Будівельні матеріали та їх поведінка при дії високих температур

4.3 Гідравлічні в'яжучі матеріали. Технологія виготовлення, вплив високих температур на властивості твердих будівельних розчинів

Портландцемент - гідравлічне в'яжуче, яке отримують завдяки сумісного тонкого подрібнення клінкера і необхідної кількості двуводневого гіпсу (для регулювання терміну тужавіння й підвищення міцності).

Перший патент на спосіб виробництва штучного каменю під назвою портландський цемент було отримано у 1824 році Джозефом Аспдіном. За минулі роки середня міцність портладцементу виросла майже в у 10 разів, що є результатом не тільки модернізації технології, але й зміни складу шихти для отримання клінкеру. У практиці світового будівництва портландцемент є головним матеріалом для виробництва бетону, залізобетону та будівельних розчинів. Світове виробництво цементу перевищує 1,8 млрд. т. Портландцемент випускається без домішок і з активними мінеральними домішками (до 15%). Активні домішки - це речовини, які при змішуванні з вапном після затворення водою утворюють тісто, схильне після затвердіння на повітрі продовжувати тверднути у воді. Активні мінеральні домішки бувають природні та штучні. До природних домішок відносять діатоміт, трепел, вулканічний попіл, пісок, пемзи, туфи. До штучних - доменні шлаки, золи та інші.

Для отримання портландцементу використовують природні суміші вапняку з глиною - мергелі. Хімічний склад даних гірських порід після відпалу близький до хімічного складу цементу. Однак в природі таких порід порівняно мало, тому для отримання заданого хімічного складу сировинну суміш складають з двох та більше компонентів. Крім мергелю в якості сировини для отримання цементу використовують усі види вапняків і крейди. Другим компонентом є глина (каолініт), що містить кремнезем (SiO₂), глинозем (Al₂O₃) та оксид заліза (Fe₂O₃). Співвідношення між вапняком і глиною встановлюється розрахунком залежно від потрібного хімічного складу цементу і звичайно складає:

СаСО₃ - 75 - 78 %

(SiO₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃) - 25 - 22 %

Процес отримання цементу складається з таких операцій:

1) Добування сировини.

2) Підготовка сировини до відпалу.

3) Відпал (отримання клінкеру).

4) Подрібнення клінкеру в тонкодисперсний порошок.

5) Вилежування цементу.

Можливі два основних способи виробництва портландцементу - мокрий і сухий. При найбільш поширеному в нашій країні мокрому способі в процесі подрібнення сировинних матеріалів вводиться вода, і сировинна суміш поступає на відпал у вигляді водяної суспензії - шламу вологістю 33…42 %. Введення води в сировинну суміш полегшує її помел, досягається висока однорідність, однак при цьому (в 1,5…2 рази) підвищується витрати палива. При сухому способі сировинні матеріали після подрібнення висушуються і поступають на відпал в порошкоподібному або гранульованому вигляді. Цей спосіб завдяки високим техніко-економічним показникам отримує все більше поширення.

Після складного процесу виробництва до складу портландцементу головним чином входять такі мінерали:

Аліт - 3СаО · SiO₂ + 3CaO · Al₂O₃ (

трикальцієвий силікат з невеликою кількістю трикальцієвого алюмінату) - швидко тверднуче в'яжуче високої міцності. Чим більше аліту - тим міцніше цемент.

Беліт - 2СаО · SiO₂ повільно тверднуча речовина середньої міцності.

Целіт - 3CaO · Al₂O₃ + 4CaO · Al₂O₃ · Fe₂O₃

найшвидше твердне, але має невисоку міцність.

Основну масу портландцементу складають зерна 5…40 мкм. При просіюванні через сито №008 повинно проходити не менше 85 % маси просіюваної проби. Більш загальним показником тонкості помелу є питома поверхня цементного порошку (як правило, вона складає 250…300 м²/кг), однак при тонкому помелі зростають витрати електроенергії. Для інтенсифікації помелу вводять спеціальні добавки, які не погіршують якість цементу.

Істинна густина портландцементу 3000…3200 кг/м³, насипна густина в розсипчастому стані складає 900…1100, а в ущільненому - 1400…1700 кг/м³.

При заповненні портландцементу водою утворюється пластичне цементне тісто, яке потім починає тверднути. Поступово тверднучий цементний камінь являє собою дуже складну речовину із кристалічних і мікрокристалічних гідратних утворень (гідросилікати кальцію, гідроалюмінати кальцію, гідросульфоалюмінати кальцію, гідроксид кальцію), не прореагувавших ще з водою цементних зерен, тонкорозподілених води і повітря.

Основними фізико-механічними властивостями портландцементу є водопотреба, строки тужавіння, рівномірність зміни об'єму і міцність.

Водопотребу цементів оцінюють кількістю води замішування в процентах від маси цементу, необхідної для утворення тіста нормальної густоти. Нормальна густота цементного тіста - це така його консистенція, коли голка приладу Віка не доходить на 5…7 мм до пластини, на якій встановлено кільце, заповнене тістом. Нормальна густота портландцементу 24…29 %. Із збільшенням водопотреби цементу збільшується необхідна витрата води в бетонних сумішах заданої рухливості, і в результаті росте витрата цементу, погіршуються якості бетону.

Тужавіння - це перша стадія твердіння цементного тіста. Вона характеризується початком - часом від моменту затворення водою до початку загустіння і кінцем - часом від моменту затворення водою до повної втрати цементним тістом пластичності. Строки тужавіння цементу нормуються у межах, зручних для виготовлення бетонів і розчинів і регулюються добавками, які містять двоводний гіпс.

Процес твердіння портландцементу супроводжується зміною об'єму в результаті деформацій усадки на повітрі чи набуханні у воді. При цьому обов'язковою вимогою є рівномірність зміни об'єму цементу, яка визначається оглядом зразків з тіста нормальної густоти, що тверділи добу у ванні з гідравлічним затвором, а потім витриманих 3 год. в киплячій воді. На зразках не повинно бути тріщин, викривлень і інших ознак пошкодження. Нерівномірність зміни об'єму цементу може бути викликана напруженнями розширення в затверділому цементному камені при надлишку оксидів кальцію і магнію, сульфатів і інших шкідливих компонентів.

