Выбор наиболее рациональных добавок – ускорителей твердения бетона при производстве работ

Аннотация: Составлена таблица наиболее часто встречающихся добавок-ускорителей твердения бетона; составлена итоговая таблица рекомендуемых добавок в строительстве бетонных сооружений.

Введение. Одним из путей повышения качественного уровня строительства и его эффективности является расширение применения монолитного бетона (железобетона) [1]. Монолитный железобетон – конструкция, возводимая на строительной площадке, выполненная из бетона и рабочей арматуры [2]. В свою очередь бетон – это затвердевшая смесь, в которую входят цемент, вода и заполнители (песок, гравий, шлак, керамзит и т. п.). Главное свойство бетона, которое привело к созданию железобетона – его высочайшее сопротивление нагрузкам сжатия, точно так же, как у арматуры железобетона – очень высокое сопротивление растягивающим нагрузкам [3].

Монолитный железобетон находит широкое применение в области гражданского и промышленного строительства. Это относится к гражданским и производственным зданиям, которые по своей направленности и градостроительному положению не могут быть построены с помощью сборных железобетонных конструкций, изготавливаемых на заводе [4]. Также монолитные конструкции широко применяются в строительстве метро (тоннели, платформы), военных объектов (бункеры, тоннели, объекты на полигонах для испытания оружия) и космодромов (бункеры, стартовые площадки) [5].

Сборный железобетон раньше имел широкое применение. В настоящий момент, при высотном строительстве, он отошел на второй план и рационально использовать его там, где требуются сокращенные сроки строительства [6]. Сборный железобетон рационально использовать в малоэтажном строительстве. Также сборные железобетонные конструкции рационально применять в транспортном строительстве: в автодорожном и железнодорожном мостостроении, в портовых сооружениях, при устройстве труб пропуска воды под насыпями, для железнодорожных пассажирских и грузовых платформ и причалов, в качестве опор контактных сетей на электрифицированных железных дорогах, мачт линий связи, шпал, а также в виде плит дорожных покрытий [7].

В работе будет рассмотрено применение различных добавок-ускорителей твердения для монолитного и сборного бетона (железобетона) на основе портландцемента.

Актуальность темы обусловлена тем, что в настоящее время строительство объектов из бетона идет круглый год, а определенные внешние условия могут отрицательно влиять на качество возводимых сооружений. В таких условиях не обойтись без введения различных химических добавок в бетон. Соблюдение этих мер помогает ускорить сроки и повысить качество производимых сооружений. Поэтому очень важно выбрать правильную добавку в зависимости от внешних факторов.

Механические способы защиты бетона. Нормальной температурой среды для твердения бетона условно считается 15…20 °С [6]. При такой температуре бетон за 28 суток набирает стопроцентную прочность. Такой срок считается классическим сроком набора марочной прочности бетона [8]. Но не всегда железобетон производят при температуре 15…20 °С. Иногда бетон изготавливают при очень низких или очень высоких температурах, то есть зимой или летом (для нашего региона). Также в России есть регионы, где такая температура может не наблюдаться из-за определённых климатических условий.

При зимнем бетонировании главной проблемой является низкая температура. Низкая температура 0…15 °С существенно затормаживает процесс гидратации цемента. Попросту растягиваются сроки набора прочности бетона. К примеру, в нормальных условиях, при 15…20 °С за неделю бетон набирает до 70 % прочности. При температуре окружающего воздуха 5 °С, срок набора 70 % марочной прочности бетона может растянуться на 3…4 недели [8].

И если низкая положительная температура тормозит процесс схватывания и набора прочности бетона, то отрицательная – полностью его останавливает. Причина тому – замерзание воды в молодом бетоне. Сам процесс гидратации цемента невозможен в отсутствие воды. Вода является необходимым компонентом для образования цементного камня. Цемент должен находиться в контакте с водой (влагой) в течение всего времени созревания [9].

Главная задача при зимнем бетонировании – не дать замерзнуть воде, входящей в состав бетона [8]. Есть основные методы зимнего бетонирования, которые наиболее часто используются на современной стройке:

1. использование метода «термоса» (бетонную смесь укладывают в утеплённую опалубку, после чего защищают открытые бетонные поверхности от охлаждения) [10];
2. разогрев бетонной смеси (сквозной электродный прогрев; электропрогрев греющими проводами; обогрев инфракрасными излучателями; конвективный прогрев тепляками; паропрогрев глухим или острым паром) [11-13];
3. укрывание бетона плёнкой, утеплителями и т. п. [8];
4. сооружение временного укрытия с прогревом тепловыми пушками [8].

