книги из ГПНТБ / Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона

данную удобоукладываемость цементно-песчаной смеси при опре­ деленном водоцементном отношении.

ностью ниже 7% содержание его увеличивают на 5% на каждый процент уменьшения водопотребности.

191

чественных материалов, 0,6 для материалов среднего качества и 0,5 для низких марок цемента и мелких цесков.

Приведенная формула применима при плотности свежеуложенного бетона более 0,97. Если такая плотность не мо­ жет быть достигнута, то необходимо учитывать возможное снижение прочности примерно на 5% на каждый процент недоуплотнения.

Повышенная чувствительность удобоукладываемости мел­ козернистых бетонных смесей при изменении их состава ска­ зывается и на прочности затвердевших бетонов.

При одном и том же способе уплотнения смеси для каж­ дого цементопесчаного отношения будет свое оптимальное В/Ц, при котором достигается максимальная прочность бето­ на данного состава. У жирных смесей оптимальные В/Ц зна­ чительно ниже, чем у тощих, следовательно, при применении жирных можно получить большую прочность бетонов.

Известно, что цементный камень имеет более высокую прочность, нежели песчаный бетон, при низких значениях водоцементного отношения. Наибольшей прочностью облада­ ет цементный камень, полученный при В/Ц, соответствующем нормальной густоте цементного теста. С увеличением водоце­ ментного отношения их прочности сближаются, и затем проч­ ность песчаного бетона начинает превосходить прочность цементного камня. Это объясняется тем, что при высоких водоцементных отношениях пористость цементного камня более высокая, чем пористость песчаного бетона, а также тем, что силы адгезии цементного камня с заполнителями стано­ вятся больше, чем силы когезии.

Аналогичная картина наблюдается и при сравнении мелко­ зернистых бетонов с обычными на крупных заполнителях; мелкозернистые бетоны могут иметь повышенные прочности при малых значениях В/Ц, что возможно при увеличенных расходах цемента и обеспечении хорошего уплотнения. При практически наиболее широко применяемых водоцементных отношениях от 0,4 до 0,7 прочности обычных бетонов на круп­ ных заполнителях хорошего качества выше прочности мелко­ зернистых бетонов.

192

чем у бетонов с крупным заполнителем.

Как уже упоминалось, отсутствие скелета крупного запол­ нителя и повышенное количество цементного камня у мелко­ зернистых бетонов повышает их деформативные свойства. Модуль упругости мелкозернистых бетонов на 25—35% ниже модуля упругости равнопрочных бетонов с крупными запол­ нителями. Предельные деформации мелкозернистых бетонов, по данным Ю. М. Баженова, находятся в следующих преде­ лах: при сжатии 1,2—4,1 мм/м, при изгибе 0,3—0,45 мм/м, при растяжении 0,17—0,3 мм/м, т. е. превосходят подобные деформации обычного тяжелого бетона. Предельная деформативность бетонов может быть увеличена при замене квар­ цевых песков известковыми и шлаковыми, а также при вве­ дении в состав бетонов поверхностноактивных добавок.

Мелкозернистые бетоны обладают гораздо большей усад­ кой и ползучестью, чем бетоны с крупным заполнителем. По данным И. И. Улицкого, предельные относительные дефор­ мации усадки мелкозернистых бетонов в 2—4 раза, а значе­ ния характеристики ползучести на 20—100% выше, чем у обычных бетонов. Изменения же величин усадки и ползучести от различных факторов подчиняются тем же закономернос­ тям, что и у обычных бетонов.

Подбор состава мелкозернистых бетонов производят рас­ четно-экспериментальным методом, разработанным Ю. М. Ба­ женовым.

Порядок подбора следующий.

1. Определяют водоцементное отношение, необходимое для получения заданной марки бетона, пользуясь формулой

R6=ARu( ^ - 0 ,8 ) .

2.По графикам (рис. 63) определяют соотношение между цементом и песком, обеспечивающее заданную удобоукладываемость смеси при установленном Ц/>В.

3.Пользуясь формулой абсолютных объемов, определяют расходы цемента, песка и воды, учитывая, что песчаный бетон при вибрировании вовлекает значительное количество воздуха

(от 2 до 8% по объему):

- ^ + В + — = 1000-ВВ,

где ВВ — объем вовлеченного воздуха в л (для подвижных смесей ВВ = 20—30 л, для жестких В:В=60—70 л).

4. Производят экспериментальную проверку подобранно­ го состава и при необходимости его корректировку.