Важливою якістю цементу, яка визначає його придатність до виготовлення бетонів і розчинів, є міцність, яку визначають випробуванням зразків-балочок розміром 4?4?16 см на стиск. Зразки виготовляють вібрацією з розчинної суміші яка містить по масі одну частину цементу і три частини піску. Границя міцності при стиску зразків, які тверділи протягом 28 діб, називається активністю цементу, а значення активності, округлене в бік зменшення (визначене в кгс/см²), - маркою цементу. Згідно зі стандартами України встановлені марки портландцементу: М300, М400, М500, М550 і М600.

Згідно державного стандарту, який діє на Україні (ДСТУ Б В.2.7-46-96), цементи загальнобудівельного призначення поділяють на 5 типів за речовинним складом і міцністю на стиск в 28-добовому віці:

Тип І - портландцемент (від 0 до 5% мінеральних добавок, марки М300, М400, М500, М550, М600);

Тип II - портландцемент з добавками (від 6 до 35% мінеральних добавок), марки М300, М400, М500, М550, М600;

Тип III - шлакопортландцемент (від 36 до 80% доменного гранульованого шлаку), марки М300, М400, М500;

Тип IV - пуцолановий цемент (від 21 до 55% мінеральних добавок), марки М300, М400, М 500;

Тип V - композиційний цемент (від 36 до 80% мінеральних добавок), марки М300, М400, М500.

За міцністю в ранньому віці (після двох або семи діб тверднення) цементи марок М400 і М500 поділяють на два види: цемент із звичайною міцністю в ранньому віці і швидкотверднучий.

При умовному позначенні цементу вказують його тип і спеціальні ознаки (висока міцність в ранньому віці - Р; пластифікація і гідрофобізація - ПЛ, ГФ; нормованість мінералогії - Н). Наприклад, портландцемент марки 400 з добавкою до 20% шлаку, пластифікований, швидкотверднучий позначається ПЦ-ІІ-Н-400Р- ПЛ ДСТУ Б В.2.7-46-96.

Твердіння портландцементу залежить в значній мірі від температурно-вологісних умов. Так, пониження температури від 20 °С до 5 ?С сповільнює твердіння в 2…3 рази, а підвищення до 80 °С збільшує швидкість гідратації в 6 разів. При температурах нижчих -10°С гідратація цементу практично припиняється.

Нормальне протікання процесів твердіння можливе лише при достатній вологості середовища, підвищення температури не повинно супроводжуватися висиханням. Прискорення фізико-хімічних процесів твердіння портландцементу при тепловій обробці (пропарювання, електропрогрів та ін.) дозволяє отримувати в короткий строк бетонні і залізобетонні вироби з необхідною відпускною міцністю.

Твердий портландцемент в розчинах і бетонах під впливом агресивних факторів (розчинів, кислот, лугів) руйнується (кородує).Сутність цієї корозії полягає в тому, що структурні складові цементного каменю або розчиняються або вступають у хімічну взаємодію з солями і кислотами, які знаходяться у воді. А нові хімічні з'єднання або легко розчиняються у воді або кристалізуються у капілярах цементного каменя зі значним збільшенням об'єму, що призводить до з'явлення внутрішніх напружень і до руйнування цементного каменя.

Сульфатостійкі цементи. До цієї групи цементів входять сульфатостійкі портландцемент та портландцемент з мінеральними добавками, пуцолановий портландцемент та сульфатостійкий шлакопортландцемент.

Сульфатостійкий портландцемент відрізняється від звичайного підвищеною стійкістю по відношенню до сульфатної агресії в умовах систематичного поперемінного заморожування та відтавання, або зволоження та висушування. Ця головна особливість сульфатостійкого портландцементу, що враховується при використанні його в бетонних та залізобетонних конструкціях, забезпечується застосуванням клінкеру нормованого мінералогічного складу з низьким вмістом трикальцієвого алюмінату.

Поряд з сульфатостійким портландцементом, до якого не дозволяється вводити мінеральні добавки, промисловість випускає сульфатостійкий портландцемент з мінеральними добавками, котрими можуть виступати гранульовані доменні та електротермофосфорні шлаки (10...20% при вмісті Аl₂О₃ до 8%) та осадові породи.

Пуцолановий портландцемент - гідравлічна в'яжуча речовина, яку отримують шляхом сумісного тонкого подрібнення клінкеру, кислої активної мінеральної добавки (21…55%) та гіпсу (3…5%). Як активні мінеральні добавки використовують природні або штучні силікатні матеріали, які в тонкоподрібненому вигляді під час змішування з водою самостійно не тверднуть, але під час гідратації цементу здатні зв'язувати гідрооксид кальцію у практично нерозчинні гідросилікати кальцію. Значна кількість активних мінеральних добавок у пуцолановому цементі підвищує водо- та сульфатостійкість. Понижена густина пуцоланового портландцементу (2,7...2,9 г/см³) призводить до підвищеного виходу з нього цементного тіста. Це, а також ущільнення цементного каменю внаслідок набухання добавок, забезпечує більш високу водонепроникність бетонів на пуцолановому портландцементі. По мірі розбавлення цементів мінеральними добавками знижується їх тепловиділення при твердінні та тріщиноутворення в масивному гідротехнічному бетоні.

Пуцолановий портландцемент при звичайних і особливо при низьких температурах твердіє повільно. Ріст міцності цього цементу особливо сповільнюється при твердінні його на повітрі. При введенні до цементу деяких мінеральних добавок збільшуються витрати води і відповідно цементу у бетонних сумішах. Бетони та розчини на пуцолановому портландцементі неморозостійкі. Їх недоліками також є велика усадка, низька стійкість до поперемінного зволоження та висушування.

Найбільш раціональним є використання пуцоланового портландцементу для підземних та підводних конструкцій підвищеної водонепроникності та стійкості як у м'яких, так і у мінералізованих водах. Можна використовувати його і для наземних конструкцій, що знаходяться в умовах підвищеної вологості, але не зазнають заморожування та відтавання.

Сульфатостійкий шлакопортландцемент отримують змішуванням попередньо помелених компонентів або спільним помелом портландцементного клінкеру, гіпсу (до 5%) і гранульованого доменного шлаку (36…80%). Гранульований шлак має тонкозернисту склоподібну структуру, і так само як і добавки пуцоланових цементів взаємодіє з гідрооксидом кальцію утворюючи нерозчинні гідросилікати та гідроалюмінати кальцію. Шлакопортландцемент відрізняється від пуцоланового помірною водопотребою, вищою повітро- і морозостійкістю. Використовується для зведення наземних, підземних та підводних частин споруд. Вартість такого цементу на 15…20% нижча за вартість звичайного цементу. Проміжне положення між шлакопортландцементами і пуцолановими цементами займають композиційні цементи, в які вводять композицію мінеральних добавок: доменний шлак і пуцолани.

