Что такое морозстойкость бетона ? Как ее испытывают, какие есть марки у тяжелого и легкого бетонов по морозостойкости и водонепроницаемости.

Морозостойкость бетона

В местностях с низкими температурами и повышенной влажностью для строительства необходимо использовать бетон с высокой устойчивостью к низким температурам. Свойство бетона сохранять свою целостную структуру при многократных резких перепадах температуры в насыщенной водой среде принято называть морозостойкостью.

Этим свойством должны обладать смеси, которые предназначены для фундаментных и дорожных работ, при укреплении массивных конструкций или строительстве гидротехнических устройств и сооружений.

Марки и способы определения морозостойкости

В зависимости от результатов эксперимента строительный раствор получает марку. Название марки морозостойкого бетона обозначается буквой F, которая обозначает морозостойкость, и цифрами, которые указывают число циклов замораживания и оттаивания — F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500. Характеристики каждой из марок приведены в таблице:

На территории России и других стран постсоветского пространства характеристику морозостойкости принято определять в соответствии с требованиями межгосударственного стандарта Гост 10060.1-95. В этом документе приведены методы установления этой характеристики строительного состава, а также условия проведения работ по укладке раствора. Требования установлены для всех типов бетонных смесей, за исключением смесей, предназначенных для покрытия дорог и взлетно-посадочных полос. Также строительные смеси, в которых в качестве вяжущего элемента используется не вода, а воздух, данной экспериментальной проверке не подлежат.

Для испытания строительной смеси приготавливаются контрольные и базовые образцы составов. Контрольные образцы используют для определения прочности раствора на сжатие, а базовые подвергаются испытаниям многократного замораживания и оттаивания в лабораторных условиях. Необходимое оборудование для проведения испытания – морозильная камера, стеллажи, контейнеры и ванны, для насыщения образцов водой.

Морозостойкий бетон испытывают по методике, разработанной Американским обществом по испытанию материала – ASTM. Здесь проводят аналогичные испытания на устойчивость и сохранение структуры смесей путем замораживания-оттаивания, а также исследуют прочность состава на сжатие и изгиб.

Специальные добавки в присадки

Чтобы увеличить способность бетонного раствора сохранять целостную структуру в цикле заморозки-оттаивания при критическом насыщении влагой, необходимо понять, отчего зависит морозостойкость бетона. Эта характеристика обусловлена числом макропор в структуре строительного состава, особенностями расположения пор, состава цемента.

С уменьшением числа пор большого размера, стойкость строительного раствора к перепадам температур увеличивается.

Чтобы достичь наименьшего количества таких пор, применяют ряд специальных приемов для улучшения и повышения морозостойкости бетона.

Во-первых, для этого нужно создать благоприятную среду для затвердевания раствора, с оптимально рассчитанными показателями температуры и влажности.

Во-вторых, уплотнение раствора нужно производить качественно.

В-третьих, уменьшают соотношение воды в цементном растворе. Это достигается за счет внесением химических добавлений, сокращающих потребность в воде, и заполнителей с наименьшей загрязненностью.

В-четвертых, количество пор можно уменьшить, если замораживать раствор в позднем возрасте, при этом плотность смеси увеличивается за счет возникновения гидратных соединений.

Немаловажным моментом при решении вопроса о том, как повысить морозостойкие свойства бетона, является изменение расположения пор в структуре раствора. Для этого в строительный состав добавляют вещества, способные создать большое количество мелких пор. Это обусловлено тем, что в мелкие поры вода, как правило, не проникает, и этот факт подтверждает увеличение стойкости состава. Такие вещества, или по-другому противоморозные присадки для бетона, являются солями соляной, угольной, азотной кислот и основания, например, CaCI2, NaN02, NaN03, NH4N03, NH4OH, К2С03, NaCI, Ca(N03)2.

Их добавляют разными методами – беспрогревным методом (термосным) или прогревным, с использованием топливной или электрической энергии.

Заливка бетона в мороз

Применение высокопрочного строительного раствора распространено в зимний период, когда работы по строительству не произведены по плану и запоздали. Этот вид смеси для укрепления сооружений используют в регионах с повышенной влажностью, и при строительстве в условиях непосредственного прикосновения смеси с водой, например при строительстве в открытом море.

Укладка бетонного раствора в мороз производится в условиях постоянного прогрева вокруг зоны строительных работ. Воздух вокруг конструкций должен прогреваться при помощи тепловой пушки, либо использованием электротока. Для обогрева током электроэнергии необходимо специально предназначенное для этих целей оборудование – термоэлектрические маты. Ими укрывают рабочую поверхность, таким образом, осуществляют одновременно изоляцию и обогрев.

