вяжущий бетон

Вяжущий бетон

Вяжущие материалы — это минеральные и органические вещества, применяемые для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления (омоноличивания) отдельных элементов строительных конструкций, гидроизоляции (создания водонепроницаемых покрытий).

К минеральным вяжущим материалам относятся порошкообразные вещества, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая постепенно затвердевает, образуя прочное камне-видное тело. Различают гидравлические вяжущие — материалы, которые после смешивания с водой и предварительного затвердевания на воздухе сохраняют свою твердость и продолжают упрочняться («набирать» прочность) в воде — это разновидности цементов, гидравлическая известь. Воздушные вяжущие — это вещества, которые способны твердеть и сохранять прочность только на воздухе (гипс, воздушная известь, жидкое стекло).

В метростроении в основном применяют гидравлические вяжущие, чаще всего — цементы. Основой цементов является тонко раз-молотый цементный клинкер — обожженная до спекания смесь известняка или мергеля и глины. Добавка строительного гипса (получаемого обжигом природного гипса) позволяет получать цементы с уменьшенными сроками схватывания — портландцементы, добавкой шлаков получают шлакопортландцементы. Добавление к этим разновидностям цемента специальных минеральных добавок дает быстротвердеющие портландцемент и шлакопортландцемент, отличающиеся повышенной прочностью через трое суток твердения.

Показателем прочности цемента является его марка (чем выше марка, тем больше прочность). Выпускают портландцементы пяти марок: 300, 400, 500, 550 и 600.

На основе глиноземистого клинкера получают глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы. Эти цементы используют для получения быстротбердеющих строительных растворов и бетонов. Глиноземистый цемент является продуктом тонкого помола клинкера, получаемого путем обжига до оглавления смеси бокситов и известняков. Его марки: 400, 500 и 600. Применяют этот цемент в случае, когда портландцемент не обеспечивает требуемой долговечности конструкций или необходим их быстрый ввод в эксплуатацию.

На основе глиноземистого цемента созданы быстротвердеющие гидравлические вяжущие вещества — расширяющиеся и безусадочные цементы (марки БУС), применяемые при чеканке швов сборной тоннельной обделки.

В метростроении для первичного нагнетания за тоннельную обделку используют цементно-песчаные (строительные) растворы — смеси цемента, песка и воды. Составы таких растворов (соотношение по массе количества цемента и песка, например, 1 : 2 или 1 : 4) принимают в зависимости от необходимой прочности и назначения раствора. Растворы, в которых имеются несколько различных вяжущих и введены добавки для улучшения технологических свойств,, называют смешанными (например, известково-цементно-песчаный).

Бетоном называют искусственный строительный материал, получаемый в результате твердения смеси из вяжущего, воды, заполнителей (песка, гравия или щебня) и в необходимых случаях — специальных добавок. Активными веществами в бетоне являются цемент и вода. Состав бетона условно можно обозначить соотношением: 1 : х : у. Это значит, что в состав бетона входят одна часть (по массе) цемента, к частей песка и у частей щебня или гравия. Прочность бетона зависит от прочности заполнителей, активности цемента и водоцементного отношения. Излишняя вода снижает качество бетона, так как при ее испарении образуются поры.

Прочность бетона определяют испытанием кубиков размерами 15×15 × 15 см через 28 сут твердения. Предел кубиковой прочности бетона определяет марку бетона. Бетон марок М50, М75 и М100 применяют для конструкций и сооружений с низкими напряжениями (фундаменты, внутренние массивы и т. д.). Для железобетонных конструкций в промышленном и гражданском строительстве используют бетоны более высоких марок: М200, М250 и МЗОО. В тоннельных конструкциях применяют бетоны марок от М200 до М400, в отдельных конструкциях — до М600. Так, для изготовления железобетонных шпал применяют бетон М500, а тюбингов обделки тоннеля — М600.

Железобетоном называют сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединенных и работающих в конструкции как единое целое. Совместная работа материалов в железобетоне обеспечивается прочным сцеплением бетона с арматурой и близостью значений температурных коэффициентов линейного расширения обоих материалов. В этом материале бетон воспринимает сжимающие усилия, а арматура — растягивающие. Достоинства железобетона — высокая прочность, долговечность, простота формообразования. Термин «железобетон» иногда употребляют как собирательное название железобетонных конструкций и изделий.

В метростроении большинство сборных конструкций изготавливают из железобетона (это блоки и тюбинги тоннельной обделки, элементы цельносекционной обделки тоннелей мелкого заложения, колонны, плиты перекрытия и другие элементы станций, строящихся открытым способом).

К органическим вяжущим материалам относятся вещества органического происхождения, обладающие способностью под влиянием физических или химических процессов переходить из пластич-ного состояния в твердое или малопластичное (битум, асфальт и др.). Эти вещества в метростроении используются обычно для гидроизоляции конструкций.

Вяжущий бетон

Для приготовления обычного бетона в качестве вяжущего используют портландцемент и его разно­видности, а также другие виды цементов. Выбор марки цемента и его вида определяется заданной прочностью бетона, условиями его твердения (естественные и искусственные – пропаривание, электропрогрев) и эксплуатацией сооружения.

Марку цемента (R_ц) подбирают таким образом, чтобы она превышала заданную марку бетона (R_б) примерно в 2-2,5 раза. Если активность цемента будет меньше 2,5 R_б, то его расход сильно увеличится. Если же она больше 2,5 R_б, то цемента будет недостаточно, и он не обеспечит необходимую плотность. В последнем случае к цементу следует прибавлять тонкомоло­тые минеральные добавки (молотый трепел, песок, гранит, из­вестняк, кирпич и др.), а для бетонов невысокой прочности – глину, не загрязненную органическими и сернокислыми примесями. Объем добавки (g) можно определить ориентировочно по формуле:

Однако оптимальное содержание добавки можно установить только опытным путем.

Наименьшие допускаемые расходы цемента на 1 м 3 бетон­ной смеси установлены ориентировочно, исходя из условий прочности, плотности и сцепления бетона с арматурой: для же­лезобетонных конструкций, находящихся на открытом воздухе или воде, – 250 кг/м 3 ; для конструкций, находящихся внутри зданий, – 220 кг/м 3 ; для вибрированного бетона – 200 кг/м 3 .

При тепловлажностной обработке изделий (пропаривании), нормальном и повышенном (в автоклавах) давлении и проч­ности бетона не менее 250 кг/см 2 применяют портландцемент, пуццолановый и шлакопортландцемент марки 400.

При электропрогреве или при непосредственном контакте изделий с приборами обогрева, а также при отсутствии тепло­вой обработки применяют быстротвердеющий портландцемент марки 400 и выше.

Бетонные смеси и вяжущие материалы. Основные свойства и марки

Цемент, известь, глина, строительный гипс – по своей сути вяжущие материалы.

Вяжущие материалы делятся на воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие – глина, известь, гипс – твердеют только на воздухе и размываются водой; гидравлические твердеют на воздухе и в воде.

Цементы – лучшие гидравлические вяжущие вещества. Схватываются они не очень быстро: начало – не ранее 45 минут, конец – не позднее 12 часов, а окончательно твердеют в течение 28 суток.

В зависимости от предела прочности при сжатии цементы бывают различных марок: 150, 200, 300, 400, 500, 600. Чем выше марка цемента, тем больше прочность конструкций. В индивидуальном строительстве для приготовления растворов можно применять цементы более низких марок – 400, 300 и ниже.

Известь строительная может быть негашеной, в виде сероватых кусков (кипелка) и молотой. Комковую известь гасят в тесто или в пушонку.

Гашение в тесто выполняют в деревянных ящиках или творильных ямах размером в 1 м по всем измерениям, обшитых досками: наполняют гасильный ящик комками извести не более чем на 1/4 его высоты, заливают водой до половины насыпанных комков, при появлении водяных паров и растрескивании кусков перемешивают деревянной палкой, добавляя воду.

Погасив известь, ее разбавляют до молочного состояния и через сито сливают в творильную яму для получения известкового теста.

Гашение в пушонку производят на деревянном щите: по нему рассыпают известковые камни слоем 10-15 см, поливают водой из лейки или шланга, расходуя 600-700 л воды на 1 м 3 извести. При большем количестве воды известь гасится в тесто.

Для приготовления штукатурных растворов известковое тесто выдерживают в течение месяца, а для кладочных растворов достаточно двух недель, но не менее.

Известь-кипелку, молотую и пушонку необходимо хранить в сухих помещениях с полами, поднятыми над землей не менее, чем на 50 см, а известь-тесто – в закрытых ямах или ящиках.

Срок хранения известкового теста неограничен, а его качество со временем только повышается. Пушонку также можно хранить неограниченно долго, а молотая известь должна быть употреблена в течение месяца со дня выпуска.

Вес 1 м 3 извести-кипелки равен 1 т, а чистого известкового теста -1400 кг.

Гипс строительный или алебастр – это порошок белого или сероватого цвета, изготовляемый из гипсового камня путем обжига и помола. Выпускается трех сортов, первый из которых – самый прочный. Материал используется для приготовления растворов совместно с известью, ускоряет их схватывание и увеличивает прочность. Из гипса можно отливать различные плиты и блоки (например, гипсошлаковые).

Черные вяжущие. Это различные битумы – продукты переработки нефти, каменноугольный деготь, каменноугольный пек.

Применяются черные вяжущие в основном для устройства гидроизоляционных работ, так как все они водонепроницаемы, эластичны и устойчивы даже к атмосферным влияниям с химическими примесями.

При устройстве кровель рекомендуется применять более теплостойкие битумы с температурой плавления не ниже 70-90°: битум нефтяной кровельный (БНК) – 90/30 или БНК-90/40 покрывной.

Прочность бетона характеризуется его маркой (М), а прочность конструкций из бетона классом (В). Между маркой бетона и классом конструкций существует следующая связь: В = 0,7786М.

В индивидуальном строительстве применяются бетоны марок от 25 до 150 и редко 200. Для получения желаемого бетона необходимо применять марку цемента в 2-3 раза выше. Например, для бетона марки 100 необходимо использовать цемент марки 200-300 и т. д.

Если в бетонную смесь вложить стальную (железную) проволоку, прут или профиль (арматуру), то получится бетон высшей прочности – железобетон.

Качество бетона зависит от соотношения цемента, песка и гравия, количества воды и тщательности их перемешивания. Большое значение имеет правильная порционная укладка бетона в конструкцию слоями толщиной 20-30 см, уплотнение вибратором, ломом или тяжелой штыковой лопатой и уход за бетоном, особенно в первые дни после укладки. В это время, в течение 5-10 дней, бетон нуждается в регулярном поливе: обычный бетон по 1-2 раза, а шлакобетон по 3-4 раза в сутки.

Уложенный в конструкцию бетон нормально твердеет только в тепле и при достаточной влажности. Полную прочность при положительной температуре воздуха он набирает через 28 дней. При температуре около нуля его укрывают опилками, мешковиной, соломой. Утеплитель поддерживают во влажном состоянии.

Состав бетона обозначают отношением цифр. Например, 1:2, 5:4:5, где первая цифра всегда обозначает объем или весовую часть цемента, вторая – песка, третья – гравия или щебня.

Заполнитель должен занимать не более 85% объема бетона и сохранять минимум пустот. Наиболее оптимальное соотношение крупного и мелкого заполнителя: 30-45% песка и 70-75% гравия или щебня.

При подборе заполнителей необходимо добиваться большего разнообразия их размеров, а в тонкостенных конструкциях или при густом армировании размер зерен крупного заполнителя не должен превышать 2-4 см.

В зависимости от подвижности бетонная смесь может быть жесткая, которая, как влажная земля, хорошо держится в куче, пластичная – густая, но подвижная, а также литая масса. Жесткую смесь используют для подготовительного слоя под фундамент, пол, на сам фундамент и массивные неармированные стены. Смесь при укладке тщательно уплотняют вибрированием. Пластичную смесь применяют для бетонирования балок, колонн перекрытий, лестничных и других несущих армированных тонкостенных конструкций. Уплотняют легким вибрированием. Литую смесь применять для изготовления конструкций в индивидуальном строительстве крайне расточительно и практически неразумно.

