Как сделать цементный раствор с жидким стеклом для гидроизоляции: Как правильно смешать жидкое стекло с цементом: пропорции, советы и рекомендации

Содержание

Как правильно смешать жидкое стекло с цементом: пропорции, советы и рекомендации

Дата: 12 ноября 2018

Просмотров: 19588

Коментариев: 2

Широко распространено добавление жидкого стекла в цементные составы при выполнении строительных работ. Оно ускоряет твердение бетона и повышает устойчивость к проникновению влаги. Состав представляет собой раствор силиката натрия или калия. Его изготовление осуществляется путем высокотемпературной обработки соды, кварцевого песка с уменьшением гранулометрических характеристик и растворением в воде.

Вводят жидкое стекло в раствор цемента при строительстве бассейнов, гидротехнических объектов, фундаментов, обустройстве печей и выполнении стяжки. Кроме того, незаменимо жидкое стекло для подготовки составов, если необходима штукатурка, обладающая высокой адгезией. Жидкое стекло с цементом, пропорционально смешанные, придают бетону огнеупорные и кислотоупорные свойства.

Введение жидкого стекла в цементный состав оправдано при сокращенных сроках выполнения строительных мероприятий. Применение жидкого стекла в строительных растворах требует соблюдения необходимой концентрации, так как отклонения от рекомендуемых пропорций связаны с непредсказуемыми изменениями характеристик.

Добавка жидкого стекла в раствор в зависимости от его количества придаст различные свойства готовому материалу

Рекомендуемые соотношения

Смешивайте цемент с жидким стеклом со строгим соблюдением рекомендуемых пропорций. Ошибка может вызвать разрушение или растрескивание конструкции. Процентное соотношение добавок, вводимых в цементный раствор, определяется с учетом объема цемента.

[testimonial_view id=»2″]

Применение жидкого стекла в строительных растворах осуществляйте, согласно следующим рекомендациям:

  • Жидкое стекло как гидроизоляционная добавка позволяет приготовить водостойкую штукатурку. Для раствора используйте 15% состав композита и смешайте с песчано-цементной смесью, соотношением 2,5:1.
  • Жидкое стекло с цементом для выполнения гидроизоляции бассейнов смешивайте, соблюдая пропорцию: на 10 объемных частей смеси должна быть добавлена одна порция силиката.
  • Цемент и жидкое стекло, а также песок, используемые, как защитные составы при изготовлении колодцев, применяйте в соотношении 1:1:1. Общая консистенция смеси должна соответствовать вязкости густой сметаны.
  • Жидкое стекло для бытовых целей следует добавлять в бетон объемом не выше 10% от общего веса.
  • Жидкое стекло и цемент, совместно с песком, перемешивается в соотношении 1,5:1,5:4 для подготовки обмазочных составов, обладающих огнеупорными свойствами. Доля воды для этого рецепта составляет не более четверти от общего объема добавки.

    Для снижения твердеющих свойств рекомендуется сначала смешать жидкое стекло с водой, и только потом добавлять его в песчано-цементную смесь

  • Жидкое стекло для подготовки обычного бетона применяйте, не превышая его концентрацию выше 3% от общего объема.
  • Цементный раствор с жидким стеклом смешивайте для грунтования в равных соотношениях. Песок для этой операции не применяется, а на общий объем силиката добавляйте четвертую часть воды. Разводить следует вначале цементный раствор. Затем полученный цемент порциями добавляйте в емкость с силикатом, непрерывно помешивая.

Процесс приготовления

Как сделать самостоятельно раствор с добавлением силикатов? Соблюдайте последовательность операций:

  • возьмите одно ведро чистой воды;
  • добавьте стакан силиката;
  • перемешайте, полностью растворив средство;
  • перелейте смесь;
  • введите, при помешивании, сухую цементно-песчаную смесь;
  • используя смеситель, взбейте массу до однородности;
  • заполняйте массой подготовленный объем.

На таком цементном растворе, приготовленном небольшими порциями, будет обеспечено высокое качество строительных работ.

В основе примера используется цемент марки М400. Некоторые источники рекомендуют для повышения прочности бетона и высокого качества состава рекомендуют добавлять 25% силиката, но химические и технические характеристики подобного раствора будут снижены. Всего за сутки готовый раствор начнёт рассыпаться, а добавка жидкого стекла в концентрации выше 25% вовсе не позволит застыть составу. На основании этого мы понимаем, что превышать концентрацию 10% силикатного клея для защиты от влаги не рекомендуется.

Заключение

При расчёте фундамента калькулятором и определении количества облицовочного кирпича важно учитывать необходимость в бетоне, а также силикатах. Техника строительства бетона с водопроницаемостью приведёт к быстрому разрушению строения. Для постройки долговечного здания важно соблюдать концентрацию песка, цемента и жидкого стекла. Разведение бетона – очень серьезная процедура, её можно выполнять без предварительного согласования с заказчиком или государственными органами, но в строгом соответствии с инструкцией.

пропорции, сфера применения, инструкция по смешиванию

Использование жидкого стекла при приготовлении строительных смесей на цементной основе является распространенной практикой. Оно представляет собой водный силикатный раствор, способный ускорить затвердевание бетона и усилить его водонепроницаемость. Как следствие, жидкое силикатное стекло используется при гидроизоляции бассейнов и колодцев, приготовлении штукатурных смесей с высокой адгезией, грунтовочных составов. Но его включение в обычный бетон оправдано не всегда, а лишь в условиях ограниченных сроков строительных работ, причем каждый случай требует отдельного рассмотрения. Также важно выдерживать определенное соотношение жидкого стекла для добавления в цемент, так как при превышении своей доли, силикатные клеи способны как улучшить, так и ухудшить его свойства.

Оглавление:

  1. Факторы, влияющие на качество раствора
  2. Способы улучшения свойств
  3. Область использования жидкого стекла
  4. Подбор оптимального соотношения ингредиентов
  5. Как правильно приготовить?

Влияние на раствор

Для получения жидкого силиката необходимо развести натром сплав соды с песком и молотым кремнеземом. Полученный состав существенно влияет на сроки затвердевания цемента, которые напрямую зависят от используемых пропорций. Для сравнения:

Процентная доля жидкого силиката Начало схватывания, мин Время полного высыхания, ч
0 60 Не менее 7 суток
2 40 24
5 30 16
8 15 8
10 5–7 4

На практике — не рекомендуется вводить более 5 % жидкого силикатного стекла. Превышение пропорции делает бетон трудноукладываемым, существует риск его застывания прямо в емкости. Эта добавка в большом количестве приводит к ухудшению прочностных характеристик цементного раствора. Для часто используемой цементно-песчаной смеси в пропорции 1:3 и с соотношением В/Ц = 0,58 падение прочности, в сравнении с бездобавочными, составляет:

Прочность бетона в % отношении от бездобавочного Доля растворимого стекла, %
0 4 8 12 16
На 7 сутки затвердевания 100 108 157,6 137,5
На 28 76,6 74,4 72,5

То есть, в течение первой недели искусственный камень становится более твердым, чем обычно, но через месяц он теряет до 25 % своих полезных свойств. Именно по этой причине силикаты не вводят в бетон для заливки фундаментов и несущих конструкций. Возникает вопрос: сколько добавлять жидкого стекла в цементный раствор, чтобы оно стало полезным? Специалисты советуют придерживаться пропорций в пределах 3 % от общей массы, в крайнем случае — 5. Причем смешивать бетон с силикатами рекомендуют лишь при ограниченных сроках проведения работ и для небольших конструкций.

Повышение водонепроницаемости и жаропрочности

Ощутимый положительный эффект при соединении жидкого стекла и цемента проявляется в усилении гидроизоляционных свойств. Добавление силикатов устраняет пористость бетона и снижает его водопроницаемость, поверхность становится устойчивой к грибку и плесени. Но все это актуально при условии ввода небольшой доли примесей в крупнофракционные составы (в пределах 3 %). Это связано с тем, что жидкое силикатное стекло со временем вымывается водой и при нарушении рекомендуемых пропорций бетон подвергается разрушению от влаги.

Еще одно полезное свойство добавки используется для получения жаропрочного искусственного камня. Структура обычного бетона разрушается при превышении температуры в 200 °C. Ввод жидкого стекла в количестве 29–34 % увеличивает жаропрочность с 1000 до 1400 °C. Такие смеси используются для изготовления и кладки блоков промышленных объектов. В частном строительстве добавка вводится в обмазочные растворы для печей, каминов, дымоходов.

Примеры применения

Силикат натрия незаменим при проведении аварийных или срочных работ на объектах с частым взаимодействием с водой: бассейнах, гидросооружениях, канализационных сетях (за исключением пластиковых труб). Он вводится в цементный раствор в соотношении не меньше чем 1:10, в особо тяжелых случаях его доля достигает 50 %. Качество заделанного отверстия или шва временное, но зато состав схватывается за считанные минуты и в условиях неосушенного участка. Во всех других (неаварийных) случаях доля стекла зависит от функционального назначения смеси. В частной практике жидкое стекло рекомендуют развести с цементом для:

  • Приготовления смесей для отделки стен снаружи.
  • Создания кладочного раствора для подвалов, погребов, смотровых канав или других объектов, нуждающихся в защите от влаги.
  • Гидроизоляции бассейнов и колодцев, стен, потолочных перекрытий.
  • Грунтовки поверхности бетонной стяжки.

Рекомендуемые пропорции

Во многих рецептах доля силикатных добавок рассчитывается исходя из объема цемента. При замесе водостойких штукатурок лучше использовать цементно-песчаную смесь в соотношении 1:2,5 и развести ее водой с уже растворенными 15 % жидкого стекла. Для гидроизоляции бассейнов, стен и потолочных перекрытий необходимо смешивать одну часть силикатов с десятью простого раствора. Защитные материалы для колодцев готовятся в пропорциях 1:1:1 (цемент: песок: стекло), вода добавляется до достижения консистенции густой сметаны. На практике для замеса составов для гидроизоляции используется такая мера, как литр. Пример: 1 л стекла на 8–10 л (1 ведро) цементного состава.

При приготовлении обычного бетона для заливки строительных конструкций долю силикатов не рекомендуется превышать более, чем на 3 %, особенно при возведении фундаментов. Другое дело — грунтование, в этом случае цемент смешивается с растворимым стеклом в равных пропорциях, песок не используется вообще. Вода берется из расчета 25 % от веса силиката натрия. В данном рецепте вначале необходимо развести цемент и уже полученную смесь порциями, при непрерывном перемешивании ввести в емкость со стеклом.

При приготовлении огнеупорных обмазочных растворов цемент, жидкое стекло и песок смешиваются в пропорциях 1,5:1,5:4. Вода берется в объеме, не более 25 % от общей массы добавки, способ схож с вышеуказанным. Вначале песок и цемент тщательно смешиваются и разбавляются, и лишь потом — вводятся в стекло.

Обязательным условием является непрерывное перемешивание. Этот рецепт подходит также для защиты конструкций из бетона от контакта с кислотными средами.

Как смешивать с цементом?

Важно помнить, что время застывания смесей с силикатными добавками обратно пропорционально их общей доли. Составы с 50 % содержанием последних твердеют за 5–7 минут, поэтому их замешивают малыми порциями и очень быстро используют. Добавлять жидкое стекло в уже готовый раствор не рекомендуется (за исключением специальных рецептов). В случае использования этой примеси в малых пропорциях, для ускорения времени застывания лучше всего сначала развести ее с водой и уже потом смешивать с цементно-песочной смесью. Работы проводятся в перчатках, также берегут глаза, несмотря на нетоксичность материал опасен для слизистых оболочек.

Важным нюансом является использование чистой питьевой воды без кислотных и щелочных примесей. При приготовлении составов с большой долей жидкого стекла последнее не всегда удается развести. В этом случае вначале делают смесь из цемента и песка, которая малыми порциями добавляется непосредственно в строительный клей (или наоборот). Главное — обеспечить как можно более тщательное перемешивание в течение минимального промежутка времени, для этих целей хорошо подходит дрель.

Добавление жидкого стекла в цементный раствор: гидроизоляция, отделка, пропорции

Жидкое стекло и цемент могут улучшить свойства готового материала, смешивание их в разных пропорциях может придать антисептические, кислотно защитные, влагоотталкивающие и огнестойкие свойства покрытию. Жидкое стекло в растворе отвечает за формирование защитного покрытия от воздействия влаги и придание ему эстетичного вида. Подробнее об использование и приготовление данных материалов будет рассказано далее.

Особенности жидкого стекла

Жидкое стекло часто используется из-за наличия в его составе силиката натрия, не имеющего цвета и не пропускающего влагу. В более дорогих видах используется силикат калия, который отличается лучшими свойствами и формирует на поверхности пленку. Для производства его смешивают со сплавленной содой, либо поташом с кремниевым диоксидом. Сам калий также не имеет цвета, либо выглядит, как белые кристаллы. Чаще всего стекло калиевое находит свое применение в производстве лакокрасочных материалов, в связи с хорошими показателями защиты поверхности от химических и погодных воздействий.

При применении при производстве жидкого стекла натрия, оно применяется часто для клеевых растворов, может создать отличное гидроизолирующее покрытие. Натрий помогает защитить поверхность от большего количества воздействий, поэтому применяется чаще. В строительных смесях такое стекло используются в жидком виде, отличающееся густотой и вязкостью. Затвердевает вещество от воздействия углекислого газа, который имеется в воздухе. Цемент вместе с жидким стеклом смешивается, чтобы наделить устойчивостью к кислотным и механическим влияниям. Так штукатурка с данным материалом сможет наделить влагоотталкивающим барьером поверхность.

Жидкое стекло часто используется из-за наличия в его составе силиката натрия, не имеющего цвета и не пропускающего влагу.

Для чего добавляют в раствор

Смешанные компоненты такие, как цемент, песок и щебень создают хороший состав, иногда их свойств не хватает, для улучшения такого состава его обогащают добавлением жидких компонентов, в том числе жидким стеклом. Зачем же его применяют, становится понятно, если рассмотреть его положительные воздействия, оказываемые на раствор:

  • Улучшает влагоустойчивость, в связи с этим применяется для сооружений, который часто подвергаются воздействию влаги;
  • Процесс застывания с добавлением этого вещества происходит быстрее;
  • Дополнительная гидроизоляция поверхности, бетон с данной добавкой не будет подвергаться воздействию плесени и грибков;
  • Улучшает износостойкость покрытия;
  • Повышается эластичность;
  • Добавив его в раствор получают лучшее качество жаростойкости. Без него бетон может выдержать 200 градусов, с данным компонентом он сможет выдержать до 1400 градусов.

Также нужно отметить, что средство стоит недорого, а расход его низок, наносить его несложно, и с этой работой может справиться непрофессионал.

Таким образом, можно сказать, что добавление одного вещества может заменить сразу несколько дешевых пластификатором, при этом такой раствор покажет лучшие характеристики в результате. Но важно подобрать нужную пропорцию, чтобы получить необходимые свойства, об этом речь пойдет в следующей главе.

Процесс застывания с добавлением этого вещества происходит быстрее.

