CC BY
22УДК 693.54
A.П. СВИНЦОВ, д-р техн. наук (svintsovap@rambler.ru),
Ю.В. НИКОЛЕНКО, канд. техн. наук, Н.Н. ПАТРАХАЛЬЦЕВ, д-р техн. наук,
B.Н. ИВАНОВ, д-р техн. наук, Российский университет дружбы народов (Москва)
Совершенствование технологии бетонных работ в монолитном домостроении
Жилищное строительство в России остается актуальным направлением, и в обозримой перспективе снижения потребностей в жилых зданиях не ожидается, так как жилищная проблема в нашей стране стоит так же остро, как и 20 лет назад. Очевидно, что ее общим решением на основе индустриализации является дальнейшее развитие всех без исключения видов жилищного строительства: крупнопанельного, монолитного, кирпичного (мелкоблочного), деревянного и пр. Накопленный в последние годы опыт монолитного домостроения выявил технико-экономические преимущества этого вида строительства по сравнению с кирпичным, крупноблочным и даже крупнопанельным. Так, единовременные затраты на создание производственной базы монолитного домостроения на 35% ниже, чем в кирпичном домостроении, и на 40—50%, чем в крупнопанельном, а расход стали снижается до 25%, причем экономия увеличивается по мере повышения этажности. В свою очередь, что немаловажно, энергетические затраты на изготовление и возведение монолитных конструкций сокращаются на 25—35% по сравнению с крупнопанельными. Следовательно, все эти преимущества способствуют развитию монолитного домостроения как массового индустриального метода строительства в городах и селах, а также там, где нет производственной базы для сборного железобетона.
В нашей стране за последние 10—15 лет монолитное домостроение получило новый импульс развития. Были приобретены и освоены новые системы опалубки, в основном крупнощитовой, и получен положительный производственный опыт возведения монолитных зданий различного назначения. Однако возведение монолитных железобетонных конструкций в зимний период предъявляет особые требования к бетонным смесям и к технологии производства работ. В настоящее время практическая реализация технологических процессов не всегда соответствует технологическим картам. Например, при производстве монолитных работ с использованием бетонных смесей с подвижностью П2—П3 при классе бетона В12,5—В20 в соответствии с технологическими картами обеспечивается качество конструкции, соответствующее проекту. Отклонение от технологических карт приводит к тому, что качество монолитных железобетонных конструкций не соответствует требованиям проектной документации. Применение бетонных смесей с низкой подвижностью является одной из причин недостаточного их уплотнения в конструкции и снижения ее качества. На рис. 1 представлен фрагмент монолитного железобетонного пандуса с арматурой без защитного слоя из-за недостаточного уплотнения бетона с низкой подвижностью.
В холодный период года при отрицательной температуре наружного воздуха подвижность бетонной смеси снижается, химические процессы твердения и набора прочности замедляются или останавливаются. Производство работ без специальных добавок становится весьма затруднительным, а в ряде случаев и вообще невозможным.
Зимнее бетонирование требует особо строгого соблюдения технологических регламентов и технологических карт. При производстве монолитных работ в зимний период при отрицательной температуре наружного воздуха очень важно не только подобрать противомо-розную добавку в бетон, но и строго выдержать ее дозировку. Незначительное отклонение от технологического регламента приводит к тому, что качество бетона существенно ниже требуемых показателей. На рис. 2 представлен фрагмент монолитного железобетонного перекрытия, выполненного в морозную погоду из бетона с противоморозными добавками. Несмотря на интенсивный обогрев бетона, его твердение и набор прочности существенно задержались. Кроме того, поверхность перекрытия явно нуждается в выравнивающей стяжке.
В этой связи работы, направленные на изыскание и использование новых, более эффективных составов бетонных смесей со специальными добавками для производства работ в холодный период года, представляются актуальными и имеющими практическое значение.