Минимальный нормативный и достаточный расход цемента на 1 м 3 бетонной смеси для конструкций составляет 200-220 кг, а для конструкций, работающих в агрессивной среде, – 250 кг.

Качество бетона улучшается до применения примерно 450 кг цемента на 1 м 3 . Дальнейший же расход цемента снижает прочность конструкции.

Лишняя вода в бетоне также может снизить прочность конструкции. Расход воды определяют по состоянию подвижности смеси.

Вяжущие вещества и требования к ним

В большинстве видов бетонных смесей используют вяжущие вещества природного происхождения.

Это неорганические минеральные порошкообразные материалы, которые получают из природного сырья. При смешивании таких вяжущих веществ с водой, они образуют плотную подвижную массу, которая после высыхания затвердевает и превращается в каменный материал.

Воздушные вяжущие вещества

Воздушные вяжущие вещества отличаются от других видов тем, что твердеют только на воздухе.

К воздушным видам вяжущих веществ относятся гипсовые вяжущие, такие как:

• на основе полуводного сульфата кальция (CaSO4′(0,5H2O));
• на основе безводного сульфата кальция (CaS04).

Для того, чтобы получить любой из видов данных гипсовых вяжущих, природный гипсовый камень подвергают термической обработке при температуре от 800°С до 1000°С в котором содержится около 70% двуводного гипса (CaS04 • 2Н20). Перед или после термической обработки, гипсовый камень подвергают помолу.

Бетоны и бетонные изделия на воздушных вяжущих:

• гипсобетон — используется в виде легких или плотных строительных изделий, такие как сухие штукатурные панели;
• силикатный бетон — используется в строительстве в виде плотных, легких или ячеистых изделий в основе которых используются помол кварца с известью или другим силикатным песком в результате чего получается известково-кремнеземистый вяжущий продукт, такой бетон используется в промышленных масштабах для непосредственно изготовления силикатного кирпича.

Гипсовые вяжущие вещества

В результате реакции с водой гипсовые вяжущие вещества твердеют с образованием двуводного гипса. После смешивания гипсового вяжущего с водой спустя около 50-ти минут, гипсоводный раствор насыщается. Именно поэтому гипсовые вяжущие отличаются от остальных коротким сроком затвердевания, но только при соотношении воды и вяжущего вещества равного 1 или более.

Гипсовые вяжущие вещества применяются для:

• устройства штукатурного слоя;
• производства лепных украшений;
• производства плит для подоконников;
• производства лестниц;
• приготовления кладочного раствора;
• приготовления гипсоизввсткового воздушного вяжущего;
• приготовления гипсоцементнопуццоланового водостойкого вяжущего.

Известковые вяжущие вещества

Известковые вяжущие получают путем обжигания известняка или мела, который имеет формулу СаСО3. Известковое вяжущее получается на основе оксида (СаО) или гидроксида (Са(ОН)2) кальция.

Известковое вяжущее вещество еще так же называют строительной известью. Такая строительная известь может выпускаться в форме гашенной в молотом или комовом виде, либо в форме гашенной.

Строительная известь используется для приготовления кладочных и штукатурных растворов, а так же в иных бетонных смесях в паре с другими вяжущими веществами и минеральными добавками.

Магнезиальные вяжущие вещества

Для того, чтобы получить магнезиальное вяжущее, доломит (СаСО3 • МдСО3) подвергается обжигу в виде смеси магния и оксидов кальция. Так же магнезиальное вяжущее может быть на основе обожженного магнезита (MgCО3) в виде оксида магния (MgO).

Для использования в строительстве, магнезиальные вяжущее смешиваются с водным раствором сульфатов и хлоридов. Получившуюся смесь используют для приготовления штукатурных растворов легкого типа, которые так же могут включать в себя: тальк, диатомит, опал, оникс, имитирующий мрамор, а так же древесные опилки и стружку в качестве деревянной арматуры, так как в среде магнезиальных вяжущих веществ древесный материал не выделяет органических кислот.

Гидравлические вяжущие вещества

Цемент — это один из самых распространенных вяжущих веществ для приготовления бетонного раствора, представляющее из себя минеральный порошкообразный материал обладающий гидравлическими свойствами.

Гидравлические свойства цемента проявляются при твердении бетона, потому что он может затвердевать не только в воздушной, но и в водной среде.

При смешивании цементного порошка с водой получается так называемое подвижное цементное тесто, которое в дальнейшем начинает схватываться и постепенно теряет свою подвижность, будь оно на воздухе или под водой.

К гидравлическим вяжущим веществам так же относятся:

• портландцемент;
• гидравлическая известь;
• сульфоалюминатный цемент;
• роман-цемент.

Для приготовления портландцемента используют специальную сырьевую смесь, которая включает в себя глину и известняк в соотношении 1:3, а так же специальные смеси для корректировки состава, чаще всего это железистые добавки.

Обжиг данной смеси производится в специальных вращающихся печах при температуре от 1450°С до 1550°С и процесс идет до тех пор, пока не образуются гранулы портландцементного клинкера размером до 20 мм.

Вяжущее вещество в бетоне

Портландцемент — это одно из самых главных вяжущих веществ. Именно цемент применяется при производстве бетона и строительных растворов. Данное вещество получают путем помола и смешивания портландцементного клинкера, гипса, минеральных добавок (к примеру, зола, шлак) в определенных пропорциях. Размер частиц портландцемента очень мелкий. Сравнить их можно только с пылью.

Получают цементный клинкер с помощью обжига (температура около 1450°C) из смеси пород, которые содержат карбонады, глину и другие, тщательно перемешанные минералы в определенных пропорциях.

Цемент представляет собой гидравлическое минеральное вяжущее вещество, которое начинает твердеть после смешивания с водой в результате такой реакции как гидратация. Кроме этого, он обладает очень высокими эксплуатационными характеристиками.

Благодаря такому вяжущему веществу как цемент, получается бетон, имеющий высокую прочность и долговечность. Такие бетоны обычно используют при:

• строительстве ответственных конструкций;

• сооружении бетонных и железобетонных конструкций;

• возведения военно-технических сооружений;

Профессиональная переподготовка руководящих кадров в строительстве

Не секрет, что уровень подготовки руководящих кадров, как и кадров среднего звена, в строительстве в постсоветское время снизился катастрофически. Какое-то время строительный бизнес в прямом смысле держался на старых специалистах. За тридцать перестроечных лет, многие профессионалы, которые руководили большими и малыми стройками ушли на пенсию или в другую профессию

Компоненты бетона и требования к ним (вяжущие вещества, заполнители, добавки и пр.)

Вяжущие вещества и требования к ним

Важнейшим составляющим эффективной работы бетонных смесей и их составляющих (цементы, сухие смеси, заполнители и т.д.) является оперативная доставка материалов на строительную площадку. Несвоевременная доставка готовой бетонной смеси может привести к полной его негодности. Использование современной автотехники значительно упрощает процесс доставки стройматериалов. Так, например, с помощью манипулятора можно загрузить необходимые материалы, перевезти, разгрузить или даже поднять на подготовленное место. Аренда манипулятора andreasrent.ru/catalog/arenda-manipulyatora/ по мнению специалистов дает реальную возможность сократить затраты на транспортировку, загрузку-выгрузку и подъем на определенную высоту почти в два раза.

Воздушные вяжущие твердеют только на воздухе. К ним относятся: гипсовые вяжущие – на основе полуводного или безводного суль­фата кальция CaSO₄•(0,5Н₂О) или CaSO₄, получаемые термичес­кой обработкой природного гипсо­вого камня, содержащего более 70 % двуводного гипса CaSO₄ • 2Н₂О с предварительным или последующим помолом. Строительный гипс обжигается при температуре 800-1000°С. Гипсовые вяжущие применяются для штукатурных слоев, лепных украшений, плит для подоконников и лестниц, в качестве компонентов для кладочных растворов, основой для гипсоизвесткового воздушного вяжущего, для гипсоцементнопуццоланового водостойкого вяжу­щего. Гипсовые вяжущие твердеют в результате ре­акции с водой с образованием двуводного гипса. Насыщение гипсоводного раствора наступает в течение 48 мин., поэтому гипсовые вяжущие характеризуются короткими сроками затвердевания при водовяжущих отношениях 1 и более.

Известковое вяжущее – на основе оксида или гидроксида кальция, СаО или Са(ОН)₂, получаемых обжигом известняка или мела – СаСО₃.

Строительная известь выпускается в комовом и молотом виде (негашеная) или в форме гашеной (пушонки), используется для штукатурных и кла­дочных растворов, а также в строительных смесях с другими вяжущими и минеральными добавками.

Магнезиальные вяжущие – получаются обжигом доломита СаСО₃ • MgCO₃ в виде смеси оксидов кальция и магния или на основе обожженного магнезита MgCO₃ в виде оксида магния MgO. Затворяются водными растворами хлоридов и сульфатов и используются в строительстве для легких штукатурных растворов, включающих в себя древесную арма­туру в виде опилок, стружки, так как древесина не выделяет органичес­ких кислот в среде магнезиальных ВВ, а также с порошкообразными наполнителями: тальком, диатомитом, имитирующими мрамор, опал, оникс и т. п.

Бетоны и изделия на основе воздушных вяжущих: гипсобетон (в виде сухих штукатурных панелей и др. штучных плотных или легких изделий), силикатный бетон (на базе известково-кремнеземистого вяжущего продукта совместного помола извести с кварцевым или другим силикатным песком и т. п., в виде штучных плотных или легких, в том числе ячеистых изделий) используются в промышлен­ном масштабе (в частности, силикатный кирпич).

Гидравлические вяжущие вещества. Цемент – порошкообразное минеральное вяжущее, обладающее гидравлическими свойствами, способностью после затворения водой твердеть в водной и воздушной средах. При затворении водой цемент образует подвижное тесто, которое на воздухе и в воде постепенно теряет подвижность. Начальную потерю подвижности теста называют схватыванием.

К гидравлическим вяжущим относятся: гидравлическая известь, роман-цемент, сульфоалюминатный цемент (САЦ), портландцемент.

Портландцемент производится из цементной сырьевой смеси, включающей в себя известняк, глину (примерно в соотношении 3:1) и кор­ректирующие состав смеси, преимущественно железистые добавки. Смесь содержит более 50 % частиц размером менее 0,01 мм (или 10 мкм). Обжиг ведется во вращающихся печах при температуре до 1 450–1 550°С до спекания смеси с образованием гранул (1-20 мм) портландцементного клинкера. Последний после охлаждения тонко измельчается совместно с гипсовым камнем (около 5 % массы клин­кера), вводимым для регулирования сроков схватывания получен­ного портландцемента.

Твердение полученного цемента происходит вследствие гидратации (взаимодействия с водой) составляющих его минералов и появления гидратных новообразований. Затвердевшее цементное тесто называется цементным кам­нем. Его прочность зависит от физических свойств: структуры, пористости (плотности) и химического состава гидратных новооб­разований. Прочностью цемента обычно называют прочность об­разцов из стандартного строительного раствора состава цемент + вода + просеянный через барабанные сита с ячейками 0,9 и 0,5 мм с отбрасыванием крайних фракций речной, с округлыми зернами песок Вольского месторождения (Саратовская обл.) с пустотностью (40 ± 2) %.

Водопотребность цемента – содержание воды в цементе в тесте должно соответствовать ГОСТ Р «Цементы». Общие технические условия», – в цементом растворе, не склонном к расслаиванию и водоотделению. Гидравлической активностью принято называть прочность образцов из стандартных цементно-песчаных растворов, твердеющих в стандартных условиях в течение 28 суток. Марочной прочностью называют нормативы гидравлической активности, содержащиеся в стандартах, и характеризующие марки или классы цемента по прочности. Этот показатель также относится к 28-суточному возрасту. Чем прочнее цемент, тем, как правило, выше и прочность бетона, который целесообразно из него изготавливать.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается повышенной тонкостью помола и нормируемыми значениями прочности в ран­ние сроки твердения (13 сут.). При создании промышленности сборного железобетона наша страна стала мировым лидером в производстве БТЦ. В ВПЦ (высокопрочном портландцементе) повышено, по сравнению с БТЦ, расчетное содержания C₃S (до 62–65 %). Это сделано, чтобы не снизить морозостойкость и не повысить усадку ВПЦ, поскольку в нем содержится С₃А 6-8 %. В нашей стране впервые в мире был стандартизирован также особо быстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ) с повышенной против БТЦ и ВПЦ ранней прочностью.