Приготовление раствора: соблюдаем пропорции

Чтобы решить какое соотношение компонентов лучше сделать, в первую очередь определяют время, за которое должно произойти схватывание. Для этого можно воспользоваться данными из таблицы:

Количество силикатного стекла в процентах Первичное сцепление в минутах Завершающее сцепление, количество часов
2 40-47 22-24
5 25-30 13-16
8 10-15 6-8
10 5-7 3-4

 

Если залить в жидкий цемент больше 25% силикатного стекла при подготовке бетона, то в итоге он через несколько дней после заливки просто рассыпется.

Поэтому сейчас будет рассмотрено, сколько жидкого стекла добавлять в цементный раствор:

  1. Если необходимо повысить гидроизоляционные качества поверхности, то в 100 миллилитрах воды разводиться 400 грамм вещества.
  2. Для получения универсального раствора, следует развести 1 часть цемента, с тремя частями песка и одну пятую силикатного компонента от объема всей смешиваемой массы.
  3. Для получения водоотталкивающей штукатурки берется 1 часть цемента с двумя с половиной частями песка, в этот раствор добавляется 15% жидкого стекла и вода.
  4. Чтобы покрыть оштукатуренную бетонную стены, вещество смешивается с водой в пропорции 1к5.

Если залить в жидкий цемент больше 25% силикатного стекла при подготовке бетона, то в итоге он через несколько дней после заливки просто рассыпется.

Но также нужно правильно приготовить сам бетонный раствор, выполняя ниже перечисленные этапы:

  • Нужно набрать очищенную воду в ведро;
  • В ведро добавляется один стакан жидкого вещества, все тщательно перемешивают, и переливают полученный раствор в таз;
  • Постоянно помешивая жидкость, в нее добавляется цемент и песок, в выбранных пропорциях;
  • Затем раствор нужно смешать с помощью строительного миксера, который потом нужно залить в опалубку.

В данном процессе стоит придерживаться ряда правил:

  • Силикатный клей не допускается вливать в песчано-цементный раствор, если он не был предварительно разбавлен водой, воду тоже нельзя вливать в раствор без наличия в ней клея;
  • На упаковке вещества можно найти инструкцию от производителя, стоит ее придерживаться, если оно используется для других целей, а не для получения бетонного раствора. В последнем варианте процент клея не должен превышать числа 3;
  • Жидкое стекло сокращает время на застывание, поэтому приготовление состава лучше осуществлять небольшими порциями. Нужно учитывать это свойство и при нанесении раствора на стену, увеличивая темп работы;
  • Используемые инструмент при приготовлении раствора нужно промыть сразу после завершения процесса;
  • Стараться не допускать попадания вещества на кожу и глаза, в помещение должно быть обеспечено постоянное проветривание, рядом не должно находиться источников огня.

Жидкое стекло сокращает время на застывание, поэтому приготовление состава лучше осуществлять небольшими порциями.

Использование раствора для гидроизоляции

В качестве гидроизолирующего средства применение силикатного клея в растворах встречается постоянно. Применяется оно в различных конструкциях. Его применение для них несколько различается, описание популярных областей использования данного вещества будет приведено ниже.

В качестве гидроизолирующего средства применение силикатного клея в растворах встречается постоянно.

Гидроизоляция фундамента

Чтобы надежно защитить фундамент от пагубного влияния воды его покрывают силикатным клеем в 2 слоя. Такая методика получила название обмазочная, после покрытия защитными слоями фундамент сверху закрывается гидроизолирующими рулонными материалами. Стеклом обычно также закрывают места соединения бетонных материалов, и иные трещины. Тогда цементный состав дополняют стеклом из натрия, перемешивается компоненты с добавкой цемента и воды.

Для получения гидроизоляционной смеси на каждый килограмм цемента добавляют 50 грамм вещества, а на десять грамм стекла приходится 150 грамм воды. Смесь должна приготавливаться небольшими порциями, чтобы она не успела застыть раньше времени. Существует иная методика, согласно ей данный материал вносят в бетон напрямую, чтобы потом залить его в фундамент. Для такого раствора нужны такие ингредиенты, как: цемент; жидкое стекло; щебень; песок; вода.

Сначала готовится раствор из песка и цемента, куда добавляют стекло размешенное в воде, а последним добавляется щебень, перемешав все вместе, стоит сразу начать заливать этот состав в фундамент.

Чтобы надежно защитить фундамент от пагубного влияния воды его покрывают силикатным клеем в 2 слоя.

Гидроизоляция бассейнов

Для создания барьерного слоя в бассейне, силикатное вещество может использоваться, как с внешней стороны, так и с внутренней. Внутри бассейна покрывают им стены и пол. Сначала необходимо провести обработку всех стыков и имеющихся углублений. Данная обработка поможет получить хорошую герметизацию. Снаружи стекло служит одним из компонентов бетонного раствора. Такое покрытие позволяет защитить бассейн от негативного влияния грунтовых вод.

Для создания барьерного слоя в бассейне, силикатное вещество может использоваться, как с внешней стороны, так и с внутренней.

Гидроизоляция колодцев

Для создания барьера в колодцах, приготавливается смесь из тех же компонентов (цемент, песок и жидкое стекло), но количество их в растворе должно быть равное. Данной смесью обрабатываются стыки и швы, а уже затем переходят к покрытию всей поверхности целиком. Улучшить полученную защиту можно предварительно покрыв поверхность жидким стеклом.

Улучшить полученную защиту можно предварительно покрыв поверхность жидким стеклом.

Другие объекты и помещения

В подвалах часто можно увидеть картину, когда стены их покрыты влагой, попадающей через швы в цоколе помещения. Помочь избавиться от данной проблемы может покрытия стен с использованием жидкого стекла. Сначала стоит проверить сами швы, если из них действительно просачивается вода, то сначала занимаются очищением от грязи и обломков. После можно переходить к приготовлению раствора, берется цемент и жидкое стекло в соотношении двадцать к одному. Разбавление водой происходит до получения густого раствора. Полученной смесью покрывают участки швов и имеющиеся трещинки. Через 24 часа ее покрывают силикатным клеем.

Если влажность на стене присутствует, то слой покрытия должен быть плотнее.

Подобная методика подходит и для работы в чердачных помещениях.

Если влажность на стене присутствует, то слой покрытия должен быть плотнее.

Применение в наружных работах

Чтобы защитить стены наружной стороны от разрешения влагой, их обычно покрывают специальной штукатуркой. Кроме водоотталкивающего эффекта, такая штукатурная смесь поможет избежать образования трещин под влиянием холодов зимой. Можно приготовить такой штукатурный раствор самостоятельно. Нужно взять: жидкое стекло, цементный состав, песок. Соотношение должно быть такое – 5 к 2 к 1.

Чтобы защитить стены наружной стороны от разрешения влагой, их обычно покрывают специальной штукатуркой.

Применение в отделочных работах

При отделке помещений регулярно выбирается этот состав для грунтовочных работ. Применяется он для обычной стяжки или для отделки плиткой. Для обычной стяжки выбирают состав, включающий в равных количествах цемент и силикатную смесь. Если планируется укладываться плитка, то грунтуют поверхность жидким стеклом. Цемент подбирается водостойкий, который можно заменить силикатным раствором.

Также данное вещество может пропитать материал. Часто его выбирает для дерева, ведь оно хорошо защищает деревянные изделия от воздействия плесени и грибков, и дает огнестойкое покрытие. Но подходит лишь для работы с небольшими объектами.

Можно замазывать силикатным раствором различные трещины, он способен проникать глубоко внутрь. Консистенция раствора получается густая, поэтому он не вытечет наружу.

Жидкое стекло хорошо защищает деревянные изделия от воздействия плесени и грибков, и дает огнестойкое покрытие.

Благодаря своей низкой цене и положительным качествам, силикатный клей получил большую популярность. Область его применения широка, и работа не требует дополнительных умений, провести ее можно своими руками.

Видео: Жидкое стекло на бетон

Все, что вам нужно знать о жидком стекле

Жидкое стекло широко применяется как в строительстве, так и в промышленности. Сегодня мы коснемся описания жидкого стекла и области применения конструкции.
Существует множество видов и способов гидроизоляции пространства, и самым необычным из них считается жидкое стекло. Этот материал состоит из силикатов натрия и калия, которые, в свою очередь, растворяются в воде. Такая клеевая масса отлично подходит для гидроизоляции любых конструкций.
Существует несколько видов гидроизоляции жидким стеклом, виды между собой различают добавлением калия или натрия.
Жидкое стекло на основе натрия, обладает хорошей липкостью, что позволяет использовать его в самых ответственных местах, например, при гидроизоляции фундамента. Также его используют для создания антисептических пропиток. Натриевое стекло хорошо реагирует с минеральными соединениями.
Второй вариант — это жидкое стекло для гидроизоляции на основе добавления калия.Эта добавка из металла делает стекло устойчивым ко всем атмосферным воздействиям. Не придает обработанной поверхности бликов, поэтому это стекло можно использовать как специализированную краску.

Сферы применения жидкого стекла:

Жидкое стекло зарекомендовало себя не только как гидроизоляция. Его добавляют в цемент и бетон с целью получения новых сортов растворов. Такая цементная смесь с жидким стеклом не только защищает от влаги, но и становится хорошим материалом для укрепления почвы.
Раствор жидкого стекла и цемента используется как добавка к земле. Это нужно для укрепления основания в грунте с небольшой несущей способностью под будущую постройку.
Так почему же в бетон добавляют жидкое стекло, ведь бетон такой прочный?

Основная причина в том, что в сочетании со стеклом сама конструкция становится дешевле, но в то же время она хорошо противостоит влиянию влажной среды. Гидроизоляция фундамента жидким стеклом особенно полезна, так как имеется подпор грунтовых вод, а конструкция фундамента всегда находится под воздействием влажности.К тому же это защита от бактерий, ведь при эксплуатации бетонной конструкции на ней никогда не разовьется грибок или плесень.
Традиционно жидкое стекло используется для создания на поверхности защитной пленки, не впитывающей влагу, улучшающей износостойкость и защищающей декоративный слой. Следует помнить, если вы решили обработать фасад жидким стеклом, то после пропитки оно будет иметь плохие адгезионные свойства. Проще говоря, на него не упадет слой краски.
С помощью этого материала можно сразу сделать пол с хорошей гидроизоляцией, что невозможно сделать при устройстве цементно-песчаных или бетонных стяжек в подвалах или полах дома.
В конкретном строительстве, особенно в зданиях с повышенной влажностью или в бассейнах, жидкое стекло по-прежнему популярно, поскольку оно создает наиболее надежный гидроизоляционный слой на бетонной поверхности.
Жидкое стекло используется при производстве стройматериалов, обладающих хорошей огнестойкостью.На основе жидкого стекла разработаны специальные виды огнезащитных красок. Они состоят из двух компонентов. Из современных материалов можно сделать универсальный клей, которым покрывают стыки крана.
Цемент, смешанный с жидким стеклом, используется как раствор для кладки традиционных русских печей. Для приготовления такого раствора возьмите три части песка, добавьте в него одну часть цемента и добавьте в полученную смесь пятую часть силикатного клея. Получается своеобразное тесто, на которое подойдет кладка печи, либо оно станет отличной влагостойкой штукатуркой.
Силикатный клей на основе стекла вообще нашел широкое применение и не только в строительной индустрии. Иногда его используют для приклеивания обычной поливинилхлоридной плитки или линолеума. Из жидкого стекла можно сделать специальную шпатлевку, которая подходит для покрытия водопроводных труб. Материал, пропитанный силикатным клеем, становится негорючим. Это прекрасное свойство давно заметили и используют для пропитки тканей, получения надежных защитных материалов.
Очень необычное применение жидкому стеклу нашли садоводы.Весной требуется прививка деревьев, и после этой процедуры остается небольшая ранка. Он может вызывать вредные бактерии, поэтому садоводы обрабатывают рану жидким стеклом. В этом случае рану просто зашивают.

Приготовление:

Для создания защитной пленки на поверхности. Материал следует развести водой в соотношении 1: 2. При такой консистенции расход составляет около 300 грамм на квадратный метр. Стеклянная гидроизоляция применяется на участках стен с обветренной штукатуркой или неровным бетоном для усиления слоя и создания антисептической защиты.
Различные способы нанесения позволяют по-разному воздействовать на внешний слой бетонной поверхности. Применение жидкого стекла для гидроизоляции начинается с подготовки поверхности, ее обезжиривают и очищают вместе с выравниванием участков, если это необходимо. Для пропитки бетона на небольшую глубину не более 2 мм тогда возьмите обычную кисть или краскопульт. Если требуется глубокая защита, жидкое стекло наносится в несколько слоев, так что пропитка достигает 20 мм.
Чтобы приготовить жидкое стекло для гидроизоляции бетона, необходимо смешать его с бетонным раствором в соотношении 1:10. Эту смесь можно использовать в колодцах, бассейнах, ванных комнатах, для защиты подвала от грунтовых вод, а также всех бетонных и железобетонных конструкций. Материал наносится на поверхность очень просто и при укладке заполняет все неровности, создавая непроницаемую для влаги поверхность.
Для приготовления цементного раствора необходимо добавить жидкое стекло из расчета один литр стекла на десять литров бетонного раствора.Также этот материал подходит для антикоррозионной обработки металлических конструкций. Особенно необходимо гидроизолировать бассейн жидким стеклом, так как только такой материал способен полностью защитить от протечек.
Внимание! Не забывайте о мерах безопасности, если вы работаете с жидким стеклом, то нужно использовать защитную одежду.

Гидроизоляция жидким стеклом: инструкция

Жидкое стекло сегодня активно применяется в строительстве, это связано с множеством положительных свойств этого материала, среди них:

  • влагостойкость;
  • химическая инертность;
  • огнестойкость;
  • низкая теплопроводность;
  • Отсутствие токсичности.

Почему стоит выбрать жидкое стекло

Помимо прочего, жидкое стекло обладает отличной адгезией к большинству поверхностей. Материал обладает антисептическим действием и проявляет стойкость к истиранию во время эксплуатации. Этот состав отличается антикоррозийными характеристиками и даже ветроустойчивостью.

Гидроизоляция жидким стеклом является наиболее распространенной в виде использования рецептуры в качестве ингредиента. В чистом виде материал используется реже. В процессе производства смесь кварцевого песка обжигается с содой и измельчается, что дает возможность получить продукт, который после растворения в воде.

Гидроизоляция фундамента

Для образования надежной преграды от воздействия воды поверхность воды покрывается жидким стеклом в два слоя, каждый из которых должен хорошо просохнуть. Этот способ называется смазочным и предполагает дальнейшую укладку гидроизоляционных рулонных материалов. Гидроизоляцию жидким стеклом часто применяют, когда необходимо заделать швы и трещины в бетонных блоках и фундаменте. При этом в цементную смесь добавляют натриевое жидкое стекло, для его приготовления дополнительно используют воду и цемент.

Гидроизоляционный состав применяют из расчета 50 г на 1000 г цемента. На каждые 10 г стакана нужно добавить около 150 г воды. Смесь нужно готовить в небольших количествах, чтобы использовать ее в короткие сроки, потому что она быстро застывает.

Гидроизоляцию жидким стеклом можно проводить по другой технологии, которая предполагает добавление смеси в бетон для дальнейшей заливки фундамента. Для этого необходимо подготовить следующие ингредиенты: цемент

  • ;
  • жидкое стекло;
  • щебень;
  • песок;
  • вода.

