CC BY
82ОСОБЕННОСТИ БЕТОНИРОВАНИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ СУХОГО ЖАРКОГО
КЛИМАТА
FEATURES OF CONCRETE DURING THE CONSTRUCTION OF HEIGHTED BUILDINGS UNDER THE CONDITIONS OF DRY HOT HOT CLIMATE
УДК 693.55
Баскаков К.О., Студент, Санкт-Петербургский Государственный Архитектурно-Строительный Университет, Санкт-Петербург Baskakov K.O. baskakov_kirill@mail.ru
Аннотация
В статье рассмотрены особенности технологии строительства бетонных высотных зданий в условиях сухого и жаркого климата. Целью работы является описание технологических решений, применяемых на практике, для ликвидации негативных воздействий высоких температур, низкой влажности и воздействий ветра.
Summary
The article discusses the features of the technology for the construction of concrete high-rise buildings in a dry and hot climate. The aim of the work is to describe technological solutions used in practice to eliminate the negative effects of high temperatures, low humidity and wind effects.
Ключевые слова: жаркий климат, сухой климат, бетонирование, бетон, высотные здания.
Keywords: hot climate, dry climate, concreting, concrete, high-rise buildings.
Актуальность
В современном мире активно набирает популярность именно высотное строение. Это связанно со многими факторами: экономическим развитием многих стран, усовершенствованием технологий, стоимостью земельных участков, удовлетворением задумок архитекторов и инвесторов. В мире между странами образовалась своеобразная гонка за звание «самого высокого здания». Очевидно, что в разных точках Земного шара абсолютно разные климатические условия: тепловлажностный режим, осадки, воздействия ветра и тд., следовательно, возникает потребность применять различные технологии
при строительстве. В статье рассматривается распространенный сухой жаркий климат, установившийся на территории Средней Азии, Южного Казахстана, Нижнего Поволжья, Закавказья, юга Украины, ряда стран Ближнего Востока, многих регионов Африки.
Классические проблемы обычного бетонирования в сухом и жарком климате
При сухом жарком климате температура воздуха может достигать до 50°С при относительной влажности воздуха 10—25%. Также свойственна интенсивная солнечная радиация и частые ветра.
Перечислим известные проблемы, осложняющие процесс бетонирования при сухом жарком климате.
Основная проблема заключается в быстром высыхании (обезвоживании) бетонной смеси во время транспортировки и выполнения бетонных работ: понижение водоцементного отношения влечет за собой уменьшение предела прочности на сжатие и модуля упругости до двух раз. Кроме того, в условиях пониженной влажности значительно замедляется (либо вообще останавливается) процесс гидратации вяжущего.
Свежеуложенный бетон, во время набора прочности, также продолжает ускоренно обезвоживаться, притом в большей степени в зонах, близких к поверхности. Этот эффект, вместе с повышенными температурными деформациями, является причиной образования осадочных трещин.
Также, ускоренное испарение воды из структуры бетона повышает пористость бетона, что негативно сказывается на атмосферостойкости, морозостойкости и водонепроницаемости [1,234].
В связи перечисленными выше явлениями необходимо выполнять определенные мероприятия, ликвидирующие негативные последствия. Осложнения, связанные с высотностью
Доставка бетонной смеси на высоту
Строительство высотных зданий предполагает бетонирование элементов большого объема, находящихся на значительной высоте, что требует непрерывного ведения бетонных работ. В условиях жаркого и сухого климата для транспортировки бетонной смеси на необходимую высотную отметку подходят не все распространенные методы.
Например, популярный и экономичный способ транспортировки с помощью бадьи, поднимаемой строительным краном. В связи с ограниченным объемом тары (как правило не более 1,5 м3) бетонирование крупных монолитных участков может происходить только в несколько приемов. В условиях интенсивного испарения влаги из свежеуложенной смеси,
водоцементное отношение у участков, уложенных с промежутками во времени, будет различное, следовательно адгезия между ними будет ниже. Также этот способ предполагает значительные временные затраты на бетонные работы из-за необходимости наполнения бадьи на земле с последующим ее подъемом и опусканием, что дополнительно будет способствовать испарению влаги из бетонной смеси.
Таким образом, приходим к выводу о том, что подачу бетона необходимо обеспечивать непрерывно с помощью бетонных насосов. Но у этого метода есть свои ограничения, связанные с высотой подачи. Например, у крупных автобетононасосах (таких как SCHWING S 42 SX) максимальная высота подачи бетонной смеси не превышает 40-50 м [2]. Поэтому при строительстве высотных зданий рекомендуется применять мощные стационарные бетононасосы (такие как Putzmeister BSA 14000 HP D), высота подачи которых может достигать 350 м. Но и это ограничение можно ликвидировать, спроектировав систему трубопроводов с дополнительными вспомогательными насосами, устанавливаемыми с шагом в несколько этажей, такой метод позволяет быстро и непрерывно подавать бетонную смесь почти на любую высоту. Комплекс из нескольких стационарных бетононасосов применялся при строительстве самого высокого здания в мире Burj Khalifa, как раз в условиях жаркого и сухого климата Объединенных Арабских Эмиратов.
Рис. 1 Момент побития мирового рекорда по высоте доставки бетонной смеси на высоту 606 м. компанией The Putzmeister [3]. Обеспечение подвижности бетонной смеси
При использовании бетононасосов к бетонной смеси предъявляются повышенные требования по подвижности и удобоукладываемости. Класс подвижности не менее П2, П3, но желательно П4 и П5, т.к. требуемая осадка конуса бетона для бетононасоса с гидравлическим приводом составляет 40-
120 мм, а для механического привода - 70-140 мм. Стоит обратить внимание на то, что подвижность свежезатворенной смеси зависит от температуры: с повышением температуры снижается подвижность.
^ 16
<о
р 12 г
а
0
Рис. 2. Зависимость начальной подвижности бетонных смесей от температуры [4, 16]. А в условиях жаркого и сухого климата водоцементное отношение уменьшается еще на стадии затворения смеси. Поэтому крайне не рекомендуется изменять подвижность бетонной смеси повышением водоцементного отношения, так как из-за этого снизится прочность бетона, либо вырастет расход цемента, и строго запрещается добавлять дополнительное количество воды уже на месте подачи бетонной смеси в конструкции. В связи с описанными выше явлениями, рекомендуется применять пластифицирующие добавки, повышающие подвижность без изменения водоцементного отношения. Приготовление и транспортировка бетонной смеси
Прямое решение устранения негативных последствий высокой температуры (низкая подвижность, быстро снижающееся водоцементное отношение), заключается в снижении температуры свежезатворенной смеси. Достигаться это может различными мероприятиями: во время хранения ингредиентов оберегать их от действия солнечной радиации, омывать крупный заполнитель проточной водой (необходимо учитывать влагу на поверхности заполнителя при подсчете водоцементого отношения), проводить работы по бетонированию и приготовлению смеси по возможности в вечернее и ночное время. Также очень эффективным мероприятием является частичное замещение воды мелко дробленым льдом во время затворения бетонной смеси. После приготовления бетонной смеси возникают осложнения, связанные с доставкой ее на территорию строительной площадки. Так как необходимо
■ "V
4 и 5 20 гь 28 л
Тепперащра, еС
избегать длительных транспортировок, во время которых повышается температура смеси и снижается водоцементное отношение. Таблица 1
Температура свежеприготовленной бетонной смеси, ОС Максимально допустимая продолжительность перевозки и укладки бетонной смеси, мин.
25 30-60
30 15-30
35 10-15
Как видно из Таблицы 1, при строительстве, в условиях повышенной температуры, производство бетонных смесей должно находится в непосредственной близости к строительной площадке, что не всегда возможно.
