технология ТИСЭ

О ПЕСЧАНОМ БЕТОНЕ

Каждого, кто знакомился с технологией ТИСЭ, интересо­вал состав смеси, прочность стеновых блоков, какими тепло­изолирующими характеристиками они обладают. Очень мно­гих одолевали сомнения: неужели на такой простой оснастке и своими руками так легко можно отформовать блок, выдер­живающий более 100 тонн, и который обладает высокой степе­нью морозостойкости.

Да, это так, что было подтверждено и теорией строитель­ных материалов, и испытаниями, и немалым опытом строи­тельства.

На начальных этапах освоения технологии ТИСЭ в качест­ве бетонного раствора предлагалось использовать смесь це­мента и песка (1 : 3) с небольшим содержанием воды (жест­кая смесь).

Идея использования такой смеси для формования стено­вых блоков пришла автору при просмотре одной из книг по строительной технологии.

"Материаловедение для каменщиков, монтажников конструкций", К. Н. Попов, М., Высшая школа. 1991г.

"...Марку цемента определяют по прочности на изгиб и сжатие образцов - балочек, изготовленных из цементно - песчаного раствора с весовым соотношением 1 : 3, и твердев­ших в нормальных условиях 28 суток при температуре (20()С).

Для изготовления трех образцов отвешивают 500 г порт­ландцемента и 1500 г стандартного песка (модуль крупности Мк=2,5...2,7). Смесь перемешивают и заливают 200 г воды (В/Ц=0,4) Тщательно перемешивают до получения однород­ной массы.

Приготовляемая растворная смесь не является кладочным или штукатурным раствором, а представляет собой как бы мо­дель бетона, поэтому она значительно менее пластична, чем традиционная растворная смесь, которой пользуются камен­щики и штукатуры. Создается жесткая смесь.

Теоретически, для твердения цемента, для протекания про­цесса его гидратации, требуется В/Ц = 0,2....0,25, но расход во-

Ды увеличивают для повышения удобоукладываемости рас­твора.

Смесь закладывают в разъемную металлическую форму, предназначенную для формования трех образцов размерами 40 х 40 х 160 мм. Смесь уплотняется либо вибрацией на вибро­столе в течение 3 минут, либо - послойным штыкованием (ручная трамбовка).

Прочность образцов - балочек определяют, испытывая их сначала на изгиб (рис. 6.9, а), а образовавшиеся половинки - на сжатие (рис. 6.9, б).

Предел прочности на сжатие Исж для образца вычисляют по формуле Исж = Р / F, где

Р - разрушающая нагрузка (кГ), F - площадь металлических накладок (см2).

. Предел прочности на сжатие цемента вычисляют по ре­зультатам шести испытаний, как среднее арифметическое че­тырех результатов (наибольший и наименьший не учитыва­ют...)".

Величина Исж в (кГ/см2) и будет соответствовать марке цемента. Так цемент, образцы которого разрушились при дав­лении 400 кГ/см2, будет иметь марку 400.

Именно такой процесс формования смеси песка и цемента было решено использовать при изготовлении стеновых бло­ков. Такой подход позволил получить для стеновых блоков

Максимально возможные прочностные характеристики, кото­рые можно создать с данным цементом.

Например, если площадь опоры стенового блока ТИСЭ-2 - около 600 см2, то при марке цемента 400, этот блок должен выдержать на сжатие около 240 т. Правда есть такой параметр, который показывает различие между результатами испытания образцов и уровнем предельных напряжений в реальных изде­лиях, изготовленных из тех же материалов и по той же техно­логии, что и образцы. Этот параметр зависит от геометрии из­делия: чем меньше относительная толщина стенок реальной конструкции, тем меньше этот коэффициент. В среднем, проч-. ность изделий уменьшается в 0,4...0,6 раз по отношению к прочности образцов.

Таким образом, вполне реально, чтобы наш стеновой блок смог выдержать на сжатие около 120 тонн. Если стеновой блок, отформованный с модулем ТИСЭ, подвержен длитель­ной эксплуатации в условиях замораживания и оттаивания (блоки, расположенные во влажном грунте), то его реальная прочность снижается ещё вдвое. Это - около 60 тонн.

Если стеновые блоки не находятся в грунте, не намокают, защищены от попадания влаги или они находятся под слоем теплозащиты и не подвержены замораживанию - оттаиванию, то их расчетная прочность сохраняется на уровне 120 тонн.

Тем не менее, и 60 тонн - достаточно высокая величина. Один пустотный стеновой блок, отформованный с модулем ТИСЭ-2, может выдержать вес небольшого каменного дома с бетонными перекрытиями (рис. 6.10).

