Глава 7. Неорганічні в’яжучі матеріали, будівельні розчини та бетони

кристалізації солей відбувається в шарі штукатурки, що запобігає утво- ренню на поверхні сольових відкладів. Сучасні сануючі штукатурки є двошаровими системами, в яких є пориста базова штукатурка і безпосе- редньо сануючий шар. Висока проникність штукатурки створює сприят- ливі умови для висихання кам’яної та цегляної кладок, крім того, ці шту- катурки є морозостійкими, їх застосовують для цокольної частини будівель, архітектурних пам’яток тощо.

Сануючі штукатурні системи призначені для використання у вологих підвальних і напівпідвальних приміщення для створення в них мікроклі­мату, сприятливого для тривалого перебування людини або для захисту споруди від руйнування. Система сануючих штукатурок складається з трьох видів спеціальних сухих сумішей: для обризку, грунтувальної про- тисельової сапуючої, накривної гідрофобізуючої. Інколи ці системи мо- жуть включати шар вирівнювальної штукатурки, фінішної шпаклівки, накривного шару тощо. Оброблену поверхню можна покривати паропро- никними силікатними або латексними фарбами.

У сучасних спорудах підлога — це горизонтальна багатошарова конст- рукція, що складається з основи, підкладального шару, звукоізоляції, те- плоізоляції, стяжки, гідроізоляції, грунтовки та верхнього шару покриття. Підлоги повинні мати високі показники якості за міцністю, деформатив- ністю, зносостійкістю, тріщиностійкістю, корозійною стійкістю і декора­тивністю. Комплексом таких властивостей відрізняються наливні підлоги на основі сумішей для підлог та стяжок. Використання останніх дозволяє виконувати різноманітні конструкції наливних монолітних підлог.

Шпаклювальні суміші застосовують для вирівнювання конструкції, причому наносять їх на підготовлені поверхні конструкції при температу- рі навколишнього середовища +10...+35°С і відносній вологості не нижче 60%. Як в’яжучі речовини придатні портландцемент або гіпс, що визначає можливості застосування розчинів для зовнішніх або внутрішніх робіт. Застосування поряд зі звичайними спеціальних добавок, наприклад, гід- рофобізаторів, а також волокнистих наповнювачів, дозволяє покращити властивості розчинів та вдосконалити технологію виконання робіт.

Сухі фарбові суміші — це високодисперсні композиції (S_п = 10... 100 м'/г), що складаються із твердих полімерів, наповнювачів, пігментів і спеціаль- них добавок. Основною сировиною є термопластичні полімери (поліети- лен, полівінілхлорид, поліаміди) та реактопласти (епоксидні, полієфірні, поліуретанові смоли). Фарби готують змішуванням сухих сумішей із во- дою в кількості, що забезпечує гідратацію в’яжучої речовини і необхідну в’язкість.

223

2. Бетони:склад,структура, властивості

Бетон — штучний камінь, який отримують у процесі твердіння раціо- нально підібраної суміші в’яжучої речовини, крупного та дрібного запов- нювачів, води та добавок. До затвердіння суміш указаних компонентів на- зивають бетонною сумішшю.

За основним призначенням бетони поділяють на конструкційні (для зведення несучих та огороджувальних конструкцій промислових, громад- ських та житлових будівель і споруд) та спеціальні (гідротехнічні, дорожні, корозійностійкі, жаростійкі і вогнетривкі, декоративні, радіаційнозахисні тощо).

За середньою густиною у сухому стані бетони поділяють на:

• особливо важкі (понад 2500 кг/м³) — отримують, використовуючи як заповнювачі барит, залізні руди, сталеві відходи);

• важкі (2200...2500 кг/м³) — передбачають застосування заповнюва- чів із щільних гірських порід;

• полегшені (2000...2200 кг/м³) — виготовляють на основі нещільних заповнювачів (вапняк-черепашник, туф);

• легкі (500...2000 кг/м³) — отримують із використанням природних та штучних пористих заповнювачів (вулканічні і вапнякові туфи, пемза, ке- рамзит, шлакова пемза, аглопорит);

• особливо легкі (менше 500 кг/м³) — насамперед, ніздрюваті бетони та бетони на основі штучних пористих заповнювачів (спученого перліту та вермикуліту).