Рис. 1. Фрагмент монолитного железобетонного пандуса с низким качеством выполнения бетонирования
Рис. 2. Фрагмент монолитной железобетонной плиты зимнего бетонирования
научно-технический и производственный журнал ^'/РО^Г/^/]^})^^ 28 январь 2012 Ы *
Рис. 3. Расслоение бетона в конструкции
Опыт строительных организаций показывает, что для получения высокого качества поверхности внутренних стен и перекрытий и снижения трудоемкости бетонных работ необходимо применять бетонные смеси с подвижностью марок П4—П5. Однако для бетонов классов В12,5—В15 подбор смесей представляет определенные трудности, которые заключаются в том, что без химических добавок и даже с применением суперпластификаторов бетонные смеси имеют тенденцию к расслоению. Это происходит не всегда, и предвидеть место возможного расслоения бетона практически невозможно. На рис. 3 представлен фрагмент железобетонной стены с расслоением бетона.
Зимнее бетонирование характеризуется особыми условиями производства работ и необходимостью применения специальных технологий, позволяющих получать высокое качество конструкций из монолитного железобетона.
Для решения задачи по преодолению указанных недостатков авторами выполнен комплекс экспериментально-теоретических работ. Исследования выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 7473—94 «Смеси бетонные. Технические условия»; ГОСТ 10181—2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний»; ГОСТ 10180—90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».
Экспериментальные исследования выполнены с использованием портландцемента марки 300, песка с модулем крупности Мкр=2,05 из Академического карьера и гранитного щебня фракций 5—20 мм. В качестве пластифицирующей добавки применен разжижитель бетонной смеси С-3; воздухововлекающая добавка — СДО (смола древесная омыленная). Прочность на сжатие определена испытанием кубов 10x10x10 см. Составы бетонных смесей и результаты их экспериментальных исследований представлены в табл. 1.
Анализ полученных данных показывает, что введение только пластифицирующей добавки С-3 даже в больших количествах не обеспечивает требуемую подвижность, а главное — однородность бетонной смеси.
Для повышения однородности бетонной смеси предложено использовать воздухововлекающую добавку СДО. Экспериментально методом последовательного приближения установлена дозировка СДО. После введения воздухововлекающей добавки СДО бетонные смеси были однородными и имели осадку стандартного конуса более 18 см. Важно отметить, что нарушение соотношения между суперпластификатором (С-3) и воз-духововлекающей добавкой приводит к понижению прочности образцов бетона.
Для условий зимнего бетонирования очень важно обеспечить не только однородность и подвижность бетонной смеси, но и протекание химических реакций, приводящих к твердению бетона и набору прочности. Основной задачей в данном аспекте является предотвращение замерзания свободной воды с соответствующим расширением льда и разрушением коллоидных образований. При этом представляется целесообразным применение комплексной химической пластифици-рующе-противоморозной добавки.
В качестве противоморозной добавки использован нитрат натрия (№N03), показавший хорошие результаты при обработке грунтов [1, 2, 3]. Противоморозная добавка вводилась в бетонную смесь в виде раствора с водой затворения в количестве 6—8% по сухому веществу от массы цемента. В качестве суперпластификатора использована добавка С-3.
Экспериментальные исследования выполнены на бетонах классов В15—В20, приготовленных на портландцементе М400, кварцевом песке, гранитном щебне фракции 5—20 мм, комплексной добавке, состоящей из суперпластификатора С-3 и нитрата натрия (НН).
