новации. Новации в строительных материалах и конструкциях. КонструкцийНовации в строительных материалах и конструкциях, используемых при
 Скачать 215.53 Kb.
|
|
Новации в строительных материалах и конструкциях, используемых при возведении бетонных и железобетонных конструкций Новации в строительных материалах и конструкциях, используемых при возведении бетонных и железобетонных конструкций Состав бетонной смеси должен обеспечивать заданные ей свойства, а также свойства затвердевшего бетона, поэтому не реже двух раз в день заводская лаборатория берет пробу и дает характеристику выпускаемой бетонной смеси. Цемент должен иметь заводской паспорт, при хранении более 3 месяцев проверяется его активность. Запрещается хранить рядом цементы разных марок и видов. Наибольший размер зерен крупного заполнителя принимают не более 1/3 наименьшей толщины тонкостенной конструкции, для железобетонных плит — не более 1/2 толщины плиты, для других армированных конструкций — не более 2/3 наименьшего расстояния между стержнями арматуры. В песке не должно быть зерен гравия и щебня размером более 10 мм, а частиц от 5 до 10 мм не более 5% по массе, остальные частицы должны быть размером менее 5 мм. Пригодность воды для приготовления бетонной смеси проверяют лабораторным путем. Бетонные смеси, в зависимости от водоцементного отношения, а оно обычно варьируется в пределах от 0,35 до 0,8, бывают разной консистенции — жесткие, малоподвижные и подвижные. Степень подвижности характеризуется осадкой стандартного конуса, имеющего высоту обычно 30 см. Удобоукладываемость бетонной смеси, определяемая вискозиметром, — способность под действием вибрации растекаться и заполнять форму. В вискозиметре под действием вибрации стандартный конус с бетонной смесью превращают в равновеликий по объему цилиндр. Время (в с), за которое бетонная смесь заполняет объем вискозиметра, является показателем вязкости или удобоукладываемости. Проверку прочности бетона (ГОСТ 18105-2018 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности») осуществляют контрольными кубиками с ребрами 10, 15, 20 и 30 см. Металлические формы кубиков заполняют той же бетонной смесью, что и основную конструкцию, и выдерживают до распалубливания возле забетонированной конструкции. Одновременно распалубливают и кубики, далее их хранят в условиях, близких к твердению бетона основной конструкции. Для немассивных конструкций раздавливают кубики и проверяют прочность бетона через 28 сут, для массивов— в возрасте 60, 90 и 120 дней. Для подбора состава бетонной смеси в зависимости от требуемой подвижности и водоцементного отношения созданы таблицы состава смеси. Коэффициент выхода — отношение объема бетонной смеси к объемам сухих материалов, обычно в пределах от 0,58 до 0,72. Все большее применение находит сухая строительная смесь (ССС) — смесь вяжущего, заполнителя, добавок, пигментов, отдозированных и перемешанных на заводе, и затворяемая водой перед употреблением. Точное дозирование компонентов позволяет получать более высокие технические характеристики готовой продукции по сравнению со смесями, приготовляемыми на строительной площадке. Важным достоинством сухих смесей является возможность целенаправленного добавления в них химических добавок и микронаполнителей, как улучшающих их структуру, так и подготовленных для применения в холодное время года. Сухие смеси для производства бетонных работ подразделены на несколько групп. Сухие бетонные смеси представляют собой смесь крупного заполнителя с фракциями до 20 мм, песка, вяжущего и добавок. На упаковке таких смесей, в частности в зависимости от максимальной крупности заполнителя, даны показания по оптимальной области применения – каркас здания, заделка стыков, устройство полов и т.д. Мелкозернистый бетон наиболее удобен для монтажных, ремонтных работ, устройства стяжек, для работ при отрицательных температурах. Морозостойкие бетонные смеси (ГОСТ 10060-2012«Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости») разработаны специально для производства работ в зимнее время. Такие смеси имеют в составе специальные добавки, позволяющие свежеуложенному бетону продолжать набирать прочность при понижении температуры до -15 С. Смеси для замоноличивания применимы для заделки фундаментов, стыков элементов, в том числе колонн в фундаментах, в основном тогда, когда необходимы высокая прочность, хорошие реологические характеристики смесей и быстрый набор прочности. Введение в стране более жестких энергосберегающих строительных норм делает многие традиционные материалы для