Розширювальні добавки для підвищення довговічності конструкцій

Автор: Л. А. Титова, М. І. Бейліна, М. Ю. Титов

Велика різноманітність будівельних споруд, відмінність умов їх зведення та експлуатації, а також необхідність підвищення довговічності цих споруд зробили актуальною проблему створення спеціальних в'яжучих та бетонів на їх основі.

У 70-х роках XX століття в НДІЖБ розроблені напружуючі бетони та бетони з компенсованою усадкою, що забезпечують конструкціям на їх основі підвищену водонепроникність, морозо- та тріщиностійкість, для застосування в різних галузях будівництва. Такі бетони створюються на основі портландцементу (ПЦ) та розширювальних добавок (РД), які можуть бути отримані як за випалювальною, так і за безвипалювальною технологією із застосуванням різних відходів промислових виробництв. Серед численних запатентованих в Україні добавок особливий інтерес становлять алюмінатно-сульфатні та алюмооксидні добавки, а також різні їх комбінації, властивості яких визначаються умовами гідратації та твердіння алюмінатів та сульфоалюмінатів кальцію, а також їх сполук з силікатами та сульфатами.

Як сировина для одержання таких добавок можуть бути використані природні матеріали та промислові відходи. Особливий інтерес представляє утилізація великотоннажних відходів, що дозволяє вирішувати проблеми охорони навколишнього середовища та ресурсозбереження у будівництві.

Ці добавки вводять у млин при виробництві цементів або бетонозмішувач при приготуванні бетонної суміші.

Введення розширювальної добавки в процесі приготування бетонної суміші регулює енергію розширення в'яжучого, що дозволяє отримувати бетони для збірного та монолітного будівництва, як зкомпенсованою усадкою, що так і напружують з різною енергією самонапруги, забезпечуючи високу якість виробів.

Як відомо [див. Кузнєцова Т.В. Алюмінатні та сульфоалюмінатні цементи. М.: Стройиздат, 1986], основу розширення бетонів з допомогою РД лежить те саме явище, як і за корозії III виду [див. Москвин В.М. Корозії бетону. М.: Держбудвидав, 1952; Михайлов В.В., Рубецька Т.В., Титова Л.А. До питання про сульфатостійкість бетону на напруженому цементі // Бетон та залізобетон. 1974 № 3], тобто. наявність зусиль, що розтягують, що виникають у порах бетону в результаті збільшення об'єму кристалізуються солей або замерзання води.

При цьому явища, що відбуваються під час сульфатної корозії, аналогічні процесам розширення взаємодії алюмо-і сульфатсодержащих матеріалів, тобто. утворенню гідросульфоалюмінату кальцію (ГСАК) у першу добу паралельно з гідратацією. У цей період структура бетону схильна до пластичних деформацій, і утворення ГСАК не призводить до її руйнування.

Слід зазначити, що при застосуванні напрягаючих бетонів або бетонів з компенсованою усадкою в конструкціях необхідне обмеження деформації розширення бетонів досягається шляхом використання арматури або торцевого обмеження. При цьому зусилля, що розтягують, від утворення ГСАК не тільки не небезпечні, а й сприяють створенню щільної і міцної структури за рахунок обтиснення бетону. Крім того, кристали ГСАК у порах і на поверхні новоутворень дисперсно армують цементний камінь. Для оцінки зв'язування основних компонентів ДСАК було проведено комплексні фізико-хімічні дослідження кінетики процесів гідратації різних в'яжучих, результати яких наведено у таблиці 1.

Таблиця 1 Кінетика зв'язування води, SO3 такристалізації еттрингіту

В'яжуче в бетоні

Зміст пов'язаної води, %

Вміст непов'язаного SO3 (непрожарена речовина), %

З даних таблиці 1 видно, що в бетонах на основі ПЦ і РД відразу після замішування їх водою на поверхні цементних частинок утворюються гелеподібні продукти гідратації, і вже в перші години з'являються великі кристалічні новоутворення ГСАК голчастої форми, які, переплітаючись, додатково зв'язують між собою частинки цементу.

Вміст солі (еттрингіту), як у віці 1 доби, так і 28, у складах на основі ПЦ і РД в 2 з лишком рази більше, ніж у аналогічних бетонів на ПЦ, тоді як гіпс практично весь зв'язується вже до 7 діб. Все це створює необхідні умови для отримання міцної та щільної структури бетону.

При тривалому агресивному впливі зовнішнього середовища за рахунок алюмінатів, що залишилися, може утворитися деяка кількість кристалізуються солей (еттрингіт, хлоралюмінат та ін). Це, у свою чергу, є додатковим джерелом розширення бетону і в умовах обмеження деформацій (навіть у структурі матеріалу, що вже сформувалася) не становить небезпеки, викликаючи лише додаткову напругу в арматурі [див. Михайлов В.В., Рубецька Т.В., Титова Л.А. До питання про сульфатостійкість бетону на напруженому цементі // Бетон та залізобетон. 1974 № 3]. Завдяки підвищеному додатковому армуванню цементного каменю солями, що кристалізуються, при введенні розширювальних добавок змінюється пористість і підвищується щільність бетону.

