах-призмах размером 40X40X160 мм.
В настоящее время разработана методика определе¬ния усадки ячеистых бетонов на индикаторном приборе, конструкции НИИЖБ [25]. Величину линейной усадки определяют на трех призмах размером 40X40X160 мм, выпиливаемых из изделия, подлежащего испытании. Образец измеряют с помощью прибора, показанного на рис. 21. Прибор состоит из стойки, кронштейна, нижней опоры с конусообразным выступом и индикатора с ценой деления 0,01 или 0,001 мм, позволяющего устанавливать изменение длины образца. Продольная ось образца при горизонтальном формовании должна быть перпенди¬кулярна направлению вспучивания ячеистого бетона, а при вертикальном — параллельна направлению боль¬шей геометрической оси изделия. В середину торцовых порой образца заделывают для закрепления его в при¬боре металлические реперы. Образцы насыщают водой, погружая их в горизонтальном положении на глубину 5 мм. По истечении трех суток образцы вынимают из во¬ды, устанавливают в прибор, делают отсчет по индика¬тору, принимая его за начальный. Затем образцы взве¬шивают и помещают в герметичную емкость.Усадку и влажность вычисляют как среднее арифме¬тическое результатов определения трех образцов; при этом учитывают начальную и конечную влажность призм. Исследования усадки ячеистых бетонов по данной ме¬тодике показали, что величина Fyc для разных видов автоклавных ячеистых бетонов меняется or 0,1 до мм м и в ряде случаев значительно 01личается от величии еуе, определенных по другим методикам.
Температурн о-в лажностные деформац и и. Изменение объема ячеистых бетонов происходит в результате попеременного увлажнения и высыхания, нагревания и остывания, замерзания и оттаивания. При этом уменьшение или увеличение размеров ячеистобетон-ных элементов часто приводит к их растрескиванию, что связано с развитием внутренних напряжений, превы¬шающих сопротивление ячеистого бетона растяжению.
Изменения объема ячеистобетонных элементов в ре¬зультате изменения температурно-влажностных условий окружающей среды характеризуются коэффициентом температурно-влажностного расширения бетона а.Для отечественных и зарубежных ячеистых бетонов [88, 77] коэффициент линейного расширения как бетон¬ных, так и железобетонных конструкций при их охлажде¬нии и нагреве от 0 до 100°С принимают равным аь — = 0,000008.Данные по деформации ячеистых бетонов при по¬переменном замораживании и оттаивании приведены в работе [17].Паропроницаемость и воздухопронииа-е мость ячеистых бетонов являются важными свойства¬ми, которые необходимо учитывать при проектировании ограждающих конструкций. Под паро- и воздухопро¬ницаемостью ячеистых беюнов понимается способность материала пропускать через себя соответственно парили иоздух; методика определения тих характеристик дана в [25]. Ориентировочные значения паро- и воздухопро¬ницаемости отечественных ячеистых бетонов [49] при¬ведены в табл.19.Теплопроводность ячеистого бетона характери¬зуется коэффициентом теплопроводности, величина ко¬торого определяется в соответствии с рекомендациями ГОСТ 7076—66. Численные значения коэффициента теплопроводности ячеистого бетона в сухом состоянии Кс и при некоторой влажности Кв [49, 84] приведены в табл. 20 и 21.Теплоемкость ячеистого бетона характеризуется коэффициентом удельной теплоем юсти. Для ячеистых бе¬тонов ус = 300-:-1200 кг м3 коэффициент удельной тепло¬емкости, но данным разных исследователей, меняется в пределах от 0,15 до 0,25 ккал кг-еоад.Звукоизоляционные свойства ячеистых бе¬гонии определяют способносп, ограждающих конструк¬ции задерживать звук. По шведским данным [88], при нагревании примерно до 1000° С ячеистый бетон начинает спекаться. Для пол¬ного плавления его требуется нагпевать до температуры 1100—1200° С.На рис. 22 показаны графика деформации усадки и изменения предела прочности при сжатии в результате a реияния ячеистых бетопон до различных темпера-гур[79].Хрупкость. Ячеистый бетон — это хрупкий мате¬риал, он легко разрушается от незначительных ударов, местных перенапряжении, поэтому с яченстобетонными изделиями следует обращаться осторожно, особенно при транспортировании.
Обрабатываемость. Ячеистые бетоны и изде¬лия из них легко пилятся, режутся, рубятся, строгаются, сверлятся, в них легко забиваютс* гвозди, скобы и шты¬ри. Учитывая абразивность материала, для его обработ¬ки рекомендуется применять инструменты из твердых плавов.
Цвет. В зависимости от исходных материалов и спо¬соба тепловлажностной обработки цвет ячеистых бето¬нов может быть белым, серо-белым, серо-синим, серо-красным и стальным [82].
31.07.2008
Комментарии
Добавить комментарий
|
НАВИГАЦИЯ 
