Легкие бетоны и бетонные смеси
Легкие бетоны разделяются на теплоизоляционные, плотностью в сухом состоянии менее 500 кг/куб.м. и теплопроводностью до 0,2 Вт/м х град. (класс прочности менее В 2,5), конструкционно-теплоизоляционные, плотностью от 500 до 1400 кг/куб.м. и теплопроводностью до 0,6 Вт/м х град. (класс прочности В 2,5 – В 3,5) и конструкционные, плотностью 1400 – 1800 кг/куб.м. и теплопроводностью более 0,6 Вт/м х град. (класс прочности В 3,5 и более).
Снижение объемного веса легкого бетона достигается несколькими методами. Один из них, наиболее технологичный и доступный - введение в состав бетонной смеси пористых заполнителей, таких как вермикулит, керамзит или перлит.
Легкие бетоны на вермикулите: свойства, рецептуры, применение
На основе вермикулита и цемента, с добавлением песка (или без него) можно приготовить целый ряд легких и «теплых» бетонов различной рецептуры теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного назначения.
В настоящее время наиболее широко в строительстве применяются именно такие вермикулитобетоны для устройства выравнивающих стяжек на полы и кровли промышленных, общественных и жилых зданий.
Для приготовления таких бетонных смесей применяют цемент М-400, обычный песок, который используется для штукатурных строительных растворов и вермикулит мелкой фракции, от 0,6 до 2,0 мм.
Введение в смесь вспученного вермикулита именно мелких фракций, при прочих равных условиях, дает более однородное распределение пористости по объему бетона, уменьшает размеры пор и, тем самым, снижает теплопроводность бетона (за счет уменьшения конвективного теплообмена в порах), увеличивает прочность и выход объема бетонной смеси. Это происходит за счет меньшего смятия и поломки зерен вермикулита в цементном тесте при приготовлении бетонной смеси.
В таблице 1 приведены составы смесей и свойства цементно-песчаного вермикулитобетона.
Водопоглощение цементо-песчаных вермикулитобетонов для данных рецептур составляет 12-22% (по весу) и находится в обратной зависимости от их объемного веса.
Вермикулитобетоны обладают хорошей морозостойкостью – от 25 до 50 циклов замораживания и размораживания, состав №1 обладает морозостойкостью 50 циклов.
Так как приведенные составы приготавливаются из мелких заполнителей, то они могут быть рекомендованы также в качестве штукатурных для наружного применения.
Приготовление вермикулитобетонной смеси следует производить непосредственно на строительной площадке в лопастных, шнековых или гравитационных смесителях.
Последовательность загрузки компонентов следующая: сначала в отдозированные цемент и песок добавляют воду и, после получения смеси однородной консистенции – вермикулит.
Количество воды должно быть минимальным, но достаточным для получения удобоукладываемой и пластичной смеси.
Приготовленная смесь должна быть использована в течение 30-40 минут после приготовления.
Все вермикулитобетонные смеси, приведенные в таблице 1 можно подавать на объект растворонасосами.
Укладку смеси ведут вручную с уплотнением площадочными вибраторами.
Получение ровной горизонтальной поверхности обеспечивается за счет предварительной установки маяков.
Таблица 1
|
|
Цемент: |
Цем. |
Пес. кг. на 1 куб.м. смеси |
Верм. л. на 1 куб.м. смеси |
Объем. вес бетона кг/куб.м. |
Прочность на сжатие, кг/кв.см |
Прочность на изгиб, кг/кв.см. |
Коэф. теплопроводности, Вт/м х град . |
Коэф. теплоусвоения, Вт/кв.м. х град |
|
1 |
1 / 0,5 / 2 |
495 |
247 |
865 |
100-1100 |
45 |
24,5 |
0,25 |
3,67 |
|
2 |
1 / 0,75 / 2,25 |
430 |
- |
895 |
1120-1180 |
35,5 |
30 |
0,28 |
4,10 |
|
3 |
1 / 0,75 / 1,75 |
410 |
- |
- |
1210-1275 |
58,5 |
- |
0,33 |
4,78 |
|
4 |
1 / 1 / 2 |
380 |
450 |
785 |
1300-1350 |
47 |
30,5 |
0,35 |
4,85 |
|
5 |
1 / 1,25 / 1,75 |
365 |
- |
- |
1400-1425 |
66 |
- |
0,41 |
4,97 |
|
6 |
1 / 1,65 / 2,5 |
365 |
685 |
640 |
1450-1550 |
72 |
- |
0,44 |
5,0 |
Увеличение марки цемента до М-500, приводит к повышению прочности на 12-18%
Твердение смеси должно происходить при положительных температурах. Через семь суток набора прочности, можно приступать к работам по устройству пола.