ограждающих конструкций мало приемлемыми. Перспективен в сложившейся ситуации ячеистый бетон, применение которого базируется на необходимых прочностных и теплоизоляционных характеристиках, экологической безопасности, негорючести. Разработанная технология безавтоклавного ячеистого бетона сухой минерализации позволяет достаточно просто изготовлять бетон плотностью 300...900 кг/м 3 , применять практически любые гидравлические и воздушные вяжущие, получать бетон без тепловой обработки с использованием отечественных синтетических дешевых поверхностно-активных веществ. Находит широкое применение стеклофибробетон (СФБ) — композиционный материал, состоящий из цементно-песчаного раствора, армированного отрезками (фибрами) щелочестойкого стекловолокна. СФБ сочетает в себе свойственный цементным растворам высокий предел прочности на сжатие со значительно возрастающими, благодаря стекловолокнистому армированию, ударной прочностью (в 10... 15 раз), прочностью на изгиб и растяжение (в 4...5 раз). При этом СФБ не подвержен коррозии, обладает высокой огнестойкостью, не содержит металлической арматуры и крупных заполнителей, поэтому на лицевой поверхности нет пор и раковин, что обусловливает повышенную архитектурную выразительность и пластичность материала. СФБ находит применение в качестве несъемной опалубки-облицовки, в монолитном домостроении навесные панели из СФБ являются оптимальным решением для устройства навесных вентилируемых фасадов, а в крупнопанельном домостроении СФБ может быть использован в качестве одного или двух наружных слоев ограждающих панелей. В качестве модификаторов свойств бетонов и строительных растворов, изготавливаемых на вяжущих на основе портландцементного клинкера, применяют неорганические и органические вещества естественного и искусственного происхождения (ГОСТ 24211-2008). Проверка качества бетонной смеси Одним из основных показателей качества бетонной смеси является ее удобоукладываемость. Это свойство бетонной смеси оценивается показателями подвижности и жесткости. В зависимости от ее величины бетонные смеси условно разделяют на подвижные и жесткие, которые отличаются друг от друга по своему составу, внешнему виду и строению. При бетонировании монолитных железобетонных конструкций чаще всего применяют подвижные бетонные смеси. Работники строительной или заводской лаборатории должны не реже двух раз в смену контролировать подвижность бетонной смеси, отбирая для контрольных испытаний среднюю пробу от каждого состава бетонной смеси в начале, середине и конце разгрузки барабана бетоносмесителя. В случае, когда требуется проверить подвижность бетонной смеси в местах ее укладки, лаборант после ее выгрузки из транспортных средств отбирает пробы из нескольких мест одинаковыми порциями. Отобранную пробу тщательно перемешивают и не позднее 5 мин после окончания перемешивания начинают испытывать. Вода должна удовлетворять требованиям стандарта ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия». Содержание в воде органических поверхностно-активных веществ, сахаров или фенолов, каждого, не должно быть более 10 мг/л. Окисляемость воды не должна быть более 15 мг/л. Водородный показатель воды (pH) не должен быть менее 4 и более 12,5. Вода не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров, масел, а также примесей в количествах, нарушающих сроки схватывания и твердения цементного теста и бетона, снижающих прочность и морозостойкость бетона. В воде, применяемой для затворения бетонных смесей и поливки бетона, не должно быть окрашивающих примесей, если к бетону предъявляют требования технической эстетики. Допускается применение технических и природных вод, загрязненных стоками, содержащими примеси в количествах, превышающих установленные в таблице, кроме примесей ионов -1 Cl при условии обязательного соответствия качества бетона показателям, заданным проектом. Анализ качества воды осуществляют при организации производства бетонных и железобетонных конструкций и в последующем при всяком изменении источника получения воды или состава примесей. Пробы воды из источников с непостоянным химическим составом примесей отбирают с учетом сезонных, суточных и других изменений содержания примесей. Подбор состава бетона следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава» с целью получения бетона в конструкциях с прочностью и другими показателями качества, установленными государственными стандартами, техническими условиями (ТУ) или проектной документацией на эти конструкции, при минимальном расходе цемента или другого вяжущего. Добавки для бетона ГОСТ 24211-2008«Добавки для бетонов и растворов. Общие технические условия» Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют различные добавки. Их подразделяют иа два вида: химические добавки, вводимые в бетон в небольшом количестве (ОД ... 