Лёгкие бетоны — группа бетонов с объёмной массой менее 2000 кг/м3. К ней относятся бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, аглопоритобетон, перлитобетон), бетоны на лёгких органических заполнителях (арболит, костробетон, полистиролбетон) и ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон). В качестве вяжущих могут быть использованы цемент, гипс, магнезиальный цемент.
Экономия энергоносителей становится необходимостью, а одна из главных статей расходов в нашем климате — отопление. В связи с этим разрабатываются новые материалы, которые позволяют строить теплые дома и утеплять имеющиеся. Все более популярными становятся легкие бетоны. Это целая группа материалов с довольно широким диапазоном свойств и характеристик.
Виды легкого бетона
Снижение массы бетона происходит за счет образования пор и использования вместо традиционного гравия, а иногда и песка, легких заполнителей. Иногда поры образуются при использовании различных процессов. В зависимости от способа получения легкие бетоны подразделяют на три группы:
- Ячеистый или поризованный бетон. Получают путем смеси вяжущего, воды, песка (в некоторых марках песка нет) и добавок, образующих пену или способствующих газообразованию. При использовании пены получают пенобетон, при использовании газообразующих добавок — газобетон. Если газобетоне большая часть вяжущего — известь, получают газосиликат. Основное отличие ячеистых материалов — отсутствие крупного заполнителя.
Ячеистые бетоны отличаются мелкими порами и однородной структурой
Обыкновенный легкий бетон
Получают из смеси вяжущего, крупного и мелкого заполнителя, воды. От обычного бетона отличаются наличием легкого пористого заполнителя вместо щебня. Практически все пустоты между частицами заполнителя оказываются заполнены, воздушных полостей в таком материале немного — не более 6%.
В обыкновенном легком бетоне вместо щебня используют легкие заполнители
Крупнопористые легкие бетоны
Вместо песка и щебня используют крупный пористый заполнитель, который смешан с разведенным водой вяжущим. Песка нет, потому этот материал еще называют беспесчаным бетоном. Фрагменты заполнителя склеиваются между собой только в тех местах, где соприкасаются, оставляя пустоты незаполненными. Воздушных пустот может быть до 25%.
В крупнозернистом бетоне нет песка и фрагменты заполнителя соединены только в местах соприкосновения
Но в каждой из групп может быть много разновидностей и составов. Используется разный заполнитель и различные вяжущие. Традиционно в качестве вяжущего используются цементы (на портландцементе материалы имеют лучшие прочностные характеристики). Вторым по популярности вяжущим является известь, реже используют гипс. Иногда могут применять смеси вяжущих и использовать жидкое стекло.
Технологии твердения
Есть три технологии изготовления ячеистого бетона:
- Естественное твердение. Залитый в формы состав оставляют не определенное время в опалубке. По истечении определенного времени (зависит от состава и вида) опалубку снимают. По этой технологии материал получается самый дешевый, но его характеристики находятся в самой нижней части допустимого диапазона, а иногда и ниже.
- Обработка в тепло-тепловлажностных камерах при атмосферном давлении. Качественные показатели выше, но и выше затраты и цена.
- Автоклавное твердение. Материал приобретает отличные характеристики, но и дороже стоит из-за дорогостоящего оборудования и расходов на энергоносители (на поддержание температуры и давления в камере).
Заполнители
По происхождению заполнители для легких бетонов можно разделить на две группы: натуральные (природные) и искусственные. Натуральные получают путем измельчения природных пористых материалов: ракушняка, пемзы, лавы, турфа, известняка и т.п. Лучшие из них — пемза и вулканический турф. У них структура пор закрытая, что снижает количество впитываемой материалом влаги.
Заполнители могут быть разными не только по «происхождению» но и по размеру, а часто еще и по форме
Искусственные заполнители для легкого бетона — это отходы некоторых технологических процессов (шлаки) или специально созданные из природных компонентов материалы (керамзит, вермикулит, перлит и т.д.) а также некоторые химические заполнители (полистирол).
Свойства, характеристики, применение
Основные характеристики легких бетонов, на которые следует обращать внимание при выборе, это плотность (объемная масса), прочность, теплопроводность и морозостойкость.
Плотность материала зависит в основном от характеристик наполнителя, а также расхода вяжущего и воды. Изменяться она может в широких пределах — от 500 до 1800 , но чаще всего она находится в пределах 800-1500 кг/м3. Исключение — поризованные или ячеистые бетоны (пено- и газо- бетон). Их плотность может быть от 200 кг/м3.
Основная же эксплуатационная характеристика — прочность на сжатие. Она подразделяется по классам, обозначается в спецификации латинской буквой «B», после которой стоят цифры. Эти цифры отображает то давление, которое может выдержать данный материал. Например, класс прочности B30 означает, что в большинстве случаев (по ГОСТу 95%) он выдерживает давление в 30 МПа. Но при расчетах берут запас прочности порядка 25%. И при расчетах для класса B30 закладывают прочность 22,5-22,7 МПа.
Одновременно используется и такая характеристика, как предел на сжатие. Она обозначается латинской буквой «M», а следующие за ней цифры принимают равными объемной массе бетона в кг/м3.
Теплопроводность легких бетонов имеет обратную зависимость по отношению к плотности: чем больше воздуха содержит материал, тем меньше тепла он проводит. Этот параметр изменяется в значительных пределах от 0,07 до 0,7 Вт/(мх°С). Самые легкие материалы с малой плотностью используют как теплоизоляцию. Ими обшивают стены зданий и пристроек. Очень популярно утепление пенобетоном балконов и лоджий. Но наибольший экономический эффект можно получить при строительстве из легкого бетона средней плотности. Он имеет достаточную несущую способность для того чтобы можно было построить двух- или трех- этажный дом. При этом дополнительного утепления не требуется.
