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.
Зимний вариант. Технологии зимнего бетонирования совершенствуются
Технологии зимнего бетонирования активно совершенствуются. Значительная часть из них предполагает использование противоморозных добавок в бетон.
Длительное время строительные процессы, связанные с бетонированием в зимний период, старались сводить к минимуму. Обусловлено это особенностями отвердевания бетона при отрицательных температурах. Присутствующая в материале вода при замерзании превращается в лед и после оттаивания разрушает структуру бетона.
Самая простая защита от холода – укрытие бетонной смеси ПВХ-пленкой и другими утеплителями. Чаще всего эти материалы используют при строительстве индивидуальных домов, но при сильных морозах они малоэфективны. Очень часто на стройках задействуется принудительная термообработка бетона нагревательными проводами и электродами. Продолжительность обогрева зависит от требуемой конечной прочности бетона.
Активно используют строители временные укрытия с прогревом тепловыми пушками. Причем такие навесы бывают весьма современны. Как отмечает директор по развитию бизнеса, первый заместитель генерального директора компании «Дока Рус» Алексей Мотов, обеспечение нужного температурного режима осуществляется с помощью устройства теплозащитных межэтажных штор или шатров. В частности, так называемый «тепляк» был оборудован на высоте более 13 м в одном из недавних масштабных энергетических проектов – при возведении завода по сжижению газа «Ямал СПГ», где Doka выступила проектировщиком и поставщиком опалубочных систем.
Химией по морозу
Последние два десятилетия в зимнем бетонировании применяются специальные химические противоморозные добавки. Они активируют в бетоне процессы твердения и понижают температуру замерзания жидкой фазы. Количество видов противоморозных добавок постоянно растет, а технологии их производства совершенствуются.
Руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Катарина Путкова отмечает, что когда среднесуточная температура опускается до +5 °С, строительные нормы регламентируют переход на зимний вариант работ, и здесь уже необходимо использование противоморозных добавок.
По словам эксперта, после укладки бетонной смеси, в том числе с применением противоморозных добавок, необходимо провести ряд мероприятий по уходу за свежеуложенным бетоном по СП 70.13330.2012, особое внимание уделяя п. 5.3 и п. 5.11. Полученная смесь должна готовиться из подогретых материалов – для создания теплой и влажной среды, необходимого условия для твердения бетона. Чтобы сохранить эту среду на продолжительное время, после укладки следует утеплить поверхность бетона. В процессе твердения, изолированный от холодного воздуха щитами и матами, он будет выделять дополнительное тепло. На разных строительных участках, в зависимости от их особенностей, и в конструкциях разного объема эта экзотермическая реакция будет проходить с разной интенсивностью.
«Если сразу же после бетонирования накрыть открытую поверхность гидроизоляционным материалом, это поможет избежать не только потерь влаги, но и образования высолов. Также не рекомендуется производить заливку в снегопад. Если снег начнется во время этого процесса, то уже уложенный бетон необходимо экстренно укрыть слоем гидроизоляции», – рассказывает Катарина Путкова.
Внимание к опалубке
По словам Алексея Мотова, для опалубочных работ при бетонировании в зимний период крайне важно, чтобы основание конструкции и другие примыкающие поверхности опалубки были тщательно очищены от снега и льда. «Причем очистка должна производиться сухой струей сжатого воздуха, с использованием щеток или скребков. Мы всегда предупреждаем наших клиентов, что использование для данных целей солевых растворов запрещено», – отметил он.
Также всегда необходимо помнить, что при снижении температуры воздуха до -10 °С поверхности вместе с арматурой желательно прогреть до достижения положительной температуры. Прогрев осуществляется с помощью калориферов или инфракрасных обогревателей, которые устанавливают рядом с прогреваемой конструкцией. Время прогрева зависит от температуры окружающей среды и назначается специальной лабораторной службой непосредственного производителя работ.
Кроме того, очень большое значение для высокого качества получаемой конструкции, отмечает Алексей Мотов, имеют мероприятия по уходу за бетоном уже после распалубливания. В частности, необходимо иметь возможность постепенного выравнивания температур твердеющего бетона и наружного воздуха. Для этого в зонах выдерживания и охлаждения конструкций устанавливаются теплозащитные межэтажные шторы или шатры, а при необходимости – калориферы или тепловые пушки.
Мнение
Катарина Путкова, руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Часто обстоятельства вынуждают начинать строительство в холодное время года. Это не критично, так как качественная противоморозная добавка позволяет работать с бетоном зимой, улучшает его прочностные характеристики и антикоррозийные свойства. Даже летом, применяя противоморозную добавку при плюсовых температурах, мы получим дополнительный эффект ускорения набора прочности бетона.
