Архитектура и дизайн
Правильная ссылка на статью:
Откеев Р.В., Сазанакова К.А — Анализ изученности легкого самоуплотняющегося бетона // Архитектура и дизайн. - 2018. - № 3. DOI: 10.7256/2585-7789.2018.3.29713 URL: https;//nbpublish.com1lbrary_read_article.ptp? id=29713
Анализ изученности легкого самоуплотняющегося бетона
Откеев Родион Владимирович
лаборант, ФГАУ ВО Сибирский Федеральный университет 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, Свободный проспект, 82а, каб. 506
И otkeev.r.v@mail.ru
Сазанакова Кристина Анатольевна
лаборант, ФГАУ ВО Сибирский Федеральный Университет 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, Свободный проспект, 82а, каб. 506
И s_kristi96@mail.ru
Статья из рубрики "Строительство и архитектура"
Аннотация.
Материалы представленной статьи относятся к легкому самоуплотняющемуся бетону -материалу, который сочетает в себе качества легких и тяжелых самоуплотняющихся бетонов. Объединение преимуществ легкого и самоуплотняющегося бетона является новой областью исследований. В статье рассмотрены основные проблемы при сочетании двух видов изучаемых материалов. Так же рассмотрено географическое распределение тематических исследований в разные годы и показано относительное количество тематических исследований с использованием легковесных заполнителей. Проанализированные результаты представлены в виде статистических выражений. Методом исследования является анализ научных публикаций и исследований, представленных в разные года и в различных странах. Основными выводами исследования является собранная информация, используемая для исследования пропорций смеси, включающая химические и минеральные добавки, легкие и обычные заполнители, наполнители, цемент и воду. Для будущих исследований очень полезно выбрать подходящие компоненты с различными соотношениями и условиями отверждения для достижения желаемой марки бетона в соответствии с запланированным применением.
Ключевые слова: легкие заполнители, состав смеси, прочность на сжатие, легкий самоуплотняющийся бетон, самоуплотняющийся бетон, легкий бетон, керамзит, вермикулит, водоцементное отношение, расслоение
DOI:
А
щ ш
10.7256/2585-7789.2018.3.29713
Дата направления в редакцию:
27-05-2019
Дата рецензирования:
06-06-2019
1 Введение
Тремя основными характеристиками бетона являются удобоукладываемость, прочность и долговечность. Считается, что прочность и долговечность связаны с затвердевшим бетоном, а удобоукладываемость связана со свежим бетоном, однако свойства бетона в затвердевшем состоянии могут быть напрямую связаны с составом смеси и свежими свойствами. Другими словами, состав смеси и свежие свойства бетона являются наиболее критическими точками для контроля в отношении механических характеристик затвердевшего бетона. Ранняя оценка свойств затвердевшего бетона очень важна. Проблема заключается в том, что после процесса закалки качество и механические свойства не улучшаются. Структурное поведение бетона зависит от пропорций смешивания и свойств материала композитной системы, и эти факторы не меняются после отверждения.
Достижения в области современных технологий производства бетона привели к внедрению легких бетонов (далее ЛБ) и самоуплотняющихся бетонов (далее СУБ) в качестве конструкционных материалов, уменьшающих массу и трудоемкость. Легкий бетон хорошо известен в строительной отрасли в отличие от самоуплотняющегося и является отличным решением для снижения собственной нагрузки на конструкцию, в то время как СУБ является современным материалом, основоположником которого
считается японский профессор Окамура ^^ Появление его связано с естественным стремлением строителей снизить трудозатраты при бетонировании конструкций, облегчить заливку и устранить проблемы при строительстве
В последние годы предприняты некоторые попытки объединить преимущества этих двух типов бетона названым легким самоуплотняющимся бетоном (далее ЛСУБ). Существует множество публикаций о легком бетоне, касающихся различных легких заполнителей и пропорций смесей. Тем не менее, самоуплотняющийся бетон - как совершенно новое направление в строительной отрасли, привлекает все больший интерес к исследованиям, особенно в последнее десятилетие.
Зарубежные и российские производители отмечают наличие комплексного экономического эффекта при применении данной технологии, независимо от высокой
себестоимости СУБ (примерно в 1,5 раза выше, чем стоимость обычного бетона)^31. Необходимость к применению бетонных смесей, не требующие принудительного уплотнения при укладке без потери качества (ЛСУБ) обоснована эффективностью применения монолитного легкого бетона в зданиях, а именно снижения массы конструкций до 2 раз, снижение нагрузки на фундамент, сокращение расхода арматуры, а так же снижение расходов на утепление
Несмотря на различные ГОСТы по составу смеси легкого бетона и некоторые редкие публикации о самоуплотняющемся бетоне в литературе, нет нормативной базы и технического регламента о составе смеси легкого самоуплотняющегося бетона и его применении. Тем не менее, благодаря ожидаемым преимуществам с точки зрения экономической эффективности и сокращенного времени строительства, исследования, позволяющие понять сложный характер этого нового материала, все чаще развиваются в разных частях мира.