Цементи з добавками поверхнево активних речовин (ПАР). До портландцементів різних видів та марок при подрібненні дозволяється вводити ПАР у кількості не більше 0,3% за масою. В процесі подрібнення цементу ПАР адсорбуються на його зернах та надають йому ряд властивостей. Розрізняють гідрофілізуючі та гідрофобізуючі ПАР.

Гідрофілізуючі ПАР поглинаються на поверхні зерен цементу та утворюють гідрофільні плівки, які сприяють кращому змочуванню частинок водою, зменшенню їх зчеплення та підвищенню пластичності цементного тіста. З гідрофілізуючих ПАР найширше використовують технічні лігносульфати (ЛСТ). При введенні цих, а також інших пластифікуючих добавок, як правило, у кількості 0,15...0,3% в процесі подрібнення отримують пластифікований портландцемент. Пластифікуючий ефект, який досягається при використанні такого цементу, дозволяє зменшити водоцементне відношення та підвищити густину, морозостійкість і водонепроникність, а отже і сульфатостійкість бетону. При використанні гідрофобізуючих ПАР на поверхні цементних зерен утворюються мономолекулярні адсорбційні водовідштовхуючі плівки, які зменшують гігроскопічність матеріалу при його перевезенні та складуванні в умовах з підвищеною вологістю повітря без втрати активності.

Безусадочні, розширні та напружуючі цементи. Для звичайних цементів при твердінні на повітрі характерна усадка, яка викликає напруження розтягу в бетоні навіть до утворення тріщин. Для запобігання виникнення цих недоліків використовують багатокомпонентні в'яжучі речовини спеціального призначення, що здатні до розширення. Вони складаються з основного в'яжучого матеріалу і розширної добавки до складу якої може входити кілька компонентів.

Безусадочні цементи мають невелике розширення (до 0,1%), що компенсує їхню усадку під час висихання. Вони запобігають тріщиноутворенню при виникненні деформацій усадки. Ці цементи використовують у будівництві таких об'єктів як багатоповерхові стоянки автомобілів або резервуари для води, де має бути виключено її просочування.

Розширні цементи характеризуються збільшенням об'єму (понад 0,1%), що не компенсується усадкою.Такі цемент використовуються для омонолічування збірних залізобетонних конструкцій, ущільнення швів, спорудження доріг та аеродромів, виготовлення залізобетонних труб.

Напружувальні цементи мають велику енергію розширення і використовуються при виготовленні залізобетонних виробів з арматурою, напружувальна енергія якої розвивається при розширенні цементу в процесі його гідратації та твердіння. Максимальне напруження, що може бути досягнуто в таких цементах, становить 3,5…8 МПа. Таким чином створюють попередньо напружені залізобетонні конструкції. Залежно від енергії самонапруження, ці цементи поділяються на марки: НЦ-20, НЦ-;), НЦ-60 із напруженням відповідно 2, 4 та 6 МПа.

Глиноземистий цемент - швидкотвердіюча гідравлічна в'яжуча речовина, яка отримується тонким помелом клінкеру, в якому переважають низькоосновні алюмінати кальцію. Щоб отримати потрібний мінералогічний склад глиноземистого цементу, необхідно в сировинній суміші забезпечити переважання оксидів Аl₂О₃ (35…50 %) і СаО (30…45 %). З цією метою як вихідні матеріали застосовують високоглиноземисту сировину - боксити і вапняки. Подрібнюють глиноземистий цемент до проходження через сито №008 не менше 90 % маси проби. Водопотреба глиноземистого цементу така сама, як і в портландцементу (23…28 %), початок тужавіння наступає не раніше 30 хв. Через 5…6 год. твердіння міцність глиноземистого цементу досягає 30 %, а в добовому віці - 80…90 % марочної. На відміну від портландцементу і його різновидів марочна міцність глиноземистого цементу визначається не у віці 28 діб, а через 3 доби з моменту виготовлення зразків. Марки його М400, М500 і М600.

Глиноземистий цемент використовують при аварійних, ремонтних і монтажних роботах на спорудах, які знаходяться під впливом дуже мінералізованих вод, для тампонування нафтових скважин, для отримання жаростійких бетонів.

При дії високих температур (при нагріванні) в цементному камені проходять процеси у двох напрямках:

1) Дегідратація кристалогідратів, тому виникає часткове руйнування, а потім і зниження міцності цементного каменю.

2) Дифузія, при якій можливості реакції в твердому стані з утворенням нових сполук.

а. б.

Рис. 4.1. Мікрофотографії структури бетону до нагріву (а) та після нагріву до 600С (б).

Однак дифузійні процеси в твердій фазі можуть проходити з достатньою швидкістю лише за високих температур, при яких атоми та атомні групи в кристалах отримують достатню рухомість. Як відомо,в силікатних системах дифузійні процеси в твердій фазі та реакції в твердому стані протікають тільки при температурі вище 700?С. Тим не менше, при температурі близько 500 ?С можливе протікання хімічних реакцій, яке призводить до збільшення пор каркасу цементного каменю. Таке явище викликається температурним розкладанням клінкеру. На мікрофотографіях рис. 4.1 видно вихідну структуру цементного каменю і структуру отриману при його нагріванні до 600 ?С, на яких видно, що збільшується об'єм пор та тріщин. Тому температура 500 ?С вважається такою, що призводить до необоротних процесів втрати міцності цементним каменем.

Хімічні перетворення у клінкерних матеріалах приводять до часткових відшаровувань цементного каменю від мілкого та крупного заповнювачів, причому, дефекти структури є осередками де ці перетворення відбуваються.

На рис. 4.2 представлені криві зміни міцності та деформації затверділого портландцементу в залежності від температури.