За видом в’яжучої речовини, що використовується, бетони поділяють на портландцементні, вапняні, гіпсові, лужні, асфальтові, полімерні тощо.

За структурою бетони поділяють на: щільні, поризовані, ніздрюваті, круп- нопористі.

Властивості бетонної суміші. Головною характеристикою бетонної су- міші є її консистенція, шо пов’язана з легкоукладальністю, тобто зі здат- ністю бетонної суміші заповнювати форму чи опалубку з найменшими за- тратами зовнішньої енергії.

Легкоукладальність характеризується рухомістю або жорсткістю. Ру- хомість суміші (Р) визначають за допомогою стандартного конуса і розра- ховують у сантиметрах як різницю висоти форми та бетонної суміші, шо утворилася після зняття форми. Для сумішей із рухомістю Р4 та Р5 легко- укладальність визначають за показником розпливу конуса. Жорсткість (Ж) оцінюють (у секундах) як час, потрібний дія заповнення бетонною сумішшю (після зняття форми-конуса) циліндричної посудини під дією

224

вібрації. Залежно від показника легкоукладальності бетонні суміші поді- ляють на три групи: наджорсткі (НЖ), жорсткі (Ж) та рухомі (Р).

Розшарування суміші оцінюється показниками розчиновідцілення та водовідцілення.

Для регулювання властивостей бетонної суміші застосовують органіч- ні та високодисперсні активні мінеральні добавки (золи-винесення, мік- рокремнезем). Найпоширенішими добавками є суперпластифікатори, за- стосування яких, з одного боку, дозволяє отримувати литі бетонні суміші і транспортувати їх при укладанні із використанням бетононасосів, а з іншого — сприяє суттєвому зниженню водоцементного відношення (В/Ц) та відповідно підвищенню міцності отриманих бетонів. Бетонні суміші за ступенем готовності поділяють на суміші, готові до використання, і сухі.

Важкі бетони — найпоширеніший матеріал для виготовлення конструк- цій масового виробництва для збірного та монолітного будівництва, що складається з в’яжучої речовини, заповнювачів і добавок (рис. 7.4).

Характеристика матеріалів для важкого бе-

тону. В’яжучі речовини (як правило портландце- менцементи та їх різновиди) вибирають, врахо- вуючи основні проектні показники бетону: міц- ність, морозо- та корозійну стійкість, а також технологію виготовлення виробів та умови бето- нування (особливо при монолітному будівницт- ві). Вимоги до хіміко-мінералогічного складу цементу обумовлені особливостями експлуатації та твердіння бетону. Наприклад, для виробниц- тва збірних залізобетонних конструкцій доціль- но застосовувати швидкотверднучі портландце- мент та шлакопортландцемент. У бетонах, що

піддають навперемінному заморожуванню і відтаванню, зволоженню та висиханню, небажано застосовувати цементи із підвищеним вмістом мі- неральних добавок, а також мінералу С₃А (до 8%). Для виготовлення ма- сивного гідротехнічного бетону (для дамб, гребель) доцільно використову- вати цементи з низькою екзотермією, в тому числі пластифіковані гідро- фобні цементи.

Заповнювачами для важкого бетону є сипкі суміші мінеральних зерен природного чи штучного походження певного гранулометричного складу. Залежно від розмірів зерен заповнювачі поділяють на крупні (щебінь або гравій) — 5...70 мм та дрібні (піски) — 0,16...5 мм.

225

Гравій — це сипкий матеріал, шо утворюється в результаті природного руйнування (вивітрювання) вивержених чи осадових гірських порід. Зер- на гравію розмірами 5...70 мм мають округлу обкатану форму з гладкою поверхнею.

