Трещиностойкие высокопрочные наливные полы "БеПоРС" на модифицированном гидравлическом вяжущем

УДК 691.53

ТРЕЩИНОСТОЙКИЕ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ НАЛИВНЫЕ ПОЛЫ «БеПоРс» НА МОДИФИЦИРОВАННОМ ГИДРАВЛИЧЕСКОМ

ВЯЖУЩЕМ

М. Н. Мороз, С. В. Ананьев, Р. Н. Москвин, Е. А. Белякова, В. С. Белякова

CRACK-RESISTANT HIGH STRENGT HLEVELING FLOORS «BePoRs» ON A MODIFIED HYDRAULIC BINDER MATERIAL

M. N. Moroz, S. V. Ananyev, R. N. Moskvin, E. A. Belyakova, V. S. Belyakova

Аннотация. Бетон является основным материалом, применяемым при производстве множества строительных конструкций, в том числе и при устройстве полов промышленных предприятий, которые эксплуатируются в тяжелых производственных и климатических условиях. Поэтому применять обычный бетон, изготовленный по классической технологии, не всегда является целесообразным, т.к. он должен удовлетворять повышенным эксплуатационным требованиям по прочности, морозостойкости, трещиностойкости, долговечности, коррозионной стойкости и т.д. Данная проблема решается путем применения бетонов нового поколения, к которым относятся реакционно-порошковые и порошково-активированные песчаные и щебеночные бетоны классов по прочности В80-В160. Исследования, проводимые на кафедре «Технология строительных материалов и деревообработки» Пензенского ГУАС, позволили создать сухие строительные смеси и бетоны на их основе с оптимальным соотношением компонентов, что уменьшает удельный расход цемента на единицу прочности до 2,5-5,0 кг/МПа за счет введения реологических и реакционно-активных добавок.

Ключевые слова: многокомпонентные бетонные смеси, сухие строительные смеси, реологическое действие гиперпластификаторов, бетоны и растворы общестроительного и специального назначений, реакционно-активные добавки, наливные полы.

Abstract. Concrete is the main material used in the production of many building constructions, including the construction of floors of industrial plants, that exploited in harsh industrial and climatic conditions. Therefore using ordinary concrete, made by traditional technology is not always advisable, because it must satisfy the increased operational requirements of strength, cold resistance, crack resistance, durability, corrosion resistance, etc. This problem is solved by using a new generation of concrete, which include reactive powder and powder-activated sand and crushed stone concrete strength class B80-V160. Research carried out at the Department «Technology of building materials and wood» PGUAS make it possible to create dry building mixtures and concrete on the basis of the optimal concentration of the components. This is reducing the specific consumption of cement per unit strength to 2,5-5,0 kg / MPa by introducing rheological and reactive supplements.

Key words: миШ-тх concrete, dry building mixes, rheological effect of giperplas-tifikators, concrete and mortar general construction and special assignments, reactionary active supplements, leveling floors.

Современные строительные смеси имеют широкую область применения, которая охватывает практически весь спектр возможностей бетонов и растворов общестроительного и специального назначений, в том числе высо-

копрочные самонивелирующиеся бетонные и фибробетонные покрытия вы-соконагруженных промышленных полов, самонивелирующиеся наливные полы, гидроизоляционные покрытия эксплуатируемых кровель, ремонтные составы для устранения дефектов в бетонных конструкциях, самоуплотняющиеся конструкционные бетоны, декоративные бетоны [8-9].

Надежные покрытия для нагруженных полов промышленных предприятий - это покрытия с высокими показателями прочности, коррозионной стойкости, трещиностойкости, морозостойкости и, как следствие, высокой износостойкости. При этом они должны выдерживать длительные динамические нагрузки и служить десятилетиями. Все эти показатели в большей степени определяют долговечность и надежность промышленных полов.

На сегодняшний день одним из наилучших технологических решений для строительства промышленных полов является использование бетона. Бетонные полы обладают такими безусловными преимуществами, как надежность, высокая износостойкость, дешевизна и распространенность сырья и др.