При больших объемах бетонных работ и необходимости использования бетонов различных марок с разными значения­ ми удобоукладываемости смесей целесообразно построение графиков по данным, полученным в результате эксперимен­ тального подбора состава, как это делается и для обычных бетонов.

Мелкозернистые бетоны вследствие особенности своей структуры, как правило, являются менее долговечным мате­ риалом, чем равнопрочные и равноподвижные с ними обыч­ ные бетоны. Однако, применяя некоторые технологические мероприятия по увеличению плотности и уменьшению макро­ пористости цементного камня, можно получить бетоны высо­ кой долговечности. Многие исследователи считают, что высо­ кая однородность мелкозернистых бетонов, пониженные ве­ личины «собственных» напряжений, хемосорбционное взаимо­ действие зерен кварца с цементом и другие факторы при условии обеспечения повышенной плотности цементного кам­ ня позволяют получить даже большую долговечность мелко­ зернистых бетонов, чем обычных.

Рациональная область применения мелкозернистых бето­ нов для тонких ажурных железобетонных конструкций не подлежит сомнению. В то же время технология мелкозернис­ тых бетонов требует большей культуры производства, нежели обычных крупнозернистых. Применяя материалы хорошего качества и прогрессивные технологические мероприятия при приготовлении бетонных смесей, их укладке и последующем твердении, можно значительно уменьшить влияние отрица­ тельных и увеличить значение положительных свойств мелко­ зернистых бетонов.

Декоративный бетон

Декоративные бетоны предназначаются для облицовки крупных блоков и панелей наружных стен зданий, внутрен­ ней их отделки, а также для изготовления различных архи­ тектурных деталей. При изготовлении изделий из декоратив­ ных бетонов применяются цветные цементы, прочные запол­ нители с красивой расцветкой и производится соответствую­ щая обработка поверхности (насечка, шлифовка и т. д.).

194

В качестве вяжущего для декоративных бетонов исполь­ зуют белый цемент марки 400 или полученные на его основе цветные цементы. Обычный портландцемент с добавлением цветных пигментов применяют лишь для бетонов темных то­ нов. В качестве пигментов используют гцелоче- и светостойкие природные вещества минерального происхождения (охра,, умбра, железный сурик, окислы марганца и хрома). Мине­ ральные пигменты не должны заметно снижать прочность бетона или существенно изменять сроки схватывания цемен­ та. Так как большинство пигментов представляет собой гли­ нистый минерал, их следует добавлять не более 8—10% от веса цемента. Для получения равномерной и более интенсив­ ной окраски пигменты тщательно перемешивают с цементом в шаровых и вибрационных мельницах.

Применение красителей органического происхождения (анилиновых), повышающих интенсивность окраски, не раз­ решается вследствие их недостаточной щелочестойкоети.

Заполнителями для декоративных бетонов служат мра­ морная крошка, белые и цветные пески, дробленый щебень из мрамора, гранита, порфиров и других горных пород раз­ личной окраски.

•Имитацию природных пород камня с грубооколотой, буг­ ристой или шероховатой поверхностью получают при исполь­ зовании мелкозернистых песчаных составов бетона с добав­ кой каменной крошки с дальнейшеи'Ъбработкой поверхности обкалыванием. Террацевую, или мелкомозаичную, фактуру получают очисткой, шлифовкой и ' лощением поверхности бетона, приготовленного на крупной каменной крошке из твердых и плотных горных пород.

Из-за интенсивного воздействия атмосферных факторов декоративный бетон должен удовлетворять определенным требованиям в отношении прочности, плотности и долговеч­

ности (марка не ниже 160 и морозостойкость не менее 25— 50 циклов).

Составы декоративных бетонов подбирают по методам, принятым для обычных бетонов.

Полимерцементные бетоны

К полимерцементным относят бетоны, в которых вяжу­ щими являются цементы с добавками полимерных материа­ лов. Они могут приготовляться на плотных и пористых запол­ нителях. Наиболее распространены в настоящее время поли­

мерцементные мелкозернистые песчаные бетоны на плотных заполнителях.

Состав полимерцементных бетонов характеризуется полимерцементным отношением П/Ц1, которое обычно принимает­ ся равным 0,1—0,25.

Механизм взаимодействия полимера с цементным камнем изучен недостаточно. Согласно современным воззрениям жесткий пространственный скелет цементного камня укреп­ ляется в ослабленных местах (трещинах и порах) полимером, что приводит к упрочнению материала и повышению его элас­ тичности.

