Публикации »

Проблемы качества бетона в строительстве

Повышение качества строительства, долговечность зданий и сооружений — общая цель для поставщиков сырьевых материалов, потребителей этих материалов при производстве железобетонных конструкций и строителей при монтаже объектов.

В Москве и Московской обл. с каждым годом увеличивается ввод как жилых домов, так и зданий социально-культурного и бытового назначения. За 2004 г. в Москве построено 5 млн. кв. м жилой площади, в области — 5,6 млн. кв. м.

Темпы строительства потребовали применения укороченных режимов тепловлажностной обработки (6–8 час.) бетонных и железобетонных изделий в строительной индустрии и укороченных сроков до момента снятия опалубки при монолитном строительстве.

Проблема состоит в том, что для выполнения вышеуказанных условий строительства необходимы более качественные сырьевые материалы. Особенно это касается цементов, качество которых должно приближаться к требованиям евростандартов.

Все российские цементы соответствуют требованиям отечественных стандартов, но не соответствуют ускоренным темпам строительства, например в Москве, т. к. в укороченное время твердения требуемая прочность достигается с дополнительным расходом цемента.

На состав и качество бетона, наряду с химическим и минералогическим составом цемента, большое влияние оказывают степень тонкости помола и гранулометрический состав. Тонкость помола является одним из важных факторов увеличения активности и скорости твердения цемента. При повышенной дисперсности цементных зерен увеличивается количество новообразований гидратов при твердении цемента, повышается степень гидратации и, как следствие, прочность увеличивается.

Результаты исследований многих цементов, поступающих на московское строительство, показали, что удельная поверхность их составляет 280–330 кв. м/кг. Из этого следует, что большинству оте-чественных цементов далеко до критического предела тонкости помола, при котором следует опасаться усадочных деформаций, понижения прочности во времени и уменьшения долговечности.

В результате промышленного применения цементов с удельной поверхностью 280–330 кв. м/кг на предприятиях строительного комплекса Москвы выявлено:
 -  замедленные сроки схватывания (начало 2,5–3,0 час. — конец 4,0–4,5 час.) не дают возможности в укороченные циклы тепло-влажностной обработки (ТВО) получить 70% проектной прочности;
 -  значительное водоотделение приводит к ослаблению конструкций и трудозатратам на доводку бетонной поверхности шлифованием.

В связи с вышеуказанным, улучшение потребительских свойств цементов применительно к условиям строительной индустрии и монолитного возведения зданий в Москве является актуальным и своевременным.

Цементы российских производителей соответствуют требованиям отечественных стандартов, но требования, заключенные в стандартах, не соответствуют современным потребностям строительной индустрии Москвы.

В основном цементы России имеют более грубый помол и обладают следующими качествами:
 -  удельная поверхность 290–330 кв. м/кг;
 -  сроки схватывания: начало 2,5–3,0 час. — конец 4,5–5,0 час.;
 -  постоянное наличие значительного водоотделения.
 
Все вышеперечисленное не дает возможности в укороченные сроки достигать отпускной прочности, что ведет к перерасходу цемента. При значительном водоотделении на поверхности уложенной бетонной смеси выступает вода толщиной до 2–5 см.

В процессе ТВО испарение воды при­водит к шелушению бетонной поверхности, ослаблению конструкции, увеличению трудозатрат, связанных с выравниванием бетонной поверхности шлифованием.

Учитывая опыт применения на московских предприятиях (ОАО «ДСК-1», ОАО «ДСК-2», ОАО «ДСК-3», ОАО «ЖБИ-6», ОАО «ЖБИ-23» и т. д.) российских цементов (Щуровский, Михайловский, Себряковский, Мальцовский, Старооскольский и т. д.), выявлены основные характеристики, которые должны иметь цементы для московских темпов строительства:
 -  удельная поверхность — 370–400 кв. м/кг;
 -  начало сроков схватывания — до 2 час.;
 -  конец схватывания — 3,0–3,5 час.;
 -  отсутствие водоотделения в бетонной смеси.
 
Этим характеристикам на сегодня отвечают только следующие портландцементы:
1. Старооскольский CEM I 52.5 N и CEM I 42.5 R.
2. Щуровский П/Ц 400 Д0.
3. Воскресенский П/Ц 400Д0, П/Ц 400 Д5.
4. Михайловский П/Ц 400 Д0 (только одна из технологических линий).
5. Горнозаводский П/Ц 500 Д0.
6. Мальцовский П/Ц 500 Д0Н.

ГУП «НИИМосстрой» успешно сотрудничает в направлении улучшения качества цемента с ОАО «Щуровский цемент», ОАО «Воскресенскцемент», ОАО «Евроцемент». В настоящее время для решения проблемы качества цемента есть все возможности.

Одним из факторов, снижающих качество бетонных конструкций, является применение одновременно от 3 до 5 видов цементов. Они отличаются химическим, минералогическим составом, сроками схватывания, темпами набора прочности, требуют разной температуры тепловлажностной обработки. Одни цементы набирают прочность быстрее, другие медленнее. Одни выдерживают температуру тепловой обработки до +70 0С, другие — до +80 0С. Стоит ли потом удивляться наличию трещин, околов, сколов и других нарушений структуры бетона? Недопустимо одновременно применять ПЦ400Д0, ПЦ400Д20, ПЦ400Д5, к тому же разных заводов-изготовителей. Недопустимо экономить на качестве и смешивать цементы различных видов и поставщиков, так как это ведет к трещинообразованию, сколам и другим нарушениям структуры бетона.

Одним из важнейших вопросов в технологической схеме производства изделий является выбор оптимальных режимов тепловлажностной обработки. Известно, что тепловлажностная обработка бетонных конструкций вызывает ускорение процессов твердения, изменения в химическом составе и структуре новообразований. В то же время тепловлажностная обработка, ускоряя процесс твердения, может приводить к некоторому недоиспользованию потенциальных возможностей цементов, полнее проявляющихся при обычном твердении. Это приводит к необходимости применять оптимальные режимы тепловлажностной обработки для каждой технологической схемы производства железобетонных изделий, для каждого вида пропарочных камер, для каждого вида портландцемента.

Влияние температуры на интенсивность роста прочности бетонов на цементах разного минералогического состава, кристаллической структуры и степени измельчения проявляется по-разному.

При тепловой обработке очень важно предварительное выдерживание, чтобы бетонные смеси достигли определенной критической прочности и последующее тепловое воздействие на бетон не сказалось отрицательно на его структуре. Во многих строительных организациях забывают, что это необходимо для получения качественного бетона.

Важное значение имеет изотермический прогрев. Если в российской литературе есть данные, что тепловую обработку можно вести при 80–95 0С, то в Европе 50–60 0С — щадящая температура, гарантирующая должное качество бетонных конструкций.

С учетом этого мы разработали оптимальные режимы тепловой обработки для каждого вида цементов. Например, для отдельных видах портландцементов можно получать качественную продукцию при температуре не выше 80–82 0С, другим цементам требуется температура не выше 70 0С, третьим — не выше 60 0С.

Другой проблемой, отрицательно влияющей на качество строительства, является внутренняя коррозия бетона за счет взаимодействия реакционно способного заполнителя со щелочами цемента. При этом явлении бетонная конструкция разъедается изнутри, что проявляется уже через несколько месяцев, особенно в условиях замораживания — оттаивания и влажной окружающей среды. Чтобы решить данную проблему, нельзя применять несовместимые между собой сырьевые материалы. Так, если цемент имеет высокое содержание щелочей (по СНиП разрешается до 0,6%, а фактически — до 1,0% и выше), то его нежелательно совмещать с заполнителями, где содержание аморфного диоксида кремния выше 50 ммоль/л. Есть заполнители, где эта величина выше нормы в 5–10 раз.