Разработкой и исследованием основных свойств эффективных многокомпонентных высокопрочных и особовысокопрочных реакционно-порошковых, порошково-активированных песчаных и щебеночных бетонов нового поколения, а также дисперсно-армированных бетонов классов по прочности В80-В160 на основе сухой реакционно-порошковой бетонной смеси, при научно-техническом сотрудничестве с кафедрой «Технология строительных материалов и деревообработки» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства (ПГУАС), под руководством Заслуженного деятеля науки РФ, доктора технических наук, профессора В. И. Калашникова несколько лет активно занимается ООО «Новые технологии в строительстве» (г. Москва) [1-6, 20].

Целью научно-исследовательских работ по оптимизации многокомпонентных составов самоуплотняющихся порошковых бетонов являлось создание сухих строительных смесей «БеПоРС», состоящих как из традиционных материалов, таких как цемент, дисперсный наполнитель, тонкозернистый заполнитель, гиперпластификатор, так и добавок, позволяющих улучшить эксплуатационые характеристики промышленных полов, - модифицирующих реакционно-активных добавок и химических модификаторов.

Исследования порошковых и реакционно-порошковых бетонов проведены с использованием различных цементов. Выбор соотношения компонентов цемента (Ц), молотого песка ПМ (или микрокварца), тонкого песка фракции 0,16-0,63 (ПТ) осуществлялся по наилучшим показателям расплыва из конуса Хагерманна в пределах 280-340 мм. Он позволил оптимизировать состав порошковых бетонов (Ц : ПМ : ПТ = 1 : 0,4-0,5 : 1,4-1,5). При таком соотношении содержание воды удалось снизить до В/Т 0,09-0,1 (В/Ц = 0,28-0,33), а расчетная толщина прослойки водно-цементно-минеральной матрицы между частицами тонкого песка составляла 40-55 мкм. Прочность на сжатие опытных составов реакционно-порошкового бетона составила 150-160 МПа, прочность на растяжение при изгибе - 24-27 МПа [2-6].

Сухие строительные смеси «БеПоРС» представляют собой специальный, оптимально подобранный состав для получения бетонов нового поколения с низким удельным расходом цемента на единицу прочности от 2,5 до 5 кг/МПа, полученный по принципиально новой рецептуре для устройства промышлен-

ных и декоративных покрытий полов с монолитным настилом с толщиной слоя от 5 до 100 мм (в зависимости от назначения).

Многокомпонентность строительных смесей «БеПоРС» и трансформация топологической структуры, оптимизация соотношения между компонентами позволяет существенно снизить расход цемента за счет введения в состав строительных смесей реологически- и реакционно-активных дисперсных добавок и тонкозернистого песка узкой гранулометрии -0,1-0,5^0,16-0,63 мм. Достигнутые в наших исследованиях рекордно низкие значения удельных расходов цемента на единицу прочности (Ц^д) в порошково-активированных щебеночных бетонах, равные 2,29-2,40 кг/МПа при прочности 132-137 МПа и расходах цемента 310-320 кг/м3, были достигнуты благодаря рационално подобранной рецептуре. В зарубежных научных-технических публикациях, посвященных исследованиям реакционно-порошковых бетонов и производству изделий на их основе [10-17], отсутствуют регламентирующие требования по обязательному наличию тонкозернистого песка в составе. Использование в качестве активных реологических компонентов дисперсного и тонкозернистого кварцевого песка позволило добиться чрезвычайно высокой прочности, свойственной высокопрочным бетонам, при значительной экономии цемента.

Введение добавок микросилики улучшает реологическое действие используемых гиперпластификаторов, а также проявляет реакционную активность со свободной гидратной известью, выделяемой основным вяжущим, что обеспечивает реализацию высоких технико-экономических показателей с сохранением необходимых характеристик.

Для изделий из бетона, как одних из самых материалоемких материалов, актуальным является уменьшение их объемов, что является важной народно-хозяйственной задачей и в большей степени определяет глобальную экономику в строительстве в совокупности с такими отраслями, как цементная, горнодобывающая, топливодобывающая, энергетическая промышленность, авто- и железнодорожный транспорт. Это может быть достигнуто за счет повышения прочности (в 2-4,5 раза) используемого бетона.

В связи с этим при содружестве коллектива ООО «Новые технологии в строительстве» (г. Москва) с высококвалифицированными специалистами кафедры «Технология строительных материалов и деревообработки» Пензенского ГУАС был осуществлен ремонт бетонной площадки (рис. 1,а - состояние бетона до ремонта) на предприятии текстильной промышленности в городе Железнодорожном Московской области с покрытием из высокопрочного реакционно-порошкового сталефибробетона класса В150.

