Физико-механические характеристики ячеистых бетонов определяют область их целесообразного использования в практике строительства. При установлении физико-механических свойств бетона используют методику ГОСТ 12852—67 [25].

Для испытания ячеистых бетонов из готовых изделии или контрольных неармированных блоков выпиливают или высверливают контрольные образцы: кубы, цилиндры, призмы. В случае необходимости можно испытывать контрольные блоки или изделия в натуральную величину [26—29].

Контрольные образцы вырезают из изделий или блоков не ближе 2 см от их граней. Если толщина изделия менее 24 см, контрольные образцы берут только из средней части.

Прочность и деформации ячеистых бетонов при кратковременном и длительном действии нагрузки определяют на призмах размерами 10Х10Х30; 15X15X60 и 20Х20Х80 см, выпиленных из неармированных блоков или отформованных в металлических формах. Призмы 10Х10X30 см, как и контрольные кубы с ребром 10 см, перед испытаниями высушивают до постоянного веса, а призмы больших размеров испытывают при естественной влажности в возрасте 28 суток и более.


Сопротивление ячеистых бетонов осевому растяжению определяют испытанием кубов или цилиндров, высушенных до постоянного веса, либо специальных призм или «восьмерок», а сопротивление изгибу и срезу — соответственно испытанием балок и призм специальной конфигурации.

Объемный вес

Объемный вес ячеистого бетона является одной из важнейших его характеристик, а в значительной мере определяет и другие физико-механические свойства. Объемный вес ячеистого бетона зависит от удельного веса строительного раствора межпоровых стенок, количества пор (пустот), образовавшихся в результате введения в строительный раствор пустотообразователя (пены или газа) и от водовяжущего отношения. Чем больше при изготовлении смеси введено газа (пены) и чем выше ее водовяжущее отношение, тем меньше объемный вес ячеистого бетона.

Для ограждающих конструкций зданий (наружных степ, покрытий), которые должны обеспечивать достаточную теплоизоляцию, целесообразно применять ячеистые бетоны малого объемного веса, а для межквартирных перегородок и межэтажных перекрытий, где требуется повышенная звукоизоляция, — большего объемного веса.

В настоящее время ячеистые бетоны изготовляют объемным весом в сухом состоянии ?с=300?1200 кг/м3 По области применения их подразделяют на следующие группы:

  • теплоизоляционные — объемным весом от 300 до 400 кг/м3;
  • конструктивно-теплоизоляционные — объемным весом от 500 до 900 кг/м3;
  • конструктивные — объемным весом от 1000 до 1200 кг/м3.
Приведенные значения объемного веса ус являются средними, отклонения от этих значений не должны превышать ±50 кг/м3.

В нормативных документах кроме средних значений ус ячеистых бетонов (иногда необоснованно называемых максимальными) приведены необходимые для проектирования зданий нормативные значения объемного веса ?н, учитывающие естественную влажность бетона в момент отпуска с завода, которая достигает 15—25% и более, и ориентировочный вес арматуры в изделиях.

Кроме того, ячеистые бетоны делятся на классы А и В. К классу А относятся ячеистые бетоны автоклавного твердения, а к классу Б — безавтоклавного, а также автоклавного твердения, но изготовленные на заводах, где технология производства недостаточно освоена. Подразделение ячеистых бетонов на классы определяется кубиковой прочностью бетона при заданном объемном весе (см. ниже).


Нормативные значения объемного веса ячеистых бетонов, используемые для определения собственного веса конструкций при их расчете на прочность и жесткость, приведены в табл. 10.

Рис. 15. Динамика изменения влажности в наружной стене из газобетона
Рис. 15. Динамика изменения влажности в наружной стене из газобетона
Сорбционное увлажнение ячеистого бетона зависит в первую очередь от его структуры, вида, величины и расположения пор, а также от температурно-влажностных условий окружающей среды. Подробно методика определения сорбционных свойств ячеистых бетонов описана в [25].

