Контактная зона  в бетонах

Понятие контактной зоны включает в себя микрообъём цементного камня, непосредственно примыкающий  к заполнителю и отличающийся по своим свойствам от остального объёма цементного камня.                                                                                                         Как известно из многих источников,  зона контакта цементного камня с поверхностью заполнителей и наполнителей в бетонах,  является наиболее слабой частью объема бетона. Прочность контактной зоны в 5-7 раз меньше прочности остального цементного камня этого же бетона.  По границе с заполнителем, проявляется масса негативных явлений, связанных  сложными поверхностными взаимодействиями частиц различных зарядов и рН сред.  Это зона повышенной водопотребности и пористости. На поверхности заполнителя, мелкодисперсные частицы коагулируют и слипаются, как правило – поперек связей цемент/заполнитель, требуют больше воды. Частицы цемента неравномерно распределяются из теста по поверхности.  Это зона повышенной концентрации портландита и карбоната кальция, место создания седиментаци и концентраций напряжений. По ней проявляется начало и развитие процессов разрушения бетонов в условиях эксплуатации.                                                                                                      Упрочнение контактной зоны бетона ведет к существенному повышения прочности самого бетона, его трещиностойкости, увеличению морозостойкости и водонепроницаемости.  Суть метода формирования модифицированного контактного слоя заключается в определенной  последовательности подачи компонентов в замес смеси, с целью наиболее полно, специального воздействия на поверхность заполнителей (и наполнителей).  Все компоненты бетона – практически те же самые, что и при обычном замесе.          

  Вот фото поверхности «контрольного" бетона,  приготовленного обычным способом. Верхний образец – на граните (крошка 2-5мм). 160кг воды на кубе бетона. Марочная прочность М1000. Внизу – такой же состав на известняке (2-5мм) – 170кг воды на м3 бетона.

Вот еще фото образца на граните. М1000.  

А вот фото образцов,  которые изготовлены по новой технологии:

Слева – на известняке. Практически тот же состав, но на 160кг воды (было 170кг)     Справа – на граните. Но на 120кг (!) воды на м3 бетона (было 160кг).  Явно видно и понятно, что последние образцы были более удобоукладываемы,  не смотря на снижение доли воды в составе. Этот результат по реологии смеси и дал повод уже показать преимущество данной технологии. Промежуточное испытание опытного образца на граните (4е сутки.  смесь образца справа)  дало показание прочности на сжатие 870кг/см2                    

А вот фото образцов контактного бетона на фракционированном песке. Та же технология. 120-130кг воды на кубе.

Данный бетон, практически – безусадочный, с очень высокой сопротивляемостью истиранию.  Может быть, по заданию, гладким или шероховатым по поверхности. Обладает максимально- возможными характеристиками по морозостойкости и водонепроницаемости. Трещино- и химически стоек.  Имеет высокую адгезию к основанию. Предназначен, как покрытие,  для высокопрочных стяжек, подъездных путей, дворов,  открытых и закрытых паркингов, парковых дорожек и тп.

Модификация контактной зоны в бетоне. Продолжение.

По итогу освоения новой технологии модификации контактной зоны в бетоне, решил применить для этого более эффективные для данного метода добавки  - в жидком виде.  В результате получил  более  глубокую проработку поверхности и  более плотное состояние контактной зоны, если смотреть на водопотребность  самой смеси. Так и посмотрим:

 Вот фото поверхности свежеуложенного контактного бетона на крупном фракционированном кварцевом песке 0,8-2мм. С сухими добавками. Новый метод замеса. 130кг воды на кубе:

Казалось бы,  дальше уже некуда.  Воды -  минимум, она не выступает в избытке.                                                                      Вот как выглядит поверхность дальше, при созревании:

И вот фото свежеуложенного контактного бетона, по той же технологии замеса, но с применением двух жидких добавок (остальные – сухие) Принципиально – смесь та же, того же состава . 128 кг воды на м3 бетона с учетом её в добавках:

Как говорится – «ощутите  разницу!!» При этом смесь, что естественно, была более подвижна, чем «обычно»…  Хотя, слово «обычно» тут не успевает применяться )))  В результате данного опыта появился дальнейший резерв  по улучшению  качественных характеристик контактного  (и не только) бетона – прочности, износостойкости, водонепроницаемости, морозостойкости с прекрасной адгезией как к основанию, так и к основному заполнителю смеси.

1. Расчет необходимого объема замеса.

Требуется замерить тот объем, что выдает ваша мешалка (корыто, бадья и тп).

