CC BY
5L
КУРИЛИШ
YDK 624.01
KO'PRIK QURILISHIDA ULTRA YUQORI MUSTAHKAM BETONNING QO'LLANILISHI, MUAMMOLAR VA ISTIQBOLLARI
A.Sh.Martazayev
NamMQI, dotsenti, t.f.f.d.(PhD), [email protected], tel.:+998939140506
A.R.Mirzamaxmudov
NamMQI, stajyor-o'qituvchisi, abdurasulmirzamakhmudov 17@ gmail.com, tel.:+998990016671
Annotatsiya. Maqolada ultra yuqori mustahkam betonning mehanik hususiyatlari, olib borilgan ilmiy tadqiqotlar va ko'prik qurilishida ultra yuqori mustahkam betonning qo'llanilishi, muammolar hamda istiqbollari bo'yicha olib borilgan o'rganishlar tahlillari keltirilgan.
Аннотация. В статье представлены механические свойства сверхпрочного бетона, проведенные научные исследования и анализ проведенных исследований по применению, проблемам и перспективам использования сверхпрочного бетона в мостостроении.
Abstract. The article presents the mechanical properties of ultra-high-strength concrete, the conducted scientific research and the analysis of the studies conducted on the application, problems and prospects of ultra-high-strength concrete in bridge construction.
Kalit so'zlar. Ultra yuqori mustahkam beton, ko'prik, siqilishdagi mustahkamlik, kremniy kukuni.
Ключевые слова. Сверхпрочный бетон, мост, прочность на сжатие, кремнезем.
Key words. Ultra high strength concrete, bridge, compressive strength, silica fume.
Kirish. Ultra yuqori mustahkam betonlar siqilishdagi mustahkamligi (120-250 MPa), cho'zilishdagi mustahkamligi (15-20 MPa) ega bo'lgan zamonaviy qurilish materialidir. Ultra yuqori mustahkam beton (UYMB)larning energiya yutuvchanligi oddiy betonlarga nisbatan 300 barobarga, siqilishdagi mustahkamligi esa 3-16 barobar yuqori hisoblanadi. UYMB o'zining yuqori mustahkamligi va turli hil yuklar ostida zo'riqishlarga bardoshliligi, shuningdek yuqori mexanik xususiyatlari tufayli zilzilabardosh bino va inshootlar qurilishida asosiy materiallardan biri sifatida tan olingan. UYMB past suv/sement nisbati bilan tayyorlanadi. Ultra yuqori mustahkam betonlarda suv/sement nisbati kamligi sababli, kompozit meterialdagi to'ldiruvchularning bog'lanishini kuchaytirish uchun superplastifikatorlar zarurdir. UYMB ishlab chiqarishda bog'lovchi sifatida portlandsement va kremniy kukuni qo'llaniladi.
UYMB ning mexanik xususiyatlari, mustahkamlik asosiy faktor bo'lgan bino va inshootlar uchun ideal materialdir. Bunday turdagi betonlardan foydalanish konstruksiya o'lchamlarini ingichka va kichikroq qilish imkonini beradi. UYMB odatda sement, kremniy kukuni, mayda to'ldiruvchilar, turli hil turdagi tolalardan iborat bo'ladi. UYMB odatda o'ta baland binolarda, tayanch oralig'i katta bo'lgan konstruksiyalarda qo'llaniladi. UYMBda sintetik tolalar qo'llash orqali betonlarning yuqori siqilishdagi mustahkamlikka va yuqori cho'zilishdagi mustahkamlikka erishish mumkin. UYMBning ishlab chiqarish, texnologiyasi har tomonlama o'rganilgan bo'lsada, yuqori xarajatlar va murakkab ishlab chiqarish jarayoni sababli uni qurilishda keng ko'lamda qo'llash qiyinligicha qolmoqda. Muammoli ishlab chiqarish asosan juda ko'p kompanentlardan foydalanish bilan bog'liqdir.
UYMBlar qurilishning turli yo'nalishlarida, jumladan, osmno'par binolar qurilishida, noyob me'moriy dizaynlar yaratishda, neft va gaz sanoati inshootlarida, vertikal elementlarda (masalan, shamol tegirmon minoralari va shamol turbinalari), gidravlika inshootlarida qo'llanilmoqda. UYMB qiyin vaziyatlarda ko'prik qurish uchun juda mos keladi, chunki uning
^ypH^Hrn
kompazitlari butun umr davomida kamroq ta'mirlash imkonini beradi. UYMB, shuningdek, tirbandlik yuqori joylarda ko'prik qurilishi uchun afzal material hisoblanadi.
UYMB ishlab chiqarish yuqori sement sarfini talab etadi. Bu xozirgi kunda ekologik muammo bo'lgan karbonat angidrid chiqindilarini kamayishiga olib keladigan omildir. Sement o'rnini bosuvchi material bo'lgan kremniy kukunidan foydalanish tola asosidagi betonlarning samaradorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin. Kremniy kukunidan foydalanish, sement sarfini kamaytirishi mumkin. Bu iqtisodiy va ekologik nuqtai nazardan yuqori samaralidir. Kremniy kukunini fizik-kimyoviy xususiyatlarini keng ko'lamda o'rganish talab etiladi.
UYMB dan foydalanishda ba'zi qiyinchiliklarga qaramay, bunday turdagi betonlardan istiqbolli va yangi material sifatida foydalanish manfaatdor tomonlarning keng doirasi, jumladan, olimlar va qurilish kompaniyalari orasida qiziqish uyg'otmoqda.
UYMBni ishlab chiqarish. Beton dunyodagi eng ko'p ishlatiladigan inson tomonidan ishlab chiqarilgan mahsulot bo'lib, u yaqin kelajakda qurilish materiallari ichida juda mashhur bo'lib qoladi. Dunyoda beton ishlab chiqarish yiliga olti milliard kub metrdan oshishi kutilmoqda, birgina Xitoy hozirda global beton ishlab chiqarishning deyarli 40 foizini tashkil qiladi. Betonning ajoyib xususiyatlari, jumladan chidamliligi va mustahkamligi, arzonligi va turli shakllarga quyish qobiliyati uni eng mashhur va muhim qurilish materialiga aylantirdi. Beton siqilishdagi mustahkamligi yuqoriligi tufayli qurilishda keng foydalaniladi. Oxirgi bir necha yil ichida qurilish sohasida sezilarli yutuqlarga erishildi. 1930-yillarda beton siqilishdagi mustahkamligini yaxshilash bo'yicha muhim ilmiy harakatlar boshlandi.
1960-yillarda beton texnologiyasi asta-sekin rivojlandi va betonning siqilishdagi mustahkamligi 10 yil davomida 45 MPa dan 60 MPa gacha o'sdi. 1980-yillarda superplastifikatorlardan suv sement nisbatini 0,30 ga tushirish uchun ishlatilishi mumkinligi aniqlangan. Bache s/b nisbatini 0,16 dan pastga tushirish mumkunligini isbotlagan. Buni kremniy kukuni va superplastifikatorlarning katta miqdorlarda foydalangan holda qilish mumkin. UYMB rivojlanishini to'rt bosqichga bo'lish mumkin: 1980-yillardan oldin, 1980-yillardan keyin, 1990-yillardan keyin va 2000-yillardan keyin.
1980-yillarga qadar mavjud texnologiyaning yetishmasligi tufayli UYMB ishlab chiqarish laboratoriyada cheklangan va issiqlik bilan ishlov berish kabi maxsus texnikaga muhtoj edi. Bu vaqt mobaynida olimlar, mustahkamligini oshirish uchun yanada ixcham va zichroq beton ishlab chiqarishning bir necha usullarini sinab ko'rdilar. Vakuumli aralashtirish va betonga harorat bilan ishlov berish betonning siqilishdagi mustahkamligini 510 MPa ga oshirishi ko'rsatgan. Betonning yuqori siqilishdagi mustahkamlikka ega bo'lishiga qaramasdan, tayyorgarlik ko'p energiya va ko'p vaqt talab qilgan.
1990-yillarda Richard va Cheyrezi issiqlik bilan ishlov berish orqali reaktiv kukunli beton ishlab chiqardilar. Reaktiv kukunli beton UYMB taraqqiyotidagi asosiy yutuqdir. Uning g'oyasi ko'p sonli zarralarning juda zich joylashishiga bog'liq edi. Reaktiv kukunli beton - bu juda yuqori sement miqdori, yuqori bog'lovchi konsentratsiyasi, juda past suv-sement nisbati, o'ta mayda kvarts kukuni, kremniy kukuni, kvarts qumidan foydalanish orqali ishlab chiqariladigan UYMBning turidir. Dunyodagi birinchi reaktiv kukunli beton konstruktsiyasi 1997 yilda Kanadaning Sherbruk shahrida piyoda ko'prigi uchun ishlab chiqilgan. Reaktiv kukunli beton asosidagi konstruksiyalarning ko'plab samaradorligiga qaram ay, ishlab chiqarish xarajatlari va materiallarning haddan tashqari yuqori narxi tufayli konstruksiyalarda qo'llanilishi hali ham cheklangan. Richard va Cheyrezy tomonidan taqdim etilgan reaktiv kukunli beton tarkibi 1-jadvalda ko'rsatilgan.
1-jadval.
Reaktiv kukunli beton tarkibi
KYPHHHffl
Nomlanishi Reaktiv kukunli beton 200 Reaktiv kukunli beton 800
Sement, kg 955 1000
Kvarts qumi, kg - 390
Mayda to'ldiruvchi (150-600 mkm), kg 1051 500
Suv, kg 162 190
Kremniy kukuni, kg 239 230
Po'lat tola, kg 168 630
Superplastifikator, kg 15 19
Issiqlik ishlovi 20°C-90°C 250°C-400°C
Siqilishdagi mustahkamlik, MPa 170-230 490-680
Egilishdagi mustahkamlik, MPa 25-60 45-102
UYMB ishlab chiqarishda sementning bir qismini almashtirish va uning joriy sement iste'molini minimallashtirish uchun kremniy kukuni, uchuvchi kul, sholi qobig'i kuli kabi qo'shimchalar foydalanilmoqda. 2000-yillarning boshidan beri ko'plab davlatlar turli xil UYMB asosidagi konstruksiyalar qiziqish bildirishgan. Frantsiyada UYMB asosida bir nechta inshootlarni qurish uchun ishlatilgan. UYMB, shuningdek, Qo'shma Shtatlardagi transport infratuzilmasini ta'mirlash va saqlash uchun ham qo'llaniladi. Avstraliya, Ispaniya va Niderlandiyada ko'prik qurilishi uchun UYMB ishlab chiqarish uchun katta sa'y-harakatlar qilingan.
UYMBning ko'prik muhandisligida qo'llanilishi. So'nggi yillarda ko'prik muhandisligida UYMBlardan foydalanish doimiy ravishda rivojlanib bormoqda va shu vaqtgacha yuqori yutuqlarga erishildi. Birgina Malayziyada 2014 va 2015 yillarda 26 ta UYMB asosida ko'prik qurilgan. Yana bir misol sifatida, AQShning Ayova shtatidagi Vapello okrugida Mars Hill nomi (1-rasm) bilan tanilgan birinchi UYMBlar asosida ko'prikning temirbeton to'sinlarini qurishda foydalanilgan.
1-rasm. "Mars Hill" ko'prigi
Shu bilan birga, "Zhejiang TENACAL New Material Technology" kompaniyasi tomonidan Tongji universitetining bosh tadqiqotchisi professor WANG Junyan bilan homkorlikda UYMB materiali ishlab chiqilgan. Bu jahon darajasidagi innovatsion material 100 dan ortiq loyihalarda, shu jumladan Shanxaydagi Yuanjiahe ko'prigida, to'liq UYMB asosida yig'ma temir beton to'sinlari bilan qurilgan, dunyodagi birinchi avtomagistral ko'prigida qo'llanilgan. Shuningdek, Xitoyning Zhejiang provintsiyasida dunyodagi birinchi tran s-okean Fuchimen ko'prigi, ultra yuqori mustahkam beton asosida qurilgan. Bu ko'prikning umumiy uzunligi 2012 m ni, eni 26 m ni va eng uzun tirgak ustunning balandligi 340 m ni tashkil etadi. Ko'prikning umumiy ko'rinishi 2-rasmda ko'rsatilgan.
2-rasm. "Fuchimen" ko'prigining umumiy ko'rinishi
Janubiy Kareyaning Chuncheon Grand Bridge deb nomlangan ko'prigi ultra yuqori mustahkam beton yordamida qurilgan. Ko'prikning umumiy ko'rinishi 3-rasmda ko'rsatilgan.
UYMBning qo'llanilishida muammolar. An'anaviy beton bilan solishtirganda, UYMB yuqori mustahkamlik va chidamlilikni ta'minlaydi. Lekin, uning qo'llanilishi yuqori
^yPHHHffl
boshlang'ich xarajatlari, yuqori sement miqdori (1100 kg/m3 gacha), qurilish me'yoriy qoidalarning yetishmasligi va jiddiy ekologik ta'sir tufayli cheklangan.