Консультация специалиста

Жидкое стекло добавляется в объеме 5% от общей массы. Предварительно необходимо подготовить все для заливки фундамента, для этого проводятся земляные работы, устанавливается опалубка и укладывается каркас арматуры. Песок смешивается с цементом, жидкое стекло растворяется в воде, а затем ингредиенты объединяются и перемешиваются. После добавления щебня следует сразу приступить к заливке фундамента.

Гидроизоляция колодца и бассейна

Гидроизоляция жидким стеклом предполагает проведение работ в области колодцев и бассейнов.Состав подходит для внешней и внутренней гидроизоляции. В последнем случае смесь наносится несколькими слоями на стены и пол бассейна. Предварительно необходимо обработать все углубления и стыки. Такой подход позволяет добиться отличной герметичности.

При проведении наружных работ жидкое стекло действует как компонент бетона и надежно защищает бассейн от воздействия грунтовых вод, обеспечивая прочность основания. Гидроизоляция колодцев жидким стеклом предусматривает приготовление смеси жидкого стекла, цемента и песка, которые соединяются в равных частях.Полученным раствором следует обработать стыки и швы, а после и остальную поверхность. Для достижения большего эффекта стенки колодца предварительно покрывают жидким стеклом.

Гидроизоляция подвала

Владельцы частных домов с подвалами сталкиваются с проблемами проникновения воды через швы в цокольном этаже. Отличное решение этой проблемы — использование раствора жидкого стекла для гидроизоляции. Если швы потекут, то на первом этапе их необходимо очистить от пыли и мусора.Далее готовится ремонтная смесь из жидкого стекла и портландцемента в соотношении 1 к 20. В состав добавляют воду в таком количестве, чтобы получилась консистенция густой сметаны.

Смесь хорошо ложится в швы и трещины, поверхности смазываются водой с помощью кисти. Через 24 часа обработку следует проводить жидким стаканом. Если бетонные стены мокрые, то их обрабатывают по той же технологии, но слой следует делать толще и плотнее. Важно помнить, что состав готовится в небольших количествах, чтобы его можно было использовать в кратчайшие сроки.

Дополнительные инструкции по использованию жидкого стекла

Гидроизоляцию бетона жидким стеклом можно проводить кистью или валиком. Первый слой оставляют сохнуть примерно на 30 минут. После можно переходить к формированию следующего слоя. Важно обеспечить однородность покрытия — разрывов быть не должно. Затем можно приступать к нанесению защитного слоя. Для этого готовится цементный раствор, который используют для оштукатуривания стен. Когда раствор будет готов, в него следует добавить стакан и хорошо перемешать.

Следующим шагом будет покрытие поверхности смесью. Сегодня использование жидкого стекла довольно распространено, необходимо изучить инструкцию по его применению. Итак, раствор, в качестве добавки к которому использовалось стекло, повторно разбавлять не имеет смысла, так как материал теряет свои свойства. Нанесение раствора обычно выполняется тонким слоем шпателя. Завершающим этапом будет утепление, для этого обычно используют базальтовую вату или пенополистирол.

Отзывы о свойствах жидкого стекла

Перед тем, как начать пользоваться артикульным материалом, необходимо более подробно ознакомиться с его характеристиками.Это силикат калия или натрия. Иногда используются силикаты лития, но это можно считать исключением. Характеристики конечного продукта будут зависеть от состава. По мнению потребителей, растворы калия обладают стойкостью к химическим и атмосферным воздействиям.

Но если состав в процессе эксплуатации будет взаимодействовать с минералами, лучше выбирать смесь на основе силикатов натрия. Последний также поспособствует быстрому застыванию цемента.Взаимодействуя, эти материалы вступают в химическую реакцию, в ходе которой образуется алюминат натрия. Он также действует как катализатор процесса твердения.

Потребители подчеркивают, что жидкое стекло, применение, инструкция по применению которого описана в статье, приобрело такую ​​популярность еще и из-за его высоких клеящих способностей. Таким образом, стекло можно использовать для решения широкого круга задач. При контакте с другими материалами стекло проникает и заполняет поры. Вещество имеет огнестойкие свойства, не выделяет вредных веществ и обладает антисептическими свойствами.Однако покупатели подчеркивают, что по-прежнему важно избегать контакта с кожей, ведь в ее составе есть щелочь. Если вы решили использовать в работе материал, описанный в статье, важно прочитать отзывы о гидроизоляции жидким стеклом. Из них можно узнать, что смесь также имеет невысокую теплопроводность. Эта характеристика актуальна для теплоизоляции в промышленных условиях.

Информация о потоке

Перед тем, как приступить к нанесению материала на поверхность, его следует разбавить водой в соотношении 1: 2.Если использовать такую ​​консистенцию, примерный расход жидкого стекла для гидроизоляции составит 300 г на квадратный метр. Применяя смесь «Стекло», можно обработать участки с обветренной штукатуркой или неровным бетоном. Это создаст антисептическую защиту и укрепит слой.

Воздействие на бетонную поверхность может быть различным, при использовании определенных способов нанесения состава. Перед использованием жидкого стекла необходимо подготовить поверхность, очистить, выровнять и обезжирить.Для пропитки бетона на небольшую глубину в пределах 2 мм следует использовать аэрограф или кисть. Но если вы планируете обеспечить глубокую защиту, нанесение стекла выполняется в несколько слоев, в этом случае можно будет пропитать до 20 мм.

Заключение

Примечательно, что с помощью жидкого стекла можно сделать пол, который будет иметь эффективный слой гидроизоляции. Достичь таких целей можно при устройстве бетонных, а также цементно-песчаных стяжек на полах и в подвалах дома.В раствор нужно будет только добавить стекло, а полученный состав также можно будет использовать для антикоррозионной обработки. Особенно актуальна гидроизоляция в случае бассейнов, где можно полностью защитить от протечек.

Растворы, модифицированные полимером | Журнал Concrete Construction

Q: Ремонт и ямочный ремонт бетонных поверхностей составляет значительную часть работы нашей компании. Кажется, существует много различных типов полимерных модификаторов для цемента и бетона.Что именно они делают и как узнать, какие из них использовать для различных приложений?

A: Модификация цементных составов полимерами обеспечивает многие важные свойства, которые делают возможным множество нишевых применений, включая бетонную заплату и ремонт, декоративные цементные покрытия, клеи для керамической плитки и многие другие. Чтобы получить желаемые характеристики для любого из этих приложений, это помогает понять некоторые основы того, почему полимеры добавляются в составы цемента.

Первое, что нужно понять, это то, что полимеры в основном используются для модификации строительных растворов (портландцемент + вода + песчаный заполнитель), а не бетона (раствор + более крупные заполнители, такие как гравий или камень) из-за относительной стоимости. Основное исключение — модифицированный полимером бетон для перекрытий мостовых настилов и дорожно-ремонтных работ. В большинстве случаев применения модифицированного полимером цемента используется раствор толщиной не более одного-двух дюймов. Но начнем с основ.

Полимеры улучшают строительные растворы по четырем основным направлениям:

1. Более длительное отверждение цемента. Прочность цемента / бетона зависит от правильного отверждения, химической реакции (гидратации) между водой и цементом, которая заставляет кристаллы расти и обволакивать компоненты смеси. На ранних стадиях отверждения (примерно первые пять-семь дней) должно быть достаточно воды для поддержания процесса гидратации, иначе цемент / бетон не затвердеют должным образом.

Полимеры

снижают скорость испарения воды, позволяя кристаллической структуре продолжать расти и наращивать прочность на этих критических ранних стадиях отверждения.Это уменьшенное испарение воды особенно важно в тонких приложениях, где площадь поверхности для испарения высока по сравнению с объемом раствора.

Строительная химия Dow
Слева немодифицированный пластырь легко смещается из-за отсутствия гидратации во время отверждения и отсутствия адгезии. Справа: модифицированный пластырь, содержащий 10% полимера (весовой процент полимера по отношению к цементу), не сдвинется с места.

2. Улучшенная удобоукладываемость. Модификация полимера заметно улучшает характеристики нанесения, делая раствор более жидким, более легким в обращении и нанесении. Некоторые полимеры также продлевают период гидратации, что может увеличить время работы, что является важной характеристикой в ​​жарком климате. Это означает, что подрядчики могут использовать меньше воды для повышения удобоукладываемости. Полимер действует как средство, уменьшающее количество воды, что в конечном итоге приводит к получению более прочного раствора с меньшим количеством пустот или слабых мест.

3. Улучшенная адгезия.Полимерные модификаторы действуют как клей, позволяя модифицированному верхнему слою раствора прилипать к различным поверхностям, таким как бетон, каменная кладка, кирпич, дерево, жесткий полистирол и пенополиуретан, стекло и металлы. Адгезия является важным свойством, особенно при нанесении строительных растворов на тонкие срезы, таких как напыление, штукатурка и подложки, а также в приложениях с чрезмерной вибрацией и интенсивным движением.

4. Повышенная прочность и долговечность. Затвердевшие модифицированные полимером строительные растворы обычно имеют улучшенную прочность на разрыв, прочность на изгиб, ударопрочность и стойкость к истиранию, водостойкость и химическую стойкость по сравнению с немодифицированными растворами.Кроме того, полимер в растворе помогает сдерживать распространение микротрещин, что улучшает общую ударную вязкость раствора.

Приложения

Сочетание улучшенных характеристик обрабатываемости, адгезии и отверждения позволяет использовать модифицированный полимером строительный раствор в нескольких нишах, которые в противном случае были бы трудными или невозможными. У большинства этих применений есть одна общая черта — тонкий слой раствора, обычно не более 1–2 дюймов. Все они требуют одного или нескольких химических и / или механических свойств, упомянутых ранее.

Клеи и затирки: Настенная и напольная плитка — керамика, мрамор, камень и т. Д. Адгезия, водостойкость / химическая стойкость, прочность на изгиб. Это наиболее распространенное применение для строительных смесей, модифицированных полимерами.

Растворы для заделки и ремонта: Растворы для ремонта трещин и отслоения бетонных конструкций, таких как тротуары, проезды и стены. Адгезия, сопротивление истиранию, прочность на растяжение и изгиб. Новый раствор плохо держится на старом бетоне без модификации полимера.

Декоративные накладки: настенные покрытия и фактурная отделка зданий (модифицированная полимером штукатурка). Адгезия, прочность на растяжение и изгиб, внешняя прочность.

Испытание на ударную вязкость модифицированных и немодифицированных пятен раствора. Заплаты из строительного раствора растушевываются, чтобы сливаться с исходным субстратом. Адгезия является ключевым свойством заделки строительного раствора поверх существующего бетона. Без модификации полимера (слева) пластырь очень быстро слетает и ломается как чипсы.Обратите внимание на остатки раствора на бетонном основании. Пластырь, модифицированный 10% полимером (справа), не мог быть перемещен. Обратите внимание на следы гребешка внизу, где была предпринята попытка удаления.

Полы и тротуары: Может использоваться в растворах или в составах перекрытий для промышленных / коммерческих полов с тяжелым бетоном. Склады, фабрики, больницы, лестницы, гаражи, железнодорожные платформы, взлетно-посадочные полосы аэропортов и т. Д. Устойчивость к истиранию, прочность на растяжение и изгиб, водостойкость, химическая стойкость и внешняя долговечность.

Гидроизоляция: Подвалы, резервуары для хранения воды, септики, палубы судов, настилы крыш и бетонные стены. Водонепроницаемость для всех; химическая стойкость, другие свойства в зависимости от области применения.

Виды полимеров

В строительных растворах можно использовать много различных типов полимеров, включая латексные полимеры, редиспергируемые сухие полимеры и водорастворимые полимеры, которых слишком много для полного обзора здесь. Подрядчики должны искать следующие важные вещи:

Следуйте инструкциям.Использование только 5% полимерона — половина рекомендуемого количества обеспечивает некоторую адгезию, но недостаточную для удержания воды для хорошей гидратации и надлежащего отверждения. В результате получается более слабый участок, который легко раскалывается и выдавливается лезвием 1/16 дюйма.

  • Выберите раствор, подходящий для вашей работы. На этикетке должно быть указано, подходит ли раствор для использования вне помещений (стойкость к ультрафиолетовому излучению), гидроизоляции (водостойкость), керамической плитки (адгезия, водостойкость).Большинство этикеток не сообщают вам, что раствор для наружного применения модифицирован 100% акриловым полимером, но должны указывать, что он подходит для использования на открытом воздухе и / или устойчив к солнечному свету.
  • Аналогичным образом, на большинстве этикеток не указывается, что гидроизоляционный раствор модифицирован стирол-акриловым полимером, но должно быть указано, рекомендуется ли его использовать в качестве гидроизоляционного раствора.
  • Выберите жидкий или сухой редиспергируемый полимер в зависимости от ваших потребностей и предпочтений. Жидкие полимеры обычно поставляются в кувшинах с инструкциями по добавлению в мешок сухой смеси, содержащей песок, цемент и другие ингредиенты. Он также будет включать инструкции по предотвращению отрицательных температур; это влияет на целостность полимера. Сухие полимеры обычно добавляют в сухую строительную смесь заранее, поэтому подрядчику нужно только добавить воду в мешок с сухой смесью.

    Заплатку из 10% модифицированного полимерного раствора можно поцарапать, но она слишком прочная, чтобы ее выдолбить.Это гораздо более прочный и долговечный патч.

  • Следуйте инструкциям на этикетке: Многие подрядчики пытаются «срезать углы», используя слишком мало полимера из кувшина или используя продукт там, где он не предназначен. Чтобы получить характеристики, необходимые для большинства применений, содержание полимера обычно составляет от 3% до 5% твердого полимера от общего количества (~ 10% -15% твердого полимера по массе на цемент). Что-нибудь меньше, и производительность пострадает.

Предоставлено Dow Construction Chemicals. Посетите www.dowconstructionchemicals.com. для дополнительной информации.

Гидроизоляционная стяжка DIY | Экоформ Европа

Часто слово «цемент» используется, когда мы на самом деле имеем в виду раствор или строительный раствор. Цемент — это сырье, которое обрабатывается путем смешивания его с другими материалами (например, песком, известью и, возможно, гравием) и водой в раствор, раствор или бетон. Цемент не используется для кладки кирпича или заполнения швов, но для раствора, компонентом которого является цемент.В этой статье рассказывается, как сделать раствор, а затем как сделать его водонепроницаемым. Потому что без дополнительных мер бетон и раствор со временем пострадают от повышения влажности.

Изготовление раствора

Цемент представляет собой тонко измельченный связующий агент (состоящий в основном из гидрогенсиликата кальция), который вместе с водой образует твердую пластичную массу как на открытом воздухе, так и в воде. Смешивая его с другими веществами, в частности с песком для кирпичной кладки или известью, мы можем получить раствор, который можно использовать для кладки кирпичных стен и т. Д.Бетон также изготавливается на основе цемента. Но для изготовления бетона цемент смешивается с меньшим количеством песка и большим количеством гравия.

