CC BY
102
УДК 691.32
ПЕРСПЕКТИВЫ ЛЕГКОГО САМОУПЛОТНЯЮЩЕГОСЯ БЕТОНА
Е.В. Матющенко
Рассмотрены преимущества и некоторые недостатки легкого самоуплотняющегося бетона, перспективы его применения, а так же планируемые пути устранения недостатков.
Ключевые слова: легкий самоуплотняющийся бетон, преимущество, недостаток, перспектива.
PROSPECTS FOR LIGHT-WEIGHT SELF-SEALING CONCRETE
E.V. Matyushchenko
Consideration has been given to advantages and some disadvantages of light-weight self-sealing concrete.Perspectives of its use are assigned and the planned ways of disadvantages removal are described.
Key words: light self-sealing concrete, advantage, disadvantage, prospect.
Что такое легкий самоуплотняющийся бетон? Лёгкий самоуплотняющийся бетон -это бетон, который без воздействия дополнительной внешней уплотняющей энергии самостоятельно, под действием собственной тяжести и за счет высокой подвижности течет, освобождается от содержащегося в нем воздуха и полностью заполняет пространство опалубки, в том числе между арматурными стержнями. При этом остаточный объем пор в самоуплотняющемся бетоне не больше, чем в обычном бетоне. Удельная масса одного кубического метра легкого самоуплотняющегося бетона не превышает 1800 кг.
История создания и применения самоуплотняющегося бетона. История создания самоуплотняющегося бетона берет свое начало в 80-х годах прошлого века в Японии. Его разработкой занимались ученые Токийского университета. Изначально предполагалось создать самоуплотняющийся бетон путем улучшения свойств бетона, используемого для подводных работ.
Разделение такого бетона на отдельные фракции предотвращается путем добавления большого количества связующего агента, что также не позволяет цементу растворяться в воде. В результате исследований стало ясно, что такой бетон не подходит для проведения бетонных работ на воздухе по нескольким причинам.
Во-первых, из-за высокой вязкости происходило захватывание воздуха, а во-вторых, бетон не мог проникать в труднодоступные места, содержащие большое количество арматуры. Было решено пойти другим путем. Для проведения исследований применялись прозрачные полимерные материалы вместо цементной пасты с тем, чтобы была возможность наблюдать за поведением крупного заполнителя в толще смеси.
Было установлено, что движение смеси в узких местах прекращается в результате столкновения частиц крупного заполнителя. Чтобы предотвратить столкновение частиц, цементная паста должна иметь определенную вязкость, а гранулометрический состав заполнителей должен тщательно подбираться.
В результате проведенных научно-исследовательских работ ученые Токийского университета в начале 90-х годов разработали бетон, который был настолько текучим, что не
требовал вибрационного уплотнения. Результаты его внедрения оказались настолько успешными, что к 2000 году в Японии производилось около 400 000 м3 самоуплотняющегося бетона. Он использовался как для изготовления ЖБИ, так и для производства бетонных работ непосредственно на строительной площадке.
Японскими разработками сразу заинтересовались и другие страны. В 1996 г. был создан консорциум с целью внедрения самоуплотняющегося бетона в строительную практику Европейских государств. Проект назвали «Рационализация производства и улучшение условий труда за счет применения самоуплотняющегося бетона». В течение нескольких лет в Европе возвели несколько мостов и тоннелей с использованием самоуплотняющегося бетона. В США особенно высокий интерес к самоуплотняющемуся бетону возник среди производителей железобетонных изделий и добавок в бетон.
Преимущества легкого самоуплотняющегося бетона
Преимущества самоуплотняющегося бетона по сравнению с другими традиционными видами бетона можно условно разделить по группам и представить следующим образом. Для заказчика - высокая безопасность капиталовложений за счет:
возведения строительных конструкций высокой прочности, в которых исключены дефекты, вызванные ошибками при уплотнении бетонной смеси; сокращение продолжительности строительства;
снижение затрат на возведение здания в целом за счет уменьшения веса сооружения и расхода теплоизоляционных материалов.
