Добавки в бетон
Использование бетона в современных условиях немыслимо без применения дополнительных добавок. В промышленном строительстве уже не встретить бетонного раствора классического состава: цемент, щебень, песок и вода. Такая рецептура применима для частного строительства, неответственных конструкций и начинающими специалистами.
Для чего нужны добавки в бетон
Чтобы ответить на этот вопрос, надо знать свойства бетона. В первоначальном виде бетонная смесь состоит из четырех компонентов. Играя пропорциями водоцементного соотношения, регулируются показатели прочности и удобоукладываемости. Например, для того чтобы получить бетон популярной марки М300 или класса В22,5 необходимо задействовать в частях следующие материалы:
- Портландцемент марки М400 – 1часть.
- Щебень гранитный или гравийный- 3,3 части.
- Песок- 2 части.
- Вода- 0,57-0,6 части.
На выходе получается бетон с характеристиками:
- Прочность на сжатие- 29 Мпа или 270 кгс/см2.
- Подвижность или удобоукладываемость - П2. Измеряется по осадке конуса бетонной смеси относительно первоначальной формы, и составляет 7-9 см.
- Морозостойкость- F150.
- Водопроницаемость- W5.
- Плотность 2400 кг/м3.
О чем говорят эти цифры на практике. В практическом применении приготовленная смесь ведет себя следующим образом. Подвижности смеси на уровне П2 недостаточно, чтобы раствор гарантированно заполнил полости сложной опалубочной конфигурации объекта. Возникает угроза образования многочисленных пор и пустот. От этого лабораторный показатель прочности будет не 29 Мпа, а значительно ниже. Данный факт влияет на надежность бетонной конструкции и возможность выполнения возложенных на нее функций. Такой бетон сложно ровнять на площадке и формировать монолит. Необходимо придать смеси текучесть, пластичность, подвижность. Это можно сделать тремя способами:
- Внести большее количество воды. Избыток влаги неминуемо приведет к потере прочности, образованию трещин, повышению истираемости.
- Увеличить показатель тиксотропности. Тиксотропность- способность жидкости разжижаться при определенном виде механического воздействия. То есть использование бетонного вибратора решит вопрос текучести смеси. Но использование технологического оборудования влияет на удорожание работ с бетонной смесью и далеко не всегда оправданно и возможно использование виброинструмента.
- Добавить к бетонному раствору вещества, которые уменьшают сцепление частиц смеси между собой, тем самым увеличивая их подвижность. Так возникли пластификаторы.
Экспериментально установлено, что прочность близкую к 100% бетон набирает через 28 дней. Строительные нормы допускают предварительное нагружение бетона и его распалубку при 70-80% прочности. Этот показатель достигается за 5-7 дней. В существующих бизнес-моделях производства и строительства такой простой считается недопустимым. С другой стороны, в массивных и объемных конструкциях важно, чтобы процесс гидратации проходил плавно. В этом случае процесс кристаллизации раствора нужно замедлять. Для регулирования скорости кристаллохимического отверждения разработаны добавки ускорители и замедлители схватывания.
В классической по составу бетонной смеси возможна реакция гидратации только при положительных температурах. При температуре раствора +50С скорость реакции серьезно снижается, при 00С, когда вода кристаллизуется, прекращается вовсе. Фактор чрезвычайно важен тем, что непрогидратированная смесь никогда не наберет проектную прочность. Этот вопрос решают подогревом смеси или введением добавок, препятствующих замерзанию влаги.
В приведенном примере водопроницаемость бетона составляет W 5. Это значит, что при избыточном давлении воды в 5 кгс/см2 она не просочится сквозь стенку толщиной в 10 см. Изделия из бетона эксплуатируются в различных условиях, в том числе при долговременном воздействии влаги: фундаменты с высоким расположением горизонта грунтовых вод, опоры мостов, пирсы, причалы, судовые верфи. В этих случаях важно снизить проникновение воды в толщу бетона во избежание вымывания частиц вяжущего компонента, агрессивного химического воздействия и уменьшения прочности бетонной конструкции. Для улучшения показателя водонепроницаемости вводят водоотталкивающие компоненты.