Рис. 4.2. Зміна міцності (1) та температурної усадки (2) цементного каменя при нагріванні

Спираючись на отримані можливо описати поведінку цементного каменю в умовах нагрівання при пожежі. В цементному камені при нагріванні до 150-160?С відбувається розширення, за яким наступає усадка. Нагрівання до таких величин температури викликає деяке наростання міцності пов'язане з ущільненням структури через видалення води з гелю двохкальцієвого силікату та посиленої кристалізації гідроокису кальцію, який зміцнює цементний камінь. В інтервалі температур 280-300?С зразок цементного каменя приймає початкові розміри. При цьому не спостерігається суттєвого зниження міцності. З подальшим нагріванням відбувається усадка, яка суттєво перевищує початкове розширення. Нагрівання до 400?С призводить до поступового зниження міцності через дегідратацію в основному алюмінатів кальцію. Подальше нагрівання до 550-600?С викликає дегідратацію гідроокису кальцію і його термічне розкладання з утворенням окису кальцію. Це викликає порушення структури камею і суттєве зниження міцності. Ще більше порушення структури та зниження міцності спостерігається при нагріванні до 800-900?С.

Питання для самоконтролю

1. Визначення і класифікація неорганічних в'яжучих матеріалів.

2. Повітряні в'яжучі матеріали. Повітряне вапно, визначення, технології виготовлення та застосування.

3. Вплив високих температур на тверді вапнякові будівельні розчини.

4. Повітряні в'яжучі матеріали. Будівельний гіпс, визначення, технології виготовлення та застосування.

5. Вплив високих температур на властивості гіпсового каменя.

6. Рідке скло, визначення, технології виготовлення та застосування, вплив високих температур на властивості.

7. Гідравлічні в'яжучі матеріали. Портландцемент. Визначення, сировина, технології виробництва, типовий мінеральний склад.

8. Основні фізико-механічні властивості портландцементу (водопотреба, терміни тужавіння, рівномірність зміни об'єму і міцність).

9. Корозія портландцементів. Сульфатостійкі цементи.

10. Цементи з добавками поверхнево активних речовин.

11. Безусадочні, розширні та напружуючі цементи.

12. Глиноземистий цемент.

13. Поведінка цементного каменя при дії високих температур.

Задачі для самостійного розв'язування

1. Були виготовлені зразки розчинів із застосуванням трьох різновидностей гіпсових в'яжучих: будівельного гіпсу, ангідритового цементу і гіпсоцементнопуцоланового в'яжучого з межею міцності при стисненні відповідно 5,5; 4,5 і 3,5 МПа. В якому порядку за міцністю розмістились зразки після витримування їх у воді, якщо врахувати, що коефіцієнт розм'якшення розчинів на будівельному гіпсі 0,35, на ангідритовому цементі - 0,5 і на гіпсоцементнопуцолановому в'яжучому - 0,7?

2. При визначенні дійсної густини будівельного гіпсу була взята наважка m_о=85 г. В колбу Ле-Шательє була внесена частина цієї наважки, залишок склав m₁=15,5 г. При цьому рівень керосину у колбі підвищився від нульової відмітки до 25 см³. Розрахувати дійсну густину будівельного гіпсу.

3. В мірний скляний циліндр, що містить 35 см³ керосину, всипали 30,5 г портландцементу. На якій відмітці встановиться рівень керосину в циліндрі, якщо дійсна густина портландцементу 3,1 г/см³?

4. Визначити діаметр циліндричного силосу для зберігання 100 т цементу висотою 10 м. Насипну густини цементу приймаємо 1300 кг/м³. Коефіцієнт заповнення силосу 0,9.

5. Визначити добовий випуск бетонної суміші, якщо запас піску із розрахунку безперебійної роботи заводу протягом 10 діб складає 1500 м³ в бункерах закритого складу. Середня густина піску 1600 кг/м³. Витрата піску на 1 м³ бетонної суміші з врахуванням виробничих втрат 650 кг.

Розділ 5. БЕТОНИ

1. Визначення та особливості формування структури бетонів.

2. Стандартизація та класифікація бетонів.

3. Основні властивості і класифікація важких бетонів.

4. Легкі бетони.

5. Спеціальні бетони.

6. Поведінка бетонів за умов пожежі.

5.1 Визначення та особливості формування структури бетонів

Бетон - штучний кам'яний будівельний матеріал, який отримують в результаті твердіння раціонально підібраної, змішаної і ущільненої суміші з:

1. в'яжучої речовини (портландцемент);

крупного заповнювача (гранітний щебінь, гравій, керамзит);

дрібного заповнювача ( пісок );

води.

Цю суміш до початку твердіння називають бетонною сумішшю. Найактивнішою складовою бетону є цементний камінь, у процесі твердіння якого найбільша складова (мінеральний клей) перетворюється на полікристалічну структуру, яка надійно з'єднує крупний і мілкий заповнювачі в єдиний моноліт.

Міцність бетону залежить від складу бетону: якості та кількості цементу, розміру та якості заповнювачів, кількості та складу спеціальних добавок-модифікаторів, водоцементного відношення бетону, умов приготування, умов твердіння та віку бетону. Наприклад у разі природного твердіння у вологому середовищі міцність бетону зростає повільно і тільки через 7...14 днів набуває 60...80% марочної міцності. Через 3 місяці міцність зразків перевищує на 25%, а після 1 року тверднення - на 75% міцність зразків у віці 28 діб. Якщо бетон твердне в сухому середовищі, у початковий період міцність зростає швидко, проте не досягає максимального значення.

5.2 Стандартизація та класифікація бетонів

Поділ бетонів (за українськими стандартами) може бути здійснений за такими ознаками, як основне призначення, середня густина, вид використаних в'яжучих та заповнювачів, тип структури.

За основним призначенням бетони поділяють на конструкційні (для бетонних та залізобетонних несучих конструкцій) та спеціальні (гідротехнічні, дорожні, корозійностійкі, жаростійкі та вогнетривкі, декоративні, радіаційно-захисні тощо).

За середньою густиною у сухому стані бетони поділяють на:

особливо важкі (? більше 2500 кг/м³), що отримують з використанням баритів, залізних руд тощо;

важкі (? = 2200…2500 кг/м³) що передбачають використання заповнювачів із щільних гірських порід;

полегшені (? = 2000…2200 кг/м³) виготовляють з використанням нещільних заповнювачів (вапняк-черепашник, цегельний бій)

легкі (? = 500…2000 кг/м³); виготовляють з використанням природних та штучних пористих заповнювачів (вулканічні та вапнякові туфи, пемза, керамзит)

особливо легкі (? < 500 кг/м³) представлені насамперед ніздрюватими бетонами та бетонами на основі штучних пористих заповнювачів (спученого перліту та вермикуліту).

