CC BY
38Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Materials and structures
УДК 691.175.2
М.А. ГОНЧАРОВА, д-р техн. наук (magoncharova@lipetsk.ru), А.Н. ИВАШКИН, инженер, О.А. КАШИРСКАЯ, студентка
Липецкий государственный технический университет (398600, г. Липецк, ул. Московская, 30)
Оценка качества лицевой поверхности изделий из многокомпонентных декоративных бетонов*
Представлены результаты оптимизации составов декоративных бетонов. Проведены лабораторные исследования получения качественной лицевой поверхности изделий, формуемых по двум различным технологиям. Особое внимание уделено реологическим показателям бетонной смеси, которые, как показывают экспериментальные данные, оказывают максимальное влияние на категорию качества лицевой поверхности изделий, производимых из модифицированных декоративных бетонов.
Ключевые слова: декоративные (архитектурные) бетоны, качество лицевой поверхности, конвертерные шлаки, самоуплотняющиеся бетоны.
M.A. GONCHAROVA Doctor of Sciences (Engineering) (magoncharova@lipetsk.ru), A.N. IVASHKIN, engineer, O.A. KASHIRSKAYA, student Lipetsk State Technical University (30, Moskovskaya Street, 398600, Lipetsk, Russian Federation)
Assessment of products front surface quality from multicomponent decorative concrete
The results of structure optimization of decorative concrete are offered Laboratory research of obtaining high quality front surface of molded products by two different technologies are shown. Particular attention is given to the rheological parameters of concrete, which, as shown by experimental data, have maximum impact on the face of the category of quality products manufactured from modified decorative concrete.
Keywords: decorative (architectural) concrete, the quality of the front surface, converter slag, self-compacting concrete.
В настоящее время строительный рынок предъявляет к современному бетону помимо основных требований -функциональных и экономических - специальные, например декоративные. Разработка составов бетонов для изготовления строительных изделий и конструкций с лицевой поверхностью без бездефектнов, не требующих специальной отделки, значительно повышает их конкурентоспособность.
В российской практике при производстве изделий и конструкций из цементных бетонов только в отдельных случаях предъявляются специальные требования к качеству лицевой поверхности. При этом заказчики основным требованием считают экономическую эффективность таких материалов, отодвигая вопросы качества на второй план. Существующая нормативная база регламентирует требования к качеству поверхности только для сборного железобетона, а для монолитных конструкций такие требования практически отсутствуют. Во многом это обусловлено отсутствием современных отечественных научных разработок в этой области, особенностями строительного рынка и низкой востребованностью декоративных (архитектурных) бетонов при монолитном строительстве, как со стороны заказчиков, так и со стороны проектировщиков.
Несколько лучше обстоят дела с изделиями сборного железобетона и малыми архитектурными формами, на которые действует ГОСТ 13015-2012 «Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортиро-
вания и хранения». Данный нормативный документ делит бетонные поверхности на семь классов (от А1 до А7). Категория качества поверхности предопределяет область назначения бетонов. Так, поверхности с категорией А1 характеризуются повышенным качеством и не требуют специального отделочного покрытия. Область применения поверхностей категории А7 - невидимые конструкции (закрытые каким-либо способом). Для получения поверхностей определенного качества предусматриваются соответствующие технологические приемы.
Несмотря на рекомендации существующих нормативных документов, получение высококачественных поверхностей классов А1-А2 является сложной прикладной задачей, особенно когда речь идет о производстве изделий со сложной, «объемной» геометрией поверхности [1]. Решение данной задачи лежит в плоскости оптимизации составов бетонов по нескольким критериям.
Поверхности изделий из бетона можно условно разделить на два типа: поверхности, формируемые за счет применения опалубки, и открытые поверхности.
К первому типу относятся поверхности, формируемые на границе раздела бетон - опалубка. Их качество зависит как от реологических свойств бетонной смеси и строительно-технических свойств бетонов, так и от технологии устройства опалубки (материала, применения смазочных материалов и др.).
Открытые поверхности - это, как правило, горизонтальные поверхности бетона, имеющие непосредственный контакт с воздушной (внешней) средой. Качество данного типа
* Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части (НИР 496).
