CC BY
18УДК 691.327:666.973
С.Н. ЛЕОНОВИЧ, д-р техн. наук, Н.Л. ПОЛЕЙКО, канд. техн. наук,
Белорусский национальный технический университет;
С.В. ЖУРАВСКИЙ, директор ООО «Белкальматрон» (Минск, Беларусь);
Ю.Н. ТЕМНИКОВ, канд. техн. наук, директор ООО «Кальматрон-СПб» (Санкт-Петербург)
Эксплуатационные характеристики бетона строительных конструкций с применением системы «Кальматрон»
Учитывая тенденцию последних лет использования в промышленности строительных материалов отходов производства, применения для изготовления бетонных и железобетонных конструкций вяжущих с пониженным содержанием клинкерного фонда, необходимо решать вопросы долговечности этих конструкций даже при эксплуатации в нормальных атмосферных условиях [1].
Водонепроницаемость — одна из технических характеристик, определяющих долговечность бетонных конструкций.
Проницаемость бетона в значительной степени зависит от состава бетонной смеси, качества уплотнения, ухода за бетоном, степени гидратации цемента и условий эксплуатации конструкций.
Технологический процесс изготовления конструкций, режим тепловлажностной обработки бетона сопряжены с большой вероятностью образования температурных, усадочных и силовых трещин, наличием зон контакта свежеуложенной бетонной смеси и затвердевшего бетона, наличием водных пленок под арматурой и крупным заполнителем.
Постоянная миграция влаги в массиве бетона за счет капиллярного подсоса, испарения, перепада температуры на различных поверхностях являются определяющим фактором интенсификации разрушения цементного камня.
Снижение проницаемости бетонных конструкций достигается различными способами, но наиболее эффективным является кольматация пор и капилляров бетона [2—4].
Для бетонных и железобетонных конструкций наибольший интерес представляют неорганические растворные смеси на основе цементного вяжущего, реализующие проникающие и кольматирующие свойства в присутствии воды. К такого рода материалам относится система материалов «Кальматрон», которая представляет собой серию цементирующих материалов капиллярного действия, обеспечивающих водонепроницаемость
бетона, цементно-песчаного раствора и других цемент-содержащих капиллярно-пористых материалов. Эффект водонепроницаемости обеспечивается за счет ряда строго последовательных химических реакций, продолжающихся во времени, проходящих внутри структуры бетона между его составляющими с компонентами, содержащимися в растворе смеси «Кальматрон» [4—8].
Состав «Кальматрон» — это жесткая однокомпонент-ная смесь проникающего действия, изготавливается согласно СТБ 1543-2005, EN 1504-2 (СЕ 1397-CPD-0198). Он представляет собой готовый к применению сухой сыпучий материал серого цвета с белыми включениями, состоящий из портландцемента, кварцевого песка и комплексной химической добавки. По физико-механическим показателям состав «Кальматрон» должен соответствовать требованиям, указанным в табл. 1.
Составляющие бетонной смеси с добавкой «Кальматрон» вводятся в бетоносмеситель в следующем порядке: песок, щебень гранитный фракций 5—10 и 10—20, состав «Кальматрон», цемент. Время перемешивания сухих составляющих с составом «Кальматрон» не
Таблица 1
Наименование показателя Нормативные значения
Внешний вид Серый порошок с серыми включениями
Влажность, %, не более 1
Сроки схватывания, мин - начало, не менее - окончание,не более 30 180
Прочность при сжатии, МПа, не менее 25
Марка по морозостойкости, не менее F300
Марка по водонепроницаемости, не менее W10
Коррозионное состояние стальной арматуры Устойчиво-пассивное
Удельная поверхность см2/г 2874
Таблица 2
Расход материалов, кг/м3
Номер состава Цемент Песок Щебень гранитный фракций Кальматрон
5-10 10-20
1 430 547 731 487 -
2 414 547 731 487 16,6
3 417 547 731 487 13
4 527 611 800 343 -
5 507 611 800 343 20
6 511 611 800 343 16,6
64
научно-технический и производственный журнал
ноябрь 2012
jVJ ®
Таблица 3
Номер состава Среднее значение Rсж, МПа Прирост прочности, %
1 37,8 -
2 41,9 10,8
3 38,3 1,3
4 43,6 -
5 44,4 1,8
6 46 10,5
Таблица 4
Среднее значение Снижение
водопоглощения, % водопоглощения, %
1 5,49 -
2 5,14 6,4
3 5,21 5,1
4 5,86 -
5 5,14 12,2
6 5,33 9
Таблица 5
Номер состава Х1 а X
1 0,80/1,24 0,24/0,96 0,38/1,2
2 0,76/1,2 0,2/0,93 0,24/1,25
3 0,8/1,24 0,21/0,99 0,33/1,18
4 0,76/1,17 0,19/0,88 0,24/1,16
5 0,83/1,29 0,29/0,99 0,51/1,27
6 0,76/1,24 0,19/0,99 0,23/1,26
Примечание. Перед чертой приведена пористость образцов в возрасте 28 сут твердения в нормально-влажностных условиях, за чертой - с выдержкой образцов 14 сут в воде.
