Вермикулитобетон

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

Введение

Вермикулитобетон — это разновидность лёгкого бетона, в котором в качестве крупного заполнителя используется вспученный вермикулит. Согласно ГОСТ 25820-2021 «Бетоны легкие. Технические условия» (таблица А.1), вермикулитобетон рекомендуется преимущественно для применения в качестве теплоизоляционного материала [1]. Основная функция материала заключается в теплоизоляции ограждающих конструкций и огнезащите несущих элементов благодаря низкой теплопроводности (0,047–0,065 Вт/(м·°С)) и высокой огнестойкости [2]. Приводятся и другие данные по теплопроводности - λ = 0,08–0,1 Вт/(м·К) при плотности 250-600 кг/м3[3], История разработки составов на основе вспученного вермикулита началась в середине XX века параллельно с развитием производства пористых заполнителей. Первоначально материал применялся для засыпной теплоизоляции и лёгких штукатурок, однако эволюция технологии привела к изготовлению армоцементных плит и композитов с дисперсным армированием. Современные тенденции направлены на использование отходов промышленности, таких как зола и туфовый песок, для снижения стоимости и улучшения реологических свойств бетонной смеси [4].

Классификация

По назначению

  • Теплоизоляционный: рекомендуется для устройства теплоизоляции покрытий, чердачных перекрытий, стен в колодцевой кладке. Марки по средней плотности варьируются от D200 до D500 [5].
  • Конструкционно-теплоизоляционный: стандартом не рекомендуется для чистого вермикулитобетона (в отличие от керамзитобетона), однако может использоваться в виде композитных систем, например, с фибровым армированием или добавлением вулканической пемзы [6].
  • Конструкционный: не рекомендуется в качестве самостоятельного несущего материала из-за низкой прочности, однако может использоваться в составе двухслойных элементов как огнезащитный слой.

По средней плотности и структуре

  • Особо лёгкие (D200–D400): предназначены для ненагружаемой теплоизоляции.
  • Лёгкие (D500–D800): используются для огнезащитных покрытий и слоев в композитных конструкциях.
  • Повышенной плотности (D1000–D1100): исследуются в сочетании с искусственной фиброй для повышения морозостойкости и трещиностойкости [7].

Для вермикулитобетона характерна поризованная структура, где пространство между зернами заполнителя заполнено затвердевшим поризованным цементным камнем

По типу армирования

Состав и материалы

Вяжущие вещества

Основным вяжущим выступает портландцемент марок М400–М500 (ЦЕМ 42,5Н). Для снижения стоимости и улучшения свойств допускается частичная замена цемента вулканической пемзой или золой-уноса тепловых электростанций [9]. Зола и туфовый песок являются пуццоланами и обладают скрытой гидравлической активностью, вступая во взаимодействие с продуктами гидратации цемента. Применение гипсоцементных вяжущих ограничено внутренними сухими помещениями из-за низкой водостойкости [10].

Заполнители

  • Вспученный вермикулит: применяются фракции 0,16–5 мм, например, ВВТ-150 по ГОСТ 12865-67 "Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-2025 "Вермикулит вспученный. Технические условия"). Насыпная плотность составляет 140–305 кг/м³ [11].
  • Комбинированные заполнители: возможно частичное замещение вермикулита вулканической пемзой для повышения прочности при незначительном росте плотности. Пемза фракции 0,16–0,63 мм позволяет увеличить прочность на сжатие и изгиб [12].
  • Полистирол-вермикулитовые смеси (ПВС): смесь гранул вспененного полистирола (40% по объему) и зерен вспученного вермикулита (60%) используется для снижения стоимости и теплопроводности [13].

Химические добавки и фибра

Для улучшения технологии производства и эксплуатационных свойств применяются:

  • Воздухововлекающие добавки (например, смола древесная омыленная (СДО)): для поризации и снижения теплопроводности (0,3–0,6% от массы вяжущего) [14].
  • Фибра: базальтовая (высокомодульная) или полипропиленовая (низкомодульная). Оптимальное объемное содержание полипропиленовой фибры для повышения морозостойкости — 1,6–3,2% [15].
  • Пластификаторы для снижения водопотребления и улучшения удобоукладываемости смеси [16].

Физико-механические свойства

Физические характеристики

  • Средняя плотность: варьируется от 300 до 1100 кг/м³ в зависимости от состава и уплотнения. Для теплоизоляционных бетонов назначаются марки D200–D500 [17].
  • Коэффициент теплопроводности: 0,047–0,065 Вт/(м·°С) в сухом состоянии. Применение ПВС позволяет снизить теплопроводность до 0,047 Вт/(м·°С) [18].
  • Водопоглощение: высокое, требует гидрофобизации или защиты от увлажнения. Коэффициент размягчения может снижаться до 0,45 при использовании добавок извести и гипса [19].

Механические свойства

  • Прочность на сжатие: низкая (0,5–4,0 МПа для теплоизоляционных составов). Для составов с пемзой прочность может достигать 14 МПа (для плотных структур), но для вермикулитобетона характерны значения 1,3–4,0 МПа [20].
  • Прочность на изгиб: значительно повышается при дисперсном армировании. Наибольшие значения достигаются при соотношении длины волокон к диаметру l/d = 1440 и проценте армирования 0,67–0,88% [21].
  • Диаграмма «напряжение-деформация»: при нагреве до 800°С прочность снижается на 15–25%, однако соотношение прочности на изгиб к прочности на сжатие не ухудшается. Дисперсное фибровое армирование повышает относительный предел прочности при изгибе примерно на 70% независимо от температуры нагрева [22].

Огнезащитная эффективность

Материал относится к негорючим (НГ) согласно ГОСТ 30244.Эффективен в качестве огнезащитного слоя в двухслойных конструкциях (несущий слой + вермикулитобетон). Предел огнестойкости конструкций с защитным слоем вермикулитобетона достигает 150–332 минут (в зависимости от толщины слоя 15–25 мм) [23]. Сохраняет структурную целостность при высоких температурах лучше аналогов на основе перлита. При нагреве до 800°С усадка уменьшается с 0,7 до 0,5% в сравнении с исходной бетонной матрицей при использовании базальтовой фибры [24].

Морозостойкость и долговечность

Без армирования морозостойкость низкая (потеря прочности до 50% после 5 циклов замораживания-оттаивания). При армировании полипропиленовой фиброй (1,6% по объему) прочность после 5 циклов сохраняется на уровне 95% от исходной. Введение полипропиленовых волокон могло бы обеспечить марку морозостойкости F200. Фибра устраняет хрупкое разрушение, обеспечивая пластическую деформацию перед разрушением, что повышает безопасность эксплуатации торкрет-бетонных крепей [25].

Технология производства и применения

Приготовление смеси

Последовательность загрузки компонентов влияет на однородность. Рекомендуется способ: вода с добавкой СДО → сухая смесь цемента и добавок → вермикулит (для сохранения целостности зерен) [26]. Длительность перемешивания составляет 1,5–2 мин при использовании смесителей принудительного действия. [27]. Подвижность смеси 3–5 см по конусу СтройЦНИЛа [28].

Формование и уплотнение

Методы: литье, вибропрессование. Вибрирование повышает прочность композита в 1,1–1,3 раза по сравнению с литьем [29]. Изготовление двухслойных элементов: одновременное формование несущего слоя и огнезащитного слоя вермикулитобетона. Применение в торкрет-бетонных крепях для подземных сооружений в криолитозоне [30].

Твердение и уход

Уход за бетоном: влажностная обработка или естественное твердение. [31]. Особенности зимнего бетонирования: требует защиты от замерзания, возможно использование противоморозных добавок. Исследования в Якутске показали эффективность применения в условиях криолитозоны [32].

Области применения

  • Теплоизоляция покрытий, чердачных перекрытий, полов.
  • Огнезащитные покрытия металлических и железобетонных конструкций (в том числе в составе армоцемента).
  • Теплозащитные крепи горных выработок в условиях вечной мерзлоты.
  • Заполнение трехслойных стен

Нормативные документы

Российские и межгосударственные стандарты (ГОСТ, СП)

  • ГОСТ 25820-2021 «Бетоны легкие. Технические условия»
  • ГОСТ 12865-67 «Вермикулит вспученный. Технические условия».
  • ГОСТ 12865-2025 "Вермикулит вспученный. Технические условия"
  • ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость».

Международные аналоги

  • EN 13055-1:2002 «Заполнители легкие. Часть 1. Заполнители легкие для бетона».
  • ASTM C332 «Standard Specification for Lightweight Aggregates for Insulating Concrete» [33].

См. также

Примечания

  1. ↑ ГОСТ 25820-2021 "Бетоны легкие. Технические условия"
  2. ↑ Нижегородов, А. И. Производство и применение полистирол-вермикулитовых строительных смесей / А. И. Нижегородов // Строительные материалы. – 2015. – № 7. – С. 41-45
  3. ↑ «Производство и применение вермикулита», под редакцией Н. А. Попова, М., 1964 год
  4. ↑ Хежев, Т. А. Экспериментально-теоретические исследования огнезащитных свойств вермикулитобетонных композитов / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2012. – № 1(24). – С. 70-76
  5. ↑ ГОСТ 25820-2021 "Бетоны легкие. Технические условия"
  6. ↑ Строительно-технические свойства вермикулитобетона и фибровермикулитобетона с вулканической пемзой при воздействии повышенных температур / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, А. В. Журтов [и др.] // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2023. – Т. 50, № 1. – С. 215-228. – DOI 10.21822/2073-6185-2023-50-1-215-228
  7. ↑ Алексеев, К. Н. Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочность и характер разрушения теплоизоляционного вермикулитобетона армированного искусственной фиброй / К. Н. Алексеев, Е. В. Захаров // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. – 2024. – № 29. – С. 93-103. – DOI 10.26160/2658-3305-2024-29-93-103
  8. ↑ Оценка влияния параметров армирования на свойства фибровермикулитобетонного композита / С. Х. Байрамуков, З. Н. Долаева, Р. Н. Башлаев, И. М. Байрамкулов // Инженерный вестник Дона. – 2021. – № 12(84). – С. 591-598
  9. ↑ Хежев, Т. А. Экспериментально-теоретические исследования огнезащитных свойств вермикулитобетонных композитов / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2012. – № 1(24). – С. 70-76
  10. ↑ Хежев, Т. А. Экспериментально-теоретические исследования огнезащитных свойств вермикулитобетонных композитов / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2012. – № 1(24). – С. 70-76
  11. ↑ Алексеев, К. Н. Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочность и характер разрушения теплоизоляционного вермикулитобетона армированного искусственной фиброй / К. Н. Алексеев, Е. В. Захаров // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. – 2024. – № 29. – С. 93-103. – DOI 10.26160/2658-3305-2024-29-93-103
  12. ↑ Строительно-технические свойства вермикулитобетона и фибровермикулитобетона с вулканической пемзой при воздействии повышенных температур / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, А. В. Журтов [и др.] // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2023. – Т. 50, № 1. – С. 215-228. – DOI 10.21822/2073-6185-2023-50-1-215-228
  13. ↑ Нижегородов, А. И. Производство и применение полистирол-вермикулитовых строительных смесей / А. И. Нижегородов // Строительные материалы. – 2015. – № 7. – С. 41-45
  14. ↑ Хежев, Т. А. Экспериментально-теоретические исследования огнезащитных свойств вермикулитобетонных композитов / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2012. – № 1(24). – С. 70-76
  15. ↑ Алексеев, К. Н. Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочность и характер разрушения теплоизоляционного вермикулитобетона армированного искусственной фиброй / К. Н. Алексеев, Е. В. Захаров // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. – 2024. – № 29. – С. 93-103. – DOI 10.26160/2658-3305-2024-29-93-103
  16. ↑ Оценка влияния параметров армирования на свойства фибровермикулитобетонного композита / С. Х. Байрамуков, З. Н. Долаева, Р. Н. Башлаев, И. М. Байрамкулов // Инженерный вестник Дона. – 2021. – № 12(84). – С. 591-598
  17. ↑ ГОСТ 25820-2021 "Бетоны легкие. Технические условия"
  18. ↑ Нижегородов, А. И. Производство и применение полистирол-вермикулитовых строительных смесей / А. И. Нижегородов // Строительные материалы. – 2015. – № 7. – С. 41-45
  19. ↑ Хежев, Т. А. Экспериментально-теоретические исследования огнезащитных свойств вермикулитобетонных композитов / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2012. – № 1(24). – С. 70-76
  20. ↑ Строительно-технические свойства вермикулитобетона и фибровермикулитобетона с вулканической пемзой при воздействии повышенных температур / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, А. В. Журтов [и др.] // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2023. – Т. 50, № 1. – С. 215-228. – DOI 10.21822/2073-6185-2023-50-1-215-228
  21. ↑ Оценка влияния параметров армирования на свойства фибровермикулитобетонного композита / С. Х. Байрамуков, З. Н. Долаева, Р. Н. Башлаев, И. М. Байрамкулов // Инженерный вестник Дона. – 2021. – № 12(84). – С. 591-598
  22. ↑ Строительно-технические свойства вермикулитобетона и фибровермикулитобетона с вулканической пемзой при воздействии повышенных температур / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, А. В. Журтов [и др.] // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2023. – Т. 50, № 1. – С. 215-228. – DOI 10.21822/2073-6185-2023-50-1-215-228
  23. ↑ Хежев, Т. А. Экспериментально-теоретические исследования огнезащитных свойств вермикулитобетонных композитов / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2012. – № 1(24). – С. 70-76
  24. ↑ Строительно-технические свойства вермикулитобетона и фибровермикулитобетона с вулканической пемзой при воздействии повышенных температур / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, А. В. Журтов [и др.] // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2023. – Т. 50, № 1. – С. 215-228. – DOI 10.21822/2073-6185-2023-50-1-215-228
  25. ↑ Алексеев, К. Н. Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочность и характер разрушения теплоизоляционного вермикулитобетона армированного искусственной фиброй / К. Н. Алексеев, Е. В. Захаров // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. – 2024. – № 29. – С. 93-103. – DOI 10.26160/2658-3305-2024-29-93-103
  26. ↑ Хежев, Т. А. Экспериментально-теоретические исследования огнезащитных свойств вермикулитобетонных композитов / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2012. – № 1(24). – С. 70-76
  27. ↑ Строительно-технические свойства вермикулитобетона и фибровермикулитобетона с вулканической пемзой при воздействии повышенных температур / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, А. В. Журтов [и др.] // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2023. – Т. 50, № 1. – С. 215-228. – DOI 10.21822/2073-6185-2023-50-1-215-228
  28. ↑ Хежев, Т. А. Экспериментально-теоретические исследования огнезащитных свойств вермикулитобетонных композитов / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, Х. А. Хежев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2012. – № 1(24). – С. 70-76
  29. ↑ Оценка влияния параметров армирования на свойства фибровермикулитобетонного композита / С. Х. Байрамуков, З. Н. Долаева, Р. Н. Башлаев, И. М. Байрамкулов // Инженерный вестник Дона. – 2021. – № 12(84). – С. 591-598
  30. ↑ Алексеев, К. Н. Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочность и характер разрушения теплоизоляционного вермикулитобетона армированного искусственной фиброй / К. Н. Алексеев, Е. В. Захаров // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. – 2024. – № 29. – С. 93-103. – DOI 10.26160/2658-3305-2024-29-93-103
  31. ↑ Строительно-технические свойства вермикулитобетона и фибровермикулитобетона с вулканической пемзой при воздействии повышенных температур / Т. А. Хежев, Г. Н. Хаджишалапов, А. В. Журтов [и др.] // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. – 2023. – Т. 50, № 1. – С. 215-228. – DOI 10.21822/2073-6185-2023-50-1-215-228
  32. ↑ Алексеев, К. Н. Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочность и характер разрушения теплоизоляционного вермикулитобетона армированного искусственной фиброй / К. Н. Алексеев, Е. В. Захаров // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. – 2024. – № 29. – С. 93-103. – DOI 10.26160/2658-3305-2024-29-93-103
  33. ↑ ГОСТ 25820-2021 "Бетоны легкие Технические условия"

