В качестве вяжущего в производстве сборных бетонных и железо бетонных конструкций используют портландцемент и его разновидности — пластифицированный и гидрофобный, высокопрочный, быстротвердеющий (БТЦ) и особобыстротвердеющий (БТЦ), белый и цвет ной и т. д., а также шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и глиноземистый цемент.
Вид и свойства вяжущего существенно влияют на качество изделий а также технологию и стоимость изготовления. Обоснованный выбор вяжущего в каждом конкретном случае должен производиться с обязательным учетом: его активности; сроков схватывания и интенсивности роста прочности при различных температурно-влажностных условиях твердения как в раннем возрасте, так и в дальнейшем; стой кости в условиях эксплуатации конструкций и деталей; характера и величины изменения объема при схватывании и твердении
Портландцемент является наиболее распространенным видом вяжущего, применяемым в строительстве. В настоящее время заводами выпускается портландцемент преимущественно высокой активности (М300-700) и повышенной скорости твердения в ранние сроки. Активность портландцемента, а также скорость роста его прочности в ранние сроки зависят в основном от минералогического состава клинкера, тонкости помола и количества вводимых при помоле добавок (например, с увеличением удельной поверхности цемента с 2500-3000 до 4000-5000 см2/г скорость нарастания прочности в ранние сроки повышается в 1,5—2 раза).
На заводах сборного железобетона следует стремиться к приме нению высокомарочных и быстротвердеющих цементов, так как это позволяет сократить время изготовления изделий, уменьшить расход вяжущего и таким образом снизить себестоимость готовой продукции. Только при автоклавной обработке изделий следует использовать цементы низкой активности, а также цементы с увеличенным количество двухкальциевого силиката (C2S).
Однако применение портландцементов повышенной активности целесообразно только для бетонов сравнительно высокой прочности, более 20 МПа (200 кг/см2). Объясняется это тем, что для получения бетонов меньшей прочности требуется сравнительно небольшое количество высокомарочного цемента, которого оказывается недостаточным для придания бетону требуемой удобоукладываемости и плотности. Обеспечить необходимую плотность бетона в этом случае возможно за счет введения добавок — наполнителей.
В целях экономного расходования вяжущего в табл. 1 приведены рекомендуемые виды и марки цемента в зависимости от проектной марки бетона по прочности на сжатие.
Таблица 1. Рекомендуемые виды и марки цемента
| Цемент | Проектная марка бетона | ||||||
| 100 | 150 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | |
| Портландцемент | — | — | 400 | 500 | 500 | 500-600 | 600 |
| Шлакопортландцемент, пуццолановый и шлаковый, магнезиальный портландцемент | 200 | 200-300 | 400 | 500 | 500-600 | 500-600 | 600 |
Пластифицированный и гидрофобный портландцементы изготавливают путем введения в обычный портландцемент при помоле небольшого количества (0,1-0,25% по массе) специальных добавок, в первом случае — пластифицирующих (сульфитно-дрожжевой бражки), во втором — гидрофобных (мылонафта).
Коллоидные адсорбционные пленки гидрофильного характера, образующиеся на поверхности частиц пластифицированного портландцемента, способствуют более полному смачиванию частиц цемента, уменьшают трение между ними и приводят к повышению пластичности растворной и бетонной смеси. При использовании пластифицированного портландцемента за счет уменьшения водосодержания смеси можно повысить прочность бетона или при той же прочности снизить на 8-10% расход вяжущего.
Создающиеся на поверхности зерен гидрофобного портландцемента тончайшие пленки значительно понижают его гигроскопичность, вследствие чего такой цемент не слеживается и в течение длительного времени почти не теряет активности. Так как при перемешивании бетонных и растворных смесей гидрофобные пленки снимаются зернами песка, прочность бетонов и растворов в большинстве случаев не снижается.
Благодаря улучшению структуры цементного камня бетоны на пластифицированном и гидрофобном портландцементах обладают повышенной морозостойкостью и меньшей водопроницаемостью. Иногда при тепловой обработке таких бетонов наблюдается снижение их прочности, поэтому применение пластифицированных и гидрофобных цементов допускается только после проведения предварительных испытаний.