Поверхность выравнивающих стяжек не требует шлифования и шпатлевки.
Коэффициент теплопроводности вермикулитобетонов в 4-6 раз меньше, чем обычных цементно-песчаных. Поэтому такие полы называют «теплыми».
Рисунок 1 Устройство теплого пола с применением сыпучих легковесов
1 -перекрытие; 2-вермикулитобетон или «сухая» стяжка из керамзита; 3-выравнивающая стяжка или ГВЛ; 4-кабель; 5-датчик температуры
Для оценки «теплоты» пола применяют коэффициент теплоусвоения. Теплыми считают полы, имеющие коэффициент теплоусвоения не более 5 Вт/кв.м. х град. Все бетоны, приведенные в таблице 1 имеют значения указанного коэффициента в пределах до 5 Вт/кв.м. х град.
В настоящее время широкое распространение получили теплые полы с подогревом специальными кабельными нагревателями, размещенными в полах, рисунок 1.
По перекрытию 1 производится раскладка нагревательного кабеля 4 и установка датчиков температуры 5. Затем выполняется выравнивающая стяжка 2 из вермикулитобетона, которая омоноличивает кабель.
Если укладка нагревательного кабеля производится по перекрытиям над холодным помещением, то предварительно по перекрытию выполняют теплоизолирующую вермикулитобетонную стяжку или «сухую» стяжку из керамзитового песка или гравия. После укладки на нее кабеля и установки датчиков, производят выравнивание пола составами, приведенными в таблице 1.
При применении керамзитового песка или гравия в качестве теплоизолирующего слоя, можно производить устройство «плавающего» пола из листов ГВЛ или по поверхности керамзита выполнять стяжку 3 из обычного раствора.
Бетонные смеси на вермикулитовом и керамзитовом заполнителях позволяют омоноличивать кабельные системы подогрева при заливке слоя 3-5 см., сочетая теплые свойства самой стяжки и подогревательной системы.
Применение вермикулитобетона для утепления стен и плоских кровель
Из вермикулита и цемента можно приготовить особо легкие теплоизоляционные бетоны объемным весом от 280 до 350 кг/куб.м. и коэффициентом теплопроводности от 0,07 до 0,092 Вт/м х град. В этом случае песок в бетонную смесь не добавляют.
Такие бетоны являются самонесущими, они не должны подвергаться нагрузкам от каких либо внешних воздействий.
В таблице 2 приведены свойства и рецептуры вермикулитобетонов на цементной связке.
Таблица 2
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Цемент (кг) Вермикулит (л) Вода (л) |
400 1300 425 |
300 1300 410 |
250 1300 400 |
200 1300 395 |
150 1300 390 |
120 1300 385 |
100 1300 380 |
|
Объемный вес (в кг/куб.м.) в сухом состоянии |
600 |
500 |
430 |
390 |
340 |
310 |
280 |
|
Прочность при сжатии (в кг/кв.см) |
20 |
13 |
10 |
7 |
5 |
2 |
1 |
|
Теплопроводность в сухом состоянии (Вт/м х град.) |
0,13 |
0,11 |
0,1 |
0,092 |
0,083 |
0,075 |
0,07 |
|
Теплопроводность при влажности 5% (Вт/м х град.) |
0,17 |
0,145 |
0,13 |
0,12 |
0,105 |
0,09 |
0,08 |
|
Коэффициент звукопоглощения при частоте 1000 Гц |
0,37 |
0,51 |
0,54 |
0,56 |
0,6 |
0,64 |
0,73 |
Коэффициенты теплоусвоения для всех приведенных составов менее 5 Вт/кв.м.хград.
Составы 5,6 и 7 являются самонесущими (не допускают внешних нагрузок). Такие вермикулитобетонные смеси можно применять в качестве теплоизолурующего материала при возведении трехслойных ограждающих конструкций, рассмотренных в разделе «Теплоизоляция строительных конструкций»
На рисунке 2 показана конструкция трехслойной стены из кирпича или других штучных материалов (блоков, камней и т.д.).