Рис. 16. Равновесная остаточная влажность газобетона при обычной температуре воздуха
Рис. 16. Равновесная остаточная влажность газобетона при обычной температуре воздуха
На рис. 15 показан характер изменения влажности наружной стены из газобетона в процессе эксплуатации жилого дома в Ленинграде [30], а на рис. 16 — диаграмма увлажняемости шведского газобетона в зависимости от относительной влажности воздуха [88].

Средние опытные значения сорбционной влажности ячеистых бетонов в зависимости от их объемного веса и относительной влажности среды приведены в табл. 16.

Данные о сорбционной влажности разные исследователи приводят как в процентах по весу, так и по объему.

Рис. 17. Увлажнение автоклавного газобетона при капиллярном подсосе влаги
Рис. 17. Увлажнение автоклавного газобетона при капиллярном подсосе влаги
На графике (рис. 17) показано увлажнение газобетона при капиллярном подсосе. Испытания были проведены по следующей методике. Образцы размером 50Х50Х100 мм покрывали водонепроницаемой мастикой, а открытой торцевой поверхностью погружали в воду на 3—6 мм [30].

Морозостойкость

Морозостойкость ячеистого бетона характеризуется его способностью в насыщенном водой состоянии выдерживать требуемое по условиям долговечности или сроку службы конструкции определенное число циклов попеременного замораживания и оттаивания. При испытании на морозостойкость [25] прочность ячеистого бетона не должна снижаться более чем на 25%. Минимальная марка но морозостойкости для ограждающих конструкции из ячеистых бетонов должна быть согласно нормам не менее Мрз 25. Такая морозостойкость должна обеспечиваться в наружных ограждающих конструкциях зданий с сухим и нормальным режимом помещений; для зданий с влажным режимом помещений принимается Мрз 35 и выше; для внутренних конструкций бетон может иметь марку Мрз 15.

Относительно высокая морозостойкость ячеистых бетонов объясняется их высокой пористостью. При увлажнении ячеистого бетона и атмосферных условиях воюй заполняются в основном мнкрокапилляры за счет сорбции из окружающего воздуха; крупные же поры и макрокапилляры заполняются водой не полностью, поэтому при замораживании в свободное пространство отжимается вода из микрокапилляров, не вызывая разрушений межпоровых стенок.

Рис. 18. Изменения деформаций усадки ячеистого бетона во времени
Рис. 18. Изменения деформаций усадки ячеистого бетона во времени
Усадка и набухание ячеистых бетонов оцениваются по различным методикам, поэтому результаты таких исследований трудно сравнивать. По данным отечественных и зарубежных исследований, деформации усадки автоклавных ячеистых бетонов, изготовленных на основе цемента (шлака) и песка, достигают 0,5—0,7 мм/м и более для бетонов, изготовленных на основе извести и золы, а безавтоклавных бетонов 2 мм/м и более; деформации набухания зависят от условий хранения ячеистого бетона и достигают 0,4—1,6 мм/м.

В качестве примера на рис. 18 приведены графики изменения усадки ячеистых бетонов во времени по данным советских и чехословацких исследователей [84]. На рис. 19 [88] приведены изменения усадки ячеистого бетона во времени по данным шведских исследователей, а на рис. 20 — деформации набухания при попеременном увлажнении и высушивании бетона [11].

Как правило, деформации усадки устанавливают на образцах-призмах размером 40X40X160 мм.