Устройство фиброармированных покрытий промышленных полов подразумевает многоуровневое армирование, включающее в себя использование базальтовых, полимерных и углеродных фибр, где необходима достаточно прочная цементно-дисперсная матрица [17].

Перед заливкой покрытия тщательно подготавливали цементно-песчаное основание. Поверхность была предварительно очищена от ранее вымороженных ослабленных частиц, пыли, масла, органических остатков и других загрязнений, препятствующих сцеплению материала с поверхностью. По периметру планируемой заливки пола была проложена деформационная (краевая) лента, ширина которой выбиралась в зависимости от предполагае-

мой толщины выравнивающего слоя. Деформационные и конструкционные швы при этом совпадали с соответствующими швами основания.

в)

Рис. 1. Ремонт бетонной площадки на предприятии текстильной промышленности в г. Железнодорожном с покрытием из высокопрочного реакционно-порошкового

сталефибробетона класса В150: а - состояние бетона до ремонта; б - нанесение и выравнивание самоуплотняющейся бетонной смеси «БеПоРС»; в - затвердевший наливной пол с матово-глянцевой монохромной поверхностью

Для усиления прочности сцепления материала с основанием поверхность обработали специальным грунтом (при необходимости грунт наносится в несколько слоев). В процессе подготовки и грунтования принимались мероприятия по защите поверхности от запыления.

При приготовлении однородной смеси для наливных полов было соблюдено несколько условий: воду заливали строго в определенном количестве - на 30 кг смеси 3 литра воды, т.е. при рекордно малом водосодержании смеси 10 %! Следует отметить, что такое низкое значение водосодержания смеси было достигнуто путем тщательного подбора дозировок и оптимальной реологической активности компонентов смеси. Перемешивание производилось механизированным способом - высокоскоростным смесителем со скоростью вращения ротора от 100 до 800 об/мин. Бетонный раствор выдерживали 5 мин для удаления пузырьков воздуха, а затем при повторном перемешивании вводили фибру. Чтобы смесь не утратила жизнеспособность, готовый раствор необходимо было использовать в течение 40 мин. Смесь за-

ливали на подготовленное основание с таким расчетом, чтобы толщина конечного слоя была 5-8 мм. Смесь наносилась на поверхность основания с помощью бетононасоса и прокатывалась игольчатым валиком для удаления пузырьков воздуха, вовлеченного во время перемешивания раствора (рис. 1,6). В процессе тиксотропного разжижения стальная фибра перемещалась в нижнюю зону слоя бетонной смеси. Таким образом анизотропная структура покрытия самопроизвольно создавала необходимый защитный слой, предотвращающий образование коррозионных процессов фибры.

В процессе работы и в последующие два дня температура воздуха и поверхности основания под наливные полы была + 19 °С, что соответствует нормальным температурным условиям твердения бетона (не ниже + 5 и не выше + 30 °С). Поверхность высокопрочного наливного пола на основе сухой смеси «БеПоРС» после укладки была защищена тентовым покрытием для предотвращения интенсивного высыхания, попадания прямых солнечных лучей и воздействия осадков и сквозняков.

Минимальная прочность, достаточная для ходьбы по поверхности (15-25 МПа), у бетонов на основе сухих смесей «БеПоРС» достигается не позднее, чем через 12 часов (в зависимости от толщины слоя, температуры и влажности окружающей среды). Обычно 80-85 % от нормативной прочности особо высокопрочный бетон набирает за первые семь суток твердения.

Через 24 часа при прочности бетона 45-60 МПа были прорезаны деформационные швы, располагающиеся во взаимно перпендикулярных направлениях.

