Свойства и технология высокопрочного бетона. Сверхвысокопрочный бетон


Свойства и технология высокопрочного бетона

Современное производство строительных материалов

Высокопрочный бетон марок от М600 до М1000 получают на основе высокопрочного портландцемента, щебня не ниже М1200-М1400 и промытого песка. Малоподвижные и жесткие смеси готовят с низкими В/Ц = 0,27-0,45 в бетоносмесителях принудительного действия (так, турбинных). При формовании изделий и конструкций для плотной укладки этих смесей используется интенсивное уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование, сильное прессование. Гораздо облегчают уплотнение суперпластификаторы, не понижающие прочности бетона. Высокопрочные бетоны, будто правило, быстро твердеют. Тем не менее, для ускоренного достижения отпускной прочности бетона в изделиях требуется тепловая обработка, применение которой может проводиться по сокращенному режиму. Новые современные особо быстротвердеющие цементы дают возможность стать без тепловой обработки, поскольку бетон достигает нужной прочности в «естественных» условиях затвердевания при температуре от 20 до 25°С. Вот приведен список проектных марок тяжелого бетона по прочности на осевое растяжение: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40. Высокое сопротивление растяжению требуется для дорожных, аэродромных, гидротехнических и других специальных бетонов. Тяжкий прочный бетон неплохо сопротивляется поверхностному износу. Это в особенности важно важно для цементно-бетонных дорог и полов промышленных зданий. Хорошие защитные свойства бетонов против радиоактивных излучений предопределяют их широкое применение в конструкциях биологической защиты атомных реакторов! Проектные марки тяжелого бетона по морозостойкости: 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500

Технология производства бетона – "сверх высокопрочный бетон" универсальна и ошибкоустойчива и даёт возможность изготавливать разные классы бетона – будто легкие, так и тяжелые, довольно поэкспериментировать с видами заполнителя и пропорциями заполняющего материала. Благодаря технологии «Сверх высокопрочный бетон», подлинно можно создать создание искусства. Если Вам потребуется получить изделие с абсолютным глянцем или же Вы пожелаете добиться эффекта шлифованного камня, однако с необработанными краями, формы «Стройтехник» позволит Вам сделать это! Технология колеровки уникальна и не трудоёмка, этак как не требует никаких специальных приспособлений и последующей доработки изделия. Кроме того, «сверх высокопрочный бетон» имеет весьма высокие физико-технические характеристики – высокая морозостойкость, практически нулевые истираемость и водопоглощение, высокие газонепроницаемость и сопротивляемость проникновению хлоридов. Это лишь отдельный из многочисленных плюсов сверх высокопрочного бетона. Самое главное совершенство данного метода производства бетона – использование обычных дешевых компонентов, применяемых в производстве простого бетона. Это значит, что сырье никогда в жизни не будет для вас дефицитом в любом регионе. Однако и это еще не от мала до велика. Задумайтесь, какие оригинальнейшие декоративно-оградительные конструкции, какие удивительные виды мощения, какие необычные малые архитектурные формы можно создать с помощью сверх высокопрочного бетона.

Сверх высокопрочный бетон - новейший материал класса модифицированных бетонов. Высочайшие показатели физико-механических свойств, подтвержденные результатами испытаний, позволяют использовать Сверх высокопрочный бетон для производства тротуарной плитки, фасадных облицовочных изделий, заборов, бордюров и др. малых архитектурных форм исключительного качества и красоты. Декоративные свойства Сверх высокопрочного бетона Декоративные свойства Бетона других производителейПриведем Вам результаты физико-механических испытаний изделий из Сверх прочного бетона: • Прочность при сжатии от 700 кг/см2 • Прочность на растяжение при изгибе от 70 кг/см2 • Морозостойкость не менее 700 циклов (F700)(Замораживание при -20° С и оттаивание в воде при +20° С) • Водопоглощение 0, 3% • Истираемость менее 0, 2 г/см2

Технология производства высокообжиговых гипсовых вяжущих веществ

Гипсовые вяжущие материалы, воздушные вяжущие материалы, получаемые на основе полуводного сульфата кальция либо безводного сульфата кальция (ангидритовые вяжущие). По условиям термической обработки, а также по скорости схватывания и твердения гипсовые вяжущие материалы делятся на 2 …

Кровельные и гидроизоляционные материалы на битумной основе

Материалы, предназначенные для предохранения конструкций и инженерных сооружений от действия воды, называют гидроизоляционными. В зависимости от применяемого вяжущего гидроизоляционные мате-риалы подразделяют на битумные, дегтевые и полимерные. По способу нанесения их …

Органо-минеральные добавки

Комплексные добавки, получаемые при объединении активных минеральных компонентов и органических модификаторов, называют органоминеральными добавками (ОМД). Использование органоминеральных добавок в бетонах произвело революцию в строительном производстве. Бетоны, в состав которых могут …

msd.com.ua

Коровкин М.О., Янбукова А.Р., Ерошкина Н.А. Опыт и перспективы использования высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов

Коровкин Марк Олимпиевич1, Янбукова Алия Рафаэльевна2, Ерошкина Надежда Александровна31ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент2ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», магистрант3ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент

Korovkin Mark Olimpievich2, Yanbukova Alia Rafaelevna2, Eroshkina Nadezhda Alexandrovna31Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor2Penza State University of Architecture and Construction, Master-student3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Библиографическая ссылка на статью:Коровкин М.О., Янбукова А.Р., Ерошкина Н.А. Опыт и перспективы использования высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/02/78781 (дата обращения: 11.01.2018).

