51) Применение бетонов в монолитных железобетонных конструк­циях

Монолитный железобетон позволяет создавать разнообразные архитектурные формы и конструктивные решения зданий и соору­жений не ограниченные сборными типоразмерами изде­лий.

Монолитные конструкции сооружают в основном из тяжелого бетона или легкого бетона на пористых заполнителях. Стены жилых зданий возводят и из ячеистого бетона. В защитных монолитных конструкциях применяют специальные бетоны: особо тяжелый, жа­ростойкий, кислотоупорный и др.

Арматуру, как правило, изготовляют в арматурно-сварочных цехах или на заводе в виде укрупненных элементов - сварных сеток и бло­ков-каркасов.

Предусматривается автоматизация приготовления бетонной смеси, комплексная механизация ее транспортировки и уплотнения. Бетон­ную смесь транспортируют так, чтобы она не расслаивалась и не из­меняла свой состав, вследствие попадания атмосферных осадков пли чрезмерного испарения воды при действии ветра и солнечных лучей.

Бетонную смесь перевозят автосамосвалами, при дальней же пере­возке используют автобетоносмесители. Сухие компоненты загружа­ют в барабан автобетоносмесителя на центральной дозировочной установке, а приготовляют бетонную смесь за 5-10 мин до пр^ы гия к месту работ. В автобетоносмесителях перевозят и готовые бегонные смеси, что позволяет сохранить их однородность, используя ловтор- ное перемешивание.

Транспортирование бетонных смесей на строительной площадке осуществляют кранами, транспортерами и по трубам с помощью бе­тононасосов или пневмонагнетателей. Пневматический способ отли­чается простотой и позволяет подавать бетонные смеси сжатым воз­духом по трубам на расстояние до 150м.

Бетонирование монолитных конструкций производят непрерывно или с перерывами, т.е. участками или блоками. Непрерывную уклад­ку бетона осуществляют в том случае, когда требуется повышенная монолитность и однородность бетона и поэтому нежелательно нали­чие рабочих швов. Это относится к предварительно напряженным железобетонным конструкциям, фундаментам, воспринимающим динамические усилия от оборудования и т.п. (рис. 20.6).

Массивные сооружения (плотины, шлюзы, массивные фундаменты и т.п.) разрезают рабочими швами на блоки. Объем блока устанавли­вают с учетом возникающих в бетоне температурных и усадочных напряжений.

Бетонную смесь подают гак, чтобы не было расслоения, поэтому бетонная смесь поступает к месту укладки по вертикальным "хобо­там", виброжелобам и наклонным лоткам, при этом высота свободно­го падения смеси не должна превышать 2 м.

Бетонную смесь укладывают слоями, толщину которых уста­навливают с учетом ее хорошего уплотнения вибраторами. При внутреннем вибрировании наибольшая толщина слоя составляет 1,25 длины рабочей части вибраторов, при поверхностном вибри­ровании не превышает 12-25 см. Шаг перестановки внутренних виб­раторов не должен превышать полутора радиусов их действия.

Уход за бетоном начинают сразу после укладки и уплотнения бе­тонной смеси и продолжается в течение всего периода выдержива­ния бетона до достижения им проектной прочности. Качество бето­на зависит от ухода за ним, целью которого является создание и поддержание температуро-влажностных условий, благоприятных для гидратации цемента. В летнее время поверхность свежеуложен- ного бетона должна быть защищена от высыхания, а в первые часы твердения и от дождя. Для этого открытые горизонтальные поверх­ности по окончании бетонирования засыпают слоем влагоемкого материала-песка, опилок, шлака или покрывают мешковиной, плен­ками. В сухую погоду покрытие поддерживают во влажном состоя­нии до достижения бетоном не менее 70% проектной прочности. Вертикальные поверхности опалубки защищают от высыхания, пе­риодически увлажняют. После снятия опалубки вертикальные по­верхности бетонных сооружений поливают водой.

В районах с сухим жарким климатом предусматривают меро­приятия, сохраняющие влагу в бетонной смеси; применяют пленко­образующие составы, отражающие солнечные лучи, укрывают по­лимерными пленками, заливают горизонтальные поверхности во­дой и др.