Рисунок 2 Утепление трехслойной стены вермикул итобетоном (вертикальный разрез)
1-облицовочный слой; 2-несущий слой; 3-гибкие связи; 4-вермикулитобетон
При возведении кладки в пространство между наружным облицовочным слоем 1 и несущей стеной 2, связываемых гибкими связями 3 или диафрагмами, заливают вермикулитобетон одного из указанных составов. Заливка ведется послойно, толщина слоев от 0,5 до 1,0 м.
Благодаря хорошей текучести, смесь самостоятельно заполняет имеющиеся пустоты, в том числе дефекты кладки. При необходимости возможно дополнительное уплотнение для повышения тиксотропности смеси.
Слой вермикулитобетонов указанных составов (5,6 и 7) толщиной в 2 см примерно эквивалентен по теплопередаче кирпичной кладке, толщиной в 1 кирпич. Таким образом, если трехслойная стена выполнена толщиной в полкирпича (облицовочный слой) и толщиной в один кирпич (несущий слой), то с учетом толщины теплоизоляционного слоя из вермикулитобетона, эквивалентная толщина сплошной кирпичной стены без каких либо утеплителей будет равна кладке, толщиной в 7,5 кирпичей или 1 м.
Составы 1,2,3 и 4 могут применяться там, где бетон должен нести незначительные монтажные и эксплуатационные нагрузки, например, при устройстве и утеплении плоской кровли, рисунок 3.
Рисунок 3 Утепление плоской кровли вермикулитобетоном
1-перекрытие; 2-вермикулитобетон; 3-пароизоляция 4-кровельный ковер
По перекрытию 1 с предварительно выложенным по периметру кровли парапетом, выстилают пароизоляцию 3 (например, «Изоспан» - В, С, D или полиэтиленовую пленку). Затем, без армирования производят укладку вермикулитобетонной смеси одного из указанных составов, слоем требуемой толщины с одновременным выравниванием.
В условиях Сибири толщина слоя такого теплоизоляционного бетона на плоских кровлях производственных зданий составляет 12-20 см.
После набора прочности (через 5-7 суток), можно приступать к устройству кровельного ковра с предварительным праймированием поверхности.
Выполнять дополнительную выравнивающую стяжку по поверхности вермикулитобетона не требуется.
Кроме того, приведенные в таблице 2 составы вермикулитобетонов, могут использоваться как штукатурные внутри помещений в качестве теплоизоляционных, акустических и огнестойких покрытий для стен и перегородок.
Керамзитобетон и композиции на основе вермикулита и керамзита
Для получения легких бетонов конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного назначения в качестве пористого заполнителя применяется керамзитовый гравий, фракций 5-10 мм. и 10-20 мм. и керамзитовый песок, фракция 1-5 мм.
В таблице 3 приведены свойства и составы легких бетонов на основе керамзита с добавлением других компонентов.
Таблица 3
|
Наименование компонентов |
Кол-во компонентов |
Плотность бетона, кг/куб.м. |
Прочность бетона, кг/кв.см |
|
Цемент, кг |
250 |
1000 |
50 |
|
Цемент, кг |
220 |
950 |
90 |
|
Цемент, кг |
200 |
950 |
50 |
|
Цемент, кг |
280 |
880 |
45 |
|
Цемент, кг |
280 |
1350 |
60 |
|
Цемент, кг |
220 |
1300 |
60 |
|
Гипс Г-5, кг |
430 |
1000 |
50 |
В указанных составах используется цемент марки М-400 и гипс марки Г-5. Для увеличения прочности бетона в указанных рецептурах на 10 кг/кв.см. расход цемента в бетонной смеси следует увеличить на 10-15%.
При использовании цемента марки М-300 расход цемента следует увеличить на 15%. При использовании цемента марки М-500 прочность увеличивается на 10-15%.
При приготовлении легкого керамзитобетона с добавлением опилок, допускается использовать любые опилки хвойных пород древесины (предпочтительно лиственницы), не тронутые гнилью. Для минерализации опилок в состав вводят СаС l в количестве 0,1- 0,5% от массы цемента, что способствует ускорению схватывания бетона.
Особыми свойствами обладает композиция на основе керамзитового гравия фракции 5-10 мм и мелкого вермикулита (0,6-2 мм). Такой бетон имеет относительно не большой объемный вес при весьма высокой прочности, таблица 4.
Таблица 4
|
Наименование компонентов |
Кол-во компонентов |
Плотность бетона, кг/куб.м. |
Прочность бетона,кг/кв.см |
|
Цемент, кг
Вермикулит фр. 0,6-2 мм, м3 |
360 0.86 0.5 360-380 |
900 |
100 |