Литература

  • Баженов Ю.М.Технология бетона.Изд-во АСВ, 2002. 500 с. ISBN=5-93093-138-0
  • Горлов Ю.П.Технология теплоизоляционных материалов.Стройиздат, 1980. 399 с.
  • Иванов И.А.Легкие бетоны на искусственных пористых заполнителях.Стройиздат, 1993. 182 с. ISBN=5-274-00822-4
  • Микульский В.Г.Строительные материалы (Материаловедение. Технология конструкционных материалов). АСВ, 2007. 520 с. ISBN=978-5-93093-041-2
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л.Специальные бетоны.Инфра-Инженерия, 2012. 368 с.
  • Романенков И.Г., Левитес Ф.А.Огнезащита строительных конструкций.Стройиздат, 1991. 320 с. ISBN=5-274-00459-8
  • Милованов А.Ф.Стойкость железобетонных конструкций при пожаре.Стройиздат, 1998. 304 с. ISBN=5-274-01695-2
  • Ульянов В.А., Ларин М.А., Гущин В.Н.Огнеупорные, теплоизоляционные и строительные материалы для печей.Инфра-Инженерия, 2019. 152 с. ISBN=978-5-9729-0350-4
  • Руководство по подбору составов конструктивных легких бетонов на пористых заполнителях.Стройиздат, 1975. 61 с.
Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=Вермикулитобетон&oldid=2261»