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:

• механические нагрузки;
• воздействие окружающей среды;
• температурные отклонения;
• изменение свойств в период эксплуатации и др.

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:

• портландцемент (ЦЕМ I СС);
• шлакопортландцемент (ЦЕМ Ш/А СС);
• пуццолановый цемент (ППЦ);
• портландцемент с минеральными добавками (ЦЕМ П/А СС; ЦЕМ Н/В СС).

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:

• C3S — 50%;
• C3A — 5%;
• С3А + C4AF — 10–20%.

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:

1. Активный аморфный кремнезем — диатомиты, трепелы, микрокремнезем, опоки.
2. Продукты обжига глинистых материалов — глиежи, топливная зола, металлургические шлаки.
3. Вулканические горные породы богатые силикатами и алюмосиликатами в аморфном состоянии.

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.

Состав:

• тонкомолотый портландцементный клинкер;
• гранулированный доменный шлак;
• двуводный гипс.

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:

• портландцементный клинкер;
• кислая активная минеральная добавка (пуццолана);
• двуводный гипс.

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:

• сульфатостойкий портландцемент — 360 кг;
• речной песок — 850 кг;
• щебень гранитный — 1100 кг;
• вода — 190 л;
• при необходимости добавки 5–10 кг.

В зависимости от выбранного способа приготовления и нужного объема материала понадобятся следующие инструменты:

Инструкция по изготовлению и порядок работ:

1. Включаем бетономешалку.
2. Заливаем воду.
3. Добавляем цемент и тщательно перемешиваем.
4. Засыпаем расчетное количество песка и щебня.
5. 10–15 мин перемешиваем и заливаем в опалубку.

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.