2% от массы цемента) и изменяющие в нужном направлении свойства бетонной смеси и бетона, и тонкомолотые добавки (5 .. 20% и более), использующиеся для экономии цемента, получения плотного бетона при малых расходах цемента и повышения стойкости бетона. Применение химических добавок является одним из наиболее универсальных, доступных и гибких способов управления технологией бетона и регулирования его свойств. Планы развития строительной индустрии предусматривают значительное расширение производства бетонных смесей с использованием эффективных добавок, применение новых видов добавок. Химические добавки классифицируют по основному эффекту действия: 1) регулирующие свойства бетонных смесей; пластифицирующие, т. е увеличивающие подвижность бетонной смеси; стабилизирующие, т. е предупреждающие расслоение бетонной смеси; водоудерживающие, уменьшающие водоотделение; 2) регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетона: ускоряющие или замедляющие схватывание, ускоряющие твердение, обеспечивающие твердение при отрицательных температурах (противомо-розные), 3) регулирующие плотность и пористость бетонной смеси и бетона, воздухововлекающие, газообразующие, пенообразующие, уплотняющие (воздухоудаляющие и кольматирующие поры бетона), гидрофобизирующие; добавки — регуляторы деформаций бетона, расширяющие добавки; 4) повышающие защитные свойства бетона к стали, ингибиторы коррозии стали, 5) придающие бетону специальные свойства: гидрофобизирующие, т. е уменьшающие смачивание бетона; антикоррозионные, т. е повышающие стойкость в агрессивных средах; красящие; повышающие бактерицидные и инсектицидные свойства, электроизоляционные, электропроводящие, противорадиационные. Некоторые добавки обладают полифункциональным действием, например пластифицирующие и воздухововлекающие, газообразующие и пластифицирующие и др. В этом случае добавку классифицируют по наиболее выраженному эффекту действия. Большое значение имеет эффективность воздействия добавки на бетонную смесь или бетон, которую обычно оценивают по величине максимального технического эффекта, достигаемого при введении данной добавки. Добавки одного класса могут заметно раз- личаться по эффективности. В этом случае применяют дополнительную классификацию добавок по группам, обладающим определенной эффективностью. Пластификаторы бетонных смесей начали широко применяться в 40 ... 50-х годах, и сегодня они занимают ведущее место среди химических добавок, применяемых в технологии бетона. В качестве пластифицирующих добавок широко используют поверхностно-активные вещества (ПАВ), нередко получаемые из вторичных продуктов и отходов химической промышленности. ПАВ делят на две группы: I группа — пластифицирующие добавки гидрофильного типа, способствующие диспергированию коллоидной системы цементного теста и тем самым улучшающие его текучесть; II группа— гидрофобизирующие добавки, вовлекающие в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха. Молекулы поверхностно-активных гидрофобных добавок, адсорбируясь на поверхности раздела воздух— вода, понижают поверхностное натяжение воды и стабили- зируют мельчайшие пузырьки воздуха в цементном тесте Добавки И группы, имея основным назначением регулирование структуры и повышение стойкости бетона, обладают при этом заметным пластифицирующим эффектом. Из добавок I группы наиболее широко применяют сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ). Эта добавка представляет собой кальциевые соли лигносульфоновых кислот. Получают ее в виде жидкости из сульфитных щелоков, образующихся при переработке целлюлозы. Выпускают также пластификатор адипиновый щелочный (ПАЩ-1), упаренную последрожжевую барду (УПБ), пластификатор ВРП-1 и др. К добавкам II группы относят: смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ); натриевую соль абиетиновой кислоты, получаемую в виде порошка или жидкости путем омыления канифоли едким натром; омыленный древесный пек (препарат ЦНИИПС-1) — пасту, получаемую нейтрализацией едким натром жидких кислот древесного пека; смолу древесную омыленную (СДО), синтетическую поверхностно-активную добавку (СПД), получаемую из отходов нефтепереработки, и др. В обычных бетонах в качестве пластификатора широко используют СДБ. СДБ повышает подвижность бетонной смеси, ее однородность, текучесть при перекачивании насосом, способствует сохранению удобоукладываемости смеси во времени, позволяет за счет уменьшения расхода воды сократить на 8 ... 