Быстротвердеющий и особобыстротвердеющий портландцементы (БТЦ и ОБТЦ) за счет повышенного содержания быстротвердеющих минералов — C3S и С3А (60-65%) и более тонкого помола обладают по сравнению с обычным портландцементом более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения. Этот цемент применяют в производстве сборных железобетонных изделий, не подвергающихся тепловой обработке или с сокращенным циклом ее.
Белый и цветной портландцементы получают путем совместного помола маложелезистого клинкера C4AF (не более 1-1,5%), активных и инертных минеральных добавок белого цвета (не более 10%) и гипса. Белый и цветной цементы используют для приготовления декоративных растворов и бетонов. В производстве цветных цементов в белый цемент добавляют щелочестойкие пигменты.
Пуццолановый и шлакопортландцементы по сравнению с портландцементом характеризуются пониженным тепловыделением при гидратации, замедленным твердением в ранние сроки, особенно при невысоких положительных температурах, и меньшей активностью (М200-500). Наиболее целесообразно применять эти цементы в бетонах, подвергающихся тепловлажностной обработке в пропарочных камерах при температуре (90-100°С) и в автоклавах (180-200°С). При использовании пуццолановых и шлакопортландцементов следует учитывать, что они обладают нестабильными свойствами и повышенной водопотребностью, что приводит к увеличению расхода вяжущего. Кроме того, бетоны на пуццолановом и шлакопортландцементах по сравнению с бетонами на портландцементе обладают меньшей морозостойкостью. Вследствие большой рыхлости и высокой гигроскопичности вводимых в вяжущее добавок активность пуццолановых и шлакопортландцементов при хранении снижается быстрее, чем у портландцемента. Кроме обычного шлакопортландцемента, выпускается и быстротвердеющий шлакопортландцемент, отличающийся более интенсивным ростом прочности в начальный период твердения.
Глиноземистый цемент из-за высокой стоимости и дефицитности на предприятиях по изготовлению сборных железобетонных изделий применяют только в исключительных случаях при особой срочности изготовления конструкций, не подвергающихся тепловой обработке. Отдельные виды цемента не рекомендуется применять в тех случаях, когда специфические их свойства не могут быть эффективно использованы, даже если при этом не допускается перерасход вяжущего (например, использовать белый цемент для приготовления недекоративного бетона).
В качестве вяжущих для изготовления бетонов и растворов, кроме цементов, применяют известь строительную, бесклинкерные вяжущие на ее основе и гипс.
Строительную известь получают путем обжига (до удаления угле кислоты) кальциево-магниевых горных пород — мела, известняка, доломитизированных и мергелистых известняков, доломитов и мергелистого мела. В производстве используют воздушную известь, обеспечивающую твердение растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях, а также гидравлическую, твердеющую и в воде.
Известь воздушную применяют в виде: негашеной комовой, представляющей собой смесь кусков размером до 20—30 см; негашеной молотой, получаемой путем измельчения комовой извести с минеральными добавками и без них до тонкости помола, характеризуемой остатками частиц на ситах с сеткой № 02 не более 1% и № 008 — не более 10%; гидратной (пушонки), образующейся в результате гидратации (гашения) негашеной извести.
В зависимости от назначения раствора используют воздушную негашеную известь: быстро-, средне- и медленногасящуюся со сроками гашения соответственно до 8 мин, не более 25 мин и свыше 25 мин. В производстве растворов и бетонов, эксплуатируемых во влажных условиях, применяют слабо- и сильногидравлическую известь, обеспечивающую получение в 28-дневном возрасте прочность при сжатии образцов, соответственно, не менее 2 и 5 МПа (20 и 50 кг/см2).
