Выбор методов контроля прочности бетона

Выбор методов контроля прочности бетона

В последние годы популярность и доступность различных методов контроля прочности бетона и реализующих их приборов резко возросла. И несмотря на требования нормативных документов, резко ограничивающие возможность применения большинства методов для использования в ходе обследования конструкций зданий и сооружений, в том или ином объеме они применяются большинством организаций.

Содержание статьи:

  1. Классификация методов контроля прочности бетона
  2. Стоимость оборудования
  3. Правила контроля прочности бетона
  4. Исследование прочности бетона колодца различными методами
  5. Выводы и рекомендации
  6. Литература

Необходимо уточнить, что в данной статье речь идет только о прочности бетона на сжатие и далее под «прочностью» понимается именно этот параметр бетона.

Рассмотрим следующие вопросы.

  1. Какие методы определения (оценки) прочности бетона применяются и какие наиболее доступны?
  2. Каковы параметры основных применяемых методов с точки зрения стоимости оборудования, производительности и погрешности измерений?
  3. Какие методы в реальных условиях объектов обследования, с учетом сложившейся на рынке ситуации, можно применять, соблюдая требования норм?

Классификация методов контроля прочности бетона

Исследования прочности бетона должны выполняться по требованиям ГОСТ 28570 [1], 22690 [2], 17624 [3], ГОСТ Р 53231 (вышел новый ГОСТ 18105)[4], СТО [5]. Условно все применяемые методы можно разделить на 3 группы, представленные на рис. 1.

Классификация методов контроля прочности бетона
Рисунок 1. Классификация методов контроля прочности бетона

Результаты, полученные методами первой группы, являются наиболее соответствующими истинному значению прочности материала по следующим причинам. Во-первых, измеряется именно искомый параметр – усилие, соответствующее разрушению при сжатии. Во-вторых, исследуется образец материала, изъятый из тела конструкции, а не только из поверхностного слоя. В-третьих, влияние на результат измерения внешних факторов: влажность, армирование, дефекты поверхностного слоя и прочих, – можно свести к минимуму.

Однако данный подход для рядовых объектов на практике применяется крайне редко. Это обусловлено тремя основными причинами: высокая стоимость оборудования, большая трудоемкость процесса измерения и, следовательно, его себестоимость и локальное повреждение конструкций, которое в большинстве случаев заказчик не приемлет.

Подсчитаем оценочную стоимость необходимого для первого вида измерений оборудования. Учитывая, что метод выбуривания кернов по сравнению с отбором проб выпиливанием характеризуется меньшей трудоемкостью и повреждением, наносимым конструкции, рассмотрим оборудование именно для него. Рассмотрим комплект оборудования, доступного на рынке, со средним качеством и минимальными необходимыми параметрами. В минимальный комплект можно включить: перфоратор (Bosch GBH 2-26), установка алмазного сверления для отбора кернов диаметром до 100 мм (Husqvarna DMS 160A), камнерезный станок (Diam SK-600) и пресс гидравлический (ПГМ-1000МГ4). Данные сведены в таблицу 1.

Трудозатраты для выполнения измерений будут состоять из выбуривания трех кернов (согласно п.СП13-102 [6] для определения прочности одного конструктивного элемента), доставки с объекта в лабораторию (в расчет взят 1 ч), торцовки на камнерезном станке и испытания на прессе с последующей обработкой результатов.

Для всех методов контроля, указанных на рис. 1, по требованиям ГОСТов [1,2,3] необходимо до выполнения измерений (отбора проб) определить наличие и расположение арматуры (для этого использовался измеритель защитного слоя бетона ИПА-МГ4.01). Данная операция, как правило, выполняется магнитным методом по ГОСТ 22904 [7]. Эта составляющая в затраты на приборное обеспечение и трудоемкость не включена.

Подсчитаем оценочную стоимость необходимого для второго вида измерений оборудования. Расчет выполнен для метода отрыва со скалыванием, так как в отличие от методов отрыва и скалывания ребра, данный метод в отечественной практике обследования нашел наибольшее применение.

Стоимость оборудования

В минимальный комплект можно включить перфоратор (Bosch GBH 2-26) и прибор для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием (ПОС-50МГ4). Трудозатраты для выполнения измерения методом отрыва со скалыванием будут состоять из бурения шпура, закладки анкера и проведения измерения. Количество единичных измерений для определения прочности бетона участка конструкции должно быть не менее трех [4,6]. Данные представлены в таблице 1.

Во всех косвенных неразрушающих методах контроля прочности для реализации достаточно наличия самого прибора контроля. Трудоемкость состоит непосредственно из измерений того или иного параметра (отскок, скорость ультразвука, диаметр отпечатка и пр.) после выполнения надлежащего количества измерений.

Таблица 1. Сводные данные по методам измерения

№ по рис. 1Метод измеренияСтоимость оборудования, руб.Трудоемкость*, чел/чСтоимость испытания**, руб.
1.2Испытание кернов на прессе490000412000
2.2Отрыв со скалыванием7200015000
3.1Ультразвуковой метод660000,11500
3.2Метод упругого отскока1000000,22500
3.3Метод ударного импульса560000,21500
3.4Метод пластической деформации40000,52000

*Трудоемкость определена по всем операциям с момента начала работ на объекте, учитывая необходимость обработки поверхности и прочие вспомогательные операции, до получения первичных данных о прочности, без работ по оформлению результатов.
**Стоимость указана по результатам опроса специализированных организаций с учетом минимально необходимого по требованиям нормативных документов количества измерений и без учета дополнительных затрат.

Измерение прочности методом пластической деформации характеризуется большей трудоемкостью, так как помимо нанесения отпечатков на поверхность бетона конструкции необходимо производить измерение их диаметров и дальнейший расчет их отношения (при использовании молотка Кашкарова).

Исходя из данных, представленных в таблице 1, можно сделать вывод о том, что приборы третьей группы характеризуются очевидными преимуществами. Они обладают наименьшей трудоемкостью и, соответственно, стоимостью единичного испытания. Величина инвестиций в приобретение оборудования также минимальна по сравнению с методом 1  группы.  И сопоставима со стоимостью оборудования 2 группы. Помимо этого все косвенные методы контроля являются полностью «неразрушающими» и не наносят повреждений бетону конструкций при измерениях.

Именно эти факторы являются основной причиной большой популярности методов группы 3 у различных организаций, занимающихся обследованием и испытаниями бетона. Особенно это относится к фирмам, стремящимся минимизировать расходы на оборудование, либо «молодым» организациям, а также к организациям, основной целью которых является не качество выполненной работы.

Правила контроля прочности бетона.

Согласно п. 3.14 ГОСТ 22690 [2], «для определения прочности бетона в конструкциях предварительно устанавливают градуировочную зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой прочности (в виде графика, таблицы или формулы)». Применение методов упругого отскока, ударного импульса или пластической деформации при обследовании конструкций, бетон которых обладает параметрами, отличающимися от бетона, на котором построена градуировочная зависимость (то есть всегда), возможно только с уточнением данной зависимости. Уточнение зависимости подразумевает испытание бетона методом группы 2 или 1.

Согласно п. 3.16. ГОСТ Р 53231 (вышел новый ГОСТ 18105)[4], использование всех косвенных методов контроля (группа 3) возможно только с построением градуировочной зависимости.

Согласно п. 8.3.1 и Приложению Б СП 13-102 [6], определение прочности бетона выполняется неразрушающими методами в соответствии с ГОСТ 22690 [2], и без построения градуировочной зависимости может быть выполнено только методами отрыва со скалыванием, отрыва, скалывания ребра и по испытанию отобранных образцов.

Иными словами, применять все методы контроля прочности, входящие в группу 3 (рис. 1), без построения градуировочной зависимости НЕЛЬЗЯ, а построение зависимости ведет к неизбежному использованию методов группы 1 или 2. По результатам анализа отчетов сторонних организаций, а также общения с коллегами из различных регионов России можно утверждать, что в отечественной практике обследования указанными нормами пренебрегает большинство организаций. Почему так происходит, описано выше.

Рассмотрим, чем вызвано такое категоричное требование норм по отношению к косвенным неразрушающим методам контроля.

Во-первых, это большая неопределенность (погрешность) результатов измерения фиксируемого параметра. Помимо наличия приборной составляющей погрешности (износ пружины, низкий заряд аккумуляторов и т.п.), которая вносит определенный вклад в результирующую погрешность, превалирующую роль играют многочисленные внешние факторы [8]. К ним относятся:

  • качество обработки поверхности бетона;
  • наличие дефектов (скрытых и явных) в зоне измерения (микротрещины, поры, каверны,расслоения и т.п.);
  • включения крупного заполнителя;
  • наличие арматуры в зоне измерения;
  • повреждение поверхностного слоя (размораживание, промасливание, увлажнение, карбонизацияи другие виды коррозии);
  • сила прижатия датчика (для ультразвукового метода);
  • другие факторы.

Все перечисленные факторы в определенном сочетании имеют место всегда, а минимизация их влияния либо невозможна, либо снижает производительность измерений в разы (например, предварительная шлифовка поверхности бетона).

Во-вторых, даже при сведении к минимуму влияния внешних факторов путем тщательной подготовки и проведения исследований, а также статистической обработки результатов измерений и отбраковки их части, полученный результат не может быть использован без частной градуировочной зависимости для конкретного исследуемого бетона.

Установление градуировочной зависимости, например, для ультразвукового метода, по требованиям п. 3.4 ГОСТ 17624 [3] подразумевает испытание не менее 30 образцов кубов (15 серий по 2 куба в каждой). На большинстве объектов среднего масштаба, а также при выборочном обследовании бетонных конструкций выполнение такого количества прямых испытаний сводит к нулю необходимость применения неразрушающих методов вообще. Помимо этого, получить согласование заказчика на повреждение конструкций (неизбежное при испытаниях) в таком объеме на эксплуатируемых объектах гражданского назначения редко представляется возможным.

Необходимо отметить, что на практике, даже при соблюдении минимального количества образцов для построения градуировочной зависимости, найденная зависимость может оказаться не удовлетворяющей требованиям норм по статистическим параметрам оценки (допустимое среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации). Таким образом, выполненная исследовательская работа может оказаться бесполезной.

Тем не менее, применять косвенные методы неразрушающего контроля можно. Это целесообразно в следующих случаях:

  • когда нет необходимости определять прочность бетона (например, для расчета), а необходимо только оценить ее значение и использовать как один из ряда факторов, характеризующих техническое состояние конструкции (однородность, сплошность и др.), например при обследовании фундаментов по требованиям п. 7.16 ТСН 50-302 [9] и п.5.2.15 ГОСТ Р 53778 [10];
  • когда необходимо качественно выявить зоны неоднородности прочности бетона для дальнейшего применения методов групп 1 и 2 в этих зонах;
  • когда есть возможность и необходимость выполнения комплексных работ и построения частной градуировочной зависимости согласно требованиям ГОСТ.

Учитывая, что методов третьей группы несколько, рассмотрим, какой из них оптимален. Параметры трудоемкости и стоимости имеются в таблице 1. Ниже рассмотрим третий немаловажный фактор – погрешность измерения.

Исследование прочности бетона колодца различными методами

На одном из обследованных в 2011 г объектов автором было проведено исследование, в ходе которого осуществлен контроль прочности бетона тремя косвенными неразрушающими методами с последующим испытанием отобранных образцов. Метод пластической деформации не применялся ввиду его низкой производительности.

Объект представляет собой колодец, выполненный из монолитного железобетона, радиусом 12 м и глубиной 8 м. Бетонирование стен колодца велось захватками, разделяющими колодец по высоте на 8 ярусов. Результаты измерений, выполненных различными методами, представлены в таблице 2. Для измерений использованы следующие приборы: ультразвуковой метод – УКС-МГ4 («СКБ Стройприбор») (рис. 2); метод упругого отскока – Original Schmidt N (Proseq) (рис. 3); метод ударного импульса – ИПС МГ4.03 («СКБ Стройприбор»).

Среднее значение регистрируемых параметров, представленное в таблице, получено по выборке, состоящей из результатов не менее чем 30 единичных измерений. Коэффициент вариации V определен как отношение среднего квадратичного отклонения к среднему значению (математическому ожиданию).

Таблица 2. Результаты исследования прочности бетона колодца различными методами

Ярус

Метод

Ультразвуковой, м/сУпругого отскока, у.ед.Ударного импульса, МПаИспытание на прессе
Ср. знач.V,%Ср. знач.V,%Ср. знач.V,%R, МПа
140583.946.27.841.923.441.6
243003.946.68.338.136.340.1
340824.643.77.624.440.235.0
440944.148.28.538.228.542.1
541106.248.98.248.128.136.5
638364.544.67.342.826.530.6
744533.647.67.645.541.639.3
845335.249.79.949.628.736.5
Ср. знач. V4.58.131.6

По данным, представленным в таблице, видно, что наименьшей погрешностью измерения характеризуется ультразвуковой метод. Метод упругого отскока имеет коэффициент вариации приблизительно в 2 раза выше. Разброс результатов измерения методом ударного импульса максимален и характеризуется коэффициентом вариации, превышающим 40%, при среднем значении 31,6%.

Для сопоставления результатов измерений, приведенных в таблице, они представлены в графическом виде на рис. 4. Значения приведены в виде отклонений результата измерения по каждому ярусу от среднего по всем ярусам.

По графикам (рис. 4) можно сделать вывод, что результаты измерений методами ударного импульса и ультразвуковым характеризуются высокой корреляцией и в целом сопоставимы с результатами испытания на прессе. Результаты измерений методом ударного импульса не характеризуются тесной связью ни с другими методами неразрушающего контроля, ни с результатами испытания на прессе.

Сравнение результатов измерения прочности бетона различными методами
Рисунок 4. Сравнение результатов измерения прочности бетона различными методами

Выводы и рекомендации.