12% расход цемента либо при неизменном расходе цемента понизить водоцементное отношение и несколько повысить прочность бетона, его водонепроницаемость и морозостойкость. СДБ несколько замедляет твердение бетона в раннем возрасте, поэтому при производстве сборного железобетона ее применяют в сочетании с добавками — ускорителями твердения цемента; уменьшает тепловыделение цемента в первые дни твердения, что облегчает возведение массивных железобетонных сооружений; СДБ в основном воздействует на цементное тесто, поэтому наиболее эффективно ее примеиеиие в бетонах с достаточно высоким расходом цемента. Воздухововлекающие добавки используют главным образом для повышения морозостойкости бетонов и растворов. Эти добавки несколько понижают прочность бетона (1% вовлеченного воздуха снижает прочность бетона на сжатие на 3 % ) , поэтому не следует в бетонную смесь с целью ее пластификации вводить большое количество воздухововлекающей добавки. Содержание вовлеченного воздуха составляет обычно 4 . . . 5%. В этом случае прочность бетона практически не снижается, так как отрицательное влияние вовлеченного воздуха нейтрализуется повышением прочности цементного камня вследствие уменьшения водоцементного отношения за счет пластифицирующего эффекта добавки. Воздухововлекаю- щая добавка гидрофобизирует поры и капилляры бетона, а воздушные пузырьки служат резервным объемом для замерзания воды без возникновения больших внутренних напряжений. В результате значительно повышаются водонепроницаемость и морозостойкость бетона. Воздухововлекающие добавки более эффективны в бетонах с малыми расходами цемента. К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относят также кремнийорганическне жидкости: метилсиликонат натрия (ГКЖ-П), этилсиликонат натрия (ГКЖ-10) и этилгидросилокса-новую жидкость (ГКЖ-94). Применяют их для увеличения стойкости бетонов и растворов в агрессивной среде, повышения долговечности бетона, а также в качестве гидрофобизаторов поверхности ячеистых бетонов. В последнее время разработаны и внедряются в строительство новые химические добавки — суперпластификаторы (СП). Эти добавки в большей степени, чем ранее применявшиеся пластификаторы (см. табл. 2.8), увеличивают подвижность и текучесть бетонной смеси, существенно улучшают строительно-технологические свойства бетона, могут обеспечить значительную экономию цемента. В большинстве суперпластификаторы — синтетические полимерные вещества, которые вводят в бетонную смесь в количестве 0,1 ... ... 1,2% от массы цемента. Действие суперпластификаторов, как правило, ограничено 2 ... 3 ч с момента введения их в бетоннуюсмесь. Вместе с тем СП не замедляют твердения бетона, так как адсорбционный слой добавки на поверхности зерен цемента проницаем для воды, а ее дефлокулирующее действие увеличивает поверхность контакта цемента и воды и число новообразований. В результате после первоначального замедления гидротации и образования коагуляционной структуры наступает ускорение твердения бетона. Введение суперпластификаторов особенно эффективно для производства сборного железобетона, где увеличение скорости твердения бетона имеет важное значение и где применение обычных пластификаторов, часто замедляющих твердение, требует применения специальных мер: введения в бетонную смесь одновременно ускорителей твердения, мягких режимов тепловой обработки и др. Применение суперпластификаторов позволяет эффективно применять бетоны с низкими В/Ц и получать высокую прочность (60 ... ...80 МПа) более просто, чем при использований других технологических приемов; шире использовать литьевой способ изготовле- ния сборного железобетона или укладку бетонной смеси с пониженными В/Ц с помощью кратковременной вибрации, успешно бетонировать конструкции сложного профиля, сократить время формования изделий, повысить качество лицевых поверхностей, уменьшить расход цемента. Суперпластификаторы по своей природе можно условно разделить на четыре группы: 1) сульфированные меламиноформальде-гидные смолы и комплексные добавки на их основе, 2) продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида и комплексные добавки на их основе, 3) модифицированные (очищенные и практически не содержащие Сахаров) лигносульфаты и комплексные добавки на их основе, 4) продукты конденсации окси- карбоновых кислот и некоторые другие добавки. Некоторые из выпускаемых промышленностью пластификаторов приведены