Характеристика материалов и особенности их применения при изготовлении бетонных и железобетонных изделий

Характеристика материалов и особенности их применения при изготовлении бетонных и железобетонных изделий

В разделе “Материалы для изготовления бетонных и железобетонных изделий, их складирование и хранение” Пособия П 2-01 к СНиП 3.09.01-85 “Производство сборных железобетонных конструкций и изделий” определены рациональные области применения цемента в зависимости от области использования формуемых изделий и класса бетона. Для изготовления бетонных и железобетонных изделий, в принципе, необходимы бетонная смесь, арматурные и закладные изделия. Но, поскольку наши предприятия работают по полному производственному циклу, т.е. приготавливают бетонную смесь и изготавливают арматурные и закладные изделия, мы кратко рассмотрим характеристики материалов для приготовления бетонных смесей, а затем обратим внимание на арматурные стали.

Итак, для приготовления бетонных смесей нам необходимы вяжущие материалы, инертные материалы (крупный и мелкий заполнители), химические добавки и вода. В настоящее время вяжущие материалы портландцемент, шлакопортландцемент и их разновидности выпускаются по ГОСТ 10178 и ГОСТ 30515. ГОСТ 30515 разработан на основе ряда межгосударственных стандартов на цемент и Европейского стандарта EN 197-1 и унифицирован с ним, в основном, в части правил приемки и оценки уровня качества по критериям соответствия, а также классификации цементов по классам прочности. В этом стандарте заложены основы для гармонизации с EN 197-1 стандартов на цементы конкретных видов или группу конкретной продукции. ГОСТ 30515 распространяется на все цементы. По этому стандарту рекомендуемыми являются следующие показатели качества:
— сроки схватывания;
— тонкость помола;
— подвижность цементнопесчаного раствора;
— растекаемость цементного теста;
— гидрофобность;
— водонепроницаемость;
— сульфатостойкость;
— огнеупорность;
— коррозиестойкость;
— содержание в клинкере свободного оксида кальция, щелочных оксидов и нерастворимого остатка;
— потери массы при прокаливании.
Проанализируем, какая часть свойств вяжущих, применяемых при изготовлении бетонных смесей для бетонных и железобетонных изделий, относится к обязательным или рекомендуемым показателям качества в стандартах на цемент.

В Пособии отмечается, что вяжущие материалы, применяемые для изготовления бетонных и железобетонных изделий, должны отвечать следующим технологическим требованиям:
— выдерживать испытание на равномерность изменения объема (обязательное требование в НД на цемент);
— начало схватывания должно быть не ранее 45 мин, а конец схватывания — не позднее 10 часов — это показатели нормальносхватывающегося цемента по ГОСТ 30515 (рекомендуемое требование в НД на цемент);
— содержание в клинкере SO 3 — не более 4%, MgO — не более 5% (обязательное требование в НД на цемент);
— удельная эффективная активность естественных радионуклидов не должна быть более 370 Бк/кг (требование, обязательное в НД на цемент);
— тонкость помола должна быть такой, чтобы сквозь сито с сеткой №008 проходило не менее 85% массы пробы (требование, рекомендуемое в НД на цемент).
Если нас как потребителей интересует выполнение рекомендуемых показателей качества цемента, то это следует регламентировать в особых условиях договоров поставок с изготовителями вяжущих.
В таблице 1 Пособия приведены рациональные области применения видов цемента в соответствии с назначением изделий, условиями их эксплуатации, а в таблице 2 — рекомендуемые и допускаемые марки цемента для соответствующих классов бетона по прочности на сжатие.
Если предприятия должны изготавливать водонепроницаемый бетон или раствор, применяемый для специальных сооружений, в частности, при возведении тоннелей и станций метрополитена, то следует использовать цемент по СТБ 942-93 “Портландцемент безусадочный”. Массовая доля трехкальциевого алюмината в этом цементе не превышает 7%.