Для бетонирования в зимних условиях в нашей стране разрабо­таны специальные способы, направленные на то, чтобы обеспечить нормальный режим твердения бетона: закрывают опалубку утепли­телем - "метод термоса", что сохраняет тепло, выделяемое при гид­ратации цемента, подогревают заполнитель и воду, применяют раз­личный прогрев бетонной смеси, вводят добавки хлористых солей натрия и кальция и др.

Сборно-монолитные конструкции представляют собой зара­нее изготовленные сборные элементы и дополнительно уложенные на месте строительства монолитный бетон (бетон омоноличивания) и арматуру. После приобретения монолитным бетоном прочности такая конструкция работает как единое целое, в случае обеспечения надежного сцепления нового и старого бетона (рис. 20.7).

Конструктивное сочетание сборных элементов и монолитного бе­тона во многих случаях является экономически выгодным, так как

сборно-монолитные конструкции, объединяя достоинства тех и дру­гих, лишены некоторых их недостатков. Для возведения сборно- монолитных конструкций в отличие от монолитных не требуется специальной опалубки, подмостей и лесов. Поэтому монолитный бетон сборно-монолитных конструкций дешевле бетона монолитных конструкций, а также пропаренного бетона сборных элементов. В сборных элементах сборно-монолитных конструкций весьма эффек­тивно применение предварительно напряженной высокопрочной ар­матуры. Установкой дополнительной арматуры в опорных участках монолитного бетона легко обеспечивается неразрезность соединений элементов.

55 Строительные растворы: классификация исх. Компон. Св-ва. Разновидности

Раствор строительный - рационально составленная, однородно перемешанная смесь вяжущего вещества (цемент, известь, гипс и др.), воды, песка и добавок, приобретающая с течением времени камневидное состояние.

Сухие строительные смеси (ССС) - это сыпучие, рационально подобранные смеси вяжущего, заполнителя, наполнителей и специальных добавок (регуляторы схватывания и твердения, адгезивы, пластификаторы и другие). Они затворяются водой на месте производства работ.

Строительные растворы применяют при каменной кладке, для оштукатуривания поверхностей стен и потолков, для нанесения теплоизоляционных, звукоизоляционных, огнезащитных, декоративных и других штукатурок и изготовления искусственных безобжиговых материалов на основе вяжущих веществ.

Строительные растворы классифицируют по:

- основному назначению;

- применяемому вяжущему;

- средней плотности.

По назначению строительные растворы бывают следующих видов: для кладки; штукатурные; специальные (декоративные, звукоизоляционные, теплоизоляционные, для защиты от радиоактивных излучений) и др.

По применяемому вяжущему:

- простые – состоящие из одного вида вяжущего (гипсовые, цементные, известковые и т.д.);

- сложные – состоящие из нескольких вяжущих (гипсо-известковые, цементно-пуццолановые и т.д.).

По величине средней плотности растворы бывают тяжелые с плотностью более 1500 кг/м³, и легкие – менее 1500 кг/м³.

В соответствии с назначением строительные растворы отличаются физико-механическими и реологическими свойствами, структурными характеристиками, видами вяжущего. К важнейшим физико-механическим свойствам относятся: средняя плотность; предел прочности образца из раствора на сжатие (марки М4, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200); теплопроводность; хорошее сцепление с основанием; морозостойкость (марки F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200). Реологические свойства характеризуются водопотребностью, подвижностью (марки Пк1, Пк2, Пк3, Пк4), водоудерживающей способностью (для сухих смесей - не менее 95%, для традиционных растворных смесей – не менее 90 %, для глиносодержащих растворов – не менее 93 %) и периодом первичного структурообразования (живучесть смеси). Структура оценивается различными видами пористости и коэффициентами однородности и среднего размера открытых капиллярных пор.

55 ). Виды строительных растворов

Для каменной кладки наружных стен зданий применяют глав­ным образом цементные и смешанные растворы (цементно-из- вестковые и цементно-глиняные) марок 10, 25 и 50 в зависимости от влажностных условий и требуемой долговечности здания, В кладке перемычек, простенков, карнизов, столбов марка может быть повы­шена до 100.

Виброкирпичные панели изготовляют с применением растворов марки 75, 100, 150, приготовленных на портландцементе и шлако- портландцементе.

