ТехЛиб

Библиотека научно-технического портала Технарь

Бетоны и растворы на основе гипсовых вяжущих веществ

Бетоны на основе гипсовых вяжущих (далее гипсобетоны), применя­емые в строительстве, классифицируют в соответствии с ГОСТ 25192 по следующим признакам: основному назначению; средней плотности; виду вяжущего; виду и крупности заполнителей; структуре; условиям уплотнения.

По способу образования в гипсобетоне ячеистой структуры различают: газогипс, получаемый введением газообразующих добавок; пеногипс, получаемый введением пенообразователей; порогипс, получаемый без введения газо- и пенообразователей.

Растворы на основе гипсовых вяжущих веществ подразделяют по:

—          назначению – на кладочные (монтажные); отделочные (штукатурные, шпаклевочные, декоративные); специальные (для полов, огнестойких, аку­стических, радиационно-защитных покрытий и др.);

—          средней плотности – на обычные (тяжелые) от 1500 кг/м3 и легкие — ме­нее 1500 кг/м3;

—          виду вяжущего — на неводостойкие гипсовые вяжущие (НГВ), пред­назначенные для внутренних помещений с относительной влажностью воздуха до 75%; на водостойкие гипсовые вяжущие (ВГВ) — для помеще­ний с повышенной влажностью воздуха и для наружных строительных работ в соответствии со СНИП II 3-79**.

Классификация гипсобетонов  

Признак классификации Вид гипсобетона Определение
Основное назначение Конструкционный Гипсобетоны строительных конструкций и зданий, к которым предъявляют требования по механической прочности
Функциональный Гипсобетоны, к которым предъявляются функциональные требования в соответ­ствии с условиями эксплуатации конст­рукций
Конструкционно-функциональный Гипсобетоны конструкций и зданий, к которым вместе с требованиями, харак­теризующими механические свойства, предъявляются функциональные требо­вания, учитывающие условия их экс­плуатации (теплоизоляционные, коррозионностойкие, декоративные, радиационнозащитные)
Средняя плотность Особо легкий Гипсобетоны со средней плотностью ме­нее 500 кг/м3
Легкие Гипсобетоны со средней платностью до 1800 кг/м3
Тяжелые (обычные и мелкозернистые) Гипсобетоны на плотных крупных и мелких заполнителях со средней плотно­стью до 2500 кг/м3
Особо тяжелый Гипсобетоны со средней плотностью более 2500 кг/м3
Вид вяжущих На неводостойких гипсовых вяжущих (НГВ) Неводостойкие гипсобетоны
На водостойких гипсовых вяжущих (ВГВ) Водостойкие гипсобетоны
Вид и крупность заполнителя На плотных заполнителях Гипсобетоны на крупных заполнителях из плотных горных пород или плотных шлаков
На пористых заполнителях Гипсобетоны на искусственных и природ­ных, крупных и мелких пористых заполните­лях, а также на крупных пористых и мелких плотных заполнителях
На органических заполнителях Гипсобетоны на заполнителях из отходов переработки древесины (опилки, волокна, стружка) и растительного сырья (солома-сечка, костра лубяных культур, волокно камыша и т.п.)
На особо плотных заполнителях Гипсобетоны на заполнителях из рудосодержащих горных пород высокой плотности
Структура Плотная структура Гипсобетоны, у которых все пространство между зернами заполнителя занимает затвер­девшее вяжущее, а поры вовлеченного воз­духа не превышают 7 %
Поризованная структура Гипсобетоны, у которых все пространство между зернами заполнителя занимает затвер­девшее вяжущее, поризованное воздухововле-кающими, пено- и газообразующими добав­ками, при содержании вовлеченного воздуха более 7 %
Ячеистой структуры Гипсобетоны, состоящие из затвердевшего гипсового вяжущего или раствора с высоко­пористой структурой и равномерно распре­деленными порами
Крупнопористой структуры Гипсобетоны без мелкого заполнителя с неза­полненным затвердевшим вяжущим простран­ством между зернами крупного заполнителя
Условия уплотнения Укладываемый по литьевой технологии Высокоподвижные гипсобетонные смеси, за­полняющие формы без механических воз­действий
Уплотняемый с помощью вибрации, трамбования и т.д. Гипсобетонные смеси различной консис­тенции, укладываемые в формы с примене­нием вибрационных воздействий, трамбо­вания и т.д.