В настоящее время отсутствует единое мнение о границе между высокопрочными и сверхвысокопрочными бетонами. В качестве основного критерия такой границы можно считать прочность бетона самого высокого класса, указанного в нормативных документах. Для строительных норм, действовавших в нашей стране, это класс по прочности на сжатие В100 [1]. Для обеспечения прочностных характеристик этого класса средние значения прочности бетона должны ориентировочно составлять 130 МПа. С учетом того, что нормативные документы фиксируют современный уровень развития техники, можно считать, что указанное выше значение прочности – максимальная прочность, которая может быть достигнута сегодня при промышленном производстве бетона.

В стандарте, действующем в странах Европейского Союза [2] самым высоким классом по прочности на сжатие является С 100/115. При определении прочности на образцах кубической формы ее средние значения для обеспечения данного класса должны ориентировочно составлять 150 МПа. Интересно отметить, что в редакции СНиП, которая действовала в нашей стране с 2004 по 2013 год, самым высоким классом бетона по прочности на сжатии был класс В120 [3]. Средняя прочность бетона для обеспечения этого класса также как и для бетона С 100/115 по стандарту [2] Европейского Союза должна составлять около 150 МПа. Возможно, что снижение класса бетона по прочности с В120 до В100 в новой редакции российских строительных норм [1] связано с более реалистичной оценкой современного уровня развития технологии бетона.

Другим критерием разграничения высокопрочных и сверхвысокопрочных бетонов может служить технологический фактор: сверхвысокопрочный бетон не может быть получен при использовании крупного заполнителя. Исключение из рецептуры бетона крупного заполнителя и снижение максимального размера мелкого заполнителя до значений 0,6 мм позволяет получить более однородную на макроуровне структуру, что наряду с применением высокоэффективных водоредуцирующих и минеральных добавок позволяет получить прочность бетонов 200 МПа и более [4]. Благодаря тому, что в таких бетонах в качестве заполнителя используются только мелкие фракции песка, а для повышения прочности применяется высокоактивная пуццолановая добавка (микрокремнезем), они получили в отечественной научной литературе название «тонкозернистые реакционно-порошковые бетоны» [5].

В зарубежной научно-технической литературе для бетонов, полученных по такой технологии, используется термин реакционно-порошковый (Reactive powder concrete) [4] или ультравысококачественный бетон (Ultra-High Performance Concrete) [6]. Использование в технологии сверхвысокопрочного бетона фибрового армирования позволяет преодолеть основной недостаток этих материалов – высокую хрупкость.

Прочность, долговечность и другие свойства ультравысококачественных бетонов значительно выше, чем у бетонов общестроительного назначения. Однако, несмотря на относительную доступность получения новой разновидности бетонов, у проектировщиков нет ясного представления о том, каким образом преимущества особовысокопрочных бетонов могут быть использованы. Ожидания снижения сечения и массы конструкций оказались на практике неоправданными. Тем не менее, интерес к новому материалу велик и некоторые крупные строительные фирмы совместно с исследовательскими организациями используют особовысококачественный бетон в экспериментальных сооружениях.

Первым сооружением, возведенным с применением реакционно-порошкового бетона, был пешеходный мост в городе Шербрук (Канада). Это экспериментальное сооружение длиною 60 м было построено в 1997 (рис. 1). В проектировании и строительстве принимало участие несколько фирм, а разработка материалов для моста была выполнена в университете Шербрука. Для долговременного мониторинга поведения моста в климактерических условиях Канады была разработана программа, предусматривающая установку различных датчиков для оценки динамического поведения сооружения в течение длительного периода [7].

Рис 1. Пешеходный мост из сверхвысокопрочного бетона (Шербрук, Канада)

Мост в Шербруке был первым сооружением, в котором использовался реакционно-порошковый бетон (см. табл.1). Ежегодные обследования моста показали, что он находится в хорошем состоянии и его характеристики практически не меняются с течением времени [7].

Реакционно-порошковый бетон в некоторых фирмах прошел стадию лабораторных испытаний и находится на этапе опытно-промышленного применения. На основе этой технологии в конце 1990-х годов компанией Lafarge под торговой маркой Ductal было освоено производство ультравысококачественного бетона. Компании Eiffage и Sika совместно производят реакционно-порошковый бетон под торговой маркой BSI/Ceracem® [6]. Из такого бетона было построено несколько пешеходных мостов, характеристики некоторых из которых приведены в табл. 1.