Появление самоуплотняющихся бетонов неразрывно связано с созданием профессором
Х. Окамура нового типа добавок на базе полиакрилата и поликарбоксилата Кроме применения особого вида пластификаторов технология СУБ имеет ряд других особенностей, касающихся методик подбора составов, специфики испытаний реологических свойств смесей, особенностей приготовления, укладки и др.
Соотношение между цементным тестом и заполнителями очень важно при замешивании смеси. Самоуплотняющийся бетон имеет более высокую подвижность, чем обычный бетон, чтобы улучшить текучесть для заполнения любых пустот внутри опалубки. Контроль соотношения воды и цемента приводит к получению более плотного и прочного бетона. В легком самоуплотняющемся бетоне эта проблема еще более очевидна из-за недостаточной начальной энергии легких заполнителей в связи с перемещением вместе с облегченными заполнителями в цементном тесте. Поэтому для поддержания баланса между пропорциями ЛСУБ важно достичь требуемой текучести в свежем состоянии и планируемой плотности и высокого качества в отвержденном состоянии.
Теория плотности упаковки - это метод расчета бетонной смеси, который был успешно использован в ЛСУБ [61 путем определения оптимального соотношения пустот уплотнения раствора и заполнителей. Основными шагами для достижения конструкции смеси ЛСУБ в этом методе являются: минимизация объемов пустот, связанных с крупным заполнителем; минимизация соотношения воды и цемента; максимизация плотности цементных материалов и оптимизация текучести и требований к свежему бетону.
2 Проблемы расслоения и требований к текучести
Хотя конструкция смеси ЛСУБ содержит пропорции как ЛБ, так и СУБ, ее специальная конструкция смеси точно не соответствует конструкции смеси для этих типов бетона. Однако технологические соображения и проблемы смешивания по-прежнему определяют состав смеси ЛСУБ. Свежий бетон состоит из мелких и крупных заполнителей, подвешенных в матрице связующих. Вязкость раствора и объемная доля заполнителей контролируют поведение смеси.
Общая проблема, о которой сообщалось почти во всех опубликованных исследованиях в связи с объединением ЛБ и СУБ, заключается в обеспечении текучести свежего состояния и низкой плотности затвердевшего бетона без расслоения. Агрегатная форма благотворно влияет на текучесть свежего бетона, однако при смешивании легких и нормальных заполнителей в ЛСУБ более тяжелые заполнители имеют тенденцию к значительному снижению качества
Керамзит, вспученный гранулированный шлак, вспученный перлит или вермикулит и вспененные полимерные материалы часто используются в ЛБ в качестве легких заполнителей. Из-за закрытых полостей водопоглощение является высоким, и поэтому трудно оценить необходимый объем воды. Подъем воды на поверхность во время
смешивания из-за всплывания легких заполнителей увеличивает риск расслоения
В некоторых исследованиях при проектировании смеси ЛСУБ рекомендуется применять высокопроизводительный бетон, чтобы избежать проблемы расслоения и поддерживать высокую прочность бетона, несмотря на применение легких заполнителей.
3 Значение исследования
Крайне важно выяснить, действительно ли все предполагаемые гипотезы, использованные для проектирования обычных бетонных конструкций, конструкций СУБ и ЛБ, также применимы для конструкций ЛСУБ. В этом исследовании представлены почти все опубликованные тематические исследования, включая подробную информацию о выборе компонентов, пропорциях смеси, полученных в результате свежих и закаленных свойствах. Несмотря на ограниченное количество публикаций, собранные данные создают впечатление адекватности для обоснованной и полезной систематической оценки разнообразия параметров и свойств смеси в статистических выражениях. Прежде всего, это разовьет идею того, что можно ожидать от ЛСУБ для потенциальных пользователей и исследователей.
Основными задачами данного исследования являются:
1 - систематическая оценка экспериментов, проводимых исследователями в разных странах (поскольку ЛСУБ является новой темой в строительной отрасли), всеобъемлющий сбор актуальных данных, сопровождаемый аналитическими сравнениями, который станет ключевой отправной точкой для будущих исследований и применения ЛСУБ в реальных проектах;
2 - оценка и сравнение влияния различных компонентов конструкции смеси с точки зрения прочности на сжатие.
4 Первоначальные наблюдения
Основная часть этого исследования посвящена свойствам ЛСУБ пропорциям смесей и компонентам. Тем не менее, ассортимент материалов в различных смесях и общее распределение компонентов. На рис. 1 показано географическое распределение тематических исследований в разные годы. Несмотря на начало исследований СУБ и их применение в Японии, исследования ЛСУБов в европейских странах, особенно в последние годы, растут. Заметно, что никаких записей о ЛСУБ не найдено в Австралии, Африке и Южной Америке. Все представленные исследования были выполнены в лабораторных условиях, и нет никаких признаков применения ЛСУБов в реальных прое кта х.
Рисунок 1 - Тематические исследования в разные годы
5 Легкие заполнители
Легкие заполнители используются во всех тематических исследованиях с различными типами и различными диапазонами минимального и максимального размера. Во всех тематических исследованиях использовались не только мелкие заполнители и минеральные порошки нормального веса, но и грубые и легкие мелкие заполнители.
