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.
Что нужно сделать перед началом реставрации
Современные технологии обследования исторических объектов помогают более качественно оценить их текущее состояние и подготовить к реставрации.
Многие исторические объекты Санкт-Петербурга находятся в неудовлетворительном состоянии. Об этом неоднократно заявляли и в КГИОП. По данным ведомства, на проведение одномоментных восстановительных работ на объектах наследия городу требуется около 100 млрд рублей. Таких средств у Смольного нет. Реставрационные работы проводятся в плановом порядке. Ряд объектов восстанавливается на федеральные деньги, но тоже в порядке очереди.
Некоторым историческим зданиям везет больше остальных. Их реставрацией, не откладывая на потом, занимаются собственники или меценаты. Перед восстановительными работами обязательно проводится обследование. На основе полученных данных определяются первоочередные задачи по реставрации и сохранению объекта.
На основе стандартов
Техническое обследование и реконструкция объектов наследия регулируются Законом № 73-ФЗ «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов РФ», а также ГОСТ 55528-2013, ГОСТ Р 56198-2014 и др. Существуют различные методики изучения состояния зданий. Они согласовываются, как и сама дальнейшая реставрация, с надзорным ведомством.
Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев обращает внимание на правовой казус. По его словам, главная работа на объектах реставрации – это обследование конструкций зданий и сооружений. Несколько лет назад Минстрой РФ признал эти работы относящимися к архитектурно-строительному проектированию, то есть не входящими в изыскательскую сферу. Однако, добавляет Сергей Лазарев, на основании обследований проектировщиков зачастую проводится геотехнический мониторинг уже силами изыскательских организаций. Как правило, это вибрационный контроль в процессе строительства, контроль уровня грунтовых вод, а также геодезический мониторинг деформаций зданий и сооружений.
Эксперты отмечают, что реставрация и эксплуатация объектов наследия повышают требования и к методам диагностики состояния такого объекта. По словам генерального директора компании «КБК Проект» Василия Костина, схематично весь процесс технического обследования объектов реставрации можно свести к проведению следующих видов работ. Первый из них – это историко-архивные изыскания. Они обязательны. Далее, как и при обследовании обычных объектов, проводятся конструктивные обмеры с последующими проверочными расчетами грунтов основания, фундаментов, стен, сводов и балок. Также определяется прочность кладки, фасадов, покрытий и т. д. Затем подготавливаются технические рекомендации и решения, которые будут задействованы в реставрации объекта.
В щадящем режиме
По мнению игроков рынка, в настоящее время появилось достаточно много видов обследования и мониторинга. Часть из них относится к щадящим технологиям, т. е. проводится без проникновения в конструктив. Специалисты рассказывают, что не во всех компаниях внедрены новшества из-за их относительной дороговизны. Тем не менее, новые технологии все более востребованы на рынке, ввиду их большей эффективности, и исследовательские организации будут их задействовать все активнее.
Для исследования объектов наследия, как рассказывает руководитель направления капитального строительства ИТ-компании КРОК Анна Фейнберг, сейчас используется лазерное сканирование – одна из современных технологий, которая позволяет оперативно и точно получить данные о состоянии здания и его конструктивных элементов. «Этот метод сверхточный и бесконтактный, поэтому его можно использовать и для хрупких конструкций. Принцип технологии заключается в измерении расстояний от сканера до поверхности объекта и формировании на основе этого наборов (облаков) точек с пространственными координатами. Съемка ведется со скоростью более миллиона точек в секунду и высокой точностью – до 5 мм. За счет этого объединение облаков точек позволяет создать цифровую модель объекта и зафиксировать, например, увеличение нагрузки на несущие элементы и трещины в материалах», – отмечает она.
Кроме того, по словам эксперта, обследовать состояние фундамента реставрируемого здания позволяет технология шурфования. Также могут потребоваться послойная механическая расчистка поверхностей, лабораторный анализ проб материалов, проверка прочностных показателей несущих конструкций ультразвуком или неразрушаюшим методом. Ультразвук, например, позволяет оценить прочность глубинных слоев материала, при этом стоимость исследования относительно невысока.
Наиболее перспективный метод техобследования, по мнению Василия Костина, – это создание единой цифровой модели реставрируемого объекта на основе объединения данных, полученных путем ультразвукового и лазерного сканирования. «Это значительно уменьшает количество ошибок при обмерах и последующем расчете конструктива. Например, при реставрации арок и сводов из кладочного материала, где даже небольшие ошибки в определении геометрии несущих конструкций могут привести к обрушению», – подчеркнул он.
