Бетон.ру

Столетиями бетон использовался как долговечный строительный материал. В начале ХХ в., вскоре после появления стального армирования, бетон становится наиболее широко применяемым строительным материалом.

Бетон и его составляющие

Не только долговечный, но и стойкий к ряду видов коррозии, бетон успешно противостоит воздействию солнечных лучей и влаги, большинства микроорганизмов, а также проникновению химических элементов. Бетон способен выдержать давление до 1000 кг/см2, но при этом имеет относительно низкую прочность на разрыв и изгиб. В зависимости от доступности сырья и альтернативных строительных материалов бетон может быть относительно недорогим в производстве и технологичным при изготовлении сложных строительных конструкций.

Как известно, бетон состоит из портландцемента, мелкого и крупного заполнителей, воды, различных добавок и воздуха. Портландцемент получил свое название в начале XIX в. в Англии благодаря своему сходству со строительным камнем, добывавшимся на острове Портлэнд. Портландцемент изготавливается путем измельчения и смешивания известняка и глиносодержащих пород (глинозема, глинистого сланца, доменного шлака). Смесь равномерно обжигается до спекания в ротационной печи. Получающийся при этом продукт именуется клинкером. Клинкер охлаждается и затем перемалывается в порошок, который и представляет собой портландцемент. В клинкер в процессе перемалывания добавляются небольшие количества ингредиентов для получения различных типов цемента.

Путем смешивания цемента с водой получают вяжущее. Добавление в вяжущее мелкого заполнителя превращает его в раствор. Бетонная же смесь образуется последующим добавлением в раствор крупного заполнителя. В качестве мелкого заполнителя используется песок, в качестве крупного — щебень или гравий фракций от 5 до 40 мм.

При изготовлении бетона используются также специальные минеральные добавки — пуццоланы. Пуццоланы добавляются в бетонную смесь и представляют собой разновидности вулканических туфов, цементирующими веществами в которых являются пепел, кремнезем, глина и продукты разложения пепла. Кроме того, для придания бетону определенных рабочих характеристик в него добавляются химически активные компоненты — влагоуменьшающие, замедляющие твердение, ускоряющие твердение, а также воздухововлекающие добавки (латексные и акриловые модификаторы). Добавки используются как для снижения стоимости бетона, так и для оптимизации таких его характеристик, как удобоукладываемость, сроки схватывания, плотность, пористость, долговечность и прочность.
Объемное содержание воздуха в бетонной смеси обычно составляет от 3% до 8%. Образование воздушных полостей происходит при использовании воздухововлекающих химических добавок для повышения морозостойкости бетона, а также при замешивании бетона и во время его укладывания.
Все названные компоненты, будучи смешанными, затвердевают и образуют практически монолитную бетонную массу. Свойства и качество бетона значительно зависят от типа и качества компонентов и отношения количества воды к содержанию цемента. Это отношение, называемое водоцементным (В/Ц), устанавливает прямую связь между количеством воды на весовую часть цемента и прочностными характеристиками бетона. Чем ниже водоцементное отношение, тем выше прочность бетона.

Прочность

Наиболее часто упоминаемая характеристика бетона — предел прочности на сжатие. Тем не менее, хотя он и является важной конструктивной характеристикой по сравнению с такими характеристиками, как прочность на разрыв и изгиб, данный параметр менее всего влияет на поведение полимерного покрытия, наносимого на бетон. Обычно прочность на разрыв составляет около 10% прочности на сжатие. Адгезия полимерных материалов к бетону ограничена его малой прочностью на разрыв. Именно малая прочность на разрыв является основной причиной образования трещин во время высыхания бетона. Низкая прочность бетона на изгиб, в свою очередь, приводит к образованию трещин в бетоне под нагрузкой.

