Заменитель бетона: разновидности, особенности применения, преимущества

Востребованные строительные материалы: бетон и раствор на основе портландцемента, обладают существенным недостатком. При схватывании и наборе прочности на открытом воздухе залитая конструкция дает усадку 1-1,5 мм/м. При строительстве протяженных и объемных сооружений (резервуары, ЖБИ, стволы шахт и др.), усадка бетона, является причиной появления трещин и даже разрушения конструкции.

Поэтому для этих целей используется специальный строительный материал – саморасширяющийся цемент. Понятие «расширяющийся цемент» объединяет группу «вяжущих», обладающих одной особенностью – способностью расширяться объеме в пределах: 0,15-0,7%.

Особенности твердения бетона на саморасширяющемся цементе

Эффект саморасширения достигается с помощью создания минералов Эттрингит. Образование кристаллов Эттрингита происходит при взаимодействии присадок – алюминатов и сульфатов кальция на водной основе. При этом в состав кристаллов минерала входит большое количество молекул H2O.

Именно это обстоятельство обеспечивает эффект саморасширения. Твердые компоненты саморасширяющегося цемента, взаимодействуя друг с дружкой в процессе гидратации, присоединяют к себе воду и таким образом увеличивают свой объем в несколько порядков.

Одной из основных особенностей, которыми характеризуется данный вид связующего, в растворах на его основе параллельно идет два процесса: процесс образования эттрингита обеспечивающего увеличение объема и процесс схватывания и твердения. Если процесс образования минералов произойдет раньше, чем произойдет процесс схватывания и набора небольшой прочности, эффекта саморасширения не получится. Кристаллы эттрингита «сожмут» податливую массу в обратную сторону.

Поэтому при возведении сооружений из саморасширяющегося цемента необходимо обеспечить постоянное увлажнение поверхности в течение от 12 часов до 7 дней в зависимости от типа вяжущего.

Объемные деформации конструкций

При производстве железобетона, во время гидратации цемента образуются коллоидные и кристаллические образования, которые по-разному могут влиять на процессы деформации, происходящие в цементном камне.

Процесс образования трещин

Коллоидные образования в период твердения смесей уплотняются и способствуют появлению усадочных раковин. А образуемые кристаллы, при определенных температурных условиях в момент гидратации цементного камня, могут увеличиваться в объеме, провоцируя тем самым тепловое расширение бетона, приводящее к появлению трещин на поверхности конструкций.

Усадочные деформации

Усадка по механизму возникновения делится на два вида.

Это:

1. усадочное напряжение (расширение)
2. усадочная деформация.

Интенсивность протекания таких деформаций зависит от показателей влажности и температуры окружающей среды.

Усадочные деформации

Изменения, происходящие в результате усадочной деформации, в сочетании с таким явлением, как линейное расширение бетона, значительно снижают трещиностойкость и долговечность сооружений. Первооснова усадки — это протекающий в течение некоторого времени процесс снижения линейных размеров смеси, вызванный физико-химическими реакциями, происходящими на тот момент в структуре изделия.

График изменения величины усадки во времени

Усадочные процессы можно распределить на несколько этапов:

• пластическая деформация, происходящая в момент схватывания смеси;
• усадка, вызванная последующим твердением смесей (до 28 дней);
• деформации, происходящие в зрелом возрасте (более 28 дней).

Коэффициент усадки представляет собой условное процентное отношение изменения начального объема материала в сравнении с его конечным значением, и обычно не превышает 1,5%.

Линейная температурная деформация

Линейные расширения

Линейное расширение — это объемные трансформации, происходящие в структуре материала под воздействием внутренних или внешних температурных факторов.

• Коэффициент линейного расширения железобетона (α). Это относительное увеличение линейных размеров конструкций при повышении температуры на 1 K в стандартных условиях.
• Коэффициент теплового расширения бетона. Его величина, зависит от температуры и сравнительной влажности окружающей среды. Данный параметр неразрывно связан с показателем теплопроводности материала.