менее 2—3 мин, затем вводится вода, и смесь дополнительно перемешивается 2—3 мин.
Подвижность бетонной смеси составляла ОК=2—4 см для всех составов. Из каждого состава (табл. 2) изготавливали контрольные образцы для определения показателей пористости, морозостойкости, водонепроницаемости и водопоглощения. Прочность бетона определяли на образцах-кубах размером 100x100x100 мм согласно ГОСТ 10180-90 (табл. 3).
Анализ результатов испытания образцов на прочность при сжатии показывает, что оптимальным расходом системы «Кальматрон» является 16,6 кг/м3 (табл. 4). Водо-поглощение бетона определяли на образцах-кубах размером 100x100x100 мм по ГОСТ 12730.3-78. Снижение во-
допоглощения бетонных образцов с системой «Кальма-трон» достигало от 5,1 до 12,2% в зависимости от состава бетона и расхода добавки (табл. 4).
Водонепроницаемость бетона определяли на образцах-цилиндрах диаметром 150 мм по ГОСТ 12730.5-84 методом «мокрого пятна». Водонепроницаемость бетонных образцов с системой «Кальматрон» увеличилась на 1-2 марки с W8 до W10-W12.
Морозостойкость бетона определяли на образцах-кубах 100x100x100 мм по ГОСТ 10160.2-95 - третий метод. Составы № 1, № 3, № 4 соответствуют марке по морозостойкости F150, а составы № 2, № 5, № 6 - F200.
При исследовании поровой структуры бетона с системой «Кальматрон» получены результаты, подтверждающие изменение среднего размера и показателя однородности размеров открытых капиллярных пор в зависимости от условий и сроков твердения бетона [4].
Величину показателя пористости определяли по кинетике водонасыщения бетонных образцов, высушенных до постоянной массы дискретным взвешиванием через 0,25; 1; 24 и 48 ч. Параметры пористости X и а серий образцов определяли как среднее арифметическое значение результатов испытаний всех образцов серии (табл. 5) [8].
На образцах первой серии определяли изменение параметров показателей пористости в разные сроки твердения. Для этого определяли водопоглощение первой серии на бетонных образцах после 28 сут твердения в нормально-влажностных условиях. Затем образцы в течение 14 сут выдерживали в воде и повторно проводили определение водопоглощения (табл. 6).
Влияние условий твердения на поровую структуру бетона определяли на второй серии образцов, которые сутки выдерживали в форме и 27 сут - в воде. Затем бетонные образцы дополнительно выдерживали еще 14 сут в воде и повторно проводили дискретное взвешивание (табл. 7, 8).
В результате исследований установлено, что водопоглощение бетонных образцов меняется.
Показатели пористости значительно изменяются со временем. Повторные исследования через 14 сут водного твердения показали динамику снижения водопоглоще-ния бетонных образцов, изменение показателей однородности размеров открытых капиллярных пор и показателей среднего размера открытых капиллярных пор. Это подтверждает предположение, что со временем в результате химических реакций происходит кольматация капиллярных пор, снижается водопоглощение бетона, увеличивается его водонепроницаемость и долговечность.
В результате промышленной апробации на заводе «Спецжелезобетон» была изготовлена тридцать одна виброгидропрессованная труба. Восемь труб содержали систему «Кальматрон». Контрольные трубы испытывали избыточным давлением в 1,2 МПа, основные с системой «Кальматрон» - давлением 1,4 МПа. Гидростатические испытания труб проводили постепенным повышением давления на 0,1-0,25 МПа/мин
Таблица 6
Номер состава Водопоглощение, мас. %
М15 мин W1 час W1 сут W2 сут
1 2,86/1,4 4,35/2,22 5,64/5,41 5,69/5,44
2 2,76/1,22 4,3/1,93 5,51/5,42 5,82/5,47
3 3,09/1,27 4,38/2,1 5,79/5,42 5,89/5,47
4 2,81/1,24 4,83/2,4 6,23/5,93 6,42/5,93
5 2,88/1,19 4,47/2 6,16/5,48 6,35/5,49
6 2,76/1,18 4,36/1,96 6,15/5,47 6,31/5,5
Примечание. Перед чертой приведено начальное водопоглощение образцов, за чертой - после выдержки их в течение 14 сут в воде.
