книги / Современные материалы и технологии в строительстве

вранние сроки твердения. Очевидно, что такие изменения направлены прежде всего на удовлетворение интересов застройщиков, работающих с монолитными бетонами.

Требования к физико-механическим показателям цементов приведены в табл. 2.2 [8].

Следует обратить внимание на регламентирование прочности цементов не только в возрасте 28 суток (марочном), но также

ввозрасте 2 и 7 суток.

Все эти изменения ужесточают требования к качеству цементов и соответствуют требованиям европейского стандарта.

Правила приемки и оценка уровня качества цемента

Предприятие-изготовитель должно проводить периодические испытания цементов типов ЦЕМ I и ЦЕМ III по определению потери массы при прокаливании и содержания нерастворимого остатка не реже одного раза в месяц. В случае если

втечение 12 месяцев ни один результат испытаний не превысит 50 % установленного значения, то испытания по определению указанных показателей допускается проводить один раз

в2 месяца [8].

Очевидно, что приведенный стандарт значительно усложняет требования к цементам, в то же время более строгое регламентирование свойств цементов имеет целью не только расширение сырьевой базы для производства цементов, но и более строгое регламентирование их показателей качества, а также минимизацию рисков для потребителей. В частности, введение классов прочности цементов по аналогии с бетонами позволяет минимизировать риск потребителя до 5 %. Это значит, что только в 5 % случаев возможно отклонение показателей прочности цемента в меньшую сторону по сравнению с требованиями стандарта.

Приведенные требования к цементам достаточно сложны и требуют достаточно высокой квалификации специалистов для

31

их понимания и грамотного использования в практике строительства. В то же время в этих требованиях нет ничего сверхестественного, очевидно, что знание особенностей нового стандарта прежде всего необходимо специалистам, работающим с товарными бетонами и, прежде всего, при строительстве кар- касно-монолитных зданий.

Перечень вяжущих, применяемых в строительстве, конечно, не ограничивается приведенным перечнем. Существует большая группа вяжущих специального назначения, применяемых при необходимости придать конструкции некие особые свойства, например: расширение, отсутствие усадки, напряжения арматуры и т.п.

32

3. БЕТОНЫ И РАСТВОРЫ СЕГОДНЯ

Бетоны долгое время являются и остаются основным строительным материалом как в России, так и в мире.

Такая популярность обусловлена комплексом уникальных свойств бетонов, повсеместной распространенностью сырья для их производства, а также сравнительной простотой изготовления и эксплуатации бетонов.

Особое место занимают армированные (чаще стальной арматурой) бетонные конструкции, называемые в этом случае железобетонными.

Химизация производства бетонов

В настоящее время основным трендом в технологии бетона является комплексное применение химических добавок, модифицирующих самые различные свойства бетонных смесей и бетонов. Переченьхимических добавокдляэтих целейоченьбольшой. Приведем

вкачествепримеранекоторыеклассыдобавокпоназначению[9]:

1)добавки, регулирующие свойства бетонных и растворных смесей:

– пластифицирующие;

– суперпластифицирующие;

– водоредуцирующие;

– суперводоредуцирующие;

– стабилизирующие;

– регулирующие сохраняемость подвижности;

– увеличивающие воздухо– (газо)содержание;

2)добавки, регулирующие свойства бетонов и растворов:

– регулирующиекинетикутвердения: ускорители, замедлители;

– повышающиепрочность;

– снижающиепроницаемость;

–повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре;

–повышающиеморозостойкость;

33

–повышающиекоррозионнуюстойкость;

–расширяющие.

Поистине революционное значение имеют появившиеся добавки «гиперпластификаторы», позволяющие не только значительно повысить физико-механические свойства бетонов, но и отказаться от использования вибрации при формовании бетонных и железобетонных конструкций. Бетонные смеси с такими добавками получили название самоуплотняющихся. Такое решение проблемы уплотнения смеси позволяет в значительной степени снизить материалоемкость форм и бортоснастки, значительно продлить срок их эксплуатации и, кроме того, значительно повысить безопасность выполняемых работ.

При всей значимости химизации производства бетона и железобетона не менее важными являются такие направления инновационной деятельности, как разработка новых видов бетона, заполнителей, арматуры для бетонных конструкций, решение проблем рециклинга (повторного использованияотслужившего свой срокбетона).

Новые виды бетона разрабатываются с целью, прежде всего, повышения эксплуатационной долговечности бетонных конструкций, в частности, за счет значительного повышения водонепроницаемости и морозостойкости бетона. Одним из путей получения такого «вечного» бетона является совместное использование гиперпластификаторов, микрокремнезема и дисперсных армирующих волокон.

С целью повышения трещиностойкости конструкций, что очень важно для повышения срока эксплуатации, снижения коррозионного воздействия на арматуру, разрабатываются новые виды бетонов на расширяющихся цементах.

Заполнители для бетонов

Важной проблемой для строительства является повышение коэффициента конструктивного качества бетонов – повышение прочности при одновременном снижении массы конструкций. Очевидно, что решение этого вопроса позволит значительно сократить материалоемкость строительства иповысить его эконо-

34

мическую эффективность. Реализация этой задачи возможна за счет разработки и применения новых видов легких и прочных заполнителей для бетонов.

