ПРИМЕНЕНИЕ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ БЕТОНОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОНОЛИТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В РФ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Abstract.

The results of theoretical and experimental studies of the influence of various activators and technological factors on the development of aggregation processes of injection mixtures based on colloidal silica are presented, as well as the results of studies on the stabilization and strengthening of water-saturated soils of various types.

Key words.

Quick-flow soils, injection mixtures, colloidal silica, mineral binders, consolidation.

Date of receipt in edition: 15.07.21 Date o f acceptance for printing: 19.07.21

УДК 693.55

ПРИМЕНЕНИЕ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ БЕТОНОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОНОЛИТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В РФ

И.В. Соргутов, П.Ю. Иванов, О.В. Крюкова

Пермский государственный аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова

Аннотация.

В современный период ежегодно растут объемы использования самоуплотняющихся бетонов при возведении монолитных зданий и сооружений. Самоуплотняющийся бетон — революционное явление в технологии производства бетона. Самоуплотняющийся бетон был разработан в Японии в конце 1980-х гг. с целью компенсации набирающего силу дефицита квалифицированной рабочей силы на участке укладки и уплотнения бетона. Профессором Х. Окамурой было создано новое поколение суперпластифици-рующих добавок к бетону на основе полиакрилата и поликарбоксилата для повышения текучести бетонной смеси. Х. Окамура создал бетон, имеющий высокую степень подвижности и низкое содержание воды. В 1990-х гг. самоуплотняющийся бетон стал интенсивно исследоваться учеными Западной Европы. В литературе присутствует множество определений самоуплотняющегося бетона, но суть их одна и заключается в следующем — это бетон, способный без воздействия на него дополнительной внешней энергии самостоятельно под собственным весом растекаться, сохраняя свою однородность, а также гарантируя полное уплотнение, заполнение опалубочной формы и инкапсуляцию всех арматурных стержней и закладных деталей. Преимуществами использования самоуплотняющихся бетонов являются снижение сроков строительства; снижение объемов использования трудовых ресурсов; повышение долговечности; свобода в дизайне; возведение конструкций различной конфигурации; уменьшение уровня шума, безопасные условия труда персонала. Статья посвящена возможностям использования и изучению свойств самоуплотняющихся бетонов российскими исследователями.

Ключевые слова.

Самоуплотняющиеся бетоны, пластифицирующие добавки, прочность, заполнитель, эластичность, усадка, проницаемость, монолитное строительство, долговечность бетона, опалубка. История статьи: Дата поступления в редакцию 11.08.21

Дата принятия к печати 15.08.21

Самоуплотняющийся бетон впервые в мире разработал японский профессор Х. Окамура в 1988 году для создания прочных бетонных конструкций. С тех пор были проведены различные исследования, и бетон использовался крупными компаниями при возведении строительных конструкций в Японии. Помимо Японии, исследования свойств самоуплотняющихся бетонов были начаты во многих странах, и результаты их были использованы в практической деятельности, особенно в Канаде, Швеции, Нидерландах, Таиланде и Тайване.

В современный период ежегодно растут объемы использования самоуплотняющихся бетонов при строительстве монолитных зданий и сооружений. Самоуплотняющийся бетон — прорыв в технологии изготовления бетона. Самоуплотняющийся бетон разработан японскими учеными в конце 1980-х гг. для сокращения дефицита и более эффективного использования квалифицированного персонала при укладке бетона. Профессор Х. Окамура разработал суперпластифицирующие добавки для повышения текучести бетонов, благодаря чему ему удалось создать бетон с высокой степени текучести и малым количеством воды.

Период 1990-х гг. стал периодом интенсивного изучения свойств самоуплотняющегося бетона западными учеными. Сегодня в научной литературе существует множество определений самоуплотняющегося бетона, при том, что основа их состоит в следующем: самоуплотняющийся бетон —это материал, способный растекаться под собственным весом без дополнительного внешнего воздействия, Самоуплотняющийся бетон при заполнении опалубки сохраняет однородность и обволакивает все установленные арматурные стержни и закладные детали. Преимуществами самоуплотняющихся бетонов являются снижение сроков строительства; снижение объемов использования трудовых ресурсов; повышение долговечности; свобода в дизайне; возведение конструкций различной конфигурации; уменьшение уровня шума, безопасные условия труда персонала. Статья посвящена возможностям использования и изучению свойств самоуплотняющихся бетонов российскими исследователями.

Требования к качествам бетона постоянно повышаются. Для ускорения набора прочности был разработан самоуплотняющийся бетон - материал, самостоятельно, без дополнительных усилий заполняющий опалубку. Такой бетон повышает качество строительных конструкций, ускоряет строительство.

Самоуплотняющийся бетон — смесь, которая под действием своей тяжести и высокой подвижности движется вниз и в стороны и заполняет пространство между арматурными стержнями. Свойства самоуплотняющегося бетона таковы:

• прочность на сжатие составляет через: 28 суток — 40-80 МПа, через 91 сутки — 55-100 МПа;

• эластичность составляет — 30-36 ГПа;

• усадка составляет (х10-6) — 600-800;

• соотношение связующее/вода равняется 40/25 %;

• количество содержащегося воздуха равняется 4,5-6%.

Самоуплотняющийся бетон набирает популярность за счет высокой технологичности и простоты использования на практике. Такой бетон имеет большую прочность, долгий срок службы, не разрушается во влажной и агрессивной среде, а также под воздействием солнечного излучения и при перепадах температур.

Применение самоуплотняющегося бетона обеспечивает экономию трудозатрат, позволяет отказаться от использования специального оборудования для уплотнения смеси, увеличивает повышение скорости производства работ.

Кроме того, материал имеет следующие достоинства:

• равномерное уплотнение бетонного монолита;

• получение гладкой поверхности конструкции;

03

г

м О

-I

м

Э СО

< со

о •

* и

■ 2

СО ю

(К и X

2 к

I н

о ц

с

>

0

га и

(и

1

Щ

I

(и а

ей О

X

<

ей

ей О

н

>

а

О и

• простота производства прочных элементов заданной геометрической формы;

• уменьшение трудозатрат по укладке одинаковых объемов со стандартных растворов, ведущее к значительному удешевлению строительства;

• высокая степень сцепления самоуплотняющегося бетона с арматурой повышает качество железобетонов;

• возможность полного заполнения бетоном опалубки в труднодоступных местах,

• создание идеальных поверхностей бетонных поверхностей за счет включения частиц мелкой фракции, расположенных сверху;

• отсутствие затрат на приобретение дополнительного технологического оборудования на уплотнение монолита в опалубке;

• повышенные показатели испытаний прочности на сжатие и плотность состава;

• в процессе твердения самоуплотняющийся бетон не расслаивается;

• долговечность конструкций;

• простота и безопасность изготовления.

В соответствие со строительными нормами, самоуплотняющийся бетон используется в таких случаях:

• при возведении гидротехнических сооружений;

• для ремонта и реставрации зданий сооружений;

• при заливке полов, которые могут вынести высокие нагрузки в промышленных зданиях и сооружениях;

• для получения ровных поверхностей без дополнительной обработки;

• для формирования особо прочных элементов строительных конструкций с установкой множества армирующих стержней;

• для возведения особо прочных сооружений;

• для возведения элементов строительных конструкций, обладающих минимальной массой — простенков и ограждений.

В зависимости от применяемого при изготовлении бетона метода обеспечения сопротивления расслоению и водоотделению различают следующие виды самоуплотняющихся бетонов:

• мелкодисперсный, с большим количеством мелкодисперсной фракции;

• стабилизаторный, имеющий в своем составе добавки, придающие смеси устойчивость.

Применение производителями бетонных смесей мелкодисперсных заполнителей направлено на увеличение показателей устойчивости самоуплотняющегося бетона к расслаиванию и водоотделению. К мелкодисперсным заполнителям могут быть отнесены известняковые порошки, доменный шлак, кремнистые уносы.

Внесение производителями в бетонную смесь стабилизирующих добавок приводит к достижению оптимальной вязкости бетона за счет уравновешивания подвижности и устойчивости к расслоению — противоположных свойств бетонной смеси.

Добавки-стабилизаторы поверхностных частиц цемента при внесении производтелями в бетонную смесь образуют устойчивый микрогель, формирующий в растворе «экзоскелет» и замедляющий расслаивание бетонных смесей. [1]

Образование в бетонных смесях «несущего каркаса» позволяет и крупным и мелким заполнителям без труда перемещаться в цементном растворе и не допускать снижения удобоукладываемости смесей

ГОСТ на изготовление самоуплотняющихся бетонов указывает на необходимость их производства квалифицированным персоналом с применением высококачественного оборудования. Именно поэтому такие материалы производятся преимущественно в заводских условиях.

Производство самоуплотняющегося бетона должно отвечать таким требованиям:

• Высокая точность дозирования элементов бетонной смеси до момента подачи в смесительную установку.

