Дополнительные возможности бетона

Система всестороннего контроля качества безусловно необходима. Но наилучший результат дает использование системы технологической обеспеченности качества возводимых сооружений. Эта система заключается в организации технологических процессов, которые в период строительства гарантируют приобретение бетоном проектных параметров качества, а в период эксплуатации сооружения - реализацию потенциальных возможностей бетона.

В российской практике производства заполнителей этап гидравлической классификации (промывки) исключен из технологического цикла практически на всех карьерах и заводах, производящих щебень, поэтому производимый ими щебень непригоден к перевозкам и складскому хранению. В связи с этим наиболее важным условием, определяющим качество и долговечность конструкций и возводимых сооружений, является технологически надежное обеспечение постоянства зернового состава заполнителей при приготовлении бетонной смеси.

Обследование 86 предприятий ЖБК бывшего Минтрансстроя, выполненное специалистами нашей лаборатории, показало, что в дозаторы от замеса к замесу поступают крайне неоднородные по зерновому составу заполнители. Так, гранитный щебень фракции 5 - 20 мм содержит от 0,5 до 37% частиц мельче 5 мм (каменной крошки и пыли), что почти в 4 раза превышает пределы, установленные ГОСТ 8267-93; в щебне фракций 5 - 10 и 10 - 20 мм содержание более мелких частиц превышает пределы ГОСТ в 5 раз.

В конструкциях и сооружениях для уплотнения бетонной смеси в большинстве случаев применяют вибрацию. Но вибрация не уплотняет бетонную смесь, а тиксотропно разжижает цементное тесто и способствует тому, что зерна-заполнители под действием силы тяжести опускаются в разжиженном цементном тесте, образуют каменный скелет бетона и вытесняют (выдавливают) захваченный при технологических операциях воздух. Для каждой пары заполнителей (песка и щебня) существует лишь единственное соотношение фракций r = П/Щ, при котором под действием силы тяжести в процессе вибрации может быть сформирован однородный по высоте уплотняемого слоя бездефектный каменный скелет при минимальном содержании цемента и воды (цементного теста) в бетонной смеси. Изменение от замеса к замесу фактического содержания в щебне песчаных фракций (мельче 5 мм) как в большую, так и в меньшую сторону от оптимального вызывает резкое снижение удобоукладываемости бетонной смеси, что вынуждает оператора бетоносмесительной установки (БСУ) в обоих случаях увеличивать количество воды затворения для обеспечения заданной удобоукладываемости. Увеличение количества воды затворения требует большего расхода цемента (на 15 - 20%) по сравнению с расходом, соответствующим оптимальному соотношению фракций заполнителей (r = П/Щ), установленному при подборе состава бетона.

Заданные состав и свойства бетонной смеси могут быть гарантированно обеспечены только при стабильности зернового состава заполнителей, поступающих в дозаторы БСУ от замеса к замесу.

Анализ состояния технологии производства заполнителей на щебзаводах и в карьерах показал, что изменение сложившейся практики на промышленном уровне, гарантирующем сохранение постоянства зернового состава заполнителей, поступающих в бетоносмесители БСУ от замеса к замесу, нереально и неосуществимо в обозримом будущем.
Наиболее надежным, технически и экономически доступным способом, гарантирующим однородность и качество заполнителей, подаваемых в дозаторы, является стабилизация их зернового состава (дополнительное обогащение) непосредственно перед подачей в расходные бункера БСУ (без промежуточных складских и транспортных операций). Стабилизация зернового состава заполнителей возможна с промывкой (при оборотном водоснабжении) или без промывки - с рассевом заполнителей фактической влажности. Процесс стабилизации можно организовать, во-первых, созданием специализированных установок (узлов), включенных в линию подачи заполнителей со склада в расходные бункера БСУ; во-вторых, переоборудованием (дооборудованием) накопительных бункеров для обогрева заполнителей; в-третьих, созданием встроенных узлов в составе действующих или проектируемых БСУ.

Специалистами нашей лаборатории накоплен значительный опыт создания узлов стабилизации зернового состава щебня в различных производственных условиях заводов товарного бетона и железобетонных конструкций.

Трещиностойкость, долговечность, эксплуатационная надежность и другие важнейшие свойства мостовых конструкций и сооружений зависят не только от качества и однородности бетонной смеси, приготовленной на БСУ, но и от технологии ее подачи и распределения в опалубке, сохраняющей ее исходный состав и исключающей возможность ее расслоения при виброуплотнении. Вибрация способствует влиянию силы тяжести в формировании наиболее плотного каменного скелета из возможных, но только в замкнутом по площади объеме. Вибрирование бетонной смеси на открытой поверхности опалубки или распределенного слоя способствует ее расслоению с отделением цементного теста (раствора), что исключает возможность под действием силы тяжести сформировать плотный каменный скелет, неизбежно вызывает образование каверн и раковин в уложенном бетоне, и никаким увеличением длительности вибровоздействия восстановить исходную однородность бетонной смеси невозможно.
Для сохранения исходного качества бетонной смеси в сооружаемой конструкции (а следовательно, и расчетного качества бетона) необходимо бетонную смесь по поверхности опалубки распределять последовательными равномерными слоями толщиной не более 40 см с горизонтальной поверхностью по всей площади слоя (без использования вибраторов). Равномерность распределения бетонной смеси перед виброуплотнением должна быть таковой, чтобы в зоне действия вибратора не происходило расслоения уплотняемой бетонной смеси с вытеканием цементного раствора и "расползанием" составляющих бетонной смеси. В каждом конкретном месте виброуплотнения должна быть образована замкнутая полость (в том числе частью очередной полосы бетонной смеси, распределенной в опалубке).

