Характеристики и состав сульфатостойкого бетона
Для строительства объектов, что будут подвержены воздействию воды и атмосферной влаги рекомендуется использовать сульфатостойкий бетон. Обычный и железобетонный вид материала хоть и отличается своей прочностью и долговечностью, перед такими факторами оказывается бессильным. Водный состав содержит в себе большое количество солей и минеральных соединений, которые разрушительно воздействуют на целостность конструкции.
Основной состав
Строительный материал состоит из таких веществ:
Виды строительного материала
Сульфатостойкий состав бетона представлен в таблице:
Сульфатостойкая цементная смесь для приготовления бетона делится на такие виды:
Технические характеристики
Обыкновенный или железобетонный раствор имеет очень слабую сопротивляемость к таким природным факторам:
Сульфатостойкий бетон отличается такими положительными характеристиками:
Изготовление сырья
Строительная промышленность отличает два метода приготовления сульфатостойкого бетона, а именно:
Чтобы приготовленный состав отвечал всем возможным положительным качествам, его изготовление должно соответствовать нормам по ГОСТ. Оптимальная пропорция цемента и песка составляет 1 часть активного компонента к 3 частям вспомогательных веществ. Прочность материала, как правило, проверяется пластификатором. Влагоустойчивость бетона проверяют конусом расплыва смеси, норма — 135 мм при гидроцементном соотношении 0,44.
Для тестирования гидрофобного цемента нужно раствор поддать водному воздействию. Материал не должен абсорбировать в себя воду в течение 5—7 мин.
Процесс приготовления сульфатостойкого бетона предусматривает замену некоторых компонентов другими ингредиентами, содержащими сульфат кальция. Это могут быть различные гранулированные и минеральные вещества, которые будут использованы в виде добавок. Если цемент будет изготавливаться из электоротермофосфорного шлака, применяется трехкальцевый алюминат уже в пропорции 8, а не 5%.
Применение материала
Актуальным будет использование портландцемента для возведения подземных, подводных сооружений. Выделяются прочностью и конструкции из материала, которые стабильно подпадают под влияние природных факторов: атмосферные осадки, мороз и период таяния, постоянный контакт с водой и влагой. Кроме того, конструкции, сооруженные из сульфатоустойчивого бетона, отличаются устойчивостью и против химического воздействия.
Что такое сульфатостойкий бетон
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЗАЩИТА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ
Метод определения сульфатостойкости бетона
Protection of concrete and reinforced-concrete constructions from corrosion. Test method of sulfate resistance of concrete
Дата введения 2016-04-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим институтом бетона и железобетона им.А.А.Гвоздева АО «Научно-исследовательский центр «Строительство» (НИИЖБ им.А.А.Гвоздева АО «НИЦ «Строительство»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих национальных стандартов США:
— ASTM С 452-06* «Стандартная методика испытаний растворов на основе портландцемента на потенциальное расширение при воздействии сульфатов» (ASTM С 452-06 «Test Method for Potential Expansion of Portland-Cement Mortars Exposed to Sulfate», NEQ);
— ASTM С 1012-04 «Стандартная методика испытаний растворов на основе гидравлического цемента на изменение длины под воздействием растворов сульфатов» (ASTM С 1012-04 «Standard Test Method for Length Change of Hydraulic-Cement Mortars Exposed to a Sulfate Solution», NEQ)
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2019 г.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на бетоны, изготовленные на цементах на основе портландцементного клинкера, в том числе с минеральными и химическими добавками, эксплуатирующиеся при постоянном воздействии жидких сульфатных сред, и устанавливает метод определения и оценку сульфатостойкости бетона.
Метод определения сульфатостойкости, приведенный в настоящем стандарте, применяют в научно-исследовательских лабораториях и организациях при подборе состава сульфатостойкого бетона, использовании новых материалов для изготовления бетона.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 166 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия
ГОСТ 310.4 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии
ГОСТ 577 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия
ГОСТ 4166 Реактивы. Натрий сернокислый. Технические условия
ГОСТ 5632 Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки
ГОСТ 6139 Песок для испытаний цемента. Технические условия
ГОСТ 6709 Вода дистиллированная. Технические условия
ГОСТ 8269.0-97 Щебень и гравий из плотных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний
ГОСТ 10178 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия
ГОСТ 10197 Стойки и штативы для измерительных головок. Технические условия
ГОСТ 22266 Цементы сульфатостойкие. Технические условия
ГОСТ 31108 Цементы общестроительные. Технические условия
ГОСТ Р 53228 Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания
СП 28.13330.2012 СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 сульфатная среда: Жидкая среда, содержащая сульфат-ионы.
3.2 сульфатостойкость цемента: Способность образцов из мелкозернистого бетона на заданном цементе при полном погружении в жидкую сульфатную среду выдерживать испытание без внешних признаков разрушения (трещин, сколов) и увеличения относительных деформаций выше критического значения.
3.4 период испытания: Определенный период выдерживания образцов в сульфатной среде, после которого измеряют относительные деформации образцов и сравнивают с критическим значением.
3.5 критическое значение деформаций: Установленное стандартом максимальное значение приращения относительных деформаций образцов в сульфатной среде по сравнению с образцами, выдержанными в дистиллированной воде, равное 0,1%, при котором прекращают испытание.
3.6 контрольные образцы: Образцы, предназначенные для испытания в дистиллированной воде.
3.7 основные образцы: Образцы, предназначенные для испытания в растворе сульфата натрия.
4 Общие положения
4.1 Настоящий стандарт устанавливает метод определения сульфатостойкости бетонов, изготовленных на цементах на основе портландцементного клинкера, в том числе с минеральными и химическими добавками.
4.2 Метод определения сульфатостойкости бетона заключается в испытании образцов мелкозернистого бетона на заданном цементе, в том числе с вводимыми дополнительно минеральными и химическими добавками, определении группы сульфатостойкости цемента и оценке сульфатостойкости бетона на исследованном цементе с учетом заданной водонепроницаемости бетона.
5 Средства испытаний, вспомогательные устройства и материалы
Для испытаний применяют:
— емкости из стекла или полиэтилена (бутыли или канистры вместимостью 10-25 дм ) для приготовления и хранения дистиллированной воды и сульфатного раствора;
— ванны винипластовые или стеклянные емкости с крышками для выдерживания образцов в воде или растворе сульфата натрия;
— подкладки из коррозионно-стойкого материала треугольного или круглого сечения высотой не менее 20 мм;
— формы для изготовления образцов размерами 25 25 254 мм типа ФП по пункту 4.22.3.1 ГОСТ 8269.0-97;
— реперы (рисунок 13 ГОСТ 8269.0-97) из коррозионно-стойкой нержавеющей стали по ГОСТ 5632;
— штангенциркуль по ГОСТ 166 с диапазоном измерений не менее чем 0-300 мм;
— стержень контрольный для измерения деформаций длиной, равной длине образца с реперами, из коррозионно-стойкой нержавеющей стали по ГОСТ 5632;
— устройство для измерения деформаций образцов, состоящее из штатива по ГОСТ 10197 и индикатора по ГОСТ 577, обеспечивающего измерение линейных размеров с погрешностью не более 0,01 мм;
— весы лабораторные по ГОСТ Р 53228 не ниже класса точности II для взвешивания до 2 кг;
— оборудование для приготовления мелкозернистого бетона по ГОСТ 310.4;
— стержень стальной (штыковка) диаметром 16 мм для уплотнения бетонной смеси;
— сульфат натрия категории чистый для анализа (ч.д.а.) или химически чистый (х.ч.) по ГОСТ 4166;
— вода дистиллированная по ГОСТ 6709;
— песок стандартный монофракционный по ГОСТ 6139.
6 Изготовление образцов и подготовка к испытаниям
6.1 При изготовлении образцов используют мелкозернистый бетон следующего состава: вяжущее, в том числе с химическими и минеральными добавками, и монофракционный песок в соотношении 1:2,75 по массе. Приготовление и уплотнение бетона в форме выполняют по ГОСТ 310.4. Водоцементное отношение подбирают таким образом, чтобы расплыв конуса бетонной смеси при испытании на встряхивающем столике по ГОСТ 310.4 составлял 106-115 мм.
6.2 Из бетонной смеси формуют 15 образцов размерами 25 25 254 мм с реперами. Образцы в формах закрывают полиэтиленовой пленкой и помещают в среду с относительной влажностью не менее 90% при температуре (20±3)°С на период (24±0,5) ч.
6.3 Через (24±0,5) ч образцы извлекают из форм, тщательно очищают от загрязнения лунки реперов и помещают на 27 сут в ванны с дистиллированной водой при температуре (20±3)°С, в горизонтальном положении на подкладки, так чтобы образцы не соприкасались друг с другом. Вода должна окружать образцы со всех сторон слоем не менее чем 20 мм.
6.5 Для проведения испытания приготовляют 5%-ный раствор сульфата натрия из расчета 50 г безводной соли сульфата натрия на 950 мл дистиллированной воды.
6.6 Выполняют штангенциркулем измерение длины образцов без учета длины выступающей части реперов (начальная длина бетонных образцов). Измерение выполняют с точностью ±0,1 мм.
6.7 Перед началом испытаний устройство для измерения деформации регулируют по длине образцов. Первоначальный отсчет по индикатору фиксируют установкой контрольного стержня.
6.8 Неизменность показания индикатора проверяют установкой контрольного стержня перед началом, в процессе испытаний и по их окончании.
7 Проведение испытаний
7.1 Испытания образцов выполняют в 5%-ном растворе сульфата натрия и дистиллированной воде при температуре (20±3)°С.
Соотношение объема раствора (воды) в кубических сантиметрах к квадратному сантиметру поверхности образцов должно быть не менее 5:1.
7.4 Измерение деформаций следует выполнять через 7, 14, 28 сут и далее каждый месяц до 12 мес. При этом образцы извлекают из раствора (воды), обтирают влажной тканью, осматривают, фиксируя дефекты (трещины, изгиб образцов), протирают лунки реперов и немедленно выполняют измерения, после чего образцы вновь погружают в раствор сульфата натрия и воду. Испытания прекращают при появлении трещин или по достижении приращения деформаций образцов в растворе сульфата натрия, равного 0,1%, по сравнению с образцами, испытываемыми в дистиллированной воде.
Бетон сульфатостойкий — характеристика, технология
В производстве бетонных смесей, устойчивых к коррозии этого типа, в качестве вяжущего вещества используют специальный сульфатостойкий цемент (ГОСТ 22266-2013).
Разновидности
Строительные смеси, устойчивые к воздействию агрессивных факторов, делятся на такие типы:
Портландцемент увеличивает устойчивость бетонных смесей к перепадам температур, снижает агрессивность сульфатов, если эти вещества содержатся в материале в большом количестве.
Процедура приготовления
Собственноручное создание сульфатостойкого цемента М300 начинается с приобретения 360 килограмм сульфатостойкого портландцемента, 850 килограмм взятого из реки песка, 1100 килограмм гранитного щебня, 190 литров воды и 5–10 килограмм добавок. В функционирующий бетоносмеситель заливается вода, а также насыпается цемент. Упомянутые компоненты тщательно перемешиваются между собой, а затем полученный состав дополняется заранее вычисленным количеством песка и щебня. Дальше на протяжении 10–15 минут материал подвергается перемешиванию и заливается в предварительно подготовленную опалубку.
Способы получения
Бетон, имеющий нужные характеристики, получают 2 способами:
Обозначение
Сульфатостойкие цементы отличить просто – достаточно правильно истолковать маркировку. В ней содержится основная информация о материале.
На примере ЦЕМ I 42,5Б СС ГОСТ 22266-2013:
Таким же образом можно прочитать маркировки других видов.
Кроме того, цемент с пластификаторами (ПЛ) и гидрофобизаторами (ГФ) должен иметь в маркировке соответствующие обозначения, например: ЦЕМ I 42,5Н СС ПЛ ГОСТ 22266-2013 (сульфатостойкий цемент класса прочности 42,5Н с пластификатором).
Низкощелочной цемент с содержанием R2O не более 0,6% обозначают как НЩ (ЦЕМ I 32,5Б СС НЩ ПЛ ГОСТ 22266-2013).
Виды цементов
При изготовлении сульфатостойкого бетона используют такие виды цемента:
Как изготовить?
Приготовление сульфатостойкого бетона мало чем отличается от производства обычного бетонного раствора. Для изготовления смеси понадобится песок, цемент в пропорциях один к трем. Перед добавлением минеральных добавок важно проверить их влияние на строительный материал. Все технологические компоненты должны быть подтверждены испытаниями.
Испытание проводится на схватывание раствора, для чего в процессе кипячения обеспечивается равномерность изменений количества смеси и проверяется ее схватывание, которое происходит не раньше сорока пяти минут от процесса твердения.
Также при изготовлении бетона используют гипсовый камень, воду, клинкер или другие материалы с содержанием сульфата кальция. Применение такого цемента по карману не каждому, поэтому используется он не так часто, как обычный бетон, но и характеристики его несравнимы с простой бетонной смесью.
Вернуться к оглавлению
Свойства
К основным свойствам сульфатостойких строительных смесей относятся:
Портландцемент М500 Д0.
Особенности
Гидротехнический бетон обладает рядом особенностей:
Цветной и белый портландцемент
Вместе с защищенностью от воздействия агрессивных факторов цемент должен обладать хорошими эстетическими качествами.
Существует 2 вида смесей:
Основной состав
Строительный материал состоит из таких веществ:
Область применения
Сфера использования обуславливается преимуществами цемента.
Еще одна марка сульфатостойкого цемента.
Смеси применяются для строительства объектов, подвергающихся негативным факторам окружающей среды:
Сульфатостойкий бетон используют для строительства фундаментов, гидротехнических сооружений, мостовых свай, железобетонных обсадных конструкций колодцев, речных и морских молов.
Технические характеристики
Обыкновенный или железобетонный раствор имеет очень слабую сопротивляемость к таким природным факторам:
Сульфатостойкий бетон отличается такими положительными характеристиками:
Требования к смеси
Бетон и железобетон активно используются в строительстве. Это прочные, надежные, долговечные материалы. Однако и они не лишены недостатков. В частности, подземная часть конструкций, подвержены воздействию грунтовых вод и влаги. А в воде, как известно, содержится множество сульфатов, солей и их соединений, способных нарушить целостность конструкции. Поэтому предусмотреть защиту от подобного разъедания вполне логично и даже необходимо.
Сульфатостойкий состав увеличит долговечность фундамента скорость его разрушения грунтовыми водами.
Оптимальным вариантом защиты от сульфатной коррозии в условиях регулярного водонасыщения является сульфатостойкий бетон.
Это единственный состав, который способен обеспечить надежную защиту конструкции от разъедания сульфатосодержащими смесями.
Используя сульфатостойкий бетон, увеличивается надежность постройки.
Существует 2 основных способа получить сульфатостойкий бетон: на обычном цементе со специальными модифицирующими добавками или на сульфатостойком цементе. Второй способ гораздо более предпочтителен и надежен, потому что он дает защиту на всех стадиях жизни конструкции. Бетон на обычном цементе с добавками тоже будет защищать изделия, но такая защита соизмерима с обработкой обуви водоотталкивающим составом. А сульфотостойкий цемент – это, по аналогии, резиновые сапоги. Разница существенна. Такие цементы принято разделять по видам:
Кроме того, существует градация по прочности сжатия на 28 сутки. В зависимости от показателей выделяют марки М300, М400 и М500. ГОСТ 22266-94 регламентирует содержание компонентов сульфатостойкого состава. Например, в портландцементе с минеральными добавками допускается не более 20% смеси пуццоланы и шлака, для шлакопортландцемента возможно заменить шлак золой (кислой) или пуццоланой в размере не больше 10% массы состава. В сульфатостойком портландцементе содержание ангидрида серной кислоты не может превышать 3-4%. Повышенное содержание веществ, реагирующих с содержащимися в воде сульфатами, чревато хрупкостью конструкции, ее внутренним разрушением. Правильно подобранная пропорция обеспечит не только устойчивость состава, но и уплотнение. Поэтому сульфатостойкий цемент обязательно должен соответствовать требованиям ГОСТа.
Бетон сульфатостойкий — характеристика, технология
Бетон сульфатостойкий представляет собой искусственный камневидный материал, изготовленный на специальном цементе, и способный, при контакте с агрессивной сульфатной средой, выдерживать длительное время без видимых признаков разрушения (сколов, коррозии, трещин).
Общие сведения
Проектирование бетонных конструкций — это сложная техническая задача, при урегулировании которой необходимо брать во внимание все условия их работы:
Содержание в воде (грунтовые воды, осадки и пр.) различных химических составляющих, таких как соли сульфатов, способных привести к значительным разрушениям (см. фото), заставило ученых задуматься о разработке специальных видов бетона.
Результатом таких исследований явилось появление на строительном рынке специальных сульфатостойких цементов и модифицирующих добавок, позволяющих получить качественные и долговечные материалы. Одним из наиболее распространенных видов таких материалов, полученных с помощью названных разработок, является сульфатный бетон.
Сульфатостойкий бетон — это смеси, приготовленные с применением модифицирующих добавок или на основе сульфатного цемента. Изделия, изготовленные с применением такой технологии, способны противостоять агрессивным воздействиям водной среды, температурным изменениям, деформации грунта и пр.
Материалы
Основным отличием сульфатных бетонов является использование в качестве основного вяжущего сульфатостойких цементов. Такие материалы производят путем совместного помола клинкера нормируемого минерального состава или посредством введения в их структуру активных минеральных добавок (АМД).
В зависимости от состава и способа изготовления, вещества можно разделить на несколько типов, это сульфатостойкий:
Примеры обозначений и рекомендуемые подклассы прочности отражены в таблице ниже.
Группа портландцементов
Портландцементы обладают высокой надежностью по отношению к сульфатной агрессии вследствие малого содержания гидроалюминатов кальция и невозможности создания в структуре значительного объема эттрингита.
В сравнении с традиционными медленнее набирают прочность в начальные сроки твердения. Низкая теплоотдача способствует их применению в массивных бетонных конструкциях.
СПЦ выпускается марки М400 и содержит в своем составе следующие компоненты:
Портландцемент с минеральными добавками (в основном М500)— это продукт совместного помола клинкера, двуводного гипса и активной минеральной добавки (АМД).
АМД — это активное тонкоизмельченное вещество, добавление которого в состав вяжущего позволяет получить бетон с высокими гидравлическими и пуццоланическими характеристиками.
Продукты гидратации цемента включают в себя 10–20 % хорошо растворимого в воде портландита (Ca(OH)2). Активные добавки, в присутствии воды, объединяют гидрооксид кальция в труднорастворимые композиции. В результате значительно увеличивается водостойкость и сульфатостойкость конструкций.
По механизму действия АМД делятся на три группы:
Портландцемент с добавками применяется для тех же целей что и обычный. Однако эксплуатационные характеристики конструкций, находящихся в проточной мягкой воде и под землей во влажных условиях, несколько выше показателей первого.
Изделия, изготовленные из такого материала, обладают самой высокой прочностью при изгибе — 6,0 Мпа, в сравнении с другими представителями данной категории материалов.
Шлакопортландцементы
Сульфатостойкий шлакопортландцемент — вяжущее вещество с ограниченным содержанием C3A (менее 8%). Представлен марками М300, М400.
Гипс присутствует в составе как замедлитель процесса твердения и как активатор твердения шлака.
Гранулированный шлак — это мелкие гранулы величиной 5–10 мм. Не обладает вяжущими свойствами, но способен быстро схватываться в присутствии катализаторов твердения.
По своим свойствам шлакопортландцемент близок к портландцементу, но его цена на 15—20% ниже стоимости последнего.
Допускается замена шлаковых гранул золой уноса (кислой) или пуццоланой в объеме, не превышающем 10% от общей массы цемента. При этом содержание SO3 в веществе не должно быть больше 3–4%.
Для улучшения свойств бетонной смеси разрешается введение гидрофобизаторов и пластификаторов, количество которых не должно превышать 0,3% от массы цемента.
Пуццолановые цементы — характеристика
Пуццолановый цемент также относится к группе сульфатостойких вяжущих и состоит из следующих компонентов:
Пуццолана — это смесь пемзы, вулканического пепла и туфа. Количество добавки регулируется опытным путем, в зависимости от заданных характеристик бетона, и может составлять от 20 до 40%.
Пуццолановый портландцемент отличается от обычного, низкой плотностью (2,8–2,9 г/см2) и светло-серым оттенком.
При производстве бетонных смесей образуется довольно вязкая смесь, в сравнении с применением обычных цементов. Чтобы получить раствор нормальной густоты в бетон добавляют воду (30–40%), что отрицательно сказывается на качестве смеси.
Подсказки: во избежание такой проблемы — необходимо на 5–10% увеличить расход цемента или добавить пластификатор.
Из-за прочного соединения свободного гидроксида кальция с пуццолановой добавкой бетонная поверхность не подвержена коррозии выщелачивания, а также не разрушается под действием морских и минерализованных вод.
Требования к структуре
До 80% от общего объема сульфатостойкого бетона составляют крупные и мелкие заполнители. Правильный расчет и подбор таких материалов может значительно сократить расходы цемента, снизить себестоимость строительства и продлить долговечность конструкций.
Фракция заполнителя и его химический состав должен соответствовать требованиям и нормам ГОСТ 10268-80, а также условиям, изложенным в СНиП II-28-73.
Жесткий каркас из качественного заполнителя позволяет в несколько раз увеличить прочность, снизить модуль деформации и до минимума сократить ползучесть конструкций под нагрузкой. Важным требованием для сульфатного железобетона, предназначенного для строительства коррозийностойких конструкций, является чистота песка и щебня.
Допустимое содержание примесей в используемом песке не должно быть выше 1%, а его зернистость равна 2 мм и выше. Щебень должен быть изготовлен из горных пород плотной структуры (без прослоек). Прочность на сжатие не должна быть ниже 60 Мпа.
Приготовление
Чтобы приготовить 1 м3 сульфатостойкого бетона (М300) своими руками необходимо иметь следующий набор материалов:
В зависимости от выбранного способа приготовления и нужного объема материала понадобятся следующие инструменты:
Инструкция по изготовлению и порядок работ:
Как видим сульфатостойкий бетон — это несложно. По своему составу и способу приготовления он ничем не отличается от обычных бетонов. Вы можете сами убедиться в этом, посмотрев видео в этой статье.
