Производство плоских плит перекрытия агрегатно-поточным способом

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема проекта:

"ПРОИЗВОДСТВО ПЛОСКИХ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЯ"

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение

1 Номенклатура и характер выпускаемых изделий

2 Выбор и характеристики исходных материалов

2.1 Цемент

2.2 Мелкий заполнитель

2.3 Крупный заполнитель

2.4 Вода

2.5 Добавки для бетона

3 Проектирование состава бетона

4 Технологическая схема производства

5 Описание производственного процесса

6 Температурная обработка изделий

7 Приёмка и испытание изделий

8 Контроль качества изделий

9 Охрана труда и безопасность жизнедеятельности

Список использованных источников

Введение

Железобетонные изделия для сборного строительства – относительно новый вид конструктивных элементов. Начало практического применения их относят к концу прошлого столетия. В 20-х и 30-х годах текущего столетия появились первые здания, выполненные в основном из сборных железобетонных изделий и конструкций. Однако широкому и всестороннему применению сборного железобетона в то время препятствовали низкий уровень механизации строительства, отсутствие мощных монтажных кранов и оборудования для производства железобетонных изделий.

Основные факторы, обеспечивающие столь быстрый подъем производства сборного железобетона, следующие:

1) максимальная степень заводской готовности, что дает определенный технико-экономический эффект;

2) универсальность свойств железобетонных изделий; путем определенных технологических приемов изготовления и соответствующего выбора материалов железобетонные изделия могут быть получены с различными механическими и физическими свойствами – высокопрочные, водонепроницаемые, жаростойкие, с низкой теплопроводностью и т.д.;

3) долговечность;

4) возможность значительно сократить расход стали в строительстве.

Наряду с достоинствами железобетонные конструкции обладают и недостатками:

1) большая масса;

2) высокая себестоимость изделий;

3) значительные транспортные расходы.

Все это снижает общую технико-экономическую эффективность строительства из сборных железобетонных изделий.

Первостепенной задачей производственников и конструкторов является уменьшение массы сборных железобетонных конструкций путем применения материалов высокого качества и более рациональных форм изделий, совершенствование организации технологического процесса, более полная его механизация с широким использованием автоматического управления.

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и стали, крайне отличающихся своими механическими свойствами. Бетон, как и всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но он хрупок и слабо противодействую растягивающим напряжениям. Прочность бетона при растяжении примерно в 10 – 15 раз меньше прочности при сжатии. В результате этого бетон невыгодно использовать для изготовления конструкций, в которых возникают растягивающие напряжения. Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе.

Для строительства элементов, подверженных изгибу, целесообразно применять железобетон. При работе таких элементов возникают напряжения двух видов: растягивающие и сжимающие. При этом сталь воспринимает первые напряжения, а бетон – вторые и железобетонный элемент в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам. Таким образом, сочетается работа бетона и стали в одном материале – железобетоне.

Возможность совместной работы в железобетоне двух резко различных по своим свойствам материалов определяется следующими важнейшими факторами:

-  прочным сцеплением бетона со стальной арматурой, вследствие этого при возникновении напряжения в железобетонной конструкции оба материала работают совместно;

-  почти одинаковым коэффициентом температурного расширения стали и бетона, чем обеспечивается полная монолитность железобетона;

-  бетон не только не оказывает разрушающего влияния на заключенную в нем сталь, но и предохраняет ее от коррозии.

1  Номенклатура и характер выпускаемых изделий

В основу классификации сборных железобетонных изделий положены следующие признаки: вид армирования, плотность, вид бетона, внутреннее строение и назначение.

1.  По виду армирования железобетонные изделия делят на: предварительно напряженные и с обычным армированием.

2.  По плотности изделия бывают из тяжелых бетонов, облегченного, легкого и из особо легких (теплоизоляционных) бетонов. Для элементов каркаса зданий применяют тяжелый бетон, а для ограждающих конструкций зданий – легкий.