Сегодня спектр применяемых легких заполнителей представлен керамзитом, вермикулитом, перлитом, аглопоритом, шунгизитом. Однако в силу неравномерности распределения качественного сырья для их производства по территории страны проблема эффективного легкого заполнителя сегоднястоиточеньостро.

Например, в Пермском крае в настоящее время отсутствует производство легкого заполнителя для бетона. Керамзит, который производился вПерми, Яйве, по своему качеству не соответствует современным требованиям. В настоящее время Пермь использует привозной легкий заполнитель.

Причиной дефицита керамзита в стране является неравномерное распределение месторождений легкоплавких керамзитовых глин по территории страны.

Что касается такого легкого заполнителя, как вермикулит, то месторождения сырья для его производства расположены в Башкирии и на Кольском полуострове. В Красноярском крае располагаются основные месторождения перлита.

Альтернативой применяемым сегодня легким заполнителям могли бы стать легкие стекловидные заполнители, изготавливаемые из кремнеземистых пород, широко распространенных во многих регионах РФ. Именно над этим сейчас работают специалисты строительной науки.

Отметим, что кроме снижения материалоемкости проблема легких заполнителей для бетонов позволяет решить и проблемы тепловой эффективности ограждающих конструкций зданий и сооружений прииспользованииих однослойнойконструкции.

Арматура для бетонов

Еще одной важной проблемой является армирование бетонных конструкций. В настоящее время основным материалом для арматуры служит стальной прокат диаметром от 4 до 80 мм круг-

35

лого сечения с рифлением или без него. Стержни арматурной стали мерной длины сваривают (связывают) в плоские или пространственные каркасы и устанавливают в формы.

Этот принцип армирования носит название «линейное армирование». В отличие от линейного армирования существует армирование короткими волокнами (фиброй), которые могут быть стальными, стеклянными, базальтовыми, полимерными или какими-то другими. Армирование производится при изготовлении бетонной смеси путем перемешивания с ней необходимого количества фибры. После укладки и уплотнения бетонной смеси хаотично расположенная в теле бетоннойконструкции фибраисполняетроль арматуры.

Каждый способ армирования имеет достоинства и недостатки. Традиционное «линейное армирование» обеспечивает «управляемое», осмысленное усиление тех частей и элементов конструкции, которые испытывают наибольшие растягивающие напряжения. Таким образом, конструкция проектируется надежно и рационально с учетом фактических воздействий как на бетон, так и на стержни арматурной стали. Нужно отметить, что для традиционного линейного армирования разработаны и давно применяются, т.е. апробированы в практике, достаточно точные методикирасчета.

Серьезным недостатком «линейного армирования» является высокая трудоемкость изготовления и применения арматурных элементов. Технология изготовления арматурных изделий предполагает чистку, правку, мерную резку и сварку арматурных каркасов с последующей укрупнительной сборкой в пространственные арматурные элементы (при необходимости).

Применение фибры значительно упрощает технологию производства и практически устраняет такой затратный и трудоемкий производственный этап, как изготовление и установка арматуры, так как фибра (арматура) вводится в бетонную смесь при ее изготовлении.

Однако фибробетоны пока не нашли широкого применения в строительной практике по причине невозможности направленного усиления отдельных зон конструкций и отсутст-

36

вия надежных методик расчета. В то же время фибра применяется совместно с «линейным армированием» для повышения трещиностойкости и долговечности бетонов. Фибробетон находит широкое применение для изготовления бетонных полов

идорожных покрытий.

Впоследние годы на рынке строительных материалов появилась так называемая композитная арматура, которая состоит из неметаллических стержней из стекловолокна, базальта, углерода или арамида, пропитанных и отвержденных термореактивным или термопластическим полимерным вяжущим. Арматуру из стекловолокна обычно называют стеклопластиковой(АСП), из базальтового волокна – базальтопластиковой (АБП), из углеродного волокна – углепластиковой.

Для сцепления с бетоном в процессе производства на поверхности композитной арматуры формируются специальные ребра или наносится покрытие из песка. Как и у любого материала, у композитной арматуры есть достоинства и недостатки.

К достоинствам следует отнести высокую удельную прочность и коррозионную стойкость, низкие тепло- и электропроводность, а также одинаковый с бетоном коэффициент линейного температурного расширения.

Самым главным недостатком композитной арматуры является ее низкая жесткость (модуль упругости композитной арматуры в 4 раза ниже, чем у стали).

При сравнительной нагрузке бетона с композитной арматурой и бетона со стальной арматурой с теми же деформациями, что и бетон, по закону Гука напряжение в композитной арматуре в 4 раза ниже, чем в стальной. В этом случае коэффициент армирования (соотношение между площадями армирования и бетона) для композитной арматуры должен быть в 4 раза больше, чем для стальной арматуры, чтобы придать бетону такую же прочность.