Таблица 1. Опыт применения высокопрочного бетона (по данным [6, 8-16])

Область применения

Место строительства

Год

Прочность бетона, МПа

Характеристики конструкции

на сжатие

при растяжении

Пешеходный мост

Шербрук, Канада

1997

200-350

40

Пространственная ферма из сверхвысокопрочного бетона

Силос для хранения клинкера

Иллинойс, США

2001

220

50

Тонкостенная конструкция цилиндрической формы

Пешеходный мост Seonyu

Сеул, Корея

2002

180

32

Однопролетный мост длиной 120 м, шириной 4,3 м и толщиной верхнего пояса 3 см, изготовлен из высокопрочного бетона Ductal

Sakata Mirai пешеходный мост

Саката, Япония

2002

238

40

Однопролетный мост длиной 50 м, шириной 2,4 м, толщина верхней плиты 5 см

Вантовый мост (виадук) Millau Viaduct

Автомагистраль A75, Франция

2004

165

30

Восьмипролетный мост со стальным дорожный полотном длиной 2460 м, шириной 32 метра и высотой 4,2 метра

Автомобильный мост Shepherds creek

Сидней, Австралия

2005

180

-

4-х полосный мост с тротуаром, размеры моста 15 м × 21 м с 16 балками, поддерживающих железобетонную плиту, отличается легкостью 280 кг / погонный метр для балок и толщиной 25 мм для несъемной опалубки

Взрывоустойчивые панели

Мельбурн, Австралия

2005

160

30

-

Пешеходный мост Papatoetoe

Окленд, Новая Зеландия

2006

160

30

10 пролетный мост с шарнирными опорами длиной 175 м, длина 8 пролетов по 20 м, а остальных 8,2 и 10,2 м. мост состоит из двух сборных сегментов. Толщина платформы моста 50 мм

Пешходный мост Glenmore/Legsby

Калгари, Канада

2007

-

-

53-метровый мост, имеющий 8 полос движения. Мост состоит из двух консольных опор в виде балочной арки, изготовленной из высокопрочного «Ductal» бетона в виде буквы T. Бетонная балка армирована стальной арматурой и стекловолокном и имеет длину 33,6 м и высоту 1.1 м и ширину 3.6 м

Мост Gaertnerplatz

Кассель, Германия

2007

150

35

Сборные решетчатые секции верхнего пояса моста изготовлены из преднапряженного высокопрочного бетона (длина от 12 до 36 м, сечение 30×45 см)

Балочный мост

Айова, США

2006-2008

150

-

Длина моста 35 м. Для изготовления моста использовался фибробетон со стальной фиброй

Бетонные основания для ветряных турбин

Дания

2008

210

24

-

Взлетно-посадочная полоса аэропорта Haneda

Токио, Япония

2010

210

45

Надводная часть пирса аэропорта в виде плиты из высокопрочного бетона, опираемой на стальные балки. Площадь плиты 192 тыс. м2. Свойства бетона – долговечность, солестойкость, низкая проницаемость. Снижение веса конструкции

Мост Whiteman на автомагистрали 24

Брантфорд, Канада

2011

140

30

Поперечные карманы и продольные и поперечные швы между сборными панелями. Соединения между H-сваями и сборными опорами

Канализационные трубы

Германия

2012

151

-

-

Колоны из центрифугированного бетона

Германия

2012

179

-

-

Фермовый пешеходный мост из высокопрочного бетона

Испания

2012

150

Мост через реку Jackpine

Онтарио, Канада

2013

-

-

Совместное заполнение между соседними балками и сборными бордюрами

Деловой центр «Москва–сити»

Москва, Россия

2006-2013

100-120

-

Комплекс сооружений, воздвигнутых к Дню победы

Красноярск-40, Россия

2010

180-200

8-12

-

Значительный прогресс в развитии ультравысококачественных бетонов был достигнут на рубеже нового тысячелетия, когда в практику были внедрены более высокоэффективные суперпластификаторы на основе поликарбоксилатных соединений, упростилась технология высокопрочных бетонов, а также были получены данные долговременных исследований, подтвердивших отсутствие снижения механических свойств и высокую долговечность бетона в различных условиях эксплуатации. Это способствовало расширению области применения высокопрочного бетона, из которого стали изготавливаться тонкостенные особовысокопрочные конструкции.

Кроме того ультравысококачественные бетоны стали производиться на основе промышленных отходов по ресурсо- и энергосберегающим технологиям без тепловой обработки, что также обеспечивает их перспективность применения. С 2000-х годов, некоторые страны участвуют в применении ультравысококачественного бетона (табл.1). Во Франции много конструкций было возведено компанией Lafarge с применением сверхвысокопрочного бетона – мосты, плиты, элементы фасадов [12].

Одним из знаковых сооружений последних лет является мост Мийо́ вантовой системы во Франции с максимальной высотой конструкции 341 м.

В США растет применение высокопрочного бетона в инженерных сооружениях автомобильных дорог[13]. Первый автодорожный мост из высокопрочного бетона в США был построен в 2006 году в штате Айова и представлял собой однопролетный мост с трехбалочным поперечным сечением длиной 33,5 м без применения стальной арматуры (см. рис.2).

Рис. 2. Первый автодорожный мост из высокопрочного фибробетона в штате Айова, США [13]

Высокопрочный бетон использовался в восстановительных целях при укреплении отстойного бассейна на реке Кинсуа-Дэм в США [6, 8]. В Австралии значительное применение высокопрочный бетон нашел при строительстве мостовых конструкций [14]. В Швейцарии ультравысококачественный бетон в основном применяется при изготовлении армированных монолитных конструкций [15]. Опытные образцы мостов и сооружения были построены в Канаде, Германии, Австрии, Японии и Кореи [6, 8, 13]. В Японии был построен пешеходный мост Sakata Mirai из сборного особовысокопрочного железобетона с повышенной стойкостью к деформациям и воздействию ветру, а также стойкостью к перепадам температур.

В Китае ультравысококачественный бетон используется для изготовления конструкций перекрытия кабельных каналов вдоль высокоскоростных железных дорог [16].

