Ve stavebnictví se stále častěji používají lehké betony obsahující porézní kamenivo. Lehké betonové konstrukce mohou zlepšit tepelné a akustické vlastnosti budov, výrazně snížit jejich hmotnost a úspěšně vyřešit problém objemové a vícepodlažní výstavby, jakož i výstavby v seismických oblastech země. Použitím lehkého betonu lze snížit stavební náklady o 10-20 %, snížit náklady na práci na stavbách až o 50 % a zvýšit produktivitu práce o 20 %. Rozvoj výroby betonu s použitím porézního kameniva je typický jak pro naše, tak pro zahraniční stavebnictví. U nás je nejpoužívanějším kamenivem keramzit, dále agloporit, perlit aj. Expandovaný štěrk tvoří až 80 % z celkového objemu moderní výroby umělého pórovitého kameniva. V zahraničí je typičtějším lehkým kamenivem termosit (strusková pemza).
Beton se nazývá lehký, pokud v suchém stavu jeho průměrná hustota není vyšší než 2000 kg/m3. Snížení jejich hmotnosti se dosahuje především vylehčením plniva, někdy porézováním „vazné části“.
Konstrukční lehký beton se na základě jejich mezní pevnosti v tlaku dělí do tříd B2; B2,5; B3,5; . ; B40 nebo stupeň (MPa): M20; M35 atd. až M500. Tepelněizolační lehký beton se dělí do tříd B0,35; B0,75; V 1. Na základě průměrné hmotnosti za sucha existují následující třídy lehkého betonu: D200, D300, D400, D2000, D25, D500, DXNUMX, DXNUMX, DXNUMX, DXNUMX, DXNUMX, DXNUMX, DXNUMX . ;DXNUMX. Při testování mrazuvzdornosti vydrží lehký beton XNUMX až XNUMX cyklů střídavého zmrazování a rozmrazování. Pokud jde o odolnost proti vodě, konstrukční lehký beton má stejné třídy jako těžký beton.
Podle účelu a technických vlastností se lehký beton dělí na beton konstrukční, používaný pro výrobu nosných konstrukcí (stěny, podlahy apod.); tepelná izolace, používaná ve vrstvených obvodových konstrukcích jako izolace a pro tepelnou izolaci a pohlcování zvuku; konstrukční a tepelná izolace o pevnosti 2,5-10 MPa – pro ploty.
Konstrukční lehké betony třídy 150–400 jsou vyráběny na bázi portlandského cementu tříd 300–600 za použití keramzitového štěrku (expandovaný beton), agloporitové drti (aglopori beton) nebo struskové pemzy (struskový beton). Jako jemné kamenivo se používá přírodní písek, ale lze použít i písek drcený. Průměrná hustota těchto betonů s použitím křemičitého písku je 1600-1800 kg/m 3, což je výrazně méně než při použití hutného kameniva pro získání těžkého betonu stejné pevnosti. Účinnost lehkého betonu je v tomto případě patrná zejména při jejich porovnání z hlediska koeficientů konstrukční kvality. Tento koeficient, označený KKK, se rovná poměru mezní pevnosti betonu v tlaku k jeho průměrné hustotě. Při stejné pevnosti lehkého konstrukčního betonu je v průměru vyšší 2400/1700 = 1,4 krát, proto je vhodnější použít lehký beton než těžký beton stejné pevnosti v mezipodlahách vytápěných budov, ve vozovce mostů , v železobetonových konstrukcích s konvenční a prefabrikovanou předpjatou výztuží (nosníky, vaznice, ramena schodišť a podest atd.). Široké použití konstrukčního lehkého betonu ve vnějších konstrukcích je usnadněno vysokou mrazuvzdorností (Mr35 a vyšší) a při použití pro vodní stavby se jejich mrazuvzdornost zvyšuje na 300 a více, čehož je dosaženo zavedením některých přísad ( povrchově aktivní látky). Tepelná vodivost těchto betonů v suchém stavu je 0,35–0,60 a ve stěně 0,6–0,8 W/(m∙K), u těžkých je to 1,25–1,55 W/(m∙K).
Tepelněizolační lehký beton má nízkou průměrnou objemovou hmotnost – pod 500 kg/m 3 a má také dobré tepelně-izolační vlastnosti, neboť v suchém stavu je jejich tepelná vodivost pod 0,20 W/(m∙K). Pozitivní vlastnosti tepelně izolačních lehkých betonů umožňují jejich použití v konstrukcích jako poměrně spolehlivé tepelné izolace.
Beton středních jakostí (z hlediska pevnosti) má průměrnou hustotu v rozmezí 500-1400 kg/m 3 a tepelnou vodivost 0,5-0,6 W/(m∙K) a proto s velkým úspěchem kombinuje funkce konstrukční a tepelně izolační materiál (konstrukčně-tepelně izolační beton). Průměrná hustota a pevnost lehkého betonu se reguluje především výběrem vhodného plniva – přírodního nebo umělého. Protože cementový kámen výrazně zatěžuje beton, je snaha snížit jeho obsah na minimum a přiblížit makrostrukturu kontaktu s touto technologií jeho tvorby. V tomto ohledu se pro lehký beton používá porézní kamenivo, zejména takové, které udržuje pevnost na dostatečné úrovni. V obecném vzorci (9.3) pro pevnost betonu hodnota exponentuп se rychle zvyšuje s poklesem pevnosti kameniva a poklesem jeho průměrné hustoty. Nejčastěji se do lehkého betonu používá kamenivo ve formě drceného kamene, štěrku a písku z přírodních materiálů – pemza, vulkanický tuf, skořápková hornina, vápenatý tuf atd. a z umělých – strusková pemza (termozit), keramzit, agloporit, vakulit, šuntizit (nabobtnalý topnými šungitovými břidlicemi), expandované perlity a vermikulity atd. Z hlediska průměrné hustoty jsou v široké škále jakostí – od 100 do 1200 i více. Pevnost těchto zrnitých kameniv se obvykle posuzuje podle hodnoty napětí při drcení v kovových válcích a pohybuje se od 0,4 do 20 MPa.
Do lehkého betonu lze použít nejen minerální, ale i organické plnivo – drcené dřevo, odubin, palivové dříví, granulovaný pěnový polystyren atd. Zrnitost plniva je 1,25-40 mm. Výsledný typ lehkého betonu (arbolit) se používá jako stěnový materiál v bytové výstavbě.
Pojivem v lehkém betonu je běžný nebo rychle tvrdnoucí portlandský cement a v některých případech struskoportlandský cement. Dřevěný beton se někdy vyrábí z vysokopevnostní sádry, ale častěji z portlandského cementu.
Výběr složení, příprava, pokládka a hutnění betonové směsi, péče o beton, například v nátěrech, se neliší od stejných operací používaných v technologii těžkého betonu.
Obecná metoda pro návrh složení ISC plně platí i pro lehký beton, i když analogicky s těžkým betonem existují i jiné, specifické metody pro výběr složení lehkého betonu, založené na podrobně prostudovaných zákonech. Jeden z těchto konkrétních vzorů je velmi blízký obecnému zákonu o zarovnání. Podrobně ji studoval prof. NA. Popova a prezentovány v teorii lehkého betonu. Bylo zjištěno, že pro dané složení lehkého betonu jeho pevnost souvisí s množstvím vody přidané do směsi. S přidáváním vody se zvyšuje pevnost betonu a při optimálním přidání vody je dosaženo maximální pevnosti. Po průchodu maximem, s dalším zvýšením obsahu vody, pevnost betonu klesá pod vlivem poklesu jeho hustoty. Bylo zjištěno, že největší pevnosti a optimální pohyblivosti se dosáhne přidáním vody v množství, při kterém je koeficient kluzu zhutněné směsi nejmenší. Ukazuje se, že tato závislost je ovlivněna technologickými faktory. Povaha umístění extrémů vlastností lehkého betonu (pevnost, pohyblivost, součinitel kluzu) na jedné svislé čáře zůstává nezměněna (obr. 9.15), což odráží obecný zákon vyrovnání, objevený mnohem později než tato důležitá konkrétní závislost.
Jak již bylo uvedeno výše, nejvíce se u nás používá lehký beton s keramzitem, tedy keramzit, méně běžně – agloporitový beton, šungizitový beton atd. Do betonu se často zavádí i lehčí kamenivo; například perlit ve formě písku. Známým se stal pórovitý keramzitový beton s expandovaným perlitovým pískem. Ten se přidává v omezeném množství (do 0,2 m 3 na 1 m 3 betonu), což zajišťuje požadovanou hustotu betonu. Novou odrůdou je také azeritový beton (azerit je nový typ expandovaného kameniva).
Bez ohledu na typ výplňové části platí pro lehký beton plně obecné zásady optimálních konstrukcí (obr. 9.16). Mezi odrůdami lehkého betonu je třeba rozlišovat velkoporézní a porézní beton.
Velké porézní nebo bezpískové beton je ekonomický a účinný. Jeho výroba vyžaduje relativně malé kapitálové investice, nízkou spotřebu cementu a hlavně místního kameniva. Tento lehký beton má nízkou tepelnou vodivost, což snižuje spotřebu paliva na vytápění budov. Neobsahuje písek, což určuje jeho velkoporézní strukturu.
Jako plnivo do velkopórovitého betonu se používá drť nebo štěrk o velikosti 5 až 40 mm, který může být hutný a porézní, například keramzit, lámaná cihla atd. Jak bylo uvedeno, tento beton má omezený obsah portlandského cementu (120-150 kg/m3), což vede k výrobě betonu relativně nízkých jakostí – 15, 25, 35, 50, 75 a 100. Zavedením plastifikačních přísad lze spotřebu cementu dále snížit, až 80-100 kg/m3.
Vysokoporézní beton se používá jako materiál stěn v budovách do výšky čtyř pater, které jsou omítnuté, aby se zabránilo profouknutí pláště budovy.
Pórovitý beton liší se tím, že obsahují nejen lehké kamenivo, ale také speciálně porézní matricový materiál (cementový kámen). K tomu se do betonu zavádějí porézní látky, aby se vytvořila pěna, a uzavřené póry se naplní vzduchem. Pórovitý beton se vyrábí z cementu, minerálního prášku (přírodní, jemně mletá granulovaná struska, pálená hornina atd.) smícháním s předem připravenou pěnovou hmotou vody a pěnidla, například saponinové pryskyřice, získané z kořene mýdla. Konstrukční složení takové hmoty se stanoví v laboratoři v souladu s obecnou metodou navrhování složení ISC pro kvalitu nebo pomocí počítače.
Tyto typy lehkých betonů mají zlepšené tepelné vlastnosti, a proto se používají jako tepelně izolační nebo konstrukční tepelně izolační materiál v konstrukcích obepínajících stěny. Je však třeba poznamenat, že pórobeton při jeho výrobě vyžaduje dodatečné mzdové náklady a používá se méně často.
Lehkým betonem se rozumí všechny typy betonu, které mají průměrnou hustotu za sucha 200 až 2000 kg/m3. Hlavními požadavky na lehký beton je daná průměrná hustota, požadovaná pevnost po určitou dobu zrání a trvanlivost (trvanlivost). Charakteristickými vlastnostmi lehkého betonu jsou jeho nízká průměrná hustota a tepelná vodivost.
K přípravě lehkého betonu se používá portlandský cement, rychle tvrdnoucí portlandský cement a portlandský struskový cement.
Přírodní a umělé sypké porézní materiály o objemové hmotnosti nejvýše 1200 kg/m3 se zrnitostí do 5 mm (písek) a nejvýše 1000 kg/m3 se zrnitostí 5 mm (drť, štěrk ) se používají jako plniva do lehkého betonu.
Porézní anorganická plniva se podle původu dělí do tří skupin: přírodní, umělá (speciálně vyráběná) a plniva z průmyslového odpadu.
Přírodní porézní kamenivo se vyrábí drcením a proséváním lehkých hornin (pemza, vulkanické strunice a tufy, porézní vápence, lasturové vápence, vápencové tufy atd.).
Umělé porézní kamenivo se získává z průmyslového odpadu nebo tepelným zpracováním silikátových surovin podrobených prosévání nebo drcení a prosévání.
Lehký beton je klasifikován podle různých kritérií: hlavní účel, typ pojiva, plnivo, struktura.
Na základě zamýšleného účelu je lehký beton rozdělen do dvou typů: strukturální, včetně konstrukční a tepelné izolace a tepelné izolace atd..
Podle typu pojiva může být lehký beton na bázi cementu, vápna, strusky, sádry, polymeru, kalcinovaného a dalších pojiv se speciálními vlastnostmi.
Podle typu hrubého porézního kameniva byly stanoveny tyto druhy lehkého betonu: keramzit beton, šungizit beton, agloporit beton, struskový pemzbeton, perlitbeton, beton na drti z porézních hornin, vermikulitbeton, struskový beton (beton na palivu nebo porézní odpadní hutní struska), beton na agloporitu nebo popelovém štěrku.
Lehký beton se na základě své struktury dělí na hutný, porézní a velkoporézní.
Lehké betony na bázi porézního kameniva mají nižší hustotu než hutné, nízkou pevnost, často nižší než daná třída betonu a mají vysoce vyvinutý a drsný povrch.
V závislosti na kamenivu, hutném nebo porézním, se prudce mění potřeba vody a obsah vody v betonové směsi a mění se i základní vlastnosti lehkého betonu. Jedním z rozhodujících faktorů, na kterém závisí pevnost lehkého betonu, je spotřeba vody. Se zvyšujícím se množstvím vody na optimum se zvyšuje pevnost betonu. Optimální spotřeba vody v lehkém betonu odpovídá nejvyšší hustotě kladené směsi za daných podmínek a je dána nejvyšší pevností betonu nebo nejvyšší hustotou hutněné směsi. Pokud množství vody překročí optimální množství pro danou směs, pak se zmenšuje hustota cementového kamene a s tím i pevnost betonu. U lehkého betonu lze optimální spotřebu vody určit nejvyšší hustotou hutněné betonové směsi nebo nejnižší vydatností betonu.
Optimální množství vody pro přípravu lehkého betonu závisí především na vodní potřebě kameniva a pojiva, intenzitě hutnění směsi a složení betonu. Potřeba vody kameniva je dána složením zrna a pórovitostí a obvykle čím je větší, tím větší je celkový povrch a otevřená pórovitost jeho zrn.
Odsávání vody z cementové pasty nebo malty s porézním kamenivem při přípravě a pokládce betonové směsi; způsobuje poměrně rychlé houstnutí, což činí směs tvrdou a obtížně zpracovatelnou. Tato specifická vlastnost je umocněna drsným vyvinutým povrchem porézního kameniva. Pro zvýšení pohyblivosti směsi je nutné do ní zavést více vody než do klasického (těžkého) betonu.
Hustota a pevnost lehkého betonu závisí především na: objemové hmotnosti a zrnitostním složení kameniva, spotřebě pojiva a vody a také způsobu hutnění lehké betonové směsi. Na základě kvality porézního kameniva lze zhruba posoudit pevnost lehkého betonu, kterou lze získat.
Ve stavební praxi se obvodové a nosné konstrukce zhotovují z relativně hutného lehkého betonu značné pevnosti (2,5 – 10 MPa). Snížení hustoty je dosaženo pečlivým výběrem zrnitostního složení pórovitého kameniva a také nejnižší spotřebou pojiva pro beton dané pevnosti, tj. maximálním vyplněním objemu betonu pórovitým kamenivem, protože kamenivo je lehčí než cementový kámen. V tomto případě je důležitý správný poměr velkých a malých frakcí kameniva. Různé typy kameniva budou mít své vlastní optimální složení zrna. Optimální obsah jemných frakcí odpovídá nejnižší hustotě betonu a nejnižší spotřebě cementu. S nárůstem počtu frakcí jemného kameniva nad optimum však roste hustota betonu a zhoršuje se zpracovatelnost směsi. Optimální zrnitostní složení plniva se volí experimentálně.
Pro snížení hustoty betonu bez snížení jeho pevnosti je vhodné použít vysoce aktivní pojiva.
Charakteristickým rysem lehkého betonu je, že jeho pevnost závisí nejen na kvalitě cementu, ale také na jeho množství. S rostoucí spotřebou cementu se zvyšuje pevnost a hustota betonu. Je to dáno tím, že s nárůstem množství cementové pasty se lehčené betonové směsi lépe hutní a zvyšuje se obsah nejodolnější a nejtěžší složky v betonu – cementového kamene.
Tepelněizolační vlastnosti lehkého betonu závisí na stupni jejich pórovitosti a charakteru pórů. V lehkém betonu dochází k přenosu tepla pevným jádrem a vzduchovými prostory vyplňujícími póry a také v důsledku konvekčního pohybu vzduchu v uzavřeném prostoru. Čím menší je tedy objem pórů, tím menší pohyblivost vzduchu v betonu a tím lepší tepelně izolační vlastnosti beton má.
Lehký beton je díky své vysoké pórovitosti méně mrazuvzdorný než těžký beton, ale je dostatečně mrazuvzdorný pro použití ve stěnových a jiných konstrukcích budov a konstrukcí. Dobrou mrazuvzdornost lehkého betonu lze dosáhnout použitím umělého porézního kameniva s nízkou nasákavostí, např. keramzitu, a také porézního cementového kamene. Mrazuvzdornost lehkého betonu se také zvyšuje zavedením vodoodpudivých přísad.
Lehký beton je díky všestrannosti svých vlastností použitelný v různých stavebních prvcích budov a konstrukcí, panely pro stěny a podlahy vytápěných budov se tedy vyrábějí z lehkého betonu na porézním kamenivu, které má nízkou tepelnou vodivost; Napjatý železobeton se používá k výrobě mostních polí, vazníků a desek pro vozovky mostů, plovoucí plavidla se staví z lehkého betonu.
Buňkový beton je druh lehkého betonu s rovnoměrně rozmístěnými póry (až 85 % z celkového objemu betonu); získávají se jako výsledek vytvrzování směsi pojiva, vody a křemičité složky předem expandované nadouvadlem.
Podle druhu použitého pojiva se pórobeton dělí do následujících skupin: pórobeton a pěnobeton vyráběný na bázi portlandského cementu nebo cemento-vápenného pojiva; plynové silikáty a pěnosilikáty získané ze směsi vroucího vápna a křemenného písku; plynostruskový beton a pěnostruskový beton, vyráběný ze směsi vápna a jemně mleté granulované vysokopecní strusky nebo popílku.
Podle podmínek tvrdnutí se rozlišuje napařený a autoklávovaný pórobeton.
Podle účelu a hustoty se pórobeton dělí na tepelněizolační beton s objemovou hmotností za sucha do 500 kg/m3, stavebně tepelněizolační beton s objemovou hmotností 500-900 kg/m900 a konstrukční beton s objemovou hmotností 1200-3 kg/m0. Na základě hustotních ukazatelů bylo stanoveno deset druhů pórobetonu 300t D1200 až DXNUMX.
Buňkový beton jako velmi porézní materiály se vyznačuje nízkou hustotou a v důsledku toho relativně nízkou pevností. Stejné spojení, ale mírně odlišného řádu, existuje mezi hustotou a tepelnou vodivostí – ukazatel, který je zvláště důležitý pro pórobeton. Tepelná vodivost pórobetonu se mění o 0,07. 0,25 W/(m-°C).
Pěnový beton se vyrábí smícháním cementové pasty nebo malty se stabilní pěnou. Pěna se získává šleháním tekuté směsi kalafunové mýdla a živočišného lepidla nebo vodného roztoku saponinu (extrakt z kořene rostlinného mýdla). Taková pěna má stabilní strukturu, dobře se mísí s cementovou pastou a maltou, které se rozprostírají po filmech obklopujících vzduchové buňky a v této poloze tvrdnou. Podle fyzikálních a mechanických vlastností se pěnobeton dělí na tepelněizolační, konstrukční a tepelněizolační a konstrukční pěnobeton Pórobeton se vyrábí ze směsi portlandského cementu, křemičité složky a nadouvadla. Hliníkový prášek je široce používán jako generátor plynu, když reaguje s vodným roztokem hydroxidu vápenatého, uvolňuje vodík, který způsobuje bobtnání cementové pasty. Ten si po vytvrzení zachovává svou porézní strukturu.