Полимерцементные бетоны удачно сочетают в себе поло­ жительные свойства цементных бетонов и пластмасс, харак­ теризуются повышенной деформативностыо, стойкостью к ударам, имеют повышенную предельную растяжимость, трещиностойкость и прочность на растяжение. Полимерные добавки повышают плотность структуры бетонов и их сопро­ тивляемость к воздействию различных агрессивных сред. Полимеры должны обладать хорошей адгезией к цементу и заполнителям, а также хорошей аутогезией— способностью отдельных частиц полимера к прочному слипанию, должны быть достаточно щелочестойкими и водостойкими.

Применяемые в настоящее время полимеры еще не в полной мере обладают всеми перечисленными свойствами, поэтому в области полимерцементных бетонов предстоят

дальнейшие исследования.

Большая заслуга в исследовании и внедрении в производ­ ство полимерцементных бетонов принадлежит нашим ученым А. В. Саталкину, В. Э. Лейриху, Ю. С. Черкинскому.

Полимерцементные бетоны получают тремя основными способами: 1) введением в состав бетона водных дисперсий полимеров, которые распадаются в бетонной смеси; 2) введе­ нием в воду затворения растворимых цолимеров с последую­ щим их отверждением в теле бетона с помощью добавок или путем нагрева; 3) пропиткой бетонных изделий на требуемую глубину маловязкими синтетическими веществами с отверж­ дением их тем или иным способом в капиллярах бетона.

В практике производства полимерцементных бетонов наи­ более широко распространен первый способ с введением в бе­ тонную смесь эмульсий высокомолекулярных винильныч соединений и латексов синтетических каучуков.

1 В данном разделе буквой П обозначается весовое количество поли­ мера на 1 м® бетона.

196

Для предохранения водных дисперсий полимеров от преж­ девременного коагулирования в щелочной среде цементного теста вводятся добавки стабилизаторов; особенно нуждаются

встабилизаторах латексные полимеры.

Взависимости от характера действия стабилизаторы де­ лятся на две группы: поверхностноактивные .вещества и кол­ лоиды, образующие на поверхности частиц полимера защит­ ные пленки, и электролиты, подавляющие действие ионов кальция. К первой группе относятся белки, производные цел­ люлозы, неионогенные поверхностноактивные вещества и др.,

ко второй — соли щелочных металлов, силикат натрия

ифосфат натрия.

ВСоветском Союзе распространены в основном добавки

вполимерцементные бетоны поливинилацетатной эмульсии и дивинилстирольного латекса, причем предпочтение необходи­ мо отдать латексу, так как он обеспечивает более высокую зодостойкость и морозостойкость бетонов.

Дивинилстирольный латекс — сополимер дивинила и сти­ рола с различным соотношением полимеров. В бетонах реко­ мендуется применять латексы GKC-50 и GKC-65 с содержани­ ем стирола соответственно 50 и 65%.

Стабилизация латекоцементных смесей чаще всего произ­ водится казеинатом аммония или щелочами. Казеинат аммо­ ния хорошо стабилизирует смеси, но вызывает их загустевание и для обеспечения заданной удобоукладываемости требу­ ет увеличения водосодержания смесей. Хорошая удобоукладываемость смесей обеспечивается при применении в качест­ ве стабилизатора добавки поташа с содой.

В последние годы под руководством М. И. Хигеровича проведены исследования по введению в бетонные смеси би­ тумных эмульсий с водой затворения; содержание битума принимается в 2—5% от веса цемента. В период отвердевания бетона эмульсия распадается и битум хорошо гидрофобизуег поры и капилляры бетона. Битумоцементные бетоны характе­ ризуются повышенной водонепроницаемостью и большой морозостойкостью.

При втором способе получения полимерцементных бетонов применяются водные растворы карбамидных и эпоксидных смол, фуриловых и поливиниловых спиртов.

Отличительной особенностью бетонов на водораствори­ мых карбамидных и эпоксидных смолах является способ­ ность к быстрому твердению во влажных условиях и повышенная их водостойкость. Оптимум механических

197

свойств наблюдается при введении смол в количестве 2% от веса цемента.

Для пропитки бетонных изделий применяются лак этиноль, растворы в органических жидкостях перхлорвиниловой смо­ лы, поливинилового спирта, поливинилацетата, кремнийорганических и других соединений. По имеющимся в литературе данным, бетонные образцы после пропитки лаком этиноль и перхлорвиниловой смолой приобретали повышенную проч­ ность и долговечность.

Для облегчения проникания жидкостей в бетон применяют различные методы, используя контракционный вакуум, термодиффузионные явления, а также пропитку под давлением. Глубину пропитки можно регулировать изменением пористос­ ти бетона.