Одним словом, добавки необходимы для улучшения технико-физических свойств цементных смесей и управления свойствами бетонов.
Какие бывают виды добавок
Для формирования проектных свойств в бетонные составы вносятся добавки:
- Пластификаторы
- Модификаторы
- Антиморозные добавки
- Водоотталкивающие
- Антикоррозийные
- Воздухововлекающие
- Для самоуплотнения
- Регуляторы набора прочности
- Для реставрационных работ
- Комплексные.
Пластификаторы
Наиболее популярный вид добавок. При использовании пластификаторов возможно увеличение подвижности бетонной смеси с П1 до П5. Использование пластификаторов делает бетонный раствор удобоукладываемым, прочным и долговечным. Пластификаторы обладают водоредуцирующими свойствами. То есть способны снижать расход воды без потери прочности цементного камня. Пластифицирующие добавки способны продлить жизнь раствору, препятствуют расслоению, позволяют задействовать на стройплощадке насосы. Привлечение техники ускоряет процесс закладки бетона в конструкцию и увеличивает производительность труда. Таким образом пластификаторы обладают рядом преимуществ:
- Повышают пластичность готового раствора.
- Экономят расход смеси
- Повышают трещиностойкость бетона.
- Увеличивают прочностные характеристики произведенного бетона до 30%.
- Пластифицированные бетонные растворы не требуют уплотнения.
- Возрастает морозостойкость бетона за счет снижения количества влаги при производстве.
- Растворы с пластификаторами обладают хорошей адгезией с разными поверхностями.
Пластификаторы выпускаются в виде жидкостей и порошковых смесей.
Антиморозные добавки
Не стоит полагать, что применяя антиморозные добавки, не нужно думать о температурных условиях, в которых происходит твердение бетонной смеси. Важно знать, что антиморозные добавки предназначены, в первую очередь, для того чтобы обеспечить доставку смеси в удобоукладываемом состоянии и не допустить кристаллизации влаги при укладке раствора. На площадке должны быть обеспечены меры по прогреву бетона и влажностный режим.
Противоморозные свойства добавки сводятся к одному принципу- понижению температуры замерзания воды в бетонной смеси. Это достигается за счет введения в бетонный раствор солей тех. квалификации: хлорида натрия, хлорида кальция, кальцинированной соды, поташа(карбоната калия), натриевой и кальциевой селитры, формиат натрия (натриевая соль муравьиной кислоты).
Применение исключительно противоморозных добавок сопряжено с рядом существенных минусов:
- Быстрое твердение бетона
- Используемые соли химически активны, способны вступать в реакцию с продуктами бетонной смеси, с последующим выделением вредных веществ, например, окислов азота или аммиака.
- Использование не по рецептуре приводит к коррозии арматуры и щелочной коррозии бетона.
- Снижается прочность бетона.
Чтобы нивелировать отрицательные проявления антиморозных наполнителей, рекомендуется использовать их только вкупе с пластифицирующими и воздухововлекающими компонентами, регуляторами твердения. Это позволяет снизить концентрацию противоморозных веществ.
О полной безопасности и экологичности антиморозных компонентов не может идти речи, пока в их составе есть хлор и опасные соединения азота. Поэтому лучшим способом повысит безопасность бетонной конструкции остается планирование работ в теплое время года.
Водоотталкивающие добавки
Наличие влаги в готовой бетонной конструкции может существенно влиять на ее свойства в худшую сторону. Если бетон способен впитывать, пропускать влагу, то непременно снижается прочность, долговечность и морозостойкость конструкции. Бетон способен накапливать влагу благодаря наличию в структуре пор и капилляров; присутствию внутренних напряжений и деформаций, которые ведут к образованию микро-и макротрещин. Водопроницаемость бетона обозначается буквенным индексом W. Нормируется от W2 до W20. Бетон с водопроницаемостью W4 используется в тех ситуациях, когда показатель гидрофобности (водоотталкивания) не имеет значения. W6- бетон с таким показателем наиболее часто используется в строительных работах. W8- бетон с таким показателем пропускает мало влаги и применяется для возведения фундаментов на сухих основаниях. Бетон с показателем гидрофобности выше W8 применяется для возведения гидротехнических сооружений.
