Основні принципи створення високоміцних і особливо високоміцних бетонів.

Розглядається технологія виробництва високоміцних (з міцністю 150-200 МПа) бетонів.

Значення термінів "високоміцний", "особливо високоміцний", "суперміцна" бетон постійно змінювалося. У практиці будівництва будівель і споруд із залізобетону в Росії максимальна міцність використаного високоміцного бетону, за нашими даними, не перевищувала марки М1000.

У практиці будівництва із залізобетону в США, Японії, Канади, Норвегії, Німеччини використовуються бетони з міцністю 120-140 МПа. В лабораторіях цих країн розроблені щебеневі і бесщебеночные тонкозернисті реакційно-порошкові бетони з самоуплотняющихся сумішей з міцністю 150-250 МПа. Перспективи використання таких бетонів з надзвичайно високою міцністю на розтяг і тріщиностійкістю, що забезпечуються в повному обсязі конструкцій за рахунок використання тонкої і короткої арматури (геометричний фактор L/d = 30-60), будуть постійно розширюватися. Хоча вартість таких бетонів в 1,5–1,8 рази вище бетонів класів В30–50, однак зниження обсягу бетону в конструкціях в 4-6 разів дозволяє економити витрати всіх складових бетону в 2-3 рази.

Крім цього, у стільки ж разів знижуються транспортні витрати, значно знижується маса будівель і споруд.

У Росії особливо високоміцні бетони поки не затребувані. Немає умов для їх одержання хоча є високоміцні гірські породи, мікрокремнезем і ефективні вітчизняні та зарубіжні супер - і гиперпластификаторы. Гірничодобувна промисловість не постачає миті високоміцні заповнювачі фракції 3-10 або 3-12 мм і збагачені піски. Не освоєно виробництво кам'яного борошна з питомою поверхнею 300-350 м²/кг Бетонозмішувальні цеху не мають достатньої кількості витратних бункерів і не обладнані високошвидкісними змішувальними агрегатами.

В теорії відсутня принципи підбору самоуплотняющихся бетонних сумішей з расплывом конуса 55-60 см для одержання особливо високоміцних фибробетонов. Не вивчені необхідні реотехнологические властивості бетонних сумішей.

Запропонована раніше [2, 3] класифікація реологічних матриць для високорухливих і литих бетонних сумішей, що відрізняються різними масштабними рівнями і забезпечують мінімальне граничне напруження зсуву, дозволяє сформулювати основні принципи створення високоміцних (ВПБ) і особливо високоміцних (СЗПБ) бетонів з супер - і гиперпластификаторами, з кам'яної борошном і реакционноактивными добавками. Оптимальне співвідношення компонентів у реологічних матрицях бетонних сумішей для бетонів загального призначення з кам'яної борошном з невеликими витратами портландцементу також призводить до суттєвого підвищення міцності

Введення в бетонну суміш супер - і гиперпластификаторов і реакционноактивных пуцоланових добавок мікрокремнезему (МК) і микрометакаолина (ММК) — умова необхідна, але недостатня для створення ВПБ і СЗПБ з міцністю 150-200 МПа. Використовуючи суперразжижители в бетонах традиційних складів, що забезпечують заповнення каркаса бетону максимальною кількістю щебеню, можна збільшити міцність бетону в "худих" складах на 10-15 %, а в "жирних" — на 25-40 %. Додаючи МК або ММК, можна зв'язати до 20 % гідролізної вапна з аліта і беліта та підвищити міцність бетону на 20-50 %. В результаті загальне збільшення міцності може бути півтора-два. Використовуючи для бетону М500 економічний склад із співвідношенням компонентів Ц:П:Щ = 1:1,5:2 при витраті цементу 500 кг з маркою його М550, можна при В/Ц=0,38 отримати марку бетону 500. При введенні суперпластифікатора і зниження витрати води до 20-25 % можна підвищити міцність до 65-75 МПа. При введенні МК в кількості 15-20% від маси цементу можна з самоуплотняющихся бетонних сумішей досягти міцності бетону 80-100 МПа. Таке значення міцності є граничним для традиційних складів бетону. При цьому концентрація твердої фази, що обчислюється як відношення суми обсягів цементу, піску і щебеню до 1 м³ бетону, буде дуже високою і складе 85-89 % при водотвердом щодо бетонної суміші 0,072–0,090.