Опыт применения высокопрочных бетонов имеется и в России – в г. Москва был возведен комплекс высотных зданий «Москва-Сити» [10], а также комплекс сооружений, приуроченных к празднованию Дня Победы в Великой Отечественно войне в г. Красноярске с прочностью бетона 180-200 МПа [11].

Использование высокопрочного бетона в будущем будет возрастать вследствие его уникальных свойств. Благодаря стойкости к воздействию хлоридов высокопрочный железобетон можно применять при строительстве морских сооружений. Высокая прочность бетона обеспечивает уменьшение сечения и веса конструкций, что позволяет эффективно использовать бетон при строительстве большепролетных конструкций мостов через моря. Высокопрочный бетон также может применяться для восстановления и укрепления морских сооружений, таких как причалы и нефтяные платформы [6, 8]. Благодаря химической стойкости и долговечности конструкции из высокопрочного бетона могут эксплуатироваться в суровых условиях окружающей среды – в соленой воде, в экстремально холодных регионах. Эффективной областью применения бетона может стать строительство и ремонт инфраструктуры. Бетон может использоваться при строительстве зданий и сооружений в сейсмических районах. Колонны и балки из армированного высокопрочного бетона при землетрясении способны рассеивать больше энергии, чем конструкции из обычного железобетона, предотвращая разрушение зданий или сооружений [8]. Бетонная смесь отличается высокой технологичностью, что облегчает работу с ней, время и сроки строительства и позволяет создавать монолитные и сборные элементы. Высокопрочный бетон может повторно использоваться в технологии самоуплотняющихся бетонов в качестве заполнителей и наполнителей.

Несмотря на преимущества, высокопрочный бетон имеет и недостатки, связанные со стоимостью и высоким потреблением энергии. В связи с этим ключевым моментом технологии высокопрочных бетонов является снижение стоимости и повышение экологичности материала. Опыт исследований показывает, что стоимость бетона можно снизить за счет использования рационально подобранного состава смеси, местного сырья и промышленных отходов [6-9, 11]. Наряду со снижением стоимости бетона вовлечение в его производство промышленных отходов снижает вред окружающей среде и повышает его экологические преимущества. Конструкции из высокопрочного бетона вследствие их высокой долговечности обладают высоким сроком службы, что существенно снижает затраты на обеспечение жизненного цикла изделий, по сравнению с обычным бетоном за счет сокращения затрат на ремонт и замену элементов конструкции [8].

На основе вышеизложенного можно отметить, что дальнейшие исследования в области эффективного применения высокопрочных бетонов должны быть направлены на:

- разработку рекомендаций по проектированию и строительству конструкций из высокопрочного бетона;

- разработку гармонизированных стандартов на технические требования и методы контроля свойств высокопрочных бетонов и конструкций из них;

- создание экспресс-методов определения долговечности конструкций из высокопрочного бетона;

- улучшение эксплуатационных свойств – хрупкости, трещиностойкости бетона;

- снижение стоимости бетона.

Вывод:

Особовысокопрочные бетоны обладают высокими деформативно-прочностными характеристиками и долговечностью. Эти материалы могут успешно применяться в высотном строительстве, восстановительных работах, при возведении несущих и архитектурно-декоративных конструкций, при строительстве мостов и других транспортных сооружений. Основные причины, сдерживающие применение высокопрочного бетона связаны с его высокой стоимостью, недостаточным опытом долговременной эксплуатации и отсутствием стандартов.

Библиографический список
  1. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. – М.: ФАУ «ФЦС». – 162 с.
  2. EN 206-1 Concrete – Part 1: Specification, performance, production and conformity.
  3. СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. – М.: ФГУП ЦПП, 2004. – 30 с.
  4. Калашников С.В. Тонкозернистые реакционно-порошковые дисперсно-армированные бетоны с использованием горных пород: Автореф. … дис. канд. техн. наук. – Пенза, 2006. – 22 с.
  5. Richard P., Cheyrezy M.H. Reactive powder concrete with high Ductility and 200-800 MPa compressive strength // Concrete technology: Past, Present, and Future, Proceedings of the V. Mohan Malhotra Symposium, ACI SP-144, S. Francisco, 1994. P. 507-518.
  6. Abbas S., Nehdi M. L., Saleem M. A. Ultra-High Performance Concrete: Mechanical Performance, Durability, Sustainability and Implementation Challenges // International Journal of Concrete Structures and Materials. 2016. Vol. 10, No. 3. P. 271–295.
  7. Айчин П.-К. Первое сооружение из сверхпрочного бетона 15 лет спустя // Бетон и железобетон – взгляд в будущее: Науч. тр. III Всерос. (II Международной) конференции по бетону и железобетону: в 7 томах. 2014. Т.7. С.7-14.
  8. Gu C., Ye G., Sun W. Ultrahigh performance concrete-properties, applications and perspectives // Science China Technological Sciences. 2015. Vol. 58, Issue 4. P. 587-599.
  9. Aitcin, P. C. High-performance concrete, London: E&FN SPON, 1998. – 591 p.
  10. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И. и др. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 9-13.
  11. Суздальцев О.В., Калашников В.И. Высококачественные архитектурно-декоративные порошково-активированные бетоны нового поколения на основе отходов камнедробления горных пород // V Международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей: сборник докладов. – СПб.: Издательство «АлитИнформ», 2015. С.63-73.
  12. Resplendino J., Toutlemonde F. The UHPFRC revolution in structural design and construction // Proceedings of International Symposium on Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete. Marseille, 2013. p. 791-804.
  13. The Federal Highway Administration. Ultra-High Performance Concrete: A State-of-the-Art Report for the Bridge Community, Publication No. FHWA-HRT-13-060, McLean, VA 22101-2296, 2013.
  14. Cavill B., Chirgwin G. The world’s first RPC road bridge Spepherds Gually Creek bridge, NSW // Proceedings of Fifth Austroads Bridge Conference. Hobart, Australia, 2004.
  15. Bruhwiler E., Denarie E. Rehabilitation of concrete structures using ultra-high performance fiber reinforced concrete // Proceedings of Second International Symposium on Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete. Kassel, 2008. P. 895-902.
  16. Gu C., Zhao S., Sun W., et al. Production of precast UHPFRC pavement cover plates in high-speed railway construction / In Proceedings of International Symposium on Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete. Marseille, 2013. P. 463-470.
Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Ерошкина Надежда Александровна»

