Испытания ячеистого бетона: как проверить качество этого «идеального» материала

Помните, как гоголевская невеста рисовала в воображении образ идеального жениха? «Если бы губы Никанора Ивановича да приставить к носу Ивана Кузьмича, да <…> прибавить к этому еще дородности Ивана Павловича». Похоже, ученым генетикам предстоит еще очень долгая работа по воплощению девичьей мечта. А вот шведский инженер Эриксон уже в 20-х годах прошлого века запатентовал «идеальный» строительный материал, в котором к прочности бетона прибавилось тепло дерева и легкость воздуха. Сегодня поговорим не только про испытания ячеистого бетона, как и положено специалистам строительной лаборатории, но коснемся также темы особенностей, свойств и применения этого вида бетона.

1. Классификация бетонов по видам и их применение
2. Ячеистый бетон: особенности, свойства, виды, применение
3. Важные выписки из ГОСТ 25485-2019 «Бетоны ячеистые. Общие технические требования» и ГОСТ 0-2020 «Бетон ячеистый. Общие требования к методам испытаний»
4. Важные выписки из ГОСТ 31360-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения»
5. Испытания ячеистого бетона
   • Определение морозостойкости
   • Определение усадки при высыхании
   • Определение коэффициента теплопроводности
   • Определение сорбционной влажности
   • Определение коэффициента паропроницаемости

Классификация бетонов по видам и их применение

Мы неоднократно и очень подробно разговаривали о бетоне, о различных лабораторных испытаниях бетона, например, на водонепроницаемость или морозостойкость, разрушающих и неразрушающих методиках этих испытаний, о правилах ухода за бетоном при укладке в разные сезоны и многом другом. Но только сейчас обнаружили, что ни разу не упомянули о видах бетона с точки зрения их строительного назначения. А ведь этот, такой простой, с одной стороны материал, может использоваться для удовлетворения широкого спектра потребностей. Что ж, исправляемся.

Наименование	Описание	Применение
1.      Обычный бетон	Строительный материал, который изготавливается путем смешивания цемента, воды и зернистых наполнителей, типа песка и гравия	Массово используется при заливке фундаментов, несущих конструкций и перекрытий
2.      Бетон со специальным составом	Обычный бетон, в который помимо стандартных ингредиентов, замешивают специальные добавки, чтобы придать составу специальные свойства: гидротехнические, огнеупорные, жаро-, морозостойкие и т.д.	Используется при строительстве объектов специального назначения или их элементов
3.      Железобетон	Этот бетонный материал укрепляют каркасом, выполненным из стальной арматуры, сечение которой рассчитывают индивидуально для каждого строения	Пpимeняeтcя для тaких paбoт, как yклaдкa тpoтyapoв, cтяжкa пoлoв, зaливкa фyндaмeнтoв paзнoгo типa, мнoгoэтaжнoe cтpoитeльcтвo, cтpoитeльcтвo промышленных кoнcтpyкций и тeхничecких coopyжeний
4.      Асфальтобетон	Строительный материал, который получают путем уплотнения смеси, в состав которой входят щебень, песок и минеральный порошок и битум	Используется для дорожных покрытий
5.      Силикатный (гипсовый) бетон	Материал, в составе которого, в качестве вяжущего компонента используется известняк, отчего бетон приобретает белый цвет и теплоизоляционные свойства	Чаще используется для выполнения внутренних стен, панелей перекрытий, лестничных пролетов, выравнивания полов, а также в качестве теплоизоляционного наполнителя
6.      Полимерный (полимерцементный) бетон	Новый гигроскопичный вид бетона на основе полимеров и силикатов	Используется в декоративных целях, для заливки сложных форм, а также лестниц, полов, подоконников, колонн, ограждающих конструкций, кухонных столешниц и т.д.
7.      Стеклобетон	В составе бетона, в качестве наполнителя, используется дробленой стекло, что ведет к повышению его прочностных качеств	Используется при строительстве тротуаров, мостовых и внутренних помещений
8.      Ячеистый бетон	Строительный состав, состоящий из цемента с кварцевым песком и известью, замешанный на воде и схватившийся в процессе гидратации	Используется для возведения несущих стен в малоэтажном строительстве, а также для внутренних перегородок и перекрытий
9.      Легкий и сверхлегкий бетон	Материал, в составе которого, в качестве заполнителя используется легкие и объемные материалы, типа керамзита и перлита, а также воздухововлекающие добавки	Используют для строения утепляющих и несущих конструкций, а также для создания элементов декора
10.   Тяжелый и сверхтяжелый бетон	Материал, в составе которого, в качестве наполнителей применяют руду, металлолом, барит и пр.	Основное применение –обеспечение радиационной защиты, например, при строительстве радиостанций
11.   Декоративный (штампованный) бетон	Бетонные изделия с добавлением красящих пигментов и штамповкой рисунка	Заменяет натуральный камень при отделки тротуаров, полов, дорожек, подъездных путей, патио, бассейнов
12.   Пористый и крупнопористый бетон	Состав производят из однофракционного гравия, шлакопортландцемента и воды, без песка	Используют при строительстве наружных стен, а также в качестве покрытий на парковках

