Самоуплотняющиеся бетоны
Самоуплотняющиеся бетоны
Самоуплотняющиеся бетоны впервые были разработаны в Японии в начале 1980-х годов, ныне они применяются во многих странах наряду с вибрированным бетоном как при строительстве зданий и сооружений, так для ремонтных работ.
Преимущества самоуплотняющихся бетонов (СУБ) определяются многими показателями, но основными являются: высокая однородность бетона, уложенного в густоармированные конструкции и при сложных очертаниях опалубки, меньшие трудозатраты (как на стадии укладки смеси, так и при финишной обработке поверхностей), отсутствие необходимости в дорогом вибрационном оборудовании, ускорение темпов бетонных работ и снижение шума на стройплощадке (это имеет большое значение при строительстве в городской среде, особенно в ночное время).
Состав самоуплотняющейся бетонной смеси позволяет достичь более высокого качества поверхности конструкций. Высокое качество поверхности важно для любых конструкций, и особенно для изготавливаемых из архитектурного бетона.
СУБ при укладке свободно протекает в наиболее стесненные участки опалубки, благодаря чему по толщине или высоте конструкции он становится намного более однородным по сравнению с обычным бетоном. Прочность бетона в контрольных образцах будет аналогична прочности бетона конструкции. Этот показатель самый важный, так как повышение однородности бетона конструкции или изделия приводит к повышению их эксплуатационных характеристик.
При использовании СУБ для бетонирования перекрытий, как правило, отпадает необходимость применения выравнивающих материалов перед укладкой полов.
Проектирование состава СУБ имеет своей целью получение смеси с высокой подвижностью или текучестью. Но если в пластическом состоянии СУБ сильно отличаются от обычных бетонных смесей по реологическим характеристикам, то в затвердевшем виде эти различия не существенны. СУБ приготавливается из тех же составляющих материалов, что и обычные бетоны, но с определенной спецификой, касающейся гранулометрии заполнителей, тонкодисперсных минеральных компонентов, а также видов химических добавок.
Обычно публикации построены по принципу сравнения основных свойств СУБ в пластическом и затвердевшем состоянии с аналогичными характеристиками обычных бетонов, в частности: прочность на сжатие и растяжение, деформативные свойства (модуль упругости), ползучесть, усадка, коэффициенты температурного расширения, сцепление с арматурой и со старым бетоном в рабочих швах, пожаростойкость и т. п.
Ниже даны сведения о строительных характеристиках СУБ, полученные из некоторых зарубежных публикаций.
При выборе вяжущих для СУБ прочность на сжатие, как правило, не является определяющим параметром. Тонкодисперсные материалы в смеси с цементом образуют не только достаточно прочную матрицу для надежного скрепления крупного заполнителя, но и вносят свой вклад в стабилизацию смеси и ее сопротивлению сегрегации.
Проектирование составов СУБ ориентировано обычно на обеспечение его реологических характеристик в пластической стадии. При этом показатели прочности на сжатие, как упоминалось выше, выполняются автоматически благодаря технологическому ограничению величины водо-вяжущего отношения (как правило, не выше 0,5–0,55) и достаточно высокому расходу цемента на единицу объема бетона. Американский стандарт ACI 237R регламентирует расход цемента принимать не ниже 386 кг/м3, а рекомендации Европейской организации по готовым бетонным смесям (ERMCO) — не ниже 380 кг/м3.
СУБ очень чувствительны к малейшим отклонениям содержания составляющих бетонной смеси, а 2–3 литра добавленной воды могут увеличить расплыв смеси на 50–70 мм. Для СУБ обычно применяют сильные водоредуцирующие добавки на основе поликарбоксилатов (ПКК), а также стабилизирующие (водоудерживающие).
Помимо упомянутых, другие виды добавок в зависимости от условий применения могут использоваться для модифицирования свойств СУБ так же, как водоредуцирующие, обычные и суперводоредуцирующие ускорители и замедлители схватывания, ингибиторы коррозии, противоусадочные, добавки-красители и т. д.; также может вводиться фибра. Во всех случаях применение этих добавок рекомендуется только после испытаний, проводимых на стадии подбора составов смеси.
СУБ в пластическом состоянии может транспортироваться тем же способом, что и обычные бетоны.