3.  По виду бетонов и применяемых в бетоне вяжущих различают изделия:

-  из цементных бетонов – тяжелых на обычных плотных заполнителях и легких бетонов на пористых заполнителях;

-  силикатных бетонов автоклавного твердения – плотных (тяжелых) или легких на пористых заполнителях на основе извести или смешанном вяжущем;

-  ячеистых бетонов – на цементе, извести или смешанном вяжущем; специальных бетонов – жаростойких, химически стойких, декоративных, гидратных.

4.  По внутреннему строению изделия могут быть сплошными и пустотелыми, изготовленными из бетона одного вида, однослойные или двухслойные и многослойные, изготовленные из разных видов бетона или с применением различных материалов, например теплоизоляционных.

Железобетонные изделия одного вида могут отличаться также типоразмерами, например стеновой блок угловой, подоконный и т.д. Изделия одного типоразмера могут подразделяться также по классам. В основу деления на классы положено различное армирование, наличие монтажных отверстий или различие в закладных деталях.

В зависимости от назначения сборные железобетонные изделия делят на основные группы: для жилых, общественных, промышленных зданий, для сооружений сельскохозяйственного и гидротехнического строительства, а также изделий общего назначения.

Железобетонные изделия должны отвечать требованиям действующих государственных стандартов, а также требованиям рабочих чертежей и технических условий на них. Изделия массового производства должны быть типовыми и унифицированными для возможности применения их в зданиях и сооружения различного назначения. Изделия должны иметь максимально степень заводской готовности. Составные или комплексные изделия поставляют потребителю, как правило, в законченном, собранном и полностью укомплектованном деталями виде. Железобетонные изделия с проемами поставляют со вставленными оконными или дверными блоками, проолифленными или загрунтованными. Качество поверхности изделия должно быть таким, чтобы на месте строительства (если это не предусмотрено проектом) не требовалось дополнительной их отделки.

Панели внутренних стен жилых зданий – сплошные и с дверными проёмами длиной до 7 м, высотой 2,9 м и толщиной до 200 мм – выполняют однослойными. Их изготовляют из тяжёлого бетона марок М150, М300, а также из конструкционного лёгкого бетона марок М150, М200.

2  Выбор и характеристики исходных материалов

Тяжелый бетон, применяемый для изготовления фундаментов, колонн, балок, пролетных строений мостов и других несущих элементов и конструкций промышленных и жилых зданий и инженерных сооружений, должен приобретать определенную прочность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке и экономичной. При использовании, в не защищенных от внешней среды конструкциях, бетон должен иметь повышенные плотность, морозостойкость и коррозионную стойкость. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении предъявляются соответствующие требования к составляющим его материалам, которые предопределяют его состав и свойства, оказывают влияние на технологию производства изделий, их долговечность и экономичность.

2.1  Цемент

Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент, быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (прочности, морозостойкости, химической стойкости, водонепроницаемости и др.), а также технологии изготовления изделий, их назначения и условий эксплуатации.

Марку цемента выбирают в зависимости от проектируемой прочности бетона при сжатии по таблице 2.1.

Таблица 2.1 Выбор марки цемента в зависимости от прочности бетона

Прочность бетона, МПа	100	150	200	250	300	400	500	600 и выше
Марка цемента	300	300	300–400	400	400–500	500–600	600	600

2.2  Мелкий заполнитель

Песок – рыхлая смесь зерен крупностью 0,16 – 5 мм, образовавшаяся в результате естественного разрушения массивных горных пород (природные пески). Природные пески по минералогическому составу подразделяются на кварцевые, полевошпатовые, известняковые, доломитовые. Из природных песков наибольшее применение для тяжелого бетона получили кварцевые пески.

В качестве мелкого заполнителя применяют пески повышенной крупности, крупные, средние и мелкие – природные и обогащенные; пески из отсевов дробления и обогащенные из отсевов дробления.