12'2014
19
Материалы и конструкции
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
60
50
40
30
20
2 -
1 -
/
0,3
0,45
0,5
75
70
65
о
isf 60
Q;
55
0,35 0,4
Расход пластификатора, %
Рис. 1. Зависимость прочности от расхода пластификатора: 1 — Мв1/!ых; 2 — МгЫгЫ
поверхностей зависит от способа формования и уплотнения (механического, вибрационного или под действием сил тяжести), а также от реолого-физических характеристик бетонной смеси - расслаиваемости и однородности.
Основные дефекты поверхности изделий из бетона возможно разделить на две категории:
- технологические, к которым относятся дефекты устройства опалубки, разрушение бетона в результате недостаточной распалубочной прочности, а так же дефекты механического разравнивания на открытых поверхностях бетона;
- реологические - дефекты, возникающие по причине несоответствия фактических реологических свойств смеси необходимым для данного способа ее укладки и уплотнения.
Технологические дефекты в рамках выполненной научно-исследовательской работы не рассматривались, так как основной причиной их возникновения является технология и качество производства строительно-монтажных работ. Для бетонных поверхностей высших категорий (А1-А2), особенно для конструкций сложной геометрической формы, характерны дефекты реологического происхождения.
При формировании изделий с помощью опалубки наиболее часто встречаются дефекты, возникающие из-за защемления воздуха бетонной смесью у поверхности опалубки - воздушные поры и каверны. Наличие крупных пор (более 3 мм) и каверн связано с недостаточной подвижностью бетонной смеси или ее недостаточным тиксо-тропным разжижением под действием вибрации. Основной причиной мелких пор (менее 3 мм) является высокое воздухововлечение смеси и неправильный подбор гранулометрического состава заполнителей. Также возможны дефекты, возникающие из-за вымывания дисперсной составляющей бетона, так называемые «седиментационные каналы».
Для открытых поверхностей основные реологические дефекты представлены усадочными трещинами и низкой
50
45
2
/ 1
//
/
//
/
0,3 0,35 0,4 0,45
Расход пластификатора, %
0,5
Рис. 2. Зависимость расплыва конуса и расхода пластификатора: 1 — Melflux; 2 — Melment
поверхностной прочностью (шелушением). Указанные дефекты возникают по причине значительных усадочных деформаций бетона в процессе его твердения и низкой стабильности смеси, сопровождающейся водоотделением (седиментацией) и вымыванием дисперсной составляющей.
Анализируя дефекты поверхности изделий и основные причины их возникновения, возможно выделить основные характеристики бетонной смеси для получения качественной поверхности изделий. Бетонная смесь должна иметь высокую подвижность или меньшую жесткость (при виброуплотнении) и при этом должна отличаться высокой стабильностью, исключающей расслоение смеси.
В выполненных исследованиях для регулирования подвижности применялись пластифицирующие добавки - гиперпластификаторы на основе эфиров поликарбоксила-тов серии Melflux, а также пластификаторы на основе продуктов конденсации меламинформальдегида сульфоновой кислоты серии Melment производства концерна BASF.
Для достижения необходимой стабильности и оптимизации вязкости использовались тонкодисперсные наполнители и стабилизирующие добавки. В качестве наполнителей применялись суспензии микрокремнезема, минеральные шлаковые и карбонатные порошки. В качестве стабилизирующих добавок использовались эфиры целлюлозы MECELLOSE®. Для повышения плотности цементной матрицы бетона, увеличения стабильности бетонной смеси, а также уменьшения риска образования известковых высолов на поверхности изделий в составах применялись суспензии микрокремнезема [2]. Как и все пуццолановые материалы, микрокремнезем вступает в реакцию со свободным гидро-
20
12'2014
Научно-технический и производственный журнал
Materials and structures
Рис. 3. Поры на поверхности изделия из бетона по технологии литья
Рис. 4. Поры на поверхности изделия из бетона по технологии вибролитья
Рис. 5. Макроструктура на срезе бетона по технологии литья
ксидом кальция Са(ОН)2. По данным исследований [3], оптимальное количество вводимого микрокремнезема от 10 до 15% от массы цемента. Такое количество обусловлено объемом порового пространства цементной матрицы, а также количеством образующейся свободной извести, связываемой микрокремнеземом.