Частный случай. Использование газобетона в малоэтажном строительстве
Газобетон активно применяется при возведении малоэтажных индивидуальных домов. Материал прост в работе, долговечен и доступен по цене.
По оценке экспертов, в настоящее время в России около половины всех малоэтажных индивидуальных домов строится из газобетона. Материал обладает рядом положительных характеристик при возведении малоэтажек.
Простая экономия
Газобетонные блоки имеют почти идеальную геометрическую форму, поэтому швы кладки получаются очень тонкими.
Как отмечает генеральный директор компании «ЛСР. Стеновые» Сергей Маковеев, это позволяет экономить раствор клея для газобетона, а также улучшает теплоизоляцию и делает стены дома прочнее. «Автоклавный газобетон можно обрабатывать обычным ручным инструментом. Из него вырезают нестандартные элементы всевозможных размеров. Работать с газобетоном настолько просто, что с этим справится любой частный строитель, не говоря уже о профессиональных. Поэтому даже в регионах, где традиционно предпочитали бревна или деревянный брус, загородные дома все чаще возводят именно из этого материала», – подчеркивает он.
В пользу газобетона свидетельствует и высокая скорость строительных работ. Как рассказывает генеральный директор компании H+H Нина Авдюшина, большие габаритные размеры газобетонных блоков удобны для кладки. Один блок толщиной 375 мм заменяет 30 стандартных кирпичей, что значительно ускоряет процесс возведения стен. Также газобетон имеет множество других положительных потребительских свойств: высокую прочность, огнестойкость, экологичность, паропроницаемость, долговечность, морозостойкость. «Кроме того, за счет ячеистой структуры у газобетона лучший индекс звукоизоляции по сравнению с деревом, бетоном, кирпичом и другими конструктивными элементами аналогичной поверхностной плотности, что важно в случае частного строительства. Нередко в одном загородном доме проживают сразу несколько поколений семьи, включая детей, так что значение звукоизоляции возрастает», – добавляет она.
Немаловажный фактор – цена материала. Газобетон дешевле кирпича, бруса, камня. Стоимость дома из газоблоков получается приблизительно на 20% дешевле, чем из кирпича – материала, наиболее близкого по своим характеристикам.
По словам Нины Авдюшиной, в конце прошлого года компания H+H провела исследование среди тех, кто планирует строительство загородной недвижимости, о причинах выбора газобетона. По отзывам потребителей, кроме быстроты строительства и надежности материала, их привлекает именно ценовая доступность.
Согласно исследованию, газобетон наиболее популярен среди людей в возрасте 30–39 лет и старше 50 лет. Материал выбирают, исходя из уже имеющегося опыта его использования, или по рекомендации друзей. Важны и мнения специалистов, разрабатывающих проект дома. Все больше потребителей готовы привлекать к строительству дома специализированные компании. Хотя тех, кто планирует стройку собственными силами, по-прежнему много.
Особенности строительства
Строительство домов из газобетона рекомендуется производить в температурном диапазоне от +5 до 25 °С. Скреплять газобетонные блоки практичнее не раствором, а специальным клеем. Как правило, его выпускают сами производители газобетона. Вертикальную поверхность нижних рядов кладки, находящихся в зоне увлажнения, рекомендуется укрывать временным фартуком. Хранить еще не использованные газобетонные блоки необходимо на поддонах в защищенном от намокания месте.
Эксперты отмечают, что газобетон не пропускает влагу внутрь помещения, но из-за большого количества пор он удерживает ее внутри себя. Иногда это может привести к снижению устойчивости конструкции здания. Чтобы этого не произошло, стены из газобетона отделывают фасадными материалами с повышенной гидроизоляцией. К таковым относятся штукатурка с усиленной защитой от влажности, фасадный кирпич. Также для отделки подходят некоторые виды вентилируемых фасадов и декоративный камень.
Мнение
Сергей Маковеев, генеральный директор компании «ЛСР. Стеновые»:
– Если говорить о российском рынке в целом, то в последние годы растет популярность автоклавного газобетона. Его доля среди стройматериалов для кладки в настоящее время составляет около 40%. Доля керамических стеновых материалов – 30%. Оставшиеся доли приходятся на блоки из бетона и других материалов. В регионах эти показатели могут варьироваться. Владельцы загородных домов, скорее всего, хорошо знают, что такое автоклавный газобетон – ведь он востребован и среди строителей-самоучек, и среди профессиональных бригад.