web.snauka.ru

Железобетон для строительства высоток | Деловой квартал

За последнее время высотные здания заметно «подросли». Высочайший небоскреб мира в Тайбее, построенный в 2004 году, вознесся на 508 м (101 этаж плюс шпиль). Своим ростом атланты последнего поколения обязаны железобетону. Высота подъема бетонной смеси достигла 455 м. Железобетон для строительства преодолел рубеж прочности в 100 МПа.

СОСТАВЛЯЮЩИЕ УСПЕХА

Железобетон постоянно совершенствуется. С середины прошлого века ведется активная работа по созданию модифицированных бетонов. Развитие материала связано с возрастающими требованиями к строительным конструкциям: во всем мире шло широкомасштабное строительство высотных зданий. На смену стали, занимавшей долгое время лидирующие позиции, пришел железобетон. Его универсальность предоставляет архитекторам неограниченную свободу творчества, позволяя реализовать любые конструктивные схемы и объемнопланировочные решения, добиваясь при этом исключительно низкой деформативности. Одно из главных преимуществ железобетонных конструкций повышенная огнестойкость, что особенно важно для многоэтажных строений. Железобетон способен сохранять несущую способность в условиях пожара в течение 4 часов. Бетон оказывает пассивирующее воздействие на арматуру, защищая ее от огня и коррозии, благодаря чему арматурная сталь десятилетиями сохраняет свои свойства. В отличие от стальных «коллег», железобетонные конструкции не нуждаются в периодическом обновлении защитных покрытий. Добавим, что бетон обладает уникальной способностью со временем улучшать свои свойства. Годы эксплуатации лишь повышают прочность бетонных и железобетонных конструкций.

НЕТ ПРЕДЕЛА СОВЕРШЕНСТВУ

Специфика высотного строительства предъявляет к бетону повышенные требования. Бетонная смесь должна сохранять подвижность во время транспортировки, подъема бетононасосом на требуемую высоту и укладки. Необходимо обеспечить регулируемую схватываемость бетонной смеси и ранний набор распалубочной прочности бетона, в том числе при зимнем бетонировании (для перекрытий 80% от требуемой по проекту, для колонн 5060%) (диаграмма 1). Бетон должен быть коррозионностойким, морозостойким, водонепроницаемым, долговечным. Класс прочности не ниже В45.

Историческая справка

Материалы, близкие современному бетону, появились в глубокой древности. В качестве вяжущего вещества использовались жирная глина, гипс и известь. Серьезным достижением в истории бетона стало изобретение в Древнем Риме гидравлического вяжущего романцемента, сырьем для которого служили известняковые и магнезиальные мергелевые отложения. Тогда же в качестве заполнителей начали использовать пемзу, туф, вулканический пепел. Для улучшения качества бетонной смеси использовались пуццолановые добавки. Началом эры современного бетона считается создание в 1824 году более совершенного гидравлического вяжущего портландцемента. В 1849 году был изобретен новый композитный материал железобетон.

На протяжении последних 50 лет изобретение различных комплексных модификаторов и суперпластификаторов коренным образом повлияло на технические и строительно технологические характеристики.

На рубеже 1940-1950-х годов для улучшения удобоукладываемости бетонной смеси стали применять пластифицирующие добавки на органической основе. При правильной дозировке они без ущерба для прочности и увеличения водоцементного отношения делали бетонную смесь более подвижной. При этом количество дефектов в бетонных и железобетонных конструкциях резко снижалось.

В высотном строительстве единственная альтернатива высокопрочному бетону это сталь, дороговизна которой стала притчей во языцех. При возведении высоток со стальным каркасом расход стали колеблется в пределах 170240 кг на кв. м. Высокопрочный железобетон для строительства гораздо экономнее. Его расходная ведомость включает 40 85 кг стали и около 1 куб. м бетона на 1 кв. м площади.

Возведение арматурных каркасов для вертикальных несущих конструкций здания. Железобетон для строительства

Сейчас стоимость товарного бетона высокой прочности (В45В50) составляет около $100 за куб. м. Разумеется, сверхвысокопрочный бетон дороже, но ненамного.

Пока в России заказы бетонов прочностью выше В60 производители относят к разряду экстраординарных. Для активизации производства сверхпрочных материалов проектировщикам следует смелее применять новые возможности при разработке высотных зданий и других объектов. Однако решающее слово остается за инвестором, в задании которого должно быть предусмотрено применение конструкционных материалов новейшего поколения.