Заливать бетон в мороз можно используя для обогрева простые теплоизоляционные материалы. Для этого нужно расположить двухслойную пленку на расстоянии от фундамента около 2 см. На пленку накладывают изоляцию, и вовнутрь такой конструкции устанавливают теплогенератор. Для того, чтобы строительный состав затвердел, нужно выдержать минимум 4 дня.

Зимний вид строительного состава обладает высокими физическими характеристиками, способностью отвердевать при низких температурах. Использование этого вида бетона необходимо при выполнении важных строительных работ.

КЛИНКЕРНАЯ ПЛИТКА, КИРПИЧ ИЛИ ДОРОЖНЫЙ КЛИНКЕР – УНИКАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Слово «клинкер» происходит от немецкого слова Klinker – материал при постукивании издает характерный звон «klink».
Клинкерный кирпич является очень прочным и устойчивым материалом. Подтверждением долговечности клинкера служат многие памятники архитектуры. Тротуарный и дорожный клинкер еще в давние времена по-лучил широкое распространение. До сих пор в центре Одессы есть перекресток, для мощения которого использо-валась ярко-желтая клинкерная плитка, строительство произведено 150 лет назад, но до сих пор этот участок выглядит как новый!
В качестве другого примера, показывающего уникальные свойства клинкера, можно привести архитектур-ный шедевр Баженова времен Екатерины II в Царицыно (г. Москва) , обратив внимание на результаты реставра-ции кирпичной кладки, которая была проведена лет десять назад. Восстановленная из современного кирпича часть кладки парадных ворот на 10-20% уже разрушилась, а старый клинкерный кирпич, которому 250 лет – стоит! Реставраторы не учли, что старинная кладка была выполнена из клинкера, т. е. высокоплотного, камнепо-добного керамического материала.
ПРОИЗВОДСТВО КЛИНКЕРА
Клинкерная плитка и кирпич получается в процессе высокотемпературного обжига полуфабриката, для ко-торого используется отборная сланцевая глина (белая, желтая, красная, коричневая) . Этот сорт глины добывается в Северо-Западной Германии и сильно отличается от глины, получаемой с месторождений в других частях света. Сланцевая глина, используемая для производства клинкера, отличается высокой пластичностью, отсутствием примесей в виде солей и мела, кроме этого, глину для клинкера дополнительно измельчают для устранения пус-тот. Таким образом, сырье и готовая клинкерная плитка и кирпич имеет однородную структуру.
Производство клинкера осуществляется высокотемпературным обжигом в туннельных печах длиной до 150м. Температура спекания компонентов минерального сырья равна 1200 градусам, в дальнейшем происходит специальный обжиг при более высокой температуре, обуславливающий цветовую гамму клинкерного кирпича и плитки. Таким образом, в ходе производственного процесса клинкер становится высокоплотным материалом, приобретает однородную мелкопористую структуру и обладает минимальным водопоглощением, а стало быть, и высокой морозостойкостью.
Клинкерный кирпич или плитка в одной партии отличаются друг от друга оттенками – такое свойство соз-дается особенностями натуральной глины и процесса обжига. Получаемый оттенок зависит от положения клин-кера в печи, потому как запекание происходит в длинных тоннельных печах. Многообразие естественных оттен-ков клинкера в рамках одного цвета создают неповторимую фактуру поверхности при отделке.
Широкая цветовая гамма клинкерной плитки и кирпича достигается только естественными методами:
Разнообразие цветовой гаммы керамических изделий достигается только естественными методами:
цвет клинкеру придает природный оттенок натуральной глины;
на клинкерный кирпич и плитку наносится слой глазури, который обладает как защитными свойствами, так и декоративными
для получения «обожженного» оттенка клинкера используется метод впекания угля в сырье.
Таким образом, в цветовой гамме клинкера получается большое количество цветофактурных вариантов. Клинкерный кирпич выпускается в более чем 100 цветовых решениях, клинкерная плитка – более 20.
Клинкер обладает высокими техническими и эстетическими показателями, таким образом, клинкерная плитка и кирпич заслуженно находиться в разряде элитных и высококачественных отделочных материалов, применяемых для множества целей.
ПРИМЕНЕНИЕ КЛИНКЕРА
Технология производства клинкера обуславливает высокие показатели прочности и низкое водопоглощение, обеспечивающее высокую морозостойкость, долговечность, отсутствие высолов и других проблем, связанных с агрессивным действием влаги. Эти характеристики позволяют использовать клинкер как для внутренних отде-лочных работ, так и п

СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛИНКЕРА

Сырьевые смеси для изготовления клинкера подразделяются на следующие, в зависимости от числа входящих в их состав материалов (компонентов): двухкомпонентные, трехкомпонентные, четырехкомпонентные.

Двухкомпонентная смесь составляется из двух исходных материалов: известняка, карбонатной горной породы, и глины.