С 1 января 2001 г. введены в действие в качестве государственных стандартов Республики Беларусь Европейские нормы, которые обозначены СТБ ЕН на цементы от 196-1 до 196-7; на методы испытаний 197-1; -2. По этим стандартам у нас в Беларуси выпускается цемент, отгружаемый на внешний рынок. Цементы, соответствующие этим стандартам, отличаются от цементов, выпускаемых по ГОСТ 10178, тем, что в них не нормируется прочность цемента после пропаривания, т.е. не определяется группа цемента по эффективности при пропаривании. Цементы подразделяются на классы прочности 32,5; 42,5; 52,5. Смысл классов прочности цементов тот же, что и классов бетона по прочности на сжатие. Это гарантированная прочность в МПа с обеспеченностью 0,95. Средний уровень прочности превышает величину класса цемента в пределах 22-23%. Нормируется время начала схватывания цемента, которое находится в пределах от 45 минут до 75 минут. Время окончания схватывания не нормируется. В этих стандартах нормируется ранняя прочность, т.е. прочность в двухсуточном и семисуточном возрасте. Эта прочность находится в пределах 10, 20, 30 МПа в двухсуточном возрасте в зависимости от класса цемента. Испытания цемента проводятся, в основном, методами, установленными в ГОСТах 310. Отличительной особенностью испытаний на прочность при сжатии является водоцементное отношение при приготовлении цементного раствора. В действующих стандартах это отношение 0,4, а в Европейских нормах водоцементное отношение равно 0,5. В 2002 году белорусские цементные заводы осуществляли поставку цемента в страны ближнего и дальнего зарубежья по стандартам ЕН в общем количестве около 570 тыс. тонн, из них примерно 50% отгружено заводом “Красносельскстройматериалы”. Нашим предприятиям, выпускающим бетонные и железобетонные изделия, мы рекомендуем изучить все стандарты ЕН на цемент и методы испытаний для принятия решения, заказывать ли эти цементы для производства. В настоящее время цементные заводы способны изготавливать цемент по стандарту ЕН и отгружать его и на внутренний рынок. Это будет способствовать ускорению решения вопросов ценообразования для внутреннего рынка.

В Пособии содержатся рекомендуемые коэффициенты изменения расхода цемента в тяжелом бетоне в зависимости от условий твердения. Эти коэффициенты содержатся в таблице 5. Указанные коэффициенты ориентируют работников лабораторий при первоначальных расчетах подборов составов бетонов, а затем, конечно, работать следует по утвержденному составу бетона в соответствии с требованиями СТБ 1182-99 “Бетоны. Правила подбора состава”. На многих предприятиях до сего времени этот стандарт не соблюдается, что мы отмечаем при проведении ведомственного контроля соблюдения стандартов. Не разрабатываются задания на подбор состава бетонов с участием технологической службы, в некоторых случаях не ведутся подборы составов бетона.
В настоящее время разработан стандарт Республики Беларусь “Цемент напрягающий”. Это минеральное вяжущее вещество, обеспечивающее при твердении бетона в условиях упругого ограничения регулируемое увеличение объема, приводящее к самонапряжению. По величине самонапряжения напрягающий цемент подразделяется на марки: НЦ-1, НЦ-2, НЦ-3, НЦ-4, где 1, 2, 3, 4 — величина среднего самонапряжения в МПа. По прочности на сжатие в возрасте 28 суток напрягающий цемент подразделяются на классы 32,5 и 42,5, что, как видите, гармонизировано со стандартами СТБ ЕН. Этот вид вяжущего можно будет применять при наличии рабочих чертежей соответствующих изделий, методических рекомендаций НИИ и технологической документации, утвержденной в установленном порядке.