С увеличением объемов строительства обострилась проблема зимнего бетонирования. Появились противоморозные добавки, обеспечивающие нормальное твердение бетонной смеси при отрицательных температурах, и модификаторы структурообразующего действия, позволяющие бетону воспринимать большие напряжения с учетом попеременного замораживания и оттаивания.

Революционный прорыв в модификации бетонов произошел с появлением суперактивной добавки микрокремнезема. Чудодейственное вещество было получено в ходе борьбы за экологию. Раньше микрокремнезем тонкодисперсный аморфный оксид кремния (SiO2), побочный продукт производства ферросилиция, улетучивался из труб металлургических заводов.

Обычный портландцемент на 6366% состоит из оксида кальция и на 2124% из оксида кремния. При введении микрокремнезема в химическом составе цемента увеличивается содержание оксида кремния в активном состоянии, который за счет своей тонкой дисперсности (частицы микрокремнезема в 100 раз меньше частиц цементного клинкера) кардинально меняет пористую структуру цементного камня, существенно повышая его плотность. Модифицируя химический состав и физическое строение цементного камня, микрокремнезем улучшает его структурномеханические свойства: получается материал небывалой прочности, с плотной стабильной структурой, не подверженный перекристаллизации. Учитывая медленное распространение современных модифицирующих добавок в российской строительной практике, сложно говорить о широком ассортименте продукции различных производителей. Пальму первенства по инновациям держит НИИЖБ, реализующий собственные разработки; на лидирующие позиции на рынке претендует компания «Полипласт» (Россия). Среди зарубежных производителей можно выделить фирму LAFARGE cement, корпорацию SIKA (Швейцария), компанию MAPEI (Италия).

ПРОЧНОСТЬ: СМЕНА ПРИОРИТЕТОВ Возведение вертикальных несущих конструкций из монолитного железобетона Диаграмма 1. Кинетика твердения бетонов классов B50, B60, B Прочность бетона зависит от трех факторов: активности цемента и водоцементного отношения, определяющих прочность цементного камня, а также от качества заполнителей. Высокая активность цемента достигается за счет тщательной подготовки сырьевой массы, четкого соблюдения требований к условиям проведения обжига и режиму охлаждения, а также высокой тонкости помола клинкера. Водоцементное отношение (В/Ц) выражает связь прочности и пористости структуры материала. Для гидратации цемента и химического соединения цементного камня с заполнителем достаточно показателя В/Ц = 0,2. Однако для обеспечения подвижности и удобоукладываемости бетонной смеси его повышают до 0,40,6. Испарение несвязанной воды приводит к образованию пор, трещин и других дефектов, что негативно сказывается на качестве бетона. При стандартной технологии приготовления бетонной смеси максимальная прочность цементного камня варьируется в пределах 300500 кг/кв. см. Увеличение прочностных характеристик достигается за счет внесения известкового (прочность 800 кг/кв. м) или гранитного (прочность 12001400 кг/кв. м) щебня. Однако большое содержание щебня делает бетонную смесь слишком жесткой и трудноукладываемой. Изза несовершенства технологии прочность стандартного бетона ограничена классом В60, что и отражено в СНиП 2.03.0184 «Бетонные и железобетонные конструкции». С применением модификаторов полифункционального действия ситуация изменилась. В последнее время сотрудниками НИИЖБ получены литые мелкозернистые бетоны с прочностью 1200 кг/кв. см (класс В90В100). В высокопрочных бетонах последнего поколения главную роль играет цементный камень, сцепление которого со щебнем настолько велико, что при испытании контрольных образцов разрушение происходит по граниту. Основную нагрузку воспринимает цементный камень, прочность которого достигает 16002000 кг/кв. см. По сути, присутствие крупного заполнителя в этих бетонах теряет смысл, в то время как применение измельченного щебня обеспечивает однородность смеси и стабилизацию ее свойств.

Возведение многоэтажных зданий с каркасной конструктивной схемой позволяет не только экономить материалы, но и добиваться большей планировочной свободы На прочностные и строительно-технологические характеристики бетонной смеси большое влияние оказывают культура и автоматизация производства, а также качество заполнителей. По европейским нормам, песок и щебень должны быть сухими, очищенными от примесей и фракционированными, причем дозировка отдельных фракций должна производиться автоматически, так же как и подача воды, осуществляемая под давлением из многих точек по периметру смесителя. Среди отечественных заводов производителей, освоивших выпуск бетонных смесей с классом прочности В80, можно отметить ЗАО «Ингеокомпром», ОАО «ССБ ЖБИ17», ООО «СпецГрупп», ОАО «МИБ», 000 «Гарантстрой», 000 «Экобетон», ООО «Кромтранст».

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ КАЧЕСТВА комментарий производителя Елена Груздева, генеральный директор бетонного завода «000 СпецГрупп» На нашем предприятии действует жесткий лабораторный контроль всех входящих материалов, в том числе и заполнителей. Не скрою, раньше бывали случаи возврата целых машин. Однако поставщики быстро подтянулись, и сейчас карьерная продукция в целом отвечает нашим требованиям. Правда, качественные заполнители стоят недешево и нуждаются в бережном отношении. Процесс производства бетонной смеси осуществляется на итальянском компьютеризированном оборудовании. Подробная информация о замесе распечатывается и хранится в архиве. Таким образом, несанкционированное изменение рецептуры полностью исключается.