Щебінь — це сипкий матеріал у вигляді зерен неправильної форми, що одержують подрібненням гірських порід, які характеризуються міцністю при стиску 20... 120 МПа. Зерна щебеню мають кутасту форму та шорстку поверхню, а тому міцність їх зчеплення з цементним каменем значно ви- ща, ніж у гравію. Для виробництва щебеню подрібнюють вивержені по- роди — граніт, діабаз, діорит; щільні осадові породи — вапняк, доломіт; метаморфічні — кварцити. При подрібненні на сучасних кар’єрах щебінь поділяють на фракції: 5... 10 мм, 10...20 мм, 20...40 мм, 40...70 мм. У складі крупних заповнювачів обмежують вміст глинистих та пилуватих части- нок, тобто зерен розміром менше 0,05 мм (для гравію не більше 1...2% за масою, для щебеню — не більше 1...3%). Голчастих та пластинчастих час- тинок у щебені для бетону не повинно бути більше 35% за масою, оскіль- ки збільшення їх вмісту істотно послаблює бетон.

Міцність крупного заповнювача повинна перевищувати міцність бе- тону, склад якого проектуються. Границя міцності щебеню на стиск для вивержених порід повинна бути не нижче 80 МПа, для метаморфічних та осадових — 60 і 30 МПа відповідно.

Пісок природний за складом може бути кварцовим, польовошпатним та карбонатним. Штучний пісок отримують подрібненням гірських порід або супутних продуктів промисловості, наприклад, металургійних шлаків. Придатність піску як дрібного заповнювача для бетону визначається комп- лексом показників, основними з яких є зерновий склад і модуль крупное- ті, а також вміст пилуватих та глинистих частинок (не повинен перевищу­вати 3% за масою), які погіршують зчеплення заповнювача з цементним каменем, а також вміст органічних домішок, які руйнують цементний камінь.

Добавки необхідні для регулювання властивостей бетону та економії цементу. За функціональним призначенням та основним ефектом дії роз- різняють добавки, що регулюють властивості бетонних і розчинових су- мішей, утому числі пластифікуючі, стабілізуючі, водоутримуючі добавки, що поліпшують перекачування сумішей; добавки поризуючі (повітровтя- гувальні, піно- та газоутворювачі); добавки, що регулюють процеси тужа- віння і твердіння (сповільнюють або прискорюють) та добавки, які змі- нюють характер процесів структуроутворення бетону і надають йому спеціальних властивостей (наприклад, протиморозні).

226

Пластифікуючі добавки збільшують рухомість, тобто знижують жорст- кість суміші, не погіршуючи міцності бетону.

Суперпластифікатори — це синтетичні полімерні речовини, що вико- ристовуються в кількості 0,1...1,2% від маси цементу, і відрізняються силь- ним розріджувальним ефектом, час дії якого обмежується строком 2...З години від моменту введення.

Прискорювачі твердіння призначені, насамперед, для скорочення стро- ків розпалублення конструкції при монолітному бетонуванні, а у вироб- ництві збірного залізобетону - для зменшення часу теплової обробки ви- робів та збільшення оборотності бортооснащення.

Добавки поліфункціональної дії (комплексні) одночасно регулюють де- кілька властивостей бетонної суміші і бетону. Так, введення до суперпла- стифікаторів додаткових компонентів дозволяє змінювати час тужавлення та швидкість набору міцності бетону, подовжує термін легкоукладаль- ності бетонної суміші, регулює порову структуру в напрямку зменшення кількості відкритих пор, шо сприяє підвищенню щільності, водонепро- никності, міцності, морозостійкості і корозійної стійкості.

Загальні властивості важкого бетону. Важкий бетон за своїм головним призначенням є конструкційним матеріалом і тому характеризується міц- ністю, відповідними деформаційними характеристиками та стійкістю в умовах експлуатації, тобто морозо- і корозійною стійкістю, водонепрони- кністю, трішиностійкістю.