Пуццоланическая активность микрокремнезема позволяет использовать потенциал наполнителей, содержащих в составе большое количество гидроксида кальция [2], таких как конвертерные шлаки [4], применение которых не только улучшит часть функциональных свойств бетонной смеси, но и снизит ее себестоимость.
Для оптимизации гранулометрического состава крупного и мелкого заполнителей в качестве корректирующего компонента к кварцевому песку и известняковому щебню были использованы отсевы дробления доменного и конвертерного шлаков [5-7]. Количество корректирующей добавки шлаков подбиралось расчетным и экспериментальным способами с целью достижения максимальной упаковки зерен заполнителя. Для повышения водоудерживающих свойств и пластичности смесей применялся известняковый наполнитель с удельной поверхностью 500 см2/г [8], а также стабилизирующая добавка Месе!!ове РМС 22501 в количестве 0,1% от массы цемента.
Подбор состава декоративного бетона производился исходя из следующих конструкционных и специальных требований:
Рис. 6. Макроструктура на срезе бетона по технологии вибролитья
- класс бетона по прочности на сжатие от В22,5;
- отсутствие видимых дефектов на поверхности изделий;
- категория качества бетонной поверхности изделия А1-А2;
- вариативность цветовых оттенков бетона.
В проведенном исследовании формирование структуры декоративных бетонов производилось по двум технологиям формования: технологии литья и технологии вибролитья.
Первая технология предполагает, что состав должен соответствовать требованиям по самоуплотнению. Поэтому [9] в качестве пластифицирующих добавок был применен пластификатор на поликарбоксилатной основе МеШих 5581. При формовании с применением способа вибролитья был применен пластификатор на основе продуктов конденсации меламиноформальдегида сульфо-новой кислоты Ме!теП Р15. В эксперименте варьировалось количество соответствующего пластификатора с целью определения его оптимального количества с достижением максимальной подвижности смеси. Зависимость расплыва конуса (РК) бетонной смеси и прочности образцов бетона от расхода пластификатора представлена на рис. 1, 2.
Бетон, изготовленный по технологии литья, представлял собой самоуплотняющуюся литую смесь с достаточно равномерным распределением крупного заполнителя по диаметру расплыва и незначительным водоотделением на границах расплыва. Вертикальная поверхность контроль-
12 2014
21
Материалы и конструкции
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
ного изделия имела воздушные поры диаметром до 2 мм (рис. 3, 5).
Бетон для формования по технологии вибролитья представляет собой тиксотропную смесь, обладающую подвижностью (РК) 65 см под действием вибрации с равномерным распределением крупного заполнителя по всему диаметру расплыва и отсутствием водоотделения на границах рас-плыва. Прочность при сжатии такого бетона выше (рис. 1), что объясняется меньшим расходом воды и большей плотностью бетона. Вертикальная поверхность контрольных изделий имеет неравномерно расположенные воздушные поры и каверны диаметром до 10 мм. Наличие их объясняется плотным гранулометрическим составом с высоким внутренним трением, а также неравномерным распределением вибрации при формовании контрольного изделия на виброплощадке (рис. 4-6).
Таким образом, существование наличия воздушных пор в объеме бетона связано с появлением пор сопоста-
Список литературы
1. Краснова Т.А., Батурин И.А. Вопросы повышения качества поверхности железобетонных изделий // Технологии бетонов. 2014. № 4 С. 14-15.
2. Лошак В.В., Черкасов С.В., Власов В.В. Влияние гранулометрического состава заполнителя на эстетические и эксплуатационные свойства декоративного бетона // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Физико-химические проблемы строительного материаловедения и высокие технологии. 2011. № 3-4. С. 61-65.
3. Дрянин Р.А., Сехпосян Г.П., Ананьев С.В., Калашников В.И. Влияние содержания микрокремнезема на повышение прочности реакционно-порошковых бетонов // Молодой ученый. 2014. № 13. С. 44-47.
4. Корниенко П.В., Гакштетер Г.В. Изготовление современных высокофункциональных бетонов на основе сталеплавильных шлаков // Технологии бетонов. 2013. № 3. С. 47-49.
5. Бондарев Б.А., Корнеев К.А., Ивашкин А.Н. Композиционные строительные материалы на основе местных песков и отходов // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2012. № 26. С. 96-101.
6. Корнеев К.А., Ивашкин А.Н., Копейкин А.В. Оптимизация состава заполнителя мелкозернистых бетонов отсевом дробления строительного известняка и доменного шлака // Материалы V Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства». Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет, 2012. Т. 1. 288 с.
7. Морозов Н.М., Авксентьев В.И., Боровских И.В., Хо-зин В.Г. Применение отсевов дробления щебня в самоуплотняющихся бетонах // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 7 (42). С. 26-31.
8. Мороз М.Н., Калашников В.И., Суздальцев О.В., Янин В.С. Высокопрочные декоративно-отделочные поверхностно-гидрофобизированные бетоны // Региональная архитектура и строительство. 2014. № 1. С. 18-23.
9. Несветаев Г.В., Давидюк А.Н. Гиперпластификаторы МеШих для сухих строительных смесей и бетонов // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 38-40.
221 -
вимого размера на лицевой поверхности готового изделия. Так, в бетонах с применением пластификаторов на меламино- и нафталинформальдегидной основах наблюдалось наибольшее количество воздушных пор различного размера как в структуре бетона, так и на лицевой поверхности. При формовании изделий методом вибролитья так же значительное влияние на возникновение дефектов оказывает равномерное распределение вибрации.
Полученные результаты исследований позволяют наметить перспективу дальнейших работ по подбору и оптимизации составов декоративных бетонов. Основной задачей при этом является создание смесей с широкой вариативностью свойств с учетом специальных требований к бетонной смеси для отдельного вида изделий или конструкций, а также максимальное снижение себестоимости за счет применения местных сырьевых материалов и повышения технологичности производства.
References
1. Krasnova T.A., Baturin I.A. Questions of improvement of quality of a surface of ferroconcrete products. Tekhnologii betonov. 2014. No. 4, рр. 14-15. (In Russian).
2. Loshak V.V., Cherkasov S.V., Vlasov V.V. Influence of particle size distribution of filler on esthetic and operational properties of decorative concrete. Scientific bulletin of the Voronezh state architectural and construction university. Series: Physical and chemical problems of construction materials science and high technologies. 2011. No. 3-4, рр. 61-65. (In Russian).
3. Dryanin R.A., Sekhposyan G.P., Ananyev S.V., Kalashni-kov V.I. Influence of the content of microsilicon dioxide on increase of durability of reactionary and powder concrete. Molodoi uchenyi. 2014. No. 13, рр. 44-47. (In Russian).
4. Korniyenko P.V., Gakshteter G.V. Production of modern high-functional concrete on the basis of steel-smelting slags. Tekhnologii betonov. 2013. No. 3, рр. 47-49. (In Russian).
5. Bondarev B.A., Korneev K.A., Ivashkin A.N. Composite construction materials on the basis of local sand and waste. ne Bulletin of the Volgograd state architectural and construction university. Series: Construction and architecture. 2012. No. 26, рр. 96-101. (In Russian).
6. Korneev K.A., Ivashkin A.N., Kopeykin A.V. Optimization of composition of filler of fine-grained concrete elimination of crushing of construction limestone and domain slag. Materials of the All-Russian scientific and technical conference «Topical Issues of Construction». Novosibirsk state architectural and construction university, 2012. T. 1. 288 p. (In Russian).
7. Morozov N.M., Avksentyev V.I., Borovskikh I.V., Hozin V.G. Application of eliminations of crushing of crushed stone in the self-condensed concrete. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2013. No. 7 (42), рр. 26-31. (In Russian).
8. Morozov M.N., Kalashnikov V.I., Suzdaltcev O.V., Yanin V.S. Vysokoprochnye decorative and finishing superficial гидро-фобизированные concrete. Regional'naya arkhitektura i stroitel'stvo. 2014. No. 1, рр. 18-23. (In Russian).
9. Nesvetayev G.V., Davidyuk A.N. Melflux hyper softeners for dry construction mixes and concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 3, рр. 38-40. (In Russian).
^^^^^^^^^^^^^ 12 2014