Можно измерить рулеткой, если форма позволяет или можно налить воду и завесить её – это будет объем замеса. Что пишут, например, на гравитационных мешалках – это объем ее под горло, а реально они мешают намного меньше объема (зависит от наклона и тд). Есть вариант – использовать крышку на гравитационную мешалку, чтобы мешать побольше смеси в большем наклоне. Перейдем к расчетам. Например, у вас на выходе 125л. Следовательно, это восьмая часть от метра кубического (1000/125 = 8), а все дозировки всегда исходят из дозировок на 1 м3 бетона. И не в «частях», не в ведрах, не в лопатах, не в мешках, а в килограммах. Только гранулы дозируются объемом, а не весом, но все остальное – по весу. А теперь смотрим прилагаемую таблицу дозировок. Видим там все дозировки – на куб псбетона. При объеме (как в примере)  замеса = 125л, все выложенные в таблице весовые дозировки на куб – делим на 8. Это будут дозировки на замес.

2. Расчет дозации цемента.

 Если, например,  на 1 м3 псбетона, марки по плотности D400, требуется 330кг цемента, то на ваш замес объемом в 125л, для марки D400, потребуется 330 поделить на 8. Получим - 41,25кг цемента на замес. А вот если бы у вас был объем замеса 150л (это 1000/150 = 6,67), то вам было бы удобно использовать сразу один мешок (50кг) на замес и взвешивать цемент не потребовалось бы. (330/6,67= 49,47кг). Поэтому – всем рекомендую, кто нацелен делать псбетон D400, постарайтесь найти возможность замешивать, как минимум,  по 150 л смеси и тогда у вас будет дозироваться на замес ровно один мешок (50кг) цемента. Есть еще вариант с мешками по 25кг, тогда потребуется мешать по 75л (маловато, конечно, по производительности, но может и такое потребоваться для квартирных масштабов).

3. Расчет дозации гранул.

Тут все просто. Качественный псбетон, в среднем, требует 1,1м3 гранул на куб бетона.  У вас, например, 150л замес. Следовательно, гранул по объему потребуется в 1,1 раза больше. 150х1,1= 165л. И это не зависит от марки псбетона по плотности. В некоторых случаях, когда поризация сильная (это оправдано для теплоизоляционных марок D150- D225), можно получить куб псбетона и на 1 м3 гранул. Тогда требуемый объем гранул = объему замеса. Это все относится к вспененному грануляту. А вот использование дробленки – тут как попадется. На куб псбетона может и 1,2 и 1,3 куба дробленки вмешаться и даже 1,4, смотря насколько она «запылена», насколько рваная. Тут уже надо исходить из замеров получаемой плотности и потом корректировать дозировку дробленки (об этом позже). Замерять объем гранул можно чем угодно – крупным ведром, ящиком и тп. Только надо знать точно объем «мерников» и засыпать ровно столько, сколько получается по расчету, а не «как влезет». Есть и такой вариант – по объему мешалки, если знать, каков объем «по горло», но это уже приблизительно и не совсем стабильно. Так как это оценивается визуально при уже предварительно (как минимум) залитой воде или цементном растворе.

4. Расчет дозации воды.

