Прочность
Марка ячеистых бетонов определяется значениями их средней плотности. В соответствии с приведенной классификацией и требованиями СНиП П-21-75 средняя плотность ячеистых бетонов 250—1400 кг/м3.
Поскольку ячеистые бетоны по своим свойствам относятся к группе бетонов, они должны испытываться на сопротивление механическому воздействию в соответствии с ГОСТ 12852—77.
Взаимосвязь между средними значениями прочностных характеристик материала и его средней плотностью показана в табл. 3.9.
Прочность на изгиб составляет 0,5—0,6 прочности на сжатие. Коэффициент упругости ячеистых бетонов vy=0,92...0,97 и характеризует их как хрупкие материалы:
где εу и εполн — соответственно упругие и полные относительные деформации.
Оценку прочностных и конструктивных качеств материала наиболее полно отражает коэффициент конструктивного качества К, служащий косвенной характеристикой технического уровня производства:
где Rсж — прочность, кг/см2; γ0 — средняя плотность, т/м3.
Лучшие производственные показатели коэффициента качества для отечественных заводов 130—150 — для автоклавных бетонов и 70—85 — для безавтоклавных.
Влажность значительно влияет на прочностные характеристики ячеистых бетонов и поэтому должна обязательно учитываться при их проектировании. По ГОСТ 12852—77 отпускная прочность ячеистых бетонов при сжатии влажных образцов должна быть не менее проектной прочности, умноженной на коэффициент: 0,85; 0,82; 0,78; 0,75 при влажности 8; 10; 12; 15—25 % соответственно.
В силу специфики образования пористой структуры ячеистые бетоны обладают анизотропией основных свойств. Предел их прочности при сжатии перпендикулярно направлению вспучивания на 15—25 % выше предела прочности образцов, испытанных нагрузкой, параллельной направлению вспучивания. Поэтому образцы ячеистых бетонов следует испытывать в соответствии с положением изделий в конструкции.
Водопоглощение и влажность
Водопоглощение и влажность находятся в прямой зависимости от относительной влажности воздуха и средней плотности бетона (табл. 3.11).
Верхний и нижний пределы водопоглощения определяются видом кремнеземистого заполнителя, например золой и кварцевым песком. Перерасчет на влажность по массе осуществляется по формуле
где γ0 сух — средняя плотность ячеистого бетона в сухом состоянии, кг/м3.
По мере уменьшения средней плотности ячеистых бетонов скорость испарения воды из них при сушке возрастает за счет большего количества открытых пор в более легких материалах. При этом потерянная на 20—40 % при наибольшем водонасыщении прочность почти полностью восстанавливается.
Зависимость водопоглощения ячеистых бетонов от вида вяжущего показана на рис. 3.16.
Теплопроводность
Теплопроводность — одно из определяющих свойств ячеистых бетонов, в основном является функцией их средней плотности и влажности. В табл. 3.12 приведены средние значения коэффициента теплопроводности ячеистых бетонов различной влажности при температуре 18 °С.
Коэффициент теплопроводности увлажненных ячеистых бетонов, Вт/(м·°С), можно определить по формуле
где λувл, λсух — коэффициенты теплопроводности увлажненного и сухого ячеистого бетона, Вт/(м·°С); 6W — прирост коэффициента теплопроводности на 1% объемной влажности, % (рис. 3.17).
В конструктивных расчетах при определении толщины изделия следует учитывать эксплуатационную влажность ячеистых бетонов, равную 8—12 % по объему.
Усадочные деформации
Усадочные деформации обусловлены главным образом действием капиллярных сил и уходом межкристаллической воды силикатного камня. По данным М. Я. Кривицкого и И. Т. Кудряшова, усадка автоклавного пенобетона со средней плотностью 600 кг/м3 составляет 0,4 мм/м; при плотности 800 кг/м3 — 0,43 мм/м; 1200 кг/м3 — 0,53 мм/м. В пеносиликате со средней плотностью 600 кг/м3 усадка составляет 0,65 мм/м; при плотности 800 кг/м3 — 0,44 мм/м; 1200 кг/м3 — 0,53 мм/м. Около 80 % конечных значений усадки приходится на первые 30 сут, к 60 сут усадка стабилизируется.
Ячеистые бетоны неавтоклавного твердения имеют более значительные усадочные деформации. Карбонизация углекислым газом воздуха вызывает дополнительную усадку на 1,4—1,8 мм/м.
Понижения усадочных деформаций и повышения трещиностойкости можно достичь тщательным подбором оптимальной гранулометрии молотого песка, назначением рациональных режимов автоклавной обработки и соотношением компонентов сырьевой массы.
Температурные деформации
Температурные деформации ячеистых бетонов колеблются в пределах (8...8,8)·10—6°С—1 при нагреве от 20 до 80°С и от 20 до 260°С в пределах от 11,6·10—6 до 10,67·10—6°С—1.
Морозостойкость
Морозостойкость зависит в основном от характера структуры силикатного камня и вида применяемого вяжущего. Ячеистые материалы на цементах обладают более высокими показателями, чем газо- и пеносиликаты.
Как правило, морозостойкость ячеистых бетонов превышает 25 циклов. При наиболее удачных вариантах подбора состава сырьевой шихты, гранулометрии молотого песка, технологии производства удается получить материал, выдерживающий 150 и более циклов.
Акустические свойства
Акустические свойства ячеистых бетонов достаточно высокие; они обладают звукопоглощающей и звукоизолирующей способностью.
Для звукоизоляционных материалов коэффициент поглощения звука в диапазоне частот 125—500 Гц должен быть не менее 0,4, а в диапазоне частот 2000—8000 Гц — не менее 0,6.
Звукопоглощение в материалах с порами малого диаметра и жесткой структурой, к которым относятся ячеистые бетоны, достигается за счет того, что звуковая волна, отражаясь от стенок пор, приводит в хаотическое движение воздух, находящийся в них, в результате чего его движение замедляется и часть энергии звуковой волны переходит в тепловую. Увеличение средней плотности материала отрицательно сказывается на этих характеристиках. Лучшими показателями обладают материалы, имеющие сопротивление по отношению к падающей звуковой волне, близкое к удельному сопротивлению воздуха, т. е. они должны быть пористыми. Поэтому повышению степени звукопоглощения способствует уменьшение средней плотности и диаметра пор материала.
Огнестойкость
Огнестойкость ячеистых бетонов высокая и связана с их несгораемостью и хорошими теплоизолирующими свойствами. Она превышает огнестойкость тяжелых цементных бетонов. На материале в течение четырехчасового воздействия огня не отмечено видимых разрушений. При соприкосновении с водой нагретая поверхность разрушается незначительно. Так, прочность пенобетона со средней плотностью 700—800 кг/м3 падает на 20 % при температуре 500 °С, а при нагревании до температуры 800 °С — до 50 %.
Введение в состав пенобетонов добавок золы-уноса, цемянки, молотого доменного шлака способствует улучшению жароупорных свойств. Материал в этом случае может выдерживать длительное воздействие температур до 800 °С.