3-rasm. "Chuncheon Grand Bridge" ko'prigining umumiy ko'rinishi
Xom-ashyo narxi: UYMB uchun ko'plab hom ashyo (masalan, po'lat tolasi va kremniy) materiallari narxi standart betonnikiga qaraganda qimmatroqdir. Kelajakda keng foydalanishga imkon berish uchun ultra yuqori mustahkam betonning narxini pasaytirish bo'yicha tadqiqotlar o'tkazish kerak.
Ekologik muammolar: Bir tonna portland sement ishlab chiqarish atmosferaga bir tonna ko'mir yoqilishi bilan bir xil hajmdagi karbonat angidrid gazini chiqaradi, bu ekologik muammolarga olib keladi.
Me'yoriy hujjatlar: Oddiy beton kabi loyihalash, sinovdan o'tkazish, raqamli modellashtirish va qurish uchun tegishli, standartlashtirilgan qoidalar va standartlar ishlab chiqilishi kerak.
UYMB konstruksiyalarning umrboqiyligini baholash bo'yicha bir nechta tadqiqotlar o'tkazilgan. UYMB asosidagi konstruksiyalar odatdagi beton konstruksiyalarga qaraganda umrboqiy hisoblanadi, kamroq texnik ishlarni talab qiladi va ta'mirlash xarajatlari kamaytirdi. Bu konstruksiyalarni loyihalash bosqichida hisobga olinishi kerak.
Xulosa. Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, ultra yuqori mustahkam beton asosidagi qurilgan inshootlarni butun dunyoda topish mumkin. Lekin, ultra yuqori mustahkam betonning yuqori boshlang'ich xarajatlari, murakkab ishlab chiqarish texnologiyasi va cheklangan mavjud resurslar uning tijoriy o'sishiga hamda zamonaviy qurilishda, ayniqsa rivojlanayotgan mamlakatlarda tarqalishiga to'sqinlik qilmoqda. UYMBning ulkan salohiyatidan to'liq foydalanish uchun ilmiy muassasalar va temirbeton korxonalari hamkorlikni yaxshilashi kerak. UYMBning ishlab chiqarishda ekologik ta'sirlarni minimallashtirish uchun foydalaniladigan bog'lovchi materiallalarini qisman almashtirish orqali muqobil materiallardan foydalanish, tejamkor hamda barqaror UYMBni ishlab chiqish bo'yicha ko'proq ilmiy tadqiqotlar o'tkazish zarur.
ADABIYOTLAR
1. Abdal, S., Mansour, W., Agwa, I., Nasr, M., Abadel, A., Onuralp Ozkiliç, Y., & Akeed, M. H. (2023). Application of ultra-high-performance concrete in bridge engineering: current status, limitations, challenges, and future prospects. Buildings, 13(1), 185.
2. Mishra, O., & Singh, S. P. (2019). An overview of microstructural and material properties of ultra-high-performance concrete. Journal of Sustainable Cement-Based Materials, 8(2), 97-143.
3. Du, J., Meng, W., Khayat, K. H., Bao, Y., Guo, P., Lyu, Z., ... & Wang, H. (2021). New development of ultra-high-performance concrete (UHPC). Composites Part B: Engineering, 224, 109220.
^ypHHHm
4. Alkaysi, M., El-Tawil, S., Liu, Z., & Hansen, W. (2016). Effects of silica powder and cement type on durability of ultra high performance concrete (UHPC). Cement and Concrete Composites, 66, 47-56.
5. Wang, D., Shi, C., Wu, Z., Xiao, J., Huang, Z., & Fang, Z. (2015). A review on ultra high performance concrete: Part II. Hydration, microstructure and properties. Construction and Building Materials, 96, 368-377.
6. Yoo, D. Y., Kang, S. T., & Yoon, Y. S. (2016). Enhancing the flexural performance of ultra-high-performance concrete using long steel fibers. Composite Structures, 147, 220-230.
7. Schmidt, M., & Fehling, E. (2005). Ultra-high-performance concrete: research, development and application in Europe. ACI Spec. Publ, 228(1), 51-78.
8. Shi, C., Wu, Z., Xiao, J., Wang, D., Huang, Z., & Fang, Z. (2015). A review on ultra high performance concrete: Part I. Raw materials and mixture design. Construction and Building Materials, 101, 741-751.
9. Park, S., Lee, N., An, G. H., Koh, K. T., & Ryu, G. S. (2021). Modeling the effect of alternative cementitious binders in ultra-high-performance concrete. Materials, 14(23), 7333.
10. Khan, M., Cao, M., Xie, C., & Ali, M. (2022). Effectiveness of hybrid steel-basalt fiber reinforced concrete under compression. Case Studies in Construction Materials, 16, e00941.