По воде необходимо понимать, что такое «водо/цементное» соотношение. Это ориентир, от которого можно исходить в расчете её дозации. Если поделить вес воды на вес цемента, то и получится это соотношение. Для условий, когда смесь укладывается вибрацией или еще как принудительно или она немного  пластифицирована, то первоначально ориентироваться можно на значение в районе 0,45. Если смесь нужна более подвижная, то ориентируемся на 0,5. Если совсем жидкарь нужен, то 0,55. Соответственно, берем свое количество цемента на замес, например – те же 50кг и умножаем этот вес на свой ориентир. 50*0,45= 22,5кг воды. Делаем замес и смотрим – насколько вас удовлетворяет её вязкость, подвижность, нерасслаиваемость. И после этого уже делаем поправку по воде (больше или меньше её дать) для последующих замесов. Если воды недостаточно по вашей оценке, то можно прям тут же добавить (вот убавить уже не получится. Это только для следующего замеса). Не рекомендую лить «на глаз». Лучше возьмите калькулятор в руки и посчитайте, сколько добавить воды. Тогда вы потом будете точно знать, сколько лить воды на замес. Например, для в/ц соотношения 0,45 у вас смесь слишком вязкая получилась, неудобно её заливать в опалубку. Тогда вы попробуйте дать соотношение не сразу 0,5, а  0,48, допустим. Для этого – 50*0,48= 24кг. А вливали вы 22,5кг. Долейте разницу 24-22,5= 1,5кг , домешайте и посмотрите, возможно, этого уже будет достаточно. Никому не рекомендую сильно увлекаться водой, но и ниже 0,4 в/ц  лучше не усердствовать. Дело в том, что ниже этого значения так же резко усиливается усадка (аутогенная), а это ничего хорошего. Все это относится к псбетону на одном цементе, без наполнителей. На плотностях D450-500 я, обычно, рекомендую применять порошкообразные наполнители типа «минпорошок», «зола уноса», «молотый граншлак». Это и цемент экономит и укрепляет цементный камень и снижает его усадку. И вот в таком случае, если применяется такой порошкообразный наполнитель, то соотношение с водой надо считать по сумме веса цемента и веса наполнителя, потому как, у такого наполнителя размерность и удельная поверхность – сопоставима с цементом. Это называется «водотвердое соотношение» (в/т), но суть та же самая – вы так же ориентируетесь на соотношения диапазона 0,45-0,55, а потом корректируете его. Касаемо плотностей D550-600, то в них я рекомендую применять в качестве наполнителя тонкий, мелкий песок (желательно до 0,63мм размерностью. Или по модулю крупности – до 1.0) И вот в этом случае, количество воды лучше исчислять, опять же, только по весу одного цемента (в/ц). У песка гораздо меньшая водопотребность, чем у порошкообразных наполнителей. Вообще, у подбора количества воды нет и быть не может одинакового на всех соотношения. Какие-то цементы имеют больше тонину помола, удельную поверхность, водопотребность и нормальную густоту, а какие-то меньше. Тоже самое и с наполнителями – везде они разные. Но самое критичное – везде они своей влажности, а её надо учитывать в рецептуре уменьшать дозацию воды на долю влаги в песке. Например (есть видео на моем канале) – лили стяжку из D600 c мелким песком в составе смеси. Цемента было 353кг на куб. Песка – 167кг. Всего – 520кг. Воды было 180кг. В/ц = 0,51 (180/353). Зато водо/твердое (в/т) было = 0,34 (180/520). 4 добавки. Так же имеет значение и температура воды. Холодная вода медленней смачивает, а теплая – быстрее. На холодной воде подвижность в замесе и укладке выше, чем на теплой. Рекомендую всем работать с псбетоном на холодной воде. Снижение в/ц – это ускорение гидратации цемента, не смотря на первоначально – холодную температуру воды, которой и так хватает в избытке. Псбетон не садится от отсроченного водопоглащения, как пенобетон, поэтому псбетону не требуется теплая вода в замес. В зависимости от разных температурных условий, так же имеются различия в дозации воды. Поэтому, расчет дозации воды – это, прежде всего, ориентир, с которого следует начинать практический подбор реального состава смеси.

5. Расчет дозации воздухововлекающей добавки.

Традиционно, в псбетоне применяется добавка СДО (смола древесная, омыленная). Я привожу тут типовую рецептуру, поэтому считаю, что будет проще дать пример на СДО, хотя мои рецептуры (как композиции нескольких добавок) уже давно её не содержат.

Итак, у нас три диапазона плотностей в псбетоне. Первый диапазон – теплоизоляционный. Так как цемента в марках D150-225 содержится мало, то требуется усиленное воздухововлечение для цементного теста, чтобы создать однородность матрицы. Добавки, как обычно, дозируются к весу цемента (плюс вес порошкового наполнителя, если он есть). И приводятся к их сухому весу. То есть к той части их раствора, что будет сухим остатком. Зная концентрацию раствора, несложно понять, сколько в нем сухого остатка. Смола СДО бывает в продаже , в основном, в трех вариантах – в сухом виде (но это монолитный кусок смолы, похожей на гудрон), в 50% растворе и в 25% растворе. Я буду приводить значения «по-сухому», а в таблице даны дозировки и для 50 и 25 процентных растворов. Для теплоизоляционного диапазона ориентироваться надо на не менее 0,2% СДО (по сухому) к весу цемента. Например, марка D200 требует 165 кг цемента на куб. Соответственно, на куб потребуется 0,33кг смолы СДО ( по сухому)  (165*0,2% = 0,33). В каких-то случаях – может чуть больше или меньше, но ориентир примерно такой. Для диапазона самонесущих марок (теплоизоляционно-конструкционного) D250-350 уже можно применять усредненную дозировку в 0,15%. А для несущих марок (конструкционно-теплоизоляционного диапазона) – 0,1%. Принцип, вообще, таков: «если много добавки – меньше плотность и прочность». При избытке добавки возникает так называемая «перепоризация». Бетон становится рыхлым и непрочным. Поэтому, если для теплоизоляционных марок прочность не критична, то вот для несущих надо стараться найти необходимый минимум добавки. Критерий визуальной оценки – закрытость гранул, обмазка гранул. Этого, в принципе, достаточно для D400-600 и очень необходимо для D150-225.