Для раствора стандартное соотношение: 1 часть цемента и 3 части песка. Однако точный состав часто зависит от знаний и опыта и частично определяется областью применения, для которой используется раствор. Для кладки наружных стен из твердого кирпича часто используют 1 часть цемента, 3,5 части песка, 0,25 части извести. Хотя для той же работы, но с гораздо более мягким известняком, рекомендуется совершенно другое соотношение смешивания, а именно 1 часть цемента, 9 частей песка, 2 части извести.Поэтому правильное соотношение для цементного раствора должно определяться в зависимости от типа кирпича и расположения здания (внутри или снаружи). Конечно, вы также должны добавить воду. Добавление большего количества воды делает раствор более жидким и его легче наносить. Но слишком много воды означает, что сила склеивания уменьшается, а после высыхания могут образоваться трещины из-за усадки. В целом качественный раствор прилипает к стене и не кровоточит.

бетон поврежден от замораживания и оттаивания.

Для приготовления раствора вам понадобится кладочная ванна, ведро и, конечно, в большем количестве, желательно миксер.Если у вас нет миксера, вы также можете использовать мастерок для перемешивания раствора. Этот инструмент вам уже понадобится для самой кладки, и его также можно использовать для перемешивания. Во-первых, сухие вещества — цемент, песок и известь — как следует перемешиваются между собой. Только после этого можно добавлять воду. Всегда используйте чистые материалы, загрязнение снижает качество раствора.
При изготовлении раствора это соотношение можно удобно регулировать, создав углубление в емкости с раствором. Если канава сохраняет форму и не заполняется водой, пропорции правильные.Чтобы раствор не высыхал, никогда не делайте раствора больше, чем вы можете обработать за один час.

Для мастеров доступны мешки с кладочным цементом, в которые можно добавлять воду и песок в выбранном вами соотношении. Кроме того, существуют пакеты с готовым раствором, в которые нужно добавить только воду или Cementmix.

Изготовление водостойкого раствора

Выше описан обычный способ изготовления цемента, а точнее раствора. Хотя это наиболее используемый метод и он отлично работает, у него есть один серьезный недостаток: раствор на самом деле не является водонепроницаемым.Кирпичная кладка не является водонепроницаемой, и поднятие влаги не прекращается. В бетоне, который также сделан из цемента, на арматуру может повлиять влага, что приведет к гниению вашего железобетона.

К счастью, есть эффективное решение этой проблемы: Cementmix. Цементмикс — жидкость, заменяющая воду при смешивании раствора или бетона. Вы можете добавить Cementmix прямо в емкость для смешивания, ведро или цементную мельницу в той же пропорции, в которой вы использовали бы воду.Продукт действует изнутри смеси и связывает вместе все частицы в бетоне, растворе и растворе. С помощью Cementmix любой цемент, строительный раствор или бетон можно сделать водонепроницаемыми, сделать их водоотталкивающими и остановить отсыревание.

Сохраняется паропроницаемость, что важно для поддержания хорошего климата и влажности в зданиях. С Cementmix вода никогда не проникает в железобетон, что предотвращает гниение бетона. Cementmix обеспечивает постоянную и полную защиту от проникновения воды.Цементмикс безопасен для людей и окружающей среды, а также помогает предотвратить проникновение масел, жиров и кислот в кладку и бетон.

Cementmix прост в использовании для домашних мастеров. Он доступен в нескольких упаковках от 1 до 25 литров и подходит для любого типа раствора. Поскольку процесс сушки происходит немного быстрее, чем с простой водой, вы можете начать с изготовления образца при первом приготовлении. Таким образом, вы получите хорошее представление о том, как пользоваться продуктом.После этого вы можете использовать Cementmix таким же образом для изготовления художественного бетона, раствора или затирки. Результат вас очарует, ведь теперь вы, как мастер, сделали водостойкий пол, ванну, кухонную раковину, садовый орнамент, статую и т. Д., Которыми можно дорожить годами.

Пример Cementmix

Левая колонка смешивается с Cementmix, а правая — с водой. Вот результат после 24 часов простоя в воде. Ясно видно, что правая колонка впитала воду, в то время как левая колонка, созданная с помощью Cementmix, осталась сухой.

Цементмикс

  • Цементмикс заменяет воду в процессе смешивания бетона и цемента. 5 литров Cementmix — это 5 литров воды.
  • Пожизненная гарантия
  • Доступен в объемах 1 / 2,5 / 5/10/25 литров.

Герметизация трещин в цементе с помощью микрокапсулированного силиката натрия

По тоннажу бетон является самым потребляемым материалом на планете. Выбросы углекислого газа, связанные только с производством цемента, составляют около 5% глобальных выбросов CO 2 [1].Бетон относительно дешев, универсален и обладает высокой прочностью на сжатие. С другой стороны, прочность на разрыв и пластичность бетона ограничены, и по этой причине используется стальная арматура. Растрескивание железобетона неизбежно из-за механических воздействий, воздействий окружающей среды или их сочетания. Хотя микротрещины определенных размеров (менее 0,40 мм) не обязательно влияют на структурную целостность бетона, они распространяются и сливаются, образуя более крупные сквозные трещины, которые могут повлиять на целостность конструкции.Но даже если микротрещины не срастаются, они все равно представляют угрозу для конструкции, поскольку могут стать каналами, по которым коррозионные вещества могут проникать в бетон.

Коррозия стали может быть вызвана химическим воздействием сульфатов, морской воды или кислот. Коррозия стали приводит к образованию продуктов расширения, которые приводят к дальнейшему растрескиванию бетона. В крайних случаях это в конечном итоге вызывает растрескивание и, следовательно, дальнейшую инфильтрацию в результате увеличения проницаемости. Полное разрушение стальной арматуры или предварительно напряженных арматурных элементов может в таком случае привести к катастрофическому разрушению конструкции.По этой причине было бы полезно, если бы трещины могли быть заделаны, когда они выходят на поверхность. В настоящее время приемлемые уровни характеристик бетонных конструкций поддерживаются за счет дорогостоящих плановых осмотров и ремонта. Подсчитано, что около 40–60% европейского строительного бюджета выделяется на ремонт и обслуживание существующих конструкций, большая часть из которых представляет собой бетонные конструкции [1]. В Великобритании размер ремонтной отрасли Великобритании превышает 1 миллиард фунтов стерлингов [2]. Только в Соединенных Штатах ежегодные затраты на ремонт, защиту и усиление бетонных конструкций оцениваются в пределах от 18 до 21 миллиарда долларов США [3].

Были изучены различные методы защиты стали от этих агрессивных веществ и потенциальной коррозии. Они включают в себя поверхностную гидроизоляцию, арматуру с эпоксидным покрытием, арматуру из нержавеющей стали, армирующую пластиковую арматуру, армированную волокном, и катодную защиту. Однако ни один из этих методов не решил эту текущую проблему, и все они имеют значительные технические или экономические ограничения [4, 5].

Современные нормы проектирования бетона ограничивают допустимую ширину трещин.Еврокоды ограничивают ширину трещины до 0,40 мм для железобетона в предельном состоянии по эксплуатации [6]. В других классах конструкций, например, для водоудерживающих конструкций или бетона высокой плотности для ядерных применений, бетон должен считаться непроницаемым, и по этой причине ширина трещины ограничивается 0,05–0,20 мм в зависимости от условий воздействия и класса герметичности [7].

Бетон действительно обладает некоторой присущей ему способностью к самовосстановлению и способен заделывать трещины ограниченной ширины микронного размера.Различие между герметизацией и заживлением заключается в том, что последнее обеспечивает восстановление механических свойств, тогда как первое проявляется в визуальном закрытии трещины или восстановлении в индикаторе долговечности. Различные химические, физические и механические процессы способствуют самовосстановлению аутогенного (синоним аутогенного ) [8]. Хирн и Морли [9] классифицировали различные механизмы аутогенного заживления, а также степень их влияния. В раннем возрасте продолжающаяся гидратация цемента в основном отвечает за закрытие трещин.В частности, если имеет место недостаточное перемешивание вяжущего материала, негидратированные ядра цемента остаются диспергированными в цементной матрице. Объем цементного геля, полученного в результате гидратации, примерно в 2,3 раза превышает исходный объем цемента для обычного портландцемента (OPC) [10] и, таким образом, может обеспечить эффективное закрытие трещин. В более позднем возрасте осаждение карбоната кальция является основным механизмом, способствующим самозамораживанию цемента. Карбонизация гидроксида кальция происходит в присутствии диоксида углерода.Максимальная ширина трещины, которую можно залечить автогенными средствами, зависит от многих факторов, включая тип и количество цемента, использование и тип дополнительных вяжущих материалов (SCM), возраст бетона, ширину / длину трещины и лечебная среда [8].

Улучшение аутогенного заживления может быть достигнуто за счет использования SCM, таких как доменный шлак (BFS) и летучая зола (FA) [11, 12]. BFS и FA улучшают аутогенное заживление, увеличивая дополнительную гидратацию.Причина этого в том, что BFS и FA гидратируются медленнее, чем цемент, и поэтому в матрице остается больше непрореагировавших связующих материалов. Расширяющие агенты [13, 14], а также кристаллические добавки [15] также использовались для заживления трещин до 0,4 мм. Было обнаружено, что образцы с кристаллическими добавками имеют более высокое значение pH, что способствует осаждению карбоната кальция и обеспечивает повышенную защиту от коррозии. Добавление SCM для улучшения аутогенного заживления не считается автономным заживлением, поскольку их обычно добавляют в цементные материалы.

Добавки волокон использовались для создания инженерных цементных композитов (ECC). Здесь заделка волокон вызывает распространение множества микротрещин определенной ширины при нагрузке; в отличие от нескольких очень больших трещин, которые наблюдались бы в обычном бетоне. Это ограничение ширины трещины позволяет цементному материалу восстанавливаться самостоятельно. Несколько исследователей изучали аутогенное заживление ЭКК в лаборатории [16], в естественной среде [17], а также в щелочной и хлоридной среде [18, 19].

Автономное самовосстановление отличается от аутогенного самовосстановления тем, что в нем используются компоненты материала, которые в противном случае не были бы обнаружены в материале [1]. Эти материалы можно добавлять непосредственно в цементную смесь или хранить с использованием материала-носителя. Благодаря использованию этих специально разработанных дополнений исцеляющий потенциал и производительность улучшаются. Dry был первым, кто исследовал автономное заживление бетона путем инкапсуляции герметиков, клея и гидроизоляционных химикатов в стеклянные трубки [20–22].Трубки помещались в растянутую секцию бетонных образцов. Когда произошло растрескивание, трубки высвободили свое содержимое и заполнили объем трещины. С тех пор различные заживляющие агенты были исследованы на предмет их эффективности при герметизации или заживлении трещин в цементных материалах [23]. Их характеристики количественно оцениваются по механическому восстановлению или показателю долговечности. Совсем недавно инкапсулированные минералы были выбраны из-за их улучшенной совместимости с затвердевшей цементной матрицей, а также низкой стоимости [24].Заживляющие агенты на основе диоксида кремния, такие как силикат натрия, считаются отличными минеральными кандидатами для самовосстановления вяжущих материалов. Силикат натрия реагирует с гидроксидом кальция (CH) в присутствии воды с образованием геля гидрата силиката кальция (C – S – H) — основного продукта гидратации цемента. Реакция между силикатом натрия и гидроксидом кальция в присутствии воды описывается как:

Превращение гидроксида кальция (CH) в C – S – H является благоприятным, поскольку присутствие CH отрицательно сказывается как на химической, так и на механической прочности цемента. .CH растворим в воде и подвержен действию кислоты. Кроме того, границы раздела сред вокруг CH обычно очень пористые, что увеличивает проницаемость и снижает прочность [25]. Силикат натрия уже нашел множество применений в цементных материалах. Например, он используется в качестве щелочного активатора в цементах, активируемых щелочами [26]. В бетоне он используется как ускоритель схватывания, а также применяется в виде силикатной минеральной краски для улучшения гидроизоляции и увеличения долговечности [25, 27]. Хуанг и Е [28] добавили силикат натрия, хранящийся в губке, которая была запечатана воском (диаметр капсулы 5 мм) в ECC.Использование большой объемной фракции капсул было больше, чем способность реагировать с CH в цементирующей матрице. По этой причине наблюдалась кристаллизация остаточного силиката натрия. Было обнаружено, что эффективность самовосстановления сильно зависит от концентрации силиката натрия. Формиа и др. [29] инкапсулировали силикат натрия в цилиндрических цементирующих полых трубках различного диаметра, которые были получены экструзией. Было обнаружено, что раствор силиката натрия не выделялся из маленьких (внутренний диаметр 2 мм) трубок.Однако использование экструдированных труб большего размера (внутренний диаметр 7,5 мм) привело к значительному восстановлению нагрузки и жесткости даже после второй стадии повторной загрузки. Kanellopoulos и др. [24] исследовали эффективность заживляющих агентов на основе диоксида кремния, используя стеклянные флаконы, помещенные в растягивающуюся часть образцов строительного раствора в различных условиях заживления. Трещины, вызванные трехточечным изгибом (3PB), привели к высвобождению инкапсулированного материала и его последующей реакции с цементирующей матрицей.Результаты показали способность силиката натрия восстанавливать сорбционную способность и газопроницаемость до значений, сопоставимых с образцами без трещин.

Автономное самовосстановление с использованием встроенных микрокапсул (капсулы диаметром менее 1000 мкм, м) было впервые разработано Уайтом и др. [30] для полимерных материалов. С тех пор предложенная технология нашла применение в других материалах, таких как металлы, керамика и бетон [31]. Фундаментальный принцип этого механизма самовосстановления заключается в том, что когда трещины распространяются в цементной матрице, они разрушают диспергированные капсулы, и их содержимое (материал груза) высвобождается в объем трещины.В автономном самовосстанавливающемся бетоне посредством микрокапусуляции автогенная способность цемента повышается за счет добавления микрокапсул. В зависимости от механизма самовосстановления этот материал груза может реагировать с цементной матрицей (продукты гидратации и карбонизации) или окружающей средой (воздух, CO 2 , влага) с образованием продуктов, которые герметизируют или залечивают трещину. Несколько исследователей добавили микрокапсулированный силикат натрия в цементные материалы. Пеллетье и др. [32] добавляли микрокапсулы к образцам строительного раствора с объемной долей 2%.Были индуцированы случайные микротрещины, и способность образцов, содержащих микрокапсулы, восстанавливать ударную вязкость и прочность на изгиб после заживления сравнивалась с контрольными образцами. Однако отсутствуют характеристики микрокапсул, а также данные о размере трещин, залеченных в образцах. Гилфорд и др. [33] сосредоточились в основном на том, как параметры приготовления микрокапсул (температура, скорость перемешивания, pH) влияют на толщину оболочки и размер микрокапсул. Микрокапсулы добавляли к цилиндрическим образцам бетона, которые были повреждены, и оставляли для заживления в течение 48 часов.Было обнаружено, что добавление микрокапсул увеличивает жесткость после заживления до уровня выше, чем до повреждения. В обоих сообщениях Пеллетье и др. и Гилфорда и др. отсутствуют подтверждения выживаемости микрокапсул во время смешивания, а также доказательства высвобождения при растрескивании. Кроме того, количественное описание реакции между микрокапсулированным материалом и цементирующей матрицей необходимо для определения объемной доли микрокапсул, необходимой для достижения определенного уровня заживления.