Міцність — це здатність бетону чинити опір руйнуванню від внутріш- ніх напружень, що виникають під дією навантажень або інших факторів.

Традиційно нормативною характеристикою вважається границя міц- ності при стиску, що визначається після 28 діб тверднення зразків-кубів із ребром 15 см у нормальних умовах.

Раніше дія характеристики міцності бетону використовували поняття марки, що була регламентована нормативними документами та визнача- лася як округлене (до найближчого меншого показника) значення серед- ньої границі міцності (кгс/см²): М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М500, М600.

Проте цей показник не дає достатньо повного уявлення про міцність бетону при великих обсягах його виробництва. Зміна якості цементу та заповнювачів, помилки у дозуванні та технології призводять до утворення неоднорідної структури бетону та до варіювання його властивостей. Більш вірогідним є висновок про міцність бетону за оцінкою коефіцієнта варіації, що дорівнює відношенню середнього квадратичного окремих ре-

227

Для більшості бетонів клас визначають через 28 діб тверднення при нормальних умовах, тобто при температурі t = 20 ± 2°С та відносній воло- гості повітря не менше 90%.

Для важкого бетону стандартизовані такі класи:

• за міцністю при стиску: В3,5; В5; В7,5; В10; В 12,5; В15;В20; В25. В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80;

• за міцністю при розтягу: B_t0,4; B_t0,8; B_tl,2; B_tl,6; B_t2; B_t2,4; B_t2,8: B,3,2; B_t3,6; В,4,0;

• за міцністю при згині :В_tB0,4; В_tB0,8; В_tB1,2; В_tB1,6; B_tB2,0; В_tB2,4; В_tB2,8: В_tB3,2; В_tB3,6; В_tB4,0; В_tB4,4; В_tB4,8; В_tB5,2; В_tB5,6; В_tB6,0; В_tB6,4; В_tB6,8; В_tB7,2. В_tB8,0.

Морозостійкість бетону є непрямим показником його довговічності та характеризується найбільшим числом циклів навперемінного заморожу- вання та відтавання, що спроможні витримати зразки бетону (в стані, на- сиченому водою або сольовим розчином) без зниження міцності більш, ніж 5%.

За морозостійкістю важкий бетон поділяють на марки: F50, F75, F100. F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000.

Водонепроникність бетону пов’язана зі щільністю його структури і за- лежить від виду використаних заповнювачів, у тому числі від їх щільності.

228

зультатів визначення міцності до середньої міцності бетону. Чим менше його значення, тим бетон є більш однорідним за своїми властивостями.

Основним показником якості бетону за міцністю, що подається в но- рмативних документах, є його клас.

Клас бетону за міцністю на стиск, згин і осьовий розтяг визначають за величиною характеристичної міцності бетону (МПа), яка приймається з нормативним коефіцієнтом варіації 13,5% із забезпеченістю 0,95 (досяга- ється не менш ніжу 95 випадках із 100) (ДСТУ Б В.2.7-176:2008).

Між класом бетону та середньою міцністю партії, що контролюється, існує залежність:

де В — чисельне значення класу бетону, МПа; /?_ср— середня міцність бе- тону, МПа; С — коефіцієнт варіації міцності бетону, який становить 13,5%.

Для переходу від класу бетону до середньої міцності можна викорис- товувати формулу:

гранулометричного складу та пустотності, пористості цементного каменю та міцності зчеплення його із заповнювачами.

Характеристикою водонепроникності бетону є його марка, що відпо- відає максимальному тиску (0,2...2 МПа), при якому ще не спостерігаєть- ся фільтрація води крізь стандартний зразок. За водонепроникністю роз- різняють такі марки бетону: W2; W4; W; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20.

Теплофізичні властивості бетону оцінюються визначенням теплопровід- ності, теплоємності та лінійним коефіцієнтом температурного розширення.

