Бетоны с модификатором ПФМ-НЛК для железобетонных конструкций, работающих в суровых условиях

  С необходимостью создания бетонов повышенной морозостойкости для возведения зданий и сооружений строители Якутии столкнулись в конце 60-х годов, когда начали проявляться первые случаи преждевременного разрушения бетона фундаментных конструкций из-за недостаточно высоких требований к морозостойкости при возведении зданий в 40 - 50 годах. В зданиях более поздней постройки из железобетонных конструкций серийного производства (изготавливались в заводских условиях с тепловлажностной обработкой) первые признаки повреждения бетона стали проявляться через 5...8 лет эксплуатации. Особенно ярко они проявились в цокольных конструкциях (плиты перекрытия, рандбалки, оголовки свай) жилых домов серии 464-ВМ. В домах этой серии отмечены массовые повреждения конструкций из-за жестких условий эксплуатации; цокольные элементы подвергаются постоянному (и зимой, и летом) воздействию воды при авариях инженерных коммуникаций, проложенных в технических этажах.
   Другим массовым и характерным видом повреждений является разрушение бетона в местах выхода свайных фундаментов из грунта. Здесь конструкции испытывают наиболее суровые воздействия внешней среды:
   - значительные годовые перепады температуры (от -64 до +38°С) и суточные колебания температуры с амплитудой до 30°С в сутки, большое число переходов через 00С весной и осенью (до 57 переходных циклов в год);
   - увлажнение: весной – поверхностными талыми водами, летом – надмерзлотными грунтовыми водами с высокой минерализацией, имеющими зачастую сильную и среднюю степень агрессивного воздействия на бетон и стальную арматуру свай;
   - интенсивное испарение влаги с поверхности бетона в верхней части свай, способствующее капиллярному переносу грунтовой влаги по стволу свай и развитию в летнее время солевой формы коррозии бетона.
   В результате исследований, выполненных в конце 70-х – начале 80-х годов, было установлено, что основной причиной преждевременного разрушения бетона является его недостаточная морозостойкость.
   В период с 1981 по 1987 годы в
   ЯкутПНИИС были исследованы различные способы повышения коррозионной стойкости и морозостойкости фундаментных конструкций, а именно: химизация бетонов, поверхностная антикоррозионная защита, теплозащита. Выполнен большой объем экспериментальных работ в лабораторных и натурных условиях на специально созданном полигоне. Моделировались грунтовые условия службы свай: песчаная подсыпка, водонасыщенные грунты, обводненная территория.
   Выполненные исследования убедительно доказали, что наиболее эффективным способом защиты конструкций является первичная защита бетона, в частности, создание бетона высокой морозостойкости путем введения пластифицирующих и воздухововлекающих добавок. Таким образом был определен наиболее действенный и эффективный способ обеспечения долговечности бетона свайных конструкций.
   В Центральной Якутии для приготовления бетонов используются следующие материалы.
   Портландцемент, выпускаемый АО «Якутцемент». По ГОСТ 10178-85 относится к чистоклинкерным цементам с содержанием основных минералов, влияющих на морозостойкость бетонов (С3А<7...8%, С3S=62%).
   В качестве крупного заполнителя используется известняковый щебень (поставщики АО «Якутцемент» и АО «Якутстройматериалы») с высоким содержанием мергелей (до 35%), что определяет его низкую морозостойкость (не выше 50 ЦЗО). Использование щебня с низкой морозостойкостью обусловливает обязательность применения химических добавок, создающих морозостойкую структуру растворной части бетона. В последнее время строители, особенно в сельской местности стали применять гравий или щебень из гравия, получаемые из ПГС. Зачастую применение таких заполнителей осуществляется без оценки пригодности заполнителей, которые могут содержать вредные примеси, способные вызвать преждевременное разрушение бетона. Это может привести к различным негативным последствиям.
   В качестве мелкого заполнителя используются чистые речные пески, добываемые из поймы рек Лены, Амги, Татта. Как правило, они относятся к группе «очень мелких» (Мк=1,0...1,3). Применение таких песков повышает водопотребность бетонных смесей и расход цемента на 1 м3 бетона, что отрицательно сказывается на морозостойкости бетона.
   Анализ показывает, что технологи заводов ЖБИ в Якутии поставлены в такие условия, когда вынуждены для приготовления бетона применять исходные составляющие, не соответствующие требованиям стандартов.
   В 1986–1990 годах в ЯкутПНИИС с участием НИИЖБ были проведены научно-исследовательские работы по созданию бетонов повышенной долговечности для свайных фундаментов зданий и сооружений.
   Выбор наиболее эффективной компоненты для обеспечения морозостойкости бетона выполнялся на основе экспериментальных исследований бетонов с различными комплексами отечественных химических добавок. Был исследован 31 комплекс химических добавок. Изучены реологические свойства бетонов с добавками (удобоукладываемость, расслаиваемость, жизнеспособность бетонных смесей), свойства бетона (прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, солеморозостойкость, стойкость в условиях капиллярного подсоса влаги, твердение при отрицательной температуре, стойкость к трещинообразованию при изготовлении сборных пропариваемых изделий в зимних условиях).
   Наиболее эффективным признан полифункциональный модификатор бетона ПФМ-НЛК, разработанный совместно с ГУП НИИЖБ. Модификатор представляет собой порошкообразный материал, состоящий из пластифицирующих и воздухововлекающих компонентов. Является сильным разжижителем бетонной смеси, регулятором поровой структуры бетона. Обеспечивает оптимальное с точки зрения морозостойкости воздухововлечение в бетонную смесь (3...5%). При создании композиции ПФМ-НЛК учитывалось то, что модификатор должен перевозиться на дальние расстояния и в труднодоступные районы Крайнего Севера, выдерживать многократное замораживание и длительное хранение, обеспечивать высокую технологичность, т.е. возможность приготовления водных растворов по простейшей технологии и безопасность их передозировки при приготовлении бетонной смеси.
   Научно-исследовательские работы и опытно-производственные испытания показали, что применение модификатора ПФМ-НЛК снижает водопотребность бетонной смеси на 20..25%, обеспечивает воздухововлечение в бетонную смесь до 3...5%, повышает прочность бетона на 15...20%, гарантированно обеспечивает получение бетонов на местных заполнителях с маркой по морозостойкости не ниже F400.
   Первая опытная партия модификатора была выпущена в 1989 году. На основе опытной партии модификатора ПФМ-НЛК были выполнены опытно-промышленные эксперименты на ЯЗКПД (ныне АО «ДСК»). Были изготовлены ригель-панели марки РП-2-1, выполнены квалификационные испытания изделий и бетона с модификатором. Результаты производственных испытаний подтвердили данные лабораторных исследований.
   Свойства бетонов с добавкой ПФМ-НЛК приведены в таблице.

   Сходство условий работы свайных фундаментов зданий в Якутске с условиями работы опор мостов и других гидротехнических сооружений позволили предложить разработанную технологию получения бетонов повышенной морозостойкости и прочности для внедрения при строительстве гидротехнических сооружений, автомобильных мостов, например, в Хабаровском и Амурском краях, на объектах НПК «Спецмост». Промышленная партия модификатора ПФМ-НЛК была выпущена в цехе АО «Хромпласт» (Свердловская область). Стоимость добавки не выше стоимости суперпластификатора С-З. В настоящее время организован серийный выпуск модификатора на производственных мощностях ЗАО «Внешнеэкономическая ассоциация «Полимод» в области модификаторов бетона» (г. Москва).
   Для обеспечения долговечности опор мостов Научно-производственная компания «Спецмост» (г. Хабаровск) внедрила технологию приготовления бетонов с модификатором ПФМ-НЛК для железобетонных конструкций, изготавливаемых как в заводских, так и в построечных условиях. Модификатор ПФМ-НЛК вначале был апробирован на заводе ЖБИ Хабаровского филиала АО «Автомост», где были изготовлены опытные партии конструкций (мостовые балки). До внедрения модификатора ПФМ-НЛК на заводе использовалась комплексная добавка ЛСТ+СНВ. Результаты испытаний опытных партий бетона показали, что введение в бетонную смесь ПФМ-НЛК на 18% снижает водопотребность бетонной смеси по сравнению с введением добавки ЛСТ+СНВ. Снижение водоцементного отношения до 0,3 обеспечивает повышение прочности бетона при равной подвижности бетонных смесей и получение 100% отпускной прочности бетона после пропаривания, а в проектном возрасте прочность бетона была выше на 1...2 марки. Испытания бетона на морозостойкость показали обеспеченность марки по морозостойкости F500 без потери прочности, водонепроницаемости - не ниже W 12. Дальнейшее внедрение модификатора на объектах, возводимых НПК «Спецмост» в различных районах Хабаровского и Амурского краев, показали высокую эффективность применения модификатора ПФМ-НЛК и для монолитных конструкций. Модификатор применяется при бетонировании мостовых конструкций пятью мостоотрядами НПО «Спецмост». Для приготовления бетонов используются различные сырьевые материалы (цемент, песок, щебень). В настоящее время начаты работы по внедрению модификатора ПФМ-НЛК на Мирнинском КСМК АК «АЛРОСА» и в Дальневосточной горно-строительной компании (г. Владивосток).