При изготовлении изделий из силикатных бетонов используют известково-кремнеземистое вяжущее, получаемое путем совместного помола кварцевого песка и кальциевой маломагнезиальной комовой, молотой негашеной и гидратной (пушонки) извести со скоростью гашения 15-30 минут. Применение магнезиальной или доломитовой извести с замедленными сроками гашения нежелательно, так как это может привести в производственных условиях к резкому снижению качества готовой продукции или же к снижению производительности всего завода. Если в шихту попадает известь с непогасившейся окисью магния, ее гашение может начаться в уже отформованных изделиях, что приведет к образованию трещин в изделиях, а иногда и к полному их разрушению. Вредное влияние окиси магния на свойства силикатных изделий может быть устранено введением в смесь некоторого количества тонкодисперсных добавок: глины, суглинков, трепела, измельченного кирпичного боя, золы ТЭЦ или путем гашения извести паром при давлении 0,3—0,5 МПа (3-5 ати) в течение 30 мин. Количество тонкодисперсных добавок в зависимости от их качества составляет 25—100% от суммы активных СаО и MgO в смеси. При наличии в силикатной смеси таких добавок в процессе запарки происходит ускоренное образование цементирующего вещества, благодаря чему материал в самом начале автоклавной обработки приобретает прочность, которая может противодействовать деформациям, возникающим при гашении доломитизированной извести.
Для приготовления бесцементных бетонов используют следующие виды бесклинкерных вяжущих: известково-шлаковые вяжущие, получаемые путем совместного измельчения высушенных гранулированных доменных шлаков и 10—30% извести (гидравлической или воздушной) или тщательного смешивания в сухом виде тех же материалов, измельченных раздельно в тонкий порошок; известково-пуццолановые вяжущие, изготавливаемые путем совместного измельчения активной минеральной добавки (трепела, опоки и др.) с известью; известково-зольные, в том числе сланцезольные вяжущие, получаемые путем совместного помола топливных зол и шлаков, содержащих окись кальция не менее 15% с кремнеземистой активной минеральной добавкой и из вестью.
Для улучшения процессов твердения и регулирования сроков схватывания при помоле этих вяжущих добавляют около 5% гипса и в некоторых случаях 10—20%портландцемента. Тонкость помола бесклинкерных вяжущих характеризуется остатком на сите №009 (4900 отв./см2) не более 25% по массе. Производство бесклинкерных вяжущих и помол добавок следует предусматривать не на заводах железобетонных изделий, а на самостоятельных предприятиях.
Ввиду малых сроков схватывания для заводского производства строительных растворов гипсовые вяжущие почти не используют. Широкое применение они получили при изготовлении обшивочных листов (гипсокартона и пр.), а также мелко- и крупноразмерных блоков и панелей для внутренних перегородок (гипсовые пазогребневые плиты).
В качестве мелкого заполнителя для бетонов применяют песок, представляющий собой рыхлую смесь зерен крупностью до 5 мм и объемной массой более 1200 кг/м3, образовавшуюся в результате естественного разрушения (природные пески) или путем дробления горных пород (дробленые пески). В природе встречаются кварцевые пески с примесью частиц полевого шпата и других минералов, реже известняковые и ракушечные пески. Кварцевые пески, обладающие высокой прочностью, можно применять для бетонов любых марок. Пригодность других песков проверяется в бетоне требуемой марки.
Дробленый песок изготавливают из невыветренных изверженных, метаморфических и плотных карбонатных осадочных горных пород, имеющих предел прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии не менее 40 МПа (400 кг/см2). Используемое для этой цели оборудование должно обеспечивать получение зерен, имеющих форму, близкую к кубической. Искусственные пески имеют острые грани и неровные поверхности и обычно не содержат посторонних примесей. Получаемые путем дробления горных пород (особенно содержащих значительное количество хрупкого кварца), песчинки имеют много мелких микротрещин, снижающих их прочность, что приводит к уменьшению прочности бетона. Выбор песка для обычного бетона производится с учетом его свойств и стоимости; во всех случаях необходимо использовать местный песок.
Существенное влияние на качество бетона оказывает зерновой (гранулометрический) состав песка. Как известно, частицы песка служат для заполнения пустот между зернами крупного заполнителя и получения плотной структуры бетона. В свою очередь, для получения монолитного камня все пустоты между частицами песка необходимо заполнить тестом из вяжущего и воды. Этим же тестом должны быть покрыты и поверхности всех частиц. Таким образом, для уменьшения расхода вяжущего следует применять пески с меньшей пустотностью и наименьшей суммарной поверхностью частиц. Лучшими являются крупные пески, содержащие достаточное количество средних и мелких частиц. В этом случае обеспечивается наименьшая пустотность песка и суммарная поверхность его частиц.
В зависимости от зернового состава песок делят на крупный с модулем крупности Мкр>2,35, средний — с Мкр=2,35-2,1; мелкий с Мкр<2,1 и удельной поверхностью S=100-200 см2/г и очень мелкий с S=201-300 см2/г. Для обычных бетонов допускается применение песка с Мкр=2,1-3,25, кривая просеивания которого находится в пределах заштрихованной площади графика.
Песок с удельной поверхностью более 300 см2/г для обычных (тяжелых) бетонов и растворов применять не рекомендуется. Однако подобная оценка не всегда обеспечивает получение смесей с наименьшим расходом цемента. Более точным критерием пригодности песка является так называемый модуль эффективности Мэф, представляющий собой расход цементного теста, необходимого для заполнения пустот в 1 кг песка и смазки поверхности его зерен. Определение модуля эффективности производят по формуле, в которой первое слагаемое представляет собой объем пустот в 1 кг уплотненного вибрированием песка, а второе — объем цементного теста, требуемый для смазки поверхности зерен песка
где γоб. п и ρп—объемная масса и плотность песка, г/см3; 0,013 — толщина пленки на поверхности зерен песка, мм; s — удельная поверхность частиц песка, м2/кг
Удельную поверхность песка (м2/кг) можно рассчитать по формуле А. С. Ладинского
где k — поправочный коэффициент, зависящий от вида песка; для горного песка k=2, для речных и морских песков k=1,65 и для мелких k=1,3; а, б…е — остатки на стандартном наборе сит с размером отверстий 5-0,14 мм, %; ж — проход через сито с отверстиями 0,14, %.
Рекомендуемый зерновой состав плотных заполнителей (а — песка, б — щебня и гравия)
На заводы сборного железобетона при наличии емкостей для хранения песок должен поставляться рассеянным на крупную и мелкую фракции с помощью контрольных сит с размерами отверстий: 1,25 мм и более — для крупных песков и 1,25 или 0,63 мм и менее — для мелких. В качестве мелкой части фракционированного песка можно использовать природные средние, мелкие и очень мелкие пески. Зерновой состав крупной и мелкой частей фракционированного песка должен обеспечивать получение качественного бетона без перерасхода цемента.
Объемная масса песка зависит от его пустотности, степени влажности и плотности (удельного веса). Обычно объемная масса песка колеблется от 1500 до 1600 кг/м3.
С повышением влажности песка до 5—7% объем его резко увеличивается. При дальнейшем увеличении влажности объем постепенно уменьшается и при 20%-ной влажности равен объему сухого песка. Поэтому при приемке и отпуске песка, а также при дозировании воды в бетоносмесительных цехах необходимо систематически учитывать колебания влажности и происходящие при этом изменения объема песка.
Большое влияние на качество бетона оказывают глинистые, органические и другие примеси, встречающиеся в песке. Глинистые, илистые и пылевидные примеси повышают водопотребность бетонных смесей, вследствие чего снижается прочность бетона. Глинистые примеси, обволакивая тонким слоем зерна песка, ухудшают сцепление последних с цементным камнем. Содержание отмучиваемых примесей не должно превышать 3% для природного песка и 5% — для дробленого. Уменьшение количества примесей может быть достигнуто промывкой песка водой в специальных машинах — пескомойках.
Сернистые и сернокислые соединения (гипс, серный колчедан и др.) вызывают постепенное разрушение цементного камня, а частицы слюды, вследствие их плохого сцепления с цементным камнем и невысокой прочности, уменьшают прочность бетона и понижают его морозостойкость. Допустимое количество примесей слюды и минералов, содержащих серу, устанавливается испытанием песка в бетоне.
Органические примеси, главным образом гуминовые кислоты, вступая во взаимодействие с гидратом окиси кальция, выделяющимся при твердении портландцемента, образуют рыхлые малопрочные соединения типа сахаратов кальция, не способных к твердению, что понижает прочность бетона. Присутствие органических примесей допускается в количестве, при котором цвет жидкости над песком, обработанным 3%-ным водным раствором едкого натрия, получается не темнее эталона (колориметрическая проба). Однако оценка качества песка этим методом не может считаться окончательной, так как окрашивание жидкости может быть вызвано встречающимися в песках красящими веществами, безвредными для цемента (например, соединениями марганца). При неудовлетворительных результатах колориметрической пробы следует сравнить прочность образцов из бетона на загрязненном песке и на том же песке, но промытом известковым молоком и водой.
