НИИЖБ ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПОДБОРУ

СОСТАВОВ

П-БЕТОНОВ

МОСКВА-1987

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт бетона и железобетона (НИИКБ)

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДБОРУ СОСТАВОВ П-БЕТОНОВ

Утверждены директором НИИЖБ 28 ноября 1986 г.

Москва 1987

б)    подвижность (см) или жесткость (с), определяемые по ГОСТ 10181.1-81;

в)    вед и марку связующего;

г)    вид и наибольшую крупность заполнителя, число и размеры фракций, на которые должны разделяться заполнитель при приготовлении составов П-бетонов.

3.2.    Наибольшая крупность заполнителей в зависимости от видов бетонируемых элементов и способов подачи смеси к месту укладки назначается по табл.2.

3.3.    Соотношение фракций крупного заполнителя в смеси принимается по табл.1.

3.4.    Для приготовления электропроводящих полимербетонов используют коксовый или графитовый щебень. При изготовлении измерительных плит, базовых деталей в станкостроении рекомендуется высокопрочный гранитный и базальтовый щебень ( #_Сж Д° 200 МПа) или щебень из габбро-диабаза ( R_сх до 300 МПа).

3.5.    Подвижность и жесткость бетонной смеси устанавливаются по табл.З и уточняются на производстве (в зависимости от характера и размеров конструкции, степени армирования, способа уплотнения смеси).

4. ПОДБОР НОМИНАЛЬНЫХ СОСТАВОВ П-БЕТОНОВ

4.1. Подбор номинальных составов П-бетонов производят по следующим этапам:

выбор и определение характеристик исходных материалов для бетона;

подбор начального состава расчетно-экспериментальным способом;

10

расчет дополнительных составов П-бетонов, отличающихся от начального состава по дозировке составляющих (в большую или меньшую сторону);

испытание образцов и обработка полученных результатов с установлением зависимостей, отражающих влияние параметров состава на нормируемые показатели качества бетонной смеси и бетона и предназ -наченных для назначения номинального, а также назначения и коррек -тировки рабочих составов бетона;

назначение номинального состава П-бетона, обеспечивающего получение бетонной смеси и бетона требуемого качества при минимальном расходе связующего,

4.2.    Подбор номинального состава П-бетона производится согласно требованиям разд.З ГОСТ 27006-86 с учетом указаний настоящих Рекомендаций.

4.3.    Приготовление опытных замесов производят в лабораторном смесителе принудительного действия, снабженном подогревом (для по-лимерсерных бетонов). Приготовление опытных замесов о(*ьемом до 15 л допускается производить вручную на противне.

4.4.    Приготовление опытных замесов полимербетонов начинают с перемешивания сухих материалов, а затем постепенно добавляют в замес назначенное количество связующего и перемешивают до получения однородной массы. В последнюю очередь добавляют необходимое количество отвердителя.

Приготовление опытных замесов полимерсерных бетонов начинают с подогрева серы и заранее перемешанных сухих материалов до темпера -туры 150 °С, а затем постепенно добавляют в замес назначенное количество расплавленной серы.

Расчетно-экспериментальный способ определения

начальных составов П-бетонов

4.5.    Назначение начальных составов П-бетонов производят в следующем порядке:

а)    по экспериментальным данным определяют оптимальную степень наполнения связующего (мономера или олигомера) мелкодисперсной фракцией наполнителя. Критерий оптимальности наполнения характеризуется максимальной прочностью образцов, изготовленных из заданного вида мастики (рис.2);

б)    расчетным путем определяют среднюю приведенную толщину поли-

II

для полимерсерных мастик

т_св = {S_H- т_н J3_CB ■ 5 ) ■ Ю

где - удельная поверхность наполнителя, см^/кг;    масса    на

полнителя, кг; j)_CB - плотность серного связующего, кг/дм³.

Расчеты, подтвервденные экспериментально, показывают, что оптимальное соотношение наполнитель:связующее (т_н : т_св) находится в

4.8. Для известного гранулометрического состава сухой смеси заполнителей оптимальное количество связующего, кг, определяется следующим образом.

Для полимербетонов

M_n6 = [K(S,m, +S₂m₂ ⁺ S₃m₃)j>_CB    '¹⁰    »    ⁽⁵⁾

для полимерсерных бетонов

м„_св=\к (S,m, +6_гт_г + Sj m)j>_ce 5 ] - Ю ³    ,    (6)

где , s _s и - удельная поверхность заполнителей различных фракций (щебень крупный, щебень мелкий, песок), ci^/кг; т, , ^тг и /77j - масса заполнителей различных фракций, кг; К - коэффи -циент, учитывающий увеличение количества связующего, необходи -мое для раздвижки зерен заполнителя мастикой. К = 1,05.

4.9. Удельная поверхность наполнителей определяется по ГОСТ 310.3-76.

Удельную поверхность заполнителей (песка, щебня), с достаточной для практических целей точностью, можно вычислить по ситовому анализу:

13

венно, cir/кг; а - коэффициент пустотности заполнителей;

q₅ - остаток заполнителя, г, (при навеске I кг) на ситах с отверстиями соответственно 2,5; 1,2; 0,6; 0,3; 0,15 мм - для песка и на ситах с отверстиями соответственно 5; 10; 20;    30;

40 мм - для щебня; j)_n и - удельная плотность песка и щебня, соответственно, кг/дм³; л*,,, л> - коэффициенты геометрической формы заполнителя.

Значения коэффициентов "а” и "К^п принимаются по таблицам: а по табл.4; К - по табл.5.

Удельная поверхность наиболее распространенных наполнителей и заполнителей приведена в табл.6.

4.10.    При проектировании и расчете начальных составов П-бетонов гранулометрический состав сухой смеси заполнителей обычно неизвестен и подлежит определению.

Исходя из условий получения П-бетонов с минимальной пористостью прочностью и достаточно хорошей удобоукладываемостью при наименьшем расходе связующего, выбор составов сухой смеси производится по методу полупрерывистой гранулометрии.

Примечание. Сущность полупрерывистой гранулометрии заключается в том, что наполнитель (минеральная мука) и песок имеют естественную непрерывную гранулометрию,    а

щебень строго фракционируется в соответствии    с

теорией плотной упаковки.

4.11.    Для получения плотного и достаточно пластичного П-бетона необходимо, чтобы полимерная мастика заполнила все пустоты между зернами песка и щебня и раздвинула их на величину, равную оптимальной толщине связующего. При этом одна массовая часть мастики может заполнить пустотность следующего количества песка:

/    _    гг,см

^M~^fin frr/⁴ = (1’^з-¹*⁴⁾    *¹’¹²-¹’²⁰* ⁽⁹⁾

где М_п - расчетное количество песка, кг; J) _п - средняя плотность песка, кг/л, J)_n = 1,3-1,4 кг/л; j)_H - удельная плотность наполнителя (муки), кг/л; тем - масса смолы или серы, кг; /я*- масса наполнителя, кг; У₀ - объем пустот в песке, л; У₀ = 0,4 л; d - коэффициент удобоукладываемости, равный 0,5.

бор, схема которого представлена на рис.З.

Рис.З, Схема прибора для подбора наиболее плотной смеси фракций заполнителей

I - съемный цилиндр диаметром 160 и высотой 400 мм; 2 - основание цилиндра; 3 - направляющая втулка; 4 - стойки; 5 - свободно перемещающийся шток; 6 - диск , жестко закрепленный к штоку

В съемный цилиндр прибора насыпаются определенные объемы щебня двух фракций, которые смешиваются и виброуплотняются.

По разности меаду суммой объемов до смешивания и объемов, полученных после смешивания и виброуплотнения, строится график измене -ния плотности сухой смеси (рис.4.),

Максимальная плотность смеси соответствует наиболее плотной упаковке двух фракций. Принимая за постоянное значение массу смеси двух ранее взятых фракций, к ней добавляют массу третьей (более мелкой фракции) и определяют максимальную массу. Таким образом, мож-но последовательно осуществить подбор сухого состава заполнителей с любым количеством фракций.

Примечания. 1. Прибор струбцинами крепится к плите лабораторного вибростола.

2. При внутреннем диаметре цилиндра 160 мм максимальный размер щебня не должен превышать 50 мм.

.8

5. КОРРЕКТИРОВКА НОШАЛЬНЫХ СОСТАВОВ П-БЕТОНОВ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ И УСАДОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

5Д. При отверждении термореактивных синтетических смол за счет экзотермических реакций полимеризации или поликонденсации общее количество выделяемого тепла составляет от 250 до 590 кдж/кг. Нена-полненные полиэфирные, фурфуролацетоновые, и многие другие синтетические смолы и мономеры не могут быть отверждены в значительных объемах, так как в процессе полимеризации или поликонденсации они разогреваются до 250-300 °С. При такой температуре может наступить термическая деструкция полимера и появляются большие температурные напряжения, которые полностью разрушают изделие.

5.2. Перед организацией выпуска новых изделий для каждой конк -ретной конструкции необходимо рассчитать максимальные температурные напряжения и сравнить их с временным сопротивлением полимербетона растяжению.

* ,

где б _t - температурные напряжения, МПа; Е _ПБ - модуль упругости полимербетона, МПа; К - коэффициент, равный 0,95 МПа/°С; t_f и t _МАК - температура саморазогрева на поверхности и в центре се-

19

УДК 666.972.31

Печатаются по решению секции № 4 коррозии и спецбе тонов Н Т С НИИЖБ Госстроя СССР от 6 ноября 1986 г.

Рекомендации по подбору составов П-бетонов. М., НИИШБ Госстроя СССР, 1987, с.28.

Рекомендации содержат основные положения по выбору материалов и подбору составов П-бетонов различных марок, вида и назначения, включая химстойкие, диэлектрические и электропроводящие. Изложены требования к материалам для приготовления П-бетонов, исходные данные для расчета и подбора их составов. Приведена методика расчета начальных составов полимербетонов. Дана терминология и классификация П-бетонов.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников строительных лабораторий и научно-исследовательских организаций.

Табл. 10, мж. 5.

© Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт бетона и железобетона, 1987

чения соответственно, °С; и - коэффициент температурных деформаций, l/°Z\ jh - коэффициент Пуассона; - коэффициент релаксации температурных напряжения, равный 0,6-0,7.

5.3.    Если температурные напряжения окалсутся выше допустимых, необходимо пересмотреть номинальный состав полимербетона и снизить количество связующего* Если по технологическими или другим условиям снизить количество связующего не представляется возможным, следует изменить геометрическую форму конструкции таким образом, чтобы улучшить теплообмен с окружающей средой. Весьма эффективным способом является образование конструктивных пустот или полостей, так как наличие пустот и более развитая поверхность конструкции обусловливают снижение общего объема полимербетона, укладываемого в форму, и улучшают теплообмен с окружающей средой.

5.4.    Усадочные деформации, не проявляющиеся в процессе отверж -дения полимербетонов и полимереерных бетонов, вызывают появление внутренних усадочных напряжений. При этом на поверхности конструкции развиваются напряжения сжатия, а в центре сечения - напряжения растяжения. Эти напряжения в ряде случаев могут привести к появле -ниго усадочных трещин.

5.5.    Максимальные усадочные напряжения армированных П-бетонов могут быть определены по формуле

_ У ОСТ Е ПБ У 1

(1-jv)U + rn) /0^s ’

где бу_С - усадочные напряжения, МПа; У ост - величина остаточной, непроявившейся усадки П-бетона, мм/м,    У_ост=

У МАК УПР а

У мак - максимальная усадка ненаполненного связующего, мм/м; Упр    - проявившаяся усадка П-бетона, мм/м; - модуль упру

гости П-бетона, МПа; Й - величина упругих деформаций, мм/м, (0,3-0,4); ju - коэффициент Пуассона; ^%¥₁ - коэффициент релаксации усадочных напряжений,(0,4-0,6); m - коэффициент приведения, определяемый по формуле

где Е_ст - модуль упругости стали, МПа; - коэффициент армирования конструкции, %.

20

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Рекомендации составлены в развитие ГОСТ 27006-86.

В Рекомендациях приведены три метода (в том числе ускоренный метод), позволяющие решать задачу подбора рационального состава П-бетона сборных конструкций заводского изготовления или для монолитного строительства.

Использование одного из предложенных методов позволяет подобрать начальный состав бетона для испытаний его с последующей корректировкой по требуемым параметрам.

Настоящие Рекомендации разработаны НИИЖБ Госстроя СССР (д-р техн. наук, проф. В.В.Патуроев, кандидаты техн.наук А.Н.Волгушев, Г.К.Соловьев, инж. В.А.Елфимов) при участии КГБ НИИЖБ (инж.М.В.Патуроев), Гипроцветмета Минцветмета СССР (инж.А.М.Фанталов), СУС Норильского ГМК Минцветмета СССР (инженеры Н.В.Еткин, Р.Г.Халиков), ЦНИИЭПсель-строя Госагропрома СССР (инж.В.А.Еремина).

Замечания и предложения просьба направлять в НИИЖБ по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д.6.

Дирекция НИИЖБ

3

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

IЛ. Настоящие Рекомендации распространяются на конструкционные тяжелые и легкие полимербетоны и полимерсерные бетоны и устанавливают правила подбора, назначения и вцдачи в производство составов этих бетонов на предприятиях и строительных организациях при изготовлении сборных конструкций и бетонной смеси для монолитных конструкций и сооружений.

1.2.    По своему назначению полимербетонные и полимерсерные изделия и конструкции делятся на две основные группы: к первой группе относятся не несущие защитные, ограждающие или декоративно-отделочные (химические стойкие полы, футеровки, декоративно-отделочные плиты и т.п.), ко второй - несущие химически стойкие, электропроводящие, с высокими диэлектрическими характеристиками ит.п. (трубы, лотки, емкости, фундаментные блоки, балки, колонны и др.).

Проектирование оптимальных составов этих двух групп имеет принципиальное различие, обусловленное их назначением и заданными свойствами.

1.3.    При проектировании составов бетонов, относящихся к первой группе, необходимо выбирать связующие, которые обладают помимо заданных свойств повышенной эластичностью. Если эластичность связующего оказывается недостаточной, то в связующее вводят различные пластификаторы.

1.4.    Проектирование составов бетонов второй группы для несущих конструкций требует учета многих факторов, главными из которых являются следующие:

в зависимости от вида агрессивной среды, действующей на конструкции в процессе эксплуатации, определяется химическая природа синтетического связующего. Бетоны, получаемые на выбранном связую -щем, должны обладать максимально возможной прочностью и жесткостью;

наполнители и заполнители для таких бетонов должны обладать необходимой прочностью, химической стойкостью, а для электропроводящих бетонов - соответствующим электросопротивлением;

высокая жесткость полимербетонов и полимерсерных бетонов обус -лавливает возникновение в таких композициях значительных усадочных напряжений, которые в некоторых случаях могут быть соизмеримы с прочностью материала. Для снижения внутренних напряжений в состав связующего рекомендуется вводить поверхностно-активные вещества (ПАВ) в количестве 0,5-1,0 % массы связующего;

непременным условием проектирования составов должна быть экономическая целесообразность и эффективность применения таких конструкций;

1.5. Рекомендации устанавливают порядок выбора материала (составляющих) для полимербетонов и полимерсерных бетонов и методы подбора их составов различного назначения и марок по прочности на сжатие с использованием различного вида связующих, применяемых для изготовления сборных конструкций или укладки монолитного бетона.

2. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ П-БЕТОНОВ

Смолы, отвердители и пластификаторы

2.1.    Для приготовления полимербетонов следует применять следующие синтетические смолы:

фурфурол-ацетоновую смолу ФАМ или ФА (ТУ 59-02-039.07-79); ненасыщенную полиэфирную смолу ПН-I или ПН-63 (ОСТ 6-05-431-78); карбамидноформальдегидную смолу КФ-Ж (ГОСТ 14231-78*); фурано-эпоксидную смолу ФАЭД-20 (ТУ 59-С2-039.13-78); эфир метиловый метакриловой кислоты (мономер метилметакрилат) ММА (ГОСТ 20370-74*Е).