в табл. 2.9. В нашей стране наибольшее распространение получил пластификатор С-3. Необходимо отметить, что некоторые суперпластификаторы, изготовляемые из вторичного сырья промышленности, например 40-03, могут несколько замедлять твердение бетона, что вынуждает ограничивать дозировку добавки. В качестве ускорителей твердения применяют хлорид кальция (ХК), сульфат натрия (СН), ннтрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК) и др. При этом необходимо учитывать побочное действие этих добавок. Например, хлорид кальция способствует коррозии арматуры, поэтому количество его в железобетоне ограничивается 2%, не допускают его применения в конструкциях с тонкой и предварительно напряженной арматурой, эксплуатирующихся в небла- гоприятных условиях. Сульфат натрия может вызвать появление высолов на поверхности конструкций, что требует специальных предохранительных мер. В нитрит-нитрат-хлориде кальция ускоряющие действия хлорида сочетаются с ингибирующим действием нитрата кальция, что несколько снижает опасность коррозии арматуры. В последнее время появились бесхлоридные ускорители твердения: алюминаты, формиат кальция, карбонаты, галоиды, триэтано-лоамин, формальдегид и другие, повышающие прочность бетона в возрасте 7 сут на 20 . . . 40%. Можно ожидать дальнейшего развития этого направления в ближайшие годы. В качестве противоморозных добавок применяют поташ (П), хлорид натрия (ХН), хлорид кальция (ХК) и др. Эти добавки понижают точку замерзания воды и способствуют твердению бетона при отрицательных температурах. Чем ниже температура твердения, тем выше дозировка добавки (до 10% массы цемента и больше). В качестве газообразующей добавки широко используют алюминиевую пудру (ПАК) и ГКЖ- 94. Наоборот, для уплотнения структуры бетона добавляют нитрат кальция (НК), хлорид и сульфат железа (ХЖ и СЖ), сульфат алюминия (СА), диэтилеигли-колиевую ДЭГ-1 или триэтиленгликолиевую ТЭГ-1 смолы. Для замедления схватывания применяют сахарную патоку (СП) и добавки СДБ, ГКЖ-Ю и ГКЖ-94 в повышенных дозировках. Для гидрофобизацин бетона, повышения его стойкости в агрессивной среде и долговечности применяют гидрофобно-пластифици-рующие кремнийорганические жидкости- метилсиликонат натрия ГКЖ-П, этилсиликонат натрия ГКЖ-10 . Для уплотнения структуры бетона используют F*Cts, в качестве ингибиторов коррозии — иитрит натрия, бихромат калий, для улучшения противорадиационных свойств—соли тяжелых металлов, для повышения электропроводности — кокс, для придания бактерицидных свойств — ОСС. Перечисленные добавки не исчерпывают всего многообразия имеющихся сегодня в арсенале технолога модификаторов бетона. Умелое пользование ими обеспечивает значительное повышение качества бетона и экономию ресурсов при его изготовлении. Химические добавки поставляются в виде водных растворов, порошков и эмульсий. Большинство добавок растворимы в воде, и их вводят в бетоносмеситель в виде предварительно приготовленного раствора. Некоторые добавки вводят в виде эмульсии (ГКЖ-94) или в виде взвесей в воде (ПАК). Оптимальная дозировка добавки зависит от вида цемента, состава бетонной смеси, технологии изготовления конструкции. Обычно применяют (% от массы цемента): пластифицирующих добавок — 0,1 ... 0,3; суперпластификаторов — 0,5 ... 1; воздухововлекающих добавок — 0,01 ... 0,05; ускорителей твердения — 1 ... 2. На практике оптимальную дозировку добавки определяют опытным путем. Для получения эффекта полифункционального действия применяют комплексные добавки, включающие несколько компонентов, например добавки, одновременно пластифицирующие бетонную смесь и ускоряющие твердение бетона, и др. Разработано большое количество разнообразных комплексных добавок, позволяющих осуществлять действенное управление свойствами и технологией бетона. Комплексные добавки условно можно разделить на пять групп: смеси поверхностно-активных веществ ( I ) , смеси электролитов (II), смеси поверхностно- активных веществ и электролитов (III), комплексные добавки на основе суперпластифнкаторов (IV), сложные многокомпонентные комплексные добавки (V). В комплексных добавках I группы наиболее часто применяют сочетание пластифицирующих компонентов диспергирующего действия и гндрофобнзирующих воЗдухововлекающих (СДБ+СНВ, ПАЩ+СПД) или гидрофобизирущих газообразующих компонентов (СДБ-(-ГКЖ-94). Первые хорошо пластифицируют жирные бетонные смеси с высоким расходом цемента, вторые, наоборот, тощие бетонные смеси. Комплексные же добавки отличаются универсальным пластифицирующим действием на бетонные смеси разного состава |