У статті [5] наводяться результати випробування високоміцного бетону, виготовленого з використанням ВНВ-100 активністю 92 МПа, митого гранітного щебеню, крупного піску і МК. Бетон мав до 28 діб. нормального твердіння міцність при стисненні всього 86 МПа. Це є доказом того, що подальше підвищення міцності неможливо без кардинальної зміни складу і топологічної структури бетону. Нова рецептура і структура високоміцних бетонів повинна збільшити обсяг реологічної водно-дисперсної матриці (V_д^п) першого роду, що складається з цементу, добавки МК і води. Ця більш об'ємна матриця повинна забезпечити вільне переміщення частинок піску у водно-дисперсної системи.

Підвищення коефіцієнта розсунення зерен піску можна здійснити за рахунок додавання води. Але це призводить до розшарування бетонної суміші і зниження міцності бетону.

В бетонах нового покоління обсяг реологічної матриці необхідно збільшувати додаванням до цементу не тільки МК, але і дисперсних частинок кам'яної муки мікрометричного масштабного рівня. При цьому заміна цементу кам'яної борошном, як правило, не в змозі значно збільшити обсяг дисперсної реологічної матриці, якщо істинна щільність гірської породи незначно поступається щільності портландцементу. Обсяг дисперсної матриці може бути ще менше, якщо заміщає деяку частку цементу кам'яна мука, будучи більш реологічно активної в суспензії з суперпластифікаторами, ніж цементний суспензія, знизить кількість води. У цьому випадку борошно, забезпечуючи більш високу гравітаційну текучість при мінімумі змісту води, ніж цементний суспензія, ще більше знизить вміст водно-дисперсної системи за рахунок скорочення обсягу води. При значному додаванні до цементу борошно дозволить істотно збільшити обсяг водно-дисперсної матриці з високим водоредуцирующим індексом (ВІ). ВІ

більшості портландцементів в суспензіях становить 1,6–2,0 і рідко вище. Деякі види карбонатних і силицитовых кам'яних порід мають ВІ = 2-4, а окремі оксиди — до 4-6. Суміші цементу з деякими видами кам'яного борошна володіють синергетичним дією (соразжижением), і їх суспензії забезпечують реологічний індекс 2-3, тобто дво-трикратне зменшення кількості води при збереженні плинності з граничним напруженням зсуву 5-10 Па.

Другий важливий для забезпечення "високої" реології бетонних сумішей для високоміцних бетонів фактор — збільшення рухливості за рахунок збільшення обсягу цементно-водно-піщаною реологічної матриці другого рівня. Вона повинна забезпечити вільне переміщення зерен щебеню у цементно-піщаної (розчинної) суміші, тобто необхідна суттєва розсунення зерен щебеню.

При розрахунку складу бетону за методом абсолютних обсягів досягнення раціональної реології забезпечується збільшенням прошарку цементного тіста між частками піску і прошарку цементно-піщаного розчину між зернами щебеню. У формулах розрахунку складу бетону це враховується коефіцієнтом розсунення зерен щебеню α, який варіює від 1,1 до 1,5. Зробити коефіцієнт розсунення вище 1,5 можна за рахунок збільшення частки піску або об'єму цементного тіста. У першому випадку бетон стає "запесоченным", зі зниженою міцністю. У другому — бетон стає більш дорогим із-за значного зниження частки щебеню, збільшення вмісту цементу.

при розрахунку складу бетону за методом абсолютних обсягів досягнення раціональної реології забезпечується збільшенням прошарку цементного тіста між частками піску і прошарку цементно-піщаного розчину між зернами щебеню

Для високоміцних бетонів підвищення кількості цементу на 10-20 % понад 500 кг/м³ є неминучим. Відповідно, необхідно збільшити частку кам'яного борошна, а також МК або ММК, щоб зменшити вміст щебеню і піску.

Таким чином, топологічна структура високоміцних і особливо високоміцних бетонів принципово має відрізнятися від структури бетонів загального призначення марок 300-600, мають компактну упаковку зерен піску в цементом тесті і зерен щебеню на цементно-піщаному розчині. У цій структурі принцип безперервної гранулометрії щебеню, "непорушний" для традиційних бетонів, не є обов'язковим. Іншими словами, бетон повинен бути з "плаваючою" структурою піску і щебеню, тобто малопесчаным і малощебеночным.