Г; научно-технический и производственный журнал
Ш ноябрь 2012 65
Таблица 7
Номер состава Водопоглощение, % по массе
М15 мин W1 час W1 сут W2 сут
1 1,27/0,73 2,12/1,08 5,74/4,12 5,91/5,16
2 1,53/0,75 2,51/1,16 5,86/4,84 5,98/5,59
3 1,64/0,89 2,71/1,39 5,98/5,37 6,08/5,85
4 1,88/0,92 3,07/1,49 6,5/5,81 6,58/6,43
5 1,59/0,71 2,49/1,11 6,15/4,72 6,26/5,75
6 1,77/0,8 2,7/1,32 6,2/5,41 6,32/6,02
Примечание. Перед чертой приведено начальное водопоглощение образцов, за чертой - после выдержки их в течение 14 сут в воде.
до указанных значении и выдерживали под испытательным давлением в течение 10 мин. Трубы считаются выдержавшими испытания на водонепроницаемость, если к моменту его окончания на поверхности труб не будет обнаружено фильтрации воды в виде влажных пятен, капель или течи. Результаты испытании труб приведены в табл. 9.
Проведенные исследования по использованию системы «Кальматрон» в качестве кольматирующей добавки в бетон показали, что химические реагенты равномерно распределяются в объеме бетонной смеси на стадии приготовления, растворяются в воде затворения и вступают в химические реакции с активными составляющими цемента. В результате формируются сложные соли, способные создавать нерастворимые кристаллогидраты. Их образование происходит постепенно, с меньшей скоростью, чем реакции гидратации цемента, поэтому сеть новообразованных кристаллов заполняет капилляры, микротрещины и поры бетона. При этом кристаллы являются составной частью структуры бетона и оказывают влияние на его физико-механические свойства [5].
Процесс формирования кристаллов приостанавливается в результате снижения влажности бетона. Во время эксплуатации конструкции, например при увеличении гидростатического давления, химическая реакция кристаллообразования возобновляется, в результате чего повышается водонепроницаемость бетона, что позволяет изготавливать виброгидропрессованные трубы со стабильным показателем напорности [6, 7]. В последующем завод «Спецжелезобетон» выпустил промышленную партию указанных труб с применением системы «Кальматрон».
Ключевые слова: кольматирующая добавка, капиллярные поры, бетон, водопоглощение, морозостойкость, железобетонные конструкции.
Таблица 8
Список литературы
1
Номер состава а I
1 0,76/1,21 0,14/0,8 0,13/1,16
2 0,83/1,27 0,29/0,98 0,51/1,28
3 0,69/1,21 0,1/0,88 0,25/1,24
4 0,7/1,17 0,11/0,87 0,24/1,15
5 0,69/1,18 0,1/0,88 0,25/1,16
6 0,7/1,29 0,11/0,88 0,24/1,16
Примечание. Перед чертой приведена пористость образцов, твердевших 1 сут в нормально-влажностных условиях и 27 сут в воде; за чертой - образцы дополнительно выдерживали 14 сут в воде.
Таблица 9
№ состава Количество труб Испытательное давление, МПа Результаты испытаний, количество труб
контрольных с добавкой «Кальматрон»
1 23 - 1,2 1 0,8 21 1 1
2 - 8 1,4 8
Розенталь Н.К. и др. Защитные материалы проникающего действия для повышения долговечности конструкций: В кн. Долговечность строительных конструкций. Теория и практика защиты от коррозии. М.: Центр экономики и маркетинга, 2002. С. 75—79.
2. Герчин Д.В. Особенности применения защитного состава «Кальматрон» для повышения долговечности бетонов зданий и сооружений: Мат. междунар. конф. «Проблемы долговечности зданий и сооружений в современном строительстве». СПб: Роза мира, 2007. С. 338-343.
3. Полейко Н.Л. и др. Применение гидрофобизатора типа «Кальматрон» в производстве железобетонных труб методом: Мат. докл. Междунар. науч.-технич. конф. «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития». Минск: БГТУ, 2005. С. 216-219.
4. Полейко Н.Л. и др. Структура порового пространства бетона с добавкой «Кальматрон»: Сб. статей между-нар. науч.-практ. семинара «Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров РБ». Минск: БНТУ, 2006. С. 126-131.
5. Полейко Н.Л. и др. Повышение долговечности бетона с применением состава «Кальматрон»: Мат. между-нар. конф. «Проблемы долговечности зданий и сооружений в современном строительстве». СПб: Роза мира, 2007. С. 377-383.
6. Полейко Н.Л. и др. Повышение физико-механических свойств бетона смесью «Кальматрон» при производстве напорных труб: Сб. тр. XVI междунар. науч.-методич. семинара «Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров РБ». Брест: БГТУ, 2009. С. 77-81.
7. Полейко Н.Л. и др. Повышение эксплуатационных характеристик бетона строительных конструкций с применением системы «Кальматрон»: Сб. статей II междунар. симпозиума «Проблемы современного бетона и железобетона». 21-23 октября 2009. Минск. С. 365-375.
8. Полейко Н.Л. и др. Физико-механические характеристики бетона строительных конструкций с системой «Кальматрон» // Строительная наука и техника. 2011. № 4(37). С. 58-61.
66
научно-технический и производственный журнал
ноябрь 2012