Рис. 19. Графики деформаций усадки ячеистых бетонов
Рис. 19. Графики деформаций усадки ячеистых бетонов
Рис. 20. Деформации набухания ячеистых бетонов
Рис. 20. Деформации набухания ячеистых бетонов
Рис. 21. Прибор для определения усадки ячеистых бетонов
Рис. 21. Прибор для определения усадки ячеистых бетонов
В настоящее время разработана методика определения усадки ячеистых бетонов на индикаторном приборе конструкции НИИЖБ [25]. Величину линейной усадки определяют на трех призмах размером 40X40X160 мм, выпиливаемых из изделия, подлежащего испытанию. Образец измеряют с помощью прибора, показанного на рис. 21. Прибор состоит из стоики, кронштейна, нижней опоры с конусообразным выступом и индикатора с ценой деления 0,01 или 0,001 мм, позволяющего устанавливать изменение длины образца. Продольная ось образца при горизонтальном формовании должна быть перпендикулярна направлению вспучивания ячеистого бетона, а при вертикальном — параллельна направлению большей геометрической оси изделия. В середину торцовых сторон образца заделывают для закрепления его и приборе металлические реперы. Образцы насыщают водой, погружая их в горизонтальном положении на глубину 5 мм. По истечении трех суток образцы вынимают из воды, устанавливают в прибор, делают отсчет по индикатору, принимая его за начальный. Затем образцы взвешивают и помещают в герметичную емкость над безводным карбонатом калия (в количестве 200 г) при температуре 20±2°С. В этих условиях их выдерживают в течение 28 суток. Через каждые 7 суток проверяют длину и вес образцов, одновременно заменяя увлажненный карбонат калия сухим.

После определения линейной усадки образцы высушивают до постоянного веса с целью определения их конечной и начальной влажности. По истечении 28 суток для каждой призмы вычисляют линейные изменения по формуле



где ?ус — усадка в мм/м. ?l — разность между конечными и начальным показателями индикатора в мм, l — длина призмы через 28 суток, измеренная штангенциркулем, в м.

Усадку и влажность вычисляют как среднее арифметическое результатов определения трех образцов; при этом учитывают начальную и конечную влажность призм.

Исследования усадки ячеистых бетонов по данной методике показали, что величина ?ус для разных видов автоклавных ячеистых бетонов меняется от 0,1 до 1 мм/м и в ряде случаев значительно отличается от величии ?ус, определенных по другим методикам.

Температурно-влажностные деформации

Изменение объема ячеистых бетонов происходит в результате попеременного увлажнения и высыхания, нагревания и остывания, замерзания и оттаивания. При этом уменьшение или увеличение размеров ячеистобетонных элементов часто приводит к их растрескиванию, что связано с развитием внутренних напряжений, превышающих сопротивление ячеистого бетона растяжению.

Изменения объема ячеистобетонных элементов в результате изменения температурно-влажностных условий окружающей среды характеризуются коэффициентом температурно-влажностного расширения бетона ?.

Зависимость коэффициента а от изменения температуры и влажности выражается формулой, предложенной Г. И. Вейденбаумом [17]:



Рис. 22. Изменения предела прочности при сжатии и деформаций усадки ячеистых бетонов
Рис. 22. Изменения предела прочности при сжатии и деформаций усадки ячеистых бетонов
По шведским данным [88], при нагревании примерно до 1000°С ячеистый бетон начинает спекаться. Для полного плавления его требуется нагревать до температуры 1100—1200°С.

На рис. 22 показаны графики деформации усадки и изменения предела прочности при сжатии в результате нагревания ячеистых бетонов до различных температур [79].

Хрупкость

Ячеистый бетон — это хрупкий материал, он легко разрушается от незначительных ударов, местных перенапряжений, поэтому с ячеистобетонными изделиями следует обращаться осторожно, особенно при транспортировании.

Обрабатываемость

Ячеистые бетоны и изделия из них легко пилятся, режутся, рубятся, строгаются, сверлятся, в них легко забиваются гвозди, скобы и штыри. Учитывая абразивность материала, для его обработки рекомендуется применять инструменты из твердых сплавов.

Цвет

В зависимости от исходных материалов и способа тепловлажностной обработки цвет ячеистых бетонов может быть белым, серо-белым, серо-синим, серо-красным и стальным [82].