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.
Мусоропереработке прописан системный подход
По мнению экспертов, увеличить долю переработки мусора невозможно без комплексной программы и вовлечения в нее различных сегментов бизнеса и граждан.
Согласно национальному проекту «Экология», к 2024 году доля перерабатываемого мусора в стране должна достигнуть 36%, обрабатываемого – 60%. Сейчас эти показатели составляют всего лишь 7% и 12% соответственно. По мнению участников конференции, посвященной вопросам переработки отходов, прошедшей неделю назад в Петербурге, заданной планки достичь сложно. Причина – в трудностях реализации «мусорной реформы» на местах. Также экспертов смущает усиление на федеральном уровне позиции за мусоросжигание, а не переработку.
По словам председателя общественной организации «Экологическое сообщество» Сергея Санне, в настоящее время Петербург находится «на облаке» и не понимает, что стал одним из лидеров «мусорного» антирейтинга. «Нет никого в правительстве города, кто бы действительно серьезно занимался «мусорной реформой». Нет территориальной схемы обращения с отходами. Максимум, чего смогли добиться, – это налоговых льгот мусоропереработчикам. Но этого мало. О чем свидетельствует рост количества незаконных свалок. Нужен больший системный подход», – отметил он.
Напомним, в начале ноября стало известно, что Петербург на год отложил запуск работы единого оператора по обращению с отходами. Власти заявили, что сначала необходимо завершить подготовку к переходу на новую систему работы с ТКО. Также в ноябре власти соседней Ленобласти отчитались о полном вхождении региона в «мусорную реформу». Единый региональный оператор будет заниматься сбором, вывозом, обработкой и утилизацией отходов. Масштабная переработка пока только в планах.
Советник губернатора Ленобласти Михаил Василенко полагает, что мусоропереработка в стране находится пока на начальной стадии развития. Есть понимание, что ею нужно заниматься, но пока нет четкого алгоритма, как наиболее эффективно запустить проекты в данной сфере. Тем более, что сама «мусорная реформа» не может идти одинаково, как по кальке, во всех регионах. «Однозначно необходимо вести разъяснительную работу с населением, чтобы не появилась новая раздутая проблема Шиеса. Это сфера социальной ответственности органов власти. Также народу необходимо объяснить, за что он платит при вывозе мусора», – добавил он.
Эксперты считают, что государство должно стимулировать не только деятельность мусоропереработчиков, но и бизнес в других отраслях, вовлеченных в рециклинг отходов. В настоящее время количество таких предприятий невелико, но растет.
По мнению инженера по охране окружающей среды компании «Юнилевер Русь» Елены Пулиной, сейчас как в мире, так и в нашей стране остро стоит проблема переработки упаковочных материалов. Пока в рециклинг вовлечено только 10% данного полимерного продукта. «Необходима замкнутая циклическая работа с материалом. Мы поставили перед собой задачу к 2025 году сократить использование первичного пластика на 50%. Но для достижения данных показателей важно плотнее взаимодействовать с ритейлерами и гражданами», – подчеркивает специалист.
Участники конференции уверены в необходимости вовлекать граждан в раздельный сбор мусора, это ускорит процесс перехода на масштабную переработку отходов. Но, полагают эксперты, решения со стороны органов власти не должны относиться к методу кнута – лучше пряника.
Набирая высоту. Высотное строительство подтягивает новые технологии
В современном высотном строительстве активно применяются новые технологии, которые помогают ускорить работы и реализовать самые смелые архитектурные решения.
В России продолжает расти высота жилых зданий. По данным исследования ЕРЗ.РФ, проведенного совместно с Комиссией Российского союза строителей и предпринимателей по строительству и жилищной политике и Национальным объединением застройщиков жилья, на конец ноября средняя этажность возводимых жилых объектов в нашей стране составила 17,8 этажа. В сравнении с аналогичным периодом прошлого года высотность увеличилась на 0,7 этажа.
Всего доля строящихся жилых зданий высотой от 25 этажей составляет сейчас 22,9% (в квадратных метрах). За год прирост показателя составил 3,3%. Наибольшая доля жилищного строительства приходится на дома высотой 18–24 этажа. Лидер высотного строительства – Свердловская область. Это единственный регион страны, где доля высотного строительства превышает 50%. Средняя этажность возводимого жилья составляет 22,4 этажа. Москва в рейтинге заняла только четвертое место. «Высотки» в столичном жилищном строительстве занимают 42,4% в общем объеме. Но при этом Москва лидирует по максимальной средней высотности новостроек – 23,9 этажа.