На заметку: Последнее значение представляет собой способность изделия аккумулировать, или проводить тепло через свою структуру. Чем выше плотность — тем выше этот параметр.

• Коэффициент линейного расширения бетона. Равен 0,00001 (°С)-1 — то есть, при повышении температуры до +50°С, линейное расширение будет иметь значение 0,5 мм/м.
• Коэффициент расширения бетона. Также зависит от марки цемента и состава заполнителей.

Заполнитель и цементный камень владеют разными коэффициентами теплового расширения. Поэтому, при изменении температурных условий эти компоненты ведут себя неодинаково, в результате чего возникают объемные напряжения в структуре изделия, способствующие образованию трещин как на поверхности, так и внутри материала.

Для предотвращения трещинообразования, температурного расширения и усадочных деформаций в современном строительстве предусмотрен целый комплекс мероприятий:

• расширительные швы в бетоне (деформационные или температурные);
• повышение частоты армирования конструкций;
• разделение монолитных поверхностей на отдельные автономные блоки и др.

Деформационный шов

Однако все эти методы значительно повышают себестоимость строительства и не всегда действуют результативно в отношении повышения эксплуатационных характеристик. Наиболее эффективным способом устранения вышеописанных недостатков является использование расширяющихся и напрягающих вяжущих.

Виды и назначение

На данный момент времени строительная промышленность, и частные лица могут приобрести следующие виды расширяющихся продуктов для приготовления бетонов и растворов:

• Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ). Связующее этого вида создают совместным помолом компонентов или смешиванием готового глиноземистого цемента, природного гипса и присадки – алюмината кальция. Начала схватывания материалов на основе ВРЦ происходит в течение четырех минут. Конец схватывания в течение 10 минут. Для увеличения периода схватывания в растворы и бетоны добавляют присадки: буру, уксусную кислоту или СДБ. Область применения: ремонт конструкций, гидроизоляция подземных сооружений, создание водонепроницаемых швов.
• Гипсоглиноземистый цемент (ГЦ). Популярный быстротвердеющий цемент, продукт совместного измельчения или смешивания глиноземистого клинкера и специального природного гипса. Область применения: гидроизоляция подземных сооружений, чеканка швов, приготовление расширяющихся бетонов и растворов.
• Саморасширяющийся быстросхватывающийся цемент РПЦ 500 или РПЦ 400. В состав вяжущего данного типа входит портландцементный клинкер, глиноземистый клинкер и присадки. Область применения: ремонтные и восстановительные работы, гидроизоляция конструкций, замоноличивание стыков гидротехнических сооружений.
• Саморасширяющийся цемент НЦ. При затворении сначала набирает прочность, далее саморасширяется. Это дает возможность напрягать возводимую конструкцию. Состав НЦ можно характеризовать как особый: обычный общестроительный портландцемент, глиноземистый цемент и гипс. Область применения: производство труб работающих под делением, возведение резервуаров, строительство объектов спортивного назначения.

Заменитель бетона — что это такое?

Бетонные растворы как готовящиеся по месту из исходных ингредиентов, так и поступающие в продажу в виде сухих строительных смесей на базе цемента — были и остаются на пике востребованности. Все это – благодаря выраженным достоинствам, к которым можно отнести относительно доступную стоимость, простоту и понятность применения, высокую надежность при условии соблюдения всех технологических требований при подготовке, заливке и в период созревания. Казалось бы, чего еще желать?

Однако, давайте вспомним, что работа с бетоном имеет и немало недостатков:

• Все составляющие бетона, то есть и цемент, и песок, и щебень (гравий) обладают выраженно высоким удельным весом. Все это требует немалых материальных затрат и физических усилий при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке.
• Чтобы замесить бетонный раствор, особенно если его требуется большое количество, необходимо специальное оборудование. А при заказе готового – приходится оплачивать работу специальных транспортных средств.
• Работать с обычным бетонным раствором можно только при положительных температурах. Есть технологии с использованием специальных добавок, но это и усложнение, и удорожание, а часто – еще и определённая потеря качества.