• Предупреждение скоплений влаги под зернистым заполнителем в бункере.

• Обязательный контроль уровня влажности применяемого для изготовления бетонной смеси песка.

• Обязательный контроль уровня влажности крупнозернистого заполнителя бетонной смеси.

• Обязательное очищение барабана смесителя и проверка внутреннего объёма барабана до загрузки компонентов, входящих в бетонную смесь.

При возведении неармированных или малоармированных бетонных конструкций строительными компаниями должны применяться высокоподвижные смеси типа SF1. При возведении обычных конструкций без особых требований к прочности следует применять бетонные смеси типов SF2и SF3.

Для изготовления строительных конструкций и изделий с высоким качеством поверхности и для изготовления строительных конструкций малого класса прочности должны использоваться вязкие бетонные смеси VS1, VF1, VS2, VF2.

При возведении вертикально направленных сооружений и конструкций с шагом армирования до 100 мм, должны использоваться легко формуемые бетонные смеси типа PA 1 и PA 2.

При возведении высотных элементов с шагом армирования до 80 мм необходимо использовать устойчивые к расслоению бетонные смеси типа SR1 и SR2.

В РФ исследования свойств и разработка технологий применения самоуплотняющихся бетонов проводятся сотрудниками Южно-Уральского государственного университета. [2]

В этом подразделении университета проводятся исследования по разработке рациональных технологических решений при возведении монолитных строительных конструкций с использованием самоуплотняющихся бетонных смесей. Объектом исследований является самоуплотняющийся бетон стабилизирующего типа с добавками разного рода, предметом исследования — показатели удобоукладываемости и прочности бетонной смеси.

Для установления характера зависимостей параметров удобоукладываемости и прочности применялось математическое моделирование.

При разработке модели значимыми факторами считались:

• включение в бетонную смесь пластифицирующей добавки в размерах 0.8, 1.0, 1.3 процента от массы цемента;

• включение в бетонную смесь стабилизирующей добавки в размерах % 0.05, 0.1, 0.15, 0.3 процента массы цемента.

В роли пластифицирующего вещества исследователями выступала добавка, выпускаемая на основе поликарбоксилатного эфира, в роли стабилизирующей — добавка RheoMATRIX 100. [2]

Добавки созданы и производятся концерном BASF — одним из крупнейших производителей строительной химии

Сотрудниками кафедры проводились исследования удобоукладываемости и прочности бетонной смеси на образцах размером 10 х 10 х 10 см.

После формирования бетонной смеси исследователями кафедры изучались показатели удобоу-кладываемости смеси, затем исследователями формовались без виброуплотнения образцы, которые затем испытывались в камере нормального хранения при заданных температурно-влажностных условиях.

В ходе исследования учеными кафедры изучались такие параметры, как диаметр и общее время расплыва конуса, скорость набора прочности на сжатие в возрасте: одних, трех, семи, четырнадцати и двадцати восьми суток.

Z м

О

-I

м

D CD

< со

о ;

* U

■ 2

to ю

65

СОЁ

о з

s о

ей га О

н

>

а

О и

<и

S I

<и

I

<и Z S

а

Сотрудниками Грозненского университета проводились исследования проблем, связанных с разработкой рецептур самоуплотняющихся бетонов с добавлением модификаторов, улучшающих реологические свойства бетонов и тонкодисперсных минеральных порошков из пород местного происхождения.

В качестве заполнителя исследователями университета использовалась смесь крупного песка Ала-гирского месторождения и мелкого песка Червленского. месторождения. [3]

Коллективом исследователей университета были разработаны оптимальные рецептуры самоуплотняющихся бетонов с резким набором прочности в первые сутки его твердения.

Сотрудниками университета были исследованы цементы различных производителей, из которых выделены наиболее оптимальные для изготовления свмоуплотняющихся батонов — портландцементы ЦЕМ! 42,5Н «Чеченцемент» и «Новоросцемент».

В качестве крупного заполнителя в исследованиях применялся гранитно-диабазовый щебень фракции 5-20 мм.

В качестве химических модификаторов в исследованиях применялись такие добавки:

- SikaViscoCrete 5-600 SK — жидкий суперпластификатор швейцарской компании SIKA, технология производства основана на использовании поликарбоксилатных эфиров,

- Glenium115 жидкий суперпластификатор концерна BASF. [4]

Для повышения связующих качеств цемента исследователями был применен измельченный песок, добываемый на Веденском месторождении кварцевого песка.

Тонкодисперсный минеральный порошок вносился в бетонную смесь в соотношении портландцемент: минеральный порошок 80:20 %.

Сотрудники Кубанского государственного технологического университета Бычков М.В., Удодов С.А. изучают такое перспективное направление технологии СУБ, как разработка легких самоуплотняющихся бетонов, созданных на пористых заполнителях. Использование пористые заполнителей позволяет добиться скорости, простоты и высокого качества укладки бетонной смеси.

Бычковым М.В. и Удодовым С.А. изучены свойства суперпластификаторов компанияй ООО «СИНТЭК», «Зика» и «Эм Си Ба-ухеми» (Германия) на основе поликарбоксилатов. Характеристики пластификаторов изучалась по предельному напряжению сдвига на образцах цементной суспензии, выполненных из трех видов цемента.

С применением каждой добавки заново приготовлялась цементно-водная суспензия с фиксированным значением водоцементного отношения, после этого мини-вискозиметром Суттарда фиксировался диаметр расплыва цементного теста.[5]

На этапе получения экспериментальных легких самоуплотняющихся бетонов исследователями было установлено, что замена тяжелого заполнителя на легкий пористый вызывает расслоение бетонной смеси и приводит к утрате ею стабильности.

Бычковым М.В. и Удодовым С.А. была изучена реологическая стабильность самоуплотняющихся бетонов на заполнителях различной плотности.

В результате проведенных исследований сотрудниками Кубанского государственного технологического университета Бычковым М.В. и Удодовым С.А. установлена закономерность развития склонности СУБ к расслоению от соотношения рзд./рр ,. Рз.д в соотношении — плотность зерна заполнителя, Рр-ра — плотность цементного раствора бетонной смеси. Исследования показало, что чем больше величина рзд./рр ра, отлична от единицы, тем не стабильнее СУБ. Это утверждение одинаково верно для СУБ, изготовленных на пористых и плотных крупных заполнителях.

В качестве крупного пористого заполнителя учеными использовался туф Каменского месторождения, расположенного в Кабардино-Балкарии.

Сотрудниками Кубанского государственного технологического университета Бычковым М.В. и Удодовым С.А. по результатам исследований сформулированы выводы:

1. Набравший необходимую твердость СУБ, выполненный с применением пористых заполнителей, при нагрузке образцов показывает характеристики, аналогичные характеристикам бетонов той же плотности, но выполненных на плотных заполнителях. При размере сжатия в диапазоне 31 — 57 МПа модуль упругости СУБ, выполненных на пористых заполнителях, отклоняется от величины модуля упругости легкого бетона, выполненного обычным способом, на восемь — одиннадцать процентов.

2. На изучаемом отрезке от 31 до 57 МПа прочностей СУБ, приготовленных на легких заполнителях, исследователями получены следующие данные: Ипризм = (0,8-0,91Лж; Иизг = (0,09-0,11) Исж; Ираск = (0,04-0,05) Исж, где Исж — кубиковая прочность на сжатие, Ипризм — при-зменная прочность, Иизг — прочность на растяжение при изгибе, Ираск — прочность на растяжение при раскалывании.

Результаты проведенных исследований показали, что разработанные российскими исследователями технологии и рецептуры производства самоуплотняющегося бетона с заполнителями из местных пород могут быть использованы при возведении монолитных зданий и сооружений.

СУБ — высокотехнологичный материал, свойства которого в значительно большей степени, чем характеристики обычного бетона связаны со свойствами и точностью дозировки материалов, применяемых для его изготовления. Для выпуска высококачественного СУБ с заданными свойствами следует организовать лабораторный контроль сырья и готовой продукции.

Объемы выпуска самоуплотняющихся бетонов в строительной отрасли развитых стран постоянно увеличивается. Так, в Дании размер выпуска самоуплотняющегося бетона приближается к 50 % объема выпуска бетона в стране.

Для организации эффективного применения СУБ в РФ следует учитывать тот факт, что стоимость производства СУБ больше стоимости обычного бетона, применение самоуплотняющегося бетона экономически оправданно там, где нужны высокая производительность, гарантированное проникновение бетона в пространство между арматурой, гладкая поверхность.

Производство СУБ при современном развитии строительной отрасли России сдерживается крайне малой ценой рабочей силы в стране; в себестоимости строительной продукции часть оплаты труда значительно ниже, чем в развитых странах.

Именно по названной причине и в связи с неразвитостью рынка химических материалов для строительной отрасли, в связи с большой стоимостью суперпластификаторов импортного производства, самоуплотняющийся бетон не находит в РФ широкого применения, в отличие от стран Европы и Америки.

В регионах РФ, ведущих интенсивное строительство и имеющих нехватку рабочих, например, в Москве, существует опыт использования самоуплотняющегося бетона. Очевидно, что при подобных объемах строительства и уровне заработной платы строительных рабочих и в других регионах страны технология самоуплотняющегося бетона найдет широкое применение.

Существенным фактором роста объемов выпуска самоуплотняющегося бетона в РФ необходимо считать использование при его производстве мелкофракционных промышленных отходов — золы, отходы камнедробления и других материалов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Калашников В.И. Промышленность нерудных строительных материалов и будущее бе-тонов/ В.И. Калашников /Строительные материалы. 2008. — №3 — С. 20-24. URL : http://rifsm.ru/editions/journals/1/2008/123/ (Дата обращения 25.08.21)

2. Лесовик, B.C. Строительные композиты на основе отсевов дробления бетонного лома и горных пород / B.C. Лесовик, С-А.Ю. Муртазаев, М.С. Сайдумов // Грозный, МУП «Типография», 2012. — 192 с.

Z м

О

-I

м

D CD

< со

о ;

* U

■ 2

to ю

(К и X S

2 к i н

о ц

с

>

0

Z

га и

(U S

1 (U I (U Z S

а

ш

О

X

<

ей

ей О

н

>

а

О и

3. Баженов Ю.М., Демьянова B.C., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны/ Ю.М. Баженов, В.С. Демьянова, В.И. Калашников, — М.: АСВ, 2006 — 289 с. URL: https://elima.ru/books/?id=5449№Ta обращения 25.08.21)

4. Гаркави М.С., Якубов В.И. Отсевы дробления — эффективный способ повышения качества бетонов/ М.С. Гаркави, В.И. Якубов /Строительные материалы. 2006. — №11. — С.13-17 URL : http://www.pgs1923.ru/ru/ index.php?m=4&y=2017&v=11&p=08 (Дата обращения 25.08.21)

5. Бычков М.В., Удодов С.А. Деформационные свойства легкого конструкционного самоуплотняющегося бетона/ М.В. Бычков., С.А. Удодов. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2013. — №2 (29),. -С. URL https://cyberleninka.ru/article/n/deformatsionnye-svoystva-legkogo-konstruktsionnogo-samouplotnyayuschegosya-betona (Дата обращения 25.08.21)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Соргутов И.В., Иванов П.Ю., Крюкова О.В. Применение самоуплотняющихся бетонов в строительстве монолитных зданий и сооружений в РФ. — Системные технологии. — 2021. — № 40. — С. 14—20.

THE USE OF SELF-COMPACTING CONCRETE IN THE CONSTRUCTION OF MONOLITHIC BUILDINGS AND STRUCTURES IN THE RUSSIAN FEDERATION

Sorgutov I.V., Ivanov P.Y., Kryukova O.V.

Perm State Agrarian and Technological University named after academician D.N. Pryanishnikova Abstract. Key words.

In the modern period, the use of self-compacting concrete in the construction of Self-compacting concrete, mineral monolithic buildings and structures is growing annually. Self-compacting concrete powders, chemical modifiers, fraction-is a revolutionary phenomenon in concrete production technology. Self-compacting ated aggregate, quartz powder, high-concrete was developed in Japan in the late 1980s. in order to compensate for the strength concrete, permeability, high-growing shortage of skilled labor in the area of concrete placement and compaction. rise construction, concrete durability, Professor H. Okamura created a new generation of superplasticizing additives for particle size distribution. concrete based on polyacrylate and polycarboxylate to increase the fluidity of the Date of receipt in edition: 11.08.21 concrete mixture. H. Okamura created concrete with a high degree of mobility and Date o f acceptance for printing: low water content. 15.08.21

In the 1990s. self-compacting concrete has been intensively studied by scientists in Western Europe. There are many definitions of self-compacting concrete in the literature, but their essence is the same and is as follows: this is concrete that can spread independently under its own weight without the influence of additional external energy on it, maintaining its homogeneity, and also guaranteeing complete compaction, filling the formwork and encapsulation all reinforcing bars and embedded parts. there are some concrete. The advantages of using self-compacting concretes are the reduction in construction time; reduction in the use of labor resources; increased durability; freedom in design; erection of structures of various configurations; reduction of noise level, safe working conditions for personnel. The article is devoted to the possibilities of using and studying the properties of self-compacting concretes.