Усилие на отрыв большинства эпоксидных покрытий намного выше прочности бетона на разрыв. Например, эпоксидное покрытие, нанесенное на сталь, может иметь усилие на отрыв 85 кг/см2, в то время как, будучи нанесенным на бетон марки М250, тот же материал может иметь усилие на отрыв всего лишь 25 кг/см2 (то есть 10% от 250 кг/см2, что составляет прочность на сжатие бетона марки М250). Из-за низкой прочности бетона на изгиб происходит его растрескивание, что почти всегда имеет место и на покрытии, если не предпринимаются предупредительные меры при проектировании состава бетона или полимерной системы. Хотя армирование бетона в данном случае детально не рассматривается, необходимо отметить, что ввиду низкой прочности на разрыв и изгиб бетон необходимо армировать, и на сегодняшний день чаще всего применяется стальное армирование. Применяется и объемное армирование волокнами, добавляемыми в бетон перед укладкой. Полимерные волокна обычно имеют несколько микрон в диаметре и длину от 19 до 38 мм. Используется также металлическая стружка толщиной в несколько миллиметров и такой же длиной, как у полимерных волокон. Волокна позволяют повысить прочность бетона на разрыв и изгиб и соответственно снизить трещинообразование, особенно в период усадки.

Отделывание поверхности

Отделывание поверхности свежеуложенного бетона производится различными способами (вручную или механическим путем) в зависимости от требований, предъявляемых к текстуре поверхности пола. Плотная затирка стальным инструментом выполняется как многократная операция, при которой поверхность бетона упрочняется и значительно уплотняется на глубину около 3 мм. Этот вид отделки позволяет получить гладкую отшлифованную поверхность, особенно если операция выполняется с использованием затирочной машины (так называемого "вертолета"). При этом необходимо учитывать, что последующее нанесение полимерного покрытия требует наличия поверхности определенной шероховатости. Легкая затирка стальным инструментом обеспечивает минимальную отделку поверхности и является предпочтительной для последующего нанесения полимерных материалов.

Заглаживание поверхности свежеуложенного бетона производится специальной кельмой. При этом уплотняется поверхностный слой и утапливается мелкий и крупный заполнитель. Поверхность при этом имеет текстуру наждачной бумаги. В общем случае текстура зависит от материала, из которого изготовлена кельма.

После операции заглаживания по поверхности еще пластичного бетона протаскивается широкая щетка (обычно со средней щетиной). Получаемая текстура зависит от состава бетонной смеси, жесткости щетины, давления на щетку и времени выполнения операции. По названным причинам данный вид отделки, как правило, не рекомендуется.

Сухие упрочнители бетона — это смеси минеральных или металлических заполнителей с цементом и специальными добавками. Такая смесь равномерно рассыпается по поверхности пластичного бетона во время операции машинной затирки. В результате поверхность приобретает высокую абразивную стойкость и плотность, в 2-3 раза превышающую плотность обычного бетона. В зависимости от нормы расхода состава поверхность упрочняется на глубину от 1,5 до 3 мм. Высокая плотность и твердость сухих упрочнителей предъявляет особые требования к качеству отделки поверхности.

Твердение

Технические характеристики полимерных материалов и рекомендации их производителей требуют для бетона как минимум 28 дней набора прочности до нанесения полимерного покрытия. Такое требование связано с временной зависимостью процесса гидратации цемента (химической реакции цемента с водой), который непосредственно соотносится с ростом прочности. Обыкновенная бетонная смесь набирает 80% прочности в течение 7 дней и 100% расчетной прочности не позже, чем через 28 дней. Эти значения указывают на то, что цемент, используемый в бетонной смеси, в основном прошел процесс гидратации (хотя последняя может длиться и далее, но в меньшей степени, в течение нескольких лет). Эти значения, однако, не позволяют определить соотношение возраста бетона и количества оставшейся в нем избыточной влаги.

Для полной гидратации цементу требуется воды не более 22-28% от его веса (то есть В/Ц = 0,22-0,28). Однако бетон с таким влагосодержанием полностью непригоден к чему-либо, кроме сухой фасовки. Поэтому к смеси добавляется еще вода, чтобы сделать смесь более пригодной к использованию. Бетонная смесь марки М250 со стандартными воздухововлекающими и влагоуменьшающими добавками для получения В/Ц = 0,40 может содержать в 1 м3 278 кг цемента и 112 л воды. Избыточное В/Ц = 0,15 при весе цемента 278 кг дает 42 л избыточной воды, которая не будет потребляться в процессе гидратации. Этому излишку воды нужно позволить выйти, поддерживая при этом такую влажность, которая требуется для процесса гидратации.