Портландцемент и шлакопортландцемент (ГОСТ 10178)

По составу цемент подразделяют на следующие виды: портландцемент (без минеральных добавок); портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20 %); шлакопортландцемент (с добавками гранулированного шлака более 20 %).

По прочности на сжатие в 28-суточном возрасте цемент подразделяют на марки: портландцемент – 400, 500, 550 и 600; шлакопортландцемент – 300, 400 и 500; портландцемент быстротвердеющий – 400 и 500; шлакопортландцемент быстротвердеющий – 400. Допускается выпуск портландцемента с минеральными добавками марки 300.

При производстве цементов применяется: клинкер; гипсовый камень по ГОСТ 4013 (допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса); гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки по ГОСТ 3476 и др.; добавки, регулирующие основные свойства цемента, и технологические – по соответствующей нормативно-технической документации.

Массовая доля в цементах активных минеральных добавок должна соответствовать значениям, указанным в табл. 1. 21.

Допускается замена части минеральных добавок во всех типах цемента ускоряющими твердение или повышающими прочность и не ухудшающими его строительно-технические свойства (кренты, сульфоалюминатные и сульфоферритные продукты, обожженные алуниты и каолины). Суммарная массовая доля этих добавок не должна превышать 5 % массы цемента.

Прочность цемента на изгиб и сжатие должна быть не ниже значений, указанных в табл. 1. 22.

Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде, а при содержании MgО в клинкере более 5 % – в автоклаве. Начало схватывания раствора должно наступать не ранее 45 мин., а конец – не позднее 10 ч. от начала затворения. Тонкость помола должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой №008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы. Массовая доля ангидрида серной кислоты (SO₃) в цементе не должна превышать 3-4 %.

Допускается введение в цемент при его помоле специальных пластифицирующих или гидрофобизирующих поверхностно-активных добавок в количестве не более 0,3 % массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки. Подвижность цементно-песчаного раствора состава 1:3 из пластифицированных цементов всех типов должна быть такой, чтобы при водоцементном отношении, равном 0,4; расплыв стандартного конуса был не менее 135 мм. Гидрофобный цемент не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин. от момента нанесения капли воды на поверхность цемента.

Для бетона дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных на­порных и безнапорных труб, железобетонных шпал, мостовых конструкций, стоек опор высоковольтных линий электропередач, контактной сети железно­дорожного транспорта и освещения поставляется цемент, изготовляемый на основе клинкера нормированного состава с содержанием трехкальциевого алюмината в количестве не более 8 % по массе.

При этом необходимо использовать один из следующих типов цемента: ПЦ 400-Д0-Н, ПЦ 500-Д0-Н – для всех изделий; ПЦ 500-Д5-Н – для труб, шпал, опор, мостовых конструкций независимо от вида добавки (для напорных труб поставляется цемент I или II группы); ПЦ 400-Д20-Н, ПЦ 500-Д20-Н – для бетона дорожных и аэродромных покрытий при применении в качестве добавки гранулированного шлака не более 15 %.

Начало схватывания портландцемента для бетона дорожных и аэродромных покрытий должно наступать не ранее 2 ч., портландцемента для труб – не ранее 2 ч. 15 мин. от начала затвердения цемента. Удельная поверхность портландцемента с добавкой шлака для бетона дорожных и аэродромных покрытий должна быть не менее 280 м 2 /кг.

Массовая доля щелочных оксидов (Na₂O и К₂О) в пересчете на Na₂О (Na₂O + 0,658К₂О) в цементах, предназначенных для изготовления массивных бетонных и железобетонных сооружений с использованием реакционноспособного заполнителя, устанавливается по согласованию с потребителем. Массовая доля щелочных оксидов в цементах, изготовляемых с использованием белитового (нефелинового) шлама, в пересчете на Na₂О не должна быть более 1,20 %.

Применяется для изготовления конструкций из бетона и железобетона (в т. ч. преднапряженного) без тепловой обработки, возведения конструкций и сооружений из монолитного бетона с применением скользящей или переставной опалубки.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) получается совместным тонким измельчением специального портландцементного клинкера и гипса. При помоле допускается введение не более 10 % активных минеральных добавок осадочного происхождения и не более 15 % доменных и электротермофосфор­ных гранулированных шлаков. Клинкер быстротвердеющего портландцемента содержит 60-65 % трехкальциевого силиката и алюмината и ограниченное 0,5 % количество свободного оксида кальция. Содержание оксида магния не должно превышать 5 %. Гипс вводится в обычной дозировке: в пересчете на SO₃ не более 3,5 % в зависимости от содержания в клинкере трехкальциевого алюмината и тонкости помола цемента.

Повышение прочности бетона на быстротвердеющем цементе на на­чаль­ном этапе твердения в значительной мере обусловлено не только минеральным составом, но и тонкостью измельчения цемента. Быстротвердеющий цемент размалывается до удельной поверхности 3 500-4 000 г против 2 800-3 000 г для обычного портландцемента.

От обычного он отличается более интенсивным твердением в первые трое суток (его прочность достигает 60-70 % марочной). В последующие сроки твердения интенсивность нарастания прочности замедляется и через 28 сут. и более прочностные показатели быстротвердеющего цемента становятся такими же, как у обычных высококачественных портландцементов. Интенсивность на­бора прочности в первые сутки возрастает в условиях тепловлажностной обработки.

При хранении на складе быстротвердеющий портландцемент сравни­тельно быстро теряет активность, поэтому использовать его следует по мере поступления.

Сверхбыстротвердеющие цементы (СБТЦ) изготавливаются из клинкеров, включающих в себя минералы, схватывающиеся не мгновен­но, а через 15- 45 мин. после затвердения, и в течение нескольких часов позволяющие достигнуть эксплуатационную прочность бетона.

Высокопрочный бездобавочный портландцемент

Применяется при производстве бетонов и растворов повышенной прочности для особых строительных конструкций, специальных архитектурных деталей, способствует сокращению сроков распалубочной и транспортировочной прочности бетонных и железобетонных изделий, повышению оборачиваемости форм.

Вяжущие низкой водопотребности (ВНВ)

Применяются при изготовлении бетона и железобетона повышенной прочности, при получении арболита с повышенными физико-техническими свойствами, в составе полимерцементных покрытий полов промышленных зданий, при зимнем беспрогревном бетонировании.

ВНВ получается путем интенсивной механохимической обработки порт­ландцемента с минеральной добавкой в присутствии порошкообразного супер­пластификатора (С-3). Характеризуется, по сравнению с обычным порт­ландцементом, высокой дисперсностью (4000–5000 см 2 /г), низкой водопотребностью (нормальная густота цементного теста в среднем 18 %), активностью по показателю прочности – до 100 МПа.

По вещественному составу ВНВ подразделяются на чисто клинкерные (ВНВ-100) и многокомпонентные с различными минеральными добавками: оптимизированной комбинацией активных и инертных добавок. В качестве активных минеральных добавок используются доменные шлаки, зола-унос; инертные добавки: строительный песок, хвосты горно-обогатительных комбинатов. Для получения ВНВ заданного качества влажность исходных компонентов не должна превышать 3 % по массе.

Характерной особенностью цементных систем на основе ВНВ является существенное замедление процессов структурообразования в первые 4-8 ч. после затворения с последующей интенсивной кристаллизацией и твердением. Длительность индукционного периода сокращается с увеличением содержания клинкерного компонента в его составе. ВНВ характеризуется длительным сохранением активности и интенсивным набором прочности цементного камня и бетона на его основе в различные, в том числе и ранние сроки твердения.

ГИДРО-S1

Это безусадочный цемент для изготовления водонепроницаемых штукатурных растворов; конструкционной гидроизоляции. Применяется без какой-либо дополнительной гидроизоляции, выдержи­вает давление воды до 12 атм. Обладает высокой прочностью, повышенной во­до­стойкостью, безусадочностью. Бетоны и растворы с данной маркой цемента приобретают свойства самозалечивания трещин размером до 0,8 мм.

Приготовление раствора. Цемент смешивают с промытым песком крупностью 0,63-1,5 мм в соотношении 1:2 или 1:3 и затворяют водой до получения консистенции густой сметаны. Расход на 1 м² поверхности при толщине штукатурного слоя 3 см составляет 13,5-18,0 кг.

Приготовление бетона. Цемент смешивают с вымытым песком (без глинистых и органических включений) крупностью 0,63-1,5 мм, с щебнем или гравием (твердых пород фракции 10-30 мм) и затворяют необходимым количеством воды.

Оштукатуренные поверхности или бетонные конструкции необходимо поддерживать во влажном состоянии и оберегать от пересыхания в течение первых 10-14 суток после изготовления. Бассейны и резервуары рекомендуется заполнять водой на указанный срок через 3-4 дня после бетонирования.

Расширяющиеся цементы (РЦ)

Из известных примерно 60-ти составов РЦ, нашедших практическое применение, являются модификациями портландцемента, и у большинства расширение основано на образовании при гидратации повышенных по сравнению с ПЦ количеств трисульфата (эттрингита) – С₄АS₃H₃₁.

РЦ на основе глиноземистого шлака – гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (продукт совместного помола 70 % глиноземистого шлака моноалюминатного типа и двуводного гипса 30 %), производимый в соответствии с ГОСТ 11052, с результирующим расширением до 1 %. Это – единственный РЦ на непортландской основе, производимый в промышленном масштабе. Начало схватывания – не ранее 10 мин., конец – не позднее 4 ч. Этот РЦ в виду дороговизны глиноземистого шлака применяется в настоящее время лишь для тампонирования нефтяных и газовых скважин, но ранее в виду его высокой газо-, водо-, кислотонепроницаемости и сульфатостойкости использовался также для отделок резервуаров для хранения различных, в том числе кислых, жидкостей, топлива, газов, изготовления кислотоустойчивых полов в производственных помещениях и т. д.

РЦ – это цементы, расширение которых на начальном этапе становления структуры цементного камня превышает последую­щую усадку сложившейся структуры. Технология строительного дела в настоящее время приспособлена к усадочным цементам. В РЦ имеется особая нужда только в областях, где портландцемент имеет ограниченную ценность – безрулонные кровли, гидроизо­ляция подземных сооружений, строительство резервуаров, бассейнов и др. емкостей под жидкости и газы, то есть для водонепроницаемых бетонов и покрытий, заделки стыков, омоноличивания и усиления сборных железобетонных конструкций, подливки фун­даментов, зачеканки швов и раструбов водопроводных линий и т. п.

Напрягающийся цемент

Подземные емкостные сооружения и гаражи, бассейны, подвалы; безрулонные эксплуатируемые кровли, транспортные коммуникационные тоннели; полы общественных и производственных зданий; трещиностойкие водонепроницаемые швы всех видов; ремонт и усиление конструкций; восстановление водонепроницаемости – вот области применения этого цемента.

Бетоны, растворы на основе НЦ и изделия из них являются быстротвердеющими и высокопрочными, обладают полной во­донепроницаемостью, повышенной морозо- и коррозионной стойкостью, не тре­буют дополнительной гидроизоляции. Начало схватывания – не ранее 30 мин., конец – не позднее 8 ч. Прочность на сжатие – 40 МПа, линейное расширение через 28 сут. – не более 1 %, самонапряжение через 28 сут. – не менее 0,7 МПа.

Напрягающийся цемент НЦ-Люкс

Бетоны, растворы, сухие смеси на основе НЦ-Люкс являются бы­с­тротвердеющими, высокопрочными, обладают полной водонепроницаемостью, повышенной морозо- и коррозионной стойкостью, не требуют дополнительной гидроизоляции.

Прочность бетона в процессе эксплуатации составляет 40-70 МПа, прочность на растяжение – на 20-30 % выше, чем у традиционных бетонов. Являясь расширяющимся вяжущим, НЦ увеличивается в объеме после при­обретения прочности (8-15 МПа), обеспечивая сцепление с арматурой, бетонная конструкция становится самонапряженной. Класс по водонепроницаемости W12-20, морозостойкость F 500 и более.