Монтажные растворы для заполнения горизонтальных швов при монтаже стен из легкобетонных панелей должны иметь марку не ниже 50, а для панелей из тяжелого бетона - не ниже 100.

Минимальные расходы цемента для растворов различного назна­чения 75-125 кг/м³ песка принимают для подземной кладки зданий в зависимости от относительной влажности воздуха в помещениях, а для кладки фундаментов - в соответствии с влажностью грунтов.

Для кладки во влажных грунтах и ниже уровня грунтовых вод применяют растворы на портландцементе с активными минераль­ными добавками или на шлакопортландцементе (с минимальным расходом цемента 125 кг/м³).

Штукатурные растворы. Для наружных каменных и бетонных стен зданий применяют цементно-известковые растворы, а для ошту­катуривания деревянных поверхностей в районах с сухим климатом используют известково-гипсовые растворы. Внутреннюю штукатурку стен и покрытий здания при относительной влажности воздуха по­мещений до 60% выполняют из известковых, гипсовых, известково- гипсовых и цементно-известковых растворов.

Подвижность штукатурных растворов и предельная крупность применяемого песка для каждого слоя штукатурки различны. Под­вижность раствора для подготовительного слоя при нанесении ме­ханизированным способом составляет 6-10 см, а при ручном труде - 8-12 см. Наибольшая крупность песка при этом должна быть не вы­ше 2,5 мм. Для отделочного слоя применяют мелкие пески крупно­стью не более 1,2 мм. Для увеличения подвижности штукатурных растворов вводят гидрофобно-пластифицирующие добавки.

Фирма "Кнауф" (Германия) выпускает для отечественного рынка гипсовые штукатурные смеси "Гольдбанд" - для бетонных и кир­пичных поверхностей и "Ротбанд' - для оштукатуривания потолков и стен из любых материалов. Эти смеси отличаются комплексом вы­соких технологических и эксплуатационных свойств.

Декоративные растворы предназначены для отделочных слоев стеновых панелей и блоков, наружной и внутренней отделки зданий. Эти растворы изготовляют на белом, цветном и обычном портланд- цементах; для цветных штукатурок внутри зданий применяют также строительный гипс и известь. Заполнителем служит чистый кварце­вый песок либо дробленые пески из белого известняка, мрамора и т.п. Для лицевого отделочного слоя панелей наружных стен (из лег­кого бетона) применяют раствор марки 50, для отделки железобе­тонных конструкций - 150 с морозостойкостью не ниже 35.

Гидроизоляционные растворы для гидроизоляционных слоев и штукатурок обычно изготовляют состава 1:2,5 или 1:3,5 (це­мент: песок по массе), применяя портландцемент, расширяющиеся цементы, пуццолановый портландцемент. Причем в составы на портландцементе должны быть введены добавки (жидкое стекло, хлорное железо, водорастворимые смолы и др.).

Инъекционные цементные растворы применяют для запол­нения каналов в предварительно напряженных конструкциях и уп­лотнения бетона. Марка раствора должна быть не ниже 300, поэтому используют портландцемент марки 400-500.

Рентгенозашитный раствор приготовляют на баритовом песке (BaS0₄) (предельной крупностью 1,25 мм), применяя портландце­мент или шлакопортландцемент. В него вводят добавки, содержа­щие легкие элементы: литий, бор и др.

56. Сухие смеси

Строительные сухие смеси - это композиции заводского изготов­ления на основе минеральных вяжущих веществ, включающие за­полнители и добавки. В отдельных случаях в качестве вяжущего мо­гут быть использованы водорастворимые или водоэмульгируемые полимеры. На место производства строительных работ сухие смеси доставляются в расфасованном виде, причем для их использования по назначению достаточно только добавить необходимое количество воды.

Сухие смеси по сравнению с товарными и бетонными смесями имеют ряд преимуществ: сокращение количества технологических операций для перевода сухих смесей в рабочее состояние; повыше­ние качества строительных работ благодаря заводскому приготовле­нию смесей; сокращение транспортных расходов на 15%; сокраще­ние отходов растворов на 5...7% в результате порционного приго­товления; повышение производительности груда на 20...25% вслед­ствие повышения пластичности растворов.