Другими недостатками являются отсутствие пластичности

инизкая теплостойкость. Отсутствие пластичности (площадки текучести) приводит к хрупкому разрушению, в связи с этим

37

невозможно изменить форму арматуры без ее нагрева (невозможно изогнуть).

Что касается теплостойкости, нужно сопоставить этот показатель у композитной арматуры и стали. Стеклопластиковая арматура теряет свои несущие свойства при нагреве до 150 оС, базальтопластиковая – 300 оС, стальная – при 500 оС. Очевидно, что приведенные значения теплостойкости в полной мере зависят от вида связующего полимера, а поскольку теплостойкость полимеров невысока, мы имеемнизкую теплостойкость композитнойарматуры.

Еще одним недостатком композитной арматуры является невозможность ее сварки. Соединение стержней выполняется вязкой или обжимными муфтами.

Несмотря на приведенные недостатки, нормативными документами разрешается применение композитной арматуры в промышленном и гражданском строительстве:

для строительства жилых, общественных и промышленных зданий;

в строительстве малоэтажных зданий в бетонных конструкциях;

для многослойной кладки стен с гибкими соединениями;

при зимних работах в случае добавления в кладочный раствор противоморозных добавок или добавок-ускорителей, которые вызывают коррозию стальной арматуры.

В дорожном строительстве такая арматура может использоваться для строительства насыпей, элементов дороги, тротуаров, которые могут подвергаться воздействию противоморозных (антигололедных) реагентов.

Кроме того, возможно применение для укрепления насыпей дорог, проезжей части ездового полотна пролетных строений мостов, а также защиты береговой насыпи.

Нормативными документами рекомендуется использование стеклопластиковой арматуры в качестве рабочей в конструкциях, применяемых в районах с сейсмичностью 7–9 баллов. Возможно

38

использование композитной арматуры для усиления оснований под различными конструкциями.

Строительныйраствор

Выбор вяжущего для строительного раствора зависит от назначения раствора и режима его твердения. В роли вяжущего могут использоваться цемент, гипс, известь и др.

При изготовлении раствора на одном вяжущем он называется простым, на нескольких – сложным (цементно-известковый, известково-гипсовый и т.п.). При использовании для раствора плотных мелких заполнителей растворы называют тяжелыми (плотность ≥ 1500 кг/м3). При плотности менее 1500 кг/м3 растворы называются легкими.

Строительные растворы делят на марки по прочности при сжатии: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300. Такие растворы мо-

гут использоваться для различных видов кладки, внутренней и наружной штукатурки, герметизации помещений и других целей. Фактически строительные растворы являются мелкозернистыми бетонами, следовательно, по аналогии с бетонами необходимо рассматривать и свойства растворных смесей.

Свойства растворных смесей. Важнейшей характеристикой растворных смесей является удобоукладываемость (способность смеси укладываться тонким слоем на поверхности). В свою очередь, удобоукладываемость зависит от подвижности смеси и её водоудерживающей способности.

Степень подвижности смеси определяют при помощи конуса СТРОЙЦ НИЛ. Подвижностью смеси принято называть её способность растекаться тонким слоем по поверхности. Чем больше глубина его погружения, тем большей подвижностью обладает растворная смесь. За показатель подвижности принимают глубину погружения конуса в сантиметрах.

Способность удерживать воду является свойством водона-

копительной растворной смеси при ее нанесении на пористый

39

материал, что необходимо для поддержания текучести смеси, предотвращения расслоения и обеспечения хорошей адгезии раствора к материалу. Добавление в растворную смесь дисперсных неорганических пластификаторов увеличивает водоудерживающую способность.

Нерасслаиваемость или связность растворной смеси обеспечивает однородность состава и постоянство свойств смеси при транспортировании и укладке.

По аналогии с бетонами, а раствор и есть разновидность бетона, затвердевший раствор должен обладать набором свойств, заданных проектом.

В числе этих свойств обязательно присутствует марка раствора по прочности, в зависимости от назначения и условий эксплуатации возможны требования по морозостойкости, водонепроницаемости и другим свойствам.

Традиционно в строительстве большие объемы растворных смесей применяются для устройства наливных полов, кладочных и штукатурных работ. Растворные смеси, как правило, поставляются на объект в готовом виде, – это товарные смеси и подаются кместам укладкис помощью растворных станций по резиновым шлангам.

Таким способом укладываются цементные растворные смеси для наливных полов. Кладочные и штукатурные смеси, как правило, подаются к месту использования в растворных ящиках и могут быть товарными, привезенными в готовом виде, или готовятся непосредственно на строительном объекте в растворосмесителе из известкового раствора с добавлением цемента и воды.

Такая технология работ с растворами влечет значительные колебания состава и свойств растворных смесей и растворов, ведет к большим потерям смесей. Отсутствие контроля качества растворов при приготовлении ведет к серьезным различиям в свойствах растворных смесей и растворов на смежных участках уложенного раствора, а следовательно, к различным по величине усадочным деформациям. Это проявляется в образовании сетки усадочных трещин на поверхности уложенного слоя раствора.

40