За видом в'яжучої речовини:

портландцементні;

силікатні автоклавного твердіння (вапняково-піщані, вапняково-шлакові );

гіпсові;

асфальтобетони (бітумні в'яжучі );

полімерні (на синтетичних смолах).

За структурою:

щільні;

пористі;

ніздрюваті;

крупнопористі.

За розмірами крупного заповнювача розрізняють бетони:

крупнозернисті (що містять заповнювач від 10 до 150 мм);

дрібнозернисті (найбільший розмір заповнювача не перевищує 10 мм);

піщані (розглядаються як різновид дрібнозернистих і містять пісок розміром до 5 мм)

5.3 Основні властивості і класифікація важких бетонів

Найбільш поширеним матеріалом для виготовлення конструкцій масового виробництва та монолітного будівництва є важкий бетон. Важкий бетон за своїм головним призначенням є конструкційним матеріалом і тому повинен відрізнятися поліфункціональними властивостями, в тому числі міцністю, відповідними деформаційними характеристиками та стійкістю в умовах експлуатації, тобто морозо- та корозійною стійкістю, водонепроникністю, тріщиностійкістю.

Міцність - це здатність бетону чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають під дією навантажень або інших факторів. Бетон відносять до матеріалів, які добре працюють при стиску і у 5...50 разів гірше на зріз та при розтягу.

За нормативну характеристику вважається кубикова міцність при стиску, що визначається після 28 діб тверднення у нормальних умовах базових зразків-кубів з ребром 150 мм, а також призменна міцність за таких же умов базових зразків-призм розмірами 150150600 та зразків-циліндрів діаметром 150 мм і висотою 300 мм. Розміри зразків можуть бути іншими, і вибираються залежно від найбільшої крупності заповнювача, яка повинна бути приблизно в 3 рази меншою, ніж ребро зразка. Якщо розмір ребра відрізняється від стандартного, то вводять відповідні масштабні коефіцієнти.

Основним показником міцності бетону, що подається в нормативних документах, є його клас, тобто міцність, яка приймається із гарантованою забезпеченістю 95%. Це означає, що межа міцності, яка відповідає класу, тобто гарантована міцність (МПа), досягається не менш ніж у 95 випадках із 100.

Інтервал часу, через який визначається клас бетону, залежить від виду бетону та умов його тверднення. Для більшості бетонів клас визначають через 28 діб тверднення при нормальних умовах, тобто при температурі Т=20±2°С та відносній вологості не менше 90%. В разі необхідності вік бетону (при визначенні класу) може бути збільшений до 90 або 180 діб (наприклад, для гідротехнічного бетону).

Для важкого бетону стандартизовані такі класи:

- за міцністю при стиску: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15;В20; В25; ВЗ0; В35; В40; В45; ВЗ0; В55; В60; В65; В70; В75; В80;

- за міцністю при розтягу: B_t0,4; B_t0,8; B_t1,2; B_t1,6; B_t2; B_t2,4; B_t2,8; B_t3,2; B_t3,6; B_t4,0;

- за міцністю при згині: В_tB0,4; В_tB0,8; В_tB1,2; В_tB1,6; В_tB2,0; В_tB2,4; В_tB2,8; В_tB3,2; В_tB3,6; В_tB4,0; В_tB4,4; В_tB4,8; В_tB5,2; В_tB5,6; В_tB6,0; В_tB 6,4; В_tB6,8; В_tB7,2; В_tB8,0.

Зростання міцності при стиску супроводжується відповідним збільшенням значень міцності при розтягу, при цьому зазвичай міцність бетону на осьове розтягування становить 1/10...1/17 міцності при стиску, а міцність при згині -1/6...1/10.

Деформації бетону визначаються його здатністю змінювати розміри під впливом процесів твердіння або під дією зовнішніх факторів.

Бетону притаманні як пружні, так і пластичні деформації. При невеликих навантаженнях (до 0,2 від міцності руйнування) для бетону характерні пружні деформації, однак при більших навантаженнях на поверхні бетону виникають мік-ротріщини, і має місце вже пластична деформація. Вигляд діаграми деформування бетону поданий на рис. 5.1.

Нелінійність деформацій при навантаженнях, більших ніж 0,3...0,4 від руйнуючих навантажень, пов'язана із процесом виникнення та розвитком у бетоні мікротріщин не тільки по поверхні, але й по усьому об'єму матеріалу.

В силу того, що на більшій частині діаграма деформування має нелінійний характер, модуль пружності визначається тільки на початковому етапі.

Початковий модуль пружності бетону при стиску Е - це відношення нормального напруження до відносної деформації при напруженні, що дорівнює 0,2 від міцності бетону на стискання. Значення модуля пружності зростає зі збільшенням міцності при стиску і залежно від класу бетону знаходиться у межах (9,5...40) · 10³ МПа. Величина модуля пружності також залежить від загальної пористості бетону та використаних при його виготовленні заповнювачів. Зазвичай збільшення пористості бетону призводить до зменшення модуля пружності.

Рис. 5.1. Повна діаграма деформування бетону.

При дослідженні поведінки бетону в умовах його деформування існує два підходи. Перший підхід заснований на поступовому збільшенні навантажувальних напружень до повної руйнації зразку, яка наступає в точці 3 гілки діаграми, відповідній стисканню, і в точці 7 гілки, відповідній розтягу. При цьому на гілці стискання виділяють зони І та ІІ, а на гілці розтягу V.

Характер деформацій для стискання та розтягу дуже сильно відрізняються. При стисканні на початковому етапі (ділянка І) наявні тріщини закриваються і бетон поводиться як пружний матеріал за рахунок пружних деформацій каркасу, зберігаючі при цьому пропорційну залежність між деформаціями та напруженнями. В точці 1 починається утворення нових тріщин і починається наступна ділянка ІІ, для якої характерна поява псевдопластичних деформацій, зумовлених появою і розвитком нових тріщин. В точці 2 розпочинається утворення і розвиток нестійких тріщин. Точка 3 відповідає межі міцності бетону на стискання.

Характер деформацій при розтязі зумовлений тією обставиною, що розвиток тріщин на ділянці V жодної миті не припиняється і тому відповідна гілка діаграми не має лінійної ділянки. Точка 7 відповідає межі міцності бетону на розтяг.

