Специальные бетоны и растворы для замоноличивания стыков и изоляционных покрытий

Составы, обеспечивающие герметичность стыков емкостных сооружений, должны отвечать специальным требованиям, обусловленным, особенностями работы стыков этих сооружений, спецификой процессов сцепления старого бетона панелей и свежего состава замоноличивания. Отмечено, что проницаемость шва-контакта между новым и старым бетоном в стыке в 5-6 раз больше, чем основного бетона замоноличивания, она увеличивается еще больше за счет усадки нового бетона и нарушения сцепления со старым бетоном. Учитывая небольшие размеры стыков тонкостенных, элементов сборных железобетонных емкостей, необходимо применение замоноличивающих составов, хорошо заполняющих полость стыка и обеспечивающих в то же время плотную структуру после затвердения. Из особенностей работы стыков и сооружений в целом вытекает обязательность повышенной растяжимости растворов, применяемых для замоноличивания.

Все перечисленные требования послужили основанием для разработки специальных составов раствора и бетона - безусадочных и расширяющихся, повышенной водо-бензо-газонепроницаемости.

Такие составы получают применением специальных цементов или добавкой веществ, вызывающих расширение или уменьшение усадки цементного камня, при соответствующем подборе состава бетрна с целью получения структуры необходимой плотности.

Из большого числа безусадочных и расширяющихся цементов лишь немногие получили практическое применение ввиду нестабильности их основных свойств, требовательности к режиму, который должен быть обеспечен при укладке и твердении, сложности получения и высокой стоимости.

В настоящее время промышленностью выпускается три вида расширяющихся цементов: расширяющийся портландцемент (МРТУ 185-66 Мингазпрома СССР), гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГОСТ 11052-64), водонепроницаемый расширяющийся цемент, или ВРЦ (ТУ-66-50).

Для изоляционных работ нашли применение лишь два последних вида цемента, причем ВРЦ применяется только для торкрета.                               

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент может применяться для приготовления смесей, используемых для заполнения сть1ков и для изоляции поверхности методом набрызга. Гипсоглиноземистый цемент - быстротвердеющее вяжущее, сроки схватывания которого характеризуются: начало затвердения не ранее 20 мин, конец - не позднее 4 ч. Приготовление смесей может производиться лишь непосредственно у места укладки, они не допускают транспортировку ввиду быстроты схватывания. 

Линейное расширение образцов из цементного теста нормальной густоты при водно-воздушном режиме твердения составляет через одни сутки не менее 0,15%., а в возрасте 3 дней не менее 0,1%. Образцы из цементно-песчаного раствора в возрасте 3 суток при рабочем давлении до 10 кГ</см2 (изб.) показывают полную водонепроницаемость.

Технология приготовления и укладки растворов на основе гипсоглиноземистого цемента близка к технологии приготовления смесей с использованием портландцемента.

Опытную проверку в строительстве получили другие расширяющиеся цементы, приготовляемые по специальной технологии, позволяющей получать их в построечных условиях.

Один из этих цементов, напрягающий цемент (НЦ), позволяет получить растворы, которые при твердении в первые 5-10 суток способны расширяться в объеме около 2%, вызывая давление на стенки, препятствующие расширению, порядка 30-40 кГ]смг. НЦ является быстротвердеющим и быстросхватывающимся вяжущим, обеспечивающим в суточном возрасте 40-50% марочной прочности. Твердение происходит при значительном выделении тепла и влагопоглощении, что, с одной стороны, позволяет применять НЦ в зимних условиях, но с другой - требует обеспечения влажных условий в начальный период твердения и позволяет производить распалубку не ранее чем через 3-5 суток, во избежание быстрого остывания бетона и потери им влаги, в результате чего могут возникнуть глубокие или даже сквозные трещины.

Получают напрягающий цемент путем сухого совместного помола портландцемента, глиноземистого цемента и гипса в шаровых или вибромельницах при содержании компонентов 77; 14,9; 8,1% при помоле в шаровой и 76,5; 15; 8,5% - в вибромельнице. Тонкость помола должна соответствовать удельной поверхности 3600-3800 см2/г, проверяемой на приборах ПСХ-2 или ПСХ-4. Помол может производиться непосредственно на объекте.

Приготовление растворов, ввиду того, что начало схватывания НЦ происходит через 2-5 мин, а конец через 4-7 мин, может осуществляться только в непосредственной близости к месту укладки. Применение известных замедлителей схватывания ССБ, виннокаменной кислоты и других позволяет удлинить срок схватывания до 15-20 мин.

В НИИЖБ для замедления схватывания НЦ была предложена специальная технология, получившая название метода первоначальной частичной гидратации; метод заключается в предварительном перемешивании цемента НЦ с песком, имеющим влажность 4-5%, в течение 4-5 мин, после затворения водой перемешивание продолжается еще 3-5 мин.

Напрягающий цемент был применен Сибакадемстроем для заполнения стыков сборных прямоугольных резервуаров чистой воды емкостью 10 тыс. м3 и сборных фильтров и отстойников, сооружавшихся в период с 1965 по 1967 г. Использовался це-ментно-песчаный раствор состава 1:1 (НЦ:песок).
При производстве работ в зимний период, при среднесуточной температуре -15-20° С применялась добавка нитрита натрия в количестве 7% от воды затворения, при этом эффект расширения снижался в 2-3 раза.

Совершенно иной способ получения расширяющихся составов на обычном портландцементе путем применения комплекса химических добавок разработан Харьковским институтом инженеров транспорта и НИИУкрВодгео. Эти составы при влажном и водном режимах твердения расширяются, а при воздушном режиме уменьшают усадку. Расширение бетона начинается через 2 ч после затворения и продолжается в течение часа. Обычно приготовление смеси осуществляется непосредственно у места производства работ. Распалубку стыков производят через 3 суток.

Комплексная добавка включает хлористый кальций СаСl2, сернокислый алюминий А12(S04)3, алюминиевый порошок ПАК-3, сульфитно-спиртовую барду. Для лучшего и быстрого приготовления растворов химически чистые соли предварительно измельчают до фракции менее 5 мм. Растворы готовятся в отдельных емкостях, при применении металлических емкостей их стенки должны быть защищены битумной обмазкой во избежание коррозии. На основе ССБ и алюминиевого порошка готовится суспензия, которая перед использованием должна быть однородной. Для приготовления смесей применяют портландцемент марок 500, 600 и заполнители с максимальной крупностью 30 мм.
Бетон на обычном портландцементе с комплексной добавкой был применен для заполнения стыков в 1962-63 гг. при строительстве Главсевкавстроем парка из 9 резервуаров емкостью 10 тыс. м3 и 4 резервуаров по 2 тыс. м3. Конструкция вертикальных стыков шириной 120 мм была открытая, с соединением арматурных выпусков соседних панелей, расположенных через 1 м.

Длительная, почти семилетняя практика применения растворов с добавками для заполнения шпоночных стыков водопроводных и канализационных емкостных сооружений, выполненных строительным трестом № 3 Главленинградстроя, показала их эффективность. Все сооружения были сданы в эксплуатацию с первого предъявления при значительном сокращении сроков строительства и экономии средств. Для заполнения шпоночных стыков был применен цементно-песчаный раствор состава 1 :3, включающий оптимальную песчаную смесь, портландцемент марки 500 и химические добавки (от массы цемента): хлористый кальций 2,0%, сернокислый алюминий 2,0%., ССБ - 0,1%, алюминиевый порошок 0,01%, обеспечивающие получение требуемой марки 200 при осадке конуса смеси не больше 4 см.

Для заполнения стыков могут использоваться растворы, не обладающие эффектом расширения, но имеющие высокую водонепроницаемость за счет добавки водорастворимых солей и микронаполнителей.

Наиболее эффективной из минеральных добавок, повышающих прочность, морозостойкость, удобоукладываемость, обеспечивая полную водонепроницаемость, является бентонитовая глина в виде тонкомолотого порошка в количестве от 3 до 10% от массы цемента. Могут применяться также молотый песок, молотое стекло в количестве 25-30% от массы цемента.

Из водорастворимых добавок наилучшие результаты показали соли хлорного железа, нитрит натрия и абиетат натрия, которые позволяют получить смеси с нормальными сроками схватывания.

Следует отметить ограничение содержания хлорного железа в армированных конструкциях и стыках до 0,8% от массы цемента, ввиду возможного развития химической и электрокоррозии.

Добавки не являются дефицитными продуктами, стоимость их не сказывается существенно на стоимости растворов. Хлорное железо техническое выпускается промышленностью в соответствии с ТУ МХП 2113-49 или может быть получено путем обработки пиритных огарков соляной кислотой удельной массы 1,15-1,19 г/см3. Пиритные огарки должны иметь влажность не более 2%. Соотношение пиритных огарков и соляной кислоты 2,: 1 по массе. При пониженной температуре для интенсификации реакции добавляются металлические отходы в количестве 5-10% от массы кислоты. Металлическая емкость, используемая для этой цели, должна иметь защитное антикоррозионное покрытие. Получаемый в результате реакции раствор хлорного железа имеет объемную массу 1,3 г/см3 и хранится в закрытой стеклянной таре.

В связи с тем, что добавка хлорного железа повышает жесткость раствора, обычно она используется в комплексе с сульфитно-спиртовой бардой, берущейся в количестве 0,3% от массы цемента (в пересчете на сухое вещество).

Расход материалов для получения 1 м3 бетона марки 300 следующий: портландцемент марки 500-400 кг, песок речной (модуль крупности Мк 2; 2,5) -  630 кг, щебень гранитный (фракции до 30 мм) - 1140 кг, хлорное железо (сухое вещество) - 3 кг, ССБ (сухое вещество) - 1,2 кг. Обычноприменяют жесткие смеси с осадкой конуса не больше 4 см и В/Ц =0,5. Такие смеси применяют для замоноличивания открытых стыков.

Шпоночные стыки могут заполняться жестким цементно-песчаным раствором, при этом содержание хлорного железа может, быть увеличено до 2%. Раствор с таким количеством добавки становится быстросхватывающимся. Исследованиями, проведенными в лаборатории строительных материалов ЛИИЖТа, установлено, что образцы из бетона, содержащего добавку хлорного, железа в количестве 0,8%, при испытании на водонепроницаемость в 7 - дневном возрасте выдержали давление 7 кГ/см2 а в 60-дневном -15 кГ/см2 (изб.). Наилучшую водонепроницаемость показали образцы с содержанием хлорного железа 1,61% и хлористого кальция 0,83%. от массы цемента.

Работа, проведенная М. Г. Давидсоном на кафедре строительного производства Ленинградского инженерно-строительного института по изучению добавки абиетата натрия в бетоны с целью повышения их водонепроницаемости, и практическое применение этих смесей для замоноличивания стыков и устройства монолитных конструкций резервуаров доказали эффективность добавки.

Бетоны с добавкой абиетата натрия в количестве 0,05% к массе цемента, считая на сухое вещество абиетиновой смолы, приняты ЛО Теплопроекта для изготовления сборных элементов прямоугольных резервуаров под мазут емкостью 10000 м3 и для замоноличивания горизонтальных и вертикальных стыков между ними. Применительно к этим резервуарам институтом разработана «Инструкция по обеспечению водонепроницаемости резервуаров и гидравлическому испытанию их», в которой изложен весь комплекс мероприятий по обеспечению водонепроницаемости, включающих применение добавки абиетата натрия как одну из основных мер.

Применение добавки абиетата натрия должно сочетаться с надлежащим подбором состава бетонной смеси (признано рациональным осуществлять подбор методом абсолютных объемов). В бетонной смеси должно быть определенное количество тонких частиц (размер меньше_0,2 мм) и песка при общем количестве мелкого заполнителя 45-55%, с соблюдением условия, чтобы размер крупного заполнителя не превышал 1/3 наименьшего размера стыка, % расстояния между арматурными стержнями и был не более 70 мм.

Абиетат натрия выпускается промышленностью в виде кристаллов, приготовление добавки заключается в их растворении водой до получения раствора необходимой концентрации. Он может быть также получен путем растворения абиетиновой смолы концентрированным раствором едкого натра с последующей добавкой воды с тем, чтобы содержание едкого натра в использованном количестве воды составило 3%. Получаемый раствор абиетата натрия вводится в воду затворения при приготовлении бетонной смеси в количестстве, зависящем от содержания в ней цемента, обеспечивая указанное соотношение 0,05%, от - массы цемента в пересчете на абиетиновую смолу.

Введением добавки обеспечивается, кроме повышения водонепроницаемости бетона, снижение водоотделения, уменьшение расслоения, но сроки схватывания удлиняются и замедляется нарастание прочности в начальный период твердения.

Кроме перечисленных, могут применяться другие добавки. Кремнийорганические жидкости ГКЖ-94, ГКЖ-Ю, ГКЖ-П повышают прочность при центральном и внецентренном растяжении, водонепроницаемость и стойкость к агрессивным воздей-. ствиям, позволяя получать бетоны с водонепроницаемостью В2, В4. Жидкости ГКЖ-Ю и ГКЖ-П вводятся в виде готовых растворов, ГКЖ-94 применяется в виде 50%-ной водной эмульсии, которая приготовляется в быстроходном смесителе со скоростью вращения 8000-10 000 об/мин. Исходными материалами являются 1%-ный раствор и 100%-ная жидкость ГКЖ-94, взятые в отношении 1:1. Перемешивание производится многократно, с перерывами, до получения стабильной эмульсии. После приготовления эмульсия фильтруется и проверяется на однородность. Эмульсия вводится в смесь вместе с водой затво-рения, как и другие добавки, первоначально с ней перемешивается, после чего в смеситель загружаются сыпучие составляющие.

Добавки латексов обеспечивают повышение водонепроницаемости на одну марку в Сравнении с составами без добавок (например, с В2 до В4), повышают сопротивление растяжению на 15-20%, но при снижении прочности на - сжатие в месячном возрасте на 10-15% и замедлении процессов схватывания и твердения, которые могут быть, однако, выровнены добавкой ускорителей твердения, например, хлорного железа или хлористого кальция в количестве от 0,8 до 2% от массы цемента с учетом указанного ограничения применения этих добавок в армированных конструкциях.

Латексы при смешивании с цементом быстро коагулируют, поэтому необходимо применять стабилизаторы (ОП-7, растворы казеина в едком натре или калии и др.) в количестве от 2 до 10% от массы латекса.

Выдерживание смесей с добавками латексов должно производиться по комбинированному режиму: в первые 7-10 суток необходимо создать влажный режим твердения, в последующий период - воздушно-сухой.