Можно ли работать с бетоном в мороз?

Если откровенно – то этого следует при любой возможности избегать. Но в некоторых регионах иной возможности завершить строительство в срок — просто не найти. Так что приходится использовать технологии зимней заливки бетона, о которых рассказано в специальной публикации нашего портала.

• Бетон долго застывает, поэтому время строительства порой затягивается на месяцы. Никуда не деться – для качественного созревания с возможностью приложения расчетных нагрузок требуется не менее четырех недель.
• Что при самостоятельном изготовлении бетона, что при заказе его в готовом виде, неизбежно загрязняется территория вокруг строительного объекта.

Всех этих сложностей можно избежать, если использовать какой-то из существующих ныне заменителей бетона. Это — композитный материал, обычно поступающий в продаже в виде двухкомпонентного состава.

Сегодня на строительном рынке России этот инновационный материал представлен четырьмя вариантами: одним зарубежным — «FAST 2k» (Канада), и тремя отечественными — «HILST», «GPN-100» и «Бетонит».

Для того чтобы разобраться в характеристиках предлагаемых вариантов и выбрать наиболее подходящий для работы, необходимо рассмотреть особенности каждого из них.

Технология работы с материалом

Использование состава не представляет сложности даже для новичков. Работа производится таким образом:

• вырыть лунки нужного размера (чуть больше диаметра опоры),
• подготовить компоненты раствора, вскрыть упаковки (если на улице мороз, их надо предварительно выдержать 2 часа при комнатной температуре или подогреть до +25 градусов непосредственно на месте работы),
• соединить составляющие согласно инструкции в чистой пластиковой таре, взбить их дрелью с миксерной насадкой в течение 45 секунд, не более,
• за один прием стоит готовить не больше 4 литров раствора, чего хватает на 8 средних ямок,

• столбик установить в лунку, выровнять его вертикально, залить раствором,
• спустя 4-5 минут средство увеличится в объеме подобно монтажной пене,
• при необходимости удалить излишки композита или добавить его,
• спустя 5 минут можно прекратить удержание опоры, а через 2-3 часа приступать к эксплуатации.

Если средство реализуется в однокомпонентной форме, его не нужно смешивать, а можно вливать в лунки непосредственно из упаковки. Полимеризация будет происходить за счет контакта с воздухом. В среднем, упаковка массой 1100 г заменяет 50 кг сухого цемента.

Марки и характеристика безусадочного цемента

Таблица 1 – Наиболее популярные марки цемента

• М 400, 500, 600 – это маркировка цемента, означает прочность готового материала, измеряется в кг на кв. см.
• ВБЦ – водонепроницаемый безусадочный цемент, Б – быстросохнущий.
• Д – характеризует содержание присадок в составе цемента, которые влияют на характеристики продукта. Д0 означает что их нет, Д20 – то, что 20 % продукта заменили добавками.

Область применения

Композит используется там, где заливка традиционных бетонных растворов затруднена. Обычно его применяют в труднодоступных районах, в горах, лесных зонах, хотя он подходит для абсолютно любых климатических условий. Чаще всего с помощью заменителей бетона готовят опорные конструкции и отдельные элементы (горизонтальные и вертикальные). Материал применяется для закрепления, ремонта, монтажа, восстановления:

• ограждений из дерева, металла, бетона, кирпича,
• столбиков, беседок, фонарей, террас,
• детских площадок и аттракционов,
• дорожных конструкций — знаков, указателей, шлагбаумов,
• парковок,
• магистралей водо-, газоснабжения,
• мачт, флагштоков.

Компенсационный шов в стяжке

Схема расположения разных видов швов стяжки.
Рисунок разрезов, которыми разделяется стяжка, зависит от площади и конфигурации помещения. Пристенные швы имеют глубину на всю высоту стяжки. Их заполняют эластичными прокладками толщиной до 10 мм, силиконом. Также плиты заливки перерезаются на уровне дверных проемов и коридоров, но не на всю высоту материала. Аналогичным образом ее необходимо отделять от лестничного марша.

Если площадь помещения больше 30 м2 или если в нем есть Г-образные участки, она фрагментируется на прямоугольные (квадратные) составляющие со стороной не длиннее 6-ти метров. Установленные в помещении колонны также обособляются разрезами (в форме квадрата) у их основания. Когда стяжка содержит армирование, прорезание делается по границам листов арматурного каркаса.

В середине монолита рассечения обычно привязываются, например, к габаритам плитки, укладываемой на пол (шов должен проходить между ними). В теплых полах стяжка разрезается по границам полей тепловыделяющих элементов. Глубина прорезания определяется ее высотой, а также она зависит от наличия греющих труб в полу. В таких случаях массив бетона рассекается на 1/3 – 1/2 его толщины.

Вернуться к оглавлению

Назначение безусадочного бетона

Вид и марку бетона нужно выбирать в соответствии с назначением строительного объекта и условиями, в которых он будет применяться. По ГОСТу безусадочный бетон можно применять для мостовых и железобетонных конструкций, дорожного покрытия, гидротехнических сооружений.

Основной задачей безусадочного бетона является снижение усадки и быстрый набор прочности, что чаще всего применяется в ремонте и строительстве. Важным свойством такого бетона является реопластичность (подвижность продукта) – это позволяет легко укладывать цемент, при этом создавая высокую плотность готовому материалу.

Актуальность использования

Для достижения устойчивого положения столбов при монтаже ограждения их приходится закапывать в землю и заливать бетоном. С этой целью выкапывается отверстие, ставится столб, после чего промежуток заливается жидкой бетонной (цементно-песчаной) массой. Такой раствор довольно быстро застывает и надежно закрепляет столбики в почве. Тем не менее, конечную прочность цементная смесь обретает только через месяц, и в этот период нельзя производить окончательную установку забора.

Бетонные смеси трудно готовить. Место работы сильно загрязняется, а соединение цемента и песка лучше производить в бетономешалке. Вручную возможно сделать только небольшую порцию, но тщательно промешать ее все равно проблематично. Заменители бетона быстрыми темпами вытесняют традиционные растворы по таким причинам:

• на участке сохраняется чистота,
• готовая смесь заводится без особых усилий,
• устойчивость опор будет выше.

Преимущества и недостатки композитного материала

Применять композиты намного выгоднее и эффективнее, чем бетон, поскольку они обладают рядом достоинств:

1. Скорость. При использовании заменителей полное время на осуществление всех работ сокращается на 80%. Средство после заливки становится прочным уже за 5 минут, готовые конструкции можно эксплуатировать через пару часов.
2. Чистота. На участке не придется делать «генеральную» уборку, что особенно важно для лесных зон, парков, мест отдыха.
3. Малая трудоемкость. Для заливки не надо нанимать бригаду рабочих, а простота процесса позволяет осуществить его своими руками. Нарушить пропорции компонентов почти нереально — все уже отмеряно и расфасовано в удобные упаковки.

1. Прочность. Смеси на основе композитов после полимеризации становятся намного более стойкими к действию повреждающих факторов, нежели бетонные растворы.
2. Экологичность. Составы не включают вредных компонентов, они совершенно безопасны для людей и окружающей среды. Кроме того, композиты не повреждают металл, дерево, не становятся причиной гниения и коррозии.

Использовать заменители бетона можно даже при минусовых температурах (до –25 градусов), что может быть важно при определенных климатических условиях в регионе. Из минусов стоит назвать только более высокую, чем у цемента, цену, но она компенсируется экономией на трудозатратах и оплате работы бригады наемных строителей. Высокие температуры отрицательно сказываются на прочности раствора, поэтому перегрев при его изготовлении должен быть исключен.