Требования, предъявляемые к воде

Водородный показатель воды (рН) должен быть не менее 4 и не более 12,5.

Общее содержание в воде ионов натрия (Na⁺) и калия (К⁺) в составе растворимых солей должно быть не более 1000 г/л. Недопустимо применение болотной и торфяной воды, а также содержащей органические вещества и неочищенные промышленные стоки.

Для целенаправленного регулирования свойств смесей и затвердевшего искусственного камня в процессе их изготовления вводят химические добавки на основе неорганических и органических веществ. По агрегатному состоянию добавки подразделяют на жидкие – Ж, пастообразные – П и твердые – Т в зависимости от количества входящих в состав веществ, однокомпонентные (ДО) и комплексные (ДК).

По основному эффекту действия(ГОСТ 30459-96) добавки подразделяют на регулирующие гидратацию цемента (ускорители, замедлители твердения и противоморозные, обеспечивающие процесс взаимодействия при отрицательной температуре), улучшающие пластичные свойства цементных смесей (пластификаторы и суперпластификаторы); вовлекающие воздух при перемешивании бетонных смесей и придающие цементному камню водоотталкивающие свойства (воздухововлекающие и гидрофобные); создающие ячеистую структуру в бетоне (пено- и газообразующие); повышающие плотность цементного камня (уплотняющие); препятствующие разрушению арматуры в бетоне (ингибиторы коррозии стали); защищающие бетон от разрушения микроорганизмами (биоцидные) (ГОСТ 23732, СТБ 1112-98).

К ускорителям тверденияотносятся добавки, повышающие растворимость цемента: хлорид и нитрат кальция, сульфат натрия в количестве до 2% от массы цемента, кристаллические добавки-затравки (гипс), создающие условия для более быстрой кристаллизации и твердения цементного теста. Эти добавки применяют как при бетонировании на строительной площадке в условиях низких положительных температур, так и при получении сборных конструкций на заводе с целью экономии энергозатрат на их производство. Изготовление бетонной смеси на заводе и транспортировка ее к месту укладки, особенно в летний период, часто сопровождаются потерей пластичности вследствие интенсивного при повышенной температуре взаимодействия цемента с водой. В этих условиях в бетонную смесь вводят замедлители твердения,которые представляют собой или органические поверхностно-активные вещества, образующие адсорбционный слой на поверхности цементных зерен, замедляющий на определенный период взаимодействие цемента с водой (СДБ), или вещества, эффект которых связан с кристаллизацией малорастворимых соединений, экранирующих поверхность цемента (сахара, соли некоторых органических кислот). При последующем перемешивании защитный слой нарушается, и бетонная смесь приобретает свойства твердеть и набирать прочность в обычном режиме.

Определенный обширный класс составляют противоморозные добавки. Механизм их действия заключается в способности понижать температуру замерзания воды, причем тем в большей степени, чем выше концентрация раствора. Таким свойством обладают как органические, так и неорганические соединения. Так как в случае перехода воды в лед всякие химические взаимодействия прекращаются, то введение их в бетон, обеспечивая сохранность воды (раствора) в жидком виде, создает нормальные условия для прохождения реакций гидратации цемента при отрицательной температуре. В качестве противоморозных добавок используют как однокомпонентные: хлорид натрия и кальция, карбонат калия (поташ), нитрит натрия, мочевину, так и комплексные: НКМ (Са(NO₃)₂ + мочевина), ННХК (Са(NO₃)₂ + Са(NO₂)₂ + СаСl₂), СаСl₂+ NaNO₂. Многокомпонентные добавки применяют в том случае, когда хотят или повысить общий основной эффект действия, или уменьшить отрицательные свойства одного из компонентов. Например, СаСl₂ является сильным антифризом, способным образовывать растворы с температурой замерзания минус 25^оС, однако наличие агрессивного по отношению к стальной арматуре хлор-иона резко ограничивает применение при бетонировании железобетонных конструкций. Снять ограничения стало возможным за счет сочетания с NaNO₂, обладающего свойствами антифриза и ингибитора коррозии стали. Введение поташа (карбоната калия) в количестве до 7% от массы цемента вызывает быстрое схватывание и потерю подвижности смеси. Это значительно усложняет технологию производства бетонных работ, поэтому добавку используют совместно с такими замедлителями твердения, как меласса
(отход сахарного производства), СДБ, модифицированная ЛСТ, и др.

Добавки-пластификаторы(ССБ, СДБ, СПС, 10-03, МФАС-Р, 100-П и др.) вводят в бетонную смесь в количестве 0,1 – 0,3% от массы цемента. Основной эффект этих поверхностно-активных веществ связан с улучшением смачивания водой цементных зерен за счет поверхностной адсорбции и облегчения скольжения частиц при перемешивании относительно друг друга. В последнее десятилетие все большее распространение получают добавки-суперпластификаторы (С-3, С-НПИ),представляющие собой высокоэффективные органические поверхностно-активные вещества. Введение их в количестве 0,3 – 1% от массы цемента в пересчете на сухое вещество (т.к. часто это водные растворы) позволяет без увеличения расхода воды получить высокоподвижные, литые бетонные смеси, что дает возможность частично или полностью отказаться от вибрации при формовке изделий и обеспечивает их транспортировку по трубопроводам пневматическим способом или с использованием бетононасосов. При сохранении заданной пластичности за счет значительного сокращения расхода воды (до 20%) снижают продолжительность термовлажностной обработки, повышают плотность, прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона. Как показала многолетняя практика их использования, добавки этого класса несколько снижают темп роста прочности бетона в начальные сроки естественного твердения, в связи с этим их часто используют в комплексе с ускорителями твердения.

Введение органических гидрофобных добавокв количестве 0,01 – 0,03% от массы цемента не только обеспечивает долговременное хранение вяжущего, но и уменьшает смачиваемость стенок пор, капилляров цементного камня и поверхности бетонных изделий. При перемешивании бетонной смеси добавки вызывают повышенное воздухововлечение, что обеспечивает преобладание в бетоне замкнутых, недоступных проникновению воды пор, заполненных воздухом, которые значительно повышают морозостойкость бетона.

С целью придания бетону ячеистой структуры, характеризующейся равномерно распределенными замкнутыми порами по всему объему примерно одного размера, заполненными газом или воздухом, вводят газо- и пенообразующие добавки. Наиболее часто применяется алюминиевая пудра, реакция которой с продуктом гидратации трехкальциевого силиката – гидроксидом кальция или самим вяжущим – известью приводит к выделению газообразного водорода.

Органические соединения, обладающие способностью образовывать устойчивую пену (мыло, гидролизованная кровь животных и др.), применяют при получении пенобетона.

Условия эксплуатации некоторых конструкций (железобетонные трубы, емкости для хранения жидких продуктов) требуют, чтобы бетон обладал высокой плотностью и непроницаемостью. С этой целью вводят специальные уплотняющие добавки в количестве 1 – 3% от массы цемента: хлорид железа, сульфат алюминия. Продукты взаимодействия этих веществ с гидратными новообразованиями цементного камня, обладая низкой растворимостью, заполняют (кольматируют) поры бетона, повышая его плотность.

При введении хлоросодержащих добавок (ускорителей, уплотняющих, противоморозных) вследствие высокой активности содержащихся хлоридов по отношению к стальной арматуре, как говорилось выше, возникает опасность ее коррозии. Аналогичные опасения имеют место и при эксплуатации железобетонных конструкций в условиях действия жидких и газообразных соединений хлора. Чтобы по возможности исключить разрушение арматуры, приводящее к потере несущей способности всей конструкции, при ее изготовлении в бетонную смесь вводят самостоятельно или в комплексе с хлоросодержащими добавками такие ингибиторы коррозии, как нитриты, хроматы и бораты.

В последние годы все больше внимания уделяют биоповреждениям в строительстве. В частности, долговременные исследования эксплуатации зданий и сооружений показали, что микроорганизмы разрушают не только древесину и полимеры, но и такие неорганические материалы, как металлы и бетон. Этот вид коррозии характерен для сельскохозяйственных сооружений, предприятий пищевой и деревообрабатывающей промышленности, банно-прачечных комбинатов и т.д. С целью исключения развития микроорганизмов на поверхности конструкций и разрушения их продуктами жизнедеятельности в бетонную смесь вводят биоцидные добавки,представляющие собой соединения меди.

В зависимости от назначения в смесь, состоящую из воды, минерального вяжущего и в ряде случаев химических добавок, вводят тонкомолотый наполнитель (красочные составы, грунтовки, шпатлевки), мелкий заполнитель (строительные растворы) или мелкий заполнитель в сочетании с крупным при получении бетонов.

Заполнителизанимают в бетоне до 80% объема, следовательно, их введение не только сокращает расход энергоемкого, дорогостоящего вяжущего, но и оказывает определенное влияние как на свойства пластичных смесей, так и на свойства искусственного каменного материала. Введение заполнителей, создающих жесткий, недеформируемый каркас в изделии, снижает усадку цементного камня, составляющую до 2 мм/м, примерно
в 10 раз, положительно влияет на сроки службы изделий и конструкций.

Применение высокопрочного заполнителя при получении бетона, повышая его общую прочность, снижает деформации конструкции под нагрузкой и уменьшает ползучесть цементного камня. При использовании легких
заполнителей улучшают теплоизоляционные и акустические свойства за счет повышения общей пористости бетона. Специальные особо-плотные и тяжелые заполнители придают бетону и раствору уникальное свойство радиационной защиты.

Производству нерудных материалов в Республике Беларусь уделяется большое внимание. Так, песчано-гравийная смесь поступает с восьми заводов и карьеров, крупнейшие из которых расположены в Брестской, Витебской и Минской областях. Щебень поставляют щебеночный завод «Глушковичи» и ПО «Гранит». На отечественном сырье работает ОАО «Завод керамзитового гравия» (г. Новолукомль), Петриковский завод стройматериалов, специализирующийся на производстве пористых заполнителей – перлита и аглопорита (ил. 28).

Стандартом Беларуси (СТБ 4.211-94) установлена следующая
номенклатура выпускаемых заполнителей для бетонов: щебень из горных пород, гравия, шлаков; гравий для строительных работ; песок природный и дробленый, обогащенный и фракционированный; смесь песчано-гравийная; керамзитовый гравий, щебень и песок, аглопоритовый щебень и песок.

Заполнители классифицируютпо размерам зерен, форме, структуре, средней или насыпной плотности, способу производства и назначению. По размерам зерензаполнители подразделяют на мелкий и крупный. Мелкий заполнитель – песок с размером зерен от 0,14 до 5 мм, крупный – гравий с зернами от 5 до 70 мм и щебень до 120 мм. Пески могут быть природными кварцевыми, которые добывают в карьерах открытым способом или подводным со дна водоемов, и дроблеными, полученными измельчением каменных горных пород. Крупный заполнитель по форме зерен подразделяют на окатанный гравий округлой формы и щебень угловатый, полученный дроблением природного или искусственного материала. Для получения плотного бетона наиболее предпочтительна малоокатанная (щебневидная) форма зерен, хуже – окатанная, еще хуже – пластинчатая и игловатая, снижающие прочность бетона. В зависимости от формы зерен ГОСТ 8267-82 устанавливает три группы щебня из естественного камня: кубовидную, улучшенную и обычную. По структурезаполнители могут быть плотными, если их общая пористость меньше 10%, и пористыми при увеличении содержания пор. По насыпной плотностикрупные заполнители делятся на тяжелые (свыше 1000 кг/м³) и легкие (до 1000 кг/м³). Граница между тяжелым и легким песком 1200 кг/м³. В зависимости от способа получения заполнители классифицируют на природные, искусственные, полученные из отходов производств или попутных продуктов. Природные плотные заполнители производят механическим измельчением таких горных пород, как доломит, известняк, гранит. Свойства этих материалов идентичны свойствам сырья, из которого они получены. При изготовлении бетонов широкое применение находит также природная смесь гравия и песка, образовавшаяся в результате разрушения первичных магматических горных пород. При содержании песка 25 – 40% от всего материала смесь называют песчано-гравийной.

Пористые заполнители получают или искусственным путем (керамзит, аглопорит, перлит, гранулированное ячеистое стекло), или дроблением пористых горных пород – вулканической пемзы, туфа. В последние годы широкое применение в качестве легкого заполнителя находят отходы, полученные при сгорании твердых видов топлива (шлаки, золы); деревообработки (опилки, стружки) и растительные волокнистые отходы (льняная костра, солома зерновых культур, макулатура).

Наибольший размер зерен крупного заполнителя, используемого для изготовления бетонных смесей, должен быть не более 3/4 расстояния между арматурными стержнями, 1/3 толщины изделия или конструкции.

Марка крупного пористого заполнителя по насыпной плотности для теплоизоляционных бетонов должна быть не более 400 кг/м³, для конструкционно-теплоизоляционных – не более 600 кг/м³ и для конструкционных – не менее 300 кг/м³. Марка пористого песка по насыпной плотности
в зависимости от назначения составляет не более 300 кг/м³ для теплоизоляционных бетонов, 200 – 1000 кг/м³ для конструкционно-теплоизоляци-онных и 200 – 1200 кг/м³ для конструкционных.

Значительным резервом в обеспечении строительства качественными заполнителями для бетонов являются так называемые попутные продукты – пустые горные породы, попутно добываемые при разработке месторождений различных полезных ископаемых: руды, угля.

Качество заполнителейоцениваютпо зерновому или гранулометрическому составу, насыпной плотности, пустотности, содержанию вредных примесей и влажности.Кроме этого для крупного заполнителя определяют прочность и, в зависимости от условий работы будущей конструкции, такие специальные свойства, как морозо-, кислото- и жаростойкость и т.д.

Зерновой составпоказывает содержание зерен разной крупности, выраженное в процентах. Определение проводят просеиванием пробы через набор стандартных сит с разными диаметрами отверстий. Для получения плотного, прочного бетона, обладающего пониженной деформативностью, необходимо применять тяжелый заполнитель разного размера (разнофракционный), позволяющий обеспечить более полное насыщение единицы объема. При изготовлении высокопористого бетона, наоборот, предпочтительно использование только крупного заполнителя одного размера (однофракционного) в сочетании с минимальным расходом цемента. В этом случае заполнитель соединяется цементным клеем только по контактам, оставляя свободные пространства, заполненные воздухом.

С зерновым составом связан другой показатель качества – пустотность, представляющая собой процентное отношение объема межзерновых пустот ко всему объему, занимаемому заполнителем в свободном насыпном состоянии. Это очень важная характеристика, так как в плотном бетоне, используемом для изготовления несущих конструкций, все пустоты должны быть заполнены цементным камнем, обладающим рядом таких отрицательных свойств, как пористость, усадка, ползучесть. Поэтому чем меньше пустотность, тем меньше расход цемента при получении бетона и, следовательно, выше его морозостойкость, водонепроницаемость, ниже деформативность и ползучесть.

Насыпная плотность,определяемая как отношение массы заполнителя к занимаемому им объему, является важным показателем при получении легкого бетона различного назначения: для изготовления несущих, ограждающих конструкций или теплоизоляции зданий.

В действующих стандартах (ГОСТ 8267-93) принято оценивать форму зерен заполнителей соотношением их размеров. Квредным примесям в щебне относят пластинчатые (лещадные)иигловатые зерна, толщина или ширина которых меньше длины более чем в 3 раза. В зависимости от марки проектируемого бетона их содержание не должно превышать
15 – 50%. Отрицательное влияние, прежде всего на прочность бетона, связано с низкой прочностью таких зерен, а также ухудшением формуемости бетонной смеси и увеличением расхода цемента. Кроме перечисленных, к вредным примесям можно отнести отбитости в зернах керамзита, наличие пылевидных и глинистых частиц в мелком (не более 3%) и крупном заполнителе. Находясь на поверхности зерен, они не только снижают прочность сцепления заполнителя с цементным камнем, но и в случае глинистых соединений, обладающих высокой гидрофильностью и водоудерживающей способностью, требуют повышенного расхода воды при получении бетонной смеси. Это приводит к повышению пористости и,как следствие, снижению прочности и морозостойкости бетона.

Прочность при сжатии крупного плотного заполнителя(щебня, гравия)определяют косвенным методом по его дробимости. Чем больше раздробилось заполнителя при сжатии (раздавливании) в цилиндре под определенной нагрузкой, тем меньше его прочность. В зависимости от потери массы при испытании (%) определяют марку по прочности (П) 200 – 1400 (кгс/см²). Для пористых заполнителей марку по прочности П15 – П400 устанавливают в зависимости от прочности при сдавливании в цилиндре, МПа. Прочность заполнителя как основного составляющего компонента бетонной смеси оказывает большое влияние на марку получаемого бетона. На основании экспериментальных исследований было установлено, что при проектировании высокопрочного тяжелого бетона (В45 и более) марка заполнителя должна вдвое превосходить прочность бетона, низкомарочного (менее В45) – в полтора. Введение пористого заполнителя, обладающего меньшей прочностью по сравнению с цементным камнем, снижает общую прочность бетона.

На заводах по производству растворных, бетонных смесей и бетонных конструкций необходим постоянный контроль влажностизаполнителей, т.к. излишнее, по отношению к расчетному, количество воды может вызвать не только нарушение однородности и расслаивание бетонной смеси, но и формирование пористой структуры, снижающей прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетонных изделий.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ НОРМАТИВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. СТБ 4.211-94. Материалы строительные нерудные и заполнители для бетона пористые. Номенклатура показателей.

2. СТБ 1112-98. Добавки для бетонов. Общие технические условия.

3. СТБ 1114-98. Вода для бетонов и растворов. Технические условия.

4. СТБ 1217-2000. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия.

5. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия.

6. ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия.

7. ГОСТ 8269-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленных работ. Методы физико-механических испытаний.

8. ГОСТ 30459-96. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности.

9. Пособие П1-99 к СНиП 3.09.01-85. Применение добавок в бетоне.

ГЛАВА 6.

Материалы и изделия на основе

минеральных вяжущих

На основе минеральных вяжущих веществ получают красочные составы, используемые для декоративной отделки и защиты внутренней поверхности стен, фасадов зданий, общестроительные (кладочные, отделочные) и специальные растворы, тонкостенные асбестоцементные изделия, а также легкие и тяжелые бетоны различного назначения.

6.1. Красочные составы и строительные растворы

Для отделки фасадов зданий и внутренних кирпичных, бетонных, оштукатуренных поверхностей целесообразно использовать шпатлевочные, грунтовочные и красочные составына основе гипса, извести, жидкого стекла, белого и цветного портландцемента. Работа с ними безопасна, не требует применения таких дорогостоящих и вредных для организма человека материалов, как полимерные смолы и органические растворители. Примеры используемых составов приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1