Спадні гілки повної діаграми деформування досліджуються при іншому підході до вимірювань при зменшенні напружень після досягнення межі міцності. Поведінка бетону на спадних гілках діаграми є дуже важливою для прогнозування роботи статично невизначених залізобетонних конструкцій, особливо при умовах прогресуючого руйнування під час пожеж та інших надзвичайних ситуацій. Точки 4, 5, 8, 9 встановлюють границі застосування спадних гілок діаграми для різних нормативів. Точка 6 визначає настання так названих магістральних тріщин, після чого деформуються окремі частини роздробленого бетону.

Усадка - це зменшення розмірів бетону при твердінні його в повітряно-сухих умовах, яке обумовлене зміною вологості бетону, контракцією цементного тіста та карбонізацією новоутворень. Величина усадки в першу чергу визначається змінами вологості, тобто переміщенням та випаровуванням води, яка ще не увійшла до складу новоутворень. Усадка, що пов'язана із контракцією, є незначною і обумовлена тим, що об'єм новоутворень цементного каменю менший, ніж об'єм речовин, які вступають у реакцію. Карбонізаційна усадка пов'язана з наявністю вуглекислого газу у повітрі і відбувається у поверхневих шарах бетону, що твердіє.

Найбільшу усадку, величина якої може досягати 20 мм/м, має цементний камінь.

Шкідлива дія усадки пов'язана з виникненням тріщин по поверхні бетону, особливо в початкові терміни твердіння при низькій вологості оточуючого середовища. Негативні явища, пов'язані з усадкою можна попередити, забезпечуючи потрібні умови твердіння, а також вдаючись до конструктивних заходів, наприклад використовуючи усадочні шви.

Набухання - це явище протилежне усадці і полягає у збільшенні об'єму бетону при навперемінному зволоженні його поверхні або при постійній експлуатації у воді. Наявність набухання пов'язана з дією тих самих факторів, що й усадка, але її величина є значно нижчою.

Повзучість - це здатність бетону до збільшення деформацій при тривалій дії сталого навантаження. Ця характеристика залежить від виду цементу, природи заповнювачів, складу бетонної суміші (чим менша витрата цементу і нижче В/Ц відношення, тим меншою є повзучість). Деформації повзучості найінтенсивніше розвиваються з моменту прикладання навантаження і затухають лише через кілька років. Наслідком повзучості є релаксація - перерозподіл напружень та їх часткове зменшення.

З деформаційними характеристиками бетону пов'язана його тріщиностій-кість, яка визначається міцністю бетону при розтягу, призмовою міцністю, модулем пружності та усадкою.

Залежно від умов експлуатації до бетону висувають спеціальні вимоги щодо їхньої морозостійкості, водонепроникності, водостійкості, зносостійкості, трі-щиностійкості.

Морозостійкість бетону є непрямим показником його довговічності і характеризується найбільшим числом циклів навперемінного заморожування та відтавання, що спроможні витримати зразки бетону (в насиченому водою або сольвим розчином стані) без зниження міцності більше 5% (для дорожнього бетону, крім втрати міцності, також регламентуються втрати маси до 3%).

Морозостійкість залежить від співвідношення у структурі бетону умовно-замкнутих та відкритих (капілярних) пор. Умовно-замкнуті пори (зазвичай заповнені повітрям) є резервними і послаблюють тиск льоду, що виникає при замерзанні води у порах. Морозостійкість бетону значно підвищується, якщо капілярна пористість не перевищує 7%.

За морозостійкістю важкий бетон поділяють на марки: F50, F75, F100, F150, F200, FЗ00, F400, F500, F600, F800, F1000.

Підвищення морозостійкості бетону досягається за рахунок зниження водо-цементного відношення, використання гідрофобно-пластифікуючих та повітровтягувальних добавок, інтенсивного ущільнення бетонної суміші. Наприклад, залежно від умов роботи бетону при низьких температурах, рекомендовано для бетону F500 приймати В/Ц < 0,4; для F400 - В/Ц < 0,45; FЗ00 - В/Ц < 0,5; F200 - В/Ц < 0,55.

Водонепроникність бетону пов'язана із щільністю його структури і залежить від виду використаних заповнювачів, в тому числі від їхньої щільності, гранулометричного складу та пустотності, пористості цементного каменю та міцності зчеплення його із заповнювачами.

Характеристикою водонепроникності бетону є його марка, що відповідає максимальному тиску (0,2...2 МПа), при якому ще не спостерігається фільтрація води крізь стандартний зразок. За водонепроникністю розрізняють такі марки бетону: W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20.

Підвищення водонепроникності досягається за рахунок зменшення В/Ц відношення, застосування пластифікованих, гідрофобних цементів та в'яжучих речовин, здатних до розширення.

Теплофізичні властивості бетону оцінюються визначенням теплопровідності, теплоємності та лінійним коефіцієнтом температурного розширення.

Теплопровідність - найважливіша теплофізична характеристика бетону, що використовується для виготовлення огороджувальних конструкцій будівель. Теплопровідність важкого бетону у повітряно-сухому стані в середньому становить 1,2 Вт/(м-К), що у 2...4 рази більше за теплопровідність легкого бетону. Висока теплопровідність є недоліком важкого бетону, і тому панелі зовнішніх стін з важкого бетону виготовляють із внутрішнім шаром утеплювача. Теплоємність важкого бетону знаходиться у межах 0,75...0,92 кДж/кг·К). Температурний коефіцієнт лінійного розширення важкого бетону становить 10·10^-6 1/К, і тому при зростанні температури на 50°С розширення бетону досягає 50 мм/м.

Для уникнення розтріскування масивних будівель, конструкції поділяють спеціальними температурно-усадочними швами, а також в разі виникнення загрози температурних перепадів використовують окремі складові бетону з близькими коефіцієнтами температурного розширення.

5.4 Структура бетону

Характерною особливістю бетону є те, що це складний композиційний матеріал, якому існує, принаймні, три компоненти на макрорівні - розчин, який подібний до бетону, якщо розглядати його як комбінацію фази цементного каменя та мілкого заповнювача, а також крупний заповнювач. Мікрорівень бетону при його затвердінні визначає набагато більшу кількість компонентів - негідратовані цементні ядра, гідратовані реакційні оболонки ядер, порові порожнини з вологою на поверхні. Якщо розглядати будову окремих компонентів, з'ясовується, що і вони мають складний фазовий склад. Зрозуміло, що така будова матеріалу обумовлює його складну поведінку в умовах, що комбінують напружено-деформований стан із дією високої температури пожежі.