2.2.    В качестве отвердителей для синтетических смол рекомендуется использовать:

для фурфурол-ацетоновых смол ФАМ и ФА - бензолсульфокислоту БСК (ТУ 6-14-25-74);

для полиэфирных смол ПН-I и ПН-63 - систему, состоящую из гидроперекиси изопропилбензола ГП (ТУ 38-10293-75) и стирольного раствора нафтената кобальта НК (ТУ 6-05-1075-76);

для карбамидноформальдегидной КФ-Ж - солянокислый анилин СКА (ГОСТ 5822-78);

для фуряно-эпоксидной смолы ФАЭД-20 - полиэтиленполиамин ПЭПА (ТУ 6-02-594-80Е);

для метилметакрилата ММА - систему, состоящую из технического диметиланилина ДМА (ГОСТ 2168-83) и перекиси бензоила ПБ (ГОСТ 14888-78*).

2.3.    Для снижения летучести метилметакрилата следует применять нефтяной парафин (ГОСТ 23683-79*).

2.4.    Для стабилизации протекания реакция отверждения метилметакрилата следует применять эмульсионный полистирол (ГОСТ 20к:Ь2-74*).

2.5.    В качестве пластифицирующих добавок рекомендуется применять:

катапин (ТУ 6-01-1094-77);

алкамон (ОС-2 (ГОСТ 10106-75*);

меламино-формальдегидную смолу К-421-02 (ТУ 6-I0-I022-78);

сульфированные нафталинформальдегидные соединения - пластификатор С-3 (ТУ 6-I4-IQ-205-78).

2.6.    Хранение материалов, перестеленных в пп. 2Л-2.5 настоящих Рекомендаций, производится в соответствии с требованиями ГОСТ и ТУ. Перед применением необходимо провести проверку на соответствие продуктов требованиям ГОСТ и ТУ.

Требования к заполнителям

2.7.    В качестве крупного заполнителя для тяжелых П-бетонов мо

гут применяться щебень из естественного камня или щебень (дробленый) из гравия, отвечающие требованиям ГОСТ 8267-82,    ГОСТ    6268-82,

ГОСТ 10260-82 и требованиям "Инструкции по технологии приготовления полимербетонов и изделий из них” СН 525-80 (М., Стройиздат, 1981).

Применение щебня из осадочных горных пород для полимербетонов, отверждаемых кислыми отвердителями, не допускается.

В качестве крупных пористых заполнителей для П-бетонов следует применять керамзитовый, шунгизитовый гравий и аглопоритовый щебень, соответствующие требованиям ГОСТ 9759-83, ГОСТ 19345-83, ГОСТ 11991-83 и Инструкции СН 525-80.

2.8.    Для приготовления тяжелых П-бетонов высокой плотности следует применять щебень фракций, указанных в табл.1.

Таблица I

Примечание. При необходимости зерновой состав смеси крупного заполнителя уточняется экспериментально по ее наибольшей средней плотности с учетом местных технико-экономических возможностей.

Зерновой состав каждой фракции должен отвечать требованиям ГОСТ 10268-80. При этом наибольший диаметр рекомендуется выбирать в соответствии с табл*2.

Таблица 3

2.9.    Для приготовления П-бетонов на пористых заполнителях следует применять крупный пористый заполнитель с максимальной крупностью 20 мм, который рекомендуется разделять в зависимости от размера зерен на две фракции (5-10 и 10-20 мм). Зерновой состав каждой фракции должен отвечать требованиям ГОСТ 9759-83.

2.10.    Для приготовления П-бетонов в качестве мелкого заполнителя следует применять кварцевые пески, отвечающие    требованиям

ГОСТ 8736-77* и Инструкции СН-525-80:

природные (в естественном состоянии), природные фракционированные и природные обогащенные;

дробленые и дробленые фракционированные.

Зерновой состав мелкого заполнителя должен соответствовать кривой просеивания, приведенной в ГОСТ 10268-80. Модуль крупности песка должен быть в пределах от 2 до 3.