Теплопровідність важкого бетону у повітряно-сухому стані в середньому становить 1,2 Вт/(м-К), що у 2...4 рази більше за теплопровідність легкого бе- тону. Теплоємність важкого бетону визначає у межах 0,75...0,92 кДжДкг-К). Температурний коефіцієнт лінійного розширення важкого бетону становить 10- 10⁶ м/К.

Легкі бетони мають середню густину не вище 2000 кг/м³. На відміну від важкого бетону на щільних заповнювачах, структура легких бетонів наси- чена повітряними порами та пустотами. Досягається це такими технологі- чними прийомами, як вилученням зі складу бетонної суміші дрібного запо- внювача (піску), що збільшує об’єм міжзернових пустот; використанням легких пористих заповнювачів (природних чи штучних); поризацією си- ровинної суміші при введенні піно- та газотвірних добавок (рис. 7.5).

Відповідно до цього, розрізняють легкі щільні бетони на пористих запов- нювачах, крупнопористі на пористих та щільних заповнювачах і поризовані бетони. В окрему групу легких бетонів виділяють ніздрюваті, які поділяють на піно- та газобетони (рис. 7.6).

Вихідні матеріали для легких бетонів. Як в’яжучі речовини використову- ють портландцемент (звичайний або швидкотверднучий) та шлакопортландце-

229

мент. При отриманні виробів автоклавного твердіння застосовують буді- вельне вапно, а неавтоклавних ніздрюватих бетонів — портландцемент, гіпс, каустичний магнезит тощо.

Заповнювачі для приготування бетонних су- мішей можуть бути природними, штучними або отриманими з відходів промисловості. Природні пористі заповнювачі виготовляють у вигляді ще- беню та піску подрібненням пористих магматич- них чи осадових гірських порід (вулканічного туфу, пемзи, вапнякового туфу, вапняку-черепашника, опоки тощо). У сучасному будівництві найчасті- ше використовують штучні пористі заповнювачі, які одержують поризацією природної сировини чи промислових відходів. Такими заповнювачами

є керамзит, зольний гравій, аглопорит, шлакова пемза, спучений перліт та вермикуліт. Придатні також гранульовані доменні та електротермофос- форні шлаки, паливні золи і шлаки.

Коригувальні добавки ('пластифікатори, прискорювачі твердіння) дозво- ляють регулювати властивості бетонних сумішей та виробів на їх основі. Для поризації бетонної суміші використовують газо- та піноутворювачі.

Легкі бетони на пористих неорганічних заповнювачах класифікують за таки- ми ознаками:

• за призначенням: конструкційні; конструкційно-теплоізоляційні; тепло- ізоляційні та спеціальні (жаростійкі, хімічно стійкі та ін.);

• за видом пористих заповнювачів: керамзитобетон, шлакобетон тощо;

• за структурою: щільні (суцільної структури), поризовані, крупнопористі;

• за крупністю заповнювачів', звичайні з максимальною крупністю за- повнювачів 20 і 40 мм та дрібнозернисті з максимальною крупністю запов- нювачів до 10 мм.

Легкі бетони за середньою густиною в сухому стані (кг/м³) поділяють на марки від D300 до D2000.

Основним показником міцності легкого бетону є клас, який визначають за характеристичною міцністю при стиску (МПа): для конструкційних бетонів передбачені класи від В12,5 до В40; ддя конструкційно-теплоізо- ляційних — від В1до В15; для теплоізоляційних — В0,35; ВО,75; Bl; В2.

Теплопровідність легких бетонів на пористих заповнювачах визначає в ме- жах від 0,09 до 0,66 Вт/(м-К).

За морозостійкістю конструкційні легкі бетони поділяють на марки від F15 до F500.

230

Легкі бетони широко застосовуються у житловому, цивільному, промис- ловому, транспортному, сільському й інших видах будівництва для виготов- лення монолітних та збірних конструкцій, у тому числі й армованих. Легкі бетони, які відповідають вимогам щодо морозостійкості і водонепро- никності, доцільно використовувати для виготовлення зовнішніх ого- роджувальних конструкцій житлових та промислових будівель, у мостових конструкціях і гідротехнічних спорудах.