З огляду на викладене, необхідно виділити основні властивості бетону. Якщо міцність будівельних конструкцій визначається несучою здатністю, тоді важливим буде комплекс властивостей матеріалу, які визначають його міцність та жорсткість у цих умовах. Фрагменти структури розчинної частини бетону наведені на рис. 5.2. Хімічний склад основних структурних утворень і фаз бетону подано у табл. 5.1.

Рис. 5.2. Фрагменти структури розчинної частини бетону: а - макроструктура; б - мікроструктура; 1 - повітряні порожнини; 2 - мілкий заповнювач; 3 - цементуюча речовина; 4, 5 - усадочні тріщини у цементуючій рідині та контактні зоні; 6 - непрогідратоване цементне ядро; 7 - новоутворення; 8 - поверхнева волога; 9 - структурна пора.

Таблиця 5.1 Хімічний склад основних структурних утворень та фаз бетону

№, п/п	Структурне утворення, фаза важкого бетону	Речовина	Розміри структурних елементів	Хімічна формула
1.	Крупний заповнювач	Щебінь, (граніт)	5…70 мм	SiO2, K2O(Na2O, CaO)Al2O36(2)SiO2
2.	Мілкий заповнювач	Пісок	1…3 мм	SiO2
3.	Непрогідратоване цементне ядро	Портландце-ментний клінкер	0,1…10мкм	аліт - 3CaOSiO2(C3S), беліт - 2CaOSiO2(C2S), целіт - 3CaOSiO2(C3А), целіт - 4CaOSiO2(C4АF).
4.	Прогідратований портландцемент після затвердіння (новоутворення)	Прогідратова-ний портландцементний клінкер	0,1…10мкм	3CaO2SiO26H2O, Ca(OH)2, 3CaOAl2O36H2O, 3CaO Al2O33CaSO4 (31…32)H2O, 3CaO Fe2O3nH2O.
5.	Порожнини	пори	0,001…2 мм

Таблиця 5.2 Співвідношення міцності бетону та міцності окремих структурних утворень у важкому бетоні

№, п/п	Властивість бетону	Величина	Зміна властивостей під впливом пожежі
1.	Міцність зчеплення розчину з крупним заповнювачем	2-25 МПа	знижується
2.	Міцність розчину	22-45 МПа	до 300С зростає, а після знижується
3.	Міцність цементного каменя	50-90 МПА	до 300С зростає, а після знижується
4.	Міцність крупного заповнювача	20-140 МПа	до 200С зростає, а після знижується при 700С на 20%
5.	Міцність мілкого заповнювача	Rст п = 350 МПа	до 200С зростає, а після знижується
		Rроз п = 36 МПа
		т = 300-1400 МПа
6.	Міцність бетону (призменна)	R28 = 20-60 МПа	до 200С зростає на 10-15%, а після знижується, при 300С, 500С, 800С відповідно на 20, 40, 75 %

На міцність та жорсткість бетону впливають міцності зчеплення між розчином та крупним заповнювачем, між цементним каменем та мілкім заповнювачем, міцність цементного каменя, міцність заповнювача. Деякі співвідношення міцності бетону та міцності окремих структурних утворень у важкому бетоні подані у табл. 5.2.

Легкі бетони

Питання енергозбереження завжди тісно пов'язані з питаннями економіки, екології, конкурентоспроможності продукції, збереженням власних природних ресурсів та забезпеченням життєдіяльності майбутніх поколінь держави.

Будівельний комплекс України кожного року потребує приблизно 30% від загальної кількості енергії, що витрачається, а частка палива, що йде на опалення житлових і громадських будівель в цьому балансі становить 85%. Порівняно з європейськими країнами показники питомої витрати енергії в нашій країні на опалення житла в 2...З рази є вищими, що свідчить не про комфортність житла, а про значні втрати теплоти в будівлях. Так, в Україні термічний опір існуючих огороджувальних конструкцій знаходиться на рівні 0,6...1,2 (м²- К)/Вт, в той час як в Канаді - 2,5...3,7, Норвегії та Швеції - 4 (м² · К)/Вт.

Зростання цін на всі види енергоносіїв призводить до зростання витрат на будівництво і експлуатацію споруд. Виникає потреба в зниженні енерговитрат як у виробництві будівельних матеріалів, так і при експлуатації споруд.

Одним із шляхів розв'язання цієї проблеми є істотне (в деяких країнах до 3 разів) підвищення термічного опору огороджувальних конструкцій нових і існуючих споруд, що може бути досягнуте, наприклад, за рахунок використання легких бетонів, в тому числі ніздрюватих.

До легких бетонів відносять бетони із середньою густиною не вище 2000 кг/м³. Порівняно низька середня густина легкого бетону позначається на його властивостях: міцності, теплопровідності, деформативності тощо. На відміну від важкого бетону на щільних заповнювачах, структура легких бетонів насичена повітряними порами та пустотами. Досягається це такими технологічними прийомами, як вилученням зі складу бетонної суміші дрібного заповнювача (піску), що збільшує об'єм міжзернових пустот; використанням легких пористих заповнювачів (природних чи штучних); поризацією сировинної суміші введенням піно- та газотвірних добавок. Можна також одержати легкий бетон на пористих заповнювачах із додатковою поризацією розчинової частини або цементного каменю.

Відповідно до цього розрізняють легкі щільні бетони на пористих заповнювачах, крупнопористі на пористих та щільних заповнювачах та поризовані бетони. В окрему групу легких бетонів виділяють ніздрюваті, які поділяють на піно- та газобетони (рис. 5.3).

Легкі бетони на пористих заповнювачах мають різноманітні властивості, що змінюються в широких межах. Це робить їх конкурентноспроможними як важким конструкційним, так і спеціальним бетонам.

Бетони на пористих заповнювачах класифікують за такими ознаками:

- за призначенням: конструкційні; конструкційно-теплоізоляційні; теплоізоляційні та спеціальні (жаростійкі, хімічно стійкі та ін.);

- за видом пористих заповнювачів: керамзитобетон, керамзитоперлітобетон, шлакопемзобетон, перлітобетон, шлакобетон, золобетон, опокобетон, туфобетон та ін.;

- за структурою: щільні (суцільної структури), поризовані, крупнопористі;

- за крупністю заповнювачів: звичайні з максимальною крупністю заповнювачів 20 і 40 мм та дрібнозернисті з максимальною крупністю заповнювачів до 10 мм.