Поверхность, на которую наносится раствор, должна быть прочной, чистой, обезжиренной, шерховатой. Обязательна, особенно там, где есть непосредственный контакт с водой, установка армирующей сетки с ячейкой 5-20 см. Поверхность арматуры не должна иметь следов смазки, загрязнений и ржавчины.

Для получения водонепроницаемого раствора НЦ смешивают с песком (без глинистых и органических включений) в соотношении 1:2 и водой при В/Ц 0,4-0,45. Для получения бетона соотношение НЦ, песок, щебень составляет 1:(1,2-1,4):(2-2,3) при В/Ц 0,4-0,5. При смешении НЦ с другими видами цемента он теряет свои свойства.

Раствор наносят на поверхность пневмонабрызгом или торкретированием за 2-3 прохода при толщине 30 мм. Допускается ручное нанесение при обеспечении хорошего уплотнения смеси. Расход сухой смеси на 1 м 2 поверхности при толщине слоя 30 мм составляет 60 кг. После выполнения работ на по­вер­х­ности конструкции необходимо поддержвать условия влажного твердения в течение 14 дней.

Портландцемент с пластифицирующими и гидрофобизирующими добавками

Применяется при изготовлении бетонов для высокоармированных и монолитных конструкций; дорожного, аэродромного и гидротехнического строительства; штукатурных или облицовочных смесей.

Добавки вводят в портландцемент при помоле клинкера, и по своей природе эти добавки аналогичны вводимым в бетонные смеси. В основном применяют пластификаторы (ПАВ), ускорители твердения (в комбинированных с пластификаторами), гидрофобизирующие.

При введении ПАВ достигается уменьшение потери активности цемента при длительном хранении; снижение водопотребности, увеличение пластичности бетонных смесей, уменьшение их расслаиваемости и водоотделения; увеличение морозостойкости (за счет воздухововлечения) растворов, их коррозионной стойкости (повышение плотности камня) и др.

ПАВ могут снижать скорость гидратации и твердения цемента, особенно в начальные сроки, при целесообразности вместе с ними вводятся добавки-ускорители твердения, которые также являются антифризами – снижают температуру замерзания воды.

Добавки-гидрофобизаторы образуют на поверхностях зерен цемента водоотталкивающие пленки. Цементы, модифицированные гидрофобизаторами, характеризуются пониженной гигроскопичностью и капиллярным подсосом, способны длительное время сохранять активность при хранении даже в условиях повышенной влажности воздуха и не превращаться в комки при кратковременном воздействии воды. Гидрофобно-пластифицирующие добавки влияют и на процессы твердения, способствуют образованию цементного камня с более однородной и мелкозернистой структурой.

Тонкомолотый многокомпонентный цемент (ТМЦ)

Применяется при изготовлении бетона и железобетона, в том числе монолитного, в целях экономии портландцемента или получения материалов с повышенными эксплу­атационными свойствами, а также для получения неавтоклавного ячеистого бетона.

Тонкомолотые многокомпонентные цементы (ТМЦ) получают повтор­ным по­мо­лом портландцементов с различными минеральными добавками при­род­ного и искусственного происхождения (кварцевыми песками, известняками, перлита­ми, вулканическими породами, золами ТЭЦ, доменными шлаками), вводимыми в цемент взамен части клинкера в количествах до 50 %.

ТМЦ изготавливается как на цементных заводах, так и непосредственно на предприятиях стройиндустрии с применением помольного оборудования, использованием портландцементов различной минералогии и различных пластификаторов. Оптимальная дисперсность ТМЦ составляет 4 500 см 2 /г. Дальнейшее увеличение тонкости помола практически не повышает прочности бетона, но значительно увеличивает расход энергии на помол.

Замена части клинкера наполнителем обусловила увеличение дозировок пластификаторов (ЛСТМ до 0,4 % или С-3 – до 1,4 % массы цементного компо­нента вяжущего). При таком содержании пластификаторов достигается снижение водосодержания бетонной смеси соответственно на 5-12 и 19-26 %. Наиболее существенное снижение водопотребности происходит при использовании ТМЦ с дисперсностью 4 500 см 2 /г.

В случае применения в качестве наполнителя обычного кварцевого песка рациональным по вещественному составу является ТМЦ-70 с содержанием 70 % клинкера и 30 % песка. Использование такого вяжущего совместно с плас­ти­фикаторами (несмотря на увеличение его расхода до 30 %) позволяет сокра­щать расход клинкерного цемента на 15-30 % при использовании ЛСТМ-2 и на 25-40 % при использовании С-3 по сравнению с бетонами на обычном цементе без добавок. В бетонах без пластификаторов эффективность применения ТМЦ значительно снижается и экономия клинкера не превышает 10 %.

Применение ТМЦ-50 с золой, при равных расходах вяжущего, повышает степень гидратации тонкомолотого цемента и приводит к существенному увеличению прочности бетона после пропаривания как относительно обычного порт­ландцемента, так и по сравнинию ТМЦ с песком. Снижение водопотребности пластифицированных бетонных смесей на ТМЦ-50 с золой несколько ниже, чем на ТМЦ с песком, и находится на том же уровне, что и при использовании обычного цемента.

ЭМАКО МАКФЛОУ

Быстротвердеющий пластифицированный расширяющийся цемент на основе портландцементного клинкера и комплекса добавок с содержанием микрокремнезема не более 9 % и пригодный для получения высокопрочного безусадочного бетона.

Характеристики цемента: водопотребность – 18 %; удельная поверхность – 480 м 2 /кг; расплыв стандартного раствора 157 мм; марка М500; прочность на сжатие в возрасте 3 сут. – 30 МПа, 28 сут. – 53 МПа; прочность на изгиб 5,8 МПа; активность по экспресс-методу 52,8 МПа. Материал имеет значительное объемное расширение при свободном твердении в услови­ях пароизоляции.

Глиноземистые и высокоглиноземистые цементы (ГОСТ 969)

Глиноземистые и высокоглиноземистые цементы предназначены для изготовления быстротвердеющих строительных и жаростойких растворов и бетонов. По содержанию они подразделяются на: глиноземистый (ГЦ), высокоглиноземистый I (ВГЦ I), высокоглиноземистый II (ВГЦ II), высокоглиноземистый III (ВГЦ III). По прочности на сжатие в возрасте 3 сут. цементы подразделяют на марки: ГЦ – 40, 50 и 60; ВГЦ I -35; ВГЦ II – 25 и 35; ВГЦ III – 25.

Содержание оксидов элементов в цементах должно соответствовать указанному в табл. 1. 26.

Физико-механические показатели цементов должны соответствовать указанным в табл. 1. 27.

Допускается введение в цементы технологических добавок, не ухудшающих их свойства: не более 2 % массы глиноземистых цементов и не более 0,2 % массы высокоглиноземистых цементов.

Белые портландцементы (ГОСТ 965)

По вещественному составу белые портландцементы подразделяют на портланд­цемент белый (без минеральных добавок и добавок-наполнителей) и портландцемент белый с добавками (с активными минеральными добавками и добавками-наполнителями не более 20 %). По белизне белые портландцементы подразделяют на три сорта: 1, 2 и 3. По прочности на сжатие в 28-суточном возрасте белые портландцементы подразделяют на марки 400 и 500.

При производстве белых портландцементов применяют: белый портландцементный клинкер, по химическому составу соответствующий технологическому регламенту; гипсовый камень по ГОСТ 4013. Допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса и добавок.

В белом портландцементе не допускается содержание активных минеральных добавок и добавок-наполнителей, а в белом портландцементе с добавками допускается их суммарное содержание до 20 % массы цемента, в том числе активных минеральных добавок осадочного происхождения не более 10 % и добавок-наполнителей не более 10 %. Допускается: введение в белые портландцементы специальных добавок не более 2 % массы цемента; введение в белые портландцементы технологических добавок, не ухудшающих их строительно-технические свойства, не более 1 %, в том числе органических не более 0,15 % массы цемента; введение в белые портландцементы пластифицирующих или гидрофобизующих добавок не более 0,5 % массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки.

Прочность белых портландцементов на сжатие в возрасте 28 сут. должна быть не менее: 39,2 МПа – для гарантированной марки 400; 49,0 МПа – 500. Коэффициент вариации прочности белых портландцементов каждого вида и марки на сжатие в возрасте 28 сут., рассчитанный по результатам испытаний за квартал, не должен быть более 7 %.

Коэффициент отражения света в процентах абсолютной шкалы должен быть не менее: для белых портландцементов сортов 1-го – 80, 2-го – 75, 3-го – 70; минеральных добавок: наполнителей – 80, активных – 75; для гипса – 70.

Содержание ангидрида серной кислоты (SO₃) в белых портландцементах должно быть не более 3,5 % по массе. Содержание в белом портландцементном клинкере оксида магния (MgO) не должно превышать 4 %, закиси железа (FeO) – 0,5 %, нерастворимого остатка – 1,5 % по массе. Начало схватывания белых портландцементов должно наступать не ранее 45 мин., а конец – не позднее 10 ч. от начала затворения.

Белые портландцементы должны показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде. Тонкость помола белых портландцементов должна быть такой, чтобы остаток на сите с размером ячейки 0,08 мм по ГОСТ 6613 был не более 12 % массы просеиваемой пробы или чтобы удельная поверхность была не менее 250 м 2 /кг. Белые портландцементы не должны обладать признаками ложного схватывания.

Супербелый датский портландцемент

Это вещество белого цвета, предназначен для фасадной отделки зданий (декоратив­ность и светоотражение), ступеней лестниц, уличных и тротуарных блоков; применяется при изго­товление покрытий «террацо»; в известковых растворах, в красках на цементной основе, штукатурках; при производстве сухих смесей.

Цемент быстротвердеющий: прочность на сжатие марочная – до 71 МПа, прочность в возрасте 1 сут. – 19 МПа. Степень белизны 87 %. Высокая сульфатостойкость.

Цветной портландцемент (ГОСТ 15825)

Цветной портландцемент изготовляется совместным тонким измельчением белого и цветного портландцементного клинкера, минеральных и органических красителей, гипса и активной минеральной добавки. Применяется для изготовления цветных бетонов, растворов, отделочных смесей и цементных красок.

По цвету портландцемент подразделяют на: красный, желтый, зеленый, голубой, розовый, коричневый и черный. По механической прочности подразделяется на марки 300, 400 и 500.

Портландцемент должен содержать не менее 80 % клинкера, не более 6 % активной минеральной добавки, не более 15 % минерального, искусственного или природного пигмента или не более 0,5 % органического пигмента от массы цемента. Белый клинкер должен быть белизной не менее 68 % абсолютной шкалы по ГОСТ 965. Для портландцемента желто-красной гаммы и коричневого цвета допускается применять отбеленный клинкер белизной не менее 40 % абсолютной шкалы, а для черного – обыкновенный.

Активные минеральные добавки осадочного происхождения белизной не менее 68 % абсолютной шкалы должны соответствовать требованиям ОСТ 21-9. Для портландцемента желто-красной гаммы, и коричневого и черного цветов допускается применять добавки белизной не менее 40 % абсолютной шкалы.

Красящие пигменты должны обладать щелоче- и светостойкостью, не должны содержать примесей, оказывающих вредное влияние на морозостой­кость и прочность цементного камня, и соответствовать нормативно-технической документации на пигменты и красители. Гипсовый камень должен удовлетворять требованиям ГОСТ 4013.

Допускается введение в портландцемент при его помоле поверхностно-активных пластифицирующих и гидрофобизирующих добавок в количестве не более 0,3 % его массы в пересчете на сухое вещество, а также вводить в портландцемент специальные добавки, улучшающие его декоративные свойства, в количестве не более 2 % массы цемента.

Содержание окиси магния (MgO) в клинкере не должно быть более 5 % по массе, свободной окиси кальция (CaO_св.) – 1,5 % по массе, ангидрида серной кислоты (SO₃) в портландцементе – 3,5 % от массы цемента.

Портландцемент должен быть однородным по цвету и сохранять свой цвет при тепловлажностной обработке и воздействии ультрафиолетовых лучей. Цвет портландцемента – соответствовать эталону, которым служит образец портландцемента или цементная окраска.

Прочность образцов из цемента, изготовляемых и испытанных по ГОСТ 310.4 через 28 сут. с момента изготовления, должна быть не менее значений, указанных в табл. 1. 28.

Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин., а конец – не позднее 12 ч. от начала затворения. Портландцемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде.

Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы сквозь сито с сеткой №008 (по ГОСТ 6613) проходило не менее 90 % массы просеиваемой пробы.

Цемент высшей категории качества должен отвечать следующим дополнительным требованиям: обладать стабильными показателями прочности на сжатие, коэффициент вариации прочности для цемента марок 300 и 400 должен быть не более 5 %, а для цемента марок 500 – не более 3 %.

Красящие пигменты должны соответствовать следующим нормативно-техническим документам:
– для цементов красного и розового цвета – руда железная красковая гематитовая по ТУ 14-9-71-74;
– для цементов голубого цвета – голубой фталоцианиновый пигмент по ГОСТ 6220;
– для цементов желтого цвета – желтый железоокисный пигмент по ГОСТ 18172;
– для цементов зеленого цвета – зеленый фталоцианиновый пигмент по ТУ 6-14-488-76;
– для цементов коричневого цвета – смесь руды железной красковой гематитовой по ТУ 14-9-71-74 и пероксида по ТУ 14-9-50-73.

Проверку цвета цемента на соответствие эталону производят визуально сравнением интенсивности цвета цементной покраски или цементного порошка и эталона, находящихся друг от друга на расстоянии не белее 5 см.

Приготовление цементной покраски. 2-4 г казеина перемешивают с 50 см 3 воды, выдерживают в течение 15-20 ч., затем добавляют 1-2 г углекислого натрия Na2CO3 и при непрерывном перемешивании нагревают до 70°С, после чего смесь охлаждают; или одну объемную часть казеинового канцелярского клея перемешивают в двух объемных частях теплой воды температурой 40-45°С в течение 5 мин. и затем выдерживают при комнатной температуре в течение суток до образования прозрачного клеевого раствора. При наличии осадка полученный раствор освобождают от него путем декантации. В фарфоровой ступке шпателем смешивают 10 г цемента и клеевого раствора до получения сметанообразной массы. Для цветных цементов с фталоцианиновыми пигментами количество клеевого раствора составляет 4 см 3 , для всех остальных – 5,5 см 3 . Полученную цементную покраску наносят широкой мягкой кистью на плотную белую бумагу и подвергают естественной сушке.

Сульфатостойкие цементы (ГОСТ 22266)

Сульфатостойкие цементы предназначены для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, обладающих коррозионной стойкостью при воздействии сред, агрессивных по содержанию в них сульфатов.

По вещественному составу сульфатостойкие цементы подразделяют на виды: сульфатостойкий портландцемент; сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками; сульфатостойкий шлакопортландцемент; пуццолановый портландцемент. По прочности на сжатие в возрасте 28 сут. цементы подразделяют на марки: 300, 400, 500.

В сульфатостойком портландцементе с минеральными добавками допускается использовать смеси шлака и пуццоланы, общее количество которых не должно превышать 20 %. В сульфатостойком шлакопортландцементе допускается замена шлака пуццоланой или золой (кислой) в количестве не более 10 % массы цемента. Содержание ангидрида серной кислоты (SO₃) в цементе не должно превышать 3-4 %. Допускается вводить в цемент при помоле пластифицирующие и гидрофобизирующие поверхностно-активные добавки в количестве не более 0,3 % массы цемента в пересчете на сухое вещество добавки.

Подвижность цементно-песчаного раствора состава 1:3 из пластифицированных цементов всех видов должна быть такой, чтобы при водоцементном отношении, равном 0,4; расплыв стандартного конуса был не менее 135 мм. Гидрофобный цемент не должен впитывать в себя воду в течение 5 мин. от момента нанесения капли воды на его поверхность. Эффективность применения технологических добавок, а также отсутствие отрицательного их влияния на свойства бетона должны подтверждаться результатами испытаний цемента и бетона. Прочность цементов на сжатие должна быть не менее величин, указанных в табл. 1. 29.

Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин., конец – не позднее 10 ч. от начала затворения. Тонкость помола цемента, определяемая по удельной поверхности, не должна превышать 250 м 2 /кг. Для цементов, содержащих добавки осадочного происхождения, тонкость помола определяют по остатку на сите с сеткой №008 по ГОСТ 6613. Остаток на сите не должен быть более 15 % массы просеиваемой пробы.

Для изготовления сульфатостойких цементов применяют: портландцементный клинкер нормированного состава; гипсовый камень по ГОСТ 4013. Допускается применение других материалов, содержащих сульфат кальция и соответствующих нормативной документации; активных минеральных добавок по соответствующей нормативной документации; гранулированных доменных или электротермофосфорных шлаков по ГОСТ 3476. Содержание оксида алюминия (Al₂O₃) в шлаках для изготовления сульфатостойкого портландцемента с минеральными добавками не должно быть более 8 %, а в шлаках, предназначенных для изготовления сульфатостойкого шлакопортландцемента, – не более 12 %.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов в сырьевых материалах и добавках, применяемых для производства сульфатостойких цементов, не должна быть более 740 Бк/кг.
Цементы, в зависимости от специальных требований, предъявляемых к бетону, рекомендуется применять в соответствии с табл. 1. 30.

Суперсульфатостойкие цементы

Это – гидравлические вяжущие, стойкие в минерализованных водах, где для сульфатостойких цементов требуются дополнительные кис­лотоустойчивые покрытия. Барийсодержащий портландцемент выпускается в виде опытно-промышленных партий двух типов (ТУ 21-20/35-04): высокосульфатостойкий и особо сульфатостойкий марок 400-500 и 300-400 для применения в условиях сульфатной и сульфатномагнезиальной агрессии при содержании в среде соот­ветственно от 5 000 до 12 000 мг/л и от 12 000 до 25 000 мг/л SO₃, a также 2 000-5 000 мг/л Mg₂+. Для выпуска барийсодержащего портландцемента в состав сырья вводят баритовую руду или бариевые отходы до содержания ВаО в клинкере 4-6 и более 9 %; C₃S менее 45 и 10 % и С₃А менее 6 %. Рост стойкости обеспечен обра­зованием под воздействием среды нерастворимого сульфата бария и кольматацией этим осадком пор в бетоне.

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками ССПЦ 400 Д20

Предназначен для выполнения бетонных работ и изготовления изделий, функционирующих в условиях повышенной сульфатной агрессии (морская вода, грунтовые воды), в том числе и в условиях попеременного замораживания и оттаивания. Имеют пониженное тепловыделение. Начало схватывания – 45 мин,. конец – 10 ч. Прочность на сжатие – 50 МПа, на изгиб – не менее 6,2 МПа.

Тампонажные портландцементы (ГОСТ 1581)

Тампонажные портландцементы изготовлены на основе портландцементного клинкера и предназначены для цементирования нефтяных, газовых и других скважин.

По вещественному составу цементы подразделяют на виды: без добавок (Д0); с добавками (Д20); песчанистый (П50); с добавками, регулирующими плотность цементного теста (облегчающими или утяжеляющими). По плотности цементного теста цементы подразделяют на: облегченный (О), нормальной плотности, утяжеленный (У). По температуре применения цементы подразделяют:
– для низких и нормальных температур;
– для умеренных температур;
– для повышенных температур.

По сульфатостойкости цемент подразделяют на обычный (требования по сульфатостойкости не предъявляют) и сульфатостойкий (ССТ).

При производстве цементов применяют портландцементный клинкер, по химическому составу соответствующий технологическому регламенту. При этом содержание оксида магния (MgO) в клинкере должно быть не более 5 %. Для изготовления сульфатостойкого цемента должен применяться клинкер нормированного состава: содержание С3А в клинкере должно быть не более 5 %, содержание С₃А + С₄AF – не более 22 %; гипсовый камень по ГОСТ 4013. Допускается применение фосфогипса, борогипса и фторгипса по соответству­ющей нормативно-технической документации (НТД); гранулированный доменный или электротермофосфорный шлаки по ГОСТ 3476; кварцевый песок по ГОСТ 22551; активные минеральные добавки, добавки-наполнители, гидрофобизирующие и пластифицирующие добавки, а также регулирующие плотность цементного теста по соответствующей НТД.

Облегчающие и утяжеляющие добавки не должны вызывать деструкцию и коррозию цементного камня и должны обеспечивать получение цементного теста плотностью от 1 350 до 1 650 и от 1 950 до 2 350 кг/м 3 соответственно.

Содержание добавок в цементах должно соответствовать указанному в табл. 1. 31.

Содержание добавок, регулирующих основные строительно-технические и специальные свойства цементов, а также технологических добавок не должно быть более в процентах от массы цемента (в пересчете на сухое вещество добавки): ускорители твердения – 0,3; замедлители схватывания – 0,3; добавки, повышающие прочность, – 0,5; пластификаторы – 0,5; гидрофобизаторы – 0,5; водоудерживающие добавки – 1,5; технологические добавки – 1,0.

Цемент для строительных растворов (ГОСТ 25328)

Это цемент, получаемый на основе портландцементного клинкера и предназначенный для строительных растворов, применяемых при производстве кладочных, облицовочных и штукатурных работ, а также для изготовления неармированных бетонов марок М50 и ниже, к которым не предъявляются требования по морозостойкости. Производится путем совместного измельчения портландцементного клинкера, гипса, активных минеральных добавок и добавок наполнителей.

Содержание клинкера в цементе должно быть не менее 20 % массы цемента. Допускается вводить в цемент пластифицирующие или гидрофобизирующие добавки, улучшающие качество цемента. Количество пластифицирующих добавок должно быть не более 0,5 %, а гидрофобизирующих – не более 0,3 % массы цемента. Допускается вводить в цемент воздухововлекающие добавки в количестве до 1 % массы цемента. При изготовлении цемента для интенсификации процесса помола допускается вводить технологические добавки, не ухудшающие качества цемента, в количестве не более 1 % массы цемента.

Прочность цемента на сжатие в 28-суточном возрасте должна быть не менее 19,6 МПа (200 кгс/см²). Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин., а конец – не позднее 12 ч. от начала затворения. Водоотделение цементного теста, изготовленного при В/Ц = 1,0, не должно быть более 30 % по объему. Образцы из цемента должны проявлять равномерность изменения объема при испытании их кипячением в воде.

Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании через сито №008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 88 % массы просеиваемой пробы. Содержание ангидрида серной кислоты SO₃ в цементе должно быть не менее 1,5 и не более 3,5 % массы цемента. Содержание в цементе щелочных оксидов не должно превышать 2 % массы цемента.

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент

Предназначен для связывания штучных химически стойких материалов, работающих в условиях агрессивных кислых сред; изготовления кислотостойких покрытий и за­ма­зок по бетону и металлу, кислотоупорных изделий и конструкций. Представляет собой тонкоизмельченную смесь квар­цевого песка и кремнетористого натрия, затворенную жидким стеклом, взятым в количестве 25-30 % массы песка. Устойчив к воздействию кислот, разрушается щелочами и в воде.

Начало схватывания – не ранее 20 мин., конец – не позднее 8 ч. Прочность стандартных образцов на растяжение после дополнительного кипячения в кислоте составляет не менее 2,0 МПа.

Заполнители для бетона

Заполнители для тяжелого бетона

Заполнители для тяжелых и мелкозернистых бетонов должны соответствовать требованиям ГОСТ 26333.

В качестве крупных заполнителей для тяжелых бетонов исполь­зуют щебень и гравий из плотных горных пород по ГОСТ 8267, а также щебень из попутно добываемых пород и отходов горнообогатительных предприятий по ГОСТ 23254.

В качестве мелких заполнителей для бетонов используют при­родный песок и песок из отсевов дробления пород на щебень и их смеси, соответствующие требованиям ГОСТ 8736.

В случае вынужденного применения заполнителей с показателя­ми качества ниже требований предварительно должно быть прове­дено их исследование в бетонах в специализированных центрах для подтверждения возможности и технико-экономической целесооб­разности получения бетонов с нормируемыми показателями каче­ства. Крупный заполнитель в зависимости от предъявляемых к бетону требований выбирается по следующим показателям: зерно­вому составу и наибольшей крупности, содержанию пылевидных и глинистых частиц, вредных примесей, форме зерен, прочности, содержанию зерен слабых пород, петрографическому составу и радиационно-гигиенической характеристике. При подборе состава бетона учитываются плотность, пористость, водопоглощение, пустотность заполнителей. Крупные заполнители должны иметь среднюю плотность зерна от 2 000 до 2 800 кг/м 3 .