Трехкомпонентная сырьевая смесь включает три вида сырьевых материалов: известняк, глину и корректирующую добавку. В качестве последней применяют вещества с высоким содержанием одного из окислов, которого оказывается недостаточным при использовании только двух основных компонентов (известняка и глины). Если недостает кремнезема, то применяют трепел, песок и другие вещества с высоким содержанием Si02; при недостатке глинозема (AI2O3) применяют бокситы или глину с высоким содержанием AI2O3 и другие высокоглиноземистые вещества, например алюминиевые шлаки; недостаток окиси железа компенсируется добавкой железной руды, колчеданных огарков, колошниковой пыли.

Четырехкомпонентная смесь состоит из двух основных сырьевых материалов и двух видов корректирующих добавок. Такую смесь применяют при недостаточном количестве в сырье одновременно двух окислов, например кремнезема и окисла железа. В этом случае шихта составляется из четырех компонентов: например известняка, глины, трепела и руды.

Таким образом, независимо от компонентности омеси основными составляющими ее являются карбонатные горные породы и глинистые породы с высоким содержанием кремнезема, а также содержащие глинозем, окислы железа и др.

В отдельных случаях, когда имеется возможность, два основных компонента — известковый и глинистый, заменяют одним — мергелем, представляющим природную смесь глинистых веществ и углекислого кальция.

Наряду с сырьевыми материалами природного происхождения цементная промышленность,все более начинает использовать для своих целей вторичное сырье — отходы промышленности. К этим искусственным сырьевым материалам в первую очередь следует отнести металлургические шлаки, топливные золы, нефелиновый шлам.

В зарубежной практике в качестве известкового компонента используют отходы производства щелочей, сернокислого аммония.

'Имеется также опыт использования отходов при получении серной кислоты из сернокислого кальция.

Пригодность сырьевых материалов устанавливается на основании их всестороннего технологического изучения и технико-экономического анализа вопросов, вытекающих из организации цементного производства в данном районе (способ производства, вид топлива, качество цемента).

Карбонатные породы в природе встречаются в виде известняков, мела, известкового туфа, известняка-ракушечника и мрамора. Все приведенные разновидности карбонатных пород находят применение в портландцементном производстве, за исключением мрамора.

Наиболее применимы известняки и мел, представляющие собой осадочные горные породы . Осадочное происхождение известняков и .мела обусловливает разнообразие их химического состава и физических свойств.

Химически чистый углекислый кальций содержит 56% СаО и 44% СОг- Но таких известняков в природе нет. Наряду с СаСОз природные известняки содержат кремнезем, глинозем, окиси железа, окись магния и др.

Плотность и прочность карбонатных пород колеблются в значительных пределах, от весьма .плотных известняков с кристаллической структурой, прочностью 1500—2000 кгс/см2, до мягких, рыхлых пород — мела, способного размокать в воде.

Физические свойства карбонатных пород, предназначенных для портландцементного производства, учитываются при выборе схемы приготовления сырьевой смеси (по мокрому или сухому способу).

Технические условия на карбонатные породы для производства портландцемента стандартом не установлены. На основании практического опыта карбонатные породы признаются удовлетворительного качества при следующем химическом составе:

СаО — в них должно содержаться не менее 40—43,5%;

MgO —не более 3,2—3,7% при содержании окиси магния в глинистом компоненте не более 1% или из расчета получения клинкера для портландцемента с содержанием MgO не более 5%- Количество Si02; А1203; Fe203 в сочетании с содержанием их в глинистом компоненте должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного .модулей в сырьевой смеси и клинкере. Желательно, чтобы сумма Na20 и К20 не превышала одного процента, а содержание S03 было не больше 1,5—1,7%.

Глинистые породы для цементного производства используют в виде легкоплавких глин, глинистого мергеля, глинистого сланца, лёсса.

Глины представляют собой тонкоразмельченные горные породы, легко размокающие при затворении их водой. Легкоплавкие глины имеют разнообразный минералогический и гранулометрический состав даже в пределах одного месторождения. Нередко глины содержат значительное количество грубых включений обломков горных пород в виде песка, щебня и гальки, что вызывает необходимость их тщательного предварительного обогащения.

Минералогический состав глин представлен водными алюмосиликатами, например каолинитом (А^Оз 2Si02 • 2Н20), и кварцевыми соединениями, преимущественно в виде кварцевого песка. Химический состав легкоплавких глин характеризуется в основном тремя окислами: кремния (55—80%), алюминия (5— 20%) и железа (3—Ф5%). В небольшом количестве могут содержаться в глинах СаО и MgO, хотя в отдельных разновидностях глин содержание окиси кальция может достигать 25%, а окиси магния — 5%.