Заполнители для гипсобетонов 

Заполнители для тяжелых и мелкозернистых бетонов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 26333.

Крупные заполнители – щебень и гравий из плотных горных пород (плотность зерен не менее 2,0 г/см3) должны соответствовать требованиям ГОСТ 8267, а щебень из попутно добываемых пород и отходов горнообогатительных предприятий – ГОСТ 23254.

Крупный заполнитель для бетона выбирают по следующим показате­лям: наибольшей крупности и зерновому составу, содержанию пылевидных и глинистых частиц, вредных примесей, форме зерен, прочности, содержа­нию зерен слабых пород, петрографическому составу и радиационно-гигиенической характеристике. При подборе состава бетона учитывают также плотность, пористость, пустотность и водопоглощение заполнителей. Наибольшая крупность заполнителя указывается в стандартах, техни­ческих условиях или рабочих чертежах бетонных или железобетонных конструкций.

Мелкие заполнители – пески природные и из отсевов дробления гор­ных пород, а также их смеси должны удовлетворять требованиям ГОСТ 8736, а золошлаковые смеси – ГОСТ 25592.

Пески различаются по зерновому составу, содержанию пылевидных и глинистых частиц, петрографическому составу и радиационно–гигиеничес–кой характеристике.

Для тяжелых и мелкозернистых гипсобетонов (растворов) также исполь­зуются щебень и песок из шлаков тепловых электростанций по ГОСТ 26644 и щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии по ГОСТ 5578.

Показатели качества крупного заполнителя для тяжелого бетона определяют: по ГОСТ 8269.0 и 8269.1; мелкого – по ГОСТ 8735.

Заполнители для легких бетонов: гравий, щебень и песок, искусственные пористые должны удовле­творять требованиям ГОСТ 9757.

Стандарт распространяется на гравий и щебень керамзитовые, гравий шунгизитовый, гравий аглопоритовый, щебень аглопоритовый, щебень шлакопемзовый, песок керамзитовый и шунгизитовый, песок аглопоритовый, применяемые в качестве заполнителей для легких бетонов должна соответствовать с ГОСТ 25820.

Щебень и песок из пористых горных пород должны удовлетворять требованиям ГОСТ 22263.

Свойства гипсобетонов

Прочность на сжатие бетона и раствора определяют как среднее значение испытаний образцов-кубов с длиной ребра 70, 100, 150 и 200 мм, принимаемой в зависимости от наибольшей крупности заполнителя.

Для растворов или при использовании отливок из вяжущего без заполнителя прочность на сжатие определяют на половинках образцов-балочек размером 40 х40 х160 мм, после их испытания на изгиб.

Температура твердения бетонов: на неводостойких гипсовых вяжущих (воздушно-сухие) составляет (20 ± 5)°С, на водостойких гипсовых вяжущих (воздушно-влажные) — (20 ± 2)°С, относительная влажность воздуха (ГОСТ 10180) должна быть (90 ± 5)%.

Испытания образцов-кубов или выбуренных из конструкций цилиндров проводят в соответствии с указанным стандартом. Образец с ребром 150 мм принят за базовый. Испытания образцов-балочек размером 40x40x160 мм проводят по ГОСТ 310.4 или ГОСТ 23789. При определении прочности по образцам, отобранным из конструк­ций, следует руководствоваться ГОСТ 28570.

Сопротивление бетона осевому сжатию определяется его призменной прочностью (Rпp), которая является нормативным сопротивлением бетона при расчете и проектировании из него изделий и конструкций.

Соотношение между призменной и кубиковой прочностями называют коэффициентом призменной прочности КПП = Rпp/R. Для гипсобетона в воздушно-сухом состоянии на плотных заполнителях он равен 0,60–0,75; на искусственных пористых — 0,70–0,80; для тяжелых бетонов на ВГВ в воздушно-влажном состоянии — 0,75–0,85; для легких-0,80–0,90.