Еще одна важная характеристика — морозостойкость. Обозначается латинской буквой F, после которой стоят цифры, отображающие количество циклов разморозки/заморозки, которые материал может вынести без потери прочности. В случаях с легкими бетонами его морозостойкость напрямую зависит от количества вяжущего в составе: чем его больше, тем более морозостойкий будет бетон.
Назначение
По назначению легкие бетоны делят на следующие группы:
- Теплоизоляционные. Имеют теплопроводность не выше 0,25 Вт/(мх°С), плотность не более 500 кг/м3.
- Конструкционно-теплоизоляционные. Теплопроводность не выше 0,6 Вт/(мх°С), плотность 500-1400 кг/м3, марка прочности не ниже М35. В малоэтажном частном строительстве используются для строительства несущих стен, в многоэтажном — для ненагруженных стен.
- Конструкционные. Плотность от 1500 кг/м3 и выше, марка прочности не менее М 50 и морозостойкость не ниже F 15. Используются для возведения несущих стен для построек выше 3 этажей.
Достоинства и недостатки
Если говорить о применении легкого бетона как утеплителя, то минусов немного. Главный — высокая гигроскопичность, которая, тем не менее, изменяется в широких пределах и сильно зависит от наполнителя и вида материала. Второй не очень приятный момент — необходимость подбирать соответствующую отделку. Если речь идет о наружной отделке (со стороны улицы), то выбирая материалы или тип отделки необходимо учитывать высокую паропроводимость. В связи с этим используют или специальные паропроводимые штукатурки или делают обшивку с вентиляционным зазором.
Зато плюсы легкого бетона как утеплителя более существенны. Он легко монтируется, мало весит, легко режется и пилится, хорошо переносит погодные изменения, не требует использования ветрозащиты. Ко всему этому добавьте высокие свойства по теплоизоляции и невысокую цену.
Если говорить об использовании легких бетонов, как материала для строительства домов, их достоинства в следующем:
- Высокие теплоизоляционные характеристики. Это свойство позволяет отказаться от дополнительного утепления стен и уменьшить при этом толщину стен.
- Небольшая масса. Стены из легких бетонов весят в разы меньше традиционных «тяжелых» материалов и по весу сопоставимы с массой домов из дерева. Малая масса ведет за собой «облегчение» фундамента и возможность использования более простых конструкций. А это значительно снижает затраты на строительство, а также транспортные расходы (считают, в основном, доставку стройматериалов по тоннажу).
- Малая масса позволяет изготавливать крупномерные строительные блоки и плиты, которые тем не менее, укладываются вручную. Это ведет к сокращению сроков строительства, а также уменьшению количества швов, которые являются в данном случае мостиками холода.
- Пластичность материала и легкость в обработке. Многие легкие бетоны легко режутся, пилятся, шлифуются. Это позволяет использовать их для изготовления различных архитектурных и декоративных элементов, а также прямо на месте получать детали необходимого размера, распилив имеющиеся блоки на более мелкие фрагменты.
- Хорошо переносят изменения условий эксплуатации. Перепады влажности и температур практически никак не сказываются на материале. Также хорошо они держат постоянные нагрузки, не особо чувствительны и к механическим воздействиям. В материале появляются вмятины, но целостность блока нарушить тяжело.
- В качестве заполнителей часто используются отходы производства. Это снижает стоимость материала, одновременно снижая нагрузку на окружающую среду.
- Некоторые виды легких бетонов можно изготавливать самостоятельно (обычно с заполнителями из шлаков или керамзита), сократив расходы на строительство до минимальных значений.
Как видим, достоинств у легкого бетона как строительного материала масса. Но не все так безоблачно. Есть недостатки, о которых стоит знать для принятия взвешенного решения:
- Для повышения прочности стен необходимо частое армирование. Это — дополнительные затраты на материалы и время на укладку арматуры.
- Недостаточная стойкость к трещиннообразованию. Неоднородная структура материала приводит к тому, что при наличии неравномерных нагрузок (неравномерное усадки фундамента, например) в блоках появляются трещины. Если они тонкие -паутинообразные — на прочность строения они не влияют, хотя выглядят устрашающе.
- Высокое влагопоглощение. Теплоизоляционные характеристики влажных материалов снижаются в разы. Потому при строительстве важно сделать качественную гидроизоляцию. Если планируется использование в условиях повышенной влажности, в качестве заполнителей рекомендуют использовать пемзу, аглопорит и керамзит.
- Низкая плотность материалов приводит к тому, что в таких стенах плохо держится крепеж. Вертикальные нагрузки материал держит хорошо, а вот на «вырыв» — плохо. Для легких и ячеистых бетонов разработан специальный крепеж, но лучшим решением является монтаж закладных в местах предполагаемого крепления тяжелых предметов.
- Сложность выбора наружной отделки. Как уже говорилось, это или облицовка с вентилируемым фасадом, или специальные штукатурки.
- Для внутренней отделки может потребоваться качественная предварительная грунтовка стен — для лучшего сцепления с штукатуркой или шпаклевкой.
- Невысокая степень звукопоглощения. Из-за большого количества пустот и проходящих между ними «дорожек» из бетона, звуки передаются очень хорошо. Для нормальной звукоизоляции требуется использование дополнительных материалов.
Большая часть недостатков, скорее, является особенностями эксплуатации, но принимать их во внимание необходимо. Тогда не будет неприятных сюрпризов, а все особенности будут учитываться еще на стадии планирования.