Петербург, по оценке экспертов, не входит в десятку регионов, занимая только 11-е место в рейтинге. Средняя высотность домов здесь достигает 18,1 этажа, что близко к общероссийскому значению. Высоту жилых объектов ограничивает местное законодательство. Тем не менее, у Петербурга есть своя высотная достопримечательность. Правда, не относящаяся к жилым зданиям. Высота многофункционального комплекса «Лахта Центр» составляет 462 м. В настоящее время это самое высокое здание в регионе.
По жестким стандартам
Эксперты отмечают: в современном высотном строительстве постоянно зарождаются и развиваются новые тренды. Связаны они как с архитектурой объектов, так и с их технологической начинкой. Это касается и жилых объектов, и административных зданий. Причем применение новых технологий в проектировании, использование инновационных материалов позволяют построить «высотку» в более сжатые сроки, чем 10–15 лет назад. В частности, при возведении таких объектов применяются сверхпрочный бетон, особый вид армирования и т. д.
По словам главного инженера проектов компании «Метрополис» Дениса Дубинина, высотные здания не зря считаются уникальными: при проектировании к ним предъявляются более строгие требования из-за повышенной опасности в случае непредвиденных и нештатных ситуаций. Кроме того, эти особые правила объясняются потребностью обеспечить комфорт пребывающих в здании людей и снизить затраты на эксплуатацию объекта. Так, при проектировании высотных объектов особенно важно правильное зонирование, чтобы сократить количество перемещений людей между этажами. При этом лифтовое оборудование должно подбираться тщательно. Желательно, чтобы оно имело высокую степень автоматизации, когда система определяет наиболее выгодное использование имеющихся лифтов в определенной ситуации. Обязательными для высотных объектов являются аэродинамические испытания, чтобы определить ветровые нагрузки – зачастую они превышают сейсмическую нагрузку. Особые требования также предъявляются к системам пожаробезопасности, эвакуации людей, к молниезащите. Системы должны быть не только эффективными, но и более износостойкими, чем у обычных объектов.
«Многие высотные здания обладают обширной поверхностью или даже целиком стеклянным фасадом. Для соответствия принципам энергоэффективности такие фасады должны быть выполнены из стекла, которое обладает минимальной потерей тепла. Это необходимо для того, чтобы не создавать дополнительных нагрузок на вентиляционные и отопительные системы летом и зимой соответственно. Особые требования предъявляются и к обслуживанию фасадов. В целом для высотных объектов очень важна энергоэффективность, так как затраты на инженерные системы увеличиваются с каждым метром высоты. Для оценки принятых решений здания проходят сертификацию различных типов, например, по стандарту LEED», – подчеркивает Денис Дубинин.
Тренд энергоэффективности
Основатель проектного бюро Rumpu Евгений Богданов отмечает, что сейчас в основном строят металлокаркасные высотные здания. Такое решение позволяет увеличить скорость строительства. «Если говорить о технологиях для высоток в целом, они связаны с использованием фасадных материалов, новых систем остекления, а также инженерии, например, для вентиляции и центрального холодоснабжения. В настоящее время доступно много энергоэффективных решений, например – рекуперация, что является необходимостью в высотных зданиях, особенно с учетом того, что окна в них не открываются. Рекуперация при этом – самое энергоэффективное решение, которое дает 30% экономии тепла, самого дорогого энергоресурса в России. Такое решение должно стать нормой в любом жилищном строительстве», – считает эксперт.
Представитель ГК «Пенетрон-Россия» Ирина Лутфиева рассказывает, что обобщая опыт этой группы компаний по работе с высотными зданиями, можно отметить: для таких объектов важны локация, близость к различным водоемам, отличные виды на прилегающую местность. Как правило, это сочетается прежде всего со сложной гидрогеологией, высоким уровнем грунтовых вод. Однако современные технологии позволяют нивелировать практически полностью эти неблагоприятные условия, они в настоящее время не являются критичными. Качественная гидроизоляция позволяет решить весь комплекс задач по строительству на сложных грунтах и обеспечить сооружению безопасность и долговечность. В первую очередь – герметичность фундамента и подземных уровней, на которых, как правило, размещаются паркинги, инженерные коммуникации, лифтовые шахты и т. п. Все эти помещения нуждаются в надежной гидроизоляции.