Присутствуют в глинах и растворимые соли, содержащие SO3, Na20 и К20. Эти примеси, а также MgO являются нежелательными, и .их содержание в глинах, используемых для производства портландцемента, должно быть по возможности минимальным.

Мергели являются переходной горной породой от известняков к глинам и представляют собой природную смесь глинисто- песчаных веществ (20—50%) и мельчайших частиц углекислого кальция (50—80%). В зависимости от содержания Са,С03 и глинисто-песчаного вещества мергели разделяются на песчаные, глинистые и известковистые.

Наиболее ценным сырьем является известковистый мергель, содержащий примерно 75—80% СаСОз и 20—25% глины. По химическому составу твердых компонентов он близок клинкеру, что значительно упрощает производство из него портландцемента. Мергели, в которых содержание СаС03 соответствует искусственно составленной портландцементной сырьевой смеси, называются «натуральными».

По физическим свойствам мергели, подобно карбонатным породам, могут резко отличаться один от другого. Одни имеют плотную структуру и прочны, другие, подобны мелу, мягкие, рыхлые.

Лёсс представляет собой пористую осадочную горную породу серо-желтого цвета, близкую по своему химическому составу глинистым мергелям, но отличающуюся более грубодисперсны- ми частицами. Лёсс состоит в основном из частиц пыли размером 0,05—0,01 мм; глинистые частицы (меньше 0,01 мм) содержатся в незначительном количестве, но в то же время в лёссе почти отсутствуют частицы песка с зернами крупнее 0,25 мм.

Глинистые сланцы относятся к породам метаморфическим (видоизмененным). Образовались они в результате видоизменения глин под действием большого давления, которое возникает при перемещении верхних слоев земной коры в более глубокие. По химическому составу глинистые сланцы подобны глинам, но отличаются от них физическими свойствами — они обладают высокой плотностью, прочностью и не размокают в воде, подобно глинам.

На глинистое сырье для производства портландцемента нет установленных стандартом технических требований. Однако на основании практического опыта установлены следующие ориентировочные требования к химическому составу глинистых пород, определяющие целесообразность их использования.

Количество СаО не ограничивается. Допустимое содержание MgO зависит от содержания его в известковом компоненте и ограничивается условием получения клинкера для портландцемента с содержанием MgO не более 5°/о. а для магнезиального портландцемента— не более 10%. Количество Si02; А1г03; Feg03 в сочетании с известковым компонентом должно обеспечивать получение необходимых значений коэффициента насыщения, кремнеземного и глиноземного модулей в сырьевой смеси и клинкере (с учетом возможности введения корректирующих добавок).

Желательно, чтобы Na^O и КгО в сумме не превышали 3— 4%, a S03 было не более 1 %.

Увеличение содержания Si02 достигается добавкой высококремнеземистых веществ — трепела, опоки, диатомита. Недостаточное количество в сырьевой смеси окиси железа компенсируется добавкой колчеданистых огарков, железной руды; добавка высокоглиноземных глин (бокситов) позволяет повысить содержание в клинкере глинозема.

Заключение

Вопросы материаловедения и технологии строительных материалов тесно связаны с экономикой их производства и применения. В этой связи необходимо приобрести знания вопросов эффективности и качества строительных материалов, использования побочных продуктов промышленности, снижения трудовых и топливно-энергетических затрат, необходимости применения в индустриальном строительстве крупноразмерных изделий и конструкций, а также отдельных элементов полной заводской готовности. Развитие технико-экономического подхода при решении технических задач, усвоение методов технико-экономического анализа позволит лучшим образом оценить возможность и целесообразность производства и применения строительных материалов в конкретных условиях и выявить экономически эффективные направления развития предприятий строительной индустрии.

Список литературы

1. Всемирная система объединённых компьютерных сетей для хранения и передачи информации.
2. http://base.garant.ru/ - Информационно-прававой портал
3. Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 5382-91 "Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа" (утв. постановлением Государственного строительного комитета СССР от 30 января 1991 г. N 3)
4. Государственный стандарт СССР ГОСТ 9179-77 "Известь строительная. Технические условия" (утв. постановлением Госстроя СССР от 26 июля 1977 г. N 107) (с изменениями и дополнениями)
5. Межгосударственный стандарт ГОСТ 379-2015 "Кирпич, камни, блоки и плиты перегородочные силикатные. Общие технические условия" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 апреля 2015 г. N 246-ст)
6. Межгосударственный стандарт ГОСТ 379-2015 "Кирпич, камни, блоки и плиты перегородочные силикатные. Общие технические условия" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 апреля 2015 г. N 246-ст)
7. Межгосударственный стандарт ГОСТ 10060-2012 "Бетоны. Методы определения морозостойкости" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. N 1982-ст)
8. Межгосударственный стандарт ГОСТ 26633-2015 "Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17 марта 2016 г. N 165-ст)