 

Прочность на сжатие бетонов и растворов на гипсовых вяжущих

 

Вяжущее Прочность на сжатие, МПа
тяжелого бетона Мелкозернистого бетона (раствора) легкого бетона на заполнителях
пористых органических
Строительный гипс 4,5–8,0 2,0–8,0

(0,5–2,5)

3,5–9,0 2,5–4,0
Высокопрочный гипс 15,0–3,00 3,0–15,0

(2,5–10,0)

3,5–20,0 3,5–5,0
Ангидритовое 7,0–15,0 2,0–12,5

(1,0–7,5)

3,5–15,0 3,5–7,5
Эстрих-гипс 4,5–8,0 2,0–13,5

(1,0–10,0)

Водостойкое гипсовое вяжущее 9,0–35,0 5,0–25,0

(2,5–15,0)

5,0–22,0 3,5–9,5

 

Прочность на сжатие ячеистых гипсобетонов 

Марка вяжущего Прочность на сжатие, МПа, ячеистого гипсобетона плотностью, кг/м3
300 600 900
Г-5 0,2–0,5 1,5–2,5 3,0–5,0
Г-10 0,4–0,6 3,0–4,0 5,5–8,0
ВГВ-150 0,4–0,7 3,5–5,0 6,0–8,0

 

Рост прочности бетонов на гипсовых вяжущих на воздухе завершается по мере высыхания и прекращается примерно через месяц, а на ангидрито­вых вяжущих — через полгода и более.

Прочность гипсобетона при остаточной влажности более 2 % (в зависимости от вида вяжущего) составляет от 30 до 50 % прочности абсолютно сухого образца. При дальнейшем увеличении влажности прочность почти не изменяется.

Преимуществом бетонов на ВГВ является способность их твердеть во влажных условиях и в воде с длительным ростом прочности во времени подобно бетонам на портландцементе.

Прочность на осевое растяжение и растяжение при изгибе бето­нов и растворов на гипсовых вяжущих, по данным многих исследователей, зависит от тех же факторов, что и прочность на сжатие, однако количест­венные зависимости в этом случае другие.

Соотношение прочностей на сжатие и осевое растяжение тяжелых бе­тонов на ВГВ на основе строительного и высокопрочного гипсов находится соответственно в пределах 6–8 и 7–10.

Отношение прочности на растяжение при изгибе бетона на ВГВ к его прочности на осевое растяжение равно 1,5–1,7. У равнопрочных бетонов на портландцементе оно принимается равным 1,7. Отношение прочности на сжатие к прочности на растяжение у легких бетонов на пористых заполнителях изменяется от 9 до 12.

Бетоны на органических заполнителях обладают по сравнению с бето­нами на неорганических заполнителях повышенными показателями проч­ности на растяжение и на изгиб, составляющими примерно 50 % прочности на сжатие. При этом прочность на изгиб у легких бетонов на волокнистых заполнителях примерно в 1,5 раза больше, чем у опилкобетона. Наиболее высокие показатели прочности на изгиб и осевое растяжение у бетонов на основе ВГВ.

Изменение со временем прочности на растяжение при хранении об­разцов в различных температурно-влажностных условиях аналогично из­менению их прочности на сжатие.

Деформативные свойства

При кратковременном нагружении показателями деформативных свойств бетона являются начальный модуль упругости (Еб), начальный коэффициент поперечной деформации или коэффициент Пуассона (v), сжи­маемость и растяжимость (предельная деформативность). Согласно ГОСТ 24452 величины Еб и v определяют при напряжении Ra = 0,3·Rпp при осевом сжатии образца.

Начальный модуль упругости бетона Еб  зависит от его состава, возраста, свойств вяжущего и заполнителей и других факторов.

Для тяжелых бетонов на гипсовых вяжущих при их прочности от 10 до 20 МПа в воздушно-сухом состоянии Еб = (12÷16)·103 МПа, а для легких бетонов на пористых заполнителях величина Еб зависит еще и от средней плотности бетона. Так, для средней плотности легкого бетона в сухом со­стоянии 1200 кг/м3 имеем Еб = (5÷7)·103 МПа при прочности на сжатие от 5 до10 МПа. Падение прочности бетона на НГВ при увлажнении приводит к резкому снижению его модуля упругости (в 2 раза и более).

Значения начального модуля упругости бетона на ВГВ (тяжелого, мел­козернистого и легкого) для классов по прочности на сжатие от В2,5 до В25 приведены в таблице. Они незначительно отличаются от значений уста­новленных СНиП по классам прочности для различных видов бетона и во многом определяются технологическими факторами изготовления.

