Рекомендации по применению бетонов в условиях сульфатной агрессии
(утв. НИИЖБ Госстроя СССР 02.09.1983)
2 сентября 1983 года
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ БЕТОНОВ В УСЛОВИЯХ СУЛЬФАТНОЙ АГРЕССИИ
Печатается по решению секции коррозии и спецбетонов НТС НИИЖБ Госстроя СССР от 6 сентября 1983 г.
Рекомендации содержат основные положения по применению бетонов для бетонных и железобетонных конструкций в условиях сульфатной агрессии жидкой среды в зависимости от проницаемости бетона и минералогического состава цементов.
В Рекомендациях изложены требования к подбору состава бетона, выбору добавок, обеспечивающих морозостойкость бетонов, методы приготовления бетона, а также правила транспортирования, укладки и последующего ухода за бетоном.
Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных и производственных организаций.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Исследования процессов сульфатной коррозии бетона, проводимые в НИИЖБ на протяжении ряда десятилетий, позволили обосновать предельное количество алюмосодержащих компонентов в цементе и концентрации сульфатов в воде-среде, при которых цементный камень бетона достаточно сульфатостоек.
В Рекомендациях учтен опыт применения (при непосредственном участии НИИЖБ) портландцементов и шлакопортландцементов на стройках Урала, Ставропольского края, УССР, ТССР, МССР, БССР, АзССР и в других районах.
Рекомендации разработаны НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. Ф.М. Иванов, канд. техн. наук М.И. Субботкин, инж. Г.В. Любарская) при участии д-ра техн. наук, проф. В.М. Москвина, канд. техн. наук Е.А. Гузеева.
При составлении Рекомендаций использованы материалы Южгипроцемента и НИИЦемента Минпромстройматериалов СССР, а также Ростовского ПромстройНИИпроекта, Днепропетровского филиала НИИСП Госстроя УССР и Челябинского политехнического института Минвуза СССР.
Все замечания и предложения по содержанию настоящих Рекомендаций просим направлять в НИИЖБ по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящие Рекомендации распространяются на применение бетонов на портландцементе, шлакопортландцементе (ГОСТ 10178-76*) и сульфатостойких цементах (ГОСТ 22266-76*) для бетонных и железобетонных конструкций в условиях сульфатной агрессивности жидкой среды.
1.2. Нормы сульфатной агрессивности жидкой среды по отношению к бетону железобетонных конструкций устанавливаются в зависимости от минералогического состава клинкера, применяемого для производства цементов, и проницаемости бетона (табл. 1).
Примечания. 1. В табл. 1 указано предельное допустимое содержание сульфатов, при котором для конструкций на данном цементе и при данной проницаемости бетона не требуется антикоррозионной защиты поверхности бетона.
2. При оценке воздействия жидкой среды на бетон массивных неармированных или малоармированных конструкций (с содержанием арматуры до 0,5%) величины допустимых показателей сульфатной агрессивности следует увеличить в 1,3 раза.
3. Для конструкций, подвергающихся действию воды при одностороннем гидростатическом напоре не более 10 м, предельное допустимое содержание сульфатов устанавливается как для конструкций, расположенных в сильно- и среднефильтрующих грунтах. В случае большего напора величины допустимого содержания сульфатов устанавливаются на основании специальных исследований.
1.3. При концентрации сульфатов в жидкой среде выше показателей, указанных в табл. 1, необходимо определить степень агрессивного воздействия среды. Максимальное содержание сульфатов, характеризующее степень агрессивного воздействия среды для данного вида цемента и проницаемости бетона, определяется путем умножения показателей (см. табл. 1) на следующие коэффициенты:
слабоагрессивная ............... 2; среднеагрессивная .............. 4;
сильноагрессивная .............. 20.
1.4. В зависимости от степени агрессивного воздействия среды назначается вид защитного покрытия поверхности бетона конструкций в соответствии с требованиями главы СНиП II-28-73* «Защита строительных конструкций от коррозии».
При концентрации сульфатов в жидкой среде выше пределов сильной степени агрессивного воздействия варианты антикоррозионной защиты назначаются по специальному проекту.
2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
2.1. Бетоны на портландцементах, сульфатостойком портландцементе и сульфатостойком портландцементе с минеральными добавками могут применяться при действии жидких сред, содержащих сульфаты, как в подземных конструкциях, так и в условиях попеременного увлажнения, высыхания и замораживания.
2.2. Бетоны на шлакопортландцементах, сульфатостойком шлакопортландцементе и пуццолановом портландцементе целесообразно применять в бетонных и железобетонных конструкциях подводных и подземных частей сооружений, находящихся в постоянном контакте с природными или промышленными водами, в конструкциях, не подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию и не имеющих испаряющей поверхности.
Наиболее целесообразно применять бетоны на таких цементах для фундаментов и других подземных конструкций и подводной части гидротехнических сооружений, особенно в массивных конструкциях.
2.3. Шлакопортландцемент марки 400, сульфатостойкий шлакопортландцемент марки 400 допустимо применять для бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях воздействия сульфатных агрессивных вод в сочетании с попеременным воздействием положительных и отрицательных климатических температур (т.е. при попеременном замораживании и оттаивании, увлажнении и высыхании) при условии введения в бетон или в цемент при его изготовлении порообразующих пластифицирующих или комплексных добавок (см. разд. 4 настоящих Рекомендаций).
3. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ
3.1. Портландцементы и шлакопортландцементы должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10178-76*.
3.2. Сульфатостойкие цементы должны удовлетворять требованиям ГОСТ 22266-76* с дополнением № 194 от 30 июля 1982 г. (Прил. 1).
3.3. Заполнители для бетонов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10268-80, а также требованиям главы СНиП II-28-73*.
Важным требованием к заполнителям для бетона и железобетона, предназначенных для возведения коррозионностойких сооружений, является чистота щебня и песка, а также крупность последнего.
Допустимое содержание отмучиваемых примесей в песке не должно превышать 1% (по массе), а его модуль крупности должен быть не ниже 2.
Следует применять фракционированный щебень, полученный дроблением изверженных, невыветрившихся горных пород. Содержание в нем отмучиваемых частиц не должно превышать 0,5% (по массе). Допускается применять плотные, прочные (предел прочности при сжатии не менее 60 МПа) осадочные породы, если они однородны и не содержат слабых прослоек.
3.4. Вода для приготовления бетонных смесей должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79.
4. НАЗНАЧЕНИЕ И ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА
4.1. Бетон, используемый для конструкций, работающих в зоне воздействия жидких сред, содержащих сульфаты, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 4795-68 и табл. 2.
Примечание. При выборе и уточнении составов бетона не следует превышать заданное значение В/Ц даже в том случае, если для принятых составов бетона их прочность превышает заданную марку по прочности.
4.2. Составы бетона должны быть запроектированы в заводской лаборатории путем предварительных расчетов (любым известным методом, применяемым для расчета состава гидротехнического бетона) с уточнением опытным путем на материалах, отвечающих приведенным выше требованиям, с обязательной проверкой и корректировкой в производственных условиях.
4.3. Подбор состава бетона с добавками следует производить в соответствии с «Руководством по применению химических добавок в бетоне» (М., 1981).
4.4. Проницаемость бетона следует принимать по табл. 2, которая соответствует табл. 5 главы СНиП II-28-73*.
4.5. Пуццолановые портландцементы отличаются от портландцемента и шлакопортландцемента более высокой водопотребностью (нормальная густота теста из пуццоланового портландцемента 28 — 32%, из портландцемента 24 — 26%), поэтому расход пуццоланового цемента на 1 м3 бетона на 10 — 20% больше, чем у равноподвижного состава бетона на портландцементе и шлакопортландцементе.
4.6. Для изготовления конструкций, подвергающихся насыщению водой или солевыми растворами в сочетании с попеременным воздействием положительных и отрицательных температур, следует применять бетон малой или низкой проницаемости (см. табл. 2) при введении в его состав (или в цемент при его изготовлении) пластифицирующе-воздухововлекающих или микрогазообразующих добавок.
4.7 Рекомендуются следующие виды добавок (Прил. 1) и их количество, % массы цемента:
СДБ ......... 0,1 + НЧК .............. 0,1
СДБ ......... 0,3 — 0,5 (только для монолитных конструкций)
Кроме этих добавок, могут применяться и другие воздухововлекающие (или микрогазообразующие и пластифицирующие добавки), обеспечивающие необходимый эффект, что должно быть предварительно установлено подбором и испытанием бетонных смесей и затвердевшего бетона в соответствии с «Руководством по применению химических добавок в бетоне». Для обеспечения повышенной морозостойкости и особенно в условиях воздействия на бетон конструкций растворов солей, при наличии испаряющих поверхностей, целесообразно использовать кремний-органические соединения типа ГКЖ-10, ГКЖ-11 (пластифицирующе-воздухововлекающие) и 136-41 (микрогазообразующая добавка). Их дозировка в процентах массы цемента в пересчете на сухое вещество составляет 0,1 — 0,2% (ГКЖ-10 и ГКЖ-11) и 0,03 — 0,08% (136-41) и должна уточняться экспериментально в соответствии с «Руководством по применению химических добавок в бетоне».