Наилучшим образом условиям сухого и жаркого климата отвечает такая схема применения бетонной смеси: загрузка сухой смеси на центральном бетоносмесительном заводе в автобетоносмесители, перевозка ее в сухом виде к месту укладки, перемешивание в автобетоносмесителях непосредственно у места бетонирования и немедленная укладка в конструкции. При строительстве высотных и крупногабаритных зданий возможно развернуть небольшой цех непосредственно на строительной площадке, на котором будет происходить замешивание и затворение бетонной смеси, это позволит хранить все ингредиенты в надлежащих условиях, проводить испытания образцов, чтобы экспериментальным путем получить необходимый состав бетонной смеси, подходящий для конкретных условий. А также, приступать к подаче смеси в бетононасос моментально сразу после замешивания. Усиленный ветер на высоте
Отличительной особенностью высотных зданий является повышенное воздействие ветра, потому что скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью рельефа. Так как интенсивность испарения жидкости зависит не только от температуры, но и от скорости перемещения воздушных масс над поверхностью испарения, стоит обратить внимание на меры защиты свежеуложенной бетонной смеси от вредных воздействий ветра. С этой целью применяют водонепроницаемые пленки, которыми покрывают бетонные элементы. «Для устройства покрытий целесообразно использовать полиэтиленовые (ГОСТ 10354—73) и поливинилхлоридные (ГОСТ 16272— 70) пленки толщиной 100—200 мкм, полиэтилентерефталатные (ТУ 6-051597-72) — до 50 мкм. Для снижения температурных напряжений или
сохранения тепла в бетоне эффективно использовать металлизированные пленки в виде самостоятельного покрытия или в качестве экрана в многослойных покрытиях с различными гидрофильными материалами.» [5,123]. Также выдерживание открытых горизонтальных поверхностей под небольшим слоем воды, так называемый «метод покрывающих водных бассейнов». Эти мероприятия позволяют предотвратить испарение влаги из толщи бетона, а также обеспечить равномерный набор прочности по объему. Выводы
Как мы видим, современные технологии позволяют реализовывать задумки архитекторов и инвесторов даже в экстремальных климатических условиях. А новые вызовы толкают научно-технический прогресс, позволяя изобретать новые технологии и усовершенствовать существующие.
Список литературы:
1. Технология монолитного бетона и железобетона», Евдокимов Н. И., Мацкевич А. Ф., Сытник В.С. М.: Высш. школа, 1980 - с. 234
2. Сайт производителя Schwing Stetter. https://schwing-stetter.ru/?product=s-42-sx
3. Сайт производителя Putzmeister. https://www.putzmeister.com/en/web/russia/success-story-details?successStoryId=109867
4. «РУКОВОДСТВО ПО ПРОИЗВОДСТВУ БЕТОННЫХ РАБОТ В УСЛОВИЯХ СУХОГО ЖАРКОГО КЛИМАТА», Научно-исследовательский институт бетона и железобетона ГосСтроя СССР НИИЖБ ГосСтроя СССр, 1977 - с.16
5. «Возведение монолитных зданий и сооружений», М.: Стройиздат, 1981 -с. 123
Bibliography:
1. Technology of monolithic concrete and reinforced concrete ", Evdokimov N. I., Matskevich A. F., Sytnik V. S. M .: Higher. School, 1980 - p. 234
2. Manufacturer site Schwing Stetter. https://schwing-stetter.ru/?product=s-42-
sx
3. Manufacturer site Putzmeister. https://www.putzmeister.com/en/web/russia/success-story-details?successStoryId=109867
4. "GUIDELINES FOR THE PRODUCTION OF CONCRETE WORKS IN THE CONDITIONS OF DRY HOT HOT CLIMATE", Research Institute of
Concrete and Reinforced Concrete GosStroy USSR NIIZhB Gosstroy USSR, 1977 - p.16
5. "The construction of monolithic buildings and structures", Moscow: Stroyizdat, 1981 - p. 123