Применение СУБ вызывает необходимость использования более прочной и более плотной опалубки, поскольку давление смеси на опалубку в этом случае будет выше, чем в случае с обычной бетонной смесью.
Основным требованием, предъявляемым к СУБ для изготовления сборных железобетонных изделий, является обеспечение проектной прочности на ранней стадии для выдерживания параметров производственного цикла. Требования по обеспечению реологических характеристик должны учитывать время транспортирования и доставки, а также степень насыщения конструкции арматурой и сложность очертания опалубки. В заводских условиях требование для СУБ в части сохранения подвижности могут быть ограничены тридцатью минутами, т. е. возможно применение смесей с достаточно быстрым схватыванием и темпом набора прочности. Эти требования выполняются через соответствующее проектирование составов СУБ и включение в технологический цикл тепловой обработки, которая применяется точно так же, как и для обычного бетона, с регулированием уровня температуры изометрического прогрева.
Обычно, на заводах сборного железобетона разрабатываются производственные составы для каждого вида изготавливаемого изделия, которые затем корректируются по мере необходимости.
Вибрации смеси следует избегать
Темп набора прочности полностью одинаков как при нормальном твердении, так и с применением тепловой обработки.
Для оценки поведения бетона в конструкции важны многие его строительные характеристики, но нередко определяется лишь одна из них — прочность на сжатие. Обычно СУБ поставляются лишь с указанием класса по прочности на сжатие. В проведенных исследованиях и в практике применения прочность на сжатие СУБ составляла от 30 до 90 МПа.
Прочность СУБ на растяжение следует принимать такой же, как и у ОВБ (при одинаковом классе на сжатие), поскольку объем растворной составляющей (цемент+мелкий заполнитель+вода) составляет соответственно 65% - у СУБ, и 55% - у ОВБ, что в указанных пределах особо не влияет на прочность при растяжении.
Знание прочности СУБ на растяжение важно при оценке момента образования трещин изгибаемых как обычных, так и предварительно напряженных элементов, для расчета противоусадочной арматуры, построения расчетных диаграмм «момент — кривизна», а также при расчете неармированных покрытий и фиробетонных конструкций. Знание прочности на растяжение необходимо также для оценки зоны анкеровки арматуры в преднапряженных железобетонных элементах, а также для оценки величины «втягивания» арматуры при отпуске натяжения. На этих участках конструкции трещины должны быть исключены.
Из-за большего процентного содержания раствора в СУБ его модуль упругости несколько ниже, чем у обычного вибрированного бетона (ОВБ). Это обстоятельство диктует необходимость более тщательного контроля напряжений в бетоне, особенно для преднапряженных изделий.
Поскольку СУБ в пластичном состоянии обладает более высокой подвижностью, то обеспечивается лучшее его сцепление с арматурой.
По сопротивлению огню СУБ не уступает ОВБ.
Весьма эффективным является введение в состав СУБ полипропиленовой фибры, которая, расплавляясь под воздействием огня, образует пустоты, через которые выходит избыточный водяной пар, благодаря чему снижается риск выкрошивания поверхности. Расплав этой фибры впитывается в состав цементной матрицы.
Долговечность в части коррозии бетона напрямую связана с качеством его поверхности, через которую проникают агрессивные ингредиенты: углекислый газ, хлориды, сульфаты, щелочи и т. п. Долговечность зависит от выбора материалов, состава бетона и не в последнюю очередь от контроля качества производства работ при укладке бетонной смеси, а также финишных операций и последующего ухода за бетоном в процессе его твердения.
Трудность уплотнения бетона при применении вибрации в сложных участках конструкции - одна из причин разработки СУБ. Зоны действия вибраторов распространяются неравномерно по сечению конструкции, и массив бетона в ней представляет собой гетерогенную систему с разной плотностью в зависимости от расстояния до источника вибрации.
Все эти факторы увеличивают проницаемость бетона под воздействием агрессивных ингридиентов.
Ползучесть и усадка СУБ — характеристики, которые чрезвычайно важны для учета при расчете предварительно напряженных изделий.
Ползучесть бетона влечет за собой увеличение прогибов с течением времени, потери предварительного напряжения арматуры и нежелательное, в ряде случаев, перераспределение напряжений в конструкции. Усадка ведет к короблению конструкции, особенно при несимметричном армировании сечения.