  1. Для измерения прочности бетона обследуемых конструкций без нарушения требований современных норм можно применять только методы 1 и 2 групп (испытание отобранных образцов и метод отрыва со скалыванием).
  2. Оптимальным по точности, трудоемкости, стоимости и доступности оборудования, универсальности использования и масштабу разрушения конструкции является метод отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690 [2].
  3. В случаях, когда поверхностный слой имеет глубокое повреждение, бетон конструкции заморожен, а также требуются наиболее достоверные результаты, необходимо выполнять отбор проб и испытание в лабораторных условиях.
  4. Применение ультразвукового метода и метода ударного импульса целесообразно для приблизительной оценки прочности, а также для выявления зон с отклонением прочности от среднего значения (зон неоднородности бетона).
  5. Из всех косвенных методов неразрушающего контроля рекомендуется использование ультразвукового метода или метода ударного импульса, а при возможности их сочетание, что также рекомендуется в литературе [11,12].

Литература

  1. ГОСТ 28570-90. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций.
  2. ГОСТ 22690-2015. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. Технические требования.
  3. ГОСТ 17624-2012. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.
  4. ГОСТ Р 53231-2008. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. (вышел новый ГОСТ 18105)
  5. СТО 36554501-009-2007. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.
  6. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений.
  7. ГОСТ 22904-93. Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры.
  8. Штенгель В.Г. О корректном применении НК в обследованиях железобетонных конструкций длительно эксплуатирующихся сооружений // В мире НК. 2009. No3. С. 56-62.
  9. ТСН 50-302-2004. Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге.
  10. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
  11. Штенгель В.Г. Общие проблемы технического обследования неметаллических строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2010. No7(17). С. 4-9.
  12. РД 153-34.1-21.326-2001. Методические указания по обследованию строительных конструкций производственных зданий и сооружений. Часть 1. Железобетонные и бетонные конструкции.

К.т.н., старший преподаватель А.В. Улыбин
ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Материалы для бассейна

Материалы для бассейна

В наши время модно строить бассейны прямо у себя во дворе. Большие плюсы бассейнов в том, что в них могут играться и купаться дети. Также бассейн – предмет активного отдыха для взрослых, где они смогут укреплять свое здоровье и наслаждаться в жаркие летние дни купанием в прохладной воде.

Бассейны делятся на 2 типа:

каркасные и котлованные, у каждых свои достоинства и недостатки. Котлованные бассейны недороги в изготовлении. Из минусов – большой объем работ и невозможность демонтажа конструкции. А каркасные бассейны легко и довольно быстро можно построить в домашних условиях. Еще одно их преимущество – это доступность материалов и возможность демонтировать конструкцию.

Котлованные бассейны

Котлованный бассейн можно купить или построить самому, его можно соорудить из различных материалов. Есть четыре основных типа материалов, подходящих для устройства бассейнов:

  • пластик;
  • композитные материалы;
  • бетон;
  • нержавеющая сталь.

Бассейн из пластика

Первый этап: покупка чаши бассейна. Следует покупать чашу с учетом ваших пожеланий и места, где он будет установлен.

Второй этап: сначала нужно подготовить площадку под бассейн, вырыть ров (его объем будет зависеть от объема пластиковой чаши бассейна). Эта яма заполняется на 20 см гравием и песком, а наверх ложится монолитная, железобетонная плита на 20-25 см больше диаметром, чем сама чаша, она должна иметь толщину 20-25 см.

Третий этап: установка самой пластиковой чаши. Сверху на бетон нужно застелить геотекстиль, а затем слой пенопласта для теплоизоляции (толщина должна быть от 20 до 30 см), все это накрыть прочной пленкой. Осталось только поместить сам бассейн и укрепить его стенки пенопластом, который будет служить амортизатором.

Четвертый этап: наш пластиковый бассейн уже почти готов, осталось только внутри укрепить чашу вертикальными распорками, а снаружи установить опалубку и постепенно, слой за слоем, залить бетоном. Ну, вот и все, наш пластиковый бассейн готов.

Бассейн из композита

Бассейн из композита – довольно новое изобретение, но оно уже хорошо себя зарекомендовало. Что такое композит? Это не что иное, как смесь различных строительных материалов и смол, сформированных на армированном каркасе. Такие бассейны очень прочные и не поддаются физическим повреждениям. Бассейны даже наибольших размеров легко могут выдержать давление, создаваемое водой. Композитный материал хорошо держит форму и не разбухает, такие бассейны долговечны и практически не требуют дополнительного ухода. Устанавливаются такие бассейны идентично вышеописанному.

Бассейны из бетона

Эти сооружения – гарант долговечности. Бетон устойчив к температурным изменениям. Форма бетонной чаши и размер может быть самым разнообразным, от большого до маленького. Размер может ограничить разве что ваша фантазия и площадь участка.

Этапы строительства бетонного бассейна

Первый этап: роем котлован. Размеры котлована обязаны быть больше предыдущего бассейна во все стороны примерно на метр. Независимо от размера бассейна большой резерв нужен для будущей установки опалубки. Во избежание проседания конструкции в будущем на дно насыпают подушку из щебня и песка, а поверху заливают стяжку из бетона.

Второй этап: только когда бетон высохнет, производится закладка арматуры, сначала на дно, потом на стенки бассейна. На стыках нужно очень качественно соединить арматуру, так как в этом месте самые больше нагрузки.

Третий этап: теперь можно приступить к монтажу опалубок и закладных деталей. Форма будущего бассейна будет зависеть от формы опалубки и закладных.

Четвертый этап: теперь можно приступить к заливке бетона. Если вы эксперт, и у вас есть опыт роботы с бетоном, можно заливать одним слоем, а если вы не профи в этих делах, то лучше будет заливать бетон в два слоя.

Бассейны из нержавеющей стали

Это альтернатива цельным железобетонным бассейнам. Такие конструкции можно располагать на поверхности земли или пола. Другой вариант – частично или полностью погружать в землю. Если бассейн небольшого размера, то его доставляют на место целым, а если конструкция очень габаритная, то ее собирают на месте и монтируют. Огромный плюс бассейна из нержавеющей стали – возможность его перемещать с одного места на другой. А также бассейн можно увеличивать и уменьшать.

Итак, приступим непосредственно к монтажу.

Первый этап: устанавливается бетонная основа.

Второй этап: вырезаются все необходимые отверстия.

Третий этап: все предварительно приготовленные элементы закрепляются на фундаменте.

Четвертый этап: установка аттракционов, системы распределения чистой воды, элементов оснащения бассейна.

Пятый этап: заливка нижних оснований бетоном и отделочных элементов.

Шестой этап: монтаж системы водоподготовки, проводка и монтаж труб подвода и отвода воды.

Определение прочности бетона

Определение прочности бетона

Определение прочности бетона при обследовании зданий и сооружений

В предлагаемой статье рассмотрены основные методы неразрушающего контроля прочности бетона, применяемые при обследовании конструкций зданий и сооружений. Приведены результаты экспериментов по сопоставлению данных, получаемых неразрушающими методами контроля и испытанием образцов. Показывается преимущество метода отрыва со скалыванием перед другими методами контроля прочности. Описываются мероприятия, без выполнения которых применение косвенных неразрушающих методов контроля недопустимо.

Требуется построить градуировочную зависимость?
Мы выполним все расчеты и поможем построить индивидуальную градуировочную зависимость. Напишите нам, заполните форму ниже. 
Форма заявки

Прочность бетона на сжатие является одним из наиболее часто контролируемых параметров при строительстве и обследовании железобетонных конструкций. Имеется большое число методов контроля, применяемых на практике. Более достоверным, сточки зрения авторов, является определение прочности не по контрольным образцам (ГОСТ 10180-2012), изготовляемым из бетонной смеси, а по испытанию бетона конструкции после набора им проектной прочности. Метод испытания контрольных образцов позволяет оценить качество бетонной смеси, но не прочность бетона конструкции. Это вызвано тем, что невозможно обеспечить идентичные условия набора прочности (вибрирование, прогрев и др.) для бетона в конструкции и бетонных кубиков образцов.

Методы контроля по классификации ГОСТ 18105-2010 разделены на три группы:

  1. Разрушающие;
  2. Прямые неразрушающие;
  3. Косвенные неразрушающие.

К методам первой группы относится упомянутый метод контрольных образцов, а также метод определения прочности путем испытания образцов, отобранных из конструкций. Последний является базовым и считается наиболее точным и достоверным. Однако при обследовании к нему прибегают довольно редко. Основными причинами этого являются существенное нарушение целостности конструкций и высокая стоимость исследований.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

Наименование методаДиапазон применения*, МПаПогрешность измерения**
1Пластической деформации5 ... 50± 30 ... 40%
2Упругого отскока5 ... 50± 50%
3Ударного импульса10 ... 70± 50%
4Отрыва5 ... 60нет данных
5Отрыва со скалыванием5 ... 100нет данных
6Скалывания ребра10 ... 70нет данных
7Ультразвуковой10 ... 40± 30 ... 50%
* по требованием ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690;
** по данным источника [3] без построения частной градуировочной зависимости

В основном применяются методы неразрушающего контроля. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-2012, методы ударного импульса и упругого отскока по ГОСТ 22690. Однако при использовании указанных методов редко соблюдаются требования стандартов по построению частных градуировочных зависимостей. Некоторые исполнители не знают этих требований. Другие знают, но не понимают, насколько велика ошибка результатов измерений при использовании зависимостей, заложенных или прилагаемых к прибору, вместо зависимости, построенной на конкретном исследуемом бетоне. Есть «специалисты», которые знают об указанных требованиях норм,но пренебрегают ими, ориентируясь на финансовую выгоду и неосведомленность заказчика в данном вопросе.

Про факторы, влияющие на ошибку измерения прочности без построения частных градуировочных зависимостей, написано много работ, в том числе приведенные в списке литературы [1,2]. В табл. 1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона [3].

В дополнение к обозначенной проблеме использования несоответствующих («ложных») зависимостей обозначим еще одну, возникающую при обследовании. Согласно требованиям СП 13-102-2003 обеспечение выборки измерений (параллельных испытаний бетона косвенным и прямым методом) на более чем 30 участках является необходимым, но не достаточным для построения и использования градуировочной зависимости. Необходимо, чтобы полученная парным корреляционнорегрессионным анализом зависимость имела высокий коэффициент корреляции (более 0,7) и низкое СКО (менее 15% от средней прочности). Чтобы данное условие выполнялось, точность измерений обоих контролируемых параметров (например, скорость ультразвуковых волн и прочность бетона) должна быть достаточно высокой, а прочность бетона, по которому строится зависимость, должна изменяться в широком диапазоне.

При обследовании конструкций указанные условия выполняются редко. Во-первых, даже базовый метод испытания образцов нередко сопровождается высокой погрешностью. Во-вторых, за счет неоднородности бетона и других факторов [4] прочность в поверхностном слое (исследуемая косвенным методом) может не соответствовать прочности того же участка на некоторой глубине (при использовании прямых методов). И наконец, при нормальном качестве бетонирования и соответствии класса бетона проектному в пределах одного объекта редко можно встретить однотипные конструкции с прочностью, изменяющейся в широком диапазоне (например, от В20 до В60). Таким образом, зависимость приходится строить по выборке измерений с малым изменением исследуемого параметра.

Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн
Рис. 1 . Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн

В качестве наглядного примера вышеуказанной проблемы рассмотрим градуировочную зависимость, представленную на рис.1. Линейная регрессионная зависимость построена по результатам ультразвуковых измерений и испытаний на прессе образцов бетона. Несмотря на большой разброс результатов измерений, зависимость имеет коэффициент корреляции 0,72, что допустимо по требованиям СП 13-102- 2003. При аппроксимации функциями, отличными от линейной (степенной, логарифмической и пр.) коэффициент корреляции был менее указанного. Если бы диапазон исследуемой прочности бетона был меньше, например от 30 до 40 МПа (область, выделенная красным цветом), то совокупность результатов измерений превратилась бы в «облако», представленное в правой части рис. 1. Данное облако точек характеризуется отсутствием связи между измеряемым и искомым параметрами, что подтверждается максимальным коэффициентом корреляции 0,36. Иными словами, градуировочную зависимость здесь не построить.

Также необходимо отметить, что на рядовых объектах количество участков измерения прочности для построения градуировочной зависимости сопоставимо с общим количеством измеряемых участков. В данном случае прочность бетона может быть определена по результатам только прямых измерений, а в градуировочной зависимости и использовании косвенных методов контроля уже не будет смысла.

Таким образом, без нарушения требований действующих норм для определения прочности бетона при обследовании в любом случае необходимо в том или ином объеме использовать прямые неразрушающие либо разрушающие методы контроля [2]. Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рассмотрим прямые методы контроля.

К данной группе по ГОСТ 22690-2015 относится три метода:

  1. Метод отрыва;
  2. Метод отрыва со скалыванием;
  3. Метод скалывания ребра.

Контроль прочности бетона методом отрыва

Метод отрыва основан на измерении максимального усилия, необходимого для отрыва фрагмента бетонной конструкции. Отрывающая нагрузка прилагается к ровной поверхности испытываемой конструкции за счет приклеивания стального диска (рис. 2), имеющего тягу для соединения с прибором. Для приклеивания могут использоваться различные клеи на эпоксидной основе. В ГОСТ 22690 рекомендуются клеи ЭД20 и ЭД16 с цементным наполнителем. На сегодняшний день могут применяться современные двухкомпонентные клеи,производство которых хорошо налажено (POXIPOL, «Контакт», «Момент» и др.). В отечественной литературе по испытанию бетона [5, 6] методика испытания предполагает приклеивание диска к участку испытания без дополнительных мероприятий по ограничению зоны отрыва. В таких условиях площадь отрыва является непостоянной и должна определяться после каждого испытания. В зарубежной практике перед испытанием участок отрыва ограничивается бороздой, создаваемой кольцевыми сверлами (коронками). В данном случае площадь отрыва постоянна и известна, что увеличивает точность измерений.

Прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону
Рис. 2. Прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону

После отрыва фрагмента и определения усилия определяется прочность бетона на растяжение (Rbt),по которой с помощью пересчета по эмпирической зависимости может быть определена прочность на сжатие (R). Для перевода можно воспользоваться выражением, указанным в пособии [7]:

Форм 2

Для метода отрыва могут применяться различные приборы, используемые и для метода отрыва со скалыванием, такие как ПОС-50МГ4, ПИВ, DYNA (рис. 2), а также старые аналоги: ГПНВ-5, ГПНС-5. Для проведения испытания необходимо наличие захватного устройства, соответствующего тяге, расположенной на диске.

В России метод отрыва не нашел широкого распространения. Об этом свидетельствует и отсутствие серийно выпускаемых приборов, приспособленных для крепления к дискам, а также самих дисков. В нормативных документах отсутствует зависимость для перехода от усилия вырыва к прочности на сжатие. В новом ГОСТ 18105-2010, а также предшествующем ГОСТ Р 53231-2008 метод отрыва не включен в перечень прямых методов неразрушающего контроля и вообще не упоминается. Причиной этому, по всей видимости, является ограниченный температурный диапазон применения метода, что связано с продолжительностью твердения и (или) невозможностью использования эпоксидных клеев при низкой температуре воздуха. Большая часть России расположена в более холодных климатических зонах, чем страны Европы, поэтому данный метод, широко применяемый в европейских странах, в нашей стране не используется. Другим отрицательным фактором является необходимость сверления борозды, что дополнительно снижает производительность контроля.

Контроль прочности бетона методом отрыва со скалыванием

Испытание бетона методом отрыва со скалыванием
Рис. 3. Испытание бетона методом отрыва со скалыванием

Данный метод имеет много общего с описанным выше методом отрыва. Основным отличием является способ крепления к бетону. Для приложения отрывающего усилия используются лепестковые анкеры различных размеров. При обследовании конструкций анкеры закладываются в шпур, пробуренный на участке измерения. Так же, как и при методе отрыва, измеряется разрушающее усилие (Р). Переход к прочности бетона на сжатие осуществляется по указанной в ГОСТ 22690 зависимости:

Форм 3

где m1— коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя, m2 — коэффициент перехода к прочности на сжатие, зависящий от вида бетона и условий твердения.

В нашей стране данный метод нашел, пожалуй, самое широкое распространение благодаря своей универсальности (табл.1), относительной простоте крепления к бетону, возможности испытания практически на любом участке конструкции. Основными ограничениями для его применения являются густое армирование бетона и толщина испытываемой конструкции, которая должна быть больше, чем удвоенная длина анкера. Для выполнения испытаний могут использоваться приборы, указанные выше.

Помимо более простого и быстрого крепления к бетону конструкции по сравнению с методом отрыва, не требуется обязательное наличие ровной поверхности. Главным условием является необходимость того, чтобы кривизна поверхности была достаточной для установки прибора на тягу анкера. В качестве примера на рис. 3 представлен прибор ПОС-МГ4, установленный на деструктированную поверхность устоя гидротехнического сооружения.

Контроль прочности бетона методом скалывания ребра

Последним прямым методом неразрушающего контроля является модификация метода отрыва — метод скалывания ребра. Основное отличие заключается в том, что прочность бетона определяют по усилию (Р), необходимому для скалывания участка конструкции, расположенному на внешнем ребре. В нашей стране долгое время выпускались приборы типа ГПНС-4 и ПОС-МГ4 Скол, конструкция которых предполагала обязательное наличие двух рядом расположенных внешних углов конструкции. Захваты прибора подобно струбцине крепились на испытываемый элемент, после чего через захватывающее устройство прилагалось усилие к одному из ребер конструкции. Таким образом, испытание можно было проводить только на линейных элементах (колонны, ригели) или в проемах на краях плоских элементов (стены, перекрытия). Несколько лет назад была разработана конструкция прибора, которая позволяет устанавливать его на испытываемый элемент с наличием только одного внешнего ребра. Закрепление осуществляется к одной из поверхностей испытываемого элемента при помощи анкера с дюбелем. Данное изобретение несколько расширило диапазон применения прибора, но одновременно с этим уничтожило основное преимущество метода скалывания, которое заключалось в отсутствии необходимости сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность бетона на сжатие при использовании метода скалывания ребра определяется по нормированной зависимости:

Форм 4

где m — коэффициент, учитывающий крупность заполнителя.

Таблица 2. Сравнительные характеристики прямых методов неразрушающего контроля

ПреимуществаМетод

ОтрывОтрыв со скалываниемСкалывание ребра
Определение прочности бетонов классом более В60-+-
Возможность установки на неровную поверхность
бетона (неровности более 5 мм)
-+-
Возможность установки на плоский участок
конструкции (без наличия ребра)
++-
Отсутствие потребности в источнике
электроснабжения для установки
+*-+
Быстрое время установки-++
Работа при низких температурах воздуха-++
Наличие в современных стандартах-++
* без свердения борозды, ограничивающей участок отрыва

Для наглядности сравнения характеристики прямых методов контроля представлены в табл. 2.

Поданным, приведенным в таблице, видно, что наибольшим числом преимуществ характеризуется метод отрыва со скалыванием.

Однако, несмотря на возможность применения данного метода по указаниям норм без построения частной градуировочной зависимости, у многих специалистов возникает вопрос о точности получаемых результатов и соответствии их прочности бетона, определяемой методом испытания образцов. Для исследования этого вопроса, а также сопоставления результатов измерений, полученных прямым методом, с результатами измерений косвенными методами проведен эксперимент, описанный далее.

Результаты сравнения методов

В лаборатории «Обследование и испытание зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «СПбГПУ» были проведены исследования при использовании различных методов контроля. В качестве объекта исследования использован фрагмент бетонной стены, выпиленный алмазным инструментом. Габариты бетонного образца — 2,0 х 1,0 х 0,3 м. Армирование выполнено двумя сетками арматуры диаметром 16 мм, расположенной с шагом 100 мм с величиной защитного слоя 15-60 мм. В исследуемом образце применен тяжелый бетон на заполнителе из гранитного щебня фракции 20-40.

Для определения прочности бетона использован базовый разрушающий метод контроля. Из образца с помощью установки алмазного сверления выбурены 11 кернов различной длины диаметром 80 мм. Из кернов изготовлены 29 образцов — цилиндров, удовлетворяющих по своим размерам требованиям ГОСТ 28570-90. По результатам испытания образцов на сжатие выявлено, что среднее значение прочности бетона составило 49,0 МПа. Распределение значений прочности подчиняется нормальному закону (рис. 4). При этом прочность исследуемого бетона имеет высокую неоднородность с коэффициентом вариации 15,6% и СКО равным 7,6 МПа.

Для неразрушающего контроля применены методы отрыва, отрыва со скалыванием, упругого отскока и ударного импульса. Метод скалывания ребра не применялся по причине близкого расположения арматуры к ребрам образца и невозможности выполнения испытаний. Ультразвуковой метод не использован, так как прочность бетона выше допустимого диапазона для применения данного метода (табл. 1). Выполнение измерений всеми методами производилось на грани образца, срезанной алмазным инструментом, что обеспечивало идеальные условия с точки зрения ровности поверхности. Для определения прочности косвенными методами контроля использовались градуировочные зависимости, имеющиеся в паспортах приборов, или заложенные в них.

Таблица 3. Результаты измерения прочности различными методами


п/п
Метод контроля
(прибор)
Количество
измерений, n
Среднее значение
прочности, Rm, МПа
Коэффициент
вариации, V, %
1Испытание на сжатие в прессе
(ПГМ-1000МГ4)
2949,015,6
2Метод отыва со скалыванием
(ПОС-50МГ4)
651,14,8
3Метод отрыва (DYNA)349,5-
4Метод ударного импульса
(Silver Schmidt)
3068,47,8
5Метод ударного импульса
(ИПС-МГ4.04)
10078,25,2
6Метод упругого отскока
(Beton Condtrol)
3067,87,27
Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие
Рис. 4. Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие

На рис. 5. представлен процесс измерения методом отрыва. Результаты измерений всеми методами представлены в табл. 3.

Поданным, представленным в таблице, можно сделать следующие выводы:

• среднее значение прочности, полученной испытанием на сжатие и прямыми методами неразрушающего контроля, различается не более чем на 5%;

•     по результатам шести испытаний методом отрыва со скалыванием разброс прочности характеризуется низким значением коэффициента вариации 4,8%;

•     результаты, полученные всеми косвенными методами контроля, завышают прочность на 40-60%. Одним из факторов, приведших к данному завышению, является карбонизация бетона, глубина которой на исследуемой поверхности образца составила 7 мм.

Выводы

Измерение прочности методом отрыва
Рис. 5. Измерение прочности методом отрыва

1. Мнимая простота и высокая производительность косвенных методов неразрушающего контроля теряются при выполнении требований построения градуировочной зависимости и учете (устранении) влияния факторов, искажающих результат. Без выполнения этих условий данные методы при обследовании конструкций можно применять только для качественной оценки прочности по принципу «больше — меньше».

2. Результаты измерений прочности базовым методом разрушающего контроля путем сжатия отбираемых образцов также могут сопровождаться большим разбросом, вызванным как неоднородностью бетона, так и другими факторами.

3. Учитывая повышенную трудоемкость разрушающего метода и подтвержденную достоверность результатов, получаемых прямыми методами неразрушающего контроля, при обследовании рекомендуется применять последние.

4. Среди прямых методов неразрушающего контроля оптимальным по большинству параметров является метод отрыва со скалыванием.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург)

Список литературы:

1.  Штенгель В. Г. О корректном применении НК в обследованиях железобетонных конструкций длительно эксплуатирующихся сооружений // В мире НК. 2009. №3. С. 56-62.

2.  Улыбин А. В. О выборе методов контроля прочности бетона построенных сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2011. №4 (22). С. 10-15

3.  Джонс Р., Фэкэоару И. Неразрушающие методы испытаний бетонов. Пер.срумынск. М., Стройиздат, 1974. 292 с.

4.  Штенгель В. Г. Общие проблемы технического обследования неметаллических строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2010. №7(17). С. 4-9.

5.  Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. М.: ЦНИИПромзданий, 1997.179 с.

6.  Лужин О. В. Обследование и испытание зданий и сооружений/О. В.Лужин и др. М.: Стройиздат, 1987. 264 с.

7.  Строительные конструкции: учебное пособие /Р. Л. Маилян, Д. Р. Маилян, Ю. А. Веселов. Изд. 4-е. Ростов н/Д : Феникс, 2010. 875 с.

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей

Методы неразрушающего контроля бетона

Методы неразрушающего контроля бетона

В статье речь пойдет о методах неразрушающего контроля бетона, приборах неразрушающего контроля и способах определения прочности бетона.

Качество бетонных и железобетонных изделий и конструкций в значительной степени зависит от эффективного и действенного контроля прочности и однородности бетона, защитного слоя бетона, расположения арматуры, напряжений в арматуре предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Определить прочность бетона можно стандартными методами путем изготовления и испытания образцов. Но достоверность контроля прочности и однородности бетона по стандартным образцам недостаточна из-за ряда причин: объем испытания стандартных образцов к превышает 0.01 % уложенного в конструкцию бетона, условия виброформования и режимы твердения образцов и конструкций различны, стандартными методами невозможно определить однородность бетона в изделии и прочность отдельных его участков. При обследовании конструкций зданий и сооружений стандартные методы испытания бетона вообще неприменимы.

Эти недостатки стандартных методов испытания прочности бетона обусловили развитие неразрушающих методов контроля и методов, связанных с испытаниями бетона в нестандартных образцах, извлекаемых из конструкции.

Для неразрушающего контроля прочности бетона используются приборы, основанные на методах местных разрушений (отрыв со скалыванием, скалывание ребра, отрыв стальных дисков), ударного воздействия на бетон (ударный импульс, упругий отскок, пластическая деформация) и ультразвукового прозвучивания.

При обследовании монолитных конструкций и больших массивов бетона применение ударно-импульсных и ультразвуковых приборов должно сочетаться с испытаниями бетона методами отрыва со скалыванием, скалывания ребра или отбора образцов (кернов).

При выборе методов неразрушающего контроля и приборов для проведения испытаний бетона пользователь должен знать их особенности и рекомендуемые области применения.

Достаточно полно методы неразрушающего контроля классифицированы в работах Б.Г. Скрамтаева и М.Ю. Лещинского «Испытание прочности бетона» (М., 1964) и М.Г. Коревицкой «Неразрушающие методы контроля качества железобетонных конструкций» (М., 1989). В этих изданиях даны рекомендации по выбору методов и средств неразрушающего контроля в зависимости от вида контролируемого изделия и условий его эксплуатации.

Однако современная приборная база неразрушающего контроля существенно отличается от рекомендуемой авторами. С начала 90-х годов XX века активно ведется разработка и производство приборов неразрушающего контроля нового поколения с применением электроники и микропроцессорной техники, наращиваются их функциональные возможности.

Особого внимания заслуживают методы отрыва со скалыванием, скалывания ребра и отрыва стальных дисков, которые часто называют методами местных разрушений. Эти методы характеризуются большей точностью по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.

В настоящее время в РФ выпускается несколько модификаций сертифицированных приборов, реализующих перечисленные методы (таблицы 1 и 2).

Приборы, основанные на методах местных разрушений, применяются в основном в монолитном домостроении и при обследовании конструкций зданий и сооружений. Недостатки этих методов обусловлены повышенной трудоемкостью и необходимостью определения оси арматуры и глубины ее залегания, что ограничивает их применение при определении прочности бетона отдельных конструкций или их участков, а также при уточнении градуировочных зависимостей ультразвуковых и ударноимпульсных приборов в соответствии с ГОСТ 22690.