Максимальный размер крупных и мелких легких заполнителей варьируется в разных исследованиях. В 33% тематических исследований вместе с крупными легковесными заполнителями использовался тонкий легковесный заполнитель с максимальным размером 1, 2, 3, 4 и 4,8 мм. Напротив, максимальный размер крупного легкого заполнителя ограничен 8; 9,5; 10; 12,7; 13; 14; 15; 16; 19 и 20 мм в тематических исследованиях.
В исследованиях использовались как натуральные, так и изготовленные легкие химические заполнители. Пемза, Lytag, Leca, керамзит, Liapore, дробленый вулканический гранит, крупная летучая зола, искусственный заполнитель и некоторые местные заполнители, извлеченные из резервуаров и промышленных отходов, относятся к широкому ряду легковесных заполнителей, применяемых в исследованиях.
На рис. 2 показано относительное количество тематических исследований с использованием каждого типа вышеупомянутых легковесных заполнителей.
Рисунок 2 - Количество тематических исследований
6 Прочность на сжатие
Как правило, прочность на сжатие ЛСУБ является фундаментальным параметром для оценки его других механических свойств. Несмотря на имеющиеся исследования преимуществ, связанных с его высокими эксплуатационными характеристиками в свежем состоянии, существует мало доступных исследований относительно ожидаемых упрочненных свойств для таких механических характеристик, как прочность на сжатие. Такой бетон очень чувствителен к изменениям свойств компонентов смеси и их пропорций, поэтому требует повышенного контроля качества. Типичные характеристики пропорций смеси, которые необходимы для обеспечения хороших свежих свойств, могут оказывать существенное влияние на свойства отверждения, такие как прочность, стабильность размеров и долговечность. Например, прочность на сжатие зависит от типа заполнителя и от водоцементного отношения
Результирующая прочность на сжатие в возрасте 28 дней сообщается для всех смесей LWSCC в тематических исследованиях. Согласно рис. 3, значения прочности на сжатие составляли от 14 до 58 МПа, причем около 34% смесей имели прочность, превышающую 40 МПа, и 53%, превышающую 32 МПа. Это подтверждает практичность производства LWSCC практически во всех диапазонах прочности на сжатие, как при обычном произ в о дс тв е б е тона .
Рисунок 3 - Прочность на сжатие 7 Выводы
ЛСУБ - новый тип бетона, который сочетает в себе преимущества как ЛБ, так и СУБ. Однако новые сведения об исследованиях конструкции смеси, механических свойств, материалов компонентов и условий отверждения в научной литературе встречаются редко. Анализ опубликованных результатов современных исследованияй ЛСУБ позволяет сделать следующие выводы.
Различные диапазоны низкой и высокой прочности на сжатие достижимы в ЛСУБе. В этом исследовании 53 и 34% конструкций смеси дают прочность на сжатие, превышающую 32 МПа и 40 МПа соответственно.
Заполнители в смесях использовались как легкие, так и тяжелые, однако 70% смесей не применяют грубый заполнитель тяжелого веса для производства ЛСУБов.
Различные типы и диапазоны минеральных и химических примесей/добавок (суперпластификатор, воздухововлекающая добавка) использовались в смесях для достижения желаемой текучести и свежих, и затвердевших свойств.
Разнообразие типов наполнителей больше, чем конструкциях смесей ЛСУБ.
количества типов цемента в
В целом, лабораторные исследования подтверждают целесообразность производства LWSCC с различными диапазонами текучести, прочности на сжатие и плотности без риска сегрегации или блокировки. Однако, следует понимать, применение LWSCC в реальных строительных проектах может привести к большему количеству проблем.
Библиография
1. Okamura Hajime. Ouchi Masahiro Self-Compacting Concrete // Journal of Advanced Concrete Technology. Vol. 1(2003). № 1. Р. 5-15.
2. Бычков М. В., Удодов С. А. Легкий самоуплотняющийся бетон как эффективный конструкционный материал // Науковедение. 2013. № 4. С. 41.
3. Аленкар Р., Маркон Ж., Хелене П. Экономичное жилье из СУБ // CPI -Международное бетонное производство. № 6. 2010. С. 142-147.
4. Сумин А. С. Легкий самоуплотняющийся бетон - будущее монолитного домостроения // Наука, образование, общество: тенденции и перспективы развития. 2017. № 1. С. 354-358.
5. Касторных Л. И., Синицина Н. А. Исследование свойств легких самоуплотняющихся бетонов // Вестник ЮУрГУ. Серия: строительство и архитектура. 2014. № 4. С. 4750.
6. Kwan A. K. H. Effects of various shape parameters on packing of aggregate particles // Magazine of Concrete Research. 2001. Vol. 53. № 2. P. 91-100.
7. Гумар М. М., Айтуганова С. Г. Анализ технологий производства легких бетонов на основе легких заполнителей // Проблемы современной науки и образования. 2016. № 10. С. 75-76.
8. Матющенко Е. В. Перспективы легкого самоуплотняющегося бетона // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2011. № 1 С. 102-107.
9. Черкасов Г. И. Введение в технологию бетона. Иркутск: Восточно-Сибирское книжное издательство, 1974. 312 с.