Применять СДО лучше всего в 25% растворе. Если у вас твердая смола, то взвесьте на одну часть смолы – три весовых части горячей воды и растворите смолу в воде с перемешиванием. Бывало, что и на медленном огне сперва «заваривали» раствор немного времени для лучшего растворения. Желательно – не применять сразу, а дать настояться раствору сутки и периодически помешивать. Если у вас куплен готовый 50% раствор смолы СДО, то его просто разбавьте 1 к 1 с теплой водой и получите тот же 25% раствор. Перед применением – обязательно размешивать («взбадривать») раствор смолы.

Применять или нет фибру в псбетоне(?) – это на ваш выбор, индивидуально. Качественный псбетон особо в этом не нуждается. Он и так трещиностоек. Для усиления «на отрыв» при штукатурных покрытиях я бы фибру вносил (полипропилен, стеклофибра, базальт – всё сгодится). Всего 0,6-1 кг на куб. 6-12мм. На «классовую» прочность это, практически, почти не влияет, а вот на трещиностойкость, на удержание на отрыв – реально работает.

Теперь относительно – применять или нет наполнитель в псбетоне (?). Суть в том, что матрица псбетона поризована и в ней имеются межпоровые стенки. Если применить песок для марки D300, например, то он просто напросто разрушит эти межпоровые стенки своим большим размером. Да и тогда придется еще снижать дозировку цемента, чтобы сохранить плотность. И это не вариант для подъема или сохранения прочности, а наоборот. В марках D450-500 межпоровые стенки уже потолще, а наполнение по минеральной части смеси на куб – 370-410кг. Можно одним цементом, если не жалко, а можно и часть цемента уже заменить наполнителем, похожим по размеру на цемент (зола-уноса, минпорошок, молотый граншлак и тп). А вот в марках D550-600 уже требуется 460-520кг наполнения минеральной частью на куб. И межпоровая стенка уже достаточно плотная, крупная. Поэтому, вполне обоснованно применить мелкий песок в качестве наполнителя, что позволит использовать адекватное количество цемента для достижения заданной прочности и понизить усадочные напряжения. В таблице приведены реальные, практически-испытанные  дозировки по цементу и песку. Не обязательно именно такие соотношения использовать, если, например, прочность не добирается, то можно немного добавить цемента, но сумма, общий вес «всего» минерального наполнения, должен быть обозначенного значения.

Для тех, у кого нет никаких под боком порошковых наполнителей, кому все это больше морОка, чем процесс, я рекомендую просто не делать марки D450-550. А делать или D400 или D600. В первом случае вам не нужны никакие наполнители вообще. Во втором у вас очень неплохо применяется мелкий песок. А вот марки между ними (D450-500-550) – они «ни туда, ни сюда». Если требуется нечто прочное – у вас есть D600. Если прям зудит у вас о «прочности» - поднимите цемента до 400кг, песка – 120кг, воды и добавки – по минимуму…. И посрамите газосиликат )))  Ну а кто понимает, что прочность должна быть просто достаточной, тому за глаза хватит марки D400 для большинства мест применения. Зато намного «теплее» и никакая влажность не будет «гулять» в смеси на замесах   – ведь песка в ней нет. М15-М20 прочности на сжатие – абсолютно достаточно, например, для стены в 40см толщиной. Если посчитать, максимальная несущая способность при М20 (а это и есть D400) для дома с периметром 10х10м (40см толщиной) и одной капитальной перегородкой – это 4 тысячи тонн (!). Тут любые понижающие коэффициенты никак вообще не помешают для абсолютного большинства проектов малоэтажных домов. При этом, будет прочность на изгиб – в три раза выше, чем у газосиликата той же марки на сжатие. Ну а морозостойкость у псбетона и так выше некуда. Если сомневаетесь, что у вас получится на D400 сделать М20… - то это больше психология, чем реальность)))  В таком случае – делайте рецептуру D450 на одном цементе (лучше добавочном CEM II  42,5) 370кг на куб, без наполнителей. И будет вам с запасом всё. ))