На качество бетона большое влияние оказывают зерновой состав песка и содержание в нем различных примесей: пылевидных, илистых, глинистых частиц, петрографический состав, в том числе содержание вредных примесей, включая органические. Содержание этих примесей устанавливают отмучиванием. Количество их не должно превышать 3% в природном песке и из отсевов. Наиболее вредной в песке является примесь глины, которая обволакивает отдельные зерна песка и препятствует сцеплению их с цементным камнем, понижая прочность бетона. Глинистые и пылевидные примеси в песке повышают водопотребность бетонных смесей и приводят к понижению прочности и морозостойкости бетона. Очищать песок от глинистых и пылевидных частиц можно промывая его водой в пескомойках. В природных песках могут содержаться также в большом количестве органические примеси (гуминовые кислоты, остатки растений, перегной), которые вступают в реакцию с твердеющим цементом и понижают прочность бетона. Содержание органических примесей устанавливают колориметрическим методом – обработкой пробы песка 3%-ным раствором едкого натра. Если после обработки песка цвет раствора не оказывается темнее эталона (цвета крепкого чая), то песок признается доброкачественным.

Испытуемый песок можно считать пригодным, если прочность образцов раствора из него оказывается не меньше прочности образцов с тем же песком, но промытым сначала известковым молоком, а затем водой.

Зерновой состав песка имеет особое значение для получения качественного бетона. Песок для бетона должен состоять из зерен различной величины (0,16 – 5 мм), чтобы объем пустот в нем был минимальным; чем меньше объем пустот в песке, тем меньше требуется цемента для получения плотного бетона. Зерновой состав песка определяют просеиванием сухого песка через стандартный набор сит с размерами отверстий (сверху вниз) 10; 5; 2,5; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Высушенную до постоянной массы пробу песка просеивают сквозь сита с круглыми отверстиями диаметром 10 и 5 мм. Остатки на этих ситах взвешивают и вычисляют с точностью до 0,1%.

Из пробы песка, прошедшего сквозь указанные выше сита, отвешивают 1000 г. (G) песка и просеивают его последовательно сквозь набор сит с отверстиями размером 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. Остатки на каждом сите взвешивают (G_i) и вычисляют:

частный остаток на каждом сите – как отношение массы остатка на данном сите к массе просеиваемой навески (a_i) – вычисляют с точностью до 0,1%:

полный остаток (А_i) на каждом сите – как сумму частных остатков на всех ситах с большим размером отверстий плюс остаток на данном сите – вычисляют с точностью до 0,1%:

где a_2,5, a_1,25– частные остатки на ситах с большим размером отверстий начиная с сита размером отверстий 2,5 мм, %;

a_i – частный остаток на данном сите, %.

Модуль крупности песка Мк (без фракций гравия с размером зерен крупнее 5 мм) определяют как частное от деления на 100 суммы полных остатков на всех ситах, начиная с сита с размером отверстий 2,5 мм и кончая ситом с размером отверстий 0,16 мм; модуль крупности песка вычисляют с точностью до 0,1%.

По величине модуля крупности песок делят на:

-  повышенной крупности Мк = 3 – 3,5,

-  крупный с Мк > 2,5,

-  средний Мк = 2,5 – 2,0,

-  мелкий Мк = 2,0 – 1,5,

-  очень мелкий Мк = 1,5 – 1,0;

Полные остатки на сите №063 (% по массе) соответственно равны: 65 – 75,

45 – 65, 30 – 45, 10 – 30 и менее 10.

Выбор мелких заполнителей для бетона производят по зерновому составу и модулю крупности, содержанию пылевидных и глинистых частиц, петрографическому составу, в том числе содержанию вредных примесей, включая органические примеси и потенциально реакционноспособные породы и минералы, а при применении дробленых песков – по пределу прочности исходной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии.

Песок, отсеянный на ситах двух близких номеров, имеет большую пустотность (40 – 42%). При наилучшем сочетании в песке крупных, средних и мелких зерен пустотность уменьшается до 30%. Хорошим по крупности зерен считается песок, у которого пустотность не превышает 38%.