а) б) в) г)

Рис.5.3. Структура легких бетонів: а - крупнопористого на щільних заповнювачах; б - щільного на пористих заповнювачах; в - ніздрюватого; г - поризованого

Властивості бетонів на пористих заповнювачах залежать в першу чергу від їхньої середньої густини, яка визначає такі характеристики, як міцність, теплопровідність, усадку, звукопроникність тощо.

Середня густина легких бетонів залежить головним чином від середньої густини заповнювачів. Легкі бетони за середньою густиною в сухому стані (кг/м³) поділяють на марки від D300 до D2000. Зменшити середню густину легких бетонів можна завдяки додатковій поризації цементного каменю, що є найважчою складовою частиною легкого бетону. Використовуючи невеликі кількості піно- та газоутворювачів, досягають утворення в структурі цементного каменю дрібних закритих і рівномірно розподілених пор, які незначно знижують міцність, але істотно впливають на зменшення густини і теплопровідності легкого бетону.

Основним показником міцності легкого бетону є клас, який визначають за гарантованою міцністю при стиску (МПа). Згідно з ДСТУ Б В. 2.7-18-95 для конструкційних бетонів передбачені такі класи: В12,5; В15; В17; В20; В22; В25; ВЗ0; В35; В40; для конструкційно-теплоізоляційних - В1; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; ВІЗ; для теплоізоляційних - В0,35; В0,75; В1; В2.

Визначаючи склад легкого бетону, слід прагнути максимального насичення його об'єму пористим заповнювачем, що дає змогу досягти оптимального поєднання основних властивостей бетону: середньої густини, міцності та теплопровідності при мінімальній витраті цементу.

Теплопровідність легких бетонів на пористих заповнювачах значно нижча, ніж важких. Вона залежить від теплофізичних властивостей пористого заповнювача, середньої густини та вологості бетону. Вимоги щодо теплопровідності легких бетонів визначаються стандартами, технічними умовами та проектною документацією на легкобетонні вироби й конструкції конкретних видів.

Теплопровідність легких бетонів знаходиться в межах від 0,09 до 0,66 Вт/(мК). Згідно з ДСТУ Б В.2.7-18-95, теплопровідність легких бетонів, що містять склофази менше 50% при середній густині D400...D700 , становить 0,11...0,66 Вт/(м-К), а для бетонів, що містять більше 50% склофази при середній густині D300...D1700 - 0,09...0,46 Вт/(м-К). Із збільшенням вологості коефіцієнт теплопровідності легких бетонів зростає, причому в діапазоні зміни вологості від нуля до максимальної сорбційної, цю залежність можна вважати лінійною.

За морозостійкістю конструкційні легкі бетони поділяють на марки від F15 до F500. Морозостійкість легких бетонів можна підвищити за рахунок використання повітровтягувальних, комплексних пластифікуючих повітровтягувальних (СДО, СНВ тощо), а також кремнієорганічних добавок (ГКЖ-10, ГКЖ-94 та ін.). Наявність у складі пористих заповнювачів слабовипалених зерен чи незгорілих вуглецевих залишків (наприклад, у золах ТЕС) знижує морозостійкість легких бетонів, особливо низькомарочних.

Водонепроникність легких бетонів забезпечується лише при наявності щільної структури з об'ємом міжзернових пустот не більш як 3%. За водонепроникністю конструкційні легкі бетони поділяють на марки W2; W4; W6; W8; W10; W12; (цифри відповідають гідростатичному тиску від 2 до 12 кгс/см²).

Деформативні властивості легких бетонів на пористих заповнювачах відрізняються від аналогічних властивостей важких бетонів. Так, при однаковій міцності гранична стискуваність легких бетонів щільної структури в 1,5...2 рази вища, ніж у важких, і становить 1,5...2,0 мм/м; гранична розтяжність також вища: 0,3...0,4 мм/м (для важкого бетону - 0,1 мм/м ), внаслідок чого легкі бетони на пористих заповнювачах більш тріщиностійкі порівняно з важкими. В той же час деформації усадки й повзучості легких бетонів більші, ніж у важких, що потрібно враховувати при проектуванні конструкцій.

Легкі бетони, завдяки своїм перевагам, широко застосовуються у житловому, цивільному, промисловому, транспортному, сільському та інших видах будівництва для виготовлення монолітних та збірних конструкцій, в тому числі й армованих.

Легкі бетони, які відповідають вимогам щодо морозостійкості й водонеп роникності, доцільно використовувати у зовнішніх огороджувальних конструкціях житлових та промислових будівель, у мостових конструкціях та гідротехнічних спорудах.

Застосування легких бетонів дозволяє зменшити масу будівельних виробів і конструкцій, знизити вартість транспортних та монтажних операцій, скоротити витрати на опалення (за рахунок поліпшення теплоізоляції), підвищити вогне-, морозо- та сейсмостійкість будівель і споруд. Крім того, відкривається можливість вирішення екологічних питань за рахунок використання супутніх продуктів промисловості й відходів сільського господарства як заповнювачів легких бетонів.

Крупнопористий бетон утворюється після затвердіння бетонної суміші, що складається з цементу, крупного заповнювача, пластифікуючих добавок та води. Структура такого бетону характеризується наявністю крупних пустот, утворених за рахунок відсутності в його складі дрібного заповнювача, а міжзерновий простір заповнюється цементним тістом лише частково. Цей бетон відрізняється невеликою витратою цементу (70...150 кг/м³), кількість якого визначається мінімальним об'ємом цементного тіста, потрібного для того, щоб укрити тонким шаром кожне зерно заповнювача. При використанні пластифікуючих добавок можна знизити витрату цементу до 100 кг на 1 м³ бетону.

Щоб досягти найбільшої міжзернової пустотності, слід застосовувати крупний заповнювач із зернами приблизно однакового розміру, тобто однієї фракції, наприклад 20...40, 10...20 або 5...10 мм. Заповнювач для крупнопористого бетону може бути у вигляді щебеню чи гравію. При цьому можна використовувати гравій, щебінь із щільних чи пористих гірських порід, штучні пористі заповнювачі, паливні шлаки, цегляний бій.

При застосуванні природного гравію або гранітного щебеню одержують крупнопористий бетон із середньою густиною 1700...1900 кг/м³, а якщо скористатися пористими заповнювачами, то можна знизити середню густину до 500...700 кг/м³. Крупнопористі бетонні суміші на легких пористих заповнювачах мають високу жорсткість, тому при застосуванні їх слід перевіряти на нерозшаровуваність.