Водоотталкивающие добавки в бетонную смесь работают по одному принципу: уплотняют бетонный монолит, уменьшают вероятность появления пор и капилляров. Такого эффекта удается добиться в результате химических реакций между водой цементом и наполнителем. В результате образуются нерастворимые соединения, заполняющие микропустоты. Водонепроницаемость бетона повышают нитраты, сульфаты, хлориды железа, сульфаты алюминия, добавки на основе битумных эмульсий.
Защитить бетон от проникновения влаги можно используя проникающие составы, нанося их на застывшую конструкцию. В этом случае гидрофобизатор проникает вглубь материала на 5-15 см., реагирует, образует полимерные соединения, надежно закупоривает капилляры и поры. Такой метод применяется не только для вновь возведенных строительных конструкций, но и для подверженных растрескиванию изделий.
Антикоррозийные добавки
Служат для снижения щелочной коррозии бетона. Антикоррозийный класс добавок призван связать свободные гидроксильные группы. За счет этого происходит уплотнение бетона, повышается его гидрофобность и долговечность.
Воздухововлекающие добавки
Воздухововлекающие добавки используются для увеличения морозостойкости бетона. Пузырьки воздуха в монолите образуют микропустоты. При отрицательных температурах свободная вода застывает, расширяясь и при этом разрывает бетонный камень. В случае наличия мелких пустот, вода заполняет микро- пространство, не нанося вреда монолиту. Воздухововлекающие добавки способствуют снижению плотности бетона, и следственно, прочности. Поэтому вносить воздухововлекающий наполнитель следует с осторожностью и строго следуя указаниям производителя. Воздухововлекающие компоненты применяются также для намеренного снижения удельной массы бетонной смеси; улучшения тепло-и звукоизоляции; снижения расслаиваемости раствора, увеличению трещиностойкости, предотвращению высолов. На практике оправдано применение воздухововлекающих добавок с пластификаторами бетона.
Добавки для самоуплотнения
Необходимы там, где невозможно провести механическое уплотнение смеси, в частности в часто армированных конструкциях. Применение самоуплотняющих наполнителей гарантирует заполнение опалубочного пространства без потери прочностных характеристик. Отличительной чертой самоуплотняющихся бетонных растворов является отсутствие расслаиваемости при высокой подвижности смеси. Такие свойства обеспечивает значительная вязкость раствора. Добиться этого удается внесением в рецептуру состава добавок на основе:
- Целлюлозы
- Гидролизованного крахмала
- Полиэтиленгликоля
- Полимеров.
Самоуплотненные бетоны характеризуются:
- Низким водоцементным соотношением
- Существенными водоотталкивающими свойствами
- Высокой подвижностью- П5
- Малой пористостью. Содержание пузырьков воздуха не более 5%
- Значительной прочностью на сжатие, до 100 Мпа
Регуляторы набора прочности
В строительной практике существуют ситуации, когда необходимо ускорить или замедлить схватывание бетонного раствора.
Замедлители гидратации требуются:
- В жаркую погоду. При повышенной температуре и пониженной влажности из бетонного раствора происходит активное испарение влаги, что приводит к преждевременному схватыванию.
- При заливке больших по площади объектов. При неравномерном схватывании существует угроза образования холодных швов. Это ухудшает свойства монолитной конструкции
- При возведении ответственных массивных и гидротехнических сооружений, чтобы избежать появление трещин, вызванных нелинейным твердением бетона.
Замедлить схватывание и увеличить трещиностойкость бетонного раствора способны пластификаторы. Добиться этого можно, увеличив количество вещества, вносимого в раствор. Но в данном случае возникает угроза коррозии арматуры. Поэтому с задачей замедления твердения лучше справляются следующие специализированные препараты:
- Нитрилотриметиленфосфоновая кислота, в абревиатуре НТФ, шестиосновная органическая кислота. Широко применяется для торможения процессов гидратации.