4.8. Дозировка воздухововлекающих (или микрогазообразующих) добавок уточняется в производственных условиях на пробных замесах с таким расчетом, чтобы содержание воздуха в бетонной смеси составляло 4 — 6% (40 — 60 л на 1 м3 бетона). Определение объема воздуха или газа в бетонной смеси следует выполнять по методике, изложенной в прил. 5 ГОСТ 10060-76.
4.9. При введении добавок подвижность бетонной смеси повышается, что позволяет при заданной подвижности бетонной смеси сократить В/Ц и компенсировать снижение прочности вследствие воздухововлечения при одновременном повышении морозостойкости и атмосферостойкости бетона.
5. ПРИГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ
5.1. Приготовление бетонной смеси следует производить согласно указаниям главы СНиП III-15-76 «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные» и «Руководства по применению химических добавок в бетоне».
5.2. В районах сухого и жаркого климата должны выполняться требования «Рекомендаций по производству бетонных работ в условиях сухого и жаркого климата» (М., 1972).
5.3. Для приготовления бетона с добавками в бетоносмеситель вместе с водой вводят необходимое количество добавки. Продолжительность перемешивания бетона с добавкой должна соответствовать требованиям главы СНиП III-15-76 «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные» и не превышать 3 мин.
5.4. Введение добавок осуществляется в виде водных растворов или эмульсий в воду затворения, или непосредственно в бетономешалку. Приготовление растворов или эмульсий добавок и их дозирование производится в соответствии с «Руководством по применению химических добавок в бетоне».
5.5. Каждая бетоносмесительная установка должна быть обеспечена емкостями и дозаторами для растворения и дозирования добавок.
6. УКЛАДКА БЕТОННОЙ СМЕСИ И УХОД ЗА БЕТОНОМ
6.1. Бетонная смесь, доставленная на стройплощадку, должна быть немедленно уложена в опалубку (не позднее 30 мин после ее приготовления).
6.2. Для обеспечения долговечности бетонных и железобетонных конструкций необходимо обеспечить качественное уплотнение бетонной смеси; условия твердения бетона в конструкции должны исключать его высушивание или замораживание до достижения бетоном 70%-ной проектной прочности. Необходимо соблюдать установленную толщину защитного слоя бетона в железобетонных конструкциях, для чего следует применять фиксаторы положения арматуры.
6.3. Выдерживание бетона в монолитных конструкциях и уход за ним должны осуществляться согласно требованиям главы СНиП III-15-76. Бетоны на шлакопортландцементных, сульфатостойких шлакопортландцементах и пуццолановых портландцементах в начальные сроки твердения особенно чувствительны к понижению температуры твердения и испарению влаги. В этих условиях бетон на указанных видах цементов значительно медленнее набирает прочность, чем бетон на портландцементах.
Бетон на портландцементе, сульфатостойком портландцементе и сульфатостойком портландцементе с минеральными добавками должен предохраняться от высыхания не менее 7 сут, а бетон на шлакопортландцементе, сульфатостойком шлакопортландцементе и пуццолановом портландцементе — не менее 14 сут.
6.4. Тепловую обработку железобетонных изделий с микрообразующими и воздухововлекающими добавками следует производить по мягкому режиму:
скорость подъема температуры до 80 — 90 °C не более 10 — 15 °C в час (более быстрый подъем предусмотрен для жестких смесей);
продолжительность изотермического прогрева при температуре 30 — 90 °C до приобретения бетоном не менее 70%-ной марочной или заданной отпускной прочности;
скорость охлаждения до температуры воздушной среды 15 — 20 °C в час.
6.5. Железобетонные изделия с добавками поверхностно-активных веществ следует прогревать по режиму, указанному в п. 6.4 настоящих Рекомендаций, но с предварительным выдерживанием до пропаривания не менее 4 ч. При одновременном введении в состав бетона поверхностно-активных веществ и ускорителей твердения предварительное выдерживание может быть сокращено до 2 ч, что уточняется заводской лабораторией.
6.6. С целью обеспечения заданной прочности бетона режимы тепловой обработки (продолжительность предварительного выдерживания и изотермического прогрева) должны уточняться лабораторией экспериментально для каждой новой партии цемента и добавки.
7. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ И БЕТОНА
7.1. Определение подвижности, жесткости и объемной массы бетонной смеси следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 10181.0-81 и 10181.1-81.
7.2. Водопоглощение определяется высушиванием при 100 — 105 °C до постоянной массы P_{1} пробы бетона (образец-куб с ребром 7,07 см или кусок неправильной формы массой 0,5 — 0,8 кг), предварительно насыщенной водой (масса P_{2} ) под вакуумом в течение 0,5 ч (остаточное давление 5 — 7 мм), или при кипячении в воде в течение 2 ч. Полное водонасыщение, %, определяют по формуле
W = \frac{P_{2} - P_{1}}{P_{1}} \cdot 100 .
7.3. Для определения прочности бетона с добавками или без добавок образцы-кубы с ребром 15 или 10 см выдерживают в нормально-влажных условиях или подвергают тепловой обработке по мягкому режиму (см. пп. 6.4, 6.5 настоящих Рекомендаций). Определение прочности бетона следует производить по методике ГОСТ 10180-78.
7.4. При предъявлении к бетону требований по морозостойкости и водонепроницаемости испытание бетона следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 10060-76.
8. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
8.1. При изготовлении бетона и работе с добавками должны соблюдаться правила, изложенные в главе СНиП III-4.80 «Техника безопасности в строительстве» и в «Руководстве по применению химических добавок в бетоне».
ТРЕБОВАНИЯ К ЦЕМЕНТАМ ПОВЫШЕННОЙ СУЛЬФАТОСТОЙКОСТИ
Для сульфатостойких цементов, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 22266-76*, в зависимости от вида сульфатостойкого цемента в портландцементном клинкере, предназначенном для изготовления цементов, нормируется содержание минералов:
-
в клинкере для производства сульфатостойкого портландцемента должно быть, %, не более: C_{3}S — 50, C_{3}A — 5, сумма C_{3}A и C_{4}AF — 22;
-
в клинкере для производства сульфатостойкого портландцемента с минеральными добавками должно быть, %, не более: C_{3}A — 5, сумма C_{3}A и C_{4}AF — 22, содержание C_{3}S не нормируется;
-
в клинкере для производства сульфатостойких шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента должно быть, %, не более: C_{3}A — 8, содержание C_{3}S , сумма C_{3}A и C_{4}AF не нормируются.
Содержание добавок в сульфатостойком портландцементе с минеральными добавками должно быть, %: активных минеральных добавок (кроме глиежа) не менее 5 и не более 10, гранулированного или электротермофосфорного шлака не менее 10 и не более 20.
Содержание Al_{2}O_{3} в шлаках, предназначенных для изготовления сульфатостойкого портландцемента с минеральными добавками, должно быть не более 8%.
Содержание Al_{2}O_{3} в шлаках, предназначенных для изготовления сульфатостойкого шлакопортландцемента, должно быть не более 12%.
При содержании в шлаке Al_{2}O_{3} 8 — 10% количество шлака в сульфатостойком шлакопортландцементе должно быть не менее 21 и не более 60%, при содержании в шлаке Al_{2}O_{3} свыше 10 до 12% количество шлака в сульфатостойком шлакопортландцементе должно быть не менее 40 и не более 60%.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК
1. СДБ — пластификатор, сульфитно-дрожжевая бражка, продукт переработки ССБ (сульфитно-спиртовой барды) изготовляется на целлюлозно-бумажных комбинатах в виде жидких (КБЖ) и твердых (КБТ) концентратов с содержанием сухих веществ соответственно не менее 50 и 76%. Добавка должна отвечать требованиям ОСТ 81-79-74 Минлесбумдревпрома, КБЖ поставляется в железнодорожных цистернах, КБТ — бумажных мешках.
2. СНВ — воздухововлекающая добавка, смола нейтрализованная воздухововлекающая — является продуктом омыления каустической содой абиетиновой смолы, изготовляется в виде вязкого продукта и поставляется в деревянных бочках. Добавка должна соответствовать требованиям ТУ 81-05-7-74 Минлесбумдревпрома.
3. НЧК — пластифицирующе-воздухововлекающая добавка представляет собой нейтрализованный натриевый щелочью черный контакт, изготовляется на нефтехимических комбинатах и поставляется в железнодорожных цистернах. Добавка должна отвечать требованиям ТУ 38-101615-76 Миннефтехимпрома.
4. ГКЖ-10, ГКЖ-11 — пластифицирующе-воздухововлекающие добавки, водно-спиртовые растворы этил- (ГКЖ-10) и метилсиликата натрия (ГКЖ-11) с содержанием основного вещества 30 +/- 5%. Добавки должны отвечать требованиям ТУ 6-02-696-76 с изменением № 1 Минхимпрома.
5. 136-41 (бывшая ГКЖ-94) — микрогазообразующая, гидрофобизирующая добавка представляет собой полимер этилгидросилоксана, должна соответствовать ГОСТ 10834-76 Минхимпрома. Изготовляется на предприятиях химической промышленности и поставляется в герметизированной таре.