Большая часть избытка воды будет выходить благодаря капиллярному действию, просачиваться на поверхность до тех пор, пока пластичный бетон схватывается, и поверхность подвергается отделке. Образование капилляров является причиной высокой пористости и проницаемости бетона, которые будут рассмотрены ниже.

Эффективная защита бетона в период набора прочности требует, чтобы для достижения желаемых физических свойств бетона влага удерживалась в затвердевшем бетоне в зависимости от температуры, влажности, типа цемента и типа используемых добавок в течение 3-7 дней. Обычно считается, что бетон требует защиты от выхода влаги до тех пор, пока он не набрал 80% расчетной прочности. Защита от выхода влаги выполняется одним из следующих способов. Это заливание водой, периодическое поливание из шланга, укрывание мокрой мешковиной, укрывание листовой мембраной (пленкой), удерживающей влагу, а также обработка жидким мембранным материалом.

При использовании жидких мембранных материалов на поверхности бетона образуется пленка или остается затвердевший материал. В случае последующего нанесения полимерных материалов эти остатки должны быть удалены механическим способом, например, пескоструйной, дробеструйной или другой абразивной обработкой.

Проблемы

Проницаемость бетона

Бетон представляет собой щелочной материал с pH = 12-13 и как таковой чувствителен к воздействию химикатов с pH < 7, то есть кислот. В кислотной среде степень деградации бетона непосредственно связана с его проницаемостью (пористостью) и реактивностью. Реактивность определяет степень воздействия на бетон различных химикатов. Составляющими реактивности являются влажность, температура, концентрация и проницаемость.

Проницаемость является переменной, которая определяет, в какой степени химикаты проникают в бетон или пропитывают его. Зависит от температуры (влага и жидкие химикаты скапливаются на участках с пониженной температурой), В/Ц (оно определяет избыточное количество воды, которое должно высвободиться), фракций заполнителей (данный параметр определяет размеры и количество пустот, которые должны быть заполнены связующим, что непосредственно влияет на плотность и, следовательно, проницаемость бетона), типа и количества используемых химических добавок (это непосредственно влияет на эффективность процесса гидратации портландцемента; повышение эффективности гидратации приводит к росту кристаллических образований, уплотняющих бетон; правильно подобранные и использованные, химические добавки могут уменьшить проницаемость бетона), а также наличия воздушных полостей.

Причины образования воздушных полостей в бетоне, влияющих на проницаемость, следующие. Во-первых, использование воздухововлекающих добавок. Превышение нормы таких добавок может явиться причиной повышенного содержания воздуха и соответственно повышенной проницаемости. Во-вторых, захват воздуха при замешивании и укладывании бетона. Чрезмерное перемешивание и чрезмерное формование бетона могут стать причиной увеличения количества вовлеченного воздуха и повышенной проницаемости.

Проблема проницаемости бетона является немаловажной как при его производстве, так и при применении полимерных покрытий. Во-первых, из-за проницаемости бетона в него проникает влага, химикаты и различные загрязнения, что вызывает необходимость в использовании защитных покрытий. В свою очередь, выход влаги и загрязнений из бетона влияет на качество уже нанесенных покрытий.

Проблемы, связанные с влажностью

Значительная часть всех строительных претензий так или иначе связана с разрушающим действием влаги. По этой причине важно выяснить, каковы источники влаги, наблюдаемой в бетоне. Явным источником является наличие видимой влаги на поверхности бетона перед нанесением материалов на полимерной основе. Независимо от того, имеет или не имеет данный материал способность твердеть в присутствии влаги, его адгезия к поверхности будет ослаблена по сравнению с адгезией к поверхности сухого бетона. Ввиду пористости бетона рекомендуется применять проникающие праймеры (грунтовки). На насыщенном влагой бетоне полимерный праймер должен иметь способность вытеснять влагу или уменьшать ее проникновение.

Другой (менее очевидный) источник влаги — ее образование на поверхности при достижении ее температурой точки росы (точка росы — это температура, при которой влага конденсируется на поверхности). Когда теплый окружающий воздух в условиях высокой относительной влажности контактирует с более холодной поверхностью бетона, на ней собирается влага, которую нелегко обнаружить, пока результат ее действия не становится очевидным. В таких условиях нанесение полимерного материала следует производить при понижающейся температуре окружающего воздуха.