Пески с модулем крупности 1,5 – 2 допускается применять в бетонах класса В15, а также для бетонов подводной зоны конструкций мостов. Использование этих песков в бетонах класса В15 и выше допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании. Пески с модулем крупности 2,5 и более рекомендуется применять для бетонов класса В25 и выше.

Для обеспечения качественного зернового состава песка и его постоянства в составе бетонной смеси применяют фракционированный песок, составленный из двух фракций; крупной и мелкой, раздельно дозируемых при приготовлении бетонной смеси. Разделение исходного песка на две фракции производят по граничному зерну, соответствующему размеру отверстий контрольных сит 1,25 или 0,63 мм. Допускается применять готовые смеси фракций в требуемом соотношении, а также смеси лесков природных или из отсевов дробления.

При несоответствии зернового состава природных песков требованиям ГОСТа следует применять в качестве укрупняющей добавки к мелким пескам крупные фракции природного или дробленого песка, а также крупный песок из отсевов дробления, а для понижения модуля крупности – мелкие пески.

Использование в качестве мелких заполнителей песков из отсевов дробления и их смесей с природными песками допускается при условии обеспечения заданной удобоукладываемости бетонной смеси без перерасхода цемента. В природном песке, предназначенном для бетонов, допускаются зерна гравия или щебня размером более 10 мм – до 0,5% по массе; размером 5 – 10 мм – до 10% по массе.

Насыпная плотность кварцевого песка зависит от степени уплотнения, влажности и пустотности. Сухой и рыхло насыпанный кварцевый песок имеет насыпную плотность 1500–1600 кг/м³. На рис. 2.1 приведены кривые изменения объема разных песков в зависимости от их влажности. Наименьшая насыпная плотность кварцевых песков соответствует влажности 5 – 7%. При дозировке песка для изготовления бетона или приемке песка необходимо учитывать содержание в нем воды.

Рисунок 2.1 Изменение объёма песка в зависимости от влажности

2.3  Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяют гравий и щебень из горных пород или щебень из гравия размером зерен 5 – 70 мм.

Щебень получают путем дробления массивных горных пород, гравия, валунов или искусственных камней на куски размером 5 – 120 мм. Для приготовления бетона обычно используют щебень, полученный дроблением плотных горных пород, гравия, доменных и мартеновских шлаков. Дробление производят в камнедробилках. При этом получают не только зерна щебня, но и мелкие фракции, относящиеся по крупности к песку и пыли. Зерна щебня имеют неправильную форму. Лучшей считается форма, приближающаяся к кубу и тетраэдру. Вследствие шероховатой поверхности зерна щебня лучше сцепляются с цементным камнем в бетоне, чем гравий, но бетонная смесь со щебнем менее подвижна.

По дробимости, морозостойкости, зерновому составу, износу к щебню предъявляют такие же требования, как и гравию.

Прочность щебня характеризуется маркой, соответствующей пределу прочности горной породы при сжатии в водонасыщенном состоянии и определяемой по дробимости щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре. Щебень имеет следующие марки: 200, 300, 400, 600, 1000, 1200, 1400. При этом щебень высшей категории качества из изверженных и метаморфических горных пород должен иметь марку не ниже М800, из осадочных карбонатных пород – не ниже М600. Щебень марок по прочности 1400, 1200 и 1000 не должен содержать зерен слабых пород более 5% по массе, а марок 800, 600 и 400 – не более 10% и 300 и 200 – не более 15% по массе. По прочности исходной горной породы марка щебня при сжатии в насыщенном водой состоянии должна быть выше марки бетона в 1,5…2 раза. В отдельных случаях допускается применение щебня марки ниже указанной, но только при условии испытания в бетоне и при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Зерновой состав щебня устанавливают с учетом D_наиб и D_наим зерен. Наибольший размер зерен щебня применяют в бетонах в зависимости от вида изделия, насыщенности арматуры и толщины изделия. Так, для балок, колонн, рам наибольший размер зерен должен быть не более ³/₄ наименьшего расстояния между стержнями арматуры, а для плитных изделий – не более ¹/₂ толщины плиты. Подобно гравию, щебень по крупности зерен делят на четыре фракции: 5 – 10, 10 – 20, 20 – 40 и 40 – 70 мм.