В рассматриваемом Пособии указываются ограничения по применению цемента с содержанием трехкальциевого силиката более 8%.
Распределение цементов по эффективности при пропаривании с данными о пределах прочности при сжатии после пропаривания образцов в таблицах 3 и 4 дают возможность принимать решение об использовании вяжущего в конкретных условиях производства.
Приведены величины средней плотности цемента в разрыхленном и в максимально слежавшемся виде. Это облегчит работникам предприятий расчеты по количеству цемента в силосных складах при проведении инвентаризации или установлении количественных остатков материалов. В таблице 6 Пособия изложены способы улучшения характеристик цемента при негативных проявлениях в бетоне. При неравномерности изменения объема бетона следует вводить добавку до 0,5% хлористого кальция при изготовлении бетонной смеси, при быстром схватывании бетона следует вводить в бетономешалку 1-2% гипса или 0,5-1% сульфата натрия от массы цемента и др.
По применению заполнителей при приготовлении бетонных смесей требования носят традиционный характер, в Пособии приведены данные действующих стандартов на щебень, гравий, щебень из гравия и песок. Применяемые щебень и гравий при приготовлении бетона должны по прочности соответствовать прочности на сжатие бетона изделий. Эта зависимость приведена в таблице 8. Указаны пределы содержания зерен слабых пород в зависимости от класса бетона изделий. Если для бетонов класса В 15 и ниже содержание зерен слабых пород допускается 15%, то для класса бетона В 40 и В 45 — не более 5%.

ГОСТ 8736-93 “Песок для строительных работ” предусматривает разделение песков на классы и группы. Классов всего три: высший, первый и второй. Групп по крупности всего восемь; они различаются по величине модуля крупности. Исходя из этих классификаций к высшему классу песка относится песок повышенной крупности, крупный, средний. Все эти характеристики содержатся в таблицах 9, 10 Пособия. Пользуясь графиком к п.4.45, следует определять оптимальный зерновой состав мелкого заполнителя. В бетонах класса по прочности до В 30 допускается использование очень мелких песков с модулем крупности от 1, 0 до 1,5 при условии проведения исследования бетона с таким заполнителем в НИИ для подтверждения возможности получения бетонов с нормируемыми показателями качества.
В Пособии содержатся данные о предельно допустимых количествах вредных примесей в природных заполнителях. Если какие-то предприятия пока не запросили минералогический состав природных заполнителей, которые используются в производстве, то это следует сделать.
С 1 июля 2002 г. введен в действие СТБ 1311-2002 “Щебень кубовидный из плотных горных пород”. Щебень кубовидный — это щебень узких фракций с содержанием зерен кубовидной формы не менее 50% по массе и содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой форм не более 15% по массе. Щебень узких фракций — дробленый каменный материал с размером зерен, соответствующим стандартным ситам с круглыми отверстиями диаметром от 2,5 до 20 мм, разделенный на фракции диапазоном 2,5 или 5 мм. Зерна кубовидной формы — зерна щебня с околотой поверхностью в форме призмы или многогранника, толщина и ширина которых меньше длины не более, чем в два раза. Этот щебень разделяется на два сорта: первый и второй. Содержание зерен кубовидной формы в щебне первого сорта не менее 65% и в щебне второго сорта — не менее 50%.

Значительное внимание в Пособии уделено пористым заполнителям; приводится классификация их в соответствии с СТБ 1217-2000. Указано предельное содержание окиси серы в заполнителях при их применении для армированных изделий из бетона.
В зависимости от плотности легкого бетона и его назначения выбирается марка крупных пористых заполнителей по насыпной плотности. Для теплоизоляционного бетона марка крупного заполнителя по насыпной плотности должна быть в пределах 200-400 кг/м3, для конструкционно-теплоизоляционного — от 200 до 1000 кг/м3, для конструкционного — от 400 до 900 кг/м3. Пособие содержит нормируемые показатели по влажности, морозостойкости, потерях массы при кипячении и при прокаливании, содержанию слабообоженных зерен. Гравий керамзитовый, керамзит щебнеподобный, щебень аглопоритовый, песок аглопоритовый, песок керамзитовый следует испытывать на теплопроводность ежегодно.
Вода, применяемая для приготовления бетонной смеси, должна соответствовать СТБ 1114-98. Водородный показатель воды рН должен быть не менее 4 и не более 12,5. Этим стандартом регламентируется содержание в воде растворимых солей, сульфатов, хлоридов и взвешенных частиц. Поэтому всем заводам, использующим при приготовлении бетонных смесей техническую воду, следует анализировать состав воды и ежегодно уточнять его для принятия решения об использовании.

Большинство предприятий применяют различные добавки при приготовлении бетонных смесей с целью улучшения технологических свойств, регулирования скорости твердения бетона, сокращения продолжительности тепловой обработки изделий, ускорения сроков распалубки при естественном твердении, повышения прочности, водо- и газонепроницаемости, морозостойкости, придания гидрофобных свойств поверхности бетона, уменьшения расхода цемента, экономии топливно-энергетических ресурсов. В Пособии содержится классификация добавок по назначению в таблице 15. При применении добавок в бетоны необходимо изучить их характеристики и показатели качества:
— нормируемый уровень эффективности;
— агрегатное состояние;
— однородность;
— массовую долю сухого вещества;
— водородный показатель;
— содержание нерастворимых веществ;
— плотность;
— содержание ионов (оксидов), ухудшающих коррозионное состояние арматуры в бетоне или вызывающих опасность коррозии бетона;
— температуру хранения (температурный интервал, в пределах которого добавка сохраняет свои свойства);
— температуру замерзания ( для жидких добавок);
— изменение свойств при размораживании;
— удельную эффективную активность естественных радионуклидов.

При выборе добавок, назначении их количества при подборе состава бетона, назначении режимов твердения бетона в производственных условиях следует руководствоваться Пособием П1-99 к СНиП 3.09.01-85 “Применение добавок в бетоне”.
В качестве добавок в бетоны могут применяться отдельные вещества или их сочетания, достаточно полная номенклатура которых приведена в указанном Пособии П-1. К примеру, пластифицирующие добавки подразделены на четыре группы, и, кроме этого, имеются добавки, замедляющие потерю подвижности, воздухововлекающие, ускоряющие потерю подвижности, газообразующие, уплотняющие, ускоряющие твердение, гидрофобизирующие, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре.
Обязательное применение добавок необходимо предусматривать при приготовлении литых и пластичных смесей, а также для получения бетонов классов В 40 и более, бетонов марок по водонепроницаемости W 8 и более. При этом следует применять пластифицирующие добавки первой группы (тип С-3). При приготовлении пластичных смесей, а также для получения бетонов классов В 30-В40 следует применять пластифицирующие добавки второй группы. При приготовлении бетонов повышенной и высокой морозостойкости и водонепроницаемости, если бетон заданного класса по прочности без добавок не удовлетворяет предъявляемым требованиям по морозостойкости и плотности, следует применять пластифицирующие добавки третьей и четвертой групп, воздухововлекающие и газообразующие добавки. Для снижения энергозатрат при тепловой обработке бетона, повышения темпа роста прочности бетона применяют ускорители твердения.

При работе с добавками следует учитывать ограничения, которые регламентируются номенклатурой выпускаемых изделий и условиями их эксплуатации. К примеру, при изготовлении предварительно напряженных изделий запрещается применять хлорид кальция, хлорид железа, нитрит-нитрат-хлорид кальция, барду мелассную последрожжевую упаренную, ЛМГ. При изготовлении изделий, имеющих выпуски арматуры или закладные изделия с цинковыми покрытиями, запрещено применение хлорида кальция, хлорида железа, нитрит-нитрата-хлорида кальция, сульфата натрия, тринатрийфосфата, нитрата кальция, ЛМГ, нитрит-нитрата кальция, бихромата натрия.
Применение добавки полиметаллический водный концентрат (ПВК) должно осуществляться в соответствии с “Руководством по применению полиметаллического водного концентрата при изготовлении бетонных и железобетонных изделий и строительных растворов”, разработанным институтом БелНИИС и БНТУ.
Контроль количества добавки в растворе можно осуществлять путем измерения плотности рабочего состава по ГОСТ 18329-73. Каким методом вносить поправки на температуру в момент определения плотности рабочего раствора, описано в рассматриваемом нами Пособии, где также указана формула, учитывающая зависимость содержания добавки в одном литре раствора от его температуры при объемном дозировании компонентов бетонной смеси.
В Пособии даны характеристики всех видов арматурной стали, канатов и проволоки, применяемых при изготовлении железобетонных изделий, в соответствии с действующими нормативно-техническими документами в Беларуси. В настоящее время предприятия пользуются следующими нормативными документами:
ГОСТ 5781-82 “Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций”;
ГОСТ10884-94 “Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций”;
ГОСТ 6727-80 “Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций”;
ГОСТ 7348-81 “Проволока из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций”;
ГОСТ 13840-68 “Канаты стальные арматурные 1х7”;
ГОСТ 535-88 “Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества”;
6 технических условий на арматурный прокат и проволоку Белорусского металлургического завода, указанные в приложении А нашего Пособия. В настоящее время действуют также ТУ РБ 400074854.050-2002 на прокат арматурный классов А 300, Ат 300, А 400 и Ат 400 и новый стандарт на проволоку арматурную СТБ 1341-2002.

Напомню, что стержневая горячекатаная арматурная сталь подразделяется на горячекатаную без упрочняющей обработки после проката, термически упрочненную, подвергающуюся после проката упрочняющей термической обработке и упрочненную вытяжкой в холодном состоянии после проката. Арматурная сталь термически упрочненная подразделяется на свариваемую (индекс С), стойкую против коррозионного растрескивания (индекс К). Марки стали по соответствующим классам арматурной стали указаны в таблице 17 Пособия. Арматурная проволока подразделяется по профилю на гладкую и периодического профиля. Проволока подразделяется на классы В-1, В-1о, Вр-1 и В 500 по СТБ 1341-2002. Индекс “О” обозначает, что проволока облегченная. Применение арматурных сталей, проволоки или канатов регламентируется рабочими чертежами изделий, которые должны быть утверждены и внесены в фонд проектной документации, который поручено вести институту “Минсктиппроект”. В настоящее время на территории нашей Республики выпущен институтом “Минсктиппроект” и действует строительный каталог СК-3 “Строительные конструкции и изделия” 2001 г., который содержит перечень проектной документации типовых конструкций, изделий и сооружений для всех видов строительства. Если рабочие чертежи внесены в этот каталог, то все предприятия имеют право осуществлять выпуск этих изделий.
Несколько новой информации для сведения. С 1 июля 2003 г. введены в действие строительные нормы Республики Беларусь “Конструкции бетонные и железобетонные. Нормы проектирования” СНБ 5.03.01-02 взамен СНиП 2.03.01-84*. Вновь введенные нормы гармонизированы с Европейскими нормами. Для нас эти нормы примечательны тем, что в них введены классы арматурной стали с обозначением латинского “S” и цифры, символизирующей величину предела текучести физического или условного арматурной стали. Всего классов предусмотрено 5: S 240, S 500, S 800, S 1200, S 1400. Эти классы арматурной стали включают все виды арматуры: стержни, проволоку и канаты. Минстройархитектуры предусмотрен цикл семинаров по изучению положений этих норм, в которых смогут принять участие все желающие. Консультации также будут осуществляться разработчиками норм в БНТУ и БелНИИСе.

К.Д. ЧЕХУТА, начальник отдела РУП “Стройтехнорм”


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 17 за 2003 год в рубрике бетон

©1995-2022 Строительство и недвижимость