При летнем бетонировании, когда работы ведутся в очень жаркую погоду, бетон слишком быстро схватывается и застывает, либо в результате высыхания на нём образуются трещины и другие дефекты. Процесс монолитного бетонирования летом напрямую зависит от температуры окружающей среды [14].

Основные проблемы при летнем бетонировании: испарение воды из бетонной смеси; обезвоживание поверхности бетона (снижение долговечности), появление температурных трещин в результате разницы температур на поверхности и в массиве бетонной смеси [15].

Для того, чтобы избежать проблемы во время летнего бетонирования, нужно соблюдать следующие требования:

1. систематически смачивать бетон для предотвращения испарения влаги (на каждые 10 °С необходимо вводить около 3-х литров воды) [14];
2. проектировать бетон с максимально возможным водоцементным отношением [14];
3. использовать холодную воду [14];
4. готовить бетонную смесь с температурой до 20 °С [14];
5. не допускать простаивания загруженного миксера на объекте [14];
6. оберегать уложенный бетон от утраты им влаги, используя паронепроницаемые материалы или специальные покрытия [14].

Все описанные механические способы защиты железобетона широко применяются при зимнем и летнем бетонировании, когда надо избежать воздействий на бетон, как низких, так и высоких температур. Включение этих мер очень хорошо помогает ускорить срок и качество строительства.

Помимо вышеперечисленных мероприятий можно применять специальные добавки-ускорители твердения для более эффективного и быстрого бетонирования при разной температуре окружающей среды.

Добавки-ускорители твердения бетона. Ускорители твердения бетона – это вещества, которые добавляют в бетонную смесь с целью ускорения набора прочности материала. В результате введения этих добавок в бетонную смесь, происходит активация процесса гидратации клинкера, что ведет к затвердеванию бетона за более короткий период, чем это происходит при естественном твердении [15].

Введение в бетонную смесь ускорителей твердения:

1. сокращает время на бетонирование за счет увеличения скорости, необходимой для достижения прочности;
2. позволяет уменьшить усадку бетона и, соответственно, предотвращают образование трещин;
3. сокращает время и энергетические затраты работы механизмов, обеспечивающих уплотнение смеси (вибраторы и др.);
4. повышает морозостойкость и водонепроницаемость бетона;
5. увеличивает производительность строительства;
6. уменьшает расход цемента примерно на 10…15 % [6].

Эти добавки применяются для производства конструкций из сборного железобетона, из монолитного и мелкозернистого бетона, в производстве густоармированных, тонкостенных конструкций и строительных конструкций сложной конфигурации. В основном, ускорители твердения широко применяются в строительстве сооружений, где необходимо быстрое «схватывание» бетона: аварийный ремонт монолитных конструкций, изготовление сборных бетонных конструкций в условиях полигона, строительство туннелей, мостов и других ответственных объектов. Применение ускорителей твердения бетона в заводском производстве сборных железобетонных и бетонных изделий позволяет значительно сократить время тепло-влажной обработки материала, что приводит к экономии энергетических затрат [16].

На рис. 1 показаны графики нарастания прочности бетона на портландцементе с добавкой-ускорителем твердения бетона хлорид кальция (далее – ХК) [17].

Рис. 1. График нарастания прочности бетона на портландцементе с добавкой ХК при разных температурах 

Таблица наиболее распространенных добавок. Каждый год выпускают все новые добавки-ускорители твердения бетона для придания бетону различных свойств, но уже сейчас есть добавки, которые зарекомендовали себя в строительстве бетонных сооружений.

В табл. 1 [15-24] приведено большинство стандартных добавок-ускорителей твердения для бетона, рекомендованные ГОСТ и ТУ. Также в эти таблицы включены множество инновационных добавок, появившихся совсем недавно и использующихся в настоящее время. Все эти добавки широко используются в строительстве.