В зависимости от формы зерен ГОСТ 8267 – 82 устанавливает три группы щебня из естественного камня: кубовидную, улучшенную и обычную. Содержание зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в них не превышает соответственно 15, 25 и 35% по массе. К пластинчатой и игловатой форме зерен относят такие, в которых толщина или ширина их меньше длины в 3 раза и более.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из изверженных и метаморфических пород, в щебне из гравия и в гравии для всех видов тяжелого бетона не должно превышать 1% по массе, а в щебне из осадочных пород в зависимости от вида конструкции и ее назначения – не более 2 – 3%, в том числе глины в комках – не более 0,25%.

Щебень, гравий и щебень из гравия должны применяться, как правило, в виде фракций, раздельно дозируемых при приготовлении бетонной смеси.

Применяемые фракции в зависимости от наибольшей крупности зерен заполнителя указаны ниже

Таблица 2.2 Фракции крупного заполнителя

Наибольшая крупность зерен, мм	10	20	40	70	120
Фракции крупного заполнителя, мм	5 – 10 3 – 10	5 (3) – 10 10 – 20	5 (3) – 10 10 – 20 20 – 40	5 (3) – 10 10 – 20 20 – 40 40 – 70	5 (3) – 10 10 – 20 20 – 40 40 – 70 70 – 120

Содержание различных фракций в крупном заполнителе при подборе состава бетона должно соответствовать указанному в табл. 2.2 и обеспечивать получение плотной смеси.

В качестве крупного заполнителя для всех видов тяжелого бетона сборных и монолитных конструкций, изделий и деталей должны использоваться щебень и щебень из гравия с содержанием зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в количестве не более 35% по массе.

Морозостойкость крупных заполнителей должна обеспечить получение бетона требуемой марки по морозостойкости. Для бетона гидротехнических сооружений морозостойкость щебня и гравия указана в таблице.

Таблица 2.3 Зерновой состав крупного заполнителя

Наибольшая крупность заполнителя, мм	Размер фракций, мм
	5 – 10	10 – 20	20 – 40	40 – 70	70 – 120
20 40 70 120	25 – 40 15 – 25 10 – 20 5 – 10	60 – 75 20 – 35 15 – 25 10 – 20	– 40 – 65 20 – 35 15 – 25	– – 35 – 55 20 – 30	– – – 30 – 40

Таблица 2.4 Морозостойкость гравия и щебня для бетона гидротехнических сооружений

Среднемесячная температура наиболее холодного месяца	От 0 до 10ºС	От 10 до 20ºС	Ниже 20ºС
Марка по морозостойкости	100	200	300

Щебень высшей категории качества для бетона должен иметь марку по морозостойкости не ниже F 25.

Шлаковый щебень получают дроблением шлака, который образуется в процессе доменной плавки металлов (доменный шлак) или при сжигании минерального топлива (топливный шлак). Шлаки должны обладать кристаллической структурой и не иметь признаков распада. Шлаковый распад является результатом перехода одних соединений шлака в другие под действием газов, содержащихся в воздухе, и влаги. Этот переход сопровождается увеличением объема образующихся новых соединений, что вызывает растрескивание и распад кусков шлака.

В зависимости от крупности зерен щебень для бетона из доменного шлака выпускают тех же фракций, что и щебень из горных пород: 5 – 10; 10 – 20; 20 – 40 и 40 – 70 мм. Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы не допускается более 25% по массе.

Прочность щебня характеризуется маркой, определяемой по его дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре в сухом состоянии. Марка шлакового щебня по прочности бывает Др15, 25, 35, и 45. Для приготовления бетона используют щебень с плотностью не менее 1000 кг/м³, содержание пылевидных частиц для щебня марок Др15 и 25 допускается не более 2% по массе, а для щебня марок Др35 и Др45 – 3% по массе.