При приготовлении бетонной смеси их следует применять в виде раздельно до­зируемых фракций. Наибольшая крупность заполнителя должна устанавливаться в стандартах, технических условиях или рабочих чертежах бетонных и железобе­тонных конструкций. Содержание отдельных фракций в крупном заполнителе в соста­ве бетона должно соответствовать указанному в табл. 1. 33.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из изверженных и метаморфических пород, щебне из гравия и в гравии не должно превышать для бетонов всех классов по прочности 1 % по массе. Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из оса­дочных пород не должно превышать для бетонов класса В22,5 и выше – 2 % по массе; класса В20 и ниже — 3 % по массе.

Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в крупном заполнителе не должно превышать 35 % по массе.

Марка по дробимости щебня из изверженных пород должна быть не ниже 600, из метаморфических и осадочных – не ниже 200, гравия и щебня из гравия – не ниже 400.

Марка по дробимости щебня из природного камня должна быть не ниже: 300 – для бетона класса В15 и ниже; 400 – для бетона класса В20; 600 – для бетона класса В22,5; 800 – для бетона класса В25, В30; 1000 – для бетона класса В40; 1200 – для бетона класса В45 и выше. Допускается применять щебень из осадочных карбонатных пород марки 400 для бетона класса В22,5, если содержание в нем зерен слабых пород не превышает 5 %.

Марки гравия и щебня из гравия должны быть не ниже: 600 – для бетона класса В22,5 и ниже; 800 – для бетона класса В25; 1000 – для бетона класса В30 и выше.

Содержание зерен слабых пород в щебне из природного камня не должно превышать в процентах по массе: 5 – для бетона классов В40 и В45, 10 – для бетона классов В20, В22,5, В25 и В30, 15 – для бетона класса В15 и ниже.

Содержание зерен слабых пород в гравии и щебне из гравия не должно превышать 10 % по массе для бетонов всех классов.

Морозостойкость крупных заполнителей должна быть не ниже нормированной марки бетона по морозостойкости.

Мелкий заполнитель для бетона различается по зерновому, петрографическому со­ставу, содержанию пылевидных и глинистых частиц. При подборе состава бетона учитываются плотность, водопоглощение (для песков из отсевов дробления), пустотность, а также прочность исходной горной породы на сжатие в насыщен­ном водой состоянии (для песков из отсевов дробления). Мелкие заполнители, как и крупные, должны иметь среднюю плотность зерна от 2 000 до 2 800 кг/м 3 .

В зависимости от зернового состава песок подразделяется на группы по крупности, характеризуемой значением модуля крупности, указанным в табл. 1. 34.

Общие требования к отделке железобетонных конструкций и материалам даны в СНиП 3.04.01. Основные группы применяемых материалов:
– цветные штукатурные растворы;
– дробленые каменные материалы;
– плитки из искусственного и природного камня;
– рулонные, листовые и штучные материалы;
– материалы для заделки дефектов и швов;
– шпатлевки;
– лакокрасочные материалы;
– материалы для рельефной отделки.

Номенклатура отделочных материалов в связи с расширением рынка быстро увеличивается, в том числе за счет зарубежных, которые должны быть до применения испытаны и сертифицированы.

Добавки в бетонные смеси

Получение бетонов нового поколения, а также обладающих специальными свойствами, невозможно: без применения качественного, высокопрочного и однородного по свойствам вяжущего; без внедрения эффективных технологических решений; без использования специальных добавок для модифика­ции портландцемента и бетонных смесей. Добавки (модификаторы химические, минеральные, искусственные и натруальные) вводят в исходный шлам при обжиге клинкера, добавляют при помоле обожженного клинкера, вводят в бетонные и растворные смеси. Добавки классифицируются по качеству, по назначению, по величинам технологических эффектов.

Добавки для бетонов представляют органические и неорганические вещества или их смеси (комплексы), за счет введения которых в состав бетонов и бетонных смесей регулируются направленно и контролируемо свойства этих бетонов и смесей. Применяются для снижения затрат на строительство (в том числе экономии цемента), модификации качественных и функциональных характеристик бетонов, сохранения его свойств при подготовке бетонной смеси, ее укладке, вибрировании, твердении.

Классификация добавок по функциональному назначению (в соответствии со стандартом) приведена в табл. 1. 37.

Помимо основного эффекта воздействия (по которому добавку относят к той или иной группе) для большинства групп добавок вообще и конкретных типов в частности характерны дополнительные эффекты (табл. 1.37), которые могут быть не менее сильны и не менее значимы, чем основной эффект. Побочные эффекты могут быть как положительными, так и отрицательными. При расходах добавки в рамках установленных интервалов побочные эффекты не привносят, как правило, резко выраженных отрицательных свойств.

Минеральные порошки-заменители цемента (активные минеральные добавки и наполнители) составляют отдельную и достаточно автономную группу. Эти порошки вводят либо при помоле клинкера, либо непосредственно в бетонную смесь. Минеральные добавки снижают затраты на строительство, повышают прочность, морозостойкость, водонепроницаемость бетона, а также оказывают влияние на конечные свойства бетона за счет гидравлического или пуццоланового воздействия. Добавки, проявляющие пуццолановую активность, могут быть как естественного происхождения (вулканический пепел), так и побочными продуктами, образующимися при сгорании топлива (зола-унос) или металлургической промышленности (кремнеземная пыль, микросилика).

Комитет SBC RILEM предложил вариант классификации минеральных добавок техногенного происхождения. Эта классификация (табл. 1. 38) позволяет оценить материалы по их воздействию на цементные системы: по проявлению вяжущих свойств и пуццоланового эффекта, то есть способности вступать в химическую реакцию с присутствующими и образующимися в бетонной смеси химическими соединениями.

Среди техногенных добавок, проявляющих пуццолановую активность и вяжущие свойства, особое внимание уделяется аморфному кремнезему, названному первооткрывателями «Microsilica». «Microsilica» является высокоактивным пуццоланом и стала известной в результате научно-практической активнос­ти скандинавских уче­ных. Сегодня ее используют при любом ответственном строительстве, а мировым монополистом в производстве микросилики и вла­дельцем патентов на технологию ее изготовления является норвежский концерн ELKEM ASA.

В физическом смысле микросилика (аморфный конденсированный микрокремнезем) является пылью, которую образуют микроскопические шарики (микросферы) размером 0,1-0,3 мкм. В бетонных смесях и строительных растворах этот порошок ведет себя двояко: сферическая форма частиц содействует усилению «подшипникового эффекта», а кремнезем проявляет «пуццолановую» активность. Наличие миллионов микросфер облегчает перемещение различных компонентов бетонной смеси по отношению друг к другу, способствуя повышению равномерности распределения компонентов, повышению удобоукладываемости смеси и ее перекачиваемости, что особенно важно в случае применения бетононасосов при высотном строительстве.

При затворении бетонной смеси водой и гидратации клинкерных минералов образуется ряд химически активных веществ, к которым, в первую очередь, следует отнести гидрат окиси кальция и гидрат силиката кальция, во многом определяющий прочность цементного камня и бетона. Добавление в бетонную смесь микрокремнезема создает условия для превращения нестабильной и растворимой гидроокиси кальция в кристаллический гидрат силиката кальция. В результате возрастают прочность и химическая стойкость бетона, а микросферы плотно заполняют пространство, освобождаемое химически связанной водой. Значительно растущая плотность структуры бетона повышает как его прочность, так и водонепроницаемость, а следовательно, и долговечность бетонного камня, его стойкость к факторам коррозии.

Отечественные ученые также исследовали и использовали свойства активного кремнезема при получении рецептур добавок – модификаторов бетона. Под руководством проф. Батракова А. Г. синтезирован модификатор на основе аморфного кремнезема и суперпластификатора, способствующий достижению высоких показателей по прочности, плотности и стойкости. Учеными НИИЖБ синтезированы добавки, как содержащие микросилику, так и ее смесь с золой-уносом, другими компонентами.

Разновидностью минеральных добавок являются расширяющиеся добавки, вводимые в портландцементный клинкер при его помоле. В качестве расширяющихся добавок используют алюминаты и сульфаты кальция, оксиды кальция и магния, специально приготовленные из глиноземистого цемента высококальциевые алюминаты, глиноземистый цемент, сталерафинировочные шлаки, обожженные алунитовые породы.
В качестве добавок могут рассматриваться следующие материалы для механического укрепления бетона: полипропиленовые волокна, металлическая фибра и стружки, которые не образуют единого арматурного каркаса, но способствуют повышению прочности бетона на изгиб и при срезывающих нагрузках. Вводят волокна или фибру на стадии приготовления бетонных смесей.

Искусственные химические добавки-модификаторы представляют собой вязкие растворы или порошкообразные материалы, растворимые в воде с образованием слабощелочных или нейтральных растворов. Это могут быть чистые неорганические вещества, их смеси, органические соединения, органоминеральные комплексы. Модификаторы могут быть синтезированы специально (но не обязательно для нужд строительства) или быть побочными продуктами (отходами) других производств.

Химические органические до­бавки являются продуктами органического синтеза целлюлозных соединений или переработки отходов лесохимии, целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической промышленности, агрохимии и др. Наиболее распространенные представители органических химических добавок (модификаторов) – это поверхностно-активные вещества (ПАВ), на их основе могут быть получены практически любые функциональные типы добавок. ПАВ по-разному проявляют активность и направление действия. Вид и положение функциональных групп в молекуле обусловливает взаимодействие ПАВ с гидрооксидом кальция на поверхности твердой фазы. Природа радикала и его строение, конформное состояние макромолекулы цепи характеризует сплошность пленки продуктов взаимодействия в поверхностном слое гидратирующего цемента. Степень растворимости продуктов взаимодействия олигомеров с жидкой фазой цементного камня определяет эффективность модификатора. Классификация поверхностно-активных модификаторов по М. Ш. Шайнеру, в основу которой положены функциональные признаки и технико-экономи­ческий эффект, представлена в табл. 1. 39.

Наиболее эффективным видом ПАВ являются суперпластификаторы. Воздействуя на процессы формирования структуры, особенно на начальной (коагуляционной) стадии, они изменяют реологические свойства цементной системы, способствуют сокращению ее водопотребности, что в дальнейшем отражается на параметрах кристаллизационной структуры.

Суперпластификаторы классифицируют по одному из двух признаков: по составу материалов и по основному эффекту в механизме действия (электростатического или стерического). Они бывают на основе сульфированных нафталинформальдегидных поликонденсатов, на основе сульфированных меламинформальдегидных поликонденсатов, очищенных от сахаров лигшносульфонатов, поликарбоксилатов и полиакрилатов. В механизме действия последних преобладает стерический эффект (с большим отталкиванием частиц), и эти суперпластификаторы считаются более эффективными, что предполагает их меньший расход. Поликарбо-ксилаты и полиакрилаты наиболее дорогие, что приводит к совмещению их с другими пластификаторами.

Суперпластификаторы на основе поликарбоксилатов обеспечивают также высокую сохраняемость бетонных смесей, что делает их привлекательными для монолитного строительства и при продолжительном транспортировании бетонных смесей. В настоящее время Ассоциацией «Полимод» и НИИЖБ реализуется крупный международный проект «Карбоцепторные суперпластификаторы», основной задачей которого является разработка, освоение и внедрение в практику строительства нового поколения высокоэффективных суперпластификаторов бетонных смесей.

Химические неорганические добавки являются в своем большинстве электролитами. По механизму действия их подразделяют на добавки, изменяющие растворимость минеральных вяжущих материалов, вступающие с этими минералами в химические реакции, являющиеся центрами кристаллизации. Подобное деление достаточно условно: одно и то же вещество для алюминатных фаз вяжущего может изменять их растворимость, а для силикатных – вступать в реакции присоединения, ионообменные или с созданием комплексов, и наоборот. К этим группам относятся многие уско­рители схватывания и твердения, противоморозные добавки, антифризы и пр.