Ячеистый бетон: особенности, свойства, виды, применение

Популярность разных видов ячеистого бетона для промышленного и частного строительства, за последнее время, увеличилась, ведь появление отечественного оборудования и технологий производства позволило выпускать продукцию в 1,5-2 раза дешевле импортных аналогов.

Как мы уже сказали, в состав ячеистого бетона входят портландцемент, кварцевый песок, известь, вода, а также газообразующие или пенообразующие добавки, в результате смешения которых получаются два разных вида бетона – газобетон и пенобетон. Они несколько отличаются по способу производства и свойствам, но в целом главной особенностью всех ячеистых бетонов является наличие 85-92% воздушных пустот или пор в объеме. Это резко снижает плотность бетона, облегчает его и придает улучшенные теплоизоляционные качества.

Для начала обозначим, какие именно различия имеют газо- и пенобетоны, при одинаковом классе экологичности:

Газобетон	Пенобетон
Имеет открытые поры, значит обладает гигроскопичностью, следовательно требует дополнительного оштукатуривания	Имеет запаянные поры, значит повышенную влагостойкость и дополнительного оштукатуривания не требует
Обладает меньшей теплоизоляцией	Обладает большей теплоизоляцией
Показатель морозостойкости выше	Показатель морозостойкости ниже
Не подвергается усадке при высыхании	Подвергается усадке при высыхании
Выдерживает высокие нагрузки, обладает большей прочностью	Чаще используется в малоэтажном строительстве, обладает меньшей прочностью
Обладает термо- и огнеустойчивостью, негорючий материал	Обладает термо- и огнеустойчивостью, негорючий материал
Стены тоньше, при тех же показателях сохранения тепла, что у пенобетона	Стены толще, при тех же показателях сохранения тепла, что у газобетона
Производится только в промышленных условиях	Есть возможность изготовления в условиях частного строительства
Стоимость на 20% выше, по сравнению с газобетоном	Стоимость на 20% ниже, по сравнению с газобетоном

 

При незначительных отличиях, все ячеистые бетоны обладают схожими свойствами и характеристиками:

1. Прочность и плотность.

Чем меньше объем пор, чем толще стенки пор, тем выше прочность ячеистого бетона. Прочность зависит от технологии производства. Автоклавный способ обеспечивает набор прочности за один производственный цикл, за счет обработки паром при высоком давлении. При естественном производственном процессе, бетон застывает в естественных условиях при нормальном давлении и температурных показателях. По плотности ячеистые бетоны делят на конструкционные – для возведения стен, в т. ч. несущих, и теплоизоляционные, которые в несущих конструкциях не используются, а применяются для утепления более прочных стен. Однако, в целом, совокупность показателей прочности, плотности при легком весе, превосходит показатели многих строительных материалов.

2. Хрупкость.

При всех своих положительных свойствах, эти бетоны достаточно хрупки из-за пористой структуры для использования при заливке фундаментов. По этой же причине из чаще используют при малоэтажном строительстве. Из пенобетона рекомендовано возводить здания не выше двух этажей, для газобетона (особенно тяжелого) этот показатель увеличен до пяти этажей. К тому же, ячеистые бетоны не обладают достаточной прочностью на изгиб, из-за чего снижается несущая способность плит и блоков. Требуется дополнительное армирование.

3. Тепло- и звукоизоляция.

Теплоизоляция является главным преимуществом ячеистых бетонов, ведь теплоизоляционные показатели превосходят минераловатные плиты, но имеют, к тому же, прочность несущего строительного материала. Поры бетона содержат воздух, который является теплоизолятором. Показатели теплоизоляции ячеистых бетоном сравнивают с деревом, потому их часто называют теплыми. Однако при возведении зданий повышенной этажности, аз счет увеличения показателей прочности, теплоизоляционные показатели снижаются. Благодаря пористой структуре ячеистые бетоны также имеют хорошие показатели звукоизоляции, поэтому не требуют дополнительных материалов для улучшения уровня этого параметра.