 

Начальные модули упругости бетонов на водостойких гипсовых вяжущих

 

Тип бетона Начальные модули упругости бетона при сжатии и растяжении Еб·103, МПа (кгс/см2), при классе бетона по прочности на сжатие
В2,5 В3,5 В5 В7,5 В10 В15 В20 В25
Тяжелый 13,0

(133)

16,0

(163)

20,0

(205)

27,0

(275)

30,0

(306)

Мелкозернистый 6,5

(70)

9,0

(97)

13,0

(133)

16,5

(168)

Без запол­нителя 4,8

(51)

6,2

(63)

8,7

(97)

10,6

(108)

Легкий марки по средней плотности:                
D1000

 

D1200

 

D1400

4,1

(44)

4,8

(49)

4,5

(56)

6,0

(64)

5,9

(60)

6,1

(67)

7,0

(76)

8,0

(91)

7,0

(71)

8,0

(82)

9,0

(92)

11,2

(118)

12,0

(122)

 

Для легкого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетонов начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции.

Предельная растяжимость бетона (εр) примерно в 15–20 раз меньше его предельной сжимаемости.

Коэффициент линейной температурной деформации α зависит от состава бетона и вида заполнителя: на плотных заполни­телях α = (8,5÷11,0) ·10-6,оС-1, на пористых α = (7,0÷10,5) ·10-6, оС-1. Изменение температуры в интервале 0–50 °С практически не влияет на коэф­фициент температурного расширения бетона.

Усадка зависит от состава бетона, свойств использованных материалов, температурно-влажностных условий среды, в которых находится бетон, и связана с изменением его влажности. Между усадкой бетона, водо-вяжущим отношением и расходом вяжущего существует прямая зависи­мость: изменение обоих технологических параметров в большую сторону приводит к увеличению деформаций усадки, и наоборот. Для бетонов на НГВ величины деформаций усадки — 0,2–0,6 мм/м, для бетонов на ВГВ — 0,3–0,8 мм/м. Усадка бетонов на НГВ завершается при их высыхании. Стабилизация и затухание деформации усадки бетонов на ВГВ происходит примерно через 1 год.

Ползучесть. Существенным недостатком гипсобетонов, сдерживающих их применение в несущих конструкциях, является интенсивное развитие деформаций ползучести при увлажнении, приводящее к необратимому деформированию и разрушению материала.

Этот недостаток устраняется применением бетонов на ВГВ, деформирование которых при длительной нагрузке подобно деформированию конструкционных бетонов на портландцементе.

На развитие деформаций ползучести влияет величина напряжения в бетоне от внешней нагрузки и возраст бетона, а так же факторы, обусловливающие усадку.

Деформации ползучести бетонов на ВГВ затухают через 1–2 года в зависимости от влажности бетона и окружающей среды и тем быстрее, чем меньше величина напряжения в бетоне от приложенной нагрузки. 

Физические свойства

Водостойкость оценивают значениями коэффициентов размягчения Кр и водостойкости Кв. (табл. 1.21). Бетоны на водостойких гипсовых вяжущих оценивают по Кв.

Коэффициент (Кр) представляет отношение прочности образцов гипсобетона или раствора в водонасыщенном состоянии к проч­ности образцов, высушенных до постоянной массы:

Коэффициент (Кв) равен отношению прочности об­разцов гипсобетона в возрасте 28 сут (или другие сроки), хранившихся в воде, к прочности образцов, хранившихся в воздушно-сухих условиях при относительной влажности воздуха до 75 % и температуре 20 ± 2 °С:

Коэффициенты Кр и Кв изменяются, в первую очередь, в зависимости от вида вяжущего, его расхода и отношения В/Г, а также от плотности бетона, связанной с видом заполнителя

Водостойкость гипсобетонов и растворов

 

Вид вяжущего

Вид заполнителя

Кр

Кв

Неводостойкие гипсовые вяжущие (НГВ) Плотный

0,35–0,50

Пористый

0,35–0,50

Органический

0,35–0,40

Водостойкие гипсовые вяжущие (ВГВ) Плотный

0,65–0,90

0,70–1,00

Пористый

0,60–0,85

0,65–0,95

Органический

0,50–0,65

0,60–0,70

 

Влагопроводностъ, паропроницаемостъ, определенные по изотермам сорбции и десорбции легкого бетона на композиционном гипсовом вяжущем, приведены в таблице:

Коэффициенты влагопроводности и паропроницаемости легких бетонов на ВГВ

 

Вид бетона

Коэффициент влагопроводности, м2

Коэффициент паропроницаемости, мг/м·ч·Па, при средней относительной влажности воздуха, %

50

95

Керамзитобетон

0,075–0,085

2,0–3,0

4,0–5,0

Опилкобетон

0,90–0,11

9,0–11,0

19,0–21,0

 

Теплопроводность легкого гипсобетона, в том числе ячеистого, зависит от его средней плотности, состава и влажности.