Наиболее яркий представитель этой группы – хлорид кальция, являющийся в первую очередь добавкой – ускорителем твердения. Скорость гидратации трехкальциевого силиката в его присутствии возрастает в 1,5-2 раза. При дозировках хлорида кальция, не превышающих 2 %, в процессе гидратации кристаллизуется гидрохлоралюминат кальция, что не сопровождается деструктивными процессами. При больших концентрациях образуется гидроксихлоридкальция, разложение которого в цементном камне при положительных температурах является причиной нарушения структуры и снижения прочности цементного камня. В бетоне сохраняются свободные хлориды, именно они интенсифицируют коррозию стали в железобетоне. Хлорид натрия, являясь эффективным ускорителем твердения бетона, обусловливает снижение прочности камня при его увлажнении. Все это является серьезными аргументами разумного ограничения применения хлоридов в бетонных смесях.

При замерзании жидкой фазы бетона (цементного теста) его твердение останавливается и возобновляется после оттаивания. При температурах –10°С и ниже гидратация цемента практически прекращается, останавливается процесс тепловыделения, отсутствует заметный набор прочности. Замерзание химически несвязанной воды затворения в бетоне приводит к резкому увеличению пористости цементного камня, а при высоких расходах воды – к разрушению бетона. Эти обстоятельства сильно затрудняют проведение бетонных работ в условиях пониженных температур, особенно при возведении монолитных конструкций. В соответствии со СНиП III-15-76 запрещается производство бетонных работ без применения специальных методов выдерживания бетона при ожидаемой среднесуточной температуре воздуха ниже +5°С и минимальной суточной температуре ниже 0°С.

Методы выдерживания бетона на морозе подразделяются на три основные группы: беспрогревные (термосное выдерживание и использование противоморозных добавок); прогревные (использование либо топлива, либо электрической энергии) и комбинированные. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область его применения как с экономической, так и с технической точек зрения.

Прогревные методы выдерживания бетона могут применяться при возведении практически любых конструкций и в любых температурах среды, но предполагают значительные затраты энергоресурсов и являются технически более сложными. Наиболее экономичным считается метод термоса, но он обеспечивает поддержание в бетоне тепла и его твердение только в массивных конструкциях. Введение в бетонные смеси при их приготовлении противоморозных добавок может происходить при беспрогревном выдерживании бетона (термосном) или в сочетании с обогревом. Основными (и традиционными) соединениями, применяемыми в качестве противоморозных добавок в строительстве, являются: NaCl, CaCl₂, NaNO₂, NaNO₃, NH₄NO₃, Ca(NO₃)₂, NH₄OH, K₂CO₃, Na₂CO₃·K₂CO₃. Органические антифризы по разным причинам практически не применяются, однако разработанные на их основе добавки, включающие в себя также неорганические соли и пластификаторы, по существу являются вторым поколением противоморозных добавок, в которых недостатки одних компонентов компенсируются недостатками других.

Эффективность противоморозной добавки во многом зависит от величины снижения температуры замерзания жидкой фазы бетона. Однако наличие жидкой фазы при отрицательных температурах обеспечивает крайне медленное твердение. Очевидно, что противоморозная добавка должна работать как ускоритель твердения до технологически оправданных временных интервалов. Применение бетонов с противоморозными добавками ограничивается медленным твердением бетона (вследствие чего проектная прочность достигается через 2-3 месяца); опасностью появления высолов и негативного влияния на структуру, свойства бетона и сохранность арматуры при введении добавки в больших количествах, превышающих 10 % по массе цемента. Добавки, позволяющие в определенной мере преодолеть негативные эффекты, приведены в настоящем обзоре.

Биоциды – модификаторы, применяемые для защиты бетона и других строительных материалов от биоповреждений, должны обладать высокой активностью, быть безопасными при обращении с ними, не оказывать пагубного влияния на окружающую среду, не ухудшать эксплуатационных свойств материалов и сохранять биоцидные свойства в течение длительного времени.

Положительные результаты получены при применении в штукатурных составах пентахлорфенолята натрия, цетазола, трилана. Для защиты цементных полов используется медный порошок и оксихлорид магния. Для защиты бетона от бактериального воздействия применяется формалин. Соли высших жирных аминов (средство «Дон-5»), хлоргидраты аминопарафинов (средство АНП-2), алкитриметиламмонийхлорид (средства «Ниртан», «Роккал») сочетают биоцидные свойства со свойствами ингибиторов коррозии.

Из неорганических биоцидов применяются соли фтористой и кремнефтористой кислот, бура, борная кислота, нитрит натрия. Биоцидное действие некоторых модификаторов (типа «бура+борная кислота» или на основе неорганических солей) может утрачиваться в процессе тепловлажностной обработки. Высокая водная растворимость медных солей уксусно-мышьяковистой и мышьяковистой кислот обусловливает их быстрое выщелачивание из бетона.

К числу высокоэффективных препаратов, обладающих широким биоцидным спектром действия, относятся оловоорганические соединения (латекс АБП-40, до 0,5 % массы цемента), которые не изменяют свойств в процессе тепловлажностной обработки. В условиях воздействия бытовых и производственных сточных вод хорошо зарекомендовали себя бактерициды на основе катионных поверхностно-активных веществ: катамин – для всех значений водоцементного отношения; катапин – только для плотных бетонов. Бетоны и строительные растворы, модифицированные катапин-бактерицидом, применяют при строительстве животноводческих помещений, предприятий хлебопекарной, пивоваренной, мясоперерабатывающей промышленности, медицинских учереждений.

В качестве добавок-модификаторов широкое применение на местах находят различные отходы промышленности, ее побочные продукты. Эффективность подобных веществ ниже, чем специальных добавок, что и компенсируется увеличенными их дозировками. Увеличение дозировки, в свою очередь, повышает вероятность отрицательных проявлений, начиная от «сопутствующих эффектов» и заканчивая «отравлением» вяжущего или увеличением содержания в бетоне органической фазы, то есть возрастания склонности к биологической коррозии.

Большинство добавок, улучшая одни характеристики бетонной смеси или бетона, не изменяют, а зачастую ухудшают другие характеристики. Для преодаления побочных эффектов используют комплексные добавки, состоящие из нескольких самостоятельных компонентов. О некоторых (например, суперпластификатор с микрокремнеземом) упоминалось выше. Комплексные добавки многофункциональны и способны влиять сразу на несколько характеристик бетонной смеси и бетона. Состав можно «проектировать» таким образом, чтобы их компоненты усиливали эффекты, обеспечиваемые каждым в отдельности. Применение комплексных добавок позволяет добиваться универсальности их действия в бетонных смесях и бетонах разного состава, приготовленных на различных цементах.

Условно все комплексные добавки можно разделить на три группы: смеси электролитов, поверхностно-активных веществ, электролитов и поверхностно-активных веществ. При выборе добавки и определении дозировки необходимо четко представлять роль каждого компонента в полифункциональном модификаторе. Основное значение добавок первой группы – устранение коррозионного воздействия отдельных компонентов на арматуру и бетон, регулирование сроков схватывания и твердения в широких интервалах изменения вещественного и минерального состава цемента на свойства бетонных смесей и бетонов. Добавки второй группы в основном применяют для повышения морозостойкости бетона, приготовленного из пластичных и высокопод­вижных бетон­ных смесей; удлинения срока схватывания бетонных смесей, осо­бенно при тран­спортировании их на большие расстояния и при бетонировании в условиях сухого и жаркого климата.

Более эффективными модификаторами являются комплексные до­бавки третьей группы. Введением электролитов улучшаются структурно-меха­ни­ческие характеристики бетонов и регулируется темп их твердения. Поверх­ностно-активные вещества позволяют регулировать подвижность бетонных смесей, ее воздухосодержание, придают бетонам бактерицидность, гидрофобность и пр.

При использовании комплексных добавок периодически возникает проблема совместимости их компонентов. В этом случае отдельные компоненты вводят раздельно с перемешиванием бетонной смеси в несколько стадий. Комплексные добавки в виде готового товарного продукта, не изменяющего своих свойств при транспортировании и хранении, позволяют разрешить эту проблему.

Выбор добавок должен производиться в зависимости от технологии при­готовления бетонной смеси и изготовления конструкций и изделий с учетом влияния добавок на свойства бетонной смеси и бетона. Выбор добавок для бетонов, к которым предъявляются специальные требования по долговечности (морозостойкости, коррозионной стойкости, водонепроницаемости и пр.), следует производить по ведущему агрессивному воздействию.

Добавки-модификаторы вводятся в бетонную смесь по усмотрению, если не рекомендуется обязательное их введение. Суперпластификаторы вводятся для приготовления литых и высокоподвижных смесей, для получения высокопрочных бетонов класса В40 и более, бетонов высокой плотности. Введение сильнопластифицирующих добавок – для приготовления высокоподвижных смесей, получения бетонов классов В30-В40. Введение воз­духововлекающих, пластифицирующе-воздухововлекающих и газообра­зу­ю­щих добавок – для приготовления бетонов по­вышенной и высокой морозо­стой­кости и водонепроницаемости. Воздухово­вле­кающих добавок – при изго­тов­ле­нии изделий из конструкционно-теплоизоля­ци­онных легких бетонов.

При подборе состава бетона оптимальная дозировка добавок устанавливается экспериментально. Рекомендуемые интервалы ее указаны при характеристике отдельных добавок, представленных в обзоре. Количество уплотняющих добавок, ускорителей твердения и ингибиторов коррозии стали, в том числе и в составе комплексных добавок, не должно превышать 1,5-3,0 % массы цемента. В ряде случаев, обусловленных видом конструкций или условиями их эксплуатации, применение добавок подобного действия не допускается.

Добавки для бетона поставляются партиями (Добавки в бетонные смеси смотрите по ссылке табл. 1.43). За партию принимают объем или массу одновременно поставляемого однородного по качеству продукта, сопровождаемого одним документом о качестве. Этот документ должен содержать следующие данные: наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак; наименование продукта; дату изготовления; номер партии; массу нетто и брутто (объем); результаты испытаний по соответствующему государственному стандарту или ТУ; вид тары и число упаковоч­ных единиц в партии; знак опасности по ГОСТ 19433 (в случае необходимости); прави­ла загрузки и разгрузки добавок, в том числе их оттаивание при поставке в зимнее время (в случае необходимости).

Добавки следует хранить в условиях, исключающих попадание в них посторонних веществ и атмосферных осадков. Водные растворы и пасты должны храниться в закрытой таре, порошкообраз­ные и кристаллические продукты – в условиях, исключающих увлажнение. Емкости для жидких продуктов, при хранении которых может происходить их замораживание, расслоение или выпадение осадка, должны быть оборудованы системами обогрева и переме­шивания. Для уменьшения пенообразования, особенно при барботировании сжатым воздухом, врезку трубопроводов подачи доба­вок в емкости лучше производить в нижней их части.

Работу с добавками следует проводить в соответствии с требо­ваниями СНиП III-4-80, ГОСТ 24211 и нормативно-технической документации на добавки кон-кретного вида. Применение каждой из добавок должно быть согласовано с санитарными службами.

Арматурные стали

Для армирования железобетонных конструкций применяется стержневая и проволочная арматурная сталь, отвечающая требованиям соответствующих стандартов и технических условий. Стандарты и технические условия на арматурные стали систематически обновляются: в них вводятся новые марки стали, методика статис­тического опреде ления уровня качества, совершенствуется профиль, повышаются нормы механических свойств металла. Для проволочной арматуры осуществлен переход от нормирования пре­дельных напряжений к соответствующим предельным усилиям, что упрощает кон-трольные испытания и позволяет в некоторых случаях использовать экономию стали от минусовых допусков.

Испытание арматурной стали на растяжение проводится по ГОСТ 12004, арматуры на изгиб по ГОСТ 14019, проволоки на перегиб по ГОСТ 1579, проволоки и канатов на релаксацию по ГОСТ 28334. В зависимости от механических свойств и технологии изготовления арматура делится на классы и обозначается следующими буквами: стержневая арматура А, проволока В и канаты К.

Для обеспечения максимальной экономии металла целесообраз­но применять арматуру с наиболее высокими, допустимыми нор­мами проектирования железобетонных конструкций, механическими свойствами. При этом выбор класса арматурной стали осуществляется в зависимости от типа конструкций, условий их изготовле­ния, возведения и эксплуатации.