При дальнейшем изучении материалов, касающихся разра­ботанной технологии, автор получил много подтверждений выбранной позиции.

"Бетонныеработы", А. А. Афанасьев., М., Высшая шко­ла., 1991г.

"..Жесткие бетоны при хорошем уплотнении обладают большей прочностью, чем подвижные, при одном и том же рас­ходе цемента. Применение жестких бетонов позволяет эконо­мить 10...20% цемента...".

"..Жесткая смесь имеет наименьшее водоцементное соот-

Ношение (В/Ц)...... Морозостойкость повышается при сниже­нии В/Ц... В настоящее время созданы бетоны с морозостойко­стью 600...800 циклов, например, бетоны на мелкозернистых заполнителях - песках.".

"...Особо жесткие смеси используют при изготовлении изде­лий по технологии, предусматривающей их немедленную рас­палубку.... Для повышения морозостойкости конструкций и увеличения их механических характеристик в дорожном строительстве применяют бетоны повышенной жесткос­ти...".

"... Для уплотнения жестких бетонных смесей при устрой­стве покрытий небольшой толщины используется трамбова­ние. Применяют пневматические или ручные трамбовки. Сме­си уплотняют слоями толщиной 10...15 см".

Стройинформ., 2001г., "Песчаный бетон:родина - Рос­сия", К. Львович, проф., НИИЖБ.

"... Известный уже более века песчаный бетон стал предме­том систематических исследований с середины пятидесятых годов, что было связано, в первую очередь, с организацией про­изводства железобетона в 'регионах, где отсутствуют место­рождения крупного заполнителя...".

"...Песчаный бетон, как правило, обладает высокими физико - механическими характеристиками по сравнению с бетоном на крупном заполнителе... ".

"...Бортовые камни из песчаного бетона, находившиеся 25 лет в эксплуатации, не имели следов разрушения, в то время, как бортовые камни из тяжелого крупнозернистого бетона, изготавливаемые по традиционной технологии, разрушились через 2-3 года от размораживания".

. "Песок - единственный заполнитель в песчаном бетоне, на­иболее дешевый и повсеместно распространенный строитель­ный материал, стоимость которого в России в 2 - 3 раза ниже стоимости щебня ив 6 - 8 раз - керамзитового гравия...".

Высокие показатели блоков, отформованных по техноло­гии ТИСЭ, были подтверждены комплексными испытаниями в КТБ Мосоргстройматериалы, проведенными в начале 1995 г. Блоки, отформованные с опалубкой ТИСЭ-2 с использовани­ем цемента марки 400, выдержали больше 100 т. При испыта­нии на морозостойкость после 50 циклов их прочность снизи­лась на 10% (по СНиП допускается - 25%).

Применение жесткой пескобетонной смеси в индивидуаль­ном строительстве пока не столь распространено. Для многих начинающих и даже профессиональных строителей это в но­винку. Поэтому на составе применяемых жестких смесей при­дется остановиться более подробно.'

Для правильного подбора состава пескобетонной смеси и ухода за созревающим бетоном, необходимо знать как харак­теристики самих составляющих смеси, так и технологические особенности создания пескобетона.

Немент

Портландцемент - гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера и не­большого количества гипса (1,5...3%).

Соотношение компонентов сырьевой смеси, необходимой для создания цемента, выбирают с тем расчетом, чтобы полу­ченный при обжиге портландцементный клинкер имел следу­ющий химический состав (%): СаО - 62...68, Si02 - 18...26, АІ203 - 4...9, Fe203 - 2...6. Для получения клинкера чаще все­го используют известняк и глину (добываемые отдельно) в со­отношении 3 :1 (по весу). Приготовленную смесь подают на обжиг во вращающуюся печь, где при температуре 1200..,1450°С происходит обжиг - образование цементного клинкера - твердых кусков размером в горошину или орех се­рого цвета. В шаровых мельницах куски клинкера тонко раз­малываются с гипсом и другими добавками (тонкость помола - менее 0,08 мм).

Обращаем внимание некоторых индивидуальных застрой­щиков, которые очень ревностно относятся к экологии жилья, что эти природные минеральные составляющие цемента - экологически нейтральны. Низкий уровень экологической бе­зопасности бетонных домов - в гранитном щебне и малой воз­духопроницаемости стен.

Свойства портландцемента зависят от его минерального состава и тонкости помола. Чем тоньше помол, тем цемент бы­стрее твердеет.

Насыпная плотность цемента - 1100 ...1200 кг/м3, в уплот­ненном состоянии - до 1700 кг/м3.

Твердение цемента - химический процесс, который проис­ходит при взаимодействии его с водой, сопровождающийся выделением тепла. Частицы цемента начинают растворяться, причем одновременно происходят гидролиз (разложение от­дельных минералов водой) и гидратация (присоединение во­ды), образуется цементное тесто, из которого позднее выпада­ют твердые кристаллы высокой прочности.

Процесс твердения портландцемента - достаточно дли­тельный процесс (месяцы и годы). Но с течением времени ско­рость нарастания прочности замедляется. Поэтому качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им в первые 28 суток твердения.

Срок схватывания - одна из основных характеристик твер­дения цемента. Он рассчитывается от момента затворения {соединение с водой). Начало схватывания должно быть не ранее чем через 45 минут, а конец - не позднее 10 часов. Такие сроки дают возможность транспортировать и укладывать бе­тонные смеси до начала схватывания. Эти показатели опреде­ляют при температуре 20° С. Если цемент затворяют горячей водой (более 40" С), то может произойти очень быстрое схва­тывание.

При твердении бетона в естественных условиях 50% проч­ности достигается через 2-7 суток. Эти сроки значительно удлиняются при пониженных температурах. При повышении температуры до 80° С сроки созревания бетона сокращаются в 8 - 10 раз.

На производствах ЖБИ для ускорения набора прочности бетонными изделиями применяют пропарочные камеры, где бетонные изделия набирают прочность, достаточную для транспортировки изделий, за 5 - 10 часов.

Работая по технологии ТИСЭ, надо учитывать, что приго­товленная смесь должна быть израсходована до начала момен­та схватывания (за 20 - 30 мин).

Противоморозные добавки

При температуре + 5° С бетонные смеси резко снижают скорость набора прочности. При температуре ниже 0° С хими­чески несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме на 9%. В результате в бетоне возникают напряжения, разрушающие его структуру.

При оттаивании процесс гидратации цемента возобновля­ется, но из - за разрушенной структуры бетон не может на­брать проектной прочности.

Экспериментами установлено, что если бетон до замерза­ния наберет 30 - 50% от проектной прочности, то дальнейшее воздействие низких температур не влияет на его физико - ме­ханические характеристики.

При внесении химических добавок процесс твердения бе­тона будет протекать и при температурах ниже 0°С, но не­сколько замедленно (это свойство используется при бетони­ровании столбов в условиях вечной мерзлоты). Скорость на­бора прочности бетоном зависит от температуры и химическо-

Если противоморозные добавки действуют до температуры - 15°С, то можно принять следующие параметры скорости на­бора прочности бетоном (табл. 6.4).

Добавки водят в видр, водных растворов в процесс приго­товления бетонных смесей в количестве 2...10% от массы це­мента.

В качестве противоморозной добавки может быть исполь­зована обычная пищевая соль, смесь её и хлорида кальция:

- 5% водный раствор пищевой соли (на 40л воды - 1 кг со­ли) замерзает при - 5°С;

- раствор 6% пищевой соли и 9% хлорид кальция (ХК) (на 100 литров воды - 2,5 кг соли и 4 кг хлорид кальция) замерза­ет при - 15°С.

В качестве противоморозных добавок применяют и другие соли: нитрит натрия (НН), нитрат кальция (НК), нитрит - ни­трат кальция (ННК), поташ (П) и их соединения. Соли вводят в бетонную смесь только в виде водных растворов.

В настоящее время на рынке строительных материалов по­явилось достаточно много весьма эффективных отечествен­ных противоморозных добавок в жидком и в сухом виде.

Заполнитель песчаного бетона - песок

Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и сущест­венно влияют на его прочность, долговечность и стоимость. В технологии ТИСЭ для формования стеновых блоков основ­ной заполнитель - песок, но не любой.

Немедленная распалубка требует повышенной жесткости для раствора. Пластичные растворы, включающие мелкие

Фракции песка, - не подходят для этой цели. Мелкие и пыле - ватые пески идут только на штукатурку и на кладочный рас­твор, но не для формования стеновых блоков с немедленной распалубкой.

В случае, когда нет песка с крупной или средней фракцией, приходится брать мелкий песок. Бетонная смесь с таким пес­ком требует очень тщательной дозировки воды. При незначи­тельном избытке влаги, формуемые блоки после распалубки "плывут" (рис. 6.11). Именно в этом и состоит ограничение по выбору подходящего песка.

Основная цель заполнителя - образовать скелет, основу для сохранения формы после распалубки. Смесь мелкого пес­ка с цементом и водой больше напоминает сметану, а смесь це­мента с крупным песком - влажный грунт.

Мелкий песок не может создать достаточно жесткую про­странственную структуру (рис. 6.12, а). Смесь крупного и мелкого песка - идеальный заполнитель для этой цели (рис. 6.12, б).

Б

Наилучший вариант, если песок представляет собой рых­лую смесь зерен, когда крупность зерен колеблется от 0,14 До 5мм. Количество мелких зерен, проходящих через сито 0,16мм в песчаных бетонах не должно быть более 10%.

Чем больше в песке мелких зерен, тем больше его удельная поверхность и тогда для соединения зерен песка в растворе или бетоне потребуется больше цемента.

По зерново, му составу пески подразделяются на группы, приведенные ниже (ГОСТ 8736 - 85) - табл. 6.2.

Водопотребностпъ песка - наибольшее количество воды, которое может быть принято сухим песком в весовом отноше­нии.

Как видно из таблицы мелкий песок может принять влаги в 2 раза больше, чем крупный песок, благодаря большей по­верхности смачивания зерен.

Для составления смеси важным параметром является плотность песка. Она изменяется с изменением его влажности своеобразным образом:

- совсем сухой песок имеет насыпную плотность 1500кг/м3;

- при влажности 5% она уменьшается до - 1300 кг/м3;

- при влажности 15% и более она увеличивается до 1900кг/м1

Именно поэтому, когда требуется уплотнить песок, его про­ливают водой.

Используя песок, лежащий под открытым небом, в процес­се приготовления цементной смеси необходимо учитывать как повышение его плотности от дождей, так и наличие самой вла­ги.

При указании состава смеси всегда подразумевают весовое соотношение сухого песка и цемента. Если же дозирование - объемное, то изменение плотности песка от степени его влаж­ности - обязательно следует учитывать.

Пески делятся на природные, образовавшиеся в результате выветривания горных пород, и искусственные, получаемые в результате дробления твердых горных пород.

Горные (овражные) пески образуются в результате выве­ривания горных пород и последующего переноса продуктов выветривания ветром и ледниками. Угловатая форма и шеро­ховатость поверхности зерен способствуют хорошему сцепле­нию их с вяжущим. Недостаток таких песков - загрязненность глиной и примесями.

Речные и морские пески более чистые, но их зерна, как пра­вило, округлой формы в результате длительного воздействия движущейся воды. Наиболее вредная примесь в песке - глина, так как она препятствует сцеплению составляющих самой смеси.

Искусственные пески, используемые значительно реже, бы­вают тяжелые и легкие. Тяжелые пески получаются дроблени­ем плотных горных пород (базальт, диабаз, мрамор, гранит). Легкие пески получают дроблением пористый пород (пемза, туф) или изготавливают специально (перлитовый и керамзи­товый песок).

Присутствие в песке пылеватых и глинистых включений снижает прочность и морозостойкость бетона. В природном песке пылеватых и глинистых включений не должно быть больше 3% по массе, причем содержание собственно глины не должно превышать 0,5%.

Избавиться от загрязнений песка можно только его про­мывкой. Для этого песок помещают в деревянный ящик или металлическую ёмкость (бочку) и промывают его потоком во­ды. В большинстве случаев этого не требуется.

Важным для формования блоков является не только фрак­ции заполнителя, но и его прочность, пористость. При слабой прочности заполнителя сам отформованный блок также будет непрочным. При высокой степени пористости заполнителя снизится морозостойкость бетона.

Рода

Для приготовления бетона применяют воду, которая не должна содержать примесей, задерживающих твердение це­мента, вызывающих его коррозию. К таким примесям относят­ся кислоты и соли. Болотная вода, богатая органическими примесями, а также сточные воды, содержащие сахар, жир, кислоты и другие включения, для приготовления бетона так­же не пригодны. Обычно используют водопроводную воду, а в ряде случаев - морскую, если содержание солей в ней не превышает 5 г. /л.

Жесткость (подвижность) бетона

Жесткость пескоцементной смеси является основным па­раметром, обеспечивающим качественное формование изде­лий, высокую их прочность и морозостойкость.

Подвижность смеси зависит от водоцементного соотноше­ния (ВЦ). В практике индустриального строительства оно оценивается с помощью эталонного конуса - емкости высотой 300 мм с диаметром нижнего основания в 200 мм и диаметром верхнего основания - 100 мм (рис. 6.13).

Для определения подвижности смеси конус через воронку заполняют раствором, уплотняют его, а затем поднимают ко­нус, освобождая раствор. Смесь под собственным весом начи­нает оседать. Величина, на которую уменьшится высота рас­твора (осадка конуса) и будет характеризовать подвижность смеси (рис. 6.14).

При формовании блоков по технологии ТИСЭ не обяза­тельно прибегать к работе с эталонным конусом. Подвижность смеси должна быть такой, чтобы после сжатия смеси в руке она сохранила бы свою форму, а на ладонях не осталось бы следов цементного молока. Другой критерий требуемой жест­кости - появление на поверхности отформованного блока це­ментного молока.