К качеству заполнителей для растворов выше М50 в большинстве случаев предъявляют те же требования, что и к песку для обычных бетонов.
Для кладочных и обычных штукатурных растворов небольшой прочности, кроме природных обычных и легких (ракушечных, пемзовых и т. п.), можно использовать дробленые пески из тяжелых горных пород, металлургических и топливных шлаков, а также отработанные формовочные пески после их соответствующей проверки в растворах.
К заполнителям для декоративных цветных растворов предъявляют также определенные требования к цвету. Зерновой состав и допускаемое содержание вредных примесей должны удовлетворять требованиям стандарта на песок, пригодный для кладочных и штукатурных работ. Применение мелких песков, не удовлетворяющих по зерновому составу требованиям стандартов, что вызывает повышенный расход вяжущих, допускается только при соответствующем технико-экономическом обосновании.
Для приготовления силикатных смесей используют средние, мел кие и очень мелкие пески с содержанием Si02 не менее 80%, отмучиваемых примесей — не более 10% и слюды — не более 0,5%. Предпочтение отдают песку, зерна которого имеют острые грани и шероховатую поверхность. Примесь в песке глины в виде крупных включений не допускается, так как это приводит к снижению прочности бетона. Если глина находится в тонкодисперсном состоянии и распределена в песке равномерно, она увеличивает удобоукладываемость сырьевой смеси и способствует лучшему ее уплотнению при формовании, в результате чего повышается плотность и прочность силикатного бетона. В состав глиносиликатных бетонов вводят 8—12% строительных глин и суглинков, содержащих 65—70% кремнезема и 10—12% глинозема.
В силикатных бетонах, как и в цементных, экономически целесообразно использовать и крупные (плотные и пористые) заполнители. Заполнителями в бесклинкерных бетонах служат доменные гранулированные шлаки и золы состава: не менее 40% SiO2 (по массе), не более 30% А12O3, 3% MgO. П. п. п. для зол, образующихся при сжигании бурых углей — не более 2% и прочих углей — 5%. К гранулированным доменным шлакам предъявляются те же требования, что и для шлаков, используемых в ячеистых бетонах. Тонкость помола золы должна быть не менее 2500 см2/г, шлаков — не менее 3500 см2/г.
В качестве крупного заполнителя применяют природные и искусственные каменные материалы размерами кусков 3(5)—70 мм. Наиболее распространенными крупными заполнителями являются гравий и щебень изверженных, плотных осадочных и метаморфических горных пород. Реже применяют искусственные заполнители (нераспадающиеся доменные шлаки и другие материалы). Качество заполнителей оказывает большое влияние на прочность и стойкость бетонов.
Гравий образуется в результате естественного разрушения (выветривания) плотных горных пород и состоит в основном из кусков окатанной формы. По крупности зерен гравий делят на следующие фракции: 3(5)-10; 10-20; 20-40 и 40-70 мм.
По зерновому составу и содержанию примесей гравий часто не удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, поэтому его обогащают рассеиванием на отдельные фракции и промывают на специальных установках, располагаемых в карьерах. Количество зерен с размерами, выходящими за предельные размеры фракции, не должно быть более 5%, а полусумма полных остатков на ситах с dmax и dmin составляет 40—70% (по массе).
Гравий образуется в результате распада разнообразных горных пород, имеющих неодинаковый минералогический состав и плотность, поэтому отдельные зерна гравия могут иметь неодинаковую прочность, а также различную форму. Прочность отдельных зерен гравия, их форма, а также загрязненность вредными примесями существенно влияют на прочность бетона. Пригодность гравия для изготовления железобетонных конструкций определяется петрографическим составом с указанием количественного содержания зерен слабых пород, а также показателем дробимости при сжатии (раздавливании) в стандартном цилиндре. Количество зерен из слабых пород допускается не более 10% (по массе).
Дробимость гравия при сжатии (Др) характеризуется величиной потери в массе навески в результате испытания, которая составляет: для марки Др8 — до 8%; Др12— от 9 до 12% и Др 16 — от 13 до 16%.
Для бетонов М 200 и выше применяют щебень или дробленый гравий (щебень из гравия).