По морозостойкости щебень подразделяется на шесть марок от F15 до F200. Щебень марки Др15 используют для бетонов высокой прочности (40 МПа и выше), а щебень марок Др25 и менее используется для бетона прочности 30 МПа и менее.

Шлаковый щебень используют в бетонных и железобетонных сооружений гражданских и промышленных зданий, не рекомендуется его применение в конструкциях, эксплуатирующихся в проточных водах.

2.4  Вода

Для приготовления бетонной смеси применяется питьевая, а также любая вода, не содержащая вредных примесей (кислот, сульфатов, жиров, растительных масел, сахара), препятствующих нормальному твердению бетона. Нельзя применять воды болотные и сточные, а также воды, загрязненные вредными примесями, имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфаты в расчете на ионы SO₄ более 2700 мг/л и всех других солей более 5000 мг/л. Морскую и другую воду, содержащую минеральные соли, можно применять, если общее количество солей в ней не превышает 2%. Пригодность воды для бетона устанавливают химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на данной воде и на чистой питьевой воде и испытанных в возрасте 28 суток при хранении в нормальных условиях. Воду считают пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не меньше, чем у образцов на чистой питьевой воде.

2.5  Добавки для бетона

К добавкам для бетонов относятся неорганические и органические вещества или их смеси, за счет введения которых в контролируемых количествах направленно регулируются свойства бетонных смесей и бетонов либо бетонам придаются специальные свойства. В основу классификации добавок для бетонов положен эффект их действия. По этому признаку добавки для бетонов делят на следующие группы:

1. Регулирующие реологические свойства бетонных смесей. К ним относятся пластифицирующие, увеличивающие подвижность бетонных смесей; стабилизирующие, предупреждающие расслоение, и водоудерживающие, уменьшающие водоотделение.

2. Регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов. К ним относятся добавки, замедляющие схватывание, ускоряющие схватывание и твердение, и противоморозные, т.е. обеспечивающие твердение бетона при отрицательных температурах.

3. Добавки, регулирующие пористость бетонной смеси и бетона. К ним относятся воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие добавки, а также уплотняющие (воздухоудаляющие или кольматирующие поры бетона).

4. Добавки, придающие бетону специальные свойства: гидрофобизующие, уменьшающие смачивание, повышающие противорадиационную защиту, жаростойкость; антикоррозионные, т.е. увеличивающие стойкость в агрессивных средах; ингибиторы коррозии стали, улучшающие защитные свойства бетона к стали; добавки, повышающие бактерицидные и инсектицидные свойства.

5. Добавки полифункционального действия, одновременно регулирующие различные свойства бетонных смесей и бетонов: пластифицирующе-воздухововлекающие; пластифицирующие, повышающие прочность бетона, и газообразующе-пластифицирующие.

6. Минеральные порошки – заменители цемента. К этой группе относятся тонкомолотые материалы, вводимые в бетон в количестве 5 – 20%. Это золы, молотые шлаки, отходы камнедробления и др., придающие бетону специальные свойства (жаростойкость, электропроводимость, цвет и др.).

В качестве пластифицирующих добавок наибольшее распространение получили поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Поверхностно-активные добавки представляют собой особую группу органических веществ, введение которых в бетонные (растворные) смеси позволяет существенно улучшить их удобоукладываемость. Вместе с тем поверхностно-активные добавки позволяют уменьшить водоцементное отношение и соответственно сократить расход цемента без снижения прочности материалов и изделий. Использование поверхностно-активных добавок в малых дозах (0,05 – 0,2% от массы цемента) позволяет на 8 – 12% уменьшать удельный расход цемента в бетонах и растворах. Вместе с тем поверхностно-активные добавки повышают водонепроницаемость, морозостойкость, коррозиеустойчивость и вообще долговечность материалов в конструкциях. Этим самым применение поверхностно-активных добавок способствует повышению эффективности капиталовложений в строительство. По указанным причинам поверхностно-активные добавки в цементно-бетонной технологии приобретают все большее значение, как у нас, так и за рубежом.

Действие поверхностно-активных добавок на цементные системы основано на следующих положениях физической химии. Поверхностно-активные вещества способны повышать поверхностное натяжение у поверхности раздела фаз, например на границах раздела фаз вода – твердое тело, вода – воздух. Мельчайшие частицы поверхностно-активных веществ адсорбируются, т.е. прочно связываются с внутренней поверхностью раздела тел, образуя на этих поверхностях молекулярные слои толщиной в одну молекулу. Величина этого адсорбционного слоя относится к диаметру цементной частицы так же, как толщина спички к высоте 30‑этажного здания. Однако применение в малых дозах добавок поверхностно-активных веществ к цементным системам существенно меняет свойства их.

Поверхностно-активные добавки, используемые в цементах, растворах и бетонах, по определяющему эффекту действия на цементные системы можно условно разделить на три группы: гидрофилизующие, гидрофобизующие и воздухововлекающие.

Гидрофализующие добавки при затворении вяжущего водой предотвращают на определенный срок слипание отдельных цементных частиц между собой. В этом случае несколько замедляется коагуляция новообразований, а вместе с тем высвобождается некоторое количество воды, которое обычно как бы застревает в коагуляционных структурах. По этой причине требуемая удобоукладываемость смеси с добавкой достигается при меньшем количестве воды затворения, чем у смеси без добавки. Наибольшее распространение получили гидрофилирующие добавки на основе лигносульфатов – сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ). Эта добавка несколько замедляет твердение бетона в раннем возрасте, и поэтому на заводах ЖБИ ее применяют в сочетании с добавками – ускорителями твердения.

Суперпластификаторы – новые эффективные разжижители бетонной смеси – в большинстве случаев представляют синтетические полимеры – производные меламиновой смолы или нафталинсульфокислоты.

Применяют суперпластификатор С‑3 – на основе нафталинсульфокислоты, суперпластификатор 10–03 – продукт конденсации сульфированного меламина с формальдегидом и др. При введении в бетонную смесь суперпластификатора резко увеличивается ее подвижность и текучесть. Воздействуя на бетонную смесь, как правило, в течение 2 – 3 ч с момента введения, суперплаетификаторы под действием щелочной среды подвергаются частичной деструкции и переходят в другие вещества, безвредные для бетона и не тормозящие процесса твердения. Суперпластификаторы, вводимые в бетонную смесь в количестве 0,15 –1,2% от массы цемента, разжижают бетонную смесь в большей мере, чем обычные пластификаторы. Пластифицирующий эффект сохраняется, как правило, 1 – 2 ч после введения добавки, а через 2 – 3 ч он уже невелик. Суперпластификаторы используются в бетонах как единолично, так и в комплексе с другими добавками, например с сульфитно-дрожжевой бражкой (СДБ) и нитрит-нитрат-хлоридом кальция (ННХК). При использовании комплексной добавки содержание каждой добавки составляет «10–03» – 0,3 – 1,2%; ННХК – 1,5 – 2,5% и СДБ – 0,1 – 1,15% от массы цемента. Суперпластификаторы позволяют существенно снизить В/Ц, повысить подвижность смеси, изготовить изделия высокой прочности, насыщенных арматурой из изопластичкых смесей.