Если в составе вредных примесей в заполнителе цемента содержание щелочей выше 0,6%, а заполнитель реакционноспособный, можно провести обширное исследование в НИИЖБ по ГОСТ 8269.0-97 до состояния отсутствия или наличия коррозии.

Один из факторов, негативно влияющих на качество, — это участившиеся за последние годы явления вырывов кусков бетона из бетонных конструкций, так называемые «отстрелы» кусков бетона.

Выявлено, что основная причина «отстрелов» — это бетон, изготавливаемый на цементах и заполнителях, перевозимых в загрязненных вагонах с инородными веществами. Анализ каждого случая «отстрелов» институтами НИИЖБ и ГУП «НИИМосстрой» свидетельствует о том, что качество поставляемых цементов и заполнителей отвечает требованиям ГОСТ. Однако в каждом случае обнаруживается наличие вредных и опасных примесей, таких как магнезиальная известь, обожженный доломит, угольная пыль, которые пагубно влияют на структурообразование, прочностные показатели и долговечность бетона. При взаимодействии с водой в процессе гашения эти вещества увеличиваются в объеме и через короткий промежуток времени в бетонной конструкции происходят «отстрелы».

От количества и характера попавших в бетонную конструкцию примесей зависит длительность процесса «отстрела». Он может продолжаться от 1 месяца до нескольких лет, т. к. присутствие вредных примесей обнаруживается не сразу, что особенно опасно. Создавшаяся ситуация угрожает жизни людей и вызывает дополнительные материальные и трудовые затраты на ремонтные работы. В советские времена имелось меньше подобных дефектов, потому что требования к очистке вагонов были более жесткими.

Наряду с вышеизложенным вызывает беспокойство большое количество строительных дефектов при монолитном возведении объектов:
 -  отсутствие проектной прочности, что вызывает необходимость в усилении конструкций;
 -  применение ржавой арматуры;
 -  применение некачественной опалубки;
 -  применение некачественной смазки, что приводит к загрязнению цементным раствором опалубки, некачественной («рваной») поверхности конструкций;
 -  массовое недоуплотнение бетона в местах сопряжения стен, колонн с перекрытиями (пустоты);
 -  кривизна стен;
 -  отсутствие квалификации специалистов служб качества;
 -  входной и операционный контроль с отступлениями от научно-технической документации (НТД) и т. д.
 
Целям повышения качества строительства отвечает распоряжение руководителя московского строительного комплекса В. И. Ресина № 100 от 01.12.03 г. «О повышении качества строительства и предотвращении коррозии железобетонных и бетонных конструкций на объектах городского заказа».

На основании вышеуказанного распоряжения ГУП «НИИМосстрой» и НИИЖБ разработали Технические рекомендации по обеспечению качества бетонных и растворных смесей и предотвращению коррозии железобетонных изделий (ТР 166-04).

Рекомендации предназначены для специалистов заводов сборного железобетона, производителей товарного бетона и его потребителей, карьероуправлений и цементных заводов. В рекомендациях представлены способы предупреждения внутренней коррозии бетона, допускаемые сочетания цементов и заполнителей, характеристика клинкера различных цементов, содержание растворимого в щелочах кремнезема в отдельных видах заполнителей, допустимое содержание и способы контроля вредных примесей в исходных материалах для бетона.

Наряду с этим рекомендованы дополнительные мероприятия по обеспечению качества бетонных и растворных смесей:
 -  по применению цементов улучшенного качества, приближающихся к требованиям евростандартов;
 -  по составам бетонных смесей с учетом особенностей технологических схем производства;
 -  по оптимальным режимам тепловлажностной обработки с учетом особенностей технологических схем производства изделий и камер пропаривания.
 
Представлены основные требования к бетонам, растворным смесям, вяжущим материалам, заполнителям, методам контроля. В рекомендациях приведен список нормативно-технической документации. Все это поможет работникам строительной отрасли в разрешении проблем качества бетона.

Автор: В. Ф. Афанасьева, Л. Л. Лазопуло
Дата: 10.10.2005
Журнал Стройпрофиль 6-05
Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование




«« назад