Технологическим процессом сооружения мостовых конструкций должны быть предусмотрены условия, гарантирующие на этапе изготовления приобретение уложенным в опалубку бетоном заданной прочности, плотности, долговечности и других заданных проектом свойств бетона на протяжении всего последующего существования и эксплуатации конструкций, особенно в поверхностных слоях, непосредственно взаимодействующих с окружающей средой.

Тяжелый цементный бетон - "самодостаточный" строительный материал, имеющий потенциальные возможности постоянно, в течение десятилетий, повышать свою прочность, плотность, долговечность, "залечивать" возникающие дефекты и за счет собственных ресурсов обеспечивать возможность реализации наиболее благоприятных для возводимого сооружения температурных и влажностных условий твердения на начальных этапах своего существования. Потенциальные возможности обеспечены материальной сущностью клинкерного цемента и бетона на его основе - запасами цемента (через месяц в бетоне остается не менее 50% непрореагировавшего цемента), тепла, выделяющегося при экзотермической реакции гидратации цемента, и воды, введенной при затворении бетонной смеси для обеспечения ее необходимой удобоукладываемости.

Процесс становления бетона в конструкции не заканчивается при достижении им заданных проектом показателей качества. Это лишь половина его возможностей, а при достижении 70% проектной прочности реализуется всего лишь треть возможностей, причем этот период наиболее опасен с точки зрения воздействия окружающей среды.

Чтобы гарантировать приобретение уложенным бетоном заданных свойств, необходимо:

    * сохранить в бетоне воду затворения, введенную в бетонную смесь при ее приготовлении, защитив открытые поверхности от сменяющихся объемов воздуха, поглощающего влагу из бетона;
    * исключить возможность возникновения значительных температурных градиентов между ядром и поверхностными слоями (при саморазогреве бетона) или между поверхностью бетона и окружающим воздухом (при распалубке, при выдаче из пропарочной камеры или при снятии крышек с пропарочной камеры, при выдаче на склад готовой продукции и др.).

Особенно опасен для поверхностных слоев бетона конструкций этап охлаждения после пропаривания. Вентиляция внутреннего объема камеры превращает ее в эффектную сушилку, а снятие крышек камеры приводит к интенсивной сушке горячего бетона конструкции поступающим к его поверхности \"холодным\" воздухом. Интенсивное высушивание бетона в поверхностных слоях происходит и при ранней распалубке массивных конструкций, процесс усугубляется, как правило, повышенной температурой бетона внутри массива.

В результате потери поверхностными слоями бетона части воды затворения процессы гидратации неизбежно замедляются или прекращаются вообще. Вне зависимости от последующего увлажнения и потенциальных возможностей бетонной смеси, уложенной в конструкцию, свойства бетона в \"подсушенном\" слое практически больше не изменяются и остаются на уровне тех, которые он успел приобрести до \"подсушивания\". В конструкциях и сооружениях, изготовленных даже из высококачественного по своим потенциальным возможностям бетона, из-за технологической необеспеченности защиты от потерь воды затворения в поверхностных слоях качество бетона может оказаться непредсказуемо низким, хотя по результатам испытаний контрольных образцов уложенный бетон соответствует проектным требованиям.

На различных этапах технологического процесса изготовления сборных и возведения монолитных конструкций и сооружений защита открытых поверхностей бетона от потерь воды затворения, т.е. защита от контакта с воздушной средой требует постоянного внимания, затрат труда, материалов, а в ряде случаев и наличия специальной технологической оснастки.

При изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций и при возведении сооружений любой массивности из монолитного бетона и железобетона следует использовать технологическую оснастку и технологические приемы и способы, в предельно рациональной степени использующие экзотермическое тепло, выделяющееся при гидратации, и защищающие бетон от потерь воды затворения.

Эту задачу организации и выполнения процесса производства бетонных работ наиболее полно, технологически надежно и всесторонне решает экзотермический способ выдерживания уложенного бетона в комплексной влаготеплозащитной технологической оснастке. Экзотермический способ выдерживания бетона был впервые предложен и реализован автором статьи более 30 лет назад при изготовлении преднапряженных балок железнодорожных пролетных строений длиной 34,2 м из высокопрочного бетона марки 700 на полигоне Мостоотряда № 8 Мостостроительного треста № 3 в Саратове.

Экзотермический способ выдерживания в комплексной влаготеплозащитной технологической оснастке, отделяющей уложенный бетон от окружающей среды, основан на управлении уровнем и интенсивностью тепловыделения при гидратации цемента и, следовательно, уровнем и скоростью саморазогрева уложенного бетона, длительностью и режимом остывания бетона в технологической оснастке при безусловной защите неопалубленных поверхностей твердеющего бетона от потерь воды затворения.

Комплексная технологическая оснастка должна обеспечивать управляемость теплообмена между твердеющим бетоном конструкции и окружающей средой.

Экзотермический способ выдерживания бетона положен в основу всех разработанных и разрабатываемых нашей лабораторией технологических регламентов организации и производства опалубочных и бетонных работ при строительстве транспортных сооружений из монолитного бетона и железобетона и при производстве сборного железобетона (плит БМП, балок и блоков пролетных строений и др.).

На протяжении последних десятилетий ОАО ЦНИИС совместно с проектными и строительными организациями создало разнообразные комплексы технологических оснасток, конструктивных способов и приемов организации и производства опалубочных и бетонных работ, реализующих экзотермический способ выдерживания бетона при сооружении объектов транспортного строительства, технологически обеспечивающих их качество, долговечность и эксплуатационную надежность.