Стійкість бетону на багатокомпонентному в'яжучому (ПЦ + РД) значною мірою визначається його водонепроникністю та морозостійкістю.

Таблиця 2 Експлуатаційні характеристики бетонів із компенсованою усадкою

Морозостійкість (число циклів)

Міцність, кгс/м 2 (стиснення/вигин)

Марка з водо-непроникності W

485/68,7 698/89,7

З компенсованою усадкою

Як видно з таблиці 2, застосування у складі бетону в'яжучого на основі ПЦ та РД дозволяє покращити експлуатаційні характеристики бетонів. При одному і тому ж витраті в'яжучого введення добавок, що розширюють, до складу бетону значно збільшує міцність, як при стиску, так і при згині, а також підвищує морозостійкість і водонепроникність.

Такі властивості багатокомпонентного в'яжучого, як щільна структура і непроникність бетонів на його основі, а також тріщиностійкість самонапруженого залізобетону в поєднанні з високими показниками міцності, особливо при впливі згинальних і розтягуючих зусиль, обумовлюють ефективність застосування в'яжучого в бетонах різноманітних конструкцій різного призначення, спортивних спорудах тощо).

Покриття підлог промбудівель, спортивних та інших споруд, що є відносно тонким шаром, виконуються або по бетонній основі на грунті, або по залізобетонному перекриттю.

Крім спеціальних вимог щодо стійкості до зносу, ударних та агресивних впливів, електризації, безпиловості тощо, до бетонних підлог пред'являються вимоги щодо тріщиностійкості та водонепроникності.

Тріщиностійкість бетонних покриттів при впливі усадочних температурних факторів і зовнішнього навантаження визначається жорсткістю основи, зчепленням з ним та в основному його деформативністю без утворення тріщин.

Невелика гранична розтяжність звичайного бетону викликає необхідність улаштування деформаційних швів у бетонних покриттях з певним кроком узалежно від можливих температурних та вологих перепадів. Спеціальна ізоляція у вигляді килима з рулонних матеріалів (або іншим способом) забезпечує водонепроникність бетонної підлоги. При введенні полімерних та інших добавок покращуються ударна в'язкість та водонепроникність бетону в підлогах, що, проте, негативно позначається на інших показниках.

Підвищити тріщиностійкість та забезпечити водонепроникність покриттів підлог можна шляхом використання бетонів з компенсованою усадкою або напружуючих. Тріщиностійкість покриття обумовлюється переднапруженням, яке досягається як у повністю бетонному з компенсованою усадкою покритті, так і в бетонному, обмеженому по периметру обв'язкою, що сприймає розширення покриття.

Преднапряжение то, можливо розраховане залежно від активності РД, складу бетону, ступеня і характеру армування чи пружної податливості обв'язки.

Найбільш ефективним є застосування таких бетонів для підлог промбудівель і гаражів без обклеювальної гідроізоляції, що дозволяє отримати безшовну конструкцію підлоги, виключивши основну частку усадки в період розширення і пов'язаних з цим напруг, що розтягують. Крім того, за наявності арматури РД створює самонапруження конструкції, а також має більш високу міцність на розтяг при згині, що дозволяє додатково зменшити переріз конструкції підлоги (особливо при поєднанні покриття з підстилаючим шаром).

1992 року на м'ясокомбінаті «КампоМос» було зведено 2000 м 2 декоративного покриття підлоги, які експлуатуються вже понад 10 років без капітального ремонту. Необхідно відзначити, що в цехах м'ясо-молочної промисловості бетонні підлоги знаходяться в специфічних умовах: на них систематично потрапляють компоненти, агресивні до бетону. Тому для забезпеченнядовговічності покриттів при їх облаштуванні зазвичай в бетон вводять біоцидні добавки. Введення однієї тільки комплексної добавки, що розширює (без біодобавок) дозволяє отримати конструкцію необхідної довговічності.

Проведені дослідження та досвід експлуатації підлог у цехах виготовлення м'ясопродуктів, забійних цехах та холодильниках дозволяють рекомендувати бетони з компенсованою усадкою на портландцементі з розширювальною добавкою для масового застосування.

В даний час зведено понад 20 000 м 2 покриттів підлоги на м'ясопереробних комбінатах Москви: "КампоМос", "Мікомс", "Ліанозове", "Велком" та ін.

У НИИЖБ розроблено технічну документацію на розширювальну добавку, що напружує цемент і бетони, що напружують і з компенсованою усадкою. На вимогу зацікавлених організацій розробляються рекомендації щодо застосування таких бетонів для кожного конкретного випадку та постачається необхідна кількість добавки.