Теплопроводность легкого гипсобетона 

Марка по средней плотности

Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С (в сухом состоянии)

D400

0,10–0,12

D600

0,15–0,18

D800

0,20–0,26

D1000

0,25–0,30

D1200

0,32–0,35

D1400

0,40–0,45

D1600

0,50–0,55

 

При изменении влажности на 1 % по массе теплопроводность гипсобетона на пористых заполнителях изменяется примерно на 0,015–0,020 Вт/м·°С. Теплопроводность гипсобетонов определяют по ГОСТ 7076.

Комплексные теплофизические исследования позволили определить расчетные теплотехнические показатели теплоизоляционного пеногипса, необходимые для теплотехнических расчетов при проектировании ограждающих конструкций.

Улучшения физико-механических и теплофизических свойств пено­гипса можно достичь рациональным сочетанием гипсового вяжущего с отверждающимися полимерными связующими и различными добавками.

Морозостойкость, определяемая в соответствии с ГОСТ 10060.1, характеризуется марками для бетонов на ВГВ:

– конструкционных (тяжелых и мелкозернистых) – F35, F50, F75, F100, F150;

– конструкционно-функциональных (легких, марок по средней плотности D1000–D1500) –F25, F35, F50, F75;

– ячеистых (D100–D800) – F15, F25.

Расчетные значения теплотехнических показателей пеногипса

 

Параметр

Значения параметра

Плотность в сухом состоянии, кг/м3

200

300

400

Удельная теплоемкость в сухом состоянии, кДж/кг·°С

0,84

0,84

0,84

Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/м·°С

0,08

0,10

0,12

Расчетное массовое отношение влаги в материале (влажность материала), % при условиях эксплуатации:      
А*

2

2

2

Б*

3

3

3

Расчетный коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С, при условиях эксплуатации:      
А*

0,10

0,12

0,14

Б*

0,11

0,13

0,15

Расчетный коэффициент теплоусвоения, Вт/м·°С, при условиях эксплуатации:      
А*

1,16

1,56

1,94

Б*

1,24

1,66

2,05

Расчетный коэффициент паропроницаемости, мг/м·ч·Па

0,55

0,50

0,45

*Условия эксплуатации А и Б по СНиП П-3–79.

 Стойкость в агрессивных средах. Бетоны и растворы на основе гипсовых вяжущих обладают повышенной стойкостью в сульфатных растворах низкой (0,2 %) и высокой (3 %) концентраций, а также в минерализованных грунтовых водах.

Коэффициент коррозионной стойкости, характеризующий изменение прочностных и деформативных свойств материала за периоды 6 или 12 мес., находится в интервале значений 0,83–1,0.

Истираемость. Коэффициент истираемости образцов на ангидритовых вяжущих колеблется в зависимости от состава раствора от 0,26 до 0,64 г/см2, что примерно соответствует показателям истираемости известняков. Коэффициент истираемости образцов из эстрих-гипса изменяется в пределах 0,4–0,6 г/см2, т.е. этот показатель примерно в 3 раза больше, чем у метлахской плитки. Это предопределило применение ангидритовых вяжущих и эстрих-гипса для устройства бесшовных полов.

Огнестойкость. По результатам ряда исследований гипсовые вяжущие и растворы на них являются достаточно огнестойкими и рекомендуются в качестве огнезащиты покрытий деревянных, металлических и других конструкций:

толщина, мм           30       40           45           60           70

огнестойкость, ч    0,5      0,75        1,0          1,5          2,0

 Ангидритовые растворы на кварцевом и шлаковом песках относятся к категории относительно огнестойких. При длительном воздействии огня и после­дующем охлаждении водой они разрушаются. Если же охлаждение проис­ходит на воздухе, то разрушения не происходит.

 Проектирование состава бетона на неводостойких и водостойких гипсовых вяжущих

Целью проектирования является получение бетона с заданными физи­ко–механическими характеристиками при минимальном расходе гипсового вяжущего и необходимой для формования удобоукладываемости смеси.

Определение состава гипсобетона производят расчетно–эксперименталь–ными методами с использованием таблиц, графиков, номограмм и данных о характеристиках применяемых материалов.