Рассмотрим свойства полимерцементных бетонов с наи­ более распространенными полимерами. Как показал опыт изготовления поливинилацетатноцементных бетонов, макси­ мальные прочностные показатели обеспечиваются при П/Ц, равном 0,2. На прочность бетонов влияют влажностные усло­ вия среды. Если при твердении поливинилацетатных бетонов в среде с относительной влажностью 50% все прочностные показатели их выше, чем у обычных бетонов, то при твердении в среде с относительной влажностью 100% прочности уменьша­ ются в 3—6 раз, что связано с понижением прочности поливи­ нилацетата в водной среде. Поэтому для поливинил­ ацетатноцементных, а также и латексцементных бетонов оптимальными условиями твердения являются условия воз­ душной среды.

Зависимости механичеокой прочности мелкозернистых полимерцементных бетонов воздушносухого твердения от полимерцементного отношения и количества цемента представ­ лены на диаграммах (рис. 64).

По данным Ю. С. Черкинекого, при сжатии полимерцементного бетона (при оптимальном П/Ц), прочность тощих составов (1 :4 и 1 :5) выше, чем обычных бетонов. У жирных составов (1:2) прочность ниже, чем у бетона без добавки полимера. Эти явления связаны с соотношением прочностей полимера и бетона. Для тощих малопрочных составов проч­ ность поливинилацетата достаточно высока, для упрочнения же жирных смесей необходимо применять другой, более проч­ ный полимер.

В силу указанных причин полимерцементные бетоны с

198

а

Рис. 64. Зависимости механической прочности поливинилацетатноцементного мелкозернистого бетона от отношения

цемент: песок и от П/Ц (по Ю. С. Черкинскому):

а — предел прочности при сжатии; 6 — предел прочности при изгибе.

применением дивинилстирольного латекса имеют пониженные значения прочности при сжатии.

Прочности при растяжении и изгибе у обоих рассматривае­ мых видов полимерцементных бетонов выше, чем у обычных бетонов такого же состава.

Прочностные показатели латексцементных бетонов зави­ сят и от вида стабилизатора. Применение высокомолекуляр­ ных веществ снижает степень гидратации цемента и, следова­ тельно, понижает прочность бетонов; применение электроли­ тов более благоприятно сказывается на нарастании прочности бетонов во времени и на ее абсолютном значении.

При длительном увлажнении механическая прочность бе­ тонов с добавками поливинилацетата снижается из-за недо­ статочной его водостойкости вследствие гидролиза с образо­ ванием поливинилового спирта. Повышения водостойкости поливинилацетата можнр достичь нагреванием с целью дегид­

199

ратации поливинилового спирта с добавками соединений хро­ ма, галоиднопроизводных соединений или формальдегида для «пространственного сшивания» молекул поливинилового спирта.

Лолимерцементные бетоны характеризуются значительны­ ми деформациями усадки и ползучести, которые выше, чем у бетонов без добавок полимеров, в два раза и более.

Если изделия из полимерцементного бетона находятся в водной среде, деформации ползучести резко увеличиваются и могут привести к разрушению изделия. Модуль упругости полимерцементных бетонов ниже, чем обычных бетонов, и уменьшается при понижении модуля упругости полимера, а также при увеличении количества полимера в бетоне. Так, мелкозернистые поливинилацетатноцементные бетоны опти­

Поливинилацетатноцементные и латексцементные материа­ лы обладают высокой адгезионной способностью. Свежеуложенные полимерцементные бетоны и растворы хорошо скле­ иваются с разными поверхностями, в том числе и со старым

•бетоном. Различные полимерцементные мастики применяются для склеивания строительных материалов и в качестве обма­ зок для защиты арматуры от коррозии.

Полимерцементные бетоны обладают высокой стойкостью к восприятию динамических нагрузок и большой износостой­ костью. По имеющимся данным, ударная прочность латексцементных бетонов в 15 раз выше, а истираемость в 15—20 раз ниже, чем у обычных мелкозернистых бетонов.

Введение в бетоны полимерных добавок повышает их во­ донепроницаемость и морозостойкость. Особенно это заметно у латексцементных бетонов, но при снижении гидрофильности поливинилацетата можно получить и поливинилацетатноце­ ментные бетоны высокой водонепроницаемости и морозостой­ кости.

Особенно целесообразно применение полимерцементных композиций для повышения химической коррозионной стой­ кости бетонов. Соответствующим подбором химически стой­

бетоны при Л /Ц =0,2 стойки к воздействиям масел, бензола, днбутилфталата, морской воды, щелочей, но нестойки к воз­

200