Основные эксплуатационные характеристики наливного пола на основе сухой реакционно-порошковой бетонной смеси «БеПоРС» БПРС-М1200-1500 представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные эксплуатационные показатели наливного пола на основе реакционно-порошковой бетонной и фибробетонной смеси «БеПоРС» БПРС-М1200-1500

Показатели Единица измерения Значения

1. Прочность при одноосном сжатии бетона, через одни сутки (н.у.т.) МПа 55-60

2. Прочность при одноосном сжатии,

через 28 суток (н.у.т.): - бетона МПа 120-150

- фибробетона 150-200

3. Прочность на растяжение при изгибе,

через 28 суток (н.у.т.): - бетона МПа 19-27

- фибробетона 35-45

4. Водонепроницаемость атм Более 20

5. Морозостойкость Более 1000 циклов,

циклы прочность продолжает увеличиваться

6. Истираемость г/см2 0,1-0,2

7. Деформации воздушной усадки мм/м 0,28-0,35

В силу высокопрочной реакционно-порошковой матрицы сцепление ее со многими наполнителями и заполнителями является очень высоким. Это позволяет изготавливать противоскользящие покрытия с вкраплением абразивных зерен дробленого гранита, диабаза или базальта. Абразивное покрытие на основе реакционно-порошковой смеси «БеПоРС» было выполнено на подъемных пандусах в многоуровневой автостоянке, построенной по программе «Народный гараж» района Выхино-Желябино г. Москвы (рис. 2). Тем самым отпадает необходимость устраивать гладкие поверхности из бетонов, которые, подвергаясь мокрой уборке, создают неудобство при пробуксовке колес автомобиля по мокрому покрытию.

Рис. 2. Абразивное покрытие на подъемных пандусах в многоуровневой автостоянке

В результате проведенных исследований было выявлено, что высокопрочный наливной пол на основе сухой реакционно-порошковой бетонной смеси «БеПоРС» положительно отличается следующими свойствами:

- высокой растекаемостью и способностью к самовыравниванию, что обеспечивает удобство в работе и снижает трудозатраты при проведении работ;

- высокой прочностью, морозо- и трещиностойкостью, которые обеспечивают надежность и долговечность пола.

Высокопрочные трещиностойкие наливные полы «БеПоРС» сохраняют все заявленные эксплуатационные свойства материала при контакте с водой, агрессивными компонентами песко-соляных смесей, а также при воздействии отрицательных температур.

При правильном устройстве наливных полов отпадает необходимость в затирке и шлифовке, т.к. поверхность покрытия ровная и глянцевая (рис. 1,в).

Экономический эффект использования сверхпрочных бетонов в покрытиях промышленных высоконагруженных полов в 3-4 раза выше по сравнению с полимерными покрытиями, обладающими аналогичными эстетическими, но значительно более низкими прочностными характеристиками.

Список литературы

1. Баженов, Ю. М. Модифицированные высокопрочные бетоны : моногр. / Ю. М. Баженов, В. И. Калашников, В. С. Демьянова. - М. : Изд-во АСВ, 2006. -368 с.

2. Калашников, В. И. Порошковые высокопрочные дисперсно-армированные бетоны нового поколения / В. И. Калашников, С. В. Калашников // Популярное бетонове-дение. - 2GG7. - № 2 (16). - С. 44-49.

3. Калашников, В. И. Через рациональную реологию - в будущее бетонов /

B. И. Калашников // Технологии бетонов. - 2GG7. - № 5. - С. S-iG ; 2GG7. - № 6. -

C. S-ii ; 2GGS. - № i. - С. 22-26.

4. Калашников, В. И. Терминология о бетоне нового поколения / В. И. Калашников // Строительные материалы. - 2Gii. - № 3. - С. iG3-iG6.

5. Порошковые фибробетоны со сверхвысокой прочностью с дисперсным армированием фиброй / В. И. Калашников и др. // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов : матер. Меж-дунар. науч.-техн. конф. - Пенза, 2Gii. - С. 4i-4S.

6. Калашников, В. И. Проблемы использования высокопрочного бетона и основные принципы их создания / В. И. Калашников // Материалы Х Междунар. науч.-техн. конф. - Запорожье : ООО «Бидиндустрия ЛТД», 2GGS. - С. 29-37.

7. Бетоны на основе реакционно-порошковой связки - новое направление в производстве бетонов общестроительного назначения / В. И. Калашников, В. Л. Хвастунов, Ю. С. Кузнецов, М. Н. Мороз // Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной Ананьев индустрии : материалы ХV Академических чтений РААСН - Междунар. науч.-техн. конф. - Казань : Казанский государственный архитектурно--строительный университет, 2GiG. - Т. i. - С. 225-229.

S. Декоративно-отделочные гидрофобизированные высокопрочные бетоны с глянцевой поверхностью / О. В. Суздальцев, С. С. Герасимов, М. Н. Мороз, В. И. Калашников // Международный научный форум «Студенческая наука - интеллектуальный потенциал XXI века». - Пенза, 2GiG. - С. 42-4б.

9. Schmidt, M. Jahre Entwicklung bei Zement, Zusatsmittel und Beton. Ceitzum Baustoffe und Materialprüfung. Schriftenreihe Baustoffe / M. Schmidt // Fest-schrift zum 6G. Ge-burgstag von Prof. Dr.-Jng. Peter Schiesse. - Heft 2. - 2GG3. - Р. iS9-i9S.

iG. Kleingelhöfer, P. Neue Betonverflissiger auf Basis Policarboxilat / P. Kleingelhöfer // Proc. В. Jbasil Weimar. - i997. - Bd. i. - Р. 49i-495.

11. Frank, D. Optimisierung der Mischung sowie Verifizirung der Eigenschaften Saue-resistente Hochleistungbetone / D. Frank, K. Friedemann, D. Schmidt // Betonwerk + Fertigteil-Technik. - 2GG3. - № 3. - Р. 3G-3S.

12. Richard, P. Composition of Reactive Powder Concrete. Skientific Division Bougies / P. Richard, M. Cheurezy // Cement and Concrete Research. - i995. - V. 25, № 7. -Р. i5Gi-i5ii.

П. Мещерин, В. САП: Новая бетонная добавка / В. Мещерин // CPI. Международное бетонное производство. - 2Gi2. - № 2. - С. 36-42.

14. Реология как инструмент определения удобоукладываемости / Ф. Курто, Ф. Лон-гли, У. Мартенсвик, С. Кара // CPI. Международное бетонное производство. -2Gii. - № 4. - С. 3S-45.

15. Пайерс, И. Самоуплотняющийся бетон с мелкоизмельченным карбонатом кальция / И. Пайерс, Б. Хайме, Г. Рамос // CPI. Международное бетонное производство. -2Gi2. - № i. - С. 35-4G.

16. Геометрические параметры фибры для высокопрочных бетонов / В. И. Калашников, Ю. П. Скачков, С. В. Ананьев, И. Ю. Троянов // Региональная архитектура и строительные науки и изделия. - 2Gii. - № i (iG). - С. 27-33.

17. Урьев, Н. Б. Текучесть суспензий и порошков / Н. Б. Урьев, А. А. Потанин. - М. : Химия, i992. - 252 с.

iS. Калашников, В. И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов : дис. ... д-ра техн. наук / Калашников В. И. - Воронеж, i996. - 95 с.

Мороз Марина Николаевна

кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии строительных материалов и деревообработки, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: mn.moroz80@gmail.com

Ананьев Сергей Владимирович кандидат технических наук, инженер, ООО «Новые технологии в строительстве» (г. Москва) E-mail: ntsmos@yandex.ru

Москвин Роман Николаевич

кандидат технических наук, доцент, кафедра эксплуатации автомобильного транспорта,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: moskva_in@mail.ru

Белякова Елена Александровна старший преподаватель, кафедра кадастра недвижимости и права, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: var_lena@mail.ru

Белякова Варвара Сергеевна

студентка,

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства E-mail: varya_bel@mail.ru

Moroz Marina Nikolaevna

candidate of technical sciences,

associate professor,

sub-department of technologies

of building materials and wood processing,

Penza State University

of Architecture and Construction

Ananyev Serdey Viktorovich candidate of technical sciences, engineer, LLC «New technologies in construction»

Moskvin Roman Nikolaevich candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of operation of road transport, Penza State University of Architecture and Construction

Belyakova Elena Aleksandrovna

senior lecturer,

sub-department of real estate cadastre and right,

Penza State University of Architecture and Construction

Belyakova Varvara Sergeevna student,

Penza State University of Architecture and Construction

УДК 691.53 Мороз, М. Н.

Трещиностойкие высокопрочные наливные полы «БеПоРс» на модифицированном гидравлическом вяжущем / М. Н. Мороз, С. В. Ананьев, Р. Н. Москвин, Е. А. Белякова, В. С. Белякова // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. - № 2 (10). - С. 178-185.