Таблица 1. Отрыв со скалыванием.

ТипПредельное усилие 
вырыва, кН, индикация
Тип анкераПредел погрешности, %Масса, кгИзготовитель
ПОС-50МГ4,
внесен в Госреестр РФ
60
цифровая
II - 30, II - 35, II - 48± 25,0"СКБ Стройприбор", Челябинск
ПОС-2МГ42
цифровая
спиральный для 
ячеистых бетонов
± 31,1"СКБ Стройприбор", Челябинск
ПБЛР50
маномер
III - 35± 44,0ИТЦ "Контрос", Москва
ВМ-2.450
цифровая
I - 35, II - 35± 33,2ВЗ "Эталон", Москва

Таблица 2. Скалывание ребра.

ТипПредельное усилие 
вырыва, кН, индикация
Размер грани контролируемого
изделия, мм
Предел 
погрешности, %
Масса, кгИзготовитель
ПОС-50МГ4 "Скол",
внесен в Госреестр РФ
60
цифровая
II - 30, II - 35, II - 48± 25,0"СКБ Стройприбор", Челябинск

Неразрушающего контроля прочности бетона выполняется, как правило, высокопроизводительными приборами после установления корреляции их косвенной характеристики (базовой зависимости) с фактической прочностью контролируемого бетона. Для этих целей применяются приборы ударного действия, основанные на методах ударного импульса (упругого отскока, пластической деформации) и ультразвуковые измерители скорости (времени) распространения ультразвуковых колебаний в бетоне. Характеристики основных приборов ударного действуя, выпускаемых в РФ, приведены в табл. 3.

Следует отметить, что погрешности приборов, указанные в табл. 3, обеспечиваются после уточнения их базовых
градуировок в соответствии с требованиями ГОСТ 22690 либо в случае установления пользователем индивидуальных градуировок для конкретного вида бетона (в приборах типа ИПС предусмотрена возможность установления до 20 индивидуальных градуировок).

Таблица 3.

ТипПредельное усилие 
вырыва, кН, индикация
Основная погрешность %,
не более
Количество базовых
градуировок
Объем памяти,
связь с ПК
Масса,кгИзготовитель
ИПС-МГ4.013...100
цифровая
± 101500
RS-232
0,85"СКБ Стройприбор", Челябинск
ИПС-МГ4.03,
внесен в Госреестр РФ
3...100
цифровая
± 84415000
USB
0,85"СКБ Стройприбор", Челябинск
Beton Pro Condtrol3...100
цифровая
± 1011000
RS-232
0,95НПП "Кондтроль",
Челябинск
ОМШ-15...40
стрелочная
± 20нетнет1,5Фирма ВНИР, Москва
ИТЦ "Контрос", Москва
Молоток
Кашкарова
5...40
нет
± 20нетнет1,2Фирма ВНИР, Москва
ИТЦ "Контрос", Москва

Характеристики ультразвуковых приборов, выпускаемых в РФ и Молдове, приведены в табл. 4. При использовании ультразвуковых приборов для определения прочности бетона следует учитывать, что диапазон контролируемых прочностей ограничивается классами В7,5…В35 (10…40 МПа) согласно ГОСТ 17624. При более высоких прочностях возможна лишь дефектоскопия бетона и локализация скрытых дефектов (трещины, раковины, несплошности).

Таблица 4.

ТипБаза прозвучивания, ммДиапазон измерения 
времени, мкс
Предел погрешности
измерения времени, %
Рабочая
частота, кГц
Масса,кгИзготовитель
УК 1401,
внесен в Госреестр РФ
15015...100± 1700,35ООО АКС, Москва
УК-14ПМ12020...9900± (0,01Т+0,1)20...3002,3АО "Интроскоп", Молдова
УК-10ПМС-10...5000± 0,525...10008,7АО "Интроскоп", Молдова
Бетон-3212015...6500± (0,01Т+0,1)601,4ИТЦ "Контрос", Москва
УКС-МГ4,
внесен в Госреестр РФ
11015...2000± (0,01Т+0,1)60...700,95"СКБ Стройприбор", Челябинск
А1212Дефектоскопия и толщинометрия бетона на глубину до 1050 мм20...1501,6ООО АКС, Москва

Контроль прочности ударными и ультразвуковыми методами ведется в поверхностных слоях бетона (кроме сквозного ультразвукового прозвучивания), из-за чего состояние поверхностного слоя может оказывать существенное влияние на результаты контроля. При воздействии на бетон агрессивных факторов (химических, термических или атмосферных) необходимо выявить толщину поверхностного слоя с нарушенной структурой.

Подготовка бетона таких конструкций для испытаний неразрушающими методами заключается в удалении поверхностного слоя на участке контроля и зачистке поверхности наждачным камнем. Прочность бетона при этом определяют преимущественно приборами, основанными на методах местных разрушений, или путем отбора образцов. При использовании ударно-импульсных и ультразвуковых приборов контролируемая поверхность должна иметь шероховатость не более Ra 25, а градуировочные характеристики приборов требуют уточнения.

Пользователь должен знать, что базовая либо типовая градуировочная зависимость, с которой может поставляться прибор, с достаточной степенью точности воспроизводит прочность бетона того вида (класса), на котором прибор калибровался. Изменение вида крупного заполнителя, влажности, возраста бетона и условий его твердения приводит к увеличению погрешности измерений. Для ультразвуковых приборов перечень факторов, влияющих на точность измерений, еще шире (Лещинский М.Ю. Испытание бетона. М., 1980).

В.В. Гулунов, директор ООО «СКБ Стройприбор»

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей

Как выровнять пол в комнате и уложить ламинат

Как выровнять пол в комнате и уложить ламинат

Как выровнять пол в комнате и уложить ламинатУкладка ламината профессионалами – зрелище интересное. А укладка ламината своими руками поможет сэкономить семейный бюджет и набраться полезного опыта. Если ламинат уже куплен, он должен находиться в том же помещении, где его планируется уложить. Это необходимо, чтобы он принял окончательную форму при той температуре и влажности, при которой ему придется лежать постоянно. Но как быть, если пол в комнате оказался неровным?

Выравниваем пол

До начала работы должна быть произведена оценка ровности пола, на который ляжет ламинат. Проверку исходного деревянного пола можно осуществить с помощью уровня. Если на двух метрах поверхности перепад высоты составляет несколько миллиметров, то это величина допустимая. Но настолько ровным пол бывает редко. Для выравнивания деревянной поверхности можно воспользоваться шлифовальной машиной.

Выравнивая пол листами ДСП, следует учесть, что выделение паров формальдегида, содержащегося в этом вторсырье, может плохо влиять на здоровье живущих в доме людей. Кроме того, при попадании влаги на поверхность листа возможно образование пузырей.

Если в выравнивании нуждается пол из бетона, придется сделать бетонную стяжку, сняв предварительно старый паркет или линолеум. Для устройства стяжки используются самовыравнивающиеся смеси для пола или цементная смесь. Добиваясь ровности пола, не забывайте применять уровень.

Неровность также могут сгладить различные подложки, в результате чего в помещении повысится уровень тепло- и звукоизоляции, в то же время они послужат добавочной опорой для ламината. Также начальный слой при укладке можно сделать паро- и влагонепроницаемым, из специальных материалов.

Укладка ламината

Итак, подложка под ламинат уже готова, пора приступить к его укладке. Начать этот процесс можно от любой стены, но считается, что при укладке материала под прямым углом к окну швы менее заметны. Поскольку в зависимости от температуры в разное время года ламинат то расширяется, то сжимается, по-за стенами нужно оставлять зазоры, отступая на расстояние до 7 мм.

Подгонять доски ламината необходимо по принципу «выступ-паз», ликвидируя неплотное прилегание с помощью молотка и клиновидного бруска. Для укладки второго ряда первую доску нужно распилить пополам, в третьем ряду первая доска остается целой, и так до конца. Такое шахматное смещение помогает достичь того, что уложенный пол будет обладать большей прочностью.

Собранный второй ряд за края придвигается к первому и соединяется с ним по тому же принципу «выступ-паз». Плотность прилегания надо обязательно контролировать молотком и деревянным брусочком.

В процессе подгонки ламината не следует забыть о температурных швах с противоположной стороны помещения. Заканчивается работа укладкой по периметру комнаты подобранного по цвету плинтуса.

Ячеистый бетон: теплоизоляционные свойства

Теплоизоляционные материалы занимают особое место среди материалов строительного назначения. Во всем мире нарастает тенденция к сбережению тепловой энергии. Введение в действие новых требований к повышению теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений различного функционального назначения требует постоянного расширения номенклатуры теплоизоляционных материалов повышенного качества, создания новых технологий производства высокоэффективных теплоизоляционных материалов для устройства многослойных систем утепления.

Основными теплоизоляционными материалами, широко применяемыми сегодня, являются минеральная вата и полистирольный пенопласт, которые при всех достоинствах имеют очевидные недостатки. Минеральная вата с течением времени при эксплуатации деструктурируется — дает усадку, образуя незащищенные от утечки тепла пространства, а полистирольный пенопласт является горючим материалом.

Теплоизоляционный ячеистый бетон обладает уникальным сочетанием физико-технических свойств (низкая теплопроводность, жесткость, негорючесть, высокая паропроницаемость), что позволит широко использовать его для утепления ограждающих конструкций и исключить основные недостатки, присущие многослойным системам утепления на основе минераловатных и пенополистирольных изделий.

В настоящее время в Республике Беларусь выпускаются плиты теплоизоляционные из ячеистого автоклавного бетона в соответствии с требованиями СТБ 1034—96. Основной номенклатурой теплоизоляционных изделий из ячеистого бетона являются плиты марки средней плотности 350-400 кг/м3. Это ограничение связано прежде всего с недостатками технологии получения ячеистого бетона однородной структуры. Улучшение теплозащитных свойств ячеистого бетона возможно при снижении его средней плотности, при этом снижение этого показателя не должно сопровождаться значительным снижением прочности.

При выпуске изделий пониженной средней плотности перед исследователями и производственниками возникли такие технологические проблемы, как диспергирование сырьевых компонентов при мокром помоле, интенсификация процессов структурообразования и стабилизация смеси во время вспучивания, сокращение времени выдержки изделий до и во время тепловой обработки.

Принципиальное отличие технологии ячеистого бетона автоклавного твердения состоит в длительном разрушающем действии газовых пузырьков на процесс возникновения новообразований, в результате чего процесс твердения сопровождается изменением объема. Эффективному решению всех этих проблем способствует введение различных химических добавок в ячеисто-бетонную смесь.

Единственным предприятием в Республике Беларусь, освоившим с 2002 г. производство плит марки по средней плотности D250, является ОАО «Гродненский комбинат строительных материалов».

Получение ячеистого бетона средней плотности 150-200 кг/м3 и допустимой прочности при сжатии является сложнейшей технологической задачей. У такого бетона 90—98% объема занимают газовые и капиллярные поры, поэтому межпоровый «скелет» должен быть прочным. Для получения такого бетона необходимо применение высококачественных материалов. Так, уже на стадии формования массива необходимо обеспечить безусадочную структуру (за счет тщательно подобранного состава), на стадии разрезки массива на изделия -получение требуемой прочности сырца бетона, исключающей разрушение бетона в местах реза струнами, сохранение формы массива при транспортировании его в автоклав. Величина минимально необходимой прочности ячеистого бетона обуславливается соображениями обеспечения сохранности изделий при транспортировке и укладке в процессе его производства.

Повышение прочности ячеистого бетона возможно за счет проведения направленного синтеза с целью повышения содержания гидросиликатов и наиболее прочных из них тоберморитовой и ксонотлитовой групп, уменьшения дефектов структуры бетона. Повышение содержания гидросиликатов обеспечивается за счет вовлечения в реакции силикатообразования большего количества кремнезема и извести, введением добавок.

В УП «НИИСМ» разработаны комплексные химические добавки для ячеистого бетона на основе солей жирных кислот СПК (ТУ РБ 100122953.312-2002). Добавка СПК разработана двух видов — для конструкционного ячеистого бетона марок по средней плотности D400—700 и для теплоизоляционного — марок по средней плотности D150-400.

Добавка СПК — раствор омыленной абиетиновой смолы, модифицированной жидким стеклом, которое способствует пластическому набору прочности сырцового массива. Техническая характеристика добавки приведена ниже.

Внешний вид……….Жидкость темно-коричневого цвета
Массовая доля сухих веществ, %, не менее……………….20
Плотность, г/см3…………………………1,1-1,2
PH ……………………………………….8,5-10

Добавка СПК обладает стабильной пенообразующей способностью с кратностью 15-20, стабильностью пены («время жизни» составляет более 4 ч).

Абиетат натрия, содержащийся в добавке СПК, взаимодействует с портландцементом с образованием резинатов кальция и алюминия, которые в отличие от стеаратов, или солей жирных кислот растворимы в воде, а главное, обладают адсорбирующей способностью диспергировать воздух в строительных растворах, то есть создавать благ оприятные условия для воздухововлечения (до 15% воздуха по объему). Гидросиликаты щелочных металлов стабилизируют массив особо легких ячеистых бетонов после созревания и сокращают время до-автоклавной выдержки.

В процессе исследований при разработке технологии ячеистого бетона пониженной плотности было установлено, что для улучшения качества пористой структуры ячеистого бетона предпочтительно использование газопенной технологии. Поризаиия смеси по этой технологии осуществляется за счет воздухововлечения и газообразования. Данная технология должна включать: аэрацию песчаного шлама в мельнице за счет введения добавки, аэрацию ячеисто-бетонной смеси в смесителе путем введения добавки и поризацию смеси в форме в результате газообразования.

Таблица 1
ПоказательРезультаты испытаний образцов
с добавкой СПК, % от сух.
без добавок0,150,30,5
Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 235 178 187210
Теплопроводность в сухом состоянии при темп (298±5)°К, Вт/(м·К)0,0660,0560,057 0,06
Предел прочности при сжатии, МПа 0,80,820,9 0,96
Предел прочности при изгибе, МПа 0,180,180,270,29
Сорбционная влажность по массе Wс, % при φ=90% (эксплуатационная влажность для условий эксплуатации «Б», Изменение №2 СНБ 2.04.01-97)4,98 4,994,985
Таблица 2
 ПоказательНорма для марок
 150200 250300 350 400
Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3126-175 176-225226-275276-325 326-375376-425
Теплопроводность в сухом состоянии при температуре (298±5)°К, Вт/(м·К), не более 0,055 0,060,070,080,090,11
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее0,30,45 0,550,60,81
Предел прочности при изгибе, МПа0,08 0,09 0,10,15 0,2 0,3
 Отпускная влажность, мас. %, не более 35 353533 (35)29 (35) 25 (35)
 Примечание. В скобках приведена отпускная влажность для плит теплоизоляционных на основе тонкоголосой извести и отходов ячеисто-бетонного производства.

В результате экспериментальных исследований были выработаны основные технологические требования, которые заключаются в следующем.

  1. В исходном состоянии ячеисто-бетонная смесь должна быть достаточно жидкой с высоким водотвердым отношением (В/Т) для обеспечения наилучших условий для образовании ячеистой структуры. При использовании смесей с более низким В/Т в период вспучивания происходит разрыв структуры и образование щелевидных пустот и свилей.
  2. Вспучивание смеси должно происходить в течение 6—12 мин, для устранения влияния температурных факторов окружающей среды.
  3. Стабилизация массива после завершения процесса вспучивания должна быть зафиксирована путем ускорения процессов схватывания и нарастания структурной прочности.
  4. Процесс вспучивания и стабилизация ячеисто-бетонной массы должен обеспечить получение структуры с диаметром пор менее 0,8 мм, более предпочтительно 0,5 мм, как наименее деформируемой.
  5. Вследствие действия гравитационных сил на нижние слои ячеистого бетона-сырца стабилизация макроструктуры и устранение ее деформаций могут быть достигнуты увеличением эластичности стенок, образующих ячейки. Благодаря этому газ, создающий поры, будет продолжительное время сохранять в них избыточное давление, позволяющее зафиксировать макроструктуру материала в исходном состоянии и ликвидировать оседание сырца.

По предложенной технологии были выпущены опытные партии теплоизоляционного ячеистого бетона марки по средней плотности D200. Технические характеристики образцов из опытно-промышленной партии приведены в табл. 1.

На основании результатов проведенных исследований были внесены изменения в СТБ 1034-96 «Плиты теплоизоляционные из ячеистого бетона» (срок введения 01.01.2004 г.), классификация изделий дополнена
марками по средней плотности D150, D200. Физикомеханические показатели плит теплоизоляционных из ячеистого бетона приведены в табл. 2.

Расширение производства и номенклатуры изделий из теплоизоляционного ячеистого бетона пониженной плотности требует повышения его физико-механических свойств. Наряду со значительными технико-экономическими преимуществами, которые способствуют его широкому применению в строительстве, ячеистые бетоны пониженной плотности имеют ряд недостатков. Это прежде всего низкая способность к восприятию растягивающих усилий, а также пониженная трещиностойкость, что создает определенные проблемы уже на стадии транспортировки изделий.

Одним из рациональных способов устранения данных недостатков может быть дисперсное армирование волокнистыми добавками. Наиболее доступным компонентом для дисперсного армирования являются сухие отходы асбестоцементного производства. В результате проведенных исследований было установлено, что присутствие в асбестоцементных отходах клинкерных минералов и гидроксида кальция может определять некоторые вяжущие свойства отходов. В данных отходах присутствуют волокна асбеста, проявляющие не только армирующие, но и структурообразующие свойства. Измельченный асбестоцемент можно рассматривать как кристаллическую затравку, содержащую в своем составе зародыши кристаллизации новообразований, возникшие при гидратации портландцемента.

В результате предварительных исследований нами установлено, что введение в состав ячеисто-бетонной смеси пониженной плотности (D150, D200) асбестоцементных отходов позволяет в 2—3 раза повысить предел прочности при изгибе. Введение асбестоцементных отходов в ячеисто-бетонную смесь целесообразнее на стадии приготовления песчаного шлама. Совместный мокрый помол асбестоцементных отходов и песка позволит сократить длительность помола и обеспечит безопасные условия работы.

Эффективный материал — ячеистый бетон

Возросшие в последние годы инвестиционные возможности как отдельных фирм (предприятий), так и самого населения привели к повышению спроса на эффективный материал для стен и другие строительные материалы. Увеличению спроса способствует и повышение за последние годы требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, что вызвало необходимость использования эффективных стеновых материалов. При этом использование однослойных стен из кирпича, дерева, керамзитобетона и других легких бетонов на пористых заполнителях уже не обеспечивает требуемых показателей и экономически не оправданно.

Возникла необходимость использования в стеновых конструкциях эффективных материалов. Одним из таких материалов, позволяющим делать однослойные и долговечные стены, является ячеистый бетон во всех своих многочисленных разновидностях (пенобетон, газобетон, пеносиликат, газосиликат, пеногазошлакобетон и т. д.) как в сборном, так и в монолитном вариантах строительства.

Ячеистые бетоны имеют ряд характеристик, отличающих их от многих традиционных строительных материалов. Изделия из них наилучшим образом адаптированы к сложному климату и экономическим условиям и имеют ряд важных достоинств: невысокую плотность, низкую теплопроводность, пониженное водопоглощение, стойкость при пожаре, высокие санитарно-гигиенические свойства стенового ограждения.

Ячеистый бетон прошел проверку временем в сложных природно-климатических условиях. Жилые дома со стенами (наружными и внутренними) из автоклавного газобетона стоят в Санкт-Петербурге с 1960 г. без разрушения материала, несмотря на сложные климатические условия (число переходов температуры через 0°С в Прибалтике максимально). Общая площадь домов с газобетонными стенами в городе более 15 млн м2. В Риге стоят дома со стенами из газобетонных камней, не защищенных отделкой, уже в течение 70 лет без трещин, отслоений и шелушения кладки. В Норильске и Ангарске (условия повышенной сейсмичности) значительное количество жилья представлено пятиэтажными зданиями из неавтоклавного газозолобетона по проектам ЛенЗНИИЭПа и успешно эксплуатируются уже более 40 лет.

Таким образом, ячеистый бетон является долговечным надежным материалом, который можно изготовлять как из существующего местного сырья, так и с использованием различных отходов. Из разведанных месторождений песков более 70% составляют мелкие и очень мелкие пески, использование которых позволяет получать изделия из ячеистого бетона с высокими характеристиками.

В ряде регионов страны имеется значительное количество местных материалов и техногенных отходов в виде различных песков, отсевов камнедробления, керамзитовой пыли, которые не нашли широкого применения при производстве стеновых блоков из ячеистого бетона. Широкое использование этих материалов сдерживается из-за их неоднородности, отсутствия данных по составу, свойствам, а также по влиянию их на структуру и эксплуатационные свойства ячеистого бетона.

В России в настоящее время работает 40 заводов по производству изделий из автоклавных ячеистых бетонов обшей мощностью 2 млн м3 в год, выпускающих 1,4 млн м3 изделий. На более чем 200 установках по производству неавтоклавного ячеистого бетона, в основном пенобетона, производится около 0,6 млн м3 материала как для монолитного, так и сборного строительства (преимущественно в виде камней по ГОСТ 21520—89). На 1 тыс. человек населения России производится всего 13 м3, в то время как в Республике Беларусь — 150 м3, а в Германии, Франции, Англии, Швеции, Польше, Чехии, Словакии — 100—200 м3. В Эстонии даже здания высшей категории ответственности и капитальности (гостиница «Олимпия», здание ЦК КПЭ и др.) построены со стенами из сланцезольного газобетона (газокукермита), изготовленного из отходов промышленности (вяжущее — зола-унос от сжигания горючих сланцев, кремнеземистый компонент — отходы комбината «Фосфорит»).

В настоящее время разработаны и функционируют различные технологии и виды оборудования, позволяющие получать ячеистые бетоны различной плотности с высокими характеристиками.

Интерес представляют технологии быстрого возведения зданий и сооружений с использованием монолитных ячеистых бетонов, использование которых приводит к снижению энергетических и трудовых затрат при строительстве, к сокращению продолжительности инвестиционного цикла.

Во многих регионах производство изделий организовано на мобильных установках, максимально приближенных к районам застройки, что во много раз уменьшает транспортные расходы, позволяет обеспечить работой местное население, активизировать жилищное строительство.

Ячеистый бетон, млн м3Годы
 2003 2004 2006 20082010 2015 2020
 Автоклавный 1,41,92,5 4,1 6,1 10,1 15,1
 Неавтоклавный 0,6 0,8 1,2 1,8 2,6 5,1 8,1
 Производство на 1 тыс. человек, м313182540 58 100155

Ячеистый бетон применяется и в сборном и монолитном вариантах как эффективный материал для утепления чердачных перекрытий, кровель, мансард, наружных и внутренних стен, теплоизоляции трубопроводов, для применения в виде стеновых блоков, панелей наружных стен, перекрытий.

Для решения строительных проблем России, в первую очередь резко обострившейся проблемы дешевого и высококачественного жилья, необходимо всемерно наращивать производство ячеистых бетонов в нашей стране, которое позволит резко снизить рссурсоемкость строительства и эксплуатации.

Прогнозируемые темпы прироста объемов производства ячеистых бетонов (млн м3) в России приведены в таблице.
Для реализации поставленных задач в решении научно-технического совета Госстроя России от 27 ноября 2003 г., посвященного основным направлениям развития стеновых материалов из ячеистых бетонов, рекомендовано научно-исследовательским, проектным и промышленным организациям развернуть свою работу в следующих направлениях.

  • Развитие новых путей получения изделий из ячеистых бетонов с плотностью ниже 400 кг/м3 для широкого применения их в строительном производстве и с плотностью 150—300 кг/м3 для использования в качестве теплоизоляционных материалов.
  • Совершенствование производства ячеистого бетона с целью получения стеновых изделий с плотностью 400—500 кг/м3.
  • Разработка комплектов оборудования для заводов автоклавного газобетона мощностью 20—40 тыс. м3, а также 200—400 тыс. м3 в год.
  • Исследования по повышению прочности, снижению усадки и ускорению твердения изделий.
  • Разработка и внедрение ячеистых бетонов, дисперсно-армированных неметаллическими волокнами.
  • Совершенствование аппаратурного оформления производства пенобетона с целью создания автоматизированной установки мощностью 10 тыс. м3 в год и технологических линий мощностью 20 и 30 тыс. м3 год по резательной технологии.
  • Совершенствование новых методов испытаний материалов, в том числе на основе современных достижений физики и химии.
  • Разработка и организация производства низкотеплопроводных малоклинкерных и бесклинкерных композиционных вяжущих для теплоизоляционных ячеистых бетонов.
  • Создание широкой гаммы химических добавок, в том числе ускорителей твердения, противоморозных добавок, суперпластификаторов для полифункционального действия, позволяющих отказаться от вибрации при укладке и уплотнении бетона для ускорения набора прочности, повышающих его стойкость и долговечность.
  • Создание мини-заводов по производству блоков из неавтоклавного ячеистого бетона.

В 2001 г. на заседании научно-технического совета Госстроя России было внесено предложение о создании Центра ячеистых бетонов для координации работ по совершенствованию нормативной документации, проектирования, обмена информацией и др.

В 2003 г. НТС Госстроя РФ подтвердил целесообразность активизации работы такого центра и дал соответствующие рекомендации по его деятельности.

Развитие производства и применения ячеистых бетонов позволит существенно снизить стоимость строительства, трудоемкость, энергозатратность при одновременном повышении долговечности, качества и экологичности домов в суровых и разнообразных природно-климатических условиях страны.

Технологические проблемы пенобетона

Производство эффективного по теплофизическим параметрам пенобетона низких марок по средней плотности является проблемным ввиду сложности обеспечения стабильной тонкодисперсной ячеистой структуры и высокой прочности, зависящих от рецептурно-технологических факторов. Кроме того, ячеистый бетон (пенобетон) неавтоклавного твердения характеризуется повышенной усадкой при высыхании, снижающей его трещино-стойкость. Это сдерживает применение неавтоклавного пенобетона для производства крупногабаритных изделий и в монолитном строительстве.

Увеличение прочности при постоянной плотности может быть достигнуто за счет повышения однородности ячеистой структуры и прочности матрицы пенобетона. В частности, за счет использования эффективных пенообразователей и стабилизаторов структуры пены, повышения активности и разработки новых специальных видов вяжущих веществ, снижения водотвердого отношения, применения химических и высокодисперсных минеральных (микрокремнезема, частиц глинистой фракции и др.) модификаторов, механохимической активации вяжущего вещества. Использование технологических приемов может усложнить технологический процесс, и потому их внедрение должно быть обосновано технико-экономической целесообразностью.

Пена и пенообразователи. Необходимым условием получения пенобетона высокого качества является применение эффективных пенообразователей и технологических приемов, обеспечивающих высокую устойчивость пены в пенобетонной смеси. Одной из основных характеристик устойчивой пленки является се сопротивление механическому воздействию. В качестве такой характеристики Гиббс рассматривает упругость пленки [1]:

E=2·d·γ/d·ln·А, (1)

где А — площадь пленки, γ — поверхностное натяжение.
Для двухкомпонентной системы уравнение (1) имеет вид:

E=4·(Г12)2·(d·μ2/d·m2), (2)

где Г12 — поверхностный избыток компонента 2, μ2 — химический потенциал этого компонента и m2— его количество на единицу площади пленки.
Качественно Е характеризует способность пленки изменять поверхностное натяжение в момент приложения растягивающего или сжимающего усилия. При растяжении поверхности концентрация поверхностноактивного вещества в пленке падает и соответственно возрастает поверхностное натяжение, препятствующее разрыву пленки. Уравнение (2) показывает, что величина Е может быть большой, только если Г12 и (d·μ2/d·m2) достаточно велики. Это означает, что концентрация пенообразователя должна быть относительно велика, то есть его содержание должно быть оптимальным.
Очевидно, что оптимальное содержание пенообразователя является одним из основных факторов, влияющих на строительно-технические свойства (СТС) пенобетона. Так, при недостаточном содержании пенообразователя не будет обеспечиваться требуемая плотность бетона, а при его повышенном расходе может произойти существенное замедление процессов схватывания и твердения цементной системы. Для получения устойчивой пены важно, чтобы пленка не только была упругой (с высоким пределом упругости), но и имела высокую поверхностную вязкость, что уменьшает скорость стекания пленки на границ Плато. Для повышения устойчивости пен в пенобетоне целесообразно использовать стабилизаторы в виде высокодисперсных минеральных компонентов, препятствующих стеканию жидкости с поверхности пленки через границу Плато, а также затворителя с повышенной температурой, ускоряющего схватывание цементной системы и придающего пене в пснобетонной смеси состояние, соответствующее пссвдотвердому. При этом дисперсность стабилизаторов пен минерального типа должна быть максимально высокой. При капиллярном потенциале, превышающем упругость пленки, поверхность жидкости пузырька будет подниматься по капилляру, повышая упругость и устойчивость пленки и препятствуя стеканию жидкости на границу Плато. Поэтому высокодисперсный микрокремнезем с пустотное -тью 60-70% является одним из наиболее эффективных стабилизаторов пены в пенобетонной смеси.

Стекание пленки на границу Плато приводит не только к интегральному снижению прочности, но и к образованию в пенобетоне микрообъемов пониженной прочности, являющихся зародышами разрушения. Это связано с тем, что практически все используемые виды пенообразователей редуцируют твердение цементных систем, снижая их прочность.
Таким образом, неоптимальное содержание пенообразователя, отсутствие эффективных стабилизаторов и применение «несвежей» пены будут оказывать влияние не только на устойчивость пенобетонной смеси, но и на темп твердения пенобетона. Поэтому в последние годы получает развитие направление производства ячеистого бетона низкой плотности с использованием комплексного порообразователя (пенообразователь + газо-образователь), обеспечивающего более стабильные технологические и СТС бетона такого класса. Однако образование горбушки является негативным фактором в технологии его производства [2].

Следует отметить, что строгий анализ возможной взаимосвязи факторов, определяющих устойчивость пен, отсутствует. Качественно время жизни пены зависит от скорости утончения пленок и их устойчивости по отношению к испарению и механическим воздействиям, включая колебания, передаваемые через массу пены при разрыве перегородок между’ ячейками и сдвиге стенок соседних ячеек. Основными характеристиками пены, значимо влияющими на СТС пенобетона, являются также кратность и коэффициент ее использования.

Для высококачественного пенобетона необходимо применять пенообразователи с максимальной кратностью, обеспечивающей их минимальное содержание в бетоне. В этом случае при двухстадийной технологии приготовления будет наблюдаться снижение содержания воды и пенообразователя в пенобетоне и улучшение его СТС.

Коэффициент использования пены (КИП) определяется отношением объема пенобетонной смеси к сумме объемов пены и матрицы, взятых до образования означенной смеси. Значение КИП при проектировании состава пенобетона рекомендуется применять равным 0,8 [3]. Однако его фактическое значение составляет 0,55—0,78. Низкое значение КИП приводит к высокому содержанию составляющей, редуцирующей схватывание, твердение, прочность пенобетона. Поэтому выбор эффективных пенообразователей для пенобетона является проблемным и требует своего теоретического и практического развития.

Исследования влияния пластифицирующих добавок 111 и IV групп, обеспечивающих высокую связность и снижение водоотделения цементных систем, показало, что устойчивость пены повышается в 1,3—1,8 раза, а расход пенообразователя снижается на 8-15%. Оптимальное содержание детергента находится на уровне 70—180 г/м3 в пересчете на сухое вещество. При этом обеспечивается получение высокодиспсрсной пены, повышающей тспло-физичсскис свойства пенобетона за счет предотвращения конвективного теплообмена в ячеистой структуре.

В качестве псностабилизагоров применяют раствор животного клея, жидкое стекло, сернокислое железо, лигносульфонаты и другие вещества, а также в виде твердых частиц известь, тонкодисперсный портландцемент, микрокремнезем, высокодисперсные золы ТЭС, тонкомолотые доменные гранулированные шлаки и др. При этом важно, чтобы стабилизаторы минерального типа не только уменьшали скорость стекания жидкости на границу Плато, но и за счет быстрого схватывания переводили пленку в псевдотвердое состояние, предотвращая образование в пенобетоне микрообъемов пониженной прочности.

Для приготовления пенобетона исследованы и разработаны различные виды пенообразователей, отличающиеся требуемым количеством воды (25—50 л) для получения пены на 1 м3 бетона, кратностью (21-37), устойчивостью (2—20 мин) пены и синсрсзисом (6-28 мин). Ранее широко применялись следующие пенообразователи: клееканифольный, смолосапониновый, алюмосульфонафтсновый, гидролизованная кровь (ГК), характеризуемые содержанием в бетоне 2—9 кг/м3, а в последние годы — ниапор, пеностром, окись амина, лаурилсульфат натрия, пожарные пенообразователи, ПБ-2000 и др., расход которых находится на уровне 0,8—1,2 кг/м3.

Таким образом, создание новых и улучшение условий использования уже применяемых пенообразователей, обеспечивающих получение устойчивых тонкодисперсных пен, является одной из наиболее актуальных проблем в технологии пенобетона.

Вяжущие вещества. Для производства пенобетона целесообразно применять высокодисперсные цементы с нормированным дисперсным составом, производимые по замкнутому циклу.

Высокодисперсные частицы вяжущего вещества (для портландцемента удельная поверхность 400—500 м2/кг) будут адсорбироваться на поверхности ячеек пены и препятствовать стеканию жидкой фазы на границу Плато, а также способствовать более высокой скорости схватывания и твердения пенобетона. Высокая реакционная способность вяжущего вещества обеспечит повышенное тепловыделение на ранней стадии твердения пенобетона, будет стабилизировать процесс формирования структуры высокого качества, ускорять темп его твердения. При этом эффективные вяжущие вещества должны иметь относительно короткие сроки схватывания, способствующие стабилизации тонкодисперсной структуры пены в пенобетонной смеси.

Важным фактором получения пенобетона с высокими СТС является применение в его составе пластифицирующих добавок, редуцирующих водосодержание. Вяжущие вещества должны характеризоваться минимальным оптимальным значением содержания пластифицирующей добавки, так как ее интегральное действие с пенообразователем может значимо снизить скорость схватывания и твердения пенобетона. Поэтому для приготовления пенобетона целесообразно применять прочный высокодисперсный портландцемент с низким содержанием минерала С3А, ответственного за оптимальное содержание пластификатора в цементной системе.

Для приготовления пенобетона применяют портландцемент предпочтительно высоких марок ПЦ 500-Д0(Д5), ПЦ 550-Д0; шлакосиликагнос, известково-цементное, гипсовое, магнезиальное вяжущее и др. Однако пенобетон приготовленный с использованием означенных вяжущих веществ, практически во всех случаях имеет негативные аспекты. В частности, общим недостатком является относительно низкая прочность при высокой средней плотности пенобетона. При этом пенобетон, приготовленный с использованием магнезиального вяжущего, характеризуется сложными и продолжительными условиями твердения, гипсобетон может применяться в основном для внутренних работ, силика-топенобетон требует автоклавного твердения и характеризуется относительно низкой долговечностью, шлакосиликатный пенобетон удается получить с наиболее низкой маркой по средней плотности (D150-D200) и высокой прочностью, однако он имеет повышенную трещиностойкость и расположен к высолообразова-нию. Поэтому наибольшее распространение получает портландцементный пенобетон марок по средней плотности D600— D900 относительно низкой прочности. Для обеспечения технологии массового производства эффективного пенобетона марок по средней плотности D250-D400 целесообразно разработать технические требования и организовать выпуск специального вида низкоалюминатного высокопрочного тонкодисперсного портландцемента марок ПЦ600—ПЦ700 и выше. Повышение цен на такой вид цемента компенсируется уменьшением материалоемкости готовой продукции. Кроме того, необходимо расширить исследования по разработке малоусадочного пенобетона без высолов с использованием высокопрочного шлакосиликатного вяжущего прочностью 100-120 МПа.

Заполнители. Производители пенобетона применяют в качестве заполнителя любой вид песка, отвечающий требованиям ГОСТ 8736—93, а также золы ТЭС и другие местные минеральные материалы практически без учета марки по средней плотности, определяющей толщину перегородок его ячеек. При использовании песка, содержащего крупные зерна, превышающие в диаметре толщину перегородок в ячеистой структуре, может произойти ее разрушение с увеличением размера ячеек и ухудшением прочностных и теплофизических характеристик пенобетона за счет конвективного теплообмена (в ячейках размером более 2 мм). Кроме того, в большинстве случаев происходит седиментация таких зерен песка с разуплотнением пенобетона по высоте изделия и ухудшением его качества. Поэтому гранулометрический состав песка для пенобетона должен назначаться с учетом средней плотности пенобетона, а его максимально крупные зерна должны быть не более половины толщины перегородок между ячейками [4]. Необходимость оптимизации гранулометрического состава песка обосновывает целесообразность внедрения ОАО «ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова» в технологию стержневых мельниц для гомогенизации и механической активации минеральных компонентов для пенобетона, измельчающих при этом наиболее крупные зерна песка. Кроме плотных заполнителей в составе пенобетона получает применение вспененный гранулированный полистирол, флотационные свойства которого позволяют повысить устойчивость пенобстонной смеси и СТС пенобетона, снизить его плотность. При этом очевидно, что может наблюдаться ухудшение экологической и пожарной составляющих свойств пенобетона.

Химические модификаторы. Модификацию структуры и СТС пенобетона обычно осуществляют приме-
нением пластифицирующих добавок, а также добавок, ускоряющих схватывание, твердение и снижающих усадку цементного камня. Однако применение пластифицирующих добавок, в основном I группы по ГОСТ 24211-91, несмотря на очевидные преимущества (редуцирование водосодержания до 20%, повышение прочности на 35-40%, экономию цемента 10-20%), практически нс получает промышленного внедрения. Это связано в основном с низкой организацией процесса производства изделий, преимущественно стеновых блоков, на технологических линиях малой мощности и отсутствием соответствующих складов и специальных дозаторов добавок.

Для повышения качества пенобетона исследован и получает некоторое применение суперпластификатор С-3, который редуцирует водосодержанис более чем на 20% и практически не замедляет гидратацию минералов клинкера. Однако бетонные смеси, модифицированные С-3, имеют склонность к расслаиванию, а также выделяют защемленный твердой фазой воздух, увеличивающий размер ячеек пены и придающий порам поверхностного слоя капиллярный характер, ухудшая теплофизические и строительно-технические свойства пенобетона.

Применение в технологии бетона пластифицирующих добавок групп «Релаксол», технических лигносуль-фонатов, в том числе «Лигнопана», модифицированных С-3 и других добавок придают им специальные (противо-морозные и др.) свойства. Добавки группы лигносульфо-натов могут быть наиболее эффективными модификаторами цементных систем, в том числе пенобетонных, так как обеспечивают высокую связность бетонной смеси, вовлекая в небольшом количестве воздух, создают замкнутую пористость, повышая морозостойкость бетона, практически предотвращают водоотделение на поверхности свежсотформованных изделий, характеризуются хорошей водоредуцирующей способностью.

Повышенный расход лигносульфонатов вызывает быстрое схватывание цементных систем. Так, начало схватывания цементного теста наблюдается через 12—15 мин, а конец — через 30-50 мин с резким повышением температуры образца. Бетонная смесь для тяжелого бетона с осадкой конуса 22—25 см и расплывом 40—45 см теряет подвижность в течение 15—20 мин. Восстановить исходную вязкость бетонной смеси удается только после введения в ее состав значительного количества воды и пластификатора. Исследования выполнялись на ЖБИ № 13 (Москва). Быстрая потеря вязкости цементных систем связана с тем, что добавка лигносульфонатов, адсорбируясь на поверхности минералов С3А, имеющих наибольшее число дефектов кристаллической решетки, в виде гибссленгмю-ровских слоев с образованием мииелл крупных размеров, блокирует реакцию образования эттрингита. В этом случае образующиеся при гидратации С3А новые поверхности гидроалюминатов кальция (С3АН6) для понижения поверхностной энергии будут адсорбировать лигносуль-фонат в результате поверхностной миграции молекул или ионов, коагулируя цементную систему.

Добавка ЛСТ оказывает стабилизирующее действие и на состояние минералов силикатов кальция и новой фазы гидросиликагов кальция, то есть замедляются коагуляционно-кристаллизационные процессы структурообразова-ния в цементной системе, индукционный период становится более продолжительным. При этом замедляются процессы фазового превращения, адсорбционные слои ЛСТ снижают скорость роста кристаллов, дают возможность образовываться большему числу центров зародышс-образования, то есть способствуют созданию высокопрочной тонкодисперсной структуры цементного камня.

Исследования в растровом электронном микроскопе показали, что даже эттрингит представлен не игольчатой, а более изометричной формой кристаллов.

НИИ «Ресурсосберегающие технологии» совместно с кафедрой технологии вяжущих материалов и бетонов МИКХиС разработан на основе лигносульфонатов суперпластификатор (СП) «Вега». Введение его в количестве 0,3-0,4% от массы цемента снижает водосодержание изопластичных бетонных смесей с контрольным составом на 20—25%; повышает прочность бетона в 2 раза после тепловой обработки по режиму продолжительностью 7—12 ч и на 1,5 марки в возрасте 28 сут. При снижении расхода цемента на 100 кг на 1 м3 прочность бетона с СП «Вега» превышает прочность контрольного состава в означенные сроки на 25-35%. При твердении бетона с СП «Вега» в нормальных условиях его прочность в возрасте 3 сут составила 80-85%, а в возрасте 7 сут — 110—120%. На поверхности отформованных изделий отсутствует водоотделение.

Испытания добавки выполнены на Тушинском заводе ЖБК ОАО «ДСК-1», ЖБИ № 13 и на других заводах по производству бетона и железобетона. Аналогичные результаты наблюдались при использовании лигносульфонатов в пенобетонной смеси. При этом продолжительность индукционного периода увеличивается в большей степени. Исследования выполнены на заводе по производству пенобетона Министерства обороны РФ.

Испытания добавки СП «Вега» в пенобетоне показали, что ее оптимальное содержание уменьшается относительно тяжелого бетона на 0,05-0,1%. Это, видимо, связано с увеличением негативного влияния на схватывание и твердение пенобетона комплексного модификатора-пластификатора и пенообразователя. При этом пенобетон характеризовался стабилизированной тон-кодиспсрсной ячеистой структурой, расход пенообразователя был уменьшен на 100-150 г/м3, на поверхности свсжеотформованных стеновых блоков не наблюдалось водоотделения, пенобетон не имел признаков проседания.

Кроме пластифицирующих добавок широко исследованы ускорители схватывания и твердения пенобстонной смеси, например хлористый натрий, хлористый кальций, сульфат натрия и др. Эффективность применения добавок — ускорителей схватывания и твердения более высокая, чем в тяжелых и легких бетонах на пористых заполнителях, так как, ускоряя схватывание вяжущего вещества, они переводят пену в псевдотвсрдое состояние, а это уменьшает или предотвращает образование микрообъе-мов пониженной прочности в пенобетоне.

Минеральные модификаторы. Необходимость применения минеральных модификаторов (ММ) в пенобетоне связана с повышением устойчивости пены и теплофизических параметров пенобетона. В частности, введение тонкодисперсного шлака в количестве 25-30% взамен эквивалентной части портландцемента снижает коэффициент теплопроводности пенобетона на 15—20%. Использовать тонкомолотый шлак необходимо с определенной дисперсностью, при которой оптимизируется дисперсный состав многокомпонентного вяжущего, а прочность пенобетона увеличивается на 25-40% 151. Комплексное применение тонкодисперсного шлака с микрокремнеземом в количестве 8-12% дополнительно уменьшает коэффициент теплопроводности на 5—7%, а прочность пенобетона повышает на 15-20%. Повышение теплофизических характеристик пенобетона с ММ связывается с содержанием в их составе стеклофазы в количестве 10-20% и выше.

Производство тонкодисперсного шлака может быть организовано на одном из цементных заводов. Кроме того, доменный гранулированный шлак может быть использован для производства специального вяжущего для пенобетона (ШПЦ600 — ШПЦ700). Опытная партия такого шлакопортландцемента была выпущена на Липецком цементном заводе. Кроме тонкодисперсного гранулированного шлака и микрокремнезема незначительное применение взамен мелкого заполнителя получают золы ТЭС, повышающие связноеть пенобетонной смеси, а также минеральные модификаторы — регуляторы усадки пенобетона. В качестве добавок, компенсирующих усадку, применяют модификатор на основе алюминатов кальция («алаком», НЦ-20, глиноземистый цемент). При их использовании деформации усадки пенобетона снижаются в 1—2 раза.

Технология. Одним из основных требований к технологии производства пенобетона высокого качества является получение устойчивой пены при минимальном расходе и максима!ьном коэффициенте использования пенообразователя (КИП), замедляющего схватывание и твердение цементных систем на ранней стадии. Приготовление пенобетона осуществляют по двух- и одностадийной технологиям. При двухстадийной технологии пена приготавливается с помощью псногенсратора, используемого в основном в виде сопла, через которое под давлением подается пенообразователь и сжатый воздух. Качество пены в этом случае зависит от диаметра сопла и скорости подачи компонентов, и она представлена пузырьками крупных и мелких размеров. Крупные пузырьки воздуха размером более 2 мм повышают коэффициент теплопроводности за счсг конвективного теплообмена, снижают прочность, уменьшают КИП, что в большей степени ухудшает качество пенобетона за счет образования микрообъемов, содержащих повышенное количество неиспользованного пенообразователя, являющихся зародышами разрушения. Исследования показали, что повысить устойчивость иены представляется возможным путем установки сетки с размером ячейки 20-40 мкм, перекрывающей выходное отверстие сопла. В этом случае образуется однородная высокодиспсрсная пена, приводящая к повышению прочности пенобетона на 15-20%.

Приготовленную пену смешивают с цементным тестом или мелкозернистой бетонной смесью или осуществляют сухую минерализацию пены вяжущим веществом, применяемым индивидуально или с мелким заполнителем. В первом случае наблюдается повышенное водотвердое отношение, во втором водосодержание пенобстонной смеси снижается на 10-15%. Значение КИП во втором случае уменьшается в большей степени за счет разрушения пузырьков пены в начальный момент введения твердой фазы, несмотря на наличие демпфирующей обмазки ячеек пены остатками пснобетонной смеси в бетоносмесителе. Поэтому вяжущее вещество наиболее целесообразно вводить в бетоносмеситель в две стадии: медленно малую порцию, а затем через 5—10 с также медленно оставшуюся часть. Одностадийная технология приготовления, при которой процессы приготовления пены и цементной системы совмещены в скоростном бетоносмесителе, является более эффективной, так как водосодержание пенобетона более низкое относительно технологии с пеногенератором, а СТС более высокие. Исследования показали, что продолжительное (6—8 мин) приготовление пенобетонной смеси обеспечивает более высокое качество пенобетона. Это связано с тем, что в начальный период образуются крупные и мелкие пузырьки воздуха, крупные в процессе приготовления пенобстонной смеси разрушаются в большей степени, а затем ввиду высокой вязкости смеси образуется новая тонкодисперсная пена, коэффициент использования которой повышается на 10-15%.

Фактором, влияющим на качество пенобетона, является продолжительность выгрузки пенобетонной смеси из бетоносмесителя, особенно высокоскоростного. Практика показывает, что при продолжительной выгрузке пенобетонной смеси из бетоносмесителя ее плотность в начальный и конечный периоды может различаться на 100—200 кг/м3. Поэтому выгрузочное отверстие должно иметь максимально большой размер, обеспечивающий выгрузку бетонной смеси из бетоносмесителя за 3-5 с.

Подача приготовленной бетонной смеси к постам формования изделий, массивов и др. осуществляется в основном пневмотранспортом или бетононасосами по шлангам. Пенобетонная смесь, как правило, подается на расстояние 15—20 м и более. При этом практически всегда наблюдается повышение плотности пенобетонной смеси на 50—100 кг/м3, что ухудшает тсплофизические свойства пенобетона, снижает КИП и негативно влияет на прочность. Поэтому представляется целесообразным при формовании стеновых блоков (наиболее массовой продукции из пенобетона) выгрузку пенобетонной смеси из бетоносмесителя осуществлять непосредственно в форму, расположенную на тележке, имеющей возвратно-поступательные перемещения по рельсовому пути под затвором выгрузочного отверстия бетоносмесителя. В этом случае исключаются перегрузки пенобстонной смеси, ухудшающие качество пенобетона.

Укладка и уплотнение пенобетонной смеси осуществляется в основном литьевым способом под действием силы тяжести. Применение виброуплотнения при формовании изделий является эффективным технологическим приемом, обеспечивающим уменьшение водотвердого отношения на 10—15% и снижение усадки пенобетона. При этом важно, чтобы параметры виброуплотнения — амплитуда и частота колебаний были гармонизированы с дисперсностью ячеистой структуры пенобетона, то есть деформации ячеек пены за счет энергии колебаний нс должны приводить к их разрушению.

Твердение пенобетона осуществляется в большинстве случаев в естественных условиях или условиях прогрева теплым воздухом при температуре 40-60°С. В целях повышения качества пенобетона и увеличения оборачиваемости форм целесообразно использовать цементы с повышенным тепловыделением, затворитель с температурой 50-60°С, ускорители твердения и добавки ПАВ 1 группы по ГОСТ 24211—91, установки по гидромеханохимичес-кой активации твердой фазы в виде стержневых и вибрационных мельниц и др. Такие технологические приемы обеспечат более высокую степень гидратации минералов клинкера, повысят тепловыделение на ранней стадии, которое ввиду поровой структуры будет аккумулироваться в пенобетоне, снижая расход тепловой энергии на интенсификацию его твердения. Эффективным технологическим приемом является автоклавная обработка пенобетона, позволяющая стабилизировать ячеистую структуру пенобетона за счет введения 10-20% извести и уменьшающая усадку пенобетона более чем в четыре раза за счет образования субмикрокристаллических новообразований в виде низкоосновных гидросиликатов кальция тоберморито-подобных фаз.

Поэтому при организации производства пенобетона высокого качества необходимо учитывать влияние технологических факторов на синтез его структуры и СТС.

 

Список литературы
1. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М., 1979. 568 с.
2. Комар А. Г. Величко Е.Г. Белякова Ж. С. О некоторых аспектах управления структурообразованием и свойствами шлакосиликатного пенобетона // Строит, материалы. 2001. № 7. С. 12-17.
3. Инструкция по изготовлению изделий ячеистого бетона (Госстрой СССР). М.: Стройиздат. 1981. 47 с.
4. Сапелин Н.А., Бурьянов А. Ф., Бортников А.В. Теоретическая зависимость прочности бетонов на основе неорганических вяжущих от объемной массы // Строит, материалы. 2001. № 6. С. 36-38.
5. Величко Е.Г., Белякова Ж. С. Некоторые аспекты фи-зико-химии и механики композитов многокомпонентных цементных систем // Строит, материалы. 1997. №2. С. 21-25.

Оборудование для производства ячеисто-бетонных изделий

Тенденции развития формовочно-резательного оборудования для производства мелкоштучных ячеисто-бетонных изделий

Применение в современном малоэтажном и высотном каркасном строительстве мелкоштучных ячеисто-бетонных блоков связано с энергосбережением, снижением массы возводимых объектов, уменьшением трудоемкости и повышением комфортности возводимого жилья. Совокупность этих факторов определяет большой объем использования ячеисто-бетонных изделий в мировой практике жилищного строительства.

Так, в ряде европейских стран автоклавные ячеисто-бетонные изделия уже давно стали одним из широко используемых стеновых материалов. В настоящее время годовой объем производства мелкоштучных ячеисто-бетонных изделий в странах СНГ в сравнении с европейскими странами очень мал. Только Белоруссия имеет сравнимые показатели — 150 м3/год на тысячу жителей. В России и Украине уровень производства таких изделий на порядок ниже.

С введением в действие новых, более жестких норм для вновь возводимых и реконструируемых зданий повышается спрос на теплоизоляционные и конструкционнотеплоизоляционные стеновые материалы. С целью удовлетворения возрастающего спроса на эти изделия многие предприятия строительной отрасли начали развивать кассетное производство блоков неавтоклавного твердения по пенобетонной технологии. При небольшой производительности кассетная технология характеризуется наименьшими затратами на организацию производства, но имеет ряд существенных недостатков, не позволяющих достигать высоких физико-механических свойств бетона и качественных характеристик изделий [1]. Это отрицательно сказывается на свойствах возводимых стеновых ограждающих конструкций, трудоемкости строительства, перерасходе кладочных и отделочных материалов, долговечности стен.

Более высокой ступенью развития технологии производства ячеисто-бетонных изделий является резательная технология, основные принципы которой заключаются в формовании массива с последующей его разрезкой на изделия необходимых типоразмеров на специальном резательном оборудовании, когда массив находится в полуплас-тическом состоянии. Резательная технология позволяет устранить ряд недостатков, присущих кассетному способу формования изделий, но имеет ряд характерных особенностей [2]. На некоторых из них далее остановимся подробнее.

Использование примитивного резательного оборудования как в пенобетонной, так и в газобстонной технологиях нс позволяет получать изделия точных размеров с предельными отклонениями в ±1-1,5 мм. А именно такая точность размеров мелкоштучных ячеисто-бетон ных стеновых блоков дает возможность кладки стен на клеевых растворах, что обеспечивает минимальный расход кладочных и отделочных материалов, а главное, позволяет максимально использовать теплотехнические свойства ячеистого бетона в ограждающих конструкциях возводимых зданий [3, 4].

Положительной особенностью технологии пенобетона является то, что создание ячеистой структуры происходит в момент приготовления пенобетонной смеси и структурообразование в меньшей степени зависит от температурного фактора [5]. При производстве мелкоштучных пенобетонных изделий по резательной технологии выделим ряд особенностей, которые связаны со структурными свойствами сырца пенобетонного массива.