Для архитектора - широкий выбор форм конструкций и возможности придания конструкции заданного внешнего вида за счет:
особой гладкой и плотной наружной поверхности бетона, которая в точности повторяет форму и поверхность опалубки;
опалубки различной формы и структуры [4]; возможности создания конструкции любой геометрии.
Для проектировщика - свободный выбор геометрической формы конструкций, обеспечение их долговечной эксплуатации и упрощение разработки проекта производства работ за счет:
экономии на перевозке, снижения требуемой грузоподъемности подъемного крана и снижения трудовых ресурсов;
снижения трудоемкости и продолжительности работ по бетонированию (отпадает необходимость в уплотнении) [6];
возможности более плотного расположения арматуры [6];
прочного сцепления арматуры с бетоном и проникания бетона в самые труднодоступные места [6];
возможности подачи бетона непосредственно через опалубку, например, через отверстие в ней;
более простой и менее массивной конструкции опалубки (из-за отсутствия процесса вибрирования бетона динамические и статические нагрузки на опалубку значительно снижены) [4].
Для строительной фирмы, выполняющей работы на площадке, - более безопасное ведение строительных работ и сокращение затрат на зарплату персонала за счет: интенсификации возведения конструкций из бетона;
отсутствия необходимости уплотнения бетона и исключения ошибок, которые могли бы возникнуть при его уплотнении;
работы персонала в безопасных условиях;
самостоятельного растекания бетонной смеси по всей конструкции; исключения возможности расслоения бетонной смеси;
отсутствия шума и вибрации, негативно воздействующих на персонал и на проживающих рядом со строительной площадкой людей.
Экономичность и перспективы использования
Проанализировать перспективы применения легкого самоуплотняющегося бетона можно, основываясь на опыте использования самоуплотняющегося тяжелого бетона в Европе, в частности, в Германии.
Если сравнивать цены, то самоуплотняющийся тяжелый бетон вследствие своего модифицированного состава и стоимости отдельных компонентов бетонной смеси дороже обычного бетона аналогичного вида. Разница в цене составляет от 13 до 18 евро за 1 м3. Это удорожание бетона компенсируется экономией средств при его укладке и благодаря целой группе других преимуществ.
Анализ работ по бетонированию в Германии показал, что, поскольку отпадает необходимость в уплотнении бетонной смеси на строительной площадке, экономия средств при использовании самоуплотняющегося бетона для бетонирования отдельных строительных конструкций может составлять от 3 до 6 евро за конструкцию. Кроме того, уплотнение традиционного бетона, например, при бетонировании колонн и опор, вызывает необходимость организации частых перерывов при подаче бетонной смеси, а при применении самоуплотняющегося бетона такие перерывы исключены!
На строительных площадках очень часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда использование самоуплотняющегося бетона просто необходимо:
при бетонировании на большой высоте или на воде, когда процесс уплотнения крайне затруднен, требует значительных средств и небезопасен для персонала;
при бетонировании густоармированных конструкций, где обычный бетон не заполняет всю полость опалубки, что может впоследствии привести к появлению дефектов и преждевременной коррозии;
при бетонировании конструкций примитивной геометрической формы, а также конструкций, к которым предъявляются особые требования по качеству наружной поверхности;
при бетонировании опор мостов, плотин, туннелей и других труднодоступных и ответственных сооружений, когда необходимо непрерывно подавать на объект большое количество бетона, а работа персонала крайне затруднена и небезопасна.
Если учесть еще тот факт, что многие наши фирмы уже приобрели высококачественную современную опалубку, а самоуплотняющийся бетон в точности повторяет поверхность опалубки и не имеет полостей и каверн, то использование этого бетона даст заметно более высокое качество наружной поверхности, нежели при использовании обычного бетона (т.е. во многих случаях отпадет необходимость в дальнейшей отделке: шпатлевке и т.д.), а это также ведет к существенному сокращению затрат на строительство. Кроме того, из-за отсутствия процесса вибрирования можно использовать более простую и менее массивную конструкцию опалубки!
Стоит добавить, что зарплата строителей в последнее время значительно возросла. Поскольку необходимость в уплотнении бетонной смеси на строительной площадке за счет использования самоуплотняющегося бетона отпадет и подавать бетон можно будет не сверху, а непосредственно в опалубку, то может быть сокращена численность персонала, занятого в бетонировании. Следовательно, удастся сэкономить средства и повысить безопасность труда при выполнении этих работ.