Введемо в якості критеріальних параметрів такої структури критерій надлишку абсолютного обсягів реологічної дисперсної матриці над абсолютним

об'ємом піску і критерій надлишку обсягу реологічної цементно-дисперсно-піщаної матриці над обсягом щебеню:

де — абсолютні обсяги цементу, кам'яного борошна, МК, піску, щебеню і води відповідно.

Обсяги компонентів на 1 м³ в рецептурі звичайних і високоміцних бетонів представлені на рис. 1.

Проведеними дослідженнями встановлено, що якщо в звичайних бетонах варіюється від 1,2 до 1,6, — від 1,15 до 1,5, то для ВПБ і СЗПБ змінюється від 3,0 до 3,5, а — від 2,2 до 2,5. В окремих високоміцних бетонах значення цих критеріїв можуть бути ще більше: =3,5–3,9, =3,0–3,5.

В табл. 1 представлені розрахунки критеріїв і для ВПБ, СЗПБ і бетонів загального призначення. Склади дисперсно-армованих ВПБ (склади 1–3), виготовлених з бетонної суміші з використанням кварцової борошна та МК з осадкою великого конуса (німецький стандарт) 55-60 мм і міцнісні показники бетонів взяті зі статті [6]. Склад бетону підвищеної міцності (склад 4), виготовленого з бетонної суміші на ВНВ-100 (зміст СП не вказується) з 10 % МК від маси цементу, взяті зі статті [5].

№ складу	Витрата матеріалів на 1 м3, кг/л								В/Ц	В/Ц+Д	ρ бетонної суміші, кг/м3 (без фібри)	Обсяги матриць, л				Rсж, МПа, НУ	Rсж, МПа,ТО
	Ц	П	Щ	Добавка (Д)		Ф	В	СП
				МК	КМ*							**	**
1	630*** 203	433 166,5	867 289	158*** 60,8	197 82,2	192 24,6	151 151	8,0	0,24	0,153	2449			3,04	2,33	155-172	182-184
2	580*** 188	354 136	711 237	177 73,7	325 125	194 24,9	163 163	9,2	0,28	0,150	2383	527	663,7	3,9	3,53	—	191-202
3	722*** 233	425 163	850 283	181 69,6	118 49	192 24,6	157 157	8,0	0,22	0,154	2430	509	672	3,12	2,37	—	192-210
4	569**** 183	617 233	901 334	57 24	—	—	194 194	ВНВ	0,34	0,31	2338	301	634	1,72	1,90	86,0	—
5	500• 161	620 234	1132 419	—	—	—	180 180	4,0	0,36	—	—	341	575	1,46	1,37	69,5	—
6	450• 145	616 232	1140 422	50• 22	—	—	180 180	5,2	0,40	0,36	—	347	579	1,49	1,37	73,4	—
7	400 129	600 230	1150 426	—	—	—	200 200	—	0,50	—	2350	329	559	1,43	1,31	32,0	—
8	400 129	692 266	1134 420	—	—	—	168 168	4,0	0,40	—	2394	303	569	1,14	1,35	38,0	—

 

Таблиця 1. Порівняння складів високоміцних і звичайних бетонів та аналіз реологічних матриць

Примітки:

1. Склади бетону з метакаолином наведені в [1].

2. Розрахунок критеріїв і виконаний за формулами 1 та 2.

3. Склади 1-3 і їх міцнісні показники наведені в [6].

4. Склад 4 і його значення міцності наведені в [5].

Бетон загального призначення (склади 7, 8) без та з СП, зі збільшенням витрати піску на 10 % і без зменшення витрати щебеню на 10%, із зменшеною витратою води, у відповідність з попередніми рекомендаціями НИИЖБ (для зменшення розшарування), виготовлені нами.

Як випливає з таблиці, всі ВПБ [6] мають високі значення та за рахунок значного додавання МК і кам'яного борошна (КМ).

В бетонах, виготовлених тільки з дисперсної добавкою МК [5], обсяги реологічних матриць при солідному витраті цементу хоч і збільшилися в 1,7–1,9 разів у порівнянні з бетонами загального призначення, але істотно нижче, ніж повинні бути в структурі супербетонов. Таким чином, цемент низькою водопотребности, який зазвичай забезпечує в суспензії високий ВІ (за нашими дослідженнями, 2,1–2,5), не в змозі зробити бетон високоміцний. Тому для досягнення високої міцності бетону на ВНВ його необхідно використовувати з добавкою кам'яного борошна для створення раціональної топологічної структури бетону, а не тільки забезпечити високий розріджує ефект СП у ВНВ. Здатність розріджувати суперпластифікатора в ВНВ висока, а об'єму дисперсної фази для забезпечення вільного переміщення частинок піску і зерен щебеню в достатній кількості немає. Для бетонів високої міцності більш ефективні не ВНВ-100, а ВНВ-60–70, вміст яких в бетоні повинна бути 900-1000 кг на 1 м³ бетону.

У статті [1] наведено склади бетонів, один з яких виготовлений з СП (склад 5), а інший з СП і метакаолином (склад 6), замещающим 10 % цементу. Як випливає з таблиці, заміна портландцементу метакаолином дозволила підвищити міцність бетону лише на 6 % порівняно з контрольним. Критерії і практично залишилися на тому ж рівні, що і в звичайному бетоні без СП з міцністю 32 МПа.

Таким чином, можна зробити наступні висновки.

1. Кардинальне підвищення міцності бетонів з суперпластифікатори від марки 1000 до марки 1500-2000 при активності цементу 500-550 досягається раціонально підібраним складом і многокомпонентностью бетону, а також за рахунок раціональної реології та додаткового синтезу гідросилікатів в капілярно-пористій структурі цементного каменю.

2. Поліпшення реології шляхом істотного розрідження цементно-водної матриці забезпечується використанням ефективних супер - і гиперпластификаторов і значним водопонижением в бетонних сумішах.

3. Використання ефективних супер - і гиперпластификаторов для підвищення міцності бетонів раціонних складів, що містять 400-500 кг цементу, є умовою необхідною, але недостатньою внаслідок обмеженого змісту цементно-водної матриці, що визначає реологію гравітаційної течії щебеневих бетонних сумішей.

4. Збільшення обсягу цементно-водної матриці, а разом з нею і міцності, можна досягти підвищенням вмісту цементу до 800-1000 кг на 1 м³ бетону. Однак такі бетони з пониженим вмістом крупного заповнювача є сильно усадочными, нетрещиностойкими і недовговічними. Вони володіють підвищеною повзучістю.

5. Для збільшення обсягу тонкодисперсної реологічної матриці в бетонних сумішах необхідно додавати до цементу значна кількість кам'яної муки, підвищуючи її частку до 50-70 % і більше до маси цементу. Така матриця, кардинально змінює склад і топологічну структуру бетону, перетворюючи бетон в малопесчаный, забезпечить вільне переміщення часток піску в мінерально-водно-цементній системі.

6. Не всяка кам'яна мука може бути використана для збільшення обсягу реологічної матриці з дисперсних частинок мікрометричного рівня. Кам'яна мука повинна бути реологічно активної в суспензії з суперпластифікаторами і забезпечувати більш високу гравітаційну розтікання (плинність під дією власної ваги), ніж цементний суспензія. Реологічні властивості такої суспензії повинні забезпечувати високий водоредуцирующий індекс при водопонижении із збереженням плинності.

7. Водоредуцирующий індекс (ВІ) у пластифікованої суспензії кам'яного борошна, оцінюваний при рівній плинності з непластифицированной, рівний ВІ=В_н/В_п, де_н і В_п — вміст борошна без СП і з СП у % до масі борошна, повинен бути не менше 2,0–2,2. Зменшення витрати води в більшу кількість разів є гарантією досягнення високої об'ємної концентрації твердої фази в об'ємі саморастекающейся бетонної суміші.

8. Висока реологічна активність кам'яного борошна повинна забезпечувати високу (більш високу) активність суміші "цемент — борошно" в їх суспензії з суперпластифікатором. При цьому можливо як синергетична посилення ефекту дії суперпластифікаторів, так і антагоністичну, що приводить до водосодержанию більш високому, ніж за правилом адитивності. При виборі кам'яного борошна перевага віддається тій, яка добре поєднується в парі з портландцементом, забезпечуючи гравітаційне протягом бінарної водно-мінеральної дисперсії з мінімальною кількістю води (14-18 %) і найменшою межею плинності (5-10 МПа).

9. Реалізація більш високої міцності за рахунок синтезу додаткової кількості гідросилікатів в структурі бетону досягається добавками активного МК, ММК або кислої золи мультициклонов (з мінімальною кількістю незгорілих залишків), частка яких становить 10-30 % і залежить від змісту портландцементу.

10. Високодисперсні активні добавки не повинні мати відкритої пористості на відміну від природних капілярно-пористих пуцоланових добавок (трепел, опока, діатоміт тощо). При такій мікроструктурі вони посилюють реологічних активність мінерально-водно-цементної матриці за рахунок розміщення частинок нанометричного масштабного рівня (100-1000 нм) у вміщуючих порожнечах портландцементу і борошна мікрометричного масштабного рівня. Таке взаємовплив розмірів визначає принцип оптимальної гранулометрії портландцементно-мінерально-микрокремнеземистой порошкової суміші і підсилюють взвешивающую здатність матриці для частинок піску, що виключає розшарування.

11. Збільшення кількості портландцементу для високоміцних бетонів на 20-30 %, у порівнянні з загальноприйнятими витратами 500-600 кг для марок 400-500 неминуче. У зв'язку з цим при витратах цементу 600-700 кг, кам'яного борошна 300-500 кг і мікрокремнезема 100-200 кг на 1 м³ бетонної суміші загальна маса мінерально-портландцементного порошку складе 1000-1100 кг, а піску і щебеню — 1200-1300 кг. Таким чином, ВПБ і СЗПБ завжди повинні бути малопесчаными і малощебеночными, тобто з "плаваючою" структурою піску у дисперсної матриці і щебеню в зернисто-дисперсної матриці.

12. Структура і топологія ВПБ і СЗПБ відрізняється від структури звичайного бетону перетворенням частки зернисто-щебеневої компоненти звичайних бетонів в дисперсну компоненту ВПБ і СЗПБ. Така зміна структури складу бетонної суміші забезпечує не тільки значне зниження опору вільному переміщенню частинок піску і щебеню реологічних матрицях з різними масштабними рівнями, але і високу щільність дисперсної матриці з незначними усадочными деформаціями і повзучістю під навантаженням.

13. Важливими критеріями складу, структури і топології бетонних сумішей для ВПБ і СЗПБ є критерії надлишку абсолютного обсягу реологічної дисперсної матриці над обсягом піску і надлишку — абсолютного обсягу реологічної цементно-мінерально-піщано матриці над обсягом щебеню . При цьому повинен знаходиться в межах 3,0–3,5 , а — 2,3–2,5. В бетонах високої міцності з вмістом МК до 30-35 %, що піддаються тривалій тепловій обробці, може підвищуватися до 3,8–4,0, — до 3,0–3,5.

14. Кам'яна мука для виготовлення ВПБ і СЗПБ повинна виготовлятися з міцних і щільних гірських порід для виключення капілярного поглинання розчину СП і зневоднення бетонної суміші в процесі її приготування і укладання.

15. Щебінь для виготовлення бетонів повинен володіти високою міцністю. Краща фракція щебеню 3-10 або 3-12 мм з мінімальною кількістю лещадної та игловатых частинок.

16. Приготування якісних бетонних сумішей пов'язане з правильно обраною процедурою змішування компонентів і високоінтенсивним перемішуванням компонентів. Для зменшення енергії на перемішування доцільно використовувати змішувачі із змінною швидкістю обертання і спеціальних лопатей малого діаметра. Для микрооднородного змішування компонентів бетонної суміші доцільно використовувати бетонозмішувачі німецької форми "Eirich".

17. Саморозтічна і самоуплотняющаяся бетонна суміш для ВПБ і СЗПБ має після укладання і початкового твердіння високою аутогенним усадкою, величина якої може досягати 0,8–1,0 мм/м і більше. Причина її пов'язана не з випаровуванням води, а з підвищеною хімічною контракцией і контракцией, пов'язаної з більш щільною адсорбцією молекул води на частинки дисперсної фази, зміст якої значно вища, ніж у звичайних бетонах. Цей процес визначає формування високої щільності та міцності.

18. В процесі інтенсивного перемішування бетонної суміші з суперпластифікаторами неминуче залучення бульбашок повітря. Після укладання бетонної суміші повітряні бульбашки частково видаляються з об'єму під дією сил Архімеда. У зв'язку з швидким утворенням на поверхні виробів, що контактують з повітрям, щільного шару необхідно покривати виріб плівкою, яка перешкоджає випаровуванню води і не заважає видалення бульбашок повітря.

19. Відформовані вироби з бетонних сумішей для ВПБ і СЗПБ більшою мірою потребують в захисті від зневоднення у зв'язку з малим вмістом води.

20. Для отримання пропарених виробів з більш високою міцністю (200-250 МПа) частку МК можна збільшити до 30 % і використовувати кварцову борошно. У цьому випадку можуть бути використані жорсткі режими теплової обробки (до 90-95 С) з великою тривалістю ізотермія (до 24-36 год).

21. Висока міцність на осьовий стиск ВПБ і СЗПБ (а разом з нею і висока крихкість і непропорційно низька міцність на осьовий розтяг) відкриває широкі можливості для дисперсного армування таких бетонів та короткою тонкою високоміцною арматурою при низьких об'ємних ступенях армування. Це дозволяє отримувати ВПБ і СЗПБ з міцністю на осьовий розтяг 10-12 МПа і на розтяг при вигині 20-40 МПа.

Прийом бетонних і залізобетонних конструкцій після закінчення робіт.

 

Завершальним етапом залізобетонного і бетонного виробництва є підсумковий контроль над вже готовими конструкціями перед тим, як будівлі і споруди вже будуть здані Державної приймальної комісії. У процесі приймання якість бетону перевіряють зовнішнім оглядом поверхонь, простукують бетон. А якщо стає ясно, що випадок досить сумнівний, то призначаються додаткові лабораторні випробування та пробні навантаження.

Обмеряют конструкції зазвичай одночасно з визначенням міцності бетону. У той же час за допомогою геодезичних інструментів перевіряється те, наскільки фактичний стан конструкції відповідає проектному положенню споруди в цілому (маються на увазі розташування осей, вертикальність, горизонтальність). Виконавчі схеми складаються по завершенню перевірки на основі її результатів.

 

Список документів для здачі бетонної конструкції

Ось список документів, які повинні бути обов'язково підготовлені виробником робіт до моменту здачі конструкції:

• журнал робіт;
• дані всіх контрольних випробувань, які проводилися над зразками бетону;
• акти на приховані роботи;
• акти приймання зварних арматурних каркасів і сіток;
• документи, які свідчать про те, що всі зміни були узгоджені і своєчасно встановлені;
• робочі креслення з нанесенням змін, які допускалися під час будівництва;
• виконавчі креслення (якщо зміни були значними).

Когда на данном объекте имели место серьезные исправления конструкции или просто специальные работы, кусаемые устранения дефектов или усиления бетонных конструкций, тогда дополнительно следует предоставить рабочие чертежи усиления. Их обычно разрабатывают проектные организации, а осуществляет авторский надзор. Результаты контрольных испытаний образцов бетона, акты о выполнении указанных выше работ тоже должны быть предоставлены для контроля.

Что нужно обязательно проверить при приемке бетонных работ

В процессе приемки бетонных работ обязаны быть проверены:

• наличие и правильность выполнения деформационных швов;
• высокое качество установки закладных частей;
• наличие и правильность осуществленных работ по отношению к проекту отверстий, каналов, проемов каждой конструкций;
• прочность бетона, а в некоторых случаях и его морозостойкость и водонепроницаемость;
• качество строительных материалов, которые применялись в процессе работы;
• акты и сертификаты испытаний материалов на строительном объекте.

Статьи pp-budpostach.com.ua Все о бане

Статьи по пеноблоку,пенобетону,пенобетонным блокам

Статьи pp-budpostach.com.ua Статьи по бетону

Статьи Все о заборах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)