4. Водопоглощение и морозостойкость.

С другой стороны, именно наличие пор, является одновременно и главным недостатком ячеистых бетонов. Дело в том, что накопленная в порах влажность может кристаллизироваться в период преобладания отрицательных температур, и нанести непоправимый вред структуре изделия из ячеистого бетона. Несмотря на то, что пенобетон (с запаянными порами) имеет больший показатель морозостойкости, по сравнению с газобетоном (с открытыми порами), эти показатели все равно считаются недостаточными для российского климата и требуют технически верной отделки как снаружи, так и изнутри здания. Это позволяет значительно увеличить долговечность зданий, сооружений, конструкций из ячеистого бетона.

5. Экологичность. Материал безопасен для окружающей среды и человека, поскольку не выделяет в атмосферу вредных веществ.
6. Паропроницаемость позволяет зданиям, возведенным с использованием ячеистого бетона, «дышать». Благодаря этому, во всех внутренних помещениях устанавливается благоприятный микроклимат.
7. Легкость. Использование ячеистых бетонов при возведении строительных конструкций значительно снижает нагрузку на фундамент.
8. Простота использования. Ячеистые бетоны легко поддаются обработке, в том числе ручным инструментом.

Важные выписки из ГОСТ 25485-2019 «Бетоны ячеистые. Общие технические требования» и ГОСТ 12852.0-2020 «Бетон ячеистый. Общие требования к методам испытаний»

Нормативные указания ГОСТа 25485-2019 распространяются только на бетоны неанклавного (естественного или электротеплового) твердения, а также на изделия и конструкции из них, включая методы контроля технических характеристик.

1. Норматив классифицирует данный вид ячеистых бетонов по применению, по назначению, по условиям твердения, по вяжущим и кремнеземистым компонентам, по способу порообразования.
2. По документу определяют технические требования к физико-механическим характеристикам, в том числе параметры отпускной влажности и усадки при высыхании и подразделяют бетоны на марки по морозостойкости (F15-F50), по средней плотности в сухом состоянии (D200-D100) и на классы по прочности на сжатие в проектном возрасте (B0,5-B12,5). А также на марки по прочности на сжатие для теплоизоляционных изделий, запроектированных без учета требований обеспеченности (М1-М10).
3. Здесь также обозначены требования к материалам, которые используют при приготовлении ячеистых бетонов: портландцементы, золе, негашеной извести, кварцевому песку, алюминиевой пудре, воде и добавкам.
4. В ГОСТе также есть указания на нормативы и техническую документацию по заводским приемо-сдаточным испытаниям, на входном контроле и при операционном контроле в дальнейшем.
5. Описаны также методики испытаний, о которых мы поговорим чуть позже.

Кстати, о общих требованиях к методам определения физико-механических, деформативных и теплофизических свойств затвердевшего ячеистого бетона говориться как раз в ГОСТе 12852.0-2020.

1. Все испытания проводят из свежеприготовленной бетонной смеси рабочего состава или выпиленных, выбуренных по схеме из изделий и конструкций. Схемы отбора образцов зависят от варианта заливки: горизонтальная или вертикальная.
2. Интересно, что образцы могут быть как правильной, так и неправильной геометрической формы. Однако, плотность и влажность бетонов при производственном контроле определяют только на образцах правильной формы.
3. Образцы изготавливают и испытывают сериями не менее трех образцов, при заданных параметрах температуры и влажности в помещении.
4. Далее в документе приведены ссылки на необходимые нормативы для определения плотности, влажности, водопоглощения, морозостойкости, теплопроводности и других технических параметров.

Важные выписки из ГОСТ 31360-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения»

Итак, к бетонам автоклавного твердения, изготовленного в заводских условиях, а значит более твердого, применяются технические методы, правила и методы контроля из ГОСТа 31360-2007.

1.      Подразделяют данные ячеистые бетоны по тому же принципу, что и неактоклавные, исследуют те же физико-механические и теплофизические свойства, но вот усадка при высыхании, например, автоклавных бетонов не должны превышать 0,7%, тогда как для неавтоклавных, этот параметр составляет 3 %.

2.      Требования к материалам между двумя видами ячеистого бетона практически не отличаются, как и правила контроля качества продукции на разных стадиях изготовления и использования, а вот некоторые финальные показатели испытаний (в первую очередь, твердость) должны различаться.

Испытания ячеистого бетона

Определение морозостойкости

• испытания ячеистого бетона на морозостойкость проводят на кубах-кернах 100х100х100 мм или на цилиндрах-кернах, диаметром 100 мм;
• образцы изготавливают в лабораторных условиях или выпиливают из готовой конструкции на участках без армирования;
• должно быть подготовлено не менее 21 образца (12 – основных, 6 – контрольных и 3 – для определения потери массы);
• образцы насыщают водой, затем подсушивают и выдерживают в герметичной емкости 24 часа для выравнивания влажности по всему объему;
• керны помещают в морозильную камеру не менее, чем на сутки, в течение которых производят не менее одного цикла замораживания-оттаивания;
• затем определяется прочность на сжатие и потеря массы;
• в случаях явных признаков разрушения, испытания могут закончить досрочно, чтобы определить потерю прочности и массы;
• относительное снижение прочности и потерю массы рассчитывают по формулам;
• данные заносят в журнал испытаний.

Определение усадки при высыхании

• усадку ячеистого бетона определяют на кернах-призмах размерами 40х40х160 мм, в количестве не менее 3 штук;
• образцы изготавливают в лабораторных условиях или выпиливают из готовой конструкции на участках без армирования;
• перед испытанием образцы хранят в закрытых эксикаторах над водой не более 24 часов, маркируются на ребрах реперными отметками, взвешивают и измеряют;
• в ходе испытания ячеистого бетона, образцы насыщают водой в течение трех суток и еще трое суток выдерживают в плотно закрытом эксикаторе, затем взвешивают и измеряют;
• затем помещают обратно в эксикатор над безводным карбонатом калия, взвешивают и замеряют каждые три-четыре дня, влажный калий заменяют сухим;
• испытание проводят до достижения образцами постоянной массы, затем их высушивают, взвешивают, измеряют;
• значение усадки при высыхании рассчитывают по формуле;
• номер партии, результаты всех замеров и заключение по результатам заносят в журнал испытаний.

 Определение коэффициента теплопроводности

Коэффициент теплопроводности ячеистых бетонов зависит от их размера и количества пустот, плотности и влажности и теплопроводных качеств используемых ингредиентов в приготовлении строительного сырья. Он рассчитывается по следующим формулам, где m – это масса раствора, которую можно вычислить из его плотности:

Формула Кауфмана для сухих блоков: 0,0935х(m) 0,5х2,28m+0,025

Формула Некрасова для влажных смесей: (0,196 + 0,22 m²)х0,5 – 0,14

Определение сорбционной влажности

• сорбционную влажность ячеистого бетона определяют на трех образцах, имеющих произвольную форму и отобранных (отколотых) из средней части испытуемого изделия, при чем шлифовать образцы в виде ровных кубов не рекомендуется;
• возраст образцов должен быть не менее 28 суток с момента изготовления (т.е. бетон должен достигнуть проектной прочности);
• перед проведением экспериментов, образцы в бюксах высушивают в сушильном шкафу, охлаждают в эксикаторе с безводным хлористым кальцием и взвешивают вместе с бюксами два раза;
• все образцы помещаются в один и тот же эксикатор с насыщенным раствором серной кислоты в один и тот же день;
• по ходу испытания ячеистого бетона, керны периодически вынимают из эксикатора для взвешивания. Процесс сорбции считают законченным, когда два последующих взвешивания дадут одинаковые результаты или масса образца начнет уменьшаться;
• сорбционную влажность вычисляют по формуле, как среднее арифметическое значение результатов испытания трех образцов.

Определение коэффициента паропроницаемости

• испытания ячеистого бетона на паропроницаемость проводят на трех кернах размерами 100х100Х30 мм, которые могут быть вырезаны из конструкции или изготовлены в лабораторных условиях в возрасте не менее чем 28 суток;
• перед началом испытаний образцы высушивают до постоянной массы, а затем выдерживают при температуре 20±0,5°С и относительной влажности воздуха 54±2% до постоянной массы;
• образцы помещают в чашу с дистиллированной водой и заделывают герметиком, а затем ставят в климатическую камеру;
• чаши с образцами взвешивают каждые три дня с целью определить количество водяного пара, прошедшего через образцы. Взвешивания проводят до тех пор, пока количество испаряющейся за 1 час воды станет постоянным;
• по данным проводимых взвешиваний строят график зависимости изменения массы чашки с образцом от времени, а затем вычисляют коэффициент паропроницаемости по формуле, как среднее арифметическое результатов испытания трех образцов.