В настоящее время сухие смеси являются одним из направлений технического прогресса в строительстве, их применяют в качестве кладочных, монтажных и штукатурных растворов, шпатлевок, пли­точных клеев, составов для наливных полов, ремонтных составов.

Материалы, применяемые для сухих смесей. В качестве вяжуще­го используют порошкообразные минеральные вяжущие: портланд­цемент, строительный гипс, воздушную известь. В отдельных случа­ях применяют в качестве связующего порошкообразные полимеры, которые растворяются в воде, либо образуют эмульсии (эфиры цел­люлозы, поливинилацетат, акрилаты).

В качестве заполнителя широко применяется песок для строи­тельных работ с модулем крупности 1...2, причем наибольшая крупность зерен не должна превышать 1,25 мм. Для легких раство­ров применяют пористые вспученные пески (перлитовые, вермику- литовые, керамзитовые). Для шпатлевок применяют известняковую муку и порошкообразный мел.

Большую роль в технологии сухих смесей играют добавки. По­скольку растворные смеси, приготавливаемые из сухих смесей, ук- ладываюгся, как правило, на пористые основания тонким слоем, то для обеспечения пластичности и водоудерживающей способности применяются неорганические и органические пластифицирующие добавки: глина, воздушная известь, зола ТЭС; лигносульфонат ЛСТ, СНВ, суперпластификатор С-3.

Для повышения адгезии, грещиностойкости и непроницаемости в состав сухих смесей вводят полимерные добавки, которые, как ука­зывалось выше, должны находиться в порошкообразном состоянии, быть водорастворимыми либо образовывать эмульсии с водой.

Для производства работ при отрицательных температурах в со­став сухих смесей вводят противоморозные добавки: поташ, нитрит нитрата натрия, формиат. При этом особые требования предъяв­ляются к гигроскопичности добавок.

Вода для затворения сухих смесей не должна содержать вредных примесей.

Показатели качества сухих смесей должны соответствовать об­ласти применения смеси. Если сухая смесь используется в качестве кладочного раствора, то у нее должен быть следующий комплекс показателей качества: пластичность, водоудерживающая способ­ность, предел прочности при сжатии, морозостойкость.

В зависимости от назначения растворных смесей изготовление их осуществляется в заводских условиях, на автоматизированных про­изводствах. Технология производства сухих смесей складывается из следующих операций; поступаемый с карьера песок или гравийно- песчаная смесь подвергается тепловой обработке в сушильных агре­гатах, где их влажность доводят до 0,5%, затем производят рассев на ситах до нужных фракций. Просеянный песок после дозирования на­правляется в смеситель принудительного действия. В этот же смеси­тель загружают и другие компоненты в необходимом количестве. Отдозированные материалы перемешивают до получения однород­ной массы. Полученную смесь затаривают в емкости, необходимые для реализации и подают на склад готовой продукции. Все заводское оборудование должно быть в пылезащищенном исполнении.

Лидером по производству сухих строительных смесей в России является международная группа «Кнауф», заводы которой оснащены современным оборудованием. Готовые смеси хранят в сухом месте, а смеси, модифицированные полимерами, при температуре не выше 40 °С.

58. Битумные вяжущие вещества

Состав и строение битумов

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам.

Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода 70-80%, водорода 10-15%, серы 2-9%, кислорода 1-5%, азота 0-2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соеди­нений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма сложен. Так, в них могут находиться смеси углеводородов метанового и нафтенового рядов и их кислородных, сернистых и азо­тистых производных. Все многообразие соединений, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.

Твердая часть битума - это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000-5000, плотностью более 1, объединенные общим названием "асфальтены". В асфальте- нах содержатся карбены, растворимые только в СС1₄ и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды-парафины.

Смолы представляют собой аморфные вещества темно- коричневого цвета с молекулярной массой 500-1000, плотностью около 1.

Масляные фракции битумов состоят из различных углево­дородов с молекулярной массой 100-500, плотностью менее 1.

По своему строению битум представляет коллоидную систему, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой явля­ются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в виде частиц размером 18-20 мкм, являются ядрами, каждое из них окруже­но оболочкой убывающей плотности - от тяжелых смол к маслам.

Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соот­ношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфаль- тенов. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости биту­ма. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.

Группы углеводородов, входя в состав битумов в различных соот­ношениях и образуя сложную а) дисперсную систему, предопре­деляют их структуру и свойства (рис. 13.1). Если в дисперсной системе имеется избыток дис­персной среды, то комплексные частицы - мицеллы не контак­тируют между собой свободно _Рис. 13.1. Схема структуры битума: перемещаясь. Эта структура ха- _{а) жидкого; б) твер}дого; / - мицелла; рактерна для жидких битумов 2 - раствор смол в маслах; 3 - асфаль- при нормальной температуре и тены (ядро мицеллы размером 18...28 для вязких битумов при повы- мкм); 4 - смолы (оболочка мицеллы) шейных температурах (рис. 13.1, а). При большом количестве мицелл они контактируют между собой, образуя мицеллярную пространст­венную сетку. Такая структура характеризуется высокой вязкостью и твердостью при высокой температуре (рис. 13.1, б).

Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухудшает их свой­ства, повышает хрупкость при пониженных температурах. Поэтому стремятся к тому, чтобы содержание парафина в битуме не превы­шало 5%.

Состав определил практические способы перевода твердых би­тумов в рабочее состояние: нагревание до 140-170°С, размягчающие смолы и увеличивающие их растворимость в маслах; растворение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное масло, ла- койль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (хо­лодные мастики и т.п.); эмульгирование и получение битумных эмульсий и паст.

Свойства битумов

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготавливаемых на их основе, различны. Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размяг­чаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойст­ва обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Плотность битумов в зависимости от группового состава колеб­лется в пределах от 0,8 до 1,3 t/cm^j. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5-0,6 Вт/(м-°С); теплоемкость -1,8-1,97 кДж/кг-°С. Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5■ 10"⁴ до 8Ю"⁴⁰С"', причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения. Устойчи­вость при нагревании характеризуется: потерей массы при нагрева­нии пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более 1%) и темпера­турой вспышки (230-240°С в зависимости от марки).

Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2-0,3% по массе). Электроизоляци­онные свойства используют при устройстве изоляции электро­кабелей.

Физико-химические свойства. Поверхностное натяжение биту­мов при температуре 20-25°С составляет 25-35 эрг/см². От содер­жания поверхностно-активных полярных компонентов в орга- иическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами (порошкообразными на­полнителями, мелким и крупным заполнителем). Прочные хемосорб- ционные связи битум образует с наполнителем из известняка, доло­мита с большим количеством адсорбционных центров в виде катио­нов Са²⁺ и Mg²⁺.

Старение - процесс медленного изменения состава и свойств би­тума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гид- рофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких состав­ляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.

Реологические свойства битума зависят от группового состава, строения. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твер­дые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязко- упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одно­временно возникает упругая (обратимая) и пластическая (не­обратимая) составляющие деформации. Для описания процесса де­формирования вязко-упругих тел используют реологическую модель Максвелла и др. (см. гл. I).

Химические свойства. Наиболее важным свойством является хи­мическая стойкость битумов и битумных материалов к действию аг­рессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, ме­таллов и других строительных материалов. Битумные материалы хо­рошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%), а также серной (с концентрацией до 50%), соляной (до 25%) и уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, а также при дейст­вии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широ­ко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Физико-механические свойства. Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.

Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в деся­тых долях миллиметра) прибора - пенетрометра.

Температуру размягчения определяют на приборе "кольцо и шар", помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре на­греваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым битумом.

Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) об­разца битума ("восьмерки") при температуре 25^йС, определяемым на приборе - дуктилометре.

Марку битума выбирают в зависимости от назначения. По на­значению различают битумы строительные, кровельные и дорожные. Основные требования, предъявляемые к строительным и кровельным битумам, приведены в табл. 13.1.

Строительные битумы применяют для изготовления асфальтовых бетонов и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик, по­крытия и восстановления рулонных кровель.

Кровельные битумы используют для изготовления кровельных ру­лонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон); а туго­плавкие битумы служат для покровного слоя. Битумом пропитывали железобетонные конструкции, работающие в грунте, в частности, сваи для антикоррозионной защиты.