2.11.    Содержание в природных и дробленых песках зерен, проходящих через сито № 014, не должно превышать 2 %, а пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием - 0,5 %.

2.12.    Испытание тяжелых крупных заполнителей следует производить по ГОСТ 9758-77, а песка - по ГОСТ 8735-75.

2.13.    Крупные и мелкие заполнители должны быть сухими - влажность не более 0,5 %.

2.14.    В полимербетонных составах, отверждаемых кислыми отверди-телями, не допускается загрязнение заполнителей карбонатами (мел, мрамор, известняк), основаниями (известь, цемент) и металлической пылью (стальной, цинковой).

7

Требования к наполнителям

2*15. Для приготовления П-бетонов в качестве наполнителей следует применять андезитовую муку (ТУ 6-12-IGI-77), кварцевую муку (ГОСТ 9077-82), маршалит (ГОСТ 8736-77*), диабазовую муку, графитовый порошок (ГОСТ 8295-73*).

Примечание. Допускается применение молотых тяжелого и аглопори-тового щебня и кварцевого песка.

2.16.    Удельная поверхность наполнителей, перечисленных в п.2.15 настоящих Рекомендаций, определенная по ГОСТ 310.2-76*, должна быть в пределах от 2500 до 3000 см^/г.

2.17.    В качестве водосвязующей добавки при приготовлении полимербетонов КФ-Ж используется полуводный строительный гипс (ГОСТ 125-79) или фосфогипс.

2.18.    Влажность наполнителей, перечисленных в п.2.15 настоящих Рекомендаций, должна быть не более I %.

2.19.    Кислотостойкость песка и наполнителей для кислотостойких полимербетонов, определяемая по ГОСТ 473.I-8I, должна быть не ниже 97-98 %.

Сера и модифицирующие добавки

2.20. Для приготовления полимерсерных бетонов применяется ком-ковая природная или газовая техническая сера (ГОСТ 127-76*), модифицированная соответствующими добавками - пластификаторами, стаби -лизаторада, антипиренами, антисептиками. Основные требования, предъявляемые к добавкам-модиФикаторам: термическая совместимость с рас

плавленной серой, неде*ицитность, нетоксичность и низкая летучесть.

2.21.    Введение в расплавленную серу активных минеральных наполнителей с удельной поверхностью 2500-3000 см^/г обусловливает образование мелкокристаллической структуры серы в серной мастике п о сравнению с крупнокристаллической структурой свободной серы. При оптимальной степени наполнения образуется наиболее плотная и прочная структура серной мастики (рисЛ),

2.22.    С целью повышения пластичности и стабилизации структурного состояния серы в состав серных композиций рекомендуется вводить следующие модифицирующие добавки: жидкие тиоколы (ГОСТ 12812-80*), дициклолентадиен (ТУ 14-6-137-77), хлорпараТ'ин ХП-IICO (ТУ 6-01-597--76) и до., в количестве от I до 3 f масон серы. Перечисленные модификаторы являются одновременно пластификаторами и стабилизаторами

8

2.23. Для конструк -ций, эксплуатируемых в условиях повышенной пожароопасности , в состав серных композиций следует вводить антипирены:

полуторный сульфид мышьяка, пятихлористый фосфор , полифторсодержащие фосфиты, хлорпарафин ХП-1100 в количестве 2-3 %. Для конструкций, эксплуатируемых в условиях возможного появле -ния тионовых бактерий, вводят антисептики: нафталин (ТУ 6-09-1295-71), тимол (ТУ 6-09-3736-74) и др. в количестве 2-3 % массы серы.

3, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА И ПОДБОРА СОСТАВОВ П-БШНОВ

3.1. Задание на подбор состава П-бетона должно соответствовать требованиям разд.2 ГОСТ 27006-86 и дополнительно содержать следующие данные:

а) проектную марку бетона к определенному возрасту, требуемую долго марочной прочности к заданному сроку (раслалубочную, передаточную прочности), а также характеристики по морозостойкости, истираемости, коррозионной стойкости и электрическим параметрам с указанием срока их достижения;