В настоящее время для дисперсного армирования наиболее широко применяется дорогостоящая металлическая фибра, которая склонна к коррозии при неблагоприятных условиях эксплуатации. К числу наиболее перспективных материалов для дисперсного армирования бетона относятся волокна хризотила, которые представляют собой трубки с внешним диаметром 20 нм. Они характеризуются более высокой, чем у стали прочностью при растяжении и стойкостью в щелочных средах. Хризотил является природным материалом, и относится к одним из самых дешевых видов волокон.

В настоящей работе было исследовано влияние добавки хризотила в количестве 1 % от массы цемента на деформативно-прочностные свойства и параметры разрушения растворной составляющей бетона. Кроме состава с добавкой хризотила, исследовался бездобавочный контрольный состав.

Исследования проводились на составе с соотношением песок:цемент 1:2 при водоцементном отношении 0,4. Для приготовления смеси использовался один из наиболее эффективных суперпластификаторов [7] Melflux 5581F в количестве 0,25 % от массы цемента. Из этой смеси изготавливались образцы типа I с размерами 40×40×160 мм для испытания по методике [8]. После формования образцы выдерживались при температуре 20 °С в течении 4 часов, а затем подвергались тепловлажностной обработке по режиму: 3 часа – подъем температуры, 7 часов – выдержка при 80 °С и 5 часов – охлаждение.

Исследование трещиностойкости мелкозернистого бетона проводилось по методике стандарта [8], с помощью измерительно-вычислительного комплекса «АСИС-1» производства НПП «ГЕОТЕК» [9] с оснасткой для испытания на изгиб (рис. 1).

При исследовании трещиностойкости расстояние между опорами призм составляло 130 мм. Скорость нагружения образца составляла 0,02 мм/мин. Величины λ и φ, используемые в расчетах [8], принимались равными 0,35 и 0,3077, соответственно.

Рис. 1. Общий вид измерительно-вычислительного комплекса  «АСИС-1» (а) и схема испытания (б)

Результаты определения зависимостей «прогиб – сила» для составов без добавки и с добавкой хризотила приводятся на рис. 2.

Рис. 2. Влияние прогиба образцов на силу сопротивления

Из приведенных на рис. 2 зависимостей величины прогиба от приложенной нагрузки видно, что развитие магистральной трещины у состава бетона с армирующим волокном происходит позже, чем в составе бетона без хризотилового волокна. Несмотря на то, что величина прогиба такого состава почти в 2 раза выше, чем бездобавочного состава, этот состав дольше сопротивляется разрушению при большей нагрузке.

По полученным результатам (рис. 2) вычисляли следующие характеристики раствора – модуль упругости (Е_б) рассчитывали исходя из величины прогиба (f), образуемого при действии на образец нагрузки (F_с) соответствующей началу движения магистральных трещин по формуле:

,

где I_к
– момент инерции (, b, h – ширина и высота образца в м).

Результаты вычисления различных характеристик трещиностойкости исследованных составов по методикам [8] приводятся в таблице.

Таблица. Характеристики трещиностойкости исследованных составов

Сравнение данных в таблице показывает, что за счет введения хризотила повышается прочность на изгиб при растяжении на 22 %, модуль упругости бетона возрастает в 1,8 раза.

При введении хризотилового волокна (данные таблицы) происходит значительное увеличение энергии приходящейся на развитие магистральных трещин и энергии расходуемой на разрушение образца вследствие восприятия растягивающих напряжений хризотиловыми волокнами. В результате коэффициент трещиностойкости – вязкость разрушения повышается с 0,65 до 0,78.

Растворная составляющая бетона с добавкой хризотила уступает по характеристикам бетонам, армированным стальной фиброй [2]. Причиной этого, по нашему мнению, является неравномерное распределение хризотиловых волокон из-за их комкования в процессе перемешивания.

Проведенные исследования позволили подтвердить предположение о положительной роли хризотилового волокна как армирующего элемента бетона для повышения его трещиностойкости, модуля упругости и прочности при растяжении.

Современный уровень развития информационных технологий позволяет моделировать физико-механические свойства бетонов как функцию их внутреннего строения и внешних факторов в заданных условиях эксплуатации конструкций, определить наиболее эффективную структуру, а также оценить долговечность бетона без длительных экспериментов. Описание многоуровневых цементных систем возможно за счет применения структурно-имитационного моделирования методом конечных элементов (МКЭ) [1, 2]. Именно поэтому в последнее время сформировалось новое научное направление – “компьютерное материаловедение” [1-4], которое быстро развивается. Первая структурная модель бетона, содержащая зерна заполнителя расположенного в матрице цементного камня с вычислением распределения напряжений [5], получила развитие в работах B.T. Ерофеева, И.И. Меркулова, М.В. Бунина и др. [6, 7]. В развитие этого А.Н. Харитоновым [8] предложена методология структурно-имитационного моделирования бетона, включающая наноразмерный уровень. Главные направления исследований с использованием МКЭ реализуются в форме решения интегральных уравнений, отражающих математические модели температурно-механических и электрохимических систем и процессов. При этом важной составляющей исследования долговечности является изучение и математическое описание механизма развития микротрещин, которые влияют на скорость карбонизации, перенос хлоридов и последующие процессы на поверхности арматуры, приводящие к ее коррозии. 
Таким образом, целью данной работы является разработка имитационной модели долговечности бетона путем комплексной оценки воздействия на бетон агрессивной среды, климатических факторов с учетом характера его пористости, и параметров трещинообразования.

В общем случае предлагаемая имитационная модель долговечности бетона задается граничными условиями, которые определяются геометрией бетонной конструкции или ее части и предусматривает три иерархических уровня (рис. 1). На микроуровне, в качестве структурного параметра пригодного для моделирования МКЭ предлагается использование эффективной пористости бетона. Под эффективной пористостью П_Е (рис.1, а) понимается часть открытых капиллярных пор и микротрещин бетона, в которых в реальных климатических условиях вода находится в «свободном» состоянии, то есть может переходить в лед при сезонном замораживании, удаляться при высыхании и насыщать поры при сезонном увлажнении бетона. Мезауровень имитационной модели предусматривает моделирование МКЭ образования и развития термических и усадочных трещин в бетоне с использованием положений теории механики разрушения (рис. 1, б). Макроуровень имитационной модели предусматривает моделирование МКЭ коррозии защитного слоя бетона, основываясь на законах диффузии с учетом изменения граничных условий при образовании трещин (рис. 1, в). Решение МКЭ иерархической имитационной модели долговечности бетона предусматривает моделирование термонапряженного состояния бетона и реальных климатических воздействий на конструкцию, результатом чего является прогнозируемая глубина деструкции бетона конструкции в течение проектного срока эксплуатации.

а) микроуровень		б) мезоуровень		в) макроуровень
Рис.1. Структурно-имитационная модель долговечности бетона  а) – эффективная пористость бетона;  б) – образование и развитие трещин в бетоне;  в) – коррозия бетона в результате внешних воздействий.

Морозостойкость бетона при моделировании рассматривали как накопление повреждений, вызванных циклами объемных деформаций бетона вследствие замерзания в его порах льда до начала разрушения бетона. Поскольку циклы замораживания-оттаивания в реальных условиях происходят в широком спектре температур окружающей среды и сопровождаются образованием в порах бетона разного количества льда, при моделировании весь спектр возможных циклов замораживания-оттаивания бетона аналитически сводили к эквивалентному по разрушительному действию количеству циклов с замораживанием до минус 18 ± 2 °С, путем учета количества льда образующегося в порах по сечению бетона конструкции при различных температурах (рис.2).

Рис.2. Образование (оттаивание) льда в зависимости  от температуры и прогнозируемая морозостойкость бетона

Для моделирования образования и развития трещин в бетоне была использована классическая модель Гриффитса – Ирвина. Параметры раскрытия трещин получали путем подбора параметров трещинообразования, при которых напряжение в системе минимальны или не приводят к дальнейшему развитию трещин (рис.3).

Рис. 3. Напряжение в поверхностном слое бетона в зависимости от глубины трещин

Условие начала роста трещины формулировались как достижение коэффициентом интенсивности напряжений (КИН) в ее вершине критического значения K_ic c (рис. 4,а). Соответственно условием прекращения роста трещины принимали снижение КИН в ее вершине ниже K_ic. Анализ ширины раскрытия трещин (рис. 4,б) свидетельствует о их стабилизации на уровне 0,033 – 0,055мм.

а)	б)
Рис.4. КИН (а) и ширина раскрытия трещин (б) в зависимости от их глубины и шага трещинообразования

Повышение температуры бетона в результате саморазогрева при твердении или воздействия солнечной радиации, приводит к повышению парциального давления паров воды, вызывает ускорение диффузии воды из пор бетона в окружающую среду и ускоряет процессы усадки бетона. При таких условиях КИН в вершине трещин может превышать критическое значение K_ic, при этом возможно образование трещин глубиной 8-14 см, с шириной раскрытия 0,035-0,06 мм. Таким образом, суммарная ширина раскрытия трещин вследствие термонапряженного состояния и усадки бетона может превышать 0,1 мм при их глубине более 100 мм. 
Глубина и ширина раскрытия трещин существенно влияет на глубину карбонизации защитного слоя бетона. В результате расчетов по модели было установлено увеличение глубины карбонизации защитного слоя бетона с увеличением глубины трещин. В условиях экспозиционного класса ХС4, в трещинах 0,2-0,3 мм фронт карбонизации может достигать поверхности арматуры через 50 лет эксплуатации, с последующей коррозией стали (рис. 5). Фронт карбонизации в трещинах шириной до 0,1 мм достигает поверхности арматуры через 100 лет эксплуатации (рис. 5).

Рис. 5. Изменение рН защитного слоя бетона нормальной проницаемости в зависимости от ширины раскрытия трещин

Таким образом, при прогнозировании долговечности бетона комплексная оценка воздействия на бетон агрессивной среды, климатических факторов, с учетом характера поровой структуры бетона, наличия и параметров микротрещин возможна путем построения иерархической имитационной модели и ее решение МКЭ. Универсальность законов диффузии описывающих процессы коррозии бетона обуславливает возможность использования имитационного моделирования при прогнозировании долговечности бетона при воздействии различных агрессивных сред. Изменение граничных условий в результате прогрессирующего трещинообразования требует формулировки нелинейной задачи для МКЭ или ряда линейных задач с различными граничными условиями, отражающими динамику процесса.

Существуют различные теории, объясняющие деструкцию насыщенных водой строительных материалов при попеременном замораживании и оттаивании. Одной из важнейших причин, вызывающей разрушение строительного материала при таком воздействии окружающей среды, является давление на стенки пор, которые возникли за счет снижения плотности образующегося льда, а также воды при снижении температуры ниже 4 ºС. Образование льда в порах приводит к снижению проницаемости строительного материала и повышению гидростатического давления в порах, что наряду с давлением льда создает дополнительные напряжения в структуре.

Циклическое замораживание и оттаивание приводит к накоплению усталостных дефектов структуры бетона и к его разрушению. На интенсивность разрушения влияет не только температура, но и скорость ее изменения. При быстром замораживании и оттаивании интенсивность деградации структуры материала повышается. В связи с этим сначала происходит разрушение поверхностей материала, а затем развивается деструкция во всем объеме материала.

При насыщении бетона противогололедными растворами, снижающими температуру замерзания воды, интенсивность морозного разрушении возрастает в несколько раз, причем деструкция ускоряется не только при использовании в качестве антифризов растворов хлоридов или сульфатов, которые могут вызывать процессы химической коррозии цементного камня. Морозное разрушение материала интенсифицируется даже при его насыщении растворами инертных по отношению к вяжущему веществ, например глицерина.

По поводу причин снижения морозостойкости при использовании противогололедных реагентов в настоящее время нет единого мнения. Наиболее вероятной причиной считается полное насыщение материала жидкостью при снижении температуры ее замерзания и, соответственно, увеличения суммарного давления льда.

Более интенсивное морозное разрушение строительных материалов при их насыщении раствором соли учитывается при определении морозостойкости. Для дорожных бетонов, которые в зимний период могут обрабатываться противогололедными реагентами, морозостойкость определяется после их насыщения 5 %-м раствором хлорида натрия.

Морозостойкость зависит в основном от структуры пор материала, которая определяет его водопоглощение и соответственно количество образовавшегося в порах льда. Характер пор оказывает большое влияние на морозостойкость материала.

Сферические поры, условно замкнутые поры, образовавшиеся за счет вовлечения воздуха при перемешивании сырьевой смеси, практически никогда не заполняются водой полностью, в них остаются воздушные «карманы», которые служат резервными объемами для расширяющегося льда в процессе замораживания воды. Вода в порах геля, имеющих наноразмерный уровень, практически никогда не замерзает.

Имеющиеся данные [1-3] о свойствах геополимерных бетонов свидетельствуют о достаточно высокой морозостойкости этих материалов. Для использования геополимеров в России и других странах с холодным климатом необходимо выявление закономерностей, определяющих их морозостойкость. На начальных этапах исследований можно использовать зависимости, установленные для портландцементных бетонов.

Морозостойкость бетона может быть повышена двумя различными способами:

1) повышение плотности бетона, уменьшение объема макропор и их проницаемости для воды, например, за счет снижения водовяжущих отношений, применения добавок, гидрофобизирующих стенки пор, или кольматации пор пропиткой
специальными составами;

2) создание в бетоне с помощью специальных
воздухововлекающих добавок резервного объема воздушных пор (более 20% от объема замерзающей воды), не заполняемых при обычном водонасыщении бетона, но доступных для проникновения воды под давлением, возникающим при ее замерзании.

Эффективным способом повышения морозостойкости цементного бетона считается применение воздухововлекающих добавок, благодаря которым при перемешивании бетонной смеси в ней образуются поры сферической формы. Для получения высокой морозостойкости необходимо обеспечить расстояние между такими порами не более 0,0025 мм [4]. Это достигается за счет оптимального объема воздухововлечения (4-6 %) и уменьшения размера пор.

Установлено [3], что геополимерное вяжущее на основе метакаолина характеризуется высокой усадкой, которая является причиной образования трещин в материале, вызывающих снижение его прочности и морозостойкости. Введение оптимального количества (74-78 %) измельченного песка в состав вяжущего снижает объем открытых пор и повышает морозостойкость геополимера. При введении в геополимер наполнителя свыше оптимального количества наблюдалось увеличение пористости и снижение морозостойкости (рис. 1).

Рис. 1. Влияние степени наполнения вяжущего на его морозостойкость [3]

Исследования [2] показали, что геополимерный бетон на основе золы класса F имеет морозостойкость 150 циклов. По мнению авторов [1], этого достаточно для применения геополимерных бетонов.

В работе [4] отмечается, что геополимерные бетоны на основе золы-уноса имеют достаточно высокую морозостойкость, однако морозосолестойкость таких бетонов не высока. При введении в состав этих бетонов добавки гранулированного шлака морозостойкость несколько снизилась, однако отмечено повышение морозосолестойкости.

Нами были проведены исследования морозостойкости геополимерного бетона на основе отсева дробления гранитного щебня [5]. Расход измельченной до удельной поверхности 320 м²/кг магматической горной породы – отсева дробления гранитного щебня Павловского месторождения составлял 345 кг/м³. В состав бетона вводилось 115 кг/м³ модифицирующей добавки – доменного гранулированного шлака, измельченного до удельной поверхности 350 м²/кг. Активация твердения вяжущего осуществлялась раствором жидкого стекла с силикатным модулем 1,4. Расход активатора составлял 110 кг/м³. Через 28 суток твердения образцы этого бетона в нормальных условиях были испытаны по второму методу в соответствии с ГОСТ 10060–2012.

Потери массы после 10 циклов замораживания-оттаивания стабилизировались и достигли 0,1 % (рис. 2). Образцы выдержали 200 циклов без значительных потерь массы, однако после 204-го цикла началось быстро нарастающее шелушение (рис.3).

Испытания были прекращены после 209-го цикла, затем была определена прочность образцов, которая составила 37,7 МПа, что на 4 % выше прочности контрольного состава.

Рис. 2. Средние значения потерь массы геополимерного бетона
в процессе его испытания на морозостойкость

Рис. 3. Внешний вид образцов после 206 циклов замораживания-оттаивания

Результаты испытания геополимерного бетона, изготовленного с использованием вяжущего на основе измельченного отсева гранитного щебня, показали, что этот бетон имеет марку по морозостойкости F₂ 200. Такой морозостойкости достаточно для применения геополимерного бетона в дорожном строительстве многих климатических районов России. Морозостойкость для дорожных бетонов F₂ 200 соответствует морозостойкости F₁ 600 для бетонов общестроительного назначения, что удовлетворяет требованиям, предъявляемых к подавляющей части бетонных и железобетонных конструкций.

Деструкция строительных материалов может происходить под влиянием различных эксплуатационных факторов, которые можно разделить на две группы:

- силовое воздействие, связанное с восприятием полезной нагрузки собственного веса материалов и конструкций, а также усталостное разрушение при воздействии переменной нагрузки;

- процессы разрушения материала под воздействием окружающей среды или внутренних процессов, развивающихся в материале.

Разрушение строительных материалов и конструкций под воздействием первой группы факторов происходит только в аварийных ситуациях или при нарушении проектного режима эксплуатации зданий и сооружений.

Вторая группа факторов включает в себя химическую коррозию строительных материалов, а также их разрушение под действием замораживания и оттаивания, насыщения и высушивания, а также внутренней коррозии в результате объемных изменений при взаимодействии некоторых компонентов материалов, например щелочей, содержащихся в вяжущем, с активным кремнеземом заполнителя.

По некоторым данным, ведущей причиной разрушения железобетонных конструкций является разрушение под действием карбонизации и хлоридных ионов, вызывающих коррозию арматуры [2]. Диоксид углерода и хлориды, напрямую не воздействуют на бетон, а способствуют коррозии арматуры в бетоне. Атмосферный углекислый газ вступает в реакцию с щелочью, вызывая уменьшение рН в поровом пространстве. В результате защитные свойства бетона по отношению к арматурной стали снижаются. Хлоридные ионы могут проникать в бетонную смесь через заполнитель или воду затворения. Однако на практике это редко происходит вследствие жестких ограничений по содержанию хлоридов в бетоне. Как правило, хлориды проникают в бетон снаружи, либо из морской воды или в результате применения противогололедных реагентов. Углекислый газ и соединения хлора, а также другие агрессивные вещества могут вызвать разрушение бетона только в присутствии воды.

Механизм проникновения хлоридов и диффузия CO₂ из окружающей среды вместе с процессом перемещения воды в бетоне играет важную роль в разрушении бетона. Эти явления являются ключевыми факторами, определяющими долговечность бетона на основе портландцемента, шлакощелочного и геополимерного бетона.

Долговечность и многие другие свойства геополимерных бетонов зависят от тех же факторов, которые являются определяющими для долговечности композиционных шлакощелочных вяжущих (КШЩВ) (рис. 1).

Рис. 1. Система факторов, определяющих структуру и свойства КШЩВ, по данным Н.Р. Рахимовой [3]

Определяющее влияние на долговечность материала, наряду с его химико-минералогическим составом, оказывает поровая структура, от которой зависит его проницаемость для жидкостей и газов, вызывающих физическую и химическую коррозию. Часто проницаемость бетона является свойством, определяющим долговечность материала.

Существуют различные условия проникновения жидкостей в материал, например капиллярный подсос, адсорбционное водопоглощение, инфильтрация жидкостей под давлением (в гидротехнических сооружениях и резервуарах). В зависимости от условий поступления в строительный материал воды или растворов коррозионно-активных веществ скорость деструктивных процессов будет различной.

Многочисленные исследования [3-7] доказали, что долговечность геополимерных материалов зависит от размерных характеристик их открытой пористости. При оценке влияния структуры бетона на его коррозионную стойкость большое значение имеет распределение объема пор по размерам. Преобладание пор меньших размеров способствует повышению химической стойкости бетона; крупные поры влияют не только на его прочность, но и на проницаемость, которая, в свою очередь, оказывает воздействие на долговечность.

Деструктивные процессы геополимерных материалов зависят не от одного или нескольких факторов, а от системы взаимодействия комплекса параметров структуры и условий эксплуатации (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма зависимостей между научными и техническими аспектами долговечности геополимеров по данным [5]

Большое влияние на повышение проницаемости бетона для коррозионно-активных агентов имеет образование и развитие в материале системы трещин. Кроме того, этот фактор значительно влияет на морозостойкость бетона.

Трещинообразование геополимерных бетонов остается пока малоизученным вопросом. Установлено, что геополимерные материалы на основе магматических горных пород характеризуются более высокой, чем портландцемент усадкой [7, 8], что создает предпосылки для образования в материале усадочных трещин. Выявлено, что на трещиностойкость этих материалов большое влияние оказывает расход добавки шлака [9]. Однако проблема повышения проницаемости геополимерного бетона из-за образования в нем трещин характерна для многих строительных материалов. Снижение влияния этих негативных явлений может быть получено различными способами, например использованием ремонтных полимерных защитных покрытий [10].

Долговечность геополимерных материалов зависит от системы взаимосвязанных факторов. Взаимосвязь этих факторов, а также их совместное влияние на изменение характеристик долговечности материала является сложной малоизученной системой, в связи с чем необходимо проведение системных исследований взаимного влияния физико-механических свойств и структуры геополимерных строительных материалов на их долговечность в различных условиях эксплуатации.

Пластифицирующий эффект при введении в бетонные и растворные смеси добавок пластифицирующей группы определяется в основном изменением реологических свойств цементного теста. Однако на его величину может оказывать значительное влияние соотношение объемов цементного теста и заполнителя. При увеличении доли заполнителя происходит контактное взаимодействие его зерен, в связи с чем снижаются водоредуцирующий и пластифицирующий эффекты, при этом наблюдается снижение эффективности СП. С учетом этого фактора осуществляется проектирование состава самоуплотняющегося бетона.

В строительных композициях, применяемых в практике, соотношение мелкого заполнителя и цемента (n) может принимать различные значения. В таблице приводятся типичные значения n для бетонов и растворов различного назначения. Из-за высокой стоимости СП они традиционно используются для получения бетонов высших классов или высокоподвижных бетонных смесей, однако в некоторых случаях СП могут применяться для решения технологических задач при производстве и применении бетонов и строительных растворов.

Таблица – Значения коэффициента n для бетонов и растворов различного назначения

Обоснования расширения области применения суперпластификаторов возможно только после установления экспериментальных закономерностей действия этих добавок на реологические свойства цементно-песчаных растворов.

Для выявления степени влияния n на эффективность суперпластификатора С-3 было исследовано его водоредуцирующее действие в растворных смесях с различной подвижностью.

Для определения водоредуцирующего эффекта СП определялся расплыв растворной смеси на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4-81. В эксперименте оценивалась консистенция смеси без добавки и с добавкой пластификатора при 4–5 значениях водоцементного отношения, обеспечивающих расплывы смесей от 110 до 200 мм. [1]. По этим результатам для расчета В/Ц-отношения, необходимого для получения заданной консистенции смеси методом наименьших квадратов, были найдены коэффициенты эмпирического уравнения

В/Ц = a + b•РК,

где а и b – коэффициенты уравнения; РК – расплыв конуса.