Гравий не должен содержать также более 15% по массе зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы (толщиной и шириной менее длины в 3 и более раза), отрицательно влияющих на прочность бетона. Содержание отмучиваемых примесей не должно превышать 1% по массе, так как они покрывают тонкой пленкой поверхность кусков и ухудшают сцепление последних с цементно-песчаным раствором. Допустимое содержание органических примесей определяется тем же методом, что и для мелкого заполнителя (колориметрическая проба). Для бетонов конструкций, подвергающихся увлажнению и замораживанию, применяют гравий определенной степени морозостойкости, неодинаковой для различных климатических условий и условий увлажнения конструкций.
Щебнем называют материал, получаемый путем измельчения (дробления) крупных кусков различных горных пород или искусственных камней (доменных отвальных или специально отлитых шлаков). Полученные смеси зерен различных размеров рассеивают на отдельные фракции. Щебень отличается от гравия остроугольной формой и шероховатой поверхностью зерен, в связи с чем сцепление щебня с цементно-песчаным раствором больше, чем у гравия. Содержание в щебне вредных органических примесей незначительно.
Щебень из естественного камня характеризуется прочностью исходной горной породы при сжатии, истираемостью в полочном барабане и сопротивлением удару при испытании на копре ПМ. По прочности исходных материалов при сжатии в насыщенном водой состоянии в зависимости от вида пород (изверженных, метаморфических, осадочных) щебень делят на семь марок от 200 до 1200. Марки щебня по прочности исходной горной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии должны быть выше марки бетона: не менее чем в 1,5 раза — для бетона до М300 и не менее чем в 2 раза — для бетона М300 и выше.
Количество глинистых и пылевидных частиц в щебне, определяемых отмучиванием, не должно превышать в зависимости от марки бетона и вида исходной породы 1—3% по массе.
Требования к зерновому составу, морозостойкости, содержанию зерен слабых пород, а также зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы такие же, как и для гравия. Допустимое количество включений рудных минералов, аморфных разновидностей кремнезема, а также сернокислых и сернистых соединений как для щебня, так и для гравия определяется специальными исследованиями с учетом условий эксплуатации сооружений.
Прочность щебня из доменных шлаков должна обеспечивать возможность получения бетона требуемой марки. Кроме того, шлак должен быть устойчив против распада и обладать в нужных случаях достаточной степенью морозостойкости.
Зерновой состав крупного заполнителя оказывает заметное влияние на водопотребность бетонных смесей и, следовательно, косвенно влияет на прочность бетона. Объем пустот в крупном заполнителе должен быть возможно меньшим, так как при этом снижается потребность в цементно-песчаном растворе. Это может быть достигнуто содержанием в смеси гравия (щебня) зерен различного размера. Наибольшая величина зерен крупного заполнителя ограничивается размерами бетонных и железобетонных конструкций и насыщенностью их арматурой.
Крупность заполнителя в зависимости от вида конструкций
| Виды конструкций и деталей | Предельная крупность зерен гравия или щебня, мм |
| Ребристые конструкции, многопустотные панели, струнобетонные балки, детали с наименьшими размерами ребер, полок, стенок до 25 мм | 10 |
| Конструкции и детали с размерами ребер, стенок, полок 25-80 мм с расстоянием между стержнями арматуры более 15 мм | 20 |
| Крупноразмерные изделия (колонны, балки, ригели, фундаментные плиты и блоки) с расстоянием между стержнями арматуры более 30 мм | 40 |
При выборе крупного заполнителя следует учитывать, что гравий встречается в природных условиях почти в готовом виде и требует только рассева и дробления отдельных крупных кусков. Процесс же получения щебня очень трудоемок и сложен, поэтому стоимость его значительно выше гравия. Кроме того, бетонные смеси на гравии по сравнению со смесями на щебне обладают большей подвижностью и меньшей водопотребностью, что объясняется меньшим трением между гладкой поверхностью зерен и цементным раствором. Однако сцепление гравия с цементно-песчаным раствором меньше, чем у щебня, и гравий более загрязнен, чем щебень. Поэтому в большинстве случаев прочность щебеночного бетона больше прочности гравийного примерно на 20—30%.
Выбор заполнителей следует производить на основе результатов испытаний их непосредственно в бетоне, подтверждающих возможность получения требуемой марки бетона без перерасхода цемента и технико-экономических сравнений.
На предприятиях сборного железобетона применяют добавки следующих видов: минеральные активные, добавки-наполнители, добавки — ускорители твердения и замедлители схватывания вяжущих, противоморозные, поверхностно-активные и красящие добавки.
Активные минеральные добавки используют для повышения плотности, водостойкости и солестойкости бетонов и растворов, а также для приготовления жароупорных бетонов и растворов на портландцементе. Минеральная добавка считается активной, если она обеспечивает водостойкость известкового теста, приготовленного на основе извести-пушонки, не более чем за 3 суток сокращает сроки его схватывания (до 7 суток) и поглощает известь из раствора в количестве, предусмотренном стандартом.
Активные добавки бывают природные, получаемые из горных пород осадочного происхождения (диатомиты, трепелы, опоки) и вулканического(пеплы, туфы, пемзы), и искусственные, к которым относят кислые и основные доменные гранулированные шлаки, белитовый (нефелиновый) шлак и кислые золы-уноса. Улучшение ряда важных свойств бетонов и растворов объясняется тем, что часть активных добавок (доменных основных гранулированных шлаков, золы-уноса горючих сланцев и др.) обладают слабо выраженными вяжущими свойствами, а другая часть (диатомиты, трепелы, опоки, пеплы, туфы, пемзы и др.) за счет взаимодействия содержащегося в их составе кремнезема в аморфном состоянии с гидратом окиси кальция Са(ОН)2, выделяющимся при твердении цемента, — образованием достаточно прочного и стойкого цементирующего вещества, состоящего, главным образом, из низкоосновных гидросиликатов кальция.
При выборке активной минеральной добавки следует отдавать предпочтение материалам с более высокой активностью и малой водопотребностью при затвердении, так как при этом получают смеси с меньшим расходом вяжущего. Количество вредных примесей в минеральных активных добавках (посторонних пород из вскрышных и подстилающих слоев, органических примесей, несгоревшего угля и сернистого ангидрида) не должно превышать предела, установленного нормами.
Добавки-наполнители используют для снижения расхода высокомарочных цементов и повышения плотности бетона. Добавками могут служить природные материалы, получаемые из изверженных и осадочных горных пород (известняков, песков, глин и т. п.), и искусственные — из отходов промышленности (доменных шлаков, топливных зол и шлаков и т. п.). Количество вводимых в цементы добавок-наполнителей практически можно увеличивать до тех пор, пока не начнет изменяться нормальная густота цементного теста. Для получения требуемого эффекта оба вида минеральных добавок используют в тонкоизмельченном виде. Тонкость помола должна быть такой, чтобы при просеивании через сито № 008 (4900 отв. /см2) остаток не превышал 15% от массы пробы. Добавки-наполнители, используемые только для уплотнения растворов и бетонов, могут быть более грубого помола.
Поверхностно-активные добавки вводят в бетоны и растворы для уменьшения водопотребности и расхода вяжущих, при одновременном сохранении или повышении пластичности, а также повышениях атмосферо- и морозостойкости (замораживании и оттаивании, увлажнении и высушивании). Поверхностно-активные добавки разделяют на гидрофильно- и гидрофобнопластифицирующие, а также микропенообразующие. К гидрофильнопластифицирующим добавкам относят концентраты сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ), а к гидрофобнопластифицирующим — мылонафт, асидол, асидол-мылонафт, окисленный петролатум и кремнийорганические жидкости ГКЖ-10, ГКЖ-11 и ГКЖ-94. Свойством микропенообразования обладают абиетат натрия — смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ), омыленный древесный пек, а также добавки типа БС (омыленные жирные кислоты животного или растительного происхождения) и ОС (отходы соапстока мыловаренных заводов, содержащие 10—45% омыленных жиров). Количество вводимых в бетон поверхностно-активных добавок определяется нормативными документами с обязательной экспериментальной проверкой.
Рекомендуемое количество поверхностно-активных добавок в бетонах и растворах
| Вид и наименование добавок | Количество добавки (в пересчете на сухое вещество), % от массы цемента | |
| Бетоны | Растворы | |
| I. Гидрофильнопластифицирующие — сульфитно-дрожжевая бражка | 0,1-0,15 | 0,2-0,25 |
| II. Гидрофобнопластифицирующие мылонафт асидол и асидол-мылонафт после омыления или эмульгирования ГКЖ-10 и ГКЖ-11 ГКЖ-94 |
0,05-0,250,05-0,25 0,02-0,10 0,02-0,20 |
0,025-0,050,025-0,05 0,05-0,10 0,05-0,20 |
| III. Микропенообразователи: абиетат натрия (СНВ) омыленный древесный пек БС ОС окисленный петролатум после эмульгирования |
0,01-0,025 0,01-0,05 0,05-0,10 — 0,15-0,25 |
— — 0,05-0,10 0,25-0,5 — |
Для защиты арматуры от коррозии рекомендуется вводить ингибитор — нитрит натрия (на 1% СаС12 не менее 0,6% NaNO2). Нитрит натрия, проявляя свойства восстановителя, создает на поверхности арматурной стали защитную пленку, препятствующую коррозии металла.
Количество добавок-ускорителей твердения либо принимается в соответствии с указаниями специальных инструкций, либо устанавливается экспериментальным путем по прочности бетона или раствора в различное время. Добавки-замедлители схватывания вяжущего используются в том случае, если скорость схватывания бетонной или растворной смеси не обеспечивает возможности их укладки и уплотнения в конструкциях.
Замедление схватывания цемента осуществляется с помощью добавок гипса двуводного и сернокислого окисного железа Fe2(SO4)3 в количестве 1%, а также поверхностно-активных веществ — СДБ, мылонафта, кератинового замедлителя, животного клея — до 0,3% от массы цемента.
Для регулирования скорости гашения извести (например, в производстве ячеистых бетонов) используют: гипс двуводный (гипсовый камень) с содержанием сернокислого кальция не менее 70% в тонкоизмельченном виде, характеризуемом остатком на сите №02 (900 отв. /см2) не более 3%; растворимое или жидкое натриевое стекло (Na2O-nSi02) в виде глыб, порошка или сиропообразной жидкости с плотностью 1,2—1,5 г/см3 в количестве 1—5% от массы извести.
Противоморозные добавки применяют с целью обеспечения твердения бетона и раствора в зимних условиях за счет понижения температуры замерзания воды и цементного теста в бетоне и растворе. В качестве противоморозных добавок используют хлористый кальций (СаСl2) совместно с хлористым натрием (NaCl) в количестве 7,5% (от массы цемента), нитрат натрия (NaNO3) до 10% и поташ (К2СO3) до 15%.
В качестве красящих добавок в растворы на основе извести и портландцемента применяют щелочестойкие и светостойкие природные и искусственные пигменты (охру, сурик железный, мумию, ультрамарин). В состав декоративных растворов на обычном портландцементе вводят до 25% отбеливающих или цветных тонкомолотых добавок из известняка, мрамора, доломита и других горных пород.
Для изготовления и поливки бетона можно применять питьевую и любую другую воду (в том числе шахтную), имеющую рН (водородный показатель) не менее 4 (при рН<7 вода считается кислой, при рН>7 — щелочной). Вода не должна содержать более 5 г солей в 1 л, в том числе сульфатов (в пересчете на SO4) не более 1% по массе, так как они вызывают коррозию бетона и арматуры. Не допускается использование сточных вод, содержащих жиры, сахар, кислоты и другие вредные примеси. Растворы кислот нарушают процессы твердения вяжущего, а также вызывают развитие коррозионных явлений, унижающих прочность бетона. Различные жиры и нефтепродукты, сорбируясь на поверхности твердых частиц бетона, препятствуют нормальному развитию процессов гидратации и твердения цемента, а также ухудшают сцепление зерен заполнителей с цементным камнем. Применять морскую воду для приготовления бетона, используемого в жилищном строительстве, не рекомендуется, так как на поверхности изделий могут появиться солевые выцветы.
- Бетоноведение
- Технология
изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей - Бетонные
работы в зимних условиях - Производство
сборных конструкций и деталей из легких бетонов - Производство
сборных изделий из плотных силикатных бетонов и бетонов на бесклинкерном вяжущем - Производство
бетонных и железобетонных изделий на полигонах - Общие правила техники безопасности и противопожарные мероприятия на строительной площадке