- Молочная сыворотка. Остаточный продукт переработки пищевого молока.
Механизм замедления твердения заключается в связывании гидроксильных групп веществами замедлителя, и с изоляцией частиц цемента от воздействия воды, то есть препятствию, снижению скорости реакции гидратации.
Ускорители набора прочности
Ускорение схватывания требуется для того, чтобы снизить простои на стройплощадке и оптимизировать процесс строительства объекта.
Ускорение твердения бетонного раствора- комплексный процесс, который включает в себя внесение добавок-ускорителей в смесь, повышение температуры раствора, снижение испаряемости, контроль температурно-влажностных показателей.
К добавкам, способным увеличить скорость набора прочности бетона относят такие вещества как поташ (карбонат кальция), хлорид кальция и натрия. К применению добавок- ускорителей следует относится крайне внимательно и не превышать рекомендованных производителем норм. Иначе возможно снижение прочности бетона и коррозии стальной арматуры в железобетонных изделиях.
Реставрационные добавки
Особый вид добавок, который отличается специфическими свойствами. Применяется для проведения реставрационных работ железобетонных изделий и бетонных конструкций. Реставрационные добавки должны отвечать следующим требованиям:
- Иметь повышенную адгезию.
- Препятствовать коррозийным процессам.
- Бетон с добавлением добавок должен обладать значительной прочностью.
- Раствор обязан иметь высокую пластичность и укладываемость.
Комплексные добавки
Наряду с добавками специфического, узконаправленного действия, на практике часто используются составы, в которых сбалансированы вещества, решающие несколько задач одновременно. Это удобно тем, что при замесе бетонного раствора нет необходимости в дополнительной дозировке компонентов, снимается вопрос о химической агрессивности материалов друг к другу. Эта задача решена производителем при подборе компонентов комплексной добавки.
Как правильно подобрать смесь
В заключении необходимо выделить шаги для правильного выбора состава бетона для строительства. Во-первых, состав бетонной смеси должен быть просчитан специалистами, согласно проектной документации. Во-вторых, важно произвести пробный замес, и провести экспертизу бетонного образца. Это важный момент, так как компоненты бетонного раствора неоднородны, количество примесей варьируется. В-третьих, необходимо учесть все особенности использования бетонной смеси: время на доставку, климатические особенности, технические нюансы, квалификацию работников, подъездные пути, метод разгрузки и укладки бетона. Не секрет, что даже очень качественная бетонная смесь может быть загублена халатностью и непрофессионализмом человеческих рук.
Ответственность и качество
Строительный контроль, согласно действующей нормативной базе, осуществляется по большей части подрядчиками. Его эффективность в таком виде (как и ответственность осуществляющих эти функции организаций) зачастую вызывает нарекания в профессиональной среде.
Из чего строим?
Функции контроля качества и условий складирования строительных материалов, их лабораторные испытания, а также проверка их соответствия проектной документации сейчас полностью возложены на подрядчика. Специалисты считают, что указанные меры являются недостаточными для обеспечения объектов строительства материалами и оборудованием надлежащего качества. «Существующее законодательство на руку бракоделам, а не безопасному строительству», – убежден генеральный директор компании «ГЛЭСК» Сергей Салтыков. «Я уверен, что весь объем строительного контроля и испытаний должен осуществляться организациями, аккредитованными в национальной системе, регулярно проверяемыми на соответствие, как по кадровому, так и по материально-техническому оснащению», – считает он.
«Нередки случаи, когда недобросовестный подрядчик на стадии строительно-монтажных работ в ущерб безопасности и качеству стройки меняет решения, заложенные в проекте и прошедшие экспертизу, на более дешевые, порой даже контрафактные», – отмечает вице-президент НП «Объединение производителей строительных материалов» Алексей Агафонов. По его мнению, подобное происходит как на коммерческих стройках, так и на бюджетных. «С этим необходимо системно и комплексно бороться, в первую очередь на объектах госзаказа», – считает Алексей Агафонов. С ним соглашается Сергей Салтыков, настаивая на том, что «организация, осуществляющая строительный контроль и испытания материалов, не должна быть аффилирована со строителями».
Безответственность на практике
Очевидно, что ввиду высокой значимости строительного контроля к подобным работам должно быть привлечено особое внимание. Но на практике это далеко не всегда так. «В рамках судебных экспертиз, проводимых мной, я часто сталкиваюсь с исполнительной документацией, подписанной представителями сторон, по работам, выполненным некачественно или не выполненным вовсе», – сетует Сергей Салтыков. Начальник отдела правового и методического обеспечения административного производства Госстройнадзора Санкт-Петербурга Олег Тимощук считает, что порядок проведения строительного контроля и ответственность за ненадлежащее качество законодательством установлены. «В случае выявления после ввода объекта дефектов, которые могли стать причиной аварийной ситуации, специалисты стройконтроля могут быть привлечены к ответственности, вплоть до уголовной», – утверждает Олег Тимощук. Но правоприменение таково, что привлечь к административной или финансовой ответственности недобросовестных участников рынка оказывается затруднительно. «Если для подрядной организации подложная исполнительная документация является достаточным фактом для уголовного преследования, то доказать преступный умысел со стороны технадзора на практике невозможно», – делится опытом Сергей Салтыков.
Где резервы?
По мнению заместителя председателя Комитета государственного строительного надзора и государственной экспертизы Ленинградской области Алексея Абузова, улучшение качества строительного контроля может быть реализовано за счет повышения квалификации специалистов. «Стоит рассмотреть критерии уровня квалификации данных специалистов, а именно – определенный стаж работы, уровень и периодичность повышения квалификации и т. д.», – считает Алексей Абузов. «Законодательство предъявляет к специалистам строительного контроля довольно высокие требования: к образованию, к опыту работы», – считает Олег Тимощук. Действительно, наделенные правом осуществления строительного контроля инженеры должны в обязательном порядке быть зарегистрированы в Национальном реестре специалистов в области строительства. «Госстройнадзор при проведении проверочных мероприятий и при выдаче разрешения на ввод объекта в эксплуатацию проверяет наличие реестрового номера», – отмечает Олег Тимощук. Но Сергей Салтыков считает, что для системного повышения качества строительства этого недостаточно. «Необходимо законодательное привлечение организаций и лиц, осуществляющих строительный контроль, как минимум, к солидарной финансовой ответственности за дефекты, допущенные на строительной площадке», – считает он.
Игорь Коваль: «Экономить на качестве бетона – недопустимо»
Бетон – самый распространенный строительный материал современности. О том, почему экономить на его качестве не только недопустимо, но и экономически нецелесообразно, «Строительному Еженедельнику» рассказал руководитель научно-технического центра компании ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль.
– Игорь Валерьевич, вопрос качества стройматериалов возникает регулярно. Как дела в этой сфере обстоят сейчас?
– Петербургский строительный рынок потребляет порядка 6 млн куб. м бетона ежегодно. Это ведущий стройматериал как при возведении жилых и коммерческих объектов, так и при реализации проектов в сфере транспортной инфраструктуры. При этом к эксплуатационным свойствам бетона, естественно, предъявляются достаточно серьезные требования. Материал должен быть долговечен в использовании, технологичен (то есть удобен в применении), при этом полностью соответствовать проектным нормативам.
Однако в нынешних реалиях при выборе стройматериала главенствующую роль стал играть фактор стоимости. Это касается как реализации частных проектов, так и работы по госзаказам (система тендеров выстроена так, что для того, чтобы победить, нужно предложить наименьшую цену контракта, после чего подрядчик, чтобы обеспечить рентабельность, начинает экономить на всем, в том числе, к сожалению, и на качестве используемых материалов – цемента, инертных заполнителей, добавок). В результате сложилась не очень добросовестная практика, при которой в базовой связке «цена – качество» значение параметра «качество» отодвинуто на второй план.
На практике результатом такой экономии конкретно применительно к бетону становятся дополнительные затраты на исправление дефектов, снижение проектных сроков безопасной эксплуатации объектов (вместо 50–75 лет, предусмотренных нормативами, это, по сути, 20–25 лет, в особо проблемных случаях – даже 10–15 и менее, после чего конструкции могут начинать разрушаться под воздействием ряда факторов). В итоге «мизерное» снижение на стадии строительства расходов на бетон вызывает серьезные и существенные траты на этапе эксплуатации, далее на этапе проведения обследований и на этапе выполнения ремонтов. Не думаю, что у города есть на это лишние деньги.
– Но раз такая практика существует, она, наверное, допустима по нормативам?
– Не совсем. Новые СНиПы (в частности, СП28.13330-2012, ГОСТ 31384-2017), вышедшие в 2012–2017 годах, требуют при проектировании бетонных конструкций для неблагоприятных петербургских условий (а это многочисленные циклические переходы бетона к замораживанию, оттаиванию и т. д., среды эксплуатации SF3, SF4, XS2, XS3, XC4, XA1) применять материалы с повышенными показателями по морозостойкости, сульфатостойкости, водонепроницаемости и стойкости в агрессивных средах, что, в свою очередь, требует при строительстве использования бетона классов В35, В40, В45. А фактически самые распространенные классы бетона, используемого в нашем городе, – В25 и В30 по ГОСТ 26633-2015. То есть они априори серьезно не соответствуют требованиям по долговечности.
– Систему проведения тендеров участники рынка вряд ли смогут поменять, выживать компаниям надо – а значит, нужно поддерживать рентабельность работ. Застройщики жилья тоже находятся в сложном положении в связи с реформой отрасли. Что вы можете предложить со своей стороны?
– Компания АО «ГК Полипласт», как ведущий в России производитель химических добавок в бетоны (наша доля на рынке страны в среднем превышает 50%), видит свою миссию в нахождении технологичных путей решения также и этой проблемы. На наш взгляд, необходимо обеспечить как качество используемых бетонов, так и рентабельность работы строителей и производителей бетона. И такие возможности существуют.
Если рассмотреть вопрос в комплексе, можно констатировать, что использование некачественных бетонов затягивает строительство. А это проблемы неустоек и конфликтов с властями и заказчиками, а при работе по госзаказу или при возведении жилья – это срыв сроков ввода объектов со всеми последствиями. И это не говоря уже о возникающей необходимости переделок и прочих «радостях» (достаточно вспомнить «аммиачные квартиры»).
Между тем использование более качественного бетона с современными добавками и инновационными технологиями при сравнительно небольшом повышении стоимости бетона (скажем, на 10–15%) позволяет заметно – на несколько месяцев – ускорить возведение объекта, повысив качество и надежность. А это – выполнение работы в срок, экономия на обслуживании кредитов, на оборачиваемости опалубки, на оплате рабочей силы, арендованного оборудования и пр.
Для понимания цены вопроса: затраты на весь железобетонный каркас жилого здания составляют всего 5–8% от общих расходов на возведение объекта. «Перерасход» средств на качественный бетон полностью компенсируется и даже вызывает снижение общих затрат на возведение.
Свою задачу компания «Полипласт» видит также в своего рода инженерно-просветительской работе. Мы активно участвуем в организации и проведении различных научно-практических мероприятий, конференций, семинаров. Одно из них, кстати, состоится 19 апреля на выставке «Интерстройэкспо».
Ведущая роль отраслевых НИИ страны за последние десятилетия серьезно нивелировалась хроническим недофинансированием и отсутствием целевых соответствующих статей в бюджете, на разработку базовых задач строительной отрасли.
Мы, как производители современных добавок в бетоны, выполняем, в частности, и консалтинговую функцию в этой сфере. Наша задача сегодня – довести до девелоперов и крупных подрядчиков информацию о новых возможностях добавок, бетонов и инновационных технологий в строительстве, в том числе по повышению качества строительства без нанесения ущерба экономике проекта.