Отдельным пунктом стоит отметить возможность применения легких самоуплотняющихся бетонов при строительстве в сейсмически активных районах, ведь расчетная сейсмическая нагрузка Sik (кН), действующая в точке к динамической расчетной схемы и соответствующая >ому тону собственных колебаний сооружения, прямопропорционально зависит от массы сооружения и определяется, согласно [5], по формуле
Sik = К1 *К2*М^*Лг*Ы*Ку* Ык,
где К1 - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения сооружений, значение которого принимается согласно СНиП 11-7-81*;
К2 - коэффициент, учитывающий конструктивные решения сооружения, значение которого принимается согласно СНиП 11-7-81*;
Мк - масса сооружения, отнесенная к точке к динамической расчетной схемы; g - ускорение свободного падения, м/с2;
Лг - расчетное ускорение в основании сооружения в долях g (коэффициент сейсмичности); Ы - коэффициент динамичности, соответствующий >ому тону собственных колебаний сооружения, принимаемый по СНиП 11-7-81*;
Ку - коэффициент диссипации, принимаемый для больверков равным 0,7 при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов, и 0,65 - при расчетной сейсмичности 9 баллов;
Ык - коэффициент распределения сейсмических сил по сооружению, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по ьому тону (коэффициент формы колебаний).
Так, на примере одноэтажного административного здания в монолитном железобетонном исполнении, объемом 450 м3, при замене тяжелого бетона несущих конструкций на легкий, мы можем получить снижение массы от 1100 т до 800 т, что составляет около 27 % общей массы. Это изменение влечет за собой снижение сейсмических нагрузок и нагрузок от собственного веса сооружения, и, как следствие, дальнейшее уменьшение массы несущих элементов.
Следует отметить, что примеров использования легкого самоуплотняющегося бетона пока не существует, но его применение предполагает увеличение экономического эффекта в возведении несущих и самонесущих конструкций, за счет снижения массы сооружения и увеличения теплоизоляционных характеристик.
Проблемы легкого самоуплотняющегося бетона
Полученный легкий самоуплотняющийся бетон в настоящее время обладает основным недостатком, который предстоит устранить на первом этапе работы, - это невысокая прочность бетона, что исключает его применение в несущих конструкциях.
Прочность легкого самоуплотняющегося бетона, как и тяжелых, зависит от цементно-водного отношения, так как оно определяет свойства цементного камня, скрепляющего все составляющие бетона в единый монолит. Однако пористые заполнители вследствие особенностей своей структуры имеют невысокую прочность, обычно ниже прочности цементного раствора. Введение их в бетон приводит к снижению его прочности по сравнению с обычным тяжелым бетоном на прочных плотных заполнителях, причем тем в большей степени, чем больше содержание заполнителя и меньше его плотность. В результате кривые зависимости прочности легкого бетона от цементно-водного отношения располагаются ниже кривых для обычного бетона и бетоны на заполнителях разной прочности имеют различные кривые [1].
Другой важной особенностью легких бетонов на пористых заполнителях является то обстоятельство, что каждый крупный заполнитель позволяет получать бетоны только до определенной прочности, по достижении которой дальнейшее повышение прочности раствора,
например, за счет уменьшения водоцементного отношения, не приводит к заметному повышению прочности бетона.
Кривая зависимости имеет два участка. На первом участке повышение прочности раствора приводит к увеличению прочности бетона, хотя в несколько меньшей степени, чем при применении прочных плотных заполнителей. Здесь проявляется соответственно и влияние водоцементного фактора. На втором участке повышение прочности раствора не приводит к заметному увеличению прочности бетона, так как слабый заполнитель и хрупкость тонкого цементного каркаса этому препятствуют.
Дальнейшее повышение прочности раствора в этом случае экономически нецелесообразно, так как в равно-подвижных бетонных смесях оно достигается за счет увеличения расхода цемента, не приводя к существенному улучшению свойств бетона. Для получения легкого бетона разных марок следует так выбирать прочность заполнителя, чтобы обеспечивать рациональное использование цемента, то есть получать бетоны, соответствующие первому участку кривой. Лишь в случае предъявления к бетону особых требований по плотности рационально применение бетонов, соответствующих второму участку этой кривой [2].
Существенное влияние на прочность легких бетонов оказывает содержание в нем крупного пористого заполнителя или концентрация заполнителя, обычно указываемая как относительная величина (объем легкого заполнителя, содержащийся в 1 м3 бетона). Влияние концентрации заполнителя зависит от соотношения его прочности и прочности раствора Обычно при достаточно высокой прочности раствора в конструктивных легких бетонах увеличение концентрации заполнителя приводит к уменьшению прочности бетона. При малой разнице в прочности раствора и бетона, например, в конструктивно-теплоизоляционных легких бетонах, максимальная прочность достигается при определенной оптимальной концентрации заполнителя.
При определении состава легкого бетона на пористых заполнителях приходится учитывать все три особенности влияния заполнителя на прочность бетона. Поэтому расчет проводим не на основе какой либо единой формулы или графика, а на основе данных ряда таблиц и поправочных коэффициентов, составленных с учетом этих особенностей.
Пути решения проблемы:
- применение оптимального водоцементного соотношения;
- подбор состава смеси с оптимальной концентрацией пористого заполнителя;
- подбор заполнителя из применяемой базы региона или введение принципиально нового заполнителя;
- введение фибр в тело бетона.
Вывод: поставленные проблемы по получению легкого самоуплотняющегося бетона повышенной прочности актуальны как для нынешнего строительства, так и для строительства будущего, решение их приведет к экономии материалов, человеческих ресурсов и сокращению сроков строительства.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Баженов Ю. М. Технология бетона, Год издания: 1987. Издат. : Высшая школа,
1987.
2. Технологии бетонов // Информационный научно-технический журнал. 2008. № 10.
3. ГОСТ 25820-83. Бетоны легкие. Технические условия. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМИТЕТ СССР, МОСКВА.
4. ГОСТ 23477-79. Опалубка разборно-переставная мелкощитовая инвентарная для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Технические требования. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОМИТЕТ СССР, МОСКВА.
5. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. МИНСТРОЙ России, Москва 1995 г.
6. Рекомендации по технологии возведения конструкций из монолитного бетона и железобетона, 2-я редакция. Изд-во. : «ПКТИпромстрой», 1999
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Матющенко Евгений Владимирович, аспирант кафедры «Автомобильные дороги», Иркутский государственный технический университет, тел.: 89246215570, e-mail: mev409@mail.ru
Matyushchenko E.V., post-graduate for Automobile Thoroughfares Department, Irkutsk State Technical University, tel.: 89246215570, e-mail:mev409@mail.ru
УДК 691.5
ВЛИЯНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ НА КАЧЕСТВЕННОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОННЫХ
ИЗДЕЛИЙ
Е.А. Николаенко
Поставлена первоочередная задача использования фельдшпатоидных сынныритов и их разновидностей в качестве высокоэффективной пуццолановой минеральной добавки в высококачественных, высокопрочных и легких бетонах, промышленных и коммерческих покрытиях полов, в морском бетоне, железобетонных изделиях, архитектурном бетоне, торкрет бетоне, ремонтных составах, штукатурках, гидроизоляционных составах, сухих строительных смесях, в производстве цемента и строительного раствора.
Ключевые слова: сыннырит, сиенит, Лазурское месторождение, предел прочности при сжатии и изгибе, осадка конуса, экономия цемента.
THE WAY MECHANIC ACTIVATION OF INORGANIC BINDING SUBSTANCES REALIZES THE IMPROVEMENT OF STRENGH PROPERTIES OF CONCRETE
PRODUCTS
E.A. Nikolayenko
The primary task to consider is that of using feldspa -type synnyrite and its varieties as a highly effective mineral additive of pozzolana to receive high quality, high strength and light weight concrete, floor coatings for industrial and commercial purposes, marine concrete, ferroconcrete products, architecture concrete, spraying concrete, correction compositions, plasters, waterproof compositions, and dry construction mixes; this additive also facilitates the production of cement and building water mortar.