Мнение
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов», эксперт «Деловой России»:
– Очень интересный вид изыскательских работ, который не востребован на данный момент в полной мере в области реставрации зданий культурного наследия, – это лазерное 3D-сканирование объекта, для сохранения цифровой модели со всей архитектурой на компьютере. Технологии лазерного сканирования не внедряются в этот сегмент, в связи с тем, что реставраторы – это люди «старой школы» и они далеки от компьютерных программ, которые используются в работе при 3D-сканировании. Вторая причина задержек, о которой я недавно услышал от реставраторов, – это то, что сметная стоимость реставрационных работ не подразумевает лазерного сканирования вследствие дороговизны и поэтому до сих пор используются классические технологии фиксации архитектуры на основе кальки. Третья причина – то, что не внедряется BIM-проектирование, несмотря на большой информационный шум вокруг этой технологии.
Светопрозрачные конструкции становятся более технологичными
По оценке экспертов, в настоящее время продолжает развитие тренд увеличения площади остекления зданий. При этом сами светопрозрачные конструкции становятся более технологичными и мультифункциональными.
Оконная индустрия за последнее десятилетие технологически существенно вырвалась вперед. Игроки рынка выпускают продукты, все более сложные конструктивно. Это касается и самого стекла, и оконного профиля. Благодаря новым возможностям архитектурно изменилось и само фасадное остекление. Его стало больше как в коммерческих объектах, так и в жилых зданиях.
Руководитель технического центра стратегического направления «Строительство» компании REHAU по Восточной Европе Антон Карявкин отмечает, что фасадное остекление зависит от объекта недвижимости, его архитектуры и т. д. Так, например, здания на территории МДЦ «Москва-Сити» оснащены по преимуществу витражными системами. Ультрасовременные дома, у которых стены полностью состоят из стекла (для наблюдателя с улицы), в основном собраны из алюминиевых, реже стальных профилей, которые видны только изнутри помещения. В объектах, находящихся в отдалении от центра, система будет проще. Как правило, в них нет структурного остекления. При этом они все равно оснащены большеразмерными алюминиевыми витражными конструкциями, однако алюминиевые накладки в них видны снаружи. Нечто подобное встречается и в современных премиальных жилых комплексах.
«Если говорить о более простых жилых и общественных объектах, в них чаще встречаются окна обычного формата, которые тоже можно назвать витражами. Но все равно тенденция такова, что широкоформатные оконные блоки, витражи, пользуются большей популярностью. В большинстве объектов массовой застройки такие блоки занимают примерно половину стены», – добавляет Антон Карявкин.
Игроки рынка также отмечают, что за последние несколько лет оконные профили стали более функциональными, удовлетворяющими запросам потребителей. Это касается как энергосбережения, звукоизоляции, так и других характеристик.
По словам руководителя отдела строительного консалтинга profine RUS Александра Артюшина, о существующих возможностях продуктов десять лет назад можно было только мечтать. Подавляющее большинство зданий имели стандартные оконные проемы и стандартные одно-, двух-, трехстворчатые оконные блоки, которые сейчас уже редко встречаются. Сегодня разработка новых технических решений, применение новых материалов, увеличение жесткости светопрозрачных конструкций из ПВХ позволяют не только расширить видение архитекторов, но и реализовать эти проекты, как в области массового строительства, так и при строительстве индивидуального жилья.
«Сейчас разработаны и применяются профильные системы с более широкими возможностями, например, при ширине порядка 1 м высота нормально функционирующих оконных створок может достигать 2,5 м. Новые профильные системы из ПВХ можно комбинировать и использовать совместно с фасадными системами из алюминия – путем установки специальных алюминиевых накладок. Это сохраняет неоспоримое преимущество по теплосбережению при меньшей стоимости по сравнению с алюминиевыми конструкциями», – отметил эксперт.
Мнение
Александр Круглов, продакт-менеджер департамента маркетинга Pilkington Glass Russia:
– За последние 10–15 лет фасадное остекление значительно трансформировалось. Если раньше оно было технологически более простым, то со временем ситуация изменилась. Во-первых, стекло – прекрасный архитектурный инструмент, позволяющий украсить фасад любого здания: проектировщики уходят от стандартного остекления, превращая фасады зданий в настоящие произведения искусства. Посмотрите, например, на торговый дом Publicis Drugstore в Париже или аэропорт «Платов» в Ростове-на-Дону – к слову, в обоих объектах стоит стекло Pilkington. А во-вторых, стеклянный фасад сегодня не просто защита от внешних факторов, это суперпрочный материал, способствующий энергосбережению. Специальное покрытие, которое наносится на стекло, позволяет решать множество задач: защищать от солнечного жара, сокращать расходы на кондиционирование и обогрев помещений. Энергоэффективные светопрозрачные конструкции обеспечивают максимальную степень комфорта для людей. Добавлю, что в настоящее время стекло Pilkington Glass Russia в плане энергоэффективности является одним из самых технологичных и востребовано как на отечественном, так и на международном рынке.