Таблица 1

Наиболее распространенные добавки-ускорители твердения бетона

Окончательная таблица рекомендуемых добавок. Все добавки из табл. 1 были проанализированы, и только лучшие из них были отобраны. Отобранные добавки являются наиболее рациональными из всех добавок на данное время, и они уже сейчас зарекомендовали себя в бетонном производстве в зависимости от внешних условий строительства. Все эти выбранные добавки были включены в итоговую таблицу рекомендуемых добавок (табл. 2) [15–24].

Таблица 2

Рекомендуемые добавки-ускорители твердения бетона 

Заключение. В таблицу 2 вошли старые и новые добавки. Все эти добавки к бетону (4 штук) рекомендуется использовать в строительстве бетона, в отличие от всех остальных добавок.

Выбранные добавки используются во всех областях строительства из бетона: в гражданском, промышленном, транспортном, дорожном, гидротехническом, мостовом, аэродромном и т. д. 

Список литературы

1. Казбек-Казиев З. А. Архитектурные конструкции. – М. : Изд-во «Высшая школа», 1989. – 342 с.
2. Сахновский К. В. Железобетонные конструкции. – М. : Изд-во 8, 1959. – 839 с.
3. Габрусенко В. В. Основы расчета железобетона. 200 вопросов и ответов: Учеб. пособие. – Новосибирск: НГАСУ, 2001. – 112 с.
4. Байков В. Н., Стронгин С .Г., Ермолова Д. И. Строительные конструкции. – М. : Изд-во «Высшая школа», 1970. – 400 с.
5. Бердичевский Г. И. Справочник проектировщика. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства. – М. : Стройиздат, 1974. – 398 с.
6. Баженов Ю. М. Технология бетона. – М. : Изд-во АСВ, 2002. – 500 с.
7. Воробьев В. А., Комар А. Г. Строительные материалы. – М. : Стройиздат, 1971. – 495 с.
8. Группа компаний «Бесто». Зимнее бетонирование [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.avtobeton.ru/zimnee_betonirovanie.html.
9. Чумадова Л. И., Ватин Н. И., Бакирова И. Г., Кудайбергенова Н. А., Браташов А. А., Кабанов А. В. Влияние на прочность замораживания свежеприготовленного бетона // Материалы VI международной научно-практической конференции «Актуальные направления фундаментальных и прикладных исследований». – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2015. – C. 117–126.
10. Коротеев Д. В. Справочник мастера-строителя. – М. : Стройиздат, 1989. – 544 с.
11. Миронов С. А. Теория и методы зимнего бетонирования. – М. : Стройиздат, 1975. – 700 с.
12. Вегенер Р. В. Электропрогрев бетонных и железобетонных конструкций. – М. : Стройиздат, 1953. – 144 с.
13. Гендин В. Я. Электропрогрев в производстве сборных железобетонных изделий и блоков. – М. : Госстройиздат, 1961. – 196 с.
14. Холдинг «Защита конструкций-М». Бетонирование в летних условиях. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://zakonm.ru/uslugi/betonirovanie/monolitnoe-betonirovanie-v-letnikh-usloviyakh.
15. Москвин В. М. Добавки – ускорители твердения бетона. – М. : Издательство ГРСЛ, 1937. – 188 с.
16. Рамачандран В. С. Добавки в бетон. – М. : Стройиздат, 1988. – 575 с.
17. Шатов А. Н. Инновационные противоморозные модификаторы для решения современных вопросов зимнего бетонирования // Технологии бетонов. – 2011. – № 9/10. – С. 20.
18. ГОСТ 24211-91. Добавки для бетонов. Общие технические требования. – Введ. 1992–07–01. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200000046
19. Ружинский С. И. Противоморозные добавки. – Харьков: Изд. центр ХАИ, 2004. – 75 с.
20. Изотов В. С. Химические добавки для модификации бетона. – М. : Издательство «Палеотип», 2006. – 244 с.
21. Вавржин Ф. Химические добавки в строительстве. – М. : Стройиздат, 1964. – 288 с.
22. Ратинов В. Б. Добавки в бетон. – М. : Стройиздат, 1973. – 207 с.
23. Ратинов В. Б., Розенберг Т. И., Кучеряева Г. Д. Комплексные добавки для бетона // Бетон и железобетон. – 1981. – № 9. – С. 9–10.
24. Изотов В. С. Химические добавки для модификации бетона. – М. : Издательство «Палеотип», 2006. – 244 с.

 

Материал поступил в редакцию 05.06.2017
© Саматов М. А., 2017