Застосування легких бетонів дозволяє зменшити масу будівельних виро- бів та конструкцій, знизити вартість транспортних і монтажних операцій, скоротити витрати на опалення (за рахунок поліпшення теплоізоляції), підвищити вогнє-, морозо- та сейсмостійкість будівель і споруд.

Крупнопористий бетон отримують після затвердіння бетонної суміші, шо складається з цементу, крупного заповнювача, пластифікуючих доба- вок та води. Структура такого бетону характеризується наявністю круп- них пустот, утворених за рахунок відсутності в його складі дрібного запов- нювача, а міжзерновий простір заповнюється цементним тістом лише частково. Кількість цементного тіста в такому бетоні визначається міні- мальним його об’ємом, потрібним для того, щоб укрити тонким шаром кожне зерно заповнювача (рис. 7.7).

Заповнювачами для крупнопористого бетону є щебінь або гравій із щільних чи пористих гірських порід, штучні пористі заповнювачі, паливні шлаки, цегляний бій.

Застосовуючи природний гравій, одержують крупнопористий бетон із середньою густиною 1700... 1900 кг/м³, а якщо скористатися пористими заповнювачами, то можна знизити середню густину до 500...700 кг/м³.

231

Залежно від границі міцності при стиску крупнопористі бетони поді- ляють на класи В1; В2; В2,5; В3,5; В5 і В7,5. Міцність крупнопористого бетону на розтяг не нормується. Теплопровідність крупнопористого бе- тону залежить від його середньої густини і становить 0,30...0,98 Вт/(м-К).

Крупнопористий бетон застосовують лише в конструкціях, які екс- плуатуються в умовах стиску, в тому числі для виготовлення монолітних або збірних стін опалюваних будівель заввишки до чотирьох поверхів. Оскільки бетон має наскрізну пористість, то для уникнення продування стін їх слід обштукатурювати з обох боків. Іноді бетон використовують при виготовленні тришарових огороджувальних конструкцій, наприклад, у середньому шарі рекомендується застосовувати крупнопористий керам- зитобетон із середньою густиною 550 кг/м³.

Крупнопористий бетон також використовують для виготовлення пане- лей із горизонтальною розрізкою стін. При застосуванні легких пористих заповнювачів одержують теплоізоляційний крупнопористий бетон, з якого виготовляють плити для теплоізоляції стін і покриттів будівель. Крупнопо- ристий бетон придатний також для виготовлення звукопоглинальних виро- бів у вигляді плит та блоків.

Легкі бетони на пористих органічних заповнювачах. До таких бетонів нале- жать полістиролбетон (заповнювачем є пінополістирол) та арболіт (запов- нювачем є деревна стружка). Характеристика легких бетонів, отриманих із використанням деревних заповнювачів, наведена у главі 8.

Полістиролбетон — це легкий бетон, який містить портландцемент або його різновиди, дрібний кремнеземистий заповнювач (кварцовий пісок або золу-винесення ТЕС), заповнювач у вигляді гранул спіненого полісти- ролу та модифікуючі добавки (пластифікатори, прискорювачі твердіння то- що) (рис. 7.8). Полістирол спінений гранульований є продуктом одно- абс багатоступінчастого спінювання полістиролу і характеризується маркою

за насипною густиною 10, 15, 20, 25, 30, а розмір зерен змінюється від 0 до 20 мм.

За показником середньої густини полі- стиролбетону в сухому стані характеризуєть- ся марками від D150 до D 600. Клас бетону за міцністю при стиску в проектному віці пови- нен становити від В 0,5 до В 2,5. Коефіцієнт теплопровідності змінюється від 0,055 де 0,145 Вт/(М'К). Морозостійкість бетону по- винна становити від F25 до F100. Крім того, такі бетони характеризуються високою зву-|

232