Выводы, которые были сделаны в результате испытаний, показывают, что необходимы дальнейшие исследования, прежде чем рекомендовать широкое применение СУБ для изготовления сборных преднапряженных мостовых балок и других изделий и конструкций, к которым предъявляются высокие требования.
Испытания цилиндрических образцов на многократно повторную нагрузку показали, что циклическая (усталостная) прочность СУБ несколько ниже, чем у ОВБ. При одинаковой прочности СУБ и ОВБ морозостойкость СУБ оказалась несколько ниже, чем ОВБ.
В2008 г. был принят Европейский стандарт EN 206-9, установивший требования к реологическим характеристикам самоуплотняющейся бетонной смеси (в дополнение к тем, которые определял основной стандарт на бетоны EN 206-1 «Бетон. Технические требования, производство и контроль качества» в редакции2000 г.). В настоящее время стандарт ЕN 206-9 включен в текст пересматриваемого стандарта prEN 206:2011, где СУБ посвящено несколько параграфов, касающихся, главным образом, определения реологических характеристик.
Европейский стандарт prEN 206:2011 (в проекте редакции 2011 года) определяет самоуполотняющиеся бетоны как «способные в пластическом состоянии течь и уплотняться под действием собственного веса, заполнять опалубку с установленной арматурой, каналы, боковые полости и т. д., сохраняя при этом гомогенность смеси».
В США самоуполотняющиеся бетоны активно начали применять с 2000 г. (в основном для производства сборных железобетонных изделий). Сегодняшний объем производства сборных железобетонных изделий из СУБ в США оценивается не менее чем 6 млн м3 в год (20% от общего объема).
Новые заводы по производству сборного железобетона в США в основном ориентированы на применение технологий СУБ. В среднем по европейским странам доля применения СУБ занимает 5–8% общего объема применяемого бетона. Есть отдельные примеры применения СУБ и в России.
В мостостроении СУБ в виде бетонной смеси класса В60 с подвижностью около 25–27 см был использован во Владивостоке при бетонировании фундаментной части опор вантового моста на острове Русский, а также при сооружении опорных частей пилонов моста Акаши Кайко в Японии (введен в эксплуатацию в1995 г.) и анкерных блоков, в которых закреплены ванты моста, поддерживающие пролетное строение (центральный пролет моста —1953 м, что является рекордом в мировой практике мостостроения).
Выдающимся примером успешного применения СУБ является также строительство небоскреба «Буржи Дубай» в Дубае (сдан в эксплуатацию в декабре2009 г.). Полная высота небоскреба —828 метров— более чем на300 метроввыше самого высокого небоскреба на Тайване (см. «Строительная газета», №5 от 3 февраля2012 г.).
Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что самоуплотняющиеся бетонные смеси являются качественно новым видом бетона, призванным сыграть существенную роль в совершенствовании технологии бетонных работ. Однако его реологические характеристики довольно чувствительны к изменению расхода составляющих материалов (даже незначительному в отдельных случаях). Поэтому при применении СУБ в строительстве ответственных зданий и сооружений необходимы адресные подборы составов СУБ — с учетом требований, предъявляемых к бетону, к конструкции и технологии производства работ. Следует особое внимание уделить уточнению строительных характеристик СУБ: ползучести, усадке, выносливости, морозостойкости и т. д., которые согласно проведенным исследованиям могут быть ниже, чем у ОВБ.
С. А. Подмазова, к. т. н., ведущий научный сотрудник
НИИЖБ им. А. А. Гвоздева
Литература
1. Европейский стандарт (проект) EN 206:2011 «Бетон. Технические требования, производство и контроль качества». СEN TC 104.2011.
2. Chazi F. and others. New Method for Proportioning Self Consolidating Concrete Based on Compressive Strength Requirements. ACI Material Journal vol. 107, № 5.
3. Engineering the World Tallest — Burj-Dubai. Council onTallBuildingsand Urban Habitat. 2010.
4. Bozzoni M. Self Compacting Concrete for High Perfomance Structure. Proceedings of 2 FIB Congress, 2006.
5. Sakue J., Okamoto K. Reapperance of Change Flowability of Self-Compacting Concrete due to Pumping. Proceedings of the 2 FIB Congress, 2006.
| Автