Контроль качества бетонной смеси. Добавки в бетон

Организацию, периодичность  и методы проведения операционного  контроля устанавливают в стандартах предприятия на управление качеством  или технологических картах производства в зависимости от вида изготовляемых  изделий и конструкций, а также  принятой технологии.

Приемочный контроль качества готовых изделий и их маркировку следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 13015.1-81, ГОСТ 13015.2-81.

Приборы и измерительные  инструменты, применяемые при контроле и испытании готовых изделий, должны удовлетворять требованиям  стандартов и проверяться метрологическими организациями в установленном  порядке.

На изделия, принятые ОТК  и поставляемые потребителю, должен быть выдан документ об их качестве в соответствии с требованиями ГОСТ 13015.3-81

2. Добавки в бетон

Для регулирования свойств  бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки и активные минеральные компоненты, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси , делают её более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость , регулируют собственные деформации бетона , возникающие при его твердении , а также при необходимости изменять другие свойства бетона . Применение химических добавок и различных дисперсных минеральных компонентов в сочетании с соответсвующим подборам состава бетона позволяет эффективно управлять его технологией на всех её этапах и получать бетоны заданной структуры и свойств.

При приготовлении бетонов  использование вторичного сырья  промышленности, в частности зол, даёт большой экономический и экологический эффект

Золами обычно называют остатки от сжигания твердого топлива (угля, сланца, торфа). Размер частиц золы менее 0,14 мм. Более крупные зерна относят к шлаковому песку и щебню. Золы-уноса (дымоходные золы) более однородны по составу и свойствам, чем золы отвала (гидроудаления), поэтому они предпочтительнее для приготовления бетона. Пригодность золы для изготовления вяжущих и бетонов устанавливают путем опытной проверки химического состава и содержания вредных примесей, к которым относятся несгоревшие топливо, сера, негашеная известь, оксид магния. По виду сжигаемого топлива золы подразделяют на угольные, сланцевые и торфяные. В зависимости от модуля основности золы, как и шлаки, бывают кислые и основные (последние имеют M₀ > 1).

Химический состав зол  сильно колеблется в зависимости  от вида топлива. В угольных золах больше содержится SiO₂, в сланцевых и торфяных возрастает содержание СаО. Угольные и сланцевые золы в большинстве своем являются кислыми, золы горючих сланцев - основными.

Активностью золы называют ее способность при смешивании в  тонкоизмельченном виде с воздушной  известью и затворении водой твердеть в различных условиях. Активность повышается при наличии в золе кремнеземистого компонента или обожженных глинистых материалов и при повышении ее удельной поверхности. Зола является активным компонентом смешанного вяжущего и бетона, что обусловливает возможность ее эффективного использования для производства известково-зольных вяжущих, в качестве активной минеральной добавки в цементы и бетоны, для производства ячеистых бетонов. Химическая активность золы повышается при тепловой обработке бетона. Большей активностью обладают основные золы. Некоторые золы, полученные при сжигании сланцевой и отдельных видов торфа и бурового угля, после тонкого помола могут использоваться как низкомарочные вяжущие вещества.

Плотность золы составляет 1,75 ... 2,4 г/см³, однако плотность отдельных фракций может значительно отличаться от средних значений. Насыпная плотность золы колеблется от 600 до 1300 кг/м³. Плотность зависит от вида топлива и температуры сжигания, обычно увеличиваясь с повышением последней. Мелкие частицы топлива при пылеугольном сжигании сгорают на лету. При этом на их поверхности образуется плотная оболочка, а внутри они имеют пористую структуру. Пористостью частиц объясняется средняя плотность золы. Размеры частиц золы зависят от сырья, способа сжигания, места отбора пробы и обычно колеблются в пределах 5 ... 100 мкм.

Золы, используемые для изготовления железобетонных изделий, не должны содержать  более 5% несгоревшего топлива (золы от сжигания антрацита и каменного  угля - более 10%) и 1% серы, а также включений  негашеной извести. Зола должна выдерживать  стандартные испытания на равномерность  изменения объема, при этом образцы-лепешки  изготовляют из раствора нормальной густоты, сухая смесь которого состоит  из 1 ч. цемента и 3 ч. золы. К зерновому  составу золы обычно особых требований не предъявляется, но рекомендуется, чтобы  для ячеистых бетонов использовалась зола с удельной поверхностью более 2500 см²/г, а для плотных бетонов — не менее 1500 см²/г. С увеличением помола золы возрастает не только прочность бетона, но также водопотребность бетонной смеси и усадка бетона, поэтому оптимальный зерновой состав золы, а также содержание облагораживающих добавок (активизирующих золу, пластифицирующих бетонную смесь и др.) целесообразно устанавливать предварительными опытами для конкретного вида золы и бетона.

Золы используют в качестве тонкомолотой добавки для снижения расхода цемента и тепловыделения в изделиях для гидротехнических сооружений, заменяя часть цемента  золой, а также в тех случаях, когда по прочности бетона требуется меньший расход цемента, чем минимально допустимый по условию получения плотного бетона, и в самоуплотняющихся литых смесях для предохранения их от расслаивания. Золы используют для приготовления искусственных пористых заполнителей: аглопоритового и зольного гравия. Аглопоритовый гравий из зол ТЭС готовят методом спекания сырцовых гранул на решетках агломерационных машин. Зольные пористые заполнители приближаются по своим свойствам к керамзиту, но дешевле его. На зольных пористых заполнителях можно получать эффективные легкие бетоны.

Золы можно использовать также для приготовления безобжигового зольного гравия. Этот гравий получают на тарельчатых грануляторах из смеси золы с 10 ... 20% вяжущего: цемента, извести, гипса, гипсоцементно-пуццоланового вяжущего и др. Сразу после грануляции прочность гравия составляет 0,6 ... 1 МПа. После кратковременной тепловой обработки (2 ..3 ч) гравий приобретает прочность 1 ... 2 МПа и используется для приготовления бетона. Дальнейшее твердение гравия происходит непосредственно в массе бетона, что обеспечивает высокую монолитность материала. Безобжиговый зольный гравий имеет плотность 600 ... 900кг/м³ и прочность 4,5 ... 6 МПа (после нормального твердения в течение 28 сут). Из сырокатаных зольных гранул можно получать бетоны плотностью 900 ... 2000 кг/м³ и с прочностью 5 ... 40 МПа. Для облегчения гравия в него вводят отходы ячеистого бетона и другие пористые материалы.

Безобжиговый зольный гравий получают при меньших затратах топлива, чем обжиговые заполнители (25...30 кг усл. топлива и 40...60 кВт-ч электроэнергии на 1 м³ гравия вместо 90...ПО кг). Для изготовления безобжигового гравия помимо золы можно использовать различные тонкомолотые отходы промышленного производства. Поскольку для приготовления безобжигового гравия идет вяжущее вещество, его применение должно в каждом конкретном случае обосновываться технико-экономическим расчетом.

 Комплексные добавки

Химические добавки поставляются в виде водных растворов, порошков и  эмульсий. Большинство добавок растворимы в воде, и их вводят в бе тоносмеситель в виде предварительно приготовленного раствора. Некоторые добавки вводят в виде эмульсии (ГКЖ-94) или в виде взвесей в воде (ПАК). Оптимальная дозировка добавки зависит от вида цемента, состава бетонной смеси, технологии изготовления конструкции. Обычно применяют (% от массы цемента): пластифицирующих добавок - 0,1 ... 0,3; суперпластификаторов - 0,5 ... 1; воздухововлекающих добавок - 0,01 ... 0,05; ускорителей твердения - 1 ... 2. На практике оптимальную дозировку добавки определяют опытным путем.

Для получения эффекта  полифункционального действия применяют  комплексные добавки, включающие несколько компонентов, например, добавки, одновременно пластифицирующие бетонную смесь и ускоряющие твердение бетона, и др. Разработано большое количество разнообразных комплексных добавок, позволяющих осуществлять действенное управление свойствами и технологией бетона. Комплексные добавки условно можно разделить на пять групп: смеси поверхностно-активных веществ (I), смеси поверхностно-активных веществ и электролитов (II), смеси электролитов (III), комплексные добавки на основе суперпластификаторов (IV), сложные многокомпонентные комплексные добавки (V).

В комплексных добавках I группы наиболее часто применяют сочетание пластифицирующих компонентов диспергирующего действия и гидро-50 фобизирующих воздухововлекающих (СДБ+СНВ, ПАЩ+СПД) или гидро-фобизирущих газообразующих компонентов (СДБ+ГКЖ-94). Первые компоненты хорошо пластифицируют жирные бетонные смеси с высоким расходом цемента, вторые, наоборот, тощие бетонные смеси. Комплексные же добавки отличаются универсальным пластифицирующим действием на бетонные смеси разного состава.