Устройство монолитной фундаментной плиты по свайному полю. Железобетон для строительства

Автоматизация технологических процессов и сквозной контроль качества позволяют нам выпускать в нормальном рабочем режиме товарный бетон класса В55 (морозостойкость F300, водонепроницаемость W16), а по специальным заказам бетонные смеси класса В80.

Высокопрочные модифицированные бетоны Reactive Powder Concrete с максимальными прочностными показателями до 2000 кг/кв. см имеют и другое название: High Performance Concrete бетоны с высокими эксплуатационными свойствами. Модификаторы полифункционального действия не только обеспечивают высокую прочность, но и повышают коррозионную стойкость и долговечность, снижая при этом газо, водопроницаемость и деформативность. Высокопрочным бетонам, в частности для высотного строительства, могут быть заданы специфические свойства. Бетон перемещается бетононасосами на большую высоту, и за это время в нем не должно произойти водоотделение или расслаивание. Для этого необходимы высокоподвижные смеси, которые изначально обладают ярко выраженной тиксотропностью, т.е. свойствами вязкой жидкости, что особенно важно при использовании в несущих конструкциях с очень насыщенным армированием. Бетон должен свободно затекать в опалубку, полностью заполняя бетонируемое пространство, не оставляя пустот и каверн, без необходимости в стандартном виброуплотнении. В условиях повышенной густоты армирования также незаменимы самоуплотняющиеся (самовыравнивающиеся) бетонные смеси, производство которых основано на обеспечении непрерывной гранулометрии всех компонентов, при которой смеси включают цемент с определенным размером частиц и по две или более фракции песка и щебня.

Структура разлома образца прочностью 118 МПа Для высотного строительства также необходим высокопрочный бетон с компенсированной усадкой. Напомним, что усадкой называют свойство бетона уменьшаться в объеме при твердении в обычной воздушной среде. Различают пластическую (физическую) и непластическую (химическую) усадку. Первая происходит в результате испарения несвязанной воды, высокопрочные бетоны изза низкого водоцементного отношения практически ей не подвержены. Вторая является следствием уплотнения некоторых компонентов цементного камня, компенсировать которые способны кристаллы эттрингита (гидросульфоалюмината кальция). Однако образование эттрингита при гидратации цемента сложно контролировать. Проблему решает применение органоминерального модификатора полифункционального действия эмбэлита. Материал включает в различных сочетаниях конденсированный микрокремнезем, золуунос и расширяющий компонент. Благодаря ему в цементном камне образуются стойкие и прочные кристаллы высокодисперсного эттрингита, которые тесно вплетаются в гидросиликаты кальция и прирастают к поверхности цементных зерен.

Новые композиционные продукты плотностью 750800 кг/куб, м состоят из гранулагрегатов, образованных ультрадисперсионными частицами микрокремнезема или их смесью с золойуносом в затвердевшей адсорбционной оболочке из суперпластификатора и регулирующих твердение добавок.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ Устройство монолитной фундаментной плиты по свайному полю Известно, что гидратация цемента сопровождается выделением тепловой энергии. В небольших конструкциях тепло быстро рассеивается и не вызывает разогрева бетона. Однако при непрерывном бетонировании значительных объемов температура в толще конструкций достигает 90°С и более (диаграмма 2). В ходе неравномерного остывания неминуемо растрескивание бетонного массива. Поэтому для них разрабатываются специальные технологические регламенты по заливке и уходу.

комментарий специалиста Андрей Шейнфельд, директор Центра модифицированных бетонов НИИЖБ, к.т.н.

Задача снижения тепловыделения при бетонировании может быть решена за счет снижения количества портландцемента на кубометр бетонной смеси. Для получения 1 куб. м рядового бетона класса В50 необходимо не менее 500 кг цемента. Целенаправленное введение комплексного модификатора позволяет снизить расход цемента до 330 кг/куб, м. Кроме того, при замене чисто клинкерного портландцемента ПЦ500Д0 на ПЦ500Д20 с 20-процентным содержанием молотого шлака количество клинкера составит 260280 кг/куб, м. Таким образом, температура разогрева составит 60 °С. Кроме того, необходимо обеспечить такой режим твердения бетона, при котором разность температур на поверхности и в ядре плиты составит не более 25 °С, а скорость остывания бетона не превысит 2°С в сутки. Выполнение этих требований возможно двумя путями. Во-первых, равномерность остывания частично обеспечит модификатор, содержащий высокоактивные пуццоланы, тепловыделение в которых начинает интенсивно протекать через 24 часа, тогда как пик разогрева клинкерного цемента наступает через 12 часов. Таким образом, температура остывающего бетона выравнивается за счет пуццолановой реакции. Во вторых, поддержание определенной температуры бетона может обеспечить уход за конструкцией.

Возведение многоэтажных зданий с каркасной конструктивной схемой. Железобетон для строительства

В высотном строительстве остро стоит вопрос снижения веса конструкций. Существуют разные способы решения этой проблемы. Один из них предусматривает применение в горизонтальных конструкциях (балках, ригелях, плитах перекрытий) высокопрочных бетонов на легких пористых заполнителях из отходов производства и переработанных вспученных глин и глинистых сланцев. При плотности легких бетонов 1800 кг/куб, м, а тяжелых 2400 кг/куб, м в железобетонной конструкции достигается 600килограммовое снижение веса.