  1. Выдержка пенобетонного массива до снятия бортоснастки составляет 6-12 ч, тогда как для газобетонного массива это время находится в пределах 1,5-4 ч. Увеличение времени выдержки массива до разрезания приводит к необходимости ббльшего количества производственных площадей для постов выдержки, а также ббльшего количества бортоснастки, что соответственно увеличивает удельную металлоемкость производства.
  2. После заливки смеси в форму в результате экзотермических реакций гидратации вяжущего, а также теплообменных процессов, происходящих между ячеисто-бетонным массивом и бортоснасткой, по сечению массива может наблюдаться разность температур, которая увеличивается в направлении геометрического центра массива. Это явление — так называемый ядровый разогрев тем значительнее, чем больше размеры массива приближаются к форме куба. В первую очередь это сказывается на неравномерности набора структурной прочности массива, и на практике можно наблюдать, когда в центре массива структурная прочность соответствует или превышает необходимую прочность для его разрезки, а по краям формы массив «плывет», что затрудняет процесс резки.
  3. Введение оптимального количества структурообразующих или комплексн ых добавок позволяет сократить время выдержки до разрезания и уменьшить влияние ядрового разогрева массива, но необходим их правильный подбор, совместимость со свойствами пенообразователя и рядом других технологических параметров производства.
  4. При подогреве пснобетонной смеси скорость структурообразова-ния возрастает, и диапазон времени осуществления резания сужается. При этом не всегда представляется возможным совместить оптимальные технологические ритмы работы формовочного и резательного оборудования.
  5. Большое влияние на физико-механические свойства сырца пенобетонного массива и скорость нарастания структурной прочности оказывает как сам метод приготовления пенобетонной смеси, так и обеспечение повторяемости состава, определяющееся качеством работы технологического оборудования [5]. Поэтому резку пенобетонного массива на практике осуществляют при большей структурной прочности массива и соответственно с использованием более прочных (большей толщины) струн, а для уменьшения вертикального нсдореза — струн с навивкой. Для пенобетонной технологии уже производят специальное резательное оборудование, которое обеспечивает разрезание сырца массива при значительно большей структурной прочности, чем у автоклавного ячеистого бетона |6|. При использовании струн с навивкой на поверхности изделий наблюдается своеобразный рисунок, так называемый драконов зуб, и уплотнение поверхности разрезаемых изделий аналогично кассетному формованию пенобетонных блоков. В эксплуатационных условиях уплотненный слой поверхности изделий часто отслаивается из-за различных величин усадки самого изделия и его поверхностного слоя [11].
  6. Выполнение горизонтального реза ячеисто-бетонного массива с использованием струн увеличенного диаметра приводит к необратимым деформациям слоев массива и появлению трешин.

На формирование оптимальных размеров массива оказывают влияние не только физико-механические свойства сырца ячеисто-бетонного массива, но и основные принципы резания, определяющие получение изделий точных размеров. Основополагающий принцип получения точных размеров изделий -это использование как можно более короткого реза, что вносит определенные ограничения в размеры формуемого массива.

За последние годы наблюдается определенная эволюция развития резательного оборудования для производства мелкоштучных ячеистобетонных изделий. Проведенный нами анализ развития этой технологии выявил тенденцию совершенствования поддонной транспортировки массива и перехода на минимально короткий рез [2]. Здесь следует отметить два основных направления.

  1. Массив остается на формовочном поддоне без технологической операции кантования (линии «Агроблок», «Виброблок»,«Экстраблок», «Конрекс» и др.).
  2. Массив кантуется на боковой борт формы при повороте ее на 90° (линии «Итонг», «Маза-Хен-ке», «Хёттен») или подставной поддон («Верхан»),

Для первого направления высота откалиброванного массива чаще всего составляет 0,6 и 0,8 м и не может превысить значительно этой величины. Это взаимосвязано как со свойствами исходных сырьевых материалов, так и со свойствами норизуемой бетонной смеси, то есть с процессами, происходящими при образовании ячеисто-бетонного массива. Практически для конструкционнотеплоизоляционных бетонов высота вспучивания ограничивается размером 0,6—0,8 м, а для теплоизоляционных 0,3—0,4 м. Седимснтацион-ные процессы могут быть сведены к минимуму за счет оптимальной величины вязкости смеси и дисперсности твердых компонентов [7].

Для второго направления высота вспучивания массива равна длине минимального реза, последующее кантование массива на 90“ позволяет производить эту операцию по его короткой стороне. Здесь выполнение продольного горизонтального реза связано с некоторыми особенностями. Увеличение ширины массива, а после операции кантования
— высоты приводит к росту удельного давления в образовавшемся резе, что способствует восстановлению количества контактов в структуре бетона. Разделение слипшихся изделий производят после тепловлажностной обработки механическим способом и для этого используют сложный манипулятор -делитель. Не исключено получение некачественной поверхности изделий, трешинообразованис, что взаимосвязано как со структурными свойствами ячеисто-бетонного массива, так и со скоростью проведения данной операции.

Длина ячеисто-бетонного массива является наиболее подходящим размером для увеличения объема массива и соответственно производительности технологической линии при прочих равных условиях, которая взаимосвязана с техническими характеристиками смесительного, транспортного, резательного и теплотехнического оборудования. Поэтому при разработке формовочно-резательного оборудования необходимо рассматривать комплекс взаимосвязанных вопросов: номенклатура выпускаемой продукции — годовая производительность — технология — технологическое оборудование.

Анализируя складывающуюся ситуацию в строительной отрасли, возрастающий спрос на ячеисто-бетонную продукцию и повышение ее стоимости, прогнозируем увеличение спроса на формовочно-резательное оборудование в странах СНГ. При этом оно будет использоваться как при организации новых производств, так и для реконструкции недогруженных по мощности заводов железобетонных изделий и заводов силикатного кирпича.

С организацией современного производства ячеисто-бетонных изделий возрастает нау косм кость технологии, усложняется технологическое оборудование, увеличивается степень автоматизации всех переделов производства, и это для единственной цели — получения качественной и конкурентоспособной продукции, отвечающей современным требованиям и методам строительства. В создании новых технологий и оборудования необходима совместная работа научно-исследовательских коллективов, производителей оборудования и заводских технологов.

Назрел вопрос пересмотра нормативной документации в этом направлении. Так, некоторые положения ГОСТ 21520-89 «Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие» требуют пересмотра в связи с изменением теплотехнических требований к ограждающим конструкциям. Некоторые положения ГОСТ (ДСТУ) «Бетоны ячеистые» требуют доработки и уточнения. Необходимо уточнить расчетные величины теплопроводности ячеисто-бетонных изделий на основе фактических показателей эксплуатационной влажности в наших условиях (по примеру стран Западной Европы, Республики Беларусь, А-4%, Б-5%) и внести изменения в соответствующий нормативный документ (СНиП 11-3-79 с изменениями).

Возросший спрос на этот вид стеновых материалов, технологию их производства подтверждается и тем, что в 2003 г. в России и Украине состоялось четыре конференции и семинара: международная конференция «Автоклавный ячеистый бетон: производство, проектирование, строительство, бизнес» (Москва, Сокольники); международный научно-практический семинар «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве» (Днепропетровск, ПГАСА); международная конференция «Пенобетон-2003» (Белгород, БГТУ); производственно-технический семинар «Модернизация и развитие производственно-технической базы для увеличения объемов производства ячеисто-бетонных изделий в Украине» (Киев, НИИСП).

 

Список литературы
1. Большаков В.И., Мартыненко В.А. О развитии производства мелкоштучных блоков из ячеистого бетона неавтоклавного твердения // Строительные материалы и изделия. 2002. № 1. С. 13-15.
2. Большаков В.И., Мартыненко В.А., Ястребцов В. В. Производство изделий из ячеистого бетона по резательной технологии. Днепропетровск: Пороги, 2003. 144 с.
3. Сажнев Н.П., Гончарик В.Н., Гар-нашевич Г.С., Соколовский Л.В. Производство ячеисто-бетонных изделий: теория и практика. Минск: Стринко. 1999. 284 с.
4. Сажнев Н.П., Шелег Н.К. Производство ячеистобетонных изделий по технологии фирмы «Хсбель» // Белорусский строительный рынок. Сб. статей. 2003. С. 13-17.
5. Мартыненко В.А. Ячеистые и по-ризованные легкие бетоны // Сб. научных трудов. Днепропетровск: Пороги. 2002. 172 с.
6. Вахрушев А. «Регион-100» — новое оборудование для производства ячеистого бетона с помощью резательной технологии // ТехноМир. 2001. № 4. С. 56-57.
7. Мартыненко В.А., Ворона А.Н. Запорожский ячеистый бетон. Днепропетровск: Пороги. 2003.95 с.

Терминология ячеистых бетонов

В последние годы в связи со значительным повышением требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций жилых и общественных зданий одной из немногих разновидностей бетонов, из которых возможно возведение теплоэффективных ограждающих конструкций приемлемой толщины (не более 50 см), являются ячеистые бетоны.

Ячеистые бетоны в последние годы получили второе рождение. Значительно вырос объем выпуска изделий, особенно из ячеистых бетонов пониженной плотности. Возрождено производство монолитного ячеистого бетона, а также освоено производство изделий из неавтоклавного ячеистого бетона, характеризующегося достаточно высокими показателями физико-технических свойств.

Производством и применением ячеистых бетонов в настоящее время занимается новое поколение ученых, проектировщиков и производителей. Поэтому представляется актуальным уточнение терминологии многообразных видов ячеистых бетонов.
В настоящей статье в порядке обсуждения предлагается терминология ячеистых бетонов.

Бетон ячеистый — искусственный камневидный пористый строительный материал с равномерно распределенными воздушными ячейками (порами) диаметром 0,1—3 мм, занимающими от 20 до 90% объема бетона, получаемый в результате затвердевания смеси из вяжущего, кремнеземистого компонента, порообразователя, воды, химических добавок или без них.

Газобетон — разновидность ячеистого бетона, получаемая из смеси вяжущего, кварцевого песка, воды,
химических добавок (или без них) и газообразователя (преимущественно алюминиевой пудры). Порообразование создается в результате химической реакции между алюминиевой пудрой и щелочным компонентом, содержащимся в вяжущем или специально вводимым в сырьевую смесь.

Пенобетон — разновидность ячеистого бетона, получаемая из смеси вяжущего, кремнеземистого компонента, воды и предварительно приготовленной пены на основе пенообразователя и воды, которую перемешивают с бетонной смесью.

Поробетон — разновидность ячеистого бетона, получаемая в результате перемешивания в скоростном смесителе смеси вяжущего, кремнеземистого компонента, пенообразователя и воды без предварительного приготовления пены.

Газо-, поро-, пеносиликат — разновидность ячеистого бетона, у которого в качестве вяжущего применяют негашеную известь или смешанное вяжущее (цементное, шлаковое, зольное и т. д.), содержащее известь в количестве 50% и более.

Ячеистый золобетон (газозолобетон, пенозолобетон, порозолобетон) — разновидности ячеистого бетона, у которого в качестве кремнеземистого компонента применяют кислые золы ТЭС.

Автоклавный ячеистый бетон — бетон, твердение которого происходит в среде насыщенного водяного пара при давлении выше атмосферного (преимущественно 8—14 ати).

Неавтоклавный ячеистый бетон — бетон, твердение которого происходит в естественных условиях при электропрогреве или в среде насыщенного водяного пара при атмосферном давлении.

Теплоизоляционные ячеистые бетоны (марок по средней плотности D400 и менее) предназначены для утепления различных конструкций жилых и промышленных зданий (стен, покрытий, перекрытий, трубопроводов и т. д.).

Конструкционно-теплоизоляционные ячеистые бетоны (марок по средней плотности D500-D900, класс по прочности В 1,5—В5) предназначены для самонесущих ограждающих конструкций жилых и общественных зданий.

Конструкционные ячеистые бетоны (марок по средней плотности D900—D1200, класс по прочности В5-В20) предназначены для изготовления конструкций, несущих большие нагрузки (внутренние несущие перегородки, перекрытия, перемычки).

Наименование ячеистых бетонов включает как основные, так и специфические признаки, назначение, условия твердения, способ порообразования, вид вяжущего и кремнеземистого компонента. Например, конструкционно-теплоизоляционный автоклавный газосиликат, неавтоклавный теплоизоляционный пенобетон, конструкционный порозолобетон.

Некоторые термины применяются для оценки качества ячеистых бетонов (см. таблицу).

Показатель качестваПояснение
Нормируемая прочность
ячеистого бетона
Прочность затвердевшего ячеистого бетона (класс бетона), заданная в государственных стандартах или нормативно-технической документации, твержденной в установленном порядке (проектная марка)
 Фактическая прочностьПрочность затвердевшего ячеистого бетона, определяемая по результатам испытания контрольных образцов или образцов, взятых непосредственно из конструкций
 Текучесть ячеисто-бетонной смесиСпособность ячеисто-бетонной смеси растекаться под действием собственного веса
 Водоудерживающая способность Способность ячеисто-бетонной смеси удерживать в своем составе воду
 ПрочностьСвойство затвердевшего ячеистого бетона, не разрушаясь, воспринимать различные виды нагрузок и воздействий
 ДеформативностьСвойство податливости затвердевших бетонов к изменению первоначальной формы и размеров
 Усадка Уменьшение линейных размеров и объема затвердевшего бетона вследствие потери им влаги, гидратации, карбонизации и других процессов
 НабуханиеУвеличение объема затвердевшего ячеистого бетона вследствие поглощения им из окружающей среды жидкости или пара
 ТеплопроводностьСпособность ячеистого бетона передавать количество теплоты от более нагретой поверхности к менее нагретой
 ТеплоемкостьКоличество тепла, поглощаемого ячеистым бетоном при его нагревании на 1°С
МорозостойкостьСпособность затвердевшего ячеистого бетона в увлажненном состоянии сопротивляться разрушающему воздействию попеременного замораживания и оттаивания
Водотвердое отношениеХарактеристика состава ячеисто-бетонной смеси, обеспечивающего получение необходимой текучести ячеисто-бетонной смеси, влияющего не только на прочность, но и на морозостойкость ячеистого бетона
Автоклавная обработкаЗаключительная стадия производства ячеисто-бетонных изделий при автоклавной обработке при давлении 0,8-1,6 МПа и температуре водяного пара 175-200°С.
При автоклавной обработке происходит химическое взаимодействие между кремнеземом и окисью кальция, в том числе находящегося в портландцементе.
с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, и ускоренное превращение силикатной массы в каменный материал.
 Средняя плотность Отношение массы к объему ячеистого бетона

ТА. УХОВА, канд. техн. наук, ГУП «НИИЖБ» (Москва)