На эффективность добавок  поверхностно-активных веществ определенное влияние оказывает их способность  по-разному адсорбироваться на клинкерных минералах цемента. По данным В. Н. Юнга и Б. Д. Тринкера, по адсорбционной способности к лигносульфонату кальция минералы располагаются в следующем порядке: С₃А > С₄АР > С₃8 > С₂8 . В противоположность гидрофилизируюшим гидрофобизирующие ПАВ хорошо адсорбируются (хемосорбируются) на силикатных и плохо - на ашоминатных составляющих клинкера. По данным М. И. Хигеровича и В. Е Байера, гидрофобные ПАВ совершенно не осаждаются на С-А, но прочно фиксируются на С₄АР,С₂5,С₃8 .

Вследствие различия в  сорбционной способности к минералам  цементного клинкера добавки показывают разную степень эффективности при  использовании различных по минералогическому  состав) цементов. СДБ оказываются более эффективны при применении алюминатных цементов, а гидрофобные добавки - при применении цементов с повышенным содержанием силикатов кальция.

В комплексных гидрофобно-пластифицирующих добавках отдельные компоненты как  бы дополняют друг друга, делая добавки  более универсальными по отношению  к цементам разного минералогического  состава.

Хорошо пластифицируя  бетонную смесь, комплексные добавки  I группы одновременно изменяют в нужном направлении структуру бетона и ее свойства. В результате в 2 ... 5 раз увеличивается морозостойкость бетона, на 1 ... 2 марки - его водонепроницаемость, повышается его коррозионная стойкость. Заданная подвижность бетонной смеси сохраняется в течение 2 ... 3 ч, что особенно важно при транспортировании смеси на большие расстояния и при бетонировании в условиях сухого жаркого климата. В ряде случаев на 5 ... 10% сокращается расход цемента для получения бетона с заданными техническими показателями.

Сочетание ПАВ с различным  механизмом воздействия на бетонную смесь может способствовать повышению  общего пластифицирующего эффекта. Например, введение в раствор СДБ  кубовых остатков синтетических  жирных кислот (КОСЖК) или кубовых  остатков высших жирных спиртов (КОВЖС) способствует снижению воздухововлечения и тем самым позволяет увеличить дозировку СДБ и соответственно подвижность бетонной смеси.

Интересным новым направлением является сочетание пластифицирующего  и стабилизирующего компонентов, например СДБ и полиоксиэтилена (ПОЭ) или СДБ и метилцеллюлозы (МЦ). Эти добавки позволяют получать бетонные смеси с повышенной связностью, что способствует транспортированию бетонной смеси по лоткам и трубопроводам, изготовлению изделий методом экструзии, обеспечивают нерасслаиваемость легких бетонных смесей.

Вместе с тем комплексные  добавки I группы несколько замедляют гидратацию цемента, что необходимо учитывать при изготовлении конструкций. Бетон с такими добавками следует выдерживать не менее 2 ч до тепловой обработки, скорость подъема температуры не должна превышать 15 ... 20°С/ч, а общая продолжительность тепловлажностной обработки должна составлять не менее 13 ч для бетонов на портландцементах и не менее 14 ч для бетонов на шлако- и пуццолановых цементах.

Комплексные добавки II группы, включающие ПАВ и электролиты, расширяют возможность модификации бетона и бетонной смеси. Введением электролитов регулируется темп твердения и улучшаются структурно-механические свойства бетона, например, повышается его плотность, а ПАВ позволяют регулировать подвижность бетонной смеси, ее воздухосо-держание, придают бетонам некоторые специальные свойства (гидрофоб-ность и др.).

В технологии бетона используют добавки СДБ-СН, СДБ+ННХК, СДБ+ГКЖ-94+СН, ГКЖ-10+НК и др. Сочетание СДБ с  СН или ННХК обеспечивает достаточный  темп твердения бетона и положительно влияет на его плотность и непроницаемость, позволяя одновременно экономить 8 ... 15% цемента за счет снижения водопотребности бетонной смеси. При сохранении его заданной подвижности сочетание с электролитами кремнийоргани-ческих соединений обеспечивает высокую морозостойкость и коррозионную стойкость бетона.

Вместе с тем, проектируя комплексные добавки II группы, необходимо учитывать, что некоторые компоненты могут обладать несовместимостью. Например, некоторые ПАВ образуют с кальциевыми и алюминиевыми солями труднорастворимые соединения; электролиты в ряде случаев снижают эффективность воздухововлекающих добавок и т. д. Иногда, чтобы уменьшить отрицательное влияние несовместимости отдельных компонентов комплексной добавки, применяют их раздельное введение в бетонную смесь, что усложняет технологию и приводит к дополнительным затратам.