В нашей стране ведется активная исследовательская работа в области легких бетонов. Так, в НИИЖБ спроектированы легкие высокоподвижные и литые бетонные смеси прочноcтью класса до В60 на керамзитовом гравии, производимые Новочебоксарским ДСК. Кроме того, успешно прошли лабораторные испытания контрольные образцы, изготовленные из бетона на пористых шлаковых заполнителях. При использовании бетонов различной прочности в монолитных многоэтажных зданиях необходимо обеспечить прочность технологических швов, которые образуются изза перерывов в бетонировании и между разными классами бетонов в одной плоскости, а также жесткость узлов и сопряжений между вертикальными и горизонтальными конструкциями, такими как колонны и ригели. Чтобы максимально уменьшить или даже вовсе исключить негативное влияние холодных швов, образующихся при поэтапном бетонировании, границы технологических блоков назначают либо в продольном направлении (вдоль рабочей арматуры), либо в зоне нулевых моментов. Кроме того, швы дополнительно усиливают арматурой. Сейчас во всем мире отрабатывается технология бесшовного бетонирования в одну захватку.

По действующему на территории нашей страны законодательству, если в проекте заложено применение бетонов, не предусмотренных нормативными документами, то производство таких бетонов и их укладка должны проходить в соответствии с техническими условиями, рекомендациями и технологическими регламентами специализированных научных организаций, таких как НИИЖБ.

Возведение арматурных каркасов для вертикальных несущих конструкций здания. От качества армирования во многом зависит надежность конструкций комментарий специалиста Сергей Лахман, генеральный директор института «Горпроект», к.э.н.

В процессе проектирования высотных зданий решается комплекс инженерных вопросов. Применение высокопрочных бетонов и уникальных технологий бетонирования массивных конструкций, использование специального лифтового оборудования, комплексные энергосберегающие решения ограждающих конструкций и инженерных систем здания вот лишь малая толика задач. Применяя инновационные решения, инвестор и проектировщик стремятся сделать проект максимально эффективным. В высотках существенную долю площади занимают несущие элементы (ядражесткости, колонны, пилоны). Если соотношение полезной (реализуемой) площади к суммарной площади ядра и колонн, шахт коммуникаций, вспомогательных помещений составляет, например, менее 65/35, то проект может утратить инвестиционную привлекательность. Таким образом, каждый квадратный сантиметр, отвоеванный у массивных вертикальных конструкций, помноженный на количество, скажем, колонн и этажей, превращается в метры дорогостоящей коммерческой площади.

АРМАТУРА: БОРЬБА ЗА РАВНОПРАВИЕ

Не стоит забывать, что железобетон композитный материал, в котором успешное партнерство бетона и стальной арматуры обусловлено выгодным сочетанием физикомеханических свойств этих материалов. Арматура выполняет в железобетонных конструкциях двойную функцию: воспринимает растягивающие усилия в растянутых зонах и усиливает бетон в сжатых зонах.

В высотных зданиях основную нагрузку воспринимают сжатые элементы: ядро жесткости, колонны и др., которым приходится воспринимать и изгибающие нагрузки, вызываемые, в частности, случайными эксцентриситетами и боковыми нагрузками. Применение высокопрочных бетонов позволяет уменьшить армирование конструкций, работающих на сжатие. Однако использование стандартной арматуры в сочетании с высокопрочным бетоном приводит к чрезмерно густому армированию. Эта проблема решается, с одной стороны, за счет повышения подвижности бетонной смеси, уменьшения размеров фракции щебня и использования мелкозернистых бетонов. С другой стороны, рабочая арматура должна соответствовать высокой несущей способности бетона, следовательно, при возведении высотных зданий особую актуальность приобретает применение высокопрочной арматурной стали нового поколения.

Перевязка рабочей арматуры в горизонтальных конструкциях. Хорошо видны перехлесты арматуры, идущей в различных направлениях Зависимость количества арматуры в вертикальных несущих конструкциях от класса бетона и высокопрочной стали Следует подчеркнуть, этот материал производится по специальной технологии и характеризуется пониженным содержанием углерода, что обеспечивает прекрасную пластичность в сочетании с высокой прочностью (более 500 МПа). В России в последнее время в связи с усложнением архитектурно-строительных задач сохраняется тенденция повышения класса арматуры. В высотном строительстве в качестве рабочей используется преимущественно арматура с повышенным расчетным сопротивлением А500С, А1000С (по новой классификации) и выше. При возведении колонн и других сжимаемых конструкций применение высокопрочной арматуры обеспечивает существенную экономию стали и упрощает армирование. Заметим, что идея экономии арматуры имеет серьезные ограничения, вызванные прежде всего соображениями безопасности. В железобетонных перекрытиях, работающих на изгиб, основную нагрузку воспринимает рабочая арматура. Вместе с тем в верхней, сжатой зоне сечения балок и на приопорных участках можно заложить арматуру меньшего диаметра. Однако на практике, как правило, предусматривают сквозное армирование арматурой, принятой для растянутой зоны. Такой подход позволяет исключить вероятность прогрессирующего разрушения.

Читайте также:Строительные материалы

Смотрите также:

delovoy-kvartal.ru


Смотрите также