Исследование свойств бетонных смесей с марками подвижности П4—П5, твердеющих при отрицательной температуре, выполнено на образцах-кубах 10x10x10 см,
Таблица 1
Расход материалов, кг/м В/Ц ОК, см Прочность, МПа Примечание
Ц П Щ В Добавка, % от ПЦ 7 сут 28 сут
300 697 1195 187 С-3-11,7 0,623 18 - - Расслоение смеси
300 792 1100 140 С-3-15 0,467 19 - - Расслоение смеси
300 886 1006 150 С-3-20 0,5 20 - - Расслоение смеси
320 695 1195 200 (С-3)+СДО 0,8+0,02 0,625 21 9,8 15,7 -
360 890 1100 225 (С-3)+СДО 0,25+0,01 0,625 20 12,7 19,5 -
360 890 1100 225 (С-3)+СДО 0,36+0,03 0,625 20 15,3 21,5 -
Таблица 2
Расход материалов, кг/м добавки, % от массы ПЦ В/Ц ОК, см Прочность при сжатии, МПа
Ц П Щ С- 3 НН
260 925 1045 0,8 6-8 0,71 22 21,2
310 890 1020 0,8 6-8 0,65 23 30,8
Г; научно-технический и производственный журнал
М ® январь 2012 29
Таблица 3
Класс бетона Требуемое значение прочности, % от проектной Продолжительность набора требуемой прочности бетона, ч
Модуль поверхности 9-12 Модуль поверхности 18-22
Температура наружного воздуха, -5оС Температура наружного воздуха, -15оС Температура наружного воздуха, -5оС Температура наружного воздуха, -15оС
В15 25 24 28 24 31
50 45 54 49 60
70 75 93 80 108
100 205 320 210 480
В20 25 20 25 22 2850
50 39 50 44 54
70 68 84 72 98
100 180 290 200 430
Примечание. При температуре воздуха -5оС дозировка добавки НН принята равной 6%; при температуре -15оС - 8% по сухому веществу от массы цемента.
выдержанных при температуре от -5 до -15оС в течение 20—430 ч и оттаявших при температуре +20оС в течение 4 ч. Для определения кинетики набора прочности произведен расчет температурных режимов охлаждения образцов в зависимости от модуля поверхности конструкций, температуры наружного воздуха и теплозащитных свойств опалубки в соответствии с методикой, приведенной в [4]. Модуль поверхности конструкций принят равным 9—12 (внутренние стены и перекрытия) и 18—22 (тонкие конструкции типа перегородок). В качестве утеплителя инвентарной опалубки использована полужесткая минеральная вата толщиной 50 мм. Коэффициент теплопередачи такой опалубки составляет 1,27 Вт/(м-К). Начальная температура бетонной смеси + 15оС. Состав бетонных смесей и результаты испытания бетонов представлены в табл. 2.
Исследования технологических свойств бетонных смесей указанных составов показали, что их сохраняемость находится в пределах 40—55 мин, а водоотделение составляет не более 1%.
На основании полученных экспериментальных данных выполнен расчет продолжительности набора бетоном прочности, составляющей 25, 50, 70 и 100% от проектного значения (табл. 3).
Анализ полученных данных показывает, что применение комплексной химической добавки, состоящей из пластификатора С-3 и нитрата натрия, позволяет обеспечить однородность и подвижность бетонной смеси, а также протекание химических реакций твердения и набора прочности при температуре наружного воздуха до -15оС. При этом содержание противоморозного компонента составляет от 6 до 8% по сухому веществу от массы цемента.
Таким образом, в результате исследований установлено, что применение комплексной химической пластифицирующе-противоморозной добавки позволяет получать монолитные железобетонные конструкции высокого качества даже при производстве работ при температуре наружного воздуха до -15оС.
Ключевые слова: цемент, бетон, прочность, температура.
Список литературы
1. Свинцов А.П., Кривошапко С.Н., Николенко Ю.В., Сташевская Н.А. Определение расхода химических реагентов для предотвращения смерзания грунтов // Жилищное строительство. 2010. № 9. С. 21—23.
2. Свинцов А.П., Николенко Ю.В., Сташевская Н.А., Квартенко К.В. Факторы, влияющие на размораживание грунтов химическими реагентами при производстве земляных работ // Жилищное строительство. 2010. № 11. С. 9-10.
3. Свинцов А.П., Николенко Ю.В., Квартенко К.В., Будыкина Т.В. Определение расходов химических реагентов для размораживания грунтов // Жилищное строительство. 2010. № 12. С. 45-47.
4. Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях в районах Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера. М.: Стройиздат, 1982. 15 с.
30
научно-технический и производственный журнал
январь 2012