В бетоне могут иметь место такие явления, связанные с влагой, как гидростатическое давление, капиллярные явления, испарение и газовыделение. Гидростатическое давление — это явный напор воды, оказывающий давление на структуру бетона. Вес воды создает давление (положительное или отрицательное), зависящее от высоты водяного столба. Примером может служить бетонная (железобетонная) конструкция, расположенная ниже нулевой отметки и испытывающая воздействие дождевой воды. Другим примером могут быть грунтовые воды, давящие снизу на бетонную плиту.

Капиллярные явления — это проникновение влаги сквозь бетон под давлением, возникающим, когда источник влаги контактирует с микроскопическими волосяными полостями в пористой бетонной поверхности. Испарение — это переход воды в паро- или газообразное состояние. Этот результат естественного процесса может не иметь явного источника влаги. Именно за счет испарения бетон "дышит" и выпускает влагу.

Газовыделение — это временное состояние, обычно возникающее при нанесении полимерных покрытий, как правило, полиуретановых и метакрилатных, когда компоненты покрытия несовместимы с влагой внутри или на поверхности бетона. Возникает химическая реакция, при которой образуется углекислый газ, поднимающийся на поверхность незатвердевшей жидкой смолы. Газовыделением часто неверно называют образование воздушных пузырьков в праймере или покрытии, вызванное замещением воздуха в бетоне или выпуском воздуха, захваченного при перемешивании полимерного материала.

Рассмотренные выше явления, связанные с увлажнением, проявляются в виде пузырей, возникающих на поверхности покрытия. Эти пузыри могут явиться причиной расслоения поверхности, часто прогрессирующего, а затем — и полного разрушения напольной системы. Химикаты, которые проникли в бетон до нанесения покрытия, могут вызвать проблемы адгезии сразу же или выходить на поверхность в течение нескольких недель после нанесения.

Обнаружение избытка влаги

Обнаружение избытка влаги или вредных химикатов в бетоне довольно затруднительно и, как правило, не предполагает получение абсолютных величин. Тем не менее, имеются методы, дающие некоторые результаты. Одним из методов обнаружения капиллярной влаги в бетоне является метод пластиковой пленки. Для этого используется лист полиэтилена размерами приблизительно 45х45 см, толщиной 0,15 мм или более, которым накрывают бетон по крайней мере на 16 часов. Затем на нижней стороне листа визуально определяется наличие влаги. Таким способом проверяются каждые 50 м2 поверхности. Применяются также тестеры, например, такие, в которых для количественной оценки испарения влаги из бетона используется хлорид кальция. Таким тестером проверяются каждые 100 м2 поверхности.

Обнаружение химических загрязнений

Обнаружение химических загрязнений в бетоне может быть как относительно простой, так и сложной дорогостоящей процедурой — в зависимости от степени загрязнения и важности по отношению к покрытиям (лакмусовый тест, титрование, спектрография, использование паяльной лампы, а также проверка путем нанесения на поверхность бетона воды). Лакмусовая бумага, наложенная на влажную поверхность бетона, позволяет определить его рН. Значение рН < 10 указывает на кислотное загрязнение. Чем ниже значение, тем выше степень загрязнения. Для проведения лабораторного титрометрического анализа на наличие специфических загрязнений бетон измельчается и смешивается с дистиллированной водой. Использование спектрографического анализа для изучения бетона может дать не только точную информацию о загрязнениях, но и позволяет определить первоначальный состав бетонной смеси и вероятные причины дефектов бетона.

Обычная паяльная лампа может быть использована для выявления масляных загрязнений вблизи поверхности бетона. Лампа ставится на расстоянии 60 см на 8 часов. Появление загрязнений на поверхности спустя указанное время будет свидетельствовать об их наличии в бетоне. Кроме того, вода, нанесенная на поверхность бетона, содержащего растворимые загрязнения, скапливается в виде луж или капель. Незагрязненная же поверхность впитывает воду, на что указывает потемнение бетона.

Источник "Строительство и недвижимость"