18.02.2008. Расширяющие добавки для повышения долговечности бетонных конструкций

Большое разнообразие строительных сооружений, различие условий их возведения и эксплуатации, а также необходимость повышения долговечности этих сооружений сделали актуальной проблему создания специальных вяжущих и бетонов на их основе.

В 70-х годах XX века в НИИЖБ разработаны напрягающие бетоны и бетоны с компенсированной усадкой, обеспечивающие конструкциям на их основе повышенную водонепроницаемость, морозостойкость и стойкость к трещинам, для применения в различных областях строительства. Такие бетоны создаются на основе портландцемента (ПЦ) и расширяющих добавок (РД), которые могут быть получены как по обжиговой, так и по безобжиговой технологиям с применением различных отходов промышленных производств. Среди многочисленных запатентованных в России выделяются две добавки к бетону – алюминатносульфатная и алюмооксидная добавки, а также разные их комбинации, свойства которых определяются условиями гидратации и твердения алюминатов и сульфоалюминатов кальция, а также их соединений с силикатами и сульфатами.

В качестве сырья для получения таких добавок могут быть использованы природные материалы и промышленные отходы. Особый интерес представляет утилизация крупнотоннажных отходов, которая позволяет решать проблемы охраны окружающей среды и ресурсосбережения в строительстве.

Эти добавки вводят в мельницу, когда приготовляется цемент, или в бетоносмеситель, когда готовится бетонная смесь. Введение расширяющей добавки в процессе приготовления бетонной смеси регулирует энергию расширения вяжущего, что позволяет получать бетон для сборного и монолитного строительства, как с компенсированной усадкой, так и напрягающие с различной энергией самонапряжения, обеспечивая высокое качество изделий.

Как известно, в основе расширения бетонов с использованием РД лежит то же явление, что и при коррозии III вида, т. е. наличие растягивающих усилий, возникающих в порах бетона в результате увеличения объема кристаллизующихся солей или замерзания воды.

При этом явления, которые происходят во время сульфатной коррозии, аналогичны процессам расширения взаимодействия алюмо- и сульфатсодержащих материалов, т.е. образованию гидросульфоалюмината кальция (ГСАК) в первые сутки параллельно с гидратацией. В этот период структура бетона склонна к пластическим деформациям, и образование ГСАК не приводит к ее разрушению.

Следует отметить, что при применении напрягающих бетонов или бетонов с компенсированной усадкой в конструкциях необходимое ограничение деформации расширения бетонов достигается путем использования арматуры или торцевого ограничения. При этом возникающие растягивающие усилия от образования ГСАК не только не опасны, но и способствуют созданию плотной и прочной структуры за счет обжатия бетона. Кроме того, кристаллы ГСАК в порах и на поверхности новообразований как бы дисперсно армируют цементный камень. Для оценки связывания основных компонентов ГСАК были проведены комплексные физико-химические исследования кинетики процессов гидратации различных вяжущих.

Такие свойства многокомпонентного вяжущего, как плотная структура и непроницаемость бетонов на его основе, а также стойкость к трещинам самонапряженного железобетона в сочетании с высокими прочностными показателями, особенно при воздействии изгибающих и растягивающих усилий, обусловливают эффективность применения вяжущего в бетонах разнообразных конструкций (бесшовных полах промышленных зданий, емкостях различного назначения, спортивных сооружениях и т. п.). Покрытия полов промышленных зданий, спортивных и других сооружений, представляющие собой относительно тонкий слой, выполняются либо по бетонному основанию на грунте, либо по железобетонному перекрытию.

Помимо специальных требований по стойкости к износу, ударным и агрессивным воздействиям, электризации, отсутствию пыли и т.п., к бетонным полам предъявляются требования по стойкости к трещинам и водонепроницаемости.

Стойкость к трещинам бетонных покрытий при воздействии усадочных температурных факторов и внешней нагрузки определяется жесткостью основания, сцеплением с ним и в основном его деформативностью без образования трещин. Небольшая предельная растяжимость обычного бетона вызывает необходимость устройства деформационных швов в бетонных покрытиях с определенным шагом в зависимости от возможных температурных и влажностных перепадов.

Специальная изоляция в виде ковра из рулонных материалов (или иным способом) обеспечивает водонепроницаемость бетонных полов. При введении полимерных и других добавок улучшаются ударная вязкость и водонепроницаемость бетона в полах, что, однако, отрицательно сказывается на других показателях.

Повысить стойкость к трещинам и обеспечить водонепроницаемость покрытий полов можно путем использования бетонов с компенсированной усадкой или напрягающих. Стойкость покрытия к трещинам обусловливается преднапряжением, которое достигается как в полностью бетонном с компенсированной усадкой покрытии, так и в бетонном, ограниченном по периметру обвязкой, воспринимающей расширение покрытия.

Преднапряжение может быть рассчитано в зависимости от активности РД, состава бетона, степени и характера армирования либо упругой податливости обвязки.

Наиболее эффективным является применение таких бетонов для полов промышленных зданий и гаражей без оклеечной гидроизоляции, что позволяет получить бесшовную конструкцию пола, исключив основную долю усадки в период расширения и связанных с этим растягивающих напряжений. Кроме того, при наличии арматуры РД создает самонапряжение конструкции, а также имеет более высокую прочность на растяжение при изгибе, позволяющую дополнительно уменьшить сечение конструкции пола (особенно при совмещении покрытия с подстилающим слоем).