Гидрофобизующие добавки, как правило, существенно повышают нераселаиваемость, связанность бетонной (растворной) смеси, находящейся в покое. При действии внешних механических факторов (при перемешивании, укладке и т.д.) бетонная или растворная смесь с добавкой отличается повышенной пластичностью. Такое свойство гидрофобизующих смесей объясняется специфическим смазочным действием тончайших слоев поверхностно-активных веществ, распределяемых в смеси. Кроме того, эти добавки предохраняют цементы от быстрой потери активности при перевозке или хранении. В качестве гидрофобизующих добавок раньше применялись в основном природные продукты – некоторые животные жиры, алеиновая и стеариновая кислоты. Развитие химической промышленности дало возможность широко использовать новые гидрофобизующие добавки – битумные дисперсии (эмульсии и эмульсосуспензии), нафтеновые кислоты и их соли, окисленные, синтетические жирные кислоты и их кубовые остатки, кремнийорганические полимеры и др.

Воздухововлекающие добавки позволяют получать бетонные (растворные) смеси с некоторым дополнительным количеством воздуха. Чтобы повысить пластичность смеси, обычно увеличивают объем вяжущего теста. Вовлекая воздух, увеличивается объем вяжущего теста без введения лишнего цемента. Поэтому удобоукладываемость такой системы повышается. К тому же воздухововлекающие добавки образуют и ориентированные слои, активные в смазочном отношении. Широко применяют воздухововлекающие добавки на основе смоляных кислот, смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ), смыленный древесный пек и др.

К ускорителям твердения цемента, увеличивающим нарастание прочности бетона, особенно в ранние сроки, относятся хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-иитрат-хлорид кальция и др. Влияние хлористого кальция на повышение прочности бетона объясняется его каталитическим воздействием на гидратацию С₃S и C₂S, а также реакцией с С₃А и C₄AF. Ускорители твердения не рекомендуется применять в железобетонных конструкциях и предварительно напряженных изделиях с диаметром арматуры менее 5 мм и для изделий автоклавного твердения, эксплуатирующихся в среде с влажностью более 60%. Сульфат натрия может вызвать появление высолов на изделиях.

В нитрит-нитрат-хлориде кальция ускоряющее действие хлорида сочетается с ингибирующим действием нитрата кальция.

Противоморозные добавки – поташ, хлорид натрия, хлорид кальция и др. – понижают точку замерзания воды, чем способствуют твердению бетона при отрицательных температурах.

Для замедления схватывания применяют сахарную патоку и добавки СДБ, ГКЖ‑10 и ГКЖ‑94.

Пено- и газообразователи применяют для изготовления ячеистых бетонов. К пенообразователям относятся клееканифольные, смолосапониновые, алюмосульфонафтеновые добавки, а также пенообразователь ГК. В качестве газообразователей применяют алюминиевую пудру ПАК‑3 и ПАК‑4.

Комбинированные добавки, например пластификатор СДБ, ускоритель твердения (хлористый кальций) с ингибитором (нитратом натрия), способствуют экономии цемента. При этом ускоритель твердения нейтрализует некоторое замедление твердения смеси в раннем возрасте.

3  Проектирование состава бетона

Подбор состава бетона осуществляется на методе абсолютных объемов с использованием формулы Боломея-Скрамтаева

 (1)

где R_б – требуемая марка бетона;

А – коэффициент, характеризующий качество заполнителей;

R_ц – активность цемента.

1. Определяем ориентировочный расход воды для приготовления бетонной смеси исходя из ее удобоукладываемости. Бетонная смесь имеет жесткость 50…70с, тогда ориентировочный расход воды составит для щебня фракции 5…10 – 173 л/м³.

2. Из формулы (1) определяем Ц/В

.

3. Определяем ориентировочный расход цемента

Ц=В∙Ц/В=173∙1,75=303 кг.

С уменьшением модуля крупности песка возрастает расход цемента. Пески с М_к<1,5 увеличивают расход цемента на 12%. Тогда расход цемента с учетом М_к песка будет

Ц=(303∙0,12)+303=339 кг.

4. Водопотребность песка составляет 9%, тогда должен быть увеличен на 5 л на каждый процент увеличения водопотребности. Ориентировочный расход воды равный 173 л принят для песков средней крупности, имеющих водопотребность 7%. Тогда расход воды будет 173+10=183 л. Тогда с учетом крупности песка реальное целое будет 258/183=1,41.