Индустриализация арматурных работ успешно решается за счет применения сварных сеток, плоских и объемных каркасов. Поэтому все виды отечественной стержневой стали для ненапрягаемой арматуры удовлетворительно свариваются (см. табл. 1. 44).

Промышлен­нос­тью выпускаются также ограниченно свариваемые низкоуглеродистая арматурная проволока и некоторые виды напрягаемой стержневой арматуры.

Стержневая арматурная сталь делится на классы от А-I до А-VII. В настоящее время класс арматуры обозначается также гарантированной величиной предела текучести (физического или условного), выраженного в Н/мм 2 , с доверительной вероятностью 0,95.

Принятые обозначения классов дополняются индексами для ука­зания при необходимости способа изготовления, особых свойств или назначения арматуры. Так, термомеханически и термически обработанную стержневую арматуру обозначают символом Ат, сталь специального назначения (северного исполнения) – Ас, свариваемую арматурную сталь индексом С (например, Ат-IVС), сталь с повышенной стойкостью противокоррозионного растрескивания под напряжением – индексом К (например, Ат-IVK).

Поскольку промышленность выпускает высокопрочную стерж­невую арматуру диаметром более 22 мм в ограниченных количест­вах, строители используют в предварительно напряженных кон­струкциях арматуру класса А-III, упрочненную вытяжкой. Операция вытяжки в холодном состоянии осуществляется на предприятиях стройиндустрии; такую арматуру обозначают символом А-IIIв.

Горячекатаную стержневую арматуру поставляют по ГОСТ 5781, термомеханически упрочненную стержневую арматуру по ГОСТ 10884; новые виды арматурной стали поставляют по техническим условиям. Сталь класса А-I (А240) изготовляют круглого сечения с гладкой поверхностью, стержневая арматура остальных классов имеет периодический профиль. Номинальные диаметры стержней периодического профиля соответствуют номинальным диаметрам равновеликих по площади поперечного сечения круглых гладких стержней.

Арматурная сталь периодического профиля представляет собой круглые стержни с двумя продольными ребрами и поперечными выступами, идущими по трехзаходной винтовой линии.

Стрежни арматурной стали имеют периодический профиль. Разработан новый более эффективный профиль стержневой арматуры, который отличается от принятого в стан­дарте 5781 серповидной формой поперечных ребер. Такая арматура имеет значительно меньше концентраторов напряжений на поверхности и более высокие показатели по выносливости. Этот профиль может изготавливаться с продольными ребрами, а также без них.

Арматура классов А-I и А-II диаметром до 12 мм, класса А-III диаметром до 10 мм включительно и класса Ат-IIIC диаметром 6-8 мм поставляется в мотках и прутках, остальная арматурная сталь – в прутках. Прутки изготовляют длиной от 6 до 12 м, мерной и немерной длины. Термомеханически упрочненную арматурную сталь поставляют в прутках мерной длины от 5,3 до 13,5 м. По соглашению сторон возможна поставка стержней длиной до 26 м. Арматуру в виде прутков поставляют в связках массой до 15 т и в мотках массой до 3 т.

Стержневая арматурная сталь в зависимости от класса и диа­метра стержней изготавливается из углеродистой и низколегированной стали. Марки углеродистой стали рядового каче­ства определяются по ГОСТ 380, углеродистой конструкционной стали по ГОСТ 1050.

Свариваемость арматурных сталей обеспечивается технологией их изготовления и соблюдением всех требований по химическому составу.
Масса 1 м профиля вычислена по номинальным размерам при плотности стали равной 7,85 г/см 3 .
Механические свойства стержневой арматурной стали приведены в табл. 1. 46.

На поверхности стержней, включая поверхность ребер, не должно быть трещин, раковин и закатов. Буквы Ст означают сталь, цифры 3 и 5 – условный номер марки в зависимости от марки стали.

Для обозначения степени раскисления стали после марки добавляют индексы: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная. В обозначении марок низколегированных сталей первая цифра означает содержание углерода в долях процента, буквы: Г – марганец, С – кремний, Т – титан, X – хром, А – азот, Ю – алюминий, Ц – цирконий, Р – бор. Цифры после букв означают примерное содержание соответствующего элемента в целых единицах процента. Маркировка стержней арматурной стали по классу прочности осуществляется либо покраской концов стержней краской различного цвета в соответствии с ГОСТ 5781 и ГОСТ 10884, либо прокатными маркировочными знаками в соответствии с ТУ 14-2-949.

Начало маркировки обозначается двумя точками на поперечных ребрах либо на продольных ребрах. Число поперечных ребер до следующего маркировочного знака обозначает номер завода изго­товителя в соответствии с ТУ 14-2-793. Число ребер между последующими маркировочными знаками обозначает класс стали. Концы стержней термомеханически уп­рочненной арматурной стали дополнительно окрашиваются несмываемой краской. Маркировочные знаки, характеризующие класс и завод-изготовитель, располагаются на стержнях арматуры с перио­дичностью не более 1,5 м. Металлургическая промышленность освоила производство арматурной стали винтового профиля, стержни которой соединяются резьбовыми муфтами. Это обеспечивается нормированием с высо­кой точностью совмещения двухсторонних поперечных ребер на арматуре и размеров их шага.

Арматурная сталь винтового профиля выпускается по ТУ 14-2-790, в которых предусмотрен сортамент от 10 до 40 мм. По механическим свойствам и химическому составу эта арматура должна соответствовать действующим стандартам на горячекатаную и термомеханически упрочненную арматурную сталь перио­дического профиля для классов А-III+АтVII.

Арматурная сталь винтового профиля, как правило, должна по­ставляться в комплекте с соединительными элементами (муфтами, анкерными гайками и контргайками). Такую арматуру целесооб­разно применять там, где сварка арматуры затруднительна или не допускается (дымовые трубы, грунтовые анкера и т. д.).

Поступающую потребителю стержневую арматуру следует под­вергать внешнему осмотру и, в необходимых случаях, контрольным испытаниям для установления ее характеристик в состоянии по­ставки требованиям ГОСТов и ТУ. Число контрольных испытаний на растяжение и изгиб при обычном входном контроле качества стали должно быть не менее двух от каждой партии – плавки стерж­невой арматуры одного диаметра массой не более 70 т.

Контроль качества упрочненной вытяжкой арматурой стали класса А-IIIв производится путем испытаний на растяжение от каждой партии стали одного диаметра массой до 10 т не менее двух образцов от двух разных прутков арматурной стали в состоянии поставки и после вытяжки.

Арматурную проволоку диаметром от 3 до 8 мм изготавливают способом холодного волочения и подразделяют по форме попере­чного сечения на гладкую и периодического профиля, а также по классам прочности. Проволока обозначается следующими буквами: гладкая – В, периодического профиля – Вр. Класс прочности соответствует гарантированному значению условного предела те­кучести проволоки в Н/мм2 с доверительной вероятностью 0,95. Геометрические характеристики, масса арматурной проволоки и ее механические свойства приведены в табл. 1. 48.

Арматурная проволока класса Вр400, удовлетворяющая требова­ниям ГОСТ 6727, изготавливается из низкоуглеродистой стали по ГОСТ 380. Проволока класса Вр600, удовлетворяющая требованиям ТУ 14-4-1322, изготавливается из стали Ст3кп и Ст5пс с термообработкой. Разработаны новые виды низкоуглеродистой холоднотянутой проволоки периодического профиля с трех- и четырехсторонними вмятинами диаметром до 10 мм и классов прочности Вр500 и Вр600; их производство освоено на Орловском сталепро­катном заводе по ТУ 14-170-197 и ТУ 14-170-217. Продолжается выпуск гладкой низкоуглеродистой проволоки диаметром 3-5 мм с классом прочности В400.

Высокопрочная проволока гладкая и периодического профиля изготавливается по ГОСТ 7348 из углеродистой конструкционной стали марок 65-85 по ГОСТ 14959. Высокопрочную арматурную проволоку в процессе изготовления подвергают низ­котемператур­ному отпуску, в результате чего повышаются ее уп­ругие свойства; развернутая из мотка и свободно уложенная проволока должна сохранять нормируемую прямолинейность.

Арматурные канаты изготавливают из высокопрочной холоднотянутой проволоки. Для лучшего использования прочност­ных свойств проволоки в канате шаг свивки принимают максимальным, обеспечивающим нераскручиваемость канатов, обычно в пределах 10-16 их диаметров. В условном обозначении арматурных канатов кроме буквы К указывается число проволок в канате (К7, К19).

Геометрические характеристики, масса и механические свойства канатов приведены в табл. 1. 48 и 49.

Арматурную проволоку и канаты поставляют в несмазанном виде, канаты в мотках или на барабанах, проволоку в мотках массой до 1,5 т.

В качестве ненапрягаемой арматуры следует преимущественно применять стержневую арматуру и обыкновенную арматурную про­волоку классов прочности 400, 500 и 600. При выборе напрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций преимущество отдается горячекатаной и термомеханически упрочненной стержневой арматуре классов прочности 800, 1 000 и 1 200, высокопрочной проволоке и арматурным канатам.

Для монтажных петель сборных элементов должна применяться горячекатаная арматурная сталь класса Ас-11 марки 10ГТ и клас­са А-1 марок Ст3сп и Ст3пс. Если возможен монтаж конструкций при расчетной зимней температуре ниже –40°С, для монтажных петель не допускается применять полуспокойную сталь. Для закладных деталей и соединительных накладок применяют, как правило, прокатную углеродистую сталь класса С 38/23.

При проектировании и производстве железобетонных конструкций, в ряде случаев, надо знать величину модуля упругости арматуры.

Для массового производства сварных арматурных сеток необхо­дима унификация их основных размеров, что является определяющим условием для создания и нормальной эксплуатации высокопроизводительных сварочных машин. Это условие положено в основу ГОСТ 8487, который содержит 56 марок сеток. Для изготовления сеток принята низкоуглеродистая проволока классов прочности 400 и 500, а также стержневая арматура класса 400 диаметром 6-10 мм. По виду изготовления сетки подразделяют на рулонные и плоские; последние изготавливают в принятой номенклатуре шириной от 1 040 до 3 630 мм и длиной до 9 м. Шаг продольных стержней 100, 150 и 200 мм, шаг поперечных стержней от 50 до 300 мм.

Для установления технико-экономической эффективности арматурных сталей различных видов при общегосударственной оценке и прогнозе развития используются коэффициенты приведения к стали класса А-I, определенные исходя из прочностных характеристик арматурных сталей, а также конструкционных и технологических факторов, влияющих на расход арматуры в желе­зобетонных конструкциях.

Свариваемость арматурной стали обеспечивается химическим составом, технологией изготовления и компактностью сечения. Возможность применения горячекатаной и термомеханически уп­рочненной стержневой арматуры для различных способов сварки и конструкции соединений, регламентированных ГОСТ 14098, приведены в табл. 1. 52.

При использовании широко применяемой арматуры класса А-III из стали марки 35ГС запрещается выполнять крестообразные сварные соединения вручную дуговыми прихватками, так как это приводит к преждевременному разрушению таких стыков.

Для монолитных железобетонных конструкций иногда используют арматуру из сталь­ных прокатных профилей в виде уголков, двутавров и швеллеров, а также плоского или про­филированного стального листа. Для дисперсного армирования тонкостенных бе­тонных конструкций применяют фибру, изготавливаемую из стали, стекловолокна или пластика. Для арматуры из стали марки 25Г2С ручная дуговая сварка крестообразных соединений прихватками допускается. Для арматуры классов Ат-IIIс и Ат-IVс ванная сварка допускается при использовании удлиненных накладок.

При изготовлении арматурных сеток и каркасов, а также сварке встык отдельных стержней следует преимущественно применять контактную точечную и стыковую сварку, а при изготовлении за­падных деталей – автоматическую сварку под флюсом и контактную рельефную сварку. Начато использование различных видов неметаллической арматуры в виде стержней и канатов для обычных и предварительно напряженных бетонных конструкций.

Производство стальной сетки, а так же сварка встык отдельных стержней предусматривает преимущественно контактную точечную и стыковую сварку, а при изготовлении западных деталей – автоматическую сварку под флюсом и контактную рельефную сварку. Начато использование различных видов неметаллической арматуры в виде стержней и канатов для обычных и предварительно напряженных бетонных конструкций.