Силикатные бетоны

Силикатные бетоны – это обширная группа бесцементных бетонов автоклавного твердения, получаемых на основе известково-песчаного, известково-зольного и других известково-кремнеземистых вяжущих и различных минеральных заполнителей. Основным цементирующим веществом таких бетонов являются гидросиликаты кальция различной основности.

Силикатные бетоны, как и цементные, могут быть тяжелыми (заполнитель – песок или щебень или песчано-гравийная смесь), легкими (заполнители пористые: керамзит, вспученный перлит, аглопорит и др.) и ячеистыми (заполнителем служат пузырьки воздуха, равномерно распределенные по сечению изделия).

По плотности различают плотный (тяжелый) силикатный бетон с плотностью 1800…2500 кг/м³, легкий плотностью 500…1800 кг/м³ и особо легкий (ячеистый) плотностью менее 500 кг/м³.

Развитие производства крупноразмерных силикатных изделий, особенно изготавливаемых с полной заводской отделкой, способствует индустриализации строительства, дает возможность экономить цемент и позволяет расширить базу полносборного строительства. Наибольшее практическое распространение получили тяжелые мелкозернистые (без крупного заполнителя) бетоны с плотностью 1800…2500 кг/м³ и марками по прочности – 150, 200, 250, 300, 400 и 500. Можно получать силикатный бетон и большей прочности при увеличении дисперсности и количества тонкомолотого кварцевого песка в смеси известково-кремнеземистого вяжущего, сильном уплотнении и соответствующем режиме автоклавной обработки [14].

Прочность силикатного бетона при сжатии, изгибе и растяжении, деформативные свойства, сцепление с арматурой обеспечивают одинаковую несущую способность конструкций из силикатного и цементного бетонов при одинаковых их размерах и степени армирования. Поэтому силикатный бетон можно использовать для армированных и предварительно напряженных конструкций, что ставит его в один ряд с классическим цементным бетоном.

Морозостойкость силикатных бетонов несколько ниже, чем цементных, однако достаточно высока. При водопоглощении 10…18 % они имеют марки по морозостойкости от F35 до F100.

Недостаток мелкозернистых силикатных бетонов – повышенная их деформативность и, следовательно, более низкий (в 1,5…2,5 раза) модуль упругости по сравнению с цементным бетоном на крупном заполнителе, а также пониженная долговечность. Наиболее доступный способ повышения долговечности силикатных бетонов – увеличение их плотности за счет роста давления прессования или введения уплотняющих добавок. Возможна также обработка материала кремнийорганическими гидрофобизирующими жидкостями или пропитка солями кремнефтористоводородной кислоты.

Из плотных силикатных бетонов изготовляют все несущие конструкции для жилищного, промышленного и сельского строительства: панели и блоки внутренних стен (рис. 65), панели перекрытий, лестничные марши и площадки, балки, прогоны и колонны, карнизные плиты и другие армированные сборные детали. Тяжелые силикатные бетоны применяют для изготовления таких высокопрочных изделий, как прессованный безасбестовый шифер, напряженно армированные силикатобетонные железнодорожные шпалы, армированные силикатобетонные тюбинги для отделки туннелей метро и для шахтного строительства.

Силикатный бетон находит применение для строительства сборных покрытий и оснований дорог общего пользования. Он имеет высокую сопротивляемость износу и высокий коэффициент сцепления с колесом автомобиля.

Силикатный бетон можно армировать как обычной, так и предварительно напряженной арматурой. Коррозия арматуры в силикатном бетоне зависит от плотности бетона и условий службы конструкций. При нормальном режиме эксплуатации арматура в плотном силикатном бетоне (плотности не менее 1900 кг/м³) не коррозирует. При влажных и переменных режимах эксплуатации в конструкциях из плотного силикатного бетона арматуру необходимо защищать антикоррозионными обмазками.

Кроме несущих конструкций из силикатных бетонов (с добавкой цемента) изготовляют облицовочные изделия, в частности силикатные облицовочные плиты. Их применяют для облицовки кирпичных жилых и промышленных зданий, за исключением цоколей, наружных подоконников, поясков и других частей зданий, подвергающихся значительному увлажнению. Возможность окраски силикатных плит в различные цвета с помощью щелочестойких пигментов позволяет повысить их декоративные качества и широко использовать для архитектурной отделки фасадов зданий.

Легкие силикатные бетоны – это бетоны на пористых заполнителях. Вяжущие используются те же, что и для плотных силикатных бетонов, а пористыми заполнителями служат керамзит, вспученный перлит, аглопорит, шлаковая пемза и другие пористые материалы в виде гравия и щебня.

Прочность при сжатии легких силикатных бетонов составляет от 3,5 до 20,0 МПа, водопоглощение по объему – от 12 до 30 %, морозостойкость – 15…50 циклов.

По назначению различают теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные легкие силикатные бетоны.

Теплоизоляционные (плотностью менее 500 кг/м³ и теплопроводностью 0,187 Вт/(м·К) применяются для теплоизоляции ограждающих конструкций (покрытий промышленных цехов, чердачных перекрытий и т.д.).

Конструкционно-теплоизоляционные применяются для наружных ограждающих конструкций (наружных стен зданий, совмещенных кровель и т.д.). Плотность таких бетонов колеблется от 500 до 1400 кг/м³, теплопроводность – 0,58 Вт/(м·К) и марка по прочности – не менее М35.

Конструкционные легкие силикатные бетоны с плотностью от 1400 до 1800 кг/м³ имеют марку по прочности не ниже М50. Эти бетоны обычно применяют в армированных силикатобетонных конструкциях, к которым требования по теплопроводности не предъявляются.

Не уступая железобетонным по строительно-эксплуатационным свойствам, силикатобетонные конструкции имеют существенные экономические преимущества: меньшую стоимость сырья, меньший расход вяжущего, низкую заводскую себестоимость (на 20…30 % ниже аналогичных железобетонных).

Как разновидность силикатных бетонов могут рассматриваться бетоны на известково-шлаковом и известково-зольном вяжущих, в которых кремнеземистый компонент представлен отходами металлургической, энергетической и химической промышленности – золами и шлаками. На их основе могут быть получены тяжелые, легкие и ячеистые бетоны, прочностные и другие свойства которых меняются в широких пределах в зависимости от свойства вяжущего и условий гидротермальной обработки. При автоклавном твердении на таких вяжущих можно получать бетоны с прочностью 30…40 МПа и морозостойкостью не менее 50 циклов. Эти бетоны стойки к воздействию сульфатных вод, что объясняется отсутствием в затвердевшем цементном камне свободной Са(ОН)₂ [31, 32].