Подставляя в приведенное выше уравнение заданные значения распыва смеси рассчитывались В/Ц пластифицированного и непластифицированного составов. По полученным значениям определялся водоредуцирующий эффект по формуле

ВР = 100 (В/Р_н – В/Р_п )/ В/Р_н,

где В/Р_н и В/Р_п – водоцементное отношение непластифицированной и пластифицированной смеси, соответственно.

В связи с линейным характером зависимостей показателей консистенции смеси от расхода воды и незначительными отклонениями этих показателей от расчетных значений (рис. 1), определение водоредуцирующего эффекта для пластичных и жестких смесей может быть произведено с высокой достоверностью. [1].

Рисунок 1 – Зависимость расплыва конуса на встряхивающем столике смесей с различным расходом СП от водоцементного отношения

Использование методики определения водоредуцирующего эффекта для смесей с различным соотношением вяжущего и песка позволило выявить немонотонный характер изменения водоредуцирующего эффекта при увеличении доли мелкого заполнителя в смеси. В области значений n от 1 до 2,5 отмечено значительное отклонение от монотонного характера изменения функции водоредуцирования (рис. 2). Такой эффект объясняется тем, что в этом интервале изменяется характер зависимости В/Ц от доли заполнителя, причем для пластифицированных и непластифицированных смесей этот переход происходит при разных значениях n (рис. 3). Подобные изменения характера зависимости водопотребности от доли песка были описаны в [2], однако авторы не продолжили это исследование и не выявили характера изменения водоредуцирующего эффекта при изменении доли песка.

Рисунок 2 – Влияние отношения мелкого заполнителя к цементу (n) на водоредуцирующий эффект СП

Рисунок 3 – Зависимость В/Ц пластифицированной (◙) и непластифицированной (●) растворной смеси от содержания заполнителя (n) при РК =100 мм

В ходе этого эксперимента было установлено также, что до значений n менее 3,5 водоредуцирующий эффект выше в пластичных смесях, а при более высоких значениях n – в жестких смесях. Такое изменение связано с тем, что при расходе песка более 3,5 цементного теста не хватает для заполнения пространства между частицами цемента и характер его реологического поведения меняется.

Выявленные закономерности подтвердились при проведении эксперимента, в котором цемент был заменен на доломитовую муку для исключения фактора различной скорости потери подвижности цементного теста без добавки и с добавкой СП.

Немонотонный характер изменения водоредуцирующего эффекта при увеличении доли заполнителя в смеси может оказывать значительное влияние на оценку эффективности СП и должен учитываться при проектировании составов бетона и раствора.

а) — без дополнительного армирования бетонного ядра; б) — дополнительное армирование гибкой арматурой; в) — дополнительное армирование жесткой арматурой в виде трубы;
г) — дополнительное армирование жесткой арматурой в виде уголков; д) — дополнительное армирование жесткой арматурой в виде дутавра.
Водоцементное отношение бетона составляет 0,35-0,6. Прочность бетонного ядра стесненного стальной оболочкой как обоймой, повышается примерно в 2 раза по сравнению с обычным бетонным образцом. Кроме этого, исследованиями установлено, что бетон в трубе набухает. Причиной набухания является отсутствие влагообмена между бетоном и внешней средой [3]. Но из этого также следует, что избыточная химически несвязанная вода не имеет возможности испаряться и находится в порах и капиллярах бетона.
Рассмотрим подробнее физический процесс, который будет проходить с водой при нагревании трубобетонной конструкции. 
Согласно [4] в бетоне различают поры гелевые, контракционные и капиллярные. Гелевые поры образуются в результате испарения адсорбционно-связанной воды; капиллярные поры образуются в результате испарения химически несвязанной воды в процессе твердения бетона. Капиллярные поры занимают основную по объему часть порового пространства. При твердении бетона в замкнутом пространстве (в стальной обойме трубобетонных элементов) химически несвязанная и абсорбционно-связанная вода, занимая все поровое пространство, не имеет возможности испаряться. Только контракционные поры оказываются незаполненными водой, но, как следует из [4], объем их невелик по сравнению с объемом гелевых и капиллярных пор. Поэтому в бетоне трубобетонных элементов можно ожидать наличие свободной воды до 8 % от всего объема. Вода при нагревании превращается в пар и в результате повышается давление внутри стальной обоймы, что приводит к возникновению в ней растягивающих напряжений. При максимальных растягивающих напряжениях относительная деформация углеродистых сталей доходит до 15 %, что приводит к увеличению внутреннего объема обоймы (для трубчатых элементов такое увеличение составит 22,5%). Этот добавочный объем может заполняться паром.
Например, в трубобетонном элементе в 1 м³ бетона может содержаться 0,08 м³ воды или примерно 80 кг. При нагревании воды в и превращении её пар, последний может занимать объём V = 0,08 + 0,225 = 0,305 м³ .По уравнению Менделеева-Клапейрона[5]

РV =  RT ,

откуда Р = RT = = 4,5  Па = 45 МПа ,
где Р – давление пара; m = 80 кг (масса воды); R = 8,31 Дж/мольK (универсальная газовая постоянная); T = 373K (абсолютная температура кипения воды); V = 0,305 м³ (объем, занимаемый паром);  = 18  кг/моль (масса моля воды).
Полученное давление способно разрушить стальную обойму. Например, в стальной трубе диаметром D = 300 мм и толщиной стенки = 3мм давление 45 МПа вызывает растягивающие напряжения равные

σ = ==2250 МПа.

Это напряжение почти на порядок выше предела прочности стали.Чтобы обеспечить возможность испарения химически несвязанной и абсорбционно-связанной воды в процессе твердения бетона, авторы предлагают устраивать в стальной оболочке отверстия. На рис.2 представлен строительный трубобетонный элемент, состоящий из перфорированной стальной гнутой оболочки, заполненной бетоном. Пожарная безопасность (огнестойкость) предложенного решения такая же, как у традиционных железобетонных конструкций, но значительно выше трубобетонных из-за наличия отверстий (перфораций).

СП применяются в основном для получения бетонов с более высокими, чем у рядовых материалов, технико-строительными свойствами, например бетонных смесей с маркой по удобоукладываемости П3 и выше, бетонов класса В30 и выше, а также бетонов с повышенной морозостойкостью и водонепроницаемостью [4, 5]. Использование СП новых поколений [6], стоимость которых в несколько раз выше стоимости СП на нафталинформальдегидной основе, оправданно только для производства бетонов с уникальными для традиционной технологии свойствами: самоуплотняющихся, высокопрочных и особовысокопрочных, порошковых бетонов [7, 8, 9], то есть строительных материалов, производство которых невозможно без применения новых высокоэффективных СП, за счет использования других технологических приемов. В таких случаях планируют получить экономический эффект не за счет сокращения издержек на стадии производства бетонной смеси или строительной конструкции, а вследствие снижения расходов на стадиях строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Методология оценки такого экономического эффекта сложна и выходит за рамки настоящей работы.

В настоящее время не существует единой методологии оценки эффективности СП, удовлетворяющей потребностям строительных лабораторий, занимающихся выбором вида СП и назначения его дозировки. Эта методология должна обеспечивать: оптимальный выбор СП из номенклатурного ряда, представленного на современном российском рынке химических добавок, с учетом технологических задач, стоящих перед производителем бетона; определение совместимости СП с цементом и добавками различного функционального назначения цементов; назначение дозировки СП и проектирование состава бетона.

В исследовательской и производственной практике отсутствуют простые и достоверные методики определения реологических свойств цементного теста, суспензии и раствора с последующей экстраполяцией результатов на технологические свойства бетонных и растворных смесей. Существующие стандартные методики трудоемки и материалоемки для практического использования в научно-исследовательских и строительных лабораториях. Они малопригодны для оперативной оценки различных пластификаторов, имеющихся на современном российском рынке химических добавок, а также для выбора в условиях строительной лаборатории оптимальной добавки и ее дозировки с учетом состава цемента и бетона, а также особенностей технологии производства.

Введение пластифицирующих добавок в бетоны снижает предельное напряжение сдвига и повышает текучесть цементного теста, что позволяет использовать их по трем направлениям:

– для улучшения удобоукладываемости при неизменных значениях прочности и долговечности;

– для сокращения расхода цемента при неизменных значениях прочности, удобоукладываемости и снижения усадки и тепловыделения;

– для повышения прочности и долговечности при неизменной удобоукладываемости.

Исходя из целей, которые должны быть достигнуты при использовании добавок, необходимо оценивать технические и экономические аспекты изменения всего комплекса свойств модифицированного бетона [1]. Однако, учитывая, что основное действие пластификатора на свойства бетона – это разжижение цементного теста, изменение перечисленных выше свойств бетона при введении пластификатора можно спрогнозировать по изменению реологических характеристик этой составляющей бетонной смеси.

В работе [10], посвященной методам оценки эффективности ПАВ, указывается на «значительный отрыв между практическими характеристиками ПАВ и физико-химическими свойствами систем», в связи с чем оценка этих веществ производится по различным группам критериев:

– непосредственная оценка действия ПАВ по изменению свойств системы, например, для пенообразователей – увеличение кратности и времени жизни пены, для пластификаторов – улучшение удобоукладываемости смеси;

– по качественным, интуитивно полученным критериям, например по гидрофильно-липофильному балансу;

– с использованием критериев, полученных из фундаментальных уравнений, например, оценка поверхностной активности dσ/dC из уравнения Гиббса, где σ – поверхностное натяжение, C – концентрация ПАВ в растворе.

Из перечисленных групп критериев, по мнению авторов [10], только последняя группа имеет четкий физический смысл и предсказательную силу, однако в практике использования ПАВ в различных отраслях их оценка чаще всего производится по первой группе критериев.

В строительном материаловедении пластифицирующие и водоредуцирующие добавки оцениваются по эффекту воздействия на свойства бетонных смесей и бетонов [11].

Пластифицирующий эффект определяется по увеличению осадки конуса бетонной смеси с добавкой пластификатора по сравнению с осадкой конуса контрольного бездобавочного состава, равной 2…4 см. Оценка эффективности СП непосредственно на бетонной смеси имеет ряд недостатков. Во-первых, это приводит к значительной материало- и трудоемкости определения пластифицирующего и водоредуцирующего эффектов, особенно в лабораторных условиях при проведении исследовательских работ или контроля качества поступающих на производство СП. Во-вторых, результаты испытаний по стандартной методике [14] на бетонной смеси, даже с учетом того, что характеристики исходных материалов и расход компонентов регламентированы стандартом [11], могут различаться, так как допустимые интервалы расхода песка (650…850 кг/м³) и щебня (950…1150 кг/м³) довольно широки. Исследование бетонных смесей, приготовленных на цементах и заполнителях с различающимися свойствами или соотношением компонентов, может приводить к субъективным выводам об эффективности добавок. Так, в научно-технической литературе встречаются сообщения [12] о новых разновидностях пластификаторов с эффективностью, соответствующей СП. Однако эти авторы используют свои методики определения пластифицирующего эффекта добавок.

Проведение испытаний на разных видах цементах также может дать значительные различия в результатах. Авторами работы [13] убедительно показано, что цементы имеют различную реологическую и прочностную чувствительность к дозировке СП.

Для оперативной оценки пластифицирующей и водоредуцирующей эффективности поступившей на предприятие добавки и предварительного назначения ее дозировки стандартная методика малопригодна вследствие ее высокой трудоемкости.

Для специалистов производства важно определить совместимость СП и цемента, так как этот фактор иногда может оказаться определяющим для эффективного использования СП.

Как уже отмечалось, пластификаторы, являясь по механизму действия диспергаторами цементного теста, определяют изменение реологических свойств бетона за счет снижения предельного напряжения сдвига и вязкости цементно-водной системы. Исходя из этого, для оценки пластифицирующей и водоредуцирующей эффективности добавок эти характеристики целесообразно определять на цементном тесте с последующей проверкой результатов на производственных составах.

В зарубежной практике для оценки пластифицирующего и водоредуцирующего эффектов СП в цементе [14] используется мини-конус – усеченный конус с диаметром основания 38 мм, высотой 57 мм и диаметром верхней части 19 мм. Пластифицирующий эффект в соответствии с этой методикой определяется по увеличению площади расплыва цементной суспензии с добавкой СП. В отечественной практике эта методика не получила широкого распространения.

В некоторых работах для оценки пластифицирующего действия добавки на цементное тесто используется вискозиметр Суттарда или его уменьшенные аналоги [15]. Определение действия СП на текучей цементной суспензии имеет существенный недостаток – водоцементное отношение в суспензии намного ниже, чем характерный уровень этого параметра у бетонной смеси. Это несоответствие приводит к ошибочным выводам об эффективности добавок.

В связи с этим, для получения более достоверных данных о пластифицирующем и водоредуцирующем эффектах пластификаторов целесообразно изучать действие добавок на растворную составляющую бетона. Такой подход позволит исследовать пластификаторы на составах близких к реальным составам бетонов. Отсутствие в исследуемых системах крупного заполнителя не позволяет оценить влияние этого компонента на расслоение и некоторые другие свойства пластифицированных бетонных смесей, однако влияние добавки на пластифицирующий эффект, его сохраняемость во времени, а также возможное замедление твердения такой подход позволяет достаточно точно оценить.

Прямым действием СП на бетонные смеси является их пластификация. Однако на практике чаще используется вторичный эффект – водоредуцирующий, который получают за счет снижения расхода воды в бетонной смеси до значений, обеспечивающих равную с бездобавочным составом удобоукладываемость. В связи с этим при оценке действия СП на растворную составляющую необходимо определять не пластифицирующий эффект.

Экспериментально установлено, что зависимость расплыва песчано-цементного расплыва из формы-конуса (конуса Хегермана) на встряхивающем стоике и под действием собственного веса от водоцементного отношения носит линейный характер (рис. 1). Это позволяет снизить вероятность ошибок и достоверно рассчитать водоредуцирующий эффект для смесей с различной консистенцией.

Рис. 1. Зависимость расплыва конуса смеси на встряхивающем столике от водоцементного отношения при различной дозировке СП

Полученные данные позволяют достоверно прогнозировать эффективность пластифицирующей добавки в бетонной смеси. Это позволяет решить задачу выбора суперпластификатора и назначение его дозировки при низких затратах материала и труда, что ценно как для исследовательской, так и для производственно-строительной лаборатории.

В данной статье мы попробуем рассмотреть свойства бетонов, полученных с применением данных материалов в самом распространенном на настоящий момент классе бетона среди строителей – В25, имеющего среднюю прочность на 28 сутки нормального твердения по ГОСТ 26633-91 - 327,4 кгс/см²

Для испытаний были взяты 2 вида цементов – один в составе имеющий вспомогательный компонент в качестве шлака до 5 % и второй с содержанием шлака в качестве активной минеральной добавки до 20 %:

-       ЦЕМ I 42,5 Н;

-       ЦЕМ II/А-Ш 32,5 Н.

Класс бетона В25 является самым распространенным в современном строительстве, применяется для изготовления монолитных фундаментов, свайно-ростверковых ЖБК, плит перекрытий, колонн, ригелей, балок, монолитных стен, чаш бассейнов и иных ответственных конструкций. Используется при высотном монолитном строительстве (30 этажей). Наиболее используемый бетон при производстве ЖБИ. В частности, из этого конструкционного бетона делают аэродромные дорожные плиты ПАГ, предназначенные для эксплуатации в условиях экстремальных нагрузок. Многопустотные плиты перекрытий тоже производятся из этой марки бетона. Производство возможно на гравийном и гранитном щебне [2].

Оба указанных вида цементов возможно использовать для данного класса бетона, имея в виду, что расход цемента в бетоне будет несколько повышаться от цемента класса 42,5 до класса 32,5. Это зависит от активности цемента и процентного содержания в нем различных минеральных добавок. Цементы, имеющие более низкий класс прочности и обладающие вводом различных активных минеральных добавок в своем составе в количестве до 20 %, соответственно, будут иметь немного более повышенный расход в бетонную смесь.

Для испытаний использовались различные виды химических добавок – суперпластификаторы, ускорители и замедлители твердения, противоморозные. Основными полученными показателями были: снижение водопотребности бетонной смеси на 20 – 30 %, значительная экономия цемента, высокая сохраняемость удобоукладываемости бетонной смеси, сокращение времени твердения бетона до распалубки, повышенная прочность на сжатие после ТВО и на 28 сутки нормального твердения.

В качестве заполнителей использовались:

1. Песок карьерный Чаадаевского месторождения Пензенской области, который согласно ГОСТ 8736-93 соответствует II классу, категории мелкий – модуль крупности М_к = 1,99. Гранулометрический состав заполнителя приведен в таблице 1.

Таблица 1. Гранулометрический состав песка

2. Щебень гранитный фракции 5-20 Павловскгранит, марка по дробимости 1200.

3. Химические добавки ведущих российских и зарубежных производителей: Полипласт, Суперпласт, Sika, MC-Bauhemie, Basf.

Расход цемента в среднем для бетона класса В25 составил 400 кг для контрольного состава и 330-410 кг для состава бетона с применением химических добавок. Граничным, разделяющим области применения суперпластификаторов и минеральных добавок можно ориентировочно считать расход цемента порядка 300-350 кг/м³. Обычная практика получения бетонов различной прочности на цементе одной марки (класса), реализуемая при их производстве, приводит к весьма различному содержанию цемента, от 200 до 500 кг/м³ бетона.  И если средние расходы цемента близки к оптимальным, то бетоны как с низкими, так и с высокими его расходами обладают определенными недостатками.

При низком содержании цемента в бетонной смеси имеет место дефицит дисперсных частиц. Она подвержена расслоению, в результате чего, кроме обычной микропористости, в бетоне появляются более крупные седиментационные поры. Кроме того, плотность и прочность в верхнем слое бетона понижается. Введение в такую смесь минеральных добавок позволяет устранить их расслоение, улучшить удобообрабатываемость бетонной смеси и существенно повысить качество бетонов.

При высоком содержании цемента (более 400 кг/м³) растет водопотребность бетонной смеси, что вынуждает для сохранения В/Ц дополнительно увеличивать расход цемента. Это приводит к значительному повышению в таких бетонах объема цементного камня. Особенно существенно возрастает он в двух случаях: при получении высокоподвижных и литых смесей, что требует их высокого водосодержания, и при попытках получить бетон с прочностью, превышающей марку цемента (приходится назначать его расходы, превышающие 500 кг/м³). Эффективность использования цементов при этом снижается, а качество бетона ухудшается. Их твердение сопровождается значительным тепловыделением и возможным образованием термических трещин. При высыхании такие бетоны имеют высокую усадку и большую вероятность возникновения усадочных трещин.

Введение в бетоны с большим содержанием цемента суперпластификаторов позволяет либо существенно сократить расход воды, либо пластифицировать смесь без увеличения ее количества. Расходы цемента и объем цементного камня при этом остаются в разумных пределах [1, с. 3]. Что иллюстрируется всеми проведенными испытаниями цементов с добавками.

Составы бетона класса В25 без добавок и с суперпластификаторами и полученные свойства бетонов и бетонных смесей указаны в таблицах 2 – 5.

Таблица 2. Составы бетонов класса В25 на ЦЕМ I 42,5 Н

Таблица 3. Свойства бетонной смеси и бетона В25 на ЦЕМI 42,5 Н

* Режим ТВО – 2 часа предварительная выдержка перед пуском пара, 3 часа – равномерный подъем температуры до 60^оС, 6 часов – изотермическая выдержка, 4 часа – остывание до комнатной температуры.

Из данных таблиц видно, что каждая из приведенных выше добавок отвечала определенному критерию – повышению сохраняемости, прочности и пр. Хуже всех по сохраняемости для товарных бетонов была добавка MC- Bauhemie PowerFlow 3196, которая относится к модификаторам на основе поликарбоксилатных эфиров. В данном вопросе также нужно обратить особое внимание на крупность используемого песка – чем мельче и водопотребнее песок, тем ниже жизнеспособность смеси. По прочности для товарных бетонов лучшей добавкой оказалась Sika Viscocrete 571, которая при нормальных условиях и получении изначально высокой подвижности дала показатель прочности 135 % от проектного класса уже на 7 сутки. Следует отметить, что добавки производства Sika не совсем подходят по сохраняемости для добавочных цементов, но значительно увеличивают прочность по сравнению с добавками других производителей. На примере Линамикс СП-180 от Полипласта наглядно виден сильный замедляющий эффект добавок, содержащих ЛСТ, вносящих необратимые изменения в реологию смеси – данный бетон не набрал положенных ему 100 % на 28 сутки нормального твердения, при этом стоит учитывать фактор повышенного содержания мелкой фракции песка в бетонной смеси – в данном составе неверно соблюдено В/Т отношение, что отчасти и стало причиной недобора прочности, а также за счет этого обеспечивается повышенный расход воды и завышенное В/Ц отношение, что также оказывает огромное влияние на получение проектного класса прочности.

Для бетонов, подвергающихся тепловой обработке наиболее выигрышно проявил себя Muraplast FK 89 от компании MC- Bauhemie, опять же на основе поликарбоксилатных эфиров – после пропаривания получено уже 100 % проектной прочности, что говорит о возможном снижении расхода цемента в бетонную смесь на 10-15 % от использованного. При неправильно соблюденных пропорциях бетонной смеси неплохие результаты дает добавка ПФМ-НЛК, при достаточно низкой ее дозировке в бетонную смесь, бетон имеет, как выше 70 % после пропаривания на довольно щадящем режиме, так и выше 100 % проектной прочности на 28 сутки последующего нормального твердения.

Стоит отметить, что вышеуказанные добавки на поликарбоксилатной основе по сохраняемости с цементом с содержанием шлака до 20 % работают немного хуже – не более 2 часов, однако ЛСТ- содержащая добавка дала большую сохраняемость при условии ее меньшей дозировки – 0,6 % по сухому веществу в отличии от 0,8 % для ЦЕМ I 42,5 Н. Однако, при этом следует учитывать влияние сильного замедляющего эффекта на прочность – всего 80 % от проектного класса, и внимательно подбирать состав бетонной смеси.

Таблица 4. Составы бетонов класса В25 на ЦЕМ II/А-Ш 32,5 Н

Таблица 5. Свойства бетонной смеси и бетона В25 на ЦЕМ II/А-Ш 32,5 Н

Рис. 1 Керамзитобетонный блок

Благодаря современным технологиям, блоки имеют сложную форму. Внутри находиться множество щелевых пустот, как в эффективном кирпиче. Это улучшает теплосберегающие свойства и уменьшает количество раствора на каждый блок. А также имеют несколько пазов и гребней, позволяющие фиксировать блоки между собой.

Самые стандартные размеры блока 190*190*390 (мм)

Существует несколько классов прочности для блоков, при выборе необходимо учесть для каких целей они будуи использоваться.

Существуют такие блоки как

1)               Конструкционные

2)               Теплоизоляционные

3)               Конструкционно-теплоизоляционные

Сравнивая конструкционные и изоляционные блоки, главное их отличие состоит в том, что в конструкционных больше песка и цемента в процентах, в отличие от иных, так как это придает большую прочность, но тепло сохраняющие свойства сильно теряются.

Стена, выложенная из керамзитобетонных блоков может быть в 2 раза тоньше чем их кирпича, но при этом иметь точно такие же тепло сохраняющие свойства. В малоэтажном строительстве большая несущая прочность блоков не нужна, более важны именно теплоизоляционные качества данного материала.

Таблица 1. Сравнение характеристик разный видов материалов для стен

1)                Керамзит фракции 5-10. Важно, чтобы именно такая фракция была, так как при заполнении в формы раствором хорошо проваливался материал, потому что толщина стенки 40-50 мм. Если использовать керамзит более крупной фракции (10-20 или 20-40) в блоке могут оставаться пустоты, дающие брак блока. Если же блок с такими пустотами нагрузить, разрушение пойдет именно в этом месте.

2)                Цемент марки М500 Д0. При выборе цемента предпочтение отдается именно этой марки. С экономической точки зрения по цене цемент М500 намного дешевле, чем М600 и не на много дороже чем М400. В процентном содержании цемента в блоке М400 придется класть больше на 20% больше и все равно не даст такой эффект как при использовании М500. Д0 – означает что количество примесей в цементе нулевое количество, а это значит, что М500 Д0 имеет лучшие характеристики чем М500 Д20. Так же М500 обладает прочими важными функциональными возможностями чем М400 цемент

3)                Песок. Он должен быть крупным и чистым, без глины. Такой песок добывается в речных карьерах. При выборе песка необходимо узнать точные характеристики у добывающей организации. При использовании мелкого, пылеватого песка сильно страдают прочностные характеристики блоков.

4)                Вода. Должна быть теплой порядка 60 градусов.

В блоки могут добавляться различные вещества, ускоряющие твердение или улучшающие прочностные характеристики. Например, кальций хлор. Если же производство находиться в мало отапливаемом помещении, то в раствор добавляют вещества повышающие текучие свойства и что бы процесс первоначального твердения замедлялся.

Существует новая технология повышения прочностных свойств бетонных растворов фиброволокно микро-армирование. Данная добавка разработана для предотвращения образования трещин в бетоне при усадке. Фибрин является экономичной и качественной альтернативе стальной сетке, контролирующей образование трещин.

В производстве необходимо что бы раствор был тщательно перемешан и не было мест, где чистый песок без цемента. Для этого надо использовать бетономешалки непринудительного типа хорошего качества. Что бы было достаточное количество лопастей и хорошая скорость вращения.

Формирование блоков бывает нескольких типов. Вибрацией – когда раствор проникает в формы благодаря вибрации. Вдавливанием – когда раствор помещается в формы принудительным вдавливанием. Это может быть ручной способом или гидравликой. Лучший способ для формирования блоков является смешанный тип, когда сперва вибрацией раствор помешается в форму, а после хорошо придавливается, тогда блок получается очень крепким, без пустых мест.

В России существует несколько поставщиков оборудования. В среднем стоимость обойдется в 1500000 с производительностью 1000 блоков за смену. Это примерно гараж или пол одноэтажного дома.

Можно сделать вывод что в России перспективы использования данного материала очень велики, потому что с каждым годом все больше строятся частных малоэтажных домов. Использование данного материала позволяет сильно сэкономить на самом материале и на рабочей силе, ведь дом из таких блоков строить на много быстрее и проще, чем из кирпича.

Рис. 1. – Монтаж промышленных полов

Самым распространенным вариантом устройства промышленного пола является укладка цементосодержащих смесей, в составе которых могут содержаться красители и наполнители в виде фиброволокна, кварцевого песка, корунда. Принцип устройства таких покрытий достаточно прост и не требует использования дорогостоящего оборудования. Готовую смесь наносят на бетонный базовый пол, обработанный грунтовкой. Затем состав полимеризуется (или схватывается, как в случае с цементной смесью). В итоге получается тонкий дополнительный слой, принимающий на себя механические, химические и климатические воздействия.

Полимерные покрытия для создания промышленных полов стремительно набирают популярность. В отличие от цементосодержащих смесей, эпоксидные и полиуретановые покрытия обладают очень низким коэффициентом влагопоглощения, идеально гладкой поверхностью, более высокой прочностью. В зависимости от состава смесь может наноситься на влажные или сухие базовые полы, на старые или свежеуложенные стяжки. Толщина наносимого покрытия зависит от требований, предъявляемых к полу, от назначения помещения и особенностей его эксплуатации. Самый тонкий слой получают окрасочным методом, нанося состав как краску. Его толщина может составлять 0,5 – 1 мм. Более толстые покрытия имеют толщину до 8 мм.

Основные достоинства полимерных полов:

- повышенная износостойкость;

- влагонепроницаемость;

- химическая инертность;

- отсутствие токсичных компонентов;

- быстрота и удобство нанесения;

- пожаробезопасность;

- возможность получения покрытия с особыми свойствами;

- большой срок службы;

- доступная стоимость.

Сфера применения полимерных покрытий – склады, цеха предприятий, больницы, рестораны и магазины, а также жилые дома. Такие покрытия не требуют особых навыков при нанесении, являются гигиеничными, бесшовными, идеально ровными и эстетически привлекательными.

После нанесения полимерного покрытия можно не использовать дополнительные напольные материалы, так как технология позволяет придать поверхности красивый вид за счет добавления красителей, разноцветных флоков и различных декоративных материалов.

Нанесение окрасочных полимерных покрытий позволяет создать тонкую пленку наподобие мембраны, которая эффективно защищает бетонные полы от пылеобразования (появления мелкой цементной пыли), загрязнений, а также растрескиваний. Полимерный состав надежно сцепляется с поверхностью бетона, закупоривая его капилляры и поры, что предотвращает впитывание и испарение влаги. Последнее означает, что свежеуложенные бетонные полы получают хорошую защиту от пересыхания и, как следствие, схватываются более качественно. Для обработки свежеуложенных полов чаще всего применяют акриловые полимерные покрытия.

На старых бетонных полах присутствует множество сколов и трещин, поэтому их покрывают более толстым слоем полимерного состава. С этой целью применяют эпоксидные и полиуретановые покрытия, обладающие рядом уникальных свойств.

Эпоксидные составы образуют очень прочный слой, устойчивый к абразивному воздействию и статическим нагрузкам. Для придания покрытию антискользящих свойств в состав добавляют кварцевый песок (кварцнаполненные промышленные полы).

Полиуретановый состав, в отличие от эпоксидного образует слой с более высокой эластичностью, что в ряде случаев является существенным преимуществом. Эластичное покрытие не подвержено растрескиванию и лучше выдерживает ударные нагрузки, так как в момент воздействия нагрузка равномерно перераспределяется вокруг точки удара.

Для качественной укладки промышленных полов требуются специалисты, которые определят подходящий состав и его толщину в зависимости от требований, предъявляемых к будущему покрытию. При этом учитываются финансовые возможности заказчика, объем работ, назначение помещения, род деятельности организации. Например, если предполагается обработка полов в помещении предприятия, выпускающего фармацевтическую или пищевую продукцию, имеет смысл выбрать состав с максимально экологичным составом, а если предстоит работа по упрочнению пола в автомастерской или на складе, лучше всего выбрать состав, устойчивый к нефтепродуктам и к воздействию шипованных шин.

Перегородки из блоков – основные достоинства

Рис. 1. Перегородка из газобетонных блоков

Очень качественные перегородки получаются из газобетона. Это легкий ячеистый бетон, обладающий пористой структурой и довольно высокими показателями звуко- и теплоизоляции. Газобетонные конструкции являются огнестойкими, экологически безопасными, устойчивыми к воздействию воды, биостойкими. Они не гниют, не поражаются грибком, не выделяют в воздух вредных компонентов. Важный плюс газобетона состоит в том, что он способен выдерживать вес навесных шкафов, полок, микроволновых печей, телевизоров и прочей техники.

Пенобетонные перегородки более устойчивы к воздействию влаги по сравнению с газобетонными, однако они требуют более основательного выравнивания, так как пеноблоки имеют не столь правильную геометрию, как газоблоки. По прочности пенобетон уступает газобетону.

Ячеистобетонные блоки благодаря своей пористой структуре способны «дышать», поэтому на перегородках не скапливается сырость. При повышенном уровне влажности в доме ячеистый бетон поглощает лишнюю влагу, а при высыхании воздуха возвращает накопленную влагу помещению. Это способствует поддержанию оптимального микроклимата в квартирах и коттеджах.

Один блок из газобетона или пенобетона по своему объему равен приблизительно 17 кирпичам, хотя его вес составляет менее 20 кг. За счет крупных размеров блоков упрощается процесс монтажа перегородок. Работа выполняется очень быстро и с высоким качеством. В отличие от кирпичных перегородок, ячеистобетонные имеют более аккуратные поверхности и не требуют использования большого количества штукатурных смесей в процессе выравнивания.

В конструкциях из ячеистобетонных блоков легко проделывать штробы и отверстия под розетки и выключатели. Газобетон и пенобетон можно пилить, как древесину, поэтому для создания перегородки сложной конфигурации можно подготовить нестандартные блоки любой формы.

Газобетонные и пенобетонные перегородки весят в несколько раз меньше по сравнению с кирпичными конструкциями, поэтому они могут быть использованы в каркасных загородных домах.

Финишная отделка газо- и пенобетонных перегородок осуществляется с помощью штукатурки, красок, флизелиновых и бумажных обоев, деревянной вагонки, керамической плитки, пластиковых панелей и множества других облицовочных изделий. В плане отделки ячеистобетонные конструкции не накладывают никаких ограничений на выбор материала.

Гипсокартонные конструкции

Рис.2. – Перегородка из гипсокартона.

Стационарные перегородки из гипсокартонных листов очень удобны в сборке. Они не подвержены усадке, поскольку при установке гипсокартона не используются строительные растворы. Крепление листов осуществляется с помощью саморезов без применения клея. В отличие от ячеистобетонных перегородок, гипсокартонные не заставляют строителей ждать, когда высохнет поверхность. Поэтому финишную отделку можно выполнить сразу после установки последнего листа гипсокартона.

Главными достоинствами гипсокартонных изделий являются небольшой вес, экологичность, паропроницаемость, высокая скорость монтажа, отсутствие грязи в процессе работы, простота обработки листов.

Из гипсокартона можно вырезать заготовки произвольной формы для создания перегородок с причудливыми очертаниями. Благодаря своей гибкости гипсокартон позволяет легко и быстро получить поверхности с изящными плавными изгибами, которые невозможно создать с помощью кирпичей, блоков и штукатурки.

Еще одно важное отличие гипсокартонных конструкций от ячеистобетонных состоит в том, что внутри них можно прокладывать любые инженерные коммуникации. Трубы, электропроводка, сантехническое и электрическое оборудование. Также внутри перегородок можно укладывать шумоизоляционный материал.

Для создания перегородок из гипсокартона сначала требуется собрать каркас из стандартных металлических профилей, которые легко крепятся к базовым стенам, полу и потолку. На профили монтируются листы гипсокартона, затем стыки между листами обрабатываются шпатлевкой и выполняется финишная отделка. Для облицовки таких перегородок можно использовать практически любые материалы.

Если требуется создать перегородки с идеально ровной поверхностью, то гипсокартонные листы позволяют это сделать быстрее и с меньшими усилиями. В отличие от конструкций из блоков, гипсокартонные перегородки имеют минимальные отклонения от плоскости и не требуют выравнивания штукатурными смесями. Однако для некоторых заказчиков важна прочность конструкций, чтобы на них можно было вешать мебель и бытовую технику, поэтому ячеистобетонные перегородки тоже имеют большое количество сторонников.

Рис. 1. –Дом из газобетона

Из пенобетона обычно производятся изделия в виде крупногабаритных блоков. В качестве основного сырья для изготовления бетонного раствора используются цемент, песок мелкой фракции и пенообразователь. Для улучшения характеристик материала в исходную смесь вводят добавки в виде пластификаторов, армирующих волокон, красителей. Функция пенообразователя заключается в том, что он вспенивает бетонный раствор и тем самым способствует формированию большого количества ячеек, заполненных воздухом и имеющих замкнутые оболочки. Все используемые при производстве пенобетона компоненты являются экологически чистыми.

Принцип изготовления пенобетонных блоков сводится к следующему. Сперва получают раствор из воды и цементно-песчаной смеси, затем добавляют пенообразователь. Все это смешивается и подается в формы, в которых пенобетон затем затвердевает при естественной температуре. Технология очень проста, поэтому ее можно реализовать непосредственно в условиях строительной площадки в целях экономии.

Газобетонные блоки получают несколько иным способом. За образование пор в бетонном растворе отвечает газ, который образуется в ходе химического взаимодействия извести с алюминиевой пудрой. При этом выделяется водород, равномерно распределяющийся по всему объему блока и образующий небольшие ячейки правильной формы. В отличие от пенобетона, газобетон имеет более однородную структуру. Однако ячейки внутри газобетонных блоков соединены друг с другом капиллярами и не имеют замкнутых оболочек.

Рис. 2. – Блоки из газобетона и пенобетона

Качество газобетонных блоков выше, чем у пенобетонных. Они обладают более правильной геометрией, большей прочностью. Но газобетон можно производить только в заводских условиях, так как процесс твердения блоков должен осуществляться автоклавным способом в камерах при особом температурном режиме.

Блоки из газобетона и пенобетона имеют большие размеры, что позволяет сократить количество швов в возводимых конструкциях и получить почти монолитные стены, не имеющие «мостиков холода».

Ячеистобетонные блоки обладают почти таким же экологически чистым составом, как натуральная древесина. Благодаря пористой структуре эти изделия способны «дышать», обеспечивая тем самым нормализацию микроклимата в здании. В домах из газобетона и пенобетона не бывает сырости.

Но если деревянные конструкции склонны к возгоранию, то ячеистобетонные являются огнеупорными. Кроме того, бетон не гниет и не поражается насекомыми, поэтому конструкции не требуют обработки антисептиками.

За счет наличия пор блоки обладают высокими теплоизоляционными и шумоизоляционными показателями. Стены из газобетона и пенобетона необязательно утеплять, что способствует уменьшению расходов на строительство. Теплые ограждающие конструкции позволяют сэкономить затраты в отопительный сезон.

Блоки из ячеистого бетона очень удобны в обработке. Их можно пилить и строгать, как древесину, сверлить и штробить. Не нужно прилагать много усилий, чтобы из стандартного блока получить изделие нужного размера и особой формы.

При строительстве домов из газобетона и пенобетона блоки можно поднимать вручную, так как они весят гораздо меньше по сравнению с кирпичом. Это существенно упрощает процесс возведения, способствует ускорению работ и повышению качества возводимых конструкций.

Благодаря точным размерам и гладкой поверхности блоков удается строить идеально ровные стены, которые не нужно выравнивать толстым слоем штукатурки. В некоторых случаях для их выравнивания достаточно одной шпатлевки.

Отделку домов из ячеистого бетона можно выполнить с помощью любых материалов, в том числе и с применением облицовочного кирпича. Стены из газобетона обладают достаточно высокой прочностью, чтобы выдержать вес тяжелого фасадного материала.