Поскольку исследователей больше всего интересует самовосстановление, вызванное добавлением микрокапсул, имеется ограниченное сообщение о влиянии добавления микрокапсул на механические свойства. Отсутствуют также сообщения о влиянии добавления микрокапсул на реологические свойства цементного теста. При оценке возможности автономной системы самовосстановления, включающей микрокапсулы, наиболее важно описать влияние добавления микрокапсул на исходные свойства вяжущего материала.Если свойства значительно ухудшаются, и это значение падает ниже требуемого для применения, следует использовать меньшую пропорцию микрокапсул, или выбранные микрокапсулы могут быть выброшены как непригодные.

Микрокапсульные добавки широко используются в строительной отрасли. Обычно используются для воздухововлечения, контроля температуры с использованием материалов с фазовым переходом и повышения огнестойкости [34]. Существует множество физических, механических, экологических, технологических и практических требований к микрокапсулам, используемым специально для самовосстановления вяжущих материалов [35].Жизненно важным физическим требованием является то, что микрокапсулы должны выдерживать агрессивный процесс перемешивания бетона. Сюда входят нагрузки, действующие от агрегатов, а также от смесительного оборудования. Однако они должны быть достаточно хрупкими, чтобы разорваться при распространении трещин. Это основное требование было удовлетворено за счет использования микрокапсул, которые проявляют каучукоподобные и эластичные свойства при гидратации (т. Е. Во время процесса смешивания), но изменяют свое хрупкое стеклообразное состояние при отсутствии гидратации (т.е.е. при отверждении материала) [36].

Предполагается, что эффект добавления микрокапсул, содержащих силикат натрия, на гидратацию цемента двоякий. Во-первых, добавление микрокапсул создает сферические пустоты, которые препятствуют связыванию продуктов гидратации цемента. Это снижает гидратацию и, следовательно, снижает количество выделяемого тепла. Во-вторых, если во время перемешивания какие-либо капсулы сломаются, высвободившийся силикат натрия ускорит гидратацию цемента.

Влияние добавления микрокапсул на механические свойства вяжущего материала зависит от множества переменных, таких как размер микрокапсул, механические свойства микрокапсул, а также прочность связи между микрокапсулами и цементирующей матрицей.Если микрокапсулы относительно малы по сравнению со средним размером частиц OPC (5–30 мкм мкм), возможно, они улучшают долговечность и механические свойства, заполняя уже существующие пустоты в цементной матрице. Более крупные микрокапсулы способны нести большее количество заживляющего агента, и было показано, что при фиксированной объемной доле более крупные микрокапсулы обеспечивают повышенную эффективность заживления [37]. Если материал оболочки имеет высокую прочность и жесткость, а также хорошие свойства сцепления с цементирующей матрицей, то добавление микрокапсул может улучшить свойства.Дисперсные сферические частицы широко добавляются в композиты, армированные частицами, для улучшения как механических, так и физических свойств [38].

Целью данной работы является описание влияния добавления микрокапсул, содержащих силикат натрия, на реологические и механические свойства цемента. Количественно оценивается эффективность микрокапсулированного силиката натрия для закрытия трещин и снижения сорбционной способности. Используются две разные микрокапсулы, инкапсулирующие как жидкий, так и твердый силикат натрия.Также дается качественное описание реакции между материалами груза и цементной матрицей.

Характеристика микрокапсул

Две разные микрокапсулы, используемые для автономного самовосстановления цементирующих материалов, L500 и T130 , были предоставлены Lambson Ltd и Thies Technology, Inc. соответственно. Микрокапсулы L500 содержат жидкий раствор силиката натрия, диспергированный в минеральном масле и эмульгаторе. Количество силиката натрия составляет примерно 42% от всего инкапсулированного материала.Микрокапсулы T130 производятся с использованием метода полимеризации in situ с использованием полиомочевины в качестве материала оболочки. Сводные характеристики микрокапсул приведены в таблице 1. Изображения микрокапсул, полученные с помощью оптического микроскопа, можно увидеть на рисунке 1. Наблюдалось набухание микрокапсул в воде (микрокапсулы L500 больше, чем микрокапсулы T130 ) и возвращались к своему состоянию. исходный размер после высыхания. Они сохраняли свою конструктивную целостность в течение всего этого периода, таким образом сохраняя герметичный грузовой материал.Подтверждена долговременная выживаемость при высоком pH (> 13), а также в растворе хлорида кальция.

Таблица 1.
Свойства микрокапсул, содержащих силикат натрия.

Имя Материал корпуса Грузовой материал Средний размер ~ ( мкм м)
L500 Гуммиарабик желатиновый Na 2 SiO 3 (в жидком растворе) 500
T130 Поли-мочевина Na 2 SiO 3 (твердый) 130

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 1. Микрокапсулы T130 (а) и L500 (б).

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Добавление микрокапсул в цементное тесто

Микрокапсулы L500 и T130 были смешаны с цементным тестом. Микрокапсулы были добавлены в цемент CEM I 52,5N, изготовленный в соответствии с требованиями BS EN 197-1. Поскольку микрокапсулы L500 диспергированы в жидком растворе, они извлекаются с помощью фильтровальной бумаги и вакуумного насоса.При извлечении они находятся в гидратированном состоянии и по этой причине вряд ли впитают много воды при добавлении в цементную смесь. Микрокапсулы T130 находятся в порошкообразной форме и поэтому добавляются непосредственно в цементную смесь.

Изотермическая калориметрия для гидратации цемента

Высокоточный изотермический калориметр Calmetrix I-Cal 2000, соответствующий стандарту ASTM C1679, был использован для измерения теплоты гидратации OPC с добавками микрокапсул. Микрокапсулы добавляли в объемных долях ( V f ) по 4% к цементному тесту с 0.4 водоцементное (в / ц) соотношение. Таким образом, были исследованы три различных смеси; (1) только OPC, (2) OPC с добавлением 4% микрокапсул L500 и (3) OPC с добавлением 4% микрокапсул T130 . Термостат устанавливали на 23 ° C и оставляли для стабилизации на 24 часа. Предварительное кондиционирование цементного порошка и воды происходило в течение 2 часов перед их перемешиванием в течение одной минуты с помощью пластиковой ложки. Используемые количества цемента и воды составляли 30 г и 12 г соответственно, а масса микрокапсул равнялась 0.4 г. Затем в течение 48 часов проводили регистрацию теплоты гидратации. Этого времени было достаточно для получения пика начального схватывания. Пиковая мощность рассчитывается как максимальная мощность (первый пик) за вычетом мощности в течение периода индукции (первый минимум). Затем начальное время схватывания рассчитывалось как время при одной трети пиковой мощности.

Проверка вязкости с помощью реометрии

Реометр Brookfield DV3T использовался для измерения вязкости смесей. И снова были исследованы три различных микса; (1) только OPC, (2) OPC с 4% микрокапсулами L500 и (3) OPC с 4% микрокапсулами T130 .Образцы готовили путем перемешивания цементной пасты в течение трех минут перед помещением 10 мл в чашку для образца реометра. Шпиндель SC4-27 вставляли перед тем, как оставить образец для отстаивания в течение пяти минут. По истечении этого времени в течение одной минуты выполняли предварительный сдвиг от 0 до 30 с -1 , чтобы стереть предысторию сдвига из-за перемешивания. Затем образец оставляли на 30 с для стабилизации. После этого была получена зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига, подвергая образец скорости сдвига, варьирующейся от 8.5 с −1 от до 60 с −1 (нарастание) и обратно до 8,5 с −1 (нарастание) [39]. Затем для получения (пластической) вязкости использовали градиент линейной регрессии зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига на участке линейного снижения.

Отливка и процедура испытаний

Образцы в виде куба

Образцы в виде куба (40 × 40 × 40 мм) были отлиты для количественной оценки влияния добавления микрокапсул на предел прочности при сжатии (ППС) цементного теста.Микрокапсулы добавляли в объемных долях от 0% до 4% с единичными интервалами к ОРС при соотношении масс / цу 0,4. Смешивание образцов осуществляли с использованием пищевого блендера Kenwood 1500 Вт. Образцы уплотняли на вибростоле, а затем покрывали пластиковой пленкой для предотвращения испарения воды. Через 24 часа образцы были извлечены из формы и погружены в воду при постоянной температуре окружающей среды (21 ° C ± 1). Четыре кубика были испытаны через 7, 14, 28 и 56 дней после дня литья с использованием сервогидравлической испытательной рамы 250 кН. .

Призматические образцы

Были испытаны три различные цементные смеси с соотношением вода / цемент 0,4. Первый был контрольной смесью только цемента и воды. Остальные две смеси содержали добавку каждой из микрокапсул T130 и L500 в количестве 4% по объему (приблизительно 1,3% по массе цемента). Смеси были приготовлены таким же образом, как описано выше, и шесть призм (40 × 40 × 160 мм) были отлиты для каждой из трех смесей.Образцы были отлиты с добавлением 1,6 мм проволоки из мягкой стали (рис. 2) в сжимающую секцию призм с крышкой 10 мм от верха для предотвращения полного разделения образца. Через 7 дней после даты отливки образец извлекали из среды, погруженной в воду, и затем с помощью алмазной настольной пилы создавали центральную выемку 3 мм. Это было сделано для того, чтобы трещины возникли в центре образца во время испытаний. Образцы подвергали механическому растрескиванию при трехточечном изгибе с использованием статической испытательной рамы Instron 5567 30 кН со скоростью 0.125 мм с −1 (рисунок 3). Ширина трещины контролировалась с помощью зажимного калибра (рис. 4), и испытание прекращалось автоматически, когда измеренная ширина достигала 0,3 мм. Были получены изображения образцов с оптической микроскопии для измерения ширины трещины после разгрузки, а также для контроля заживления трещин.

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 2. Добавление стальной проволоки в призматические образцы для предотвращения полного разделения образцов.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 3. Схема испытаний на трехточечный изгиб (3PB) для создания единственной центральной трещины в образцах цемента.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 4. Контроль ширины трещин в образцах с помощью зажимного калибра. Тестирование автоматически прекращается, когда ширина достигает 0,3 мм.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Испытания на долговечность

Испытания сорбционной способности проводились с использованием краткосрочного одномерного эксперимента. Сорбционная способность — это мера способности материалов поглощать или десорбировать жидкость за счет капиллярности. Процедура испытаний была адаптирована из руководящих принципов RILEM TC 116-PCD [40], чтобы создать более подходящую процедуру испытаний для образцов с трещинами.Трещины были изолированы с помощью алюминиевой ленты на нижней стороне образцов, чтобы гарантировать, что поглощение происходит только через область трещины (схематично показано на рисунке 5). Изменения массы образца (с точностью до 0,1 г) из-за отсоса воды регистрировались в течение 4 ч и 16 мин. Накопленная вода, абсорбированная на единицу площади входной поверхности, затем связана с сорбционной способностью по формуле [41]:

, где S — коэффициент сорбционной способности в единицах g (√min) −1 и t — время в минут.Таким образом, коэффициент сорбции ( S ) был получен путем линейной регрессии M W и √ t . Образцы тестировались каждые семь дней в течение 28-дневного периода заживления. Каждую неделю образцы вынимали из воды и оставляли сушиться на четыре дня перед тестированием. Трещины также наблюдались еженедельно с помощью цифрового микроскопа для визуального наблюдения за закрытием трещин.

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 5. Схематическое изображение процедуры тестирования сорбционной способности. Трещины изолируют алюминиевым скотчем.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Образцы для микроструктурного анализа

Требуется качественное описание реакции между вяжущим матриксом и инкапсулированным материалом. По этой причине затвердевшую пасту портландцемента (HPC) измельчали ​​после семи дней отверждения в воде и добавляли силикат натрия и микрокапсулы.Были исследованы четыре образца. (1) только HPC, (2) HPC с добавлением силиката натрия и воды, (3) HPC с микрокапсулами L500 и добавлением воды, (4) HPC с микрокапсулами T130 и добавлением воды. Силикат натрия и микрокапсулы (2 г) добавляли к 10 г HPC с 5 г воды. Микрокапсулы измельчали, чтобы гарантировать высвобождение инкапсулированного материала при смешивании с HPC. Перед экстракцией смеси оставляли на семь дней в чашке Петри. Образцы измельчали ​​с помощью пестика и ступки и тестировали с использованием рентгеновского дифракционного анализа (XRD), сканирование под углами от 10 ° до 60 ° с использованием излучения CuK α .Блок-схема экспериментального процесса представлена ​​на рисунке 6.

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 6. Блок-схема подготовки образцов для рентгеноструктурного анализа.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Распределение и высвобождение микрокапсул

Были взяты срезы образцов, содержащих L500 , с использованием настольной пилы с алмазным диском, чтобы подтвердить превосходную выживаемость и распределение микрокапсул по поперечному сечению образца.Микрокапсулы достаточно велики, чтобы их можно было наблюдать визуально, как показано на фиг. 7. Разрыв внедренных микрокапсул более подробно наблюдается с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM), как показано на фиг. 8 для обеих микрокапсул.

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 7. Поперечное сечение (40 × 40 мм) затвердевшего цементного теста, содержащего микрокапсул L500 .По всему участку наблюдается выброс жидких грузов.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 8. Изображения с помощью сканирующего электронного микроскопа разорванных (а) микрокапсул L500 и (б) T130 , внедренных в цементирующую матрицу.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Реологические свойства

Измерения вязкости для трех смесей приведены в таблице 2.Значения согласуются с заявленными значениями для цементного теста при водоцементном соотношении 0,4 [42]. Понятно, что вязкость увеличивается с добавлением микрокапсул. Объемное добавление 4% микрокапсул L500 привело к увеличению вязкости на 52%, в то время как добавление микрокапсул T130 привело к увеличению на 47%. Способность микрокапсул поглощать воду, вероятно, будет способствовать этому снижению удобоукладываемости. В результате это снизит прочность затвердевшего цементного теста на сжатие.Однако эффект добавления микрокапсул в раствор и бетон, вероятно, будет менее пагубным, чем эффект, измеренный в цементном тесте.

Таблица 2.
Вязкость, время начального схватывания и пиковая мощность цементного теста с добавками микрокапсул.

Смесь Вязкость, мкм (Па · с) Время начальной настройки (чч: мм) Пиковая мощность (мВт)
OPC 0.2973 04:08 3,67
OPC + 4% L500 0,4544 04:04 3,48
OPC + 4% T130 0,4370 03:04 2,64

Профили гидратации цемента, полученные с помощью калориметрии, можно увидеть на рисунке 9. Время схватывания и пиковая мощность для трех смесей приведены в таблице 2. Добавление микрокапсул L500 показывает небольшое снижение пиковой мощности, но почти без изменения времени схватывания.Добавление 4% микрокапсул T130 ускоряет время начального схватывания и снижает пиковую мощность на 28%. Это не обязательно связано с разрушением микрокапсул во время смешивания, а скорее с обломками корпуса и груза внутри порошка, последний из которых ускоряет гидратацию.

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 9. Пики начальной настройки кривых гидратации цемента для OPC (черная линия), OPC с добавлением 4% микрокапсул L500 (синяя линия) и OPC с добавлением 4% микрокапсул T130 (красная линия).

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Влияние на механические свойства

И снова микрокапсулы L500 были достаточно большими, чтобы их можно было наблюдать невооруженным глазом. Их живучесть и последующий разрыв при растрескивании наблюдается на плоскостях излома кубических образцов, испытанных на их ПСК (рис. 10). Увеличение количества микрокапсул наблюдается по мере увеличения добавления с 1% до 4%.

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 10. Кубики измельченного цемента, содержащие 1–4% объемных добавок микрокапсул L500 и испытанные через 56 дней.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Реологические результаты, представленные выше, показывают, что для образцов цементного теста, содержащих микрокапсулы, будет наблюдаться снижение прочности на сжатие. Результаты прочности на сжатие для различной объемной доли микрокапсул приведены на рисунке 11 для добавок микрокапсул L500 и T130 .Снижение прочности на сжатие становится все более очевидным в более позднем возрасте. В частности, можно видеть, что прочность на сжатие образцов, содержащих капсулы, достигает плато через 28 дней. Это наблюдается при использовании микрокапсул L500 и T130 . Хотя микрокапсулы L500 больше, их пагубное влияние на прочность на сжатие меньше, чем у микрокапсул T130 . Было замечено, что прочность на изгиб образцов, содержащих капсулу, увеличилась для образцов, содержащих T130, , и немного снизилась для образцов, содержащих L500 .После семи дней отверждения в воде добавление 4% микрокапсул привело к увеличению на 20% для образцов, содержащих T130, , и на 17% к уменьшению для образцов, содержащих L500, . Измерения, проведенные на нижней поверхности и в середине образца, показали среднюю ширину трещин 0,09 мм для контрольной смеси, 0,12 мм для образцов с нагружением T130 и 0,22 мм для образцов с нагружением L500 .

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 11. Прочность на сжатие (куб) цемента, содержащего 1–4% добавки (а) T130 и (б) L500 микрокапсул, испытанных через 7, 14, 28 и 56 дней.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Восстановление износостойкости

Результаты сорбционной способности приведены на рисунке 12 для трех различных смесей. Образцы, содержащие капсулы, значительно снижают сорбционную способность после коротких периодов заживления. Добавление 4% микрокапсул T130 резко снижает сорбционную способность на 45% после семидневного периода заживления, и это продолжается до 34% через 28 дней заживления.Наблюдение за образцами, содержащими ОРС и капсулы, во время тестирования через 7 дней можно увидеть на рисунке 13. Образцы, содержащие микрокапсулы L500 , также показывают улучшенную герметизацию трещин. После семидневного периода заживления добавление 4% объемной доли микрокапсул снижает сорбционную способность на 15% по сравнению с контрольным образцом. После 28-дневного периода заживления образцы L500 поглощают немного больше воды, чем контрольные образцы. Это можно объяснить тем, что высушенный остаточный материал оболочки микрокапсул внутри образца гидратирует и поглощает воду.Это благоприятно по двум причинам. Во-первых, набухание микрокапсул будет способствовать блокированию трещин и предотвращению проникновения жидкостей глубже в матрицу. Это жизненно важно для защиты стальной арматуры в бетоне. Во-вторых, поскольку вода необходима для реакции между гидроксидом кальция и силикатом натрия с образованием C – S – H, удерживание воды вблизи разорванной капсулы облегчает эту реакцию. Микроскопические изображения также подтверждают улучшенную герметизацию трещин в образцах, содержащих капсулы, как показано на рисунке 14.Изображения показывают, что визуальных наблюдений за герметизацией трещин недостаточно для количественной оценки герметичности. Вместо этого необходим показатель долговечности (например, проницаемость, сорбционная способность).

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 12. Сорбционная способность образцов с трещинами, содержащих микрокапсулы L500 (синяя линия) и T130 (красная линия) с объемной долей 4% по сравнению с образцами цемента с трещинами (черная линия).Измерения сорбционной способности проводят в течение 28-дневного периода заживления.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 13. Сравнение воды, абсорбированной контрольными образцами цемента (слева) и образцами, содержащими 4% микрокапсул T130 (справа). Тестирование проводится после семидневного периода заживления.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рисунок 14. Трещины, наблюдаемые в (а) образцах цемента, (б) образцах цемента с 4% -ной объемной добавкой микрокапсул L500 и (в) образцах цемента с 4% -ной объемной добавкой микрокапсул T130 . На изображениях слева показаны образцы после семи дней заживления, а на изображениях справа — после 28-дневного периода заживления.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Микрокапсулы T130 действительно демонстрируют превосходную герметизацию трещин, на что указывает большее снижение измеренных значений сорбционной способности.Однако микрокапсулы T130 действительно содержат больше инкапсулированного силиката натрия. Поэтому имеет смысл предположить, что микрокапсулы T130 обеспечат лучшее заживление, чем микрокапсулы L500 , из-за большего доступного количества силиката натрия, который может реагировать с гидроксидом кальция в цементирующей матрице с образованием C– S – H. Требуются дальнейшие исследования, чтобы определить, предпочтительнее ли силикат натрия в порошке перед жидким (или диспергированным) силикатом натрия для использования в качестве заживляющего агента.С одной стороны, использование жидкого силиката натрия позволяет лучше проникать в плоскость трещины. Однако, с другой стороны, по мере отверждения образцов в воде существует вероятность того, что часть инкапсулированной жидкости диффундирует в воду. Порошкообразный материал груза с большей вероятностью останется в остаточном материале оболочки (и, следовательно, в объеме трещины) после того, как оболочка микрокапсулы была механически разорвана. Что касается измеренной ширины трещин при нагружении, восстановление сорбционной способности образцов, содержащих L500 , является более впечатляющим, учитывая, что трещины в образцах L500 намного больше, чем в образцах T130 , и значительно больше, чем в контрольных образцах.

Микроструктурный анализ

Образцы с добавлением силиката натрия или измельченные микрокапсулы (образцы 2–4) показали четкие связывающие свойства во время их экстракции после семи дней реакции (рис. 15). Спектры XRD четырех различных образцов можно увидеть на рисунке 16. Можно наблюдать типичные продукты гидратации портландцемента, включая портландит (гидроксид кальция), эттрингит и полукристаллизованные гидраты силиката кальция. Сам C – S – H не показывает отчетливых пиков из-за его плохой кристаллической природы.Как и ожидалось, пики гидроксида кальция (CH) (2 θ = 18,007, 28,671, 34,101 и 47,12) очень отчетливо видны на рентгеновской дифрактометрии отвержденного цементного теста (HPC) за 7 дней (черная линия, рисунок 16). Эти пики все еще видны после добавления микрокапсул или силиката натрия. Однако их интенсивность значительно снизилась, что указывает на потребление портландита. Рентгеноструктурный анализ HPC, смешанного с измельченными капсулами L500 (синяя линия, рисунок 16) или T130 (красная линия, рисунок 16) и водой, показывает характеристики, аналогичные характеристикам смеси HPC с силикатом натрия (розовая линия, рисунок 16).Пики портландита в смеси HPC + L500 являются наибольшими из трех смесей, хотя они все же значительно меньше, чем пики в смеси только HPC. Поскольку микрокапсулы L500 содержат дисперсию силиката натрия в масле, количество высвобождаемого силиката натрия будет меньше, чем количество высвобождаемого микрокапсулами T130 . Поэтому неудивительно, что количество потребляемого портландита меньше. Микрокапсулы HPC + силиката натрия XRD и HPC + измельченные микрокапсулы T130 практически идентичны.Это подтверждает высвобождение материала груза и его реакцию с измельченным цементным тестом. XRD HPC, смешанного с силикатом натрия в отсутствие воды (здесь не показан), идентичен XRD только HPC. Это демонстрирует потребность силиката натрия в воде для взаимодействия с гидратированным цементом.

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 15. Образцы, извлеченные после семидневного периода реакции.(1) только HPC, (2) HPC с добавлением силиката натрия и воды, (3) HPC с микрокапсулами L500 и добавлением воды, (4) HPC с микрокапсулами T130 и добавлением воды. Образцы 2–4 демонстрируют четкие связывающие свойства.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Увеличить

Уменьшить

Сбросить размер изображения

Рис. 16. Рентгеновская дифрактограмма затвердевшего цементного теста (HPC, черная линия), HPC с добавлением силиката натрия (розовая линия), HPC с добавлением 4% микрокапсул L500 (синяя линия) и HPC с добавлением 4% T130 добавление микрокапсул.

Загрузить рисунок:

Стандартное изображение
Изображение высокого разрешения

Пики негидратированного силиката кальция (в основном силиката трикальция и силиката дикальция) наблюдаются между пиками портландита при 28,671 и 34,101. Пики, наблюдаемые в этой области, больше для образца HPC по сравнению с образцами с добавками микрокапсул или силиката натрия. В этой же области пики аморфных C – S – H перекрываются вместе с кальцитом при 29,405. Образование карбоната кальция происходит из-за карбонизации гидроксида кальция во время отверждения в воде.Этот пик наблюдается больше в смеси HPC + силикат натрия и смеси HPC + L500 . Ясно, что добавление силиката натрия (или измельченного силиката натрия, содержащего микрокапсулы) приводит к потреблению CH и образованию C – S – H.

Еще раз стоит отметить, что микрокапулы L500 содержат меньше силиката натрия, чем микрокапсулы T130 , и это очевидно при сравнении спектров XRD.

Использование кристаллической гидроизоляции для уменьшения капиллярной пористости в бетоне

Материалы

Цемент

В качестве материала использовался портланд-пуццолановый цемент.Согласно NBR 5736 (ABNT) [14], содержание пуццоланового материала составляет от 15 до 50%, с допуском 5% известнякового наполнителя и оставшегося d-клинкера и сульфата кальция. Этот цемент эквивалентен типу IP согласно ASTM C 595 [15]. Бетон, изготовленный с использованием этого вяжущего, имеет более длительный срок службы по сравнению с другими типами цемента, сохраняющими ту же воду / вяжущее, поэтому он был выбран для этого исследования. Наличие пуццолановой композиции вызывает пуццолановую реакцию, которая является медленной и непрерывной, образуя стойкие продукты за счет потребления гидроксида кальция, что влечет за собой снижение пористости бетона [16].

Объемный удельный вес цемента был определен в лаборатории в соответствии с NBR NM 23 (ABNT) [17] и составил 2,59 г / см 3 . Химические, физико-механические характеристики цемента предоставлены производителем и представлены в таблицах 1 и 2, а также в таблицах нормативных пределов согласно NBR 5736 (ABNT) [15].

Таблица 1 Химический состав цемента
Таблица 2 Физико-механические характеристики цемента

Агрегаты

Агрегаты были охарактеризованы в соответствии с ситовым анализом с помощью NBR NM 248 (ABNT) [18], а для определения объемного удельного веса использовался NBR NM 52 (ABNT) [19] для мелкого заполнителя и NBR NM. 53 (ABNT) [20] для крупного заполнителя.

Мелкий заполнитель

В качестве мелкого заполнителя использовали кварцевый песок, частицы которого имеют модуль крупности 2,28. Удельный вес насыпного песка составляет 2,58 г / см 3 . В Таблице 3 можно увидеть процентное содержание каждого сита нормальной серии и другую информацию. На рис. 1 показано распределение мелкого заполнителя на сите.

Таблица 3 Процент, оставшийся на ситах нормального диапазона для мелкого заполнителя
Рис.1

Распределение по сито для мелкого заполнителя

Крупный заполнитель

Выбранный крупный заполнитель был базальтом и использовался в двух разных гранулометриях.В Таблице 4 можно увидеть процентное содержание, оставшееся на сите каждого нормального и промежуточного диапазона для крупных заполнителей. На Рисунке 2 показано распределение сита, а в Таблице 5 описаны особенности, обнаруженные при использовании грубого заполнителя.

Таблица 4 Процент, оставшийся на ситах для грубых заполнителей
Рис. 2

Распределение по крупному сито

Таблица 5 Физические характеристики крупных заполнителей

Вода

Вода, используемая в этом исследовании для формования образцов, поступает из общественного водоснабжения города Порту-Алегри, Риу-Гранди-ду-Сул, Бразилия.

Примеси

В данном исследовании использовались два типа добавок. Дым кремнезема был выбран для сравнения, поскольку его обычно наносят на бетон с целью уменьшения капиллярной пористости. Кристаллическая гидроизоляция — это выбранный материал для испытания в этом исследовании.

Дым кремнезема

Дым кремнезема придает бетону особые свойства, такие как низкая проницаемость, низкая теплота гидратации, повышение механической прочности, устойчивость к сульфатному воздействию, увеличение долговечности, минимизация реакции щелочных агрегатов и других.Поскольку это особый тип пуццолана, химически соединенный с SiO 2 (> 86%), особенно в стеклообразной и аморфной фазе, он также может быть обнаружен в кристаллических соединениях, таких как кристобалит и карбид кремния. Объемный удельный вес микрокремнезема был определен в лаборатории в соответствии с NBR NM 23 (ABNT) [17] и составил 2,20 г / см 3 . Химические характеристики материала были выполнены с использованием рентгенофлуоресцентного анализа в лаборатории Lacer / UFRGS, результаты которого показаны в таблице 6.

Таблица 6 Химический состав микрокремнезема

Кристаллическая гидроизоляция

Кристаллическая гидроизоляция, использованная в качестве наполнителя в этом исследовании, была предоставлена ​​в упаковке по 25 кг и состоит из портландцемента (от 40 до 70%), кварцевого песка (от 5 до 10%) и активных химикатов (от 10 до 30%). , согласно описанию производителя. Эти химические вещества вступают в реакцию с влагой в свежем бетоне и продуктами гидратации цемента, что приводит к образованию нерастворимых кристаллических структур в порах и капиллярах бетона.Физико-химические свойства показаны в Таблице 7 как лист данных продукта.

Таблица 7 Физико-химические характеристики кристаллической гидроизоляционной добавки

Используемая доля гидроизоляционной добавки составляет 0,8, наименьшее рекомендуемое значение было выбрано для анализа продукта в наиболее критической ситуации. Использование этого материала направлено на прочную изоляцию бетона от проникновения воды и других жидкостей, тем самым способствуя защите от суровых условий окружающей среды из-за его низкой проницаемости.Этот продукт используется в таких сооружениях, как резервуары, водоочистные сооружения и очистные сооружения, туннели, фундаменты и другие здания, требующие водонепроницаемого бетона.

Химические добавки

Химические добавки, используемые в смеси, были назначены в соответствии с пропорциями, предоставленными компанией по обслуживанию бетона для обычных зданий, которые не требуют высокой прочности в раннем возрасте. Такое же соотношение двух добавок, полифункционального водоредуцирующего пластификатора и другого суперпластификатора.Эти химические добавки различаются согласно ASTM C 494 как типы A и F. Характеристики были получены от производителя и представлены в таблице 8.

Таблица 8 Физико-химические характеристики химических добавок

Обе химические добавки обеспечивают преимущества для затвердевшего бетона, такие как уменьшение количества воды для смешивания, поддержание консистенции, повышение текучести, облегчение уплотнения и взлета, помимо увеличения сцепления бетона.Что касается затвердевшего бетона, поскольку он требует меньше воды в смеси, он обеспечивает большую механическую прочность, снижает проницаемость, втягивание и трещины пластического происхождения; тем самым повышая долговечность.

Покрытие

Покрытие было выполнено с той же кристаллической гидроизоляцией, которая использовалась в качестве добавки; однако это подходит для выполнения поверхностной обработки. Цель этого продукта — водостойкий бетон. Он состоит из портландцемента (от 10 до 50%), кварцевого песка (от 10 до 40%) и активных химикатов (от 30 до 60%).Его нужно только смешать с водой в соотношении 5: 2,5 (кристаллическая гидроизоляция: вода), чтобы он вступил в реакцию, а затем нанести на бетонную поверхность. Эта пропорция рекомендуется для ручного использования, чтобы заполнить поры и трещины, предотвратить попадание воды даже под давлением и обеспечить прохождение пара. Его использование показано для конструкций, которые требуют большой прочности и подвергаются воздействию агрессивных агентов, таких как водоемы, плотины, водоочистные сооружения, стоянки, фундаменты, туннели, среди прочего, поскольку продукт может применяться как для положительных, так и для отрицательных боковой бетон.

В данном исследовании покрытие было выполнено из бетона без добавок, чтобы проверить только характеристики кристаллической гидроизоляции, нанесенной в виде краски, в два слоя; согласно инструкции по эксплуатации, второй слой необходимо наносить до высыхания грунтовки. Кроме того, производитель заявляет, что продукт демонстрирует те же характеристики, независимо от того, шлифовали ли образец песком; поэтому образцы были испытаны при шлифовании покрытия, а окрашенные — без шлифовки. На рис. 3 показано нанесение и внешний вид продукта с кристаллическим гидроизоляционным покрытием.

Рис. 3

Кристаллическое гидроизоляционное покрытие a нанесение продукта, b образцов Внешний вид с кристаллическим гидроизоляционным покрытием

Экспериментальная программа

Для достижения целей, предложенных в этой статье, была разработана экспериментальная программа, которая позволила проанализировать поведение бетона, подвергнутого различным обработкам, сохраняя те же пропорции. На основе пропорций, используемых для всех протестированных типов бетона, были разработаны четыре различных варианта, которые сравнивались друг с другом и сравнивались с эталонным бетоном, не имеющим добавок и покрытия.Остальные четыре типа: бетонное кристаллическое гидроизоляционное покрытие, наносимое в виде краски, бетонное кристаллическое гидроизоляционное покрытие, наносимое в виде краски, которая является шлифованной, бетон с кристаллической гидроизоляционной добавкой и бетон с добавкой микрокремнезема.

Производство бетона

Используемые пропорции материалов обычно используются в зданиях, построенных в районе Порту-Алегри, и, по оценкам, получают f ck 40 МПа. Пропорции описаны в Таблице 9, в которой показаны пропорции каждого используемого материала.

Таблица 9 Дозировка материалов по массе

Формование образцов производилось согласно NBR 5738 (ABNT) [22]. После смешивания материалов требуемая консистенция была определена на уровне 200 ± 30 мм посредством выполнения теста на оседание для определения консистенции, как того требует NBR NM 67 (ABNT) [23], при сохранении параметра фиксированным.

Было изготовлено двадцать шесть образцов этого эталонного бетона, одиннадцать из них без покрытия (семь для испытаний на прочность на сжатие и четыре для испытаний на абсорбцию) и пятнадцать с покрытием (семь для испытаний на прочность на сжатие и восемь для испытаний на абсорбцию). восемь только четыре прошли шлифовку).В этих одиннадцати образцах были формованные образцы с кристаллической гидроизоляционной добавкой (семь для испытаний на прочность на сжатие и четыре для испытаний на абсорбцию). Наконец, еще одиннадцать образцов были отформованы с добавкой микрокремнезема (семь для испытаний на прочность на сжатие и четыре для испытаний на абсорбцию). Образцы имели цилиндрическую форму диаметром 100 мм и высотой 200 мм.

После формования образцы помещали в комнатную температуру на 24 ч. Позже они были извлечены из формы и хранились в камере влажности при температуре 23 ± 2 ° C и влажности более 95%, где они оставались до даты испытаний.

Испытание на прочность на сжатие

Для определения способности выдерживать усилия было проведено испытание на сопротивление простому сжатию, рекомендованное NBR 5739 (ABNT) [14].

Общее поглощение

Испытание было выполнено в соответствии с рекомендациями NBR 9778 (ABNT) [13], и по его реализации можно было определить поглощение, пустоты, плотность сухого образца, плотность насыщенного образца и плотность.

Проникновение воды под давлением

NBR 10787 (ABNT) [24] представляет собой тест для определения проникновения воды под давлением, однако этот тест требует специального оборудования для его проведения, и его отсутствие в лаборатории привело к приспособление для оценки проникновения воды под давлением в соответствии с имеющейся инфраструктурой.

Были испытаны четыре образца каждого типа бетона, которые были индивидуально приклеены к трубе из ПВХ диаметром 0,1 м и длиной 3 м, так что один из концов трубы можно было нагреть, а образцы можно было вставить внутрь, и Затем герметик был нанесен на поверхность раздела (бетон и труба ПВХ), чтобы изолировать его (рис. 4а, б).

Рис. 4

Разработка испытания на проникновение воды под давлением a Соединительная деталь образцов с трубкой из ПВХ для размещения воды, b обзор образцов, c заполнение водяного столба, d образцов нарушена диаметральным растяжением, e вид внутренней поверхности образца после проведения испытания

Затем трубы из ПВХ были заполнены водой (рис.4в) до заданного уровня, таким образом на верхнюю поверхность образцов оказывалось концентрированное давление 30 кПа. Давление поддерживалось постоянным в течение недельного периода, и каждый день регистрировался уровень воды, и, если необходимо, воду сбрасывали до отмеченного уровня, таким образом поддерживая высоту водяного столба на постоянном давлении.

Через неделю трубы были опорожнены, а образцы сломаны за счет диаметральной тяги. Затем была проведена фотографическая запись всех образцов, эти снимки были сделаны с одинакового расстояния, а позже для количественной оценки влажных и высохших участков (рис.4д). Количественный анализ проводился с использованием AutoCAD.

История бетона — InterNACHI®

Ник Громико, CMI® и Кентон Шепард

Период времени, в течение которого был впервые изобретен бетон, зависит от того, как интерпретировать термин «бетон». Древние материалы представляли собой неочищенный цемент, полученный путем дробления и обжига гипса или известняка. Известь также относится к измельченному обожженному известняку. Когда к этим цементам были добавлены песок и вода, они превратились в строительный раствор, который представлял собой гипсовидный материал, используемый для склеивания камней друг с другом.За тысячи лет эти материалы были усовершенствованы, объединены с другими материалами и, в конечном итоге, превратились в современный бетон.

Сегодняшний бетон изготавливается с использованием портландцемента, крупных и мелких заполнителей камня и песка, а также воды. Добавки — это химические вещества, добавляемые к бетонной смеси для контроля ее схватывания и используемые в основном при укладке бетона в экстремальных условиях окружающей среды, таких как высокие или низкие температуры, ветреные условия и т. Д.

Прекурсор бетона был изобретен примерно в 1300 г. до н.э., когда средний Восточные строители обнаружили, что, когда они покрывали внешние поверхности своих крепостей из толченой глины и стены домов тонким влажным слоем обожженного известняка, он вступал в химическую реакцию с газами в воздухе, образуя твердую защитную поверхность.Это не был бетон, но это было началом развития цемента.

Ранние цементирующие композитные материалы, как правило, включали измельченный в строительный раствор, обожженный известняк, песок и воду, которые использовались для строительства из камня, в отличие от заливки материала в форму, что, по сути, является тем, как используется современный бетон, с формой бетонные формы.

Цемент, как один из ключевых компонентов современного бетона, существует уже давно. Около 12 миллионов лет назад на территории современного Израиля естественные отложения образовались в результате реакций между известняком и горючими сланцами, образовавшимися в результате самовозгорания.Однако цемент — это не бетон. Бетон — это композитный строительный материал, и ингредиенты, из которых цемент является лишь одним из них, со временем менялись и меняются даже сейчас. Рабочие характеристики могут меняться в зависимости от различных сил, которым бетон должен будет противостоять. Эти силы могут быть постепенными или интенсивными, они могут исходить сверху (гравитация), снизу (пучение почвы), по бокам (боковые нагрузки) или могут принимать форму эрозии, истирания или химического воздействия. Компоненты бетона и их пропорции называются дизайнерской смесью.

Раннее использование бетона

Первые бетонные конструкции были построены набатейскими торговцами или бедуинами, которые оккупировали и контролировали ряд оазисов и создали небольшую империю в регионах южной Сирии и северной Иордании примерно в 6500 году до нашей эры. . Позже они открыли преимущества гидравлической извести, то есть цемента, который затвердевает под водой, и к 700 г. до н.э. они строили печи для производства раствора для строительства домов из щебня, бетонных полов и подземных водонепроницаемых цистерн.Цистерны держались в секрете и были одной из причин, по которым набатеи смогли процветать в пустыне.

При изготовлении бетона Набатеи понимали необходимость сохранять смесь как можно более сухой или с низкой оседанием, поскольку избыток воды создает пустоты и слабые места в бетоне. Их строительные практики включали утрамбовку свежеуложенного бетона специальными инструментами. В процессе утрамбовки образуется больше геля, который представляет собой связующий материал, образующийся в результате химических реакций, происходящих во время гидратации, которые связывают частицы и агрегатируются вместе.

Древнее здание Набатеи

Как и у римлян, 500 лет спустя, у Набатеи был доступный на местном уровне материал, который можно было использовать для создания водонепроницаемого цемента. На их территории были крупные поверхностные месторождения мелкодисперсного кварцевого песка. Просачивание грунтовых вод через кремнезем может превратить его в пуццолановый материал, представляющий собой песчаный вулканический пепел. Чтобы сделать цемент, набатеи обнаружили отложения, зачерпнули этот материал и соединили его с известью, а затем нагрели в тех же печах, которые они использовали для изготовления своей керамики, поскольку целевые температуры лежали в том же диапазоне.

Примерно к 5600 году до нашей эры вдоль реки Дунай на территории бывшей Югославии дома были построены с использованием бетона для полов.

Египет

Примерно за 3000 лет до нашей эры древние египтяне использовали грязь, смешанную с соломой, для изготовления кирпичей. Грязь с соломой больше похожа на саман, чем на бетон. Тем не менее, они также использовали гипс и известковые растворы при строительстве пирамид, хотя большинство из нас считает раствор и бетон двумя разными материалами. Для постройки Великой пирамиды в Гизе потребовалось около 500 000 тонн строительного раствора, который использовался в качестве подстилки для облицовочных камней, образующих видимую поверхность законченной пирамиды.Это позволило каменщикам вырезать и устанавливать облицовочные камни с открытыми швами не более 1/50 дюйма.

Облицовочный камень пирамиды

Китай

Примерно в то же время северные китайцы использовали форму цемента при строительстве лодок и при строительстве Великой китайской стены. Спектрометрические испытания подтвердили, что ключевым ингредиентом строительного раствора, используемого для строительства Великой стены и других древних китайских сооружений, был клейкий клейкий рис. Некоторые из этих построек выдержали испытание временем и противостояли даже современным попыткам сноса.

Рим

К 600 г. до н.э. греки открыли природный пуццолан, который при смешивании с известью приобрел гидравлические свойства, но греки были далеко не так успешны в строительстве из бетона, как римляне. К 200 г. до н.э. римляне очень успешно строили из бетона, но это не было похоже на бетон, который мы используем сегодня. Это был не пластиковый текучий материал, налитый в формы, а больше похожий на зацементированный щебень. Римляне строили большинство своих построек, складывая камни разных размеров и вручную заполняя промежутки между камнями раствором.Над землей стены как внутри, так и снаружи были облицованы глиняными кирпичами, которые также служили формой для бетона. Кирпич имел небольшую структурную ценность или не имел ее вообще, и их использовали в основном в косметических целях. До этого времени и в большинстве мест того времени (включая 95% Рима) обычно используемые растворы представляли собой простой известняковый цемент, который медленно затвердевает от реакции с переносимым по воздуху углекислым газом. Истинной химической гидратации не произошло. Эти минометы были слабыми.

Для более грандиозных и искусных структур римлян, а также для их наземной инфраструктуры, требующей большей прочности, они делали цемент из вулканического песка с естественной реакцией, называемого harena fossicia .Для морских сооружений и сооружений, подверженных воздействию пресной воды, таких как мосты, доки, ливневые стоки и акведуки, они использовали вулканический песок под названием пуццуолана. Эти два материала, вероятно, представляют собой первое крупномасштабное использование действительно цементирующего вяжущего. Pozzuolana и harena fossicia химически реагируют с известью и водой, гидратируются и затвердевают в каменную массу, которую можно использовать под водой. Римляне также использовали эти материалы для строительства больших сооружений, таких как римские бани, Пантеон и Колизей, и эти сооружения сохранились до сих пор.В качестве добавок они использовали животный жир, молоко и кровь — материалы, которые отражают очень элементарные методы. С другой стороны, помимо использования природных пуццоланов, римляне научились производить два типа искусственных пуццоланов — кальцинированную каолинитовую глину и кальцинированные вулканические камни, — которые, наряду с впечатляющими строительными достижениями римлян, являются свидетельством высокого уровня технической сложности для того времени.

Пантеон

Построенный римским императором Адрианом и завершенный в 125 году нашей эры, Пантеон имеет самый большой из когда-либо построенных неармированных бетонных куполов.Купол 142 фута в диаметре и имеет 27-футовое отверстие, называемое окулусом, на вершине, которая находится на высоте 142 фута над полом. Он был построен на месте, вероятно, начав над внешними стенами и создав все более тонкие слои по мере продвижения к центру.

Пантеон имеет внешние фундаментные стены шириной 26 футов и глубиной 15 футов, сделанные из пуццоланового цемента (извести, химически активного вулканического песка и воды), утрамбованного поверх слоя плотного каменного заполнителя.То, что купол все еще существует, — это случайность. Оседание и движение в течение почти 2000 лет, наряду со случайными землетрясениями, создали трещины, которые обычно ослабляли бы структуру настолько, что к настоящему времени она должна была бы разрушиться. Наружные стены, поддерживающие купол, содержат семь равномерно расположенных ниш с камерами между ними, которые выходят наружу. Эти ниши и камеры, изначально спроектированные только для минимизации веса конструкции, тоньше основных частей стен и действуют как контрольные соединения, контролирующие расположение трещин.Напряжения, вызванные движением, снимаются за счет трещин в нишах и камерах. Это означает, что купол по существу поддерживается 16 толстыми, конструктивно прочными бетонными столбами, образованными частями внешних стен между нишами и камерами. Другим методом снижения веса было использование очень тяжелых заполнителей с низкой структурой и использование более легких и менее плотных заполнителей, таких как пемза, высоко в стенах и в куполе. Стенки также сужаются по толщине, чтобы уменьшить вес наверху.

Римские гильдии

Еще одним секретом успеха римлян было использование ими торговых гильдий. У каждой профессии была гильдия, члены которой отвечали за передачу своих знаний о материалах, методах и инструментах ученикам и римским легионам. Помимо боевых действий, легионы обучались самодостаточности, поэтому они также обучались методам строительства и технике.

Технологические вехи

В средние века технология производства бетона поползла назад.После падения Римской империи в 476 году нашей эры методы изготовления пуццоланового цемента были утеряны, пока в 1414 году не было обнаружено рукописей, описывающих эти методы, и возродился интерес к строительству из бетона.

Только в 1793 году технология сделала большой шаг вперед, когда Джон Смитон открыл более современный метод производства гидравлической извести для цемента. Он использовал известняк, содержащий глину, которую обжигали до тех пор, пока она не превратилась в клинкер, который затем измельчал в порошок.Он использовал этот материал при исторической перестройке маяка Эддистоун в Корнуолле, Англия.

Версия Смитона (третья) маяка Эддистоун, завершенная в 1759 году.

Спустя 126 лет он разрушился из-за эрозии скалы, на которой он стоял.

Наконец, в 1824 году англичанин по имени Джозеф Аспдин изобрел портландцемент путем сжигания мелко измельченного мела и глины в печи до удаления углекислого газа.Он был назван «портлендским» цементом, потому что он напоминал высококачественные строительные камни, найденные в Портленде, Англия. Широко распространено мнение, что Аспдин был первым, кто нагрел глинозем и кремнезем до точки стеклования, что привело к плавлению. В процессе стеклования материалы становятся стеклоподобными. Аспдин усовершенствовал свой метод, тщательно распределив известняк и глину, измельчив их, а затем обожгив полученную смесь в клинкер, который затем измельчили в готовый цемент.

Состав современного портландцемента

До открытия портландцемента и в течение нескольких лет после этого использовались большие количества природного цемента, который производился путем сжигания смеси извести и глины природного происхождения.Поскольку ингредиенты натурального цемента смешаны по своей природе, его свойства сильно различаются. Современный портландцемент производится по строгим стандартам. Некоторые из многих соединений, содержащихся в нем, важны для процесса гидратации и химических характеристик цемента. Его получают путем нагревания смеси известняка и глины в печи до температур от 1300 ° F до 1500 ° F. До 30% смеси становится расплавленным, но остальная часть остается в твердом состоянии, подвергаясь химическим реакциям, которые могут быть медленными.В конечном итоге смесь образует клинкер, который затем измельчают в порошок. Небольшая часть гипса добавляется, чтобы замедлить скорость гидратации и сохранить бетон более пригодным для обработки. Между 1835 и 1850 годами впервые были проведены систематические испытания для определения прочности цемента на сжатие и растяжение, а также первые точные химические анализы. Только в 1860 году были впервые произведены портлендские цементы современного состава.

Обжиговые печи

В первые дни производства портландцемента печи были вертикальными и стационарными.В 1885 году английский инженер разработал более эффективную печь, которая была горизонтальной, слегка наклонной и могла вращаться. Вращающаяся печь обеспечивала лучший контроль температуры и лучше справлялась с перемешиванием материалов. К 1890 году на рынке доминировали вращающиеся печи. В 1909 году Томас Эдисон получил патент на первую длинную печь. Эта печь, установленная на заводе Edison Portland Cement Works в Нью-Виллидж, штат Нью-Джерси, имела длину 150 футов. Это было примерно на 70 футов длиннее, чем используемые в то время печи. Промышленные печи сегодня могут достигать 500 футов в длину.

Вращающаяся печь

Вехи строительства

Хотя были и исключения, в течение 19 -х годов века бетон использовался в основном для промышленных зданий. Он считался социально неприемлемым в качестве строительного материала по эстетическим соображениям. Первое широкое использование портландцемента в жилищном строительстве было в Англии и Франции между 1850 и 1880 годами французом Франсуа Куанье, который добавил стальные стержни, чтобы предотвратить распространение наружных стен, а затем использовал их в качестве элементов изгиба.Первым домом, построенным из железобетона, был коттедж для прислуги, построенный в Англии Уильямом Б. Уилкинсоном в 1854 году. В 1875 году американский инженер-механик Уильям Уорд завершил строительство первого дома из железобетона в США. Он до сих пор стоит в Порт-Честере, штат Нью-Йорк. Уорд усердно вел записи о строительстве, поэтому об этом доме известно очень много. Он был построен из бетона из-за страха его жены перед огнем, и, чтобы быть более социально приемлемым, он был спроектирован так, чтобы напоминать каменную кладку.Это было началом того, что сегодня является отраслью с оборотом в 35 миллиардов долларов, в которой только в США работает более 2 миллионов человек.

Дом, построенный Уильямом Уордом, обычно называют Замком Уорда.

В 1891 году Джордж Варфоломей залил первую бетонную улицу в США, и она существует до сих пор. Бетон, используемый для этой улицы, испытан на давление около 8000 фунтов на квадратный дюйм, что примерно вдвое превышает прочность современного бетона, используемого в жилищном строительстве.

Корт-стрит в Беллефонтене, штат Огайо, которая является старейшей бетонной улицей в США.S.

К 1897 году Sears Roebuck продавала бочки импортного портландцемента емкостью 50 галлонов по цене 3,40 доллара за штуку. Хотя в 1898 году производители цемента использовали более 90 различных формул, к 1900 году базовые испытания — если не методы производства — стали стандартизованными.

В конце 19-го, -го, -го века, использование железобетона более или менее одновременно осваивалось немцем Г.А. Уэйсс, француз Франсуа Хеннебик и американец Эрнест Л.Выкуп. Рэнсом начал строительство из железобетона в 1877 году и запатентовал систему, в которой использовались скрученные квадратные стержни для улучшения связи между сталью и бетоном. Большинство построенных им построек были промышленными.

Компания Hennebique начала строительство домов из армированной стали во Франции в конце 1870-х годов. Он получил патенты во Франции и Бельгии на свою систему и добился большого успеха, в конечном итоге построив империю, продавая франшизы в крупных городах. Он продвигал свой метод, читая лекции на конференциях и разрабатывая стандарты своей компании.Как и Рэнсом, большинство построек, построенных Хеннебиком, были промышленными. В 1879 году Уэйсс купил права на систему, запатентованную французом по имени Монье, который начал использовать сталь для армирования бетонных цветочных горшков и контейнеров для растений. Wayss продвигал систему Wayss-Monier.

В 1902 году Август Перре спроектировал и построил в Париже жилой дом, используя железобетон для колонн, балок и перекрытий. В здании не было несущих стен, но у него был элегантный фасад, который помог сделать бетон более социально приемлемым.Здание вызвало всеобщее восхищение, и бетон стал более широко использоваться как архитектурный материал, а также как строительный материал. Его дизайн повлиял на проектирование железобетонных зданий в последующие годы.

25 Rue Franklin в Париже, Франция

В 1904 году в Цинциннати, штат Огайо, было построено первое бетонное высотное здание. Его высота составляет 16 этажей или 210 футов.

Здание Ингаллса в Цинциннати, Огайо

В 1911 году в Риме был построен мост Рисорджименто.Его ширина составляет 328 футов.

Мост Рисорджименто в Риме

В 1913 году первая партия товарной смеси была доставлена ​​в Балтимор, штат Мэриленд. Четыре года спустя Национальное бюро стандартов (ныне Национальное бюро стандартов и технологий) и Американское общество испытаний и материалов (ныне ASTM International) разработали стандартную формулу портландцемента.

В 1915 году компания Matte Trucco построила пятиэтажный автозавод Fiat-Lingotti в Турине из железобетона.На крыше здания находился автомобильный испытательный полигон.

Автозавод Fiat-Lingotti в Турине, Италия

Эжен Фрейссине был французским инженером и пионером в использовании железобетонных конструкций. В 1921 году он построил два гигантских ангара для дирижаблей с параболической аркой в ​​аэропорту Орли в Париже. В 1928 году он получил патент на предварительно напряженный бетон.

Ангар для дирижаблей с параболической аркой в ​​аэропорту Орли в Париже, Франция

Строительство ангара для дирижаблей

Воздухововлечение

В 1930 году количество воздухововлекающих агентов значительно увеличилось. устойчивость бетона к замерзанию и улучшенная его удобоукладываемость.Воздухововлечение стало важным шагом в улучшении долговечности современного бетона. Воздухововлечение — это использование агентов, которые при добавлении в бетон во время перемешивания создают множество очень маленьких пузырьков воздуха, расположенных близко друг к другу, и большинство из них остаются в затвердевшем бетоне. Бетон затвердевает в результате химического процесса, называемого гидратацией. Для гидратации бетон должен иметь минимальное водоцементное соотношение 25 частей воды на 100 частей цемента. Вода, превышающая это соотношение, является избыточной водой и помогает сделать бетон более пригодным для укладки и отделочных работ.По мере высыхания и затвердевания бетона излишки воды испаряются, оставляя поверхность бетона пористой. В эти поры может попадать вода из окружающей среды, такая как дождь или талый снег. Морозная погода может превратить эту воду в лед. Когда это происходит, вода расширяется, создавая небольшие трещины в бетоне, которые будут увеличиваться по мере повторения процесса, что в конечном итоге приведет к отслаиванию поверхности и ухудшению, называемому отслаиванием. Когда бетон увлекается воздухом, эти крошечные пузырьки могут слегка сжиматься, поглощая часть напряжения, создаваемого расширением, когда вода превращается в лед.Вовлеченный воздух также улучшает удобоукладываемость, поскольку пузырьки действуют как смазка между заполнителем и частицами в бетоне. Захваченный воздух состоит из более крупных пузырьков, застрявших в бетоне, и не считается полезным.

Тонкая оболочка

Опыт в строительстве из железобетона в конечном итоге позволил разработать новый способ строительства из бетона; Метод тонкой оболочки включает в себя строительные конструкции, такие как крыши, с относительно тонкой оболочкой из бетона.Купола, арки и сложные кривые обычно строятся с помощью этого метода, поскольку они имеют естественные формы. В 1930 году испанский инженер Эдуардо Торроха спроектировал для рынка Альхесирас невысокий купол толщиной 3½ дюйма и шириной 150 футов. Стальные тросы использовались для образования натяжного кольца. Примерно в то же время итальянец Пьер Луиджи Нерви начал строительство ангаров для ВВС Италии, как показано на фото ниже.

Монтируемые на месте ангары для ВВС Италии

Ангары были отлиты на месте, но для большей части работ Nervi использовался сборный бетон.

Вероятно, наиболее опытным человеком, когда дело дошло до строительства с использованием методов бетонной оболочки, был Феликс Кандела, испанский математик-инженер-архитектор, который практиковал в основном в Мехико. Крыша лаборатории космических лучей в университете Мехико была построена толщиной 5/8 дюйма. Его фирменной формой был гиперболический параболоид. Хотя здание, показанное на фотографии ниже, не было спроектировано Канделой, это хороший пример гиперболической параболоидной крыши.

Гиперболическая параболоидная крыша церкви в Боулдере, штат Колорадо

Та же строящаяся церковь

Некоторые из самых ярких крыш в мире были построены с использованием технологии тонкой оболочки, как показано ниже.

Сиднейский оперный театр в Сиднее, Австралия

Плотина Гувера

В 1935 году плотина Гувера была завершена после заливки примерно 3 250 000 ярдов бетона, а еще 1 110 000 ярдов были использованы для строительства электростанции и строительства. другие сооружения, связанные с плотиной. Имейте в виду, что это произошло менее чем через 20 лет после того, как была установлена ​​стандартная рецептура цемента.

Колонны из блоков, заполняемые бетоном на плотине Гувера в феврале 1934 года

Инженеры Бюро мелиорации подсчитали, что если бетон был помещен в единую монолитную заливку, строительство дамбы потребовалось бы 125 лет. остыть, и напряжения от выделяемого тепла и сжатия, которое происходит при застывании бетона, могут привести к растрескиванию и разрушению конструкции.Решение заключалось в том, чтобы залить плотину серией блоков, образующих колонны, при этом некоторые блоки были размером до 50 квадратных футов и высотой 5 футов. Каждая секция высотой 5 футов имеет ряд установленных труб диаметром 1 дюйм, по которым перекачивается речная вода, а затем механически охлажденная вода для отвода тепла. Как только бетон перестал сжиматься, трубы были заполнены раствором. Образцы бетонного ядра, испытанные в 1995 году, показали, что бетон продолжает набирать прочность и имеет прочность на сжатие выше среднего.

Верхняя часть плотины Гувера показана в момент ее первого заполнения

Плотина Гранд-Кули

Плотина Гранд-Кули в Вашингтоне, построенная в 1942 году, является крупнейшей бетонной конструкцией из когда-либо существовавших. построен. Он содержит 12 миллионов ярдов бетона. Раскопки потребовали удаления более 22 миллионов кубических ярдов земли и камня. Чтобы уменьшить количество грузовых перевозок, была построена конвейерная лента длиной 2 мили. В местах фундамента цементный раствор закачивали в отверстия, пробуренные глубиной от 660 до 880 футов (в граните), чтобы заполнить любые трещины, которые могли ослабить землю под плотиной.Чтобы избежать обрушения котлована под весом покрывающих пород, в землю были вставлены 3-дюймовые трубы, по которым закачивалась охлажденная жидкость из холодильной установки. Это заморозило землю, сделав ее достаточно стабилизированной, чтобы строительство могло продолжаться.

Плотина Гранд-Кули

Бетон для плотины Гранд-Кули укладывался теми же методами, что и плотина Гувера. После помещения в колонны холодная речная вода перекачивалась по трубам, встроенным в затвердевающий бетон, снижая температуру в формах с 105 ° F (41 ° C) до 45 ° F (7 ° C).Это привело к сокращению дамбы примерно на 8 дюймов в длину, и образовавшиеся щели были заполнены раствором.

Строящаяся плотина Гранд-Кули

Высотное строительство

В годы, прошедшие после постройки Ингаллс-билдинг в 1904 году, большинство высотных зданий были построены из стали. Строительство в 1962 году 60-этажных башен-близнецов Бертрана Голдберга в Чикаго вызвало новый интерес к использованию железобетона для строительства высотных зданий.

Самое высокое сооружение в мире (по состоянию на 2011 год) было построено из железобетона. Бурдж-Халифа в Дубае в Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ) имеет высоту 2717 футов.

Вот несколько фактов:

  • Это многофункциональная структура с гостиницей, офисными и торговыми помещениями, ресторанами, ночными клубами, бассейнами и 900 резиденциями.
  • В строительстве использовано 431 600 кубических метров бетона и 61 000 тонн арматуры.
  • Вес пустого здания составляет около 500 000 тонн, примерно столько же, сколько миномет, использовавшийся при строительстве Великой пирамиды в Гизе.
  • Бурдж-Халифа может одновременно вместить 35 000 человек.
  • Чтобы преодолеть 160 этажей, некоторые из 57 лифтов перемещаются со скоростью 40 миль в час.
  • Жаркий влажный климат Дубая в сочетании с системой кондиционирования воздуха, необходимой для поддержания наружной температуры, превышающей 120 ° F, производит столько конденсата, что он собирается в сборном баке в подвале и используется для орошения ландшафтов.

Бурдж-Халифа в Дубае

Великая пирамида в Гизе удерживала рекорд как самое высокое сооружение, созданное руками человека, в течение примерно 4000 лет.Строительство здания на 568 футов выше Бурдж-Халифа планируется завершить в 2016 году в Кувейте.

************************

Эта статья является первой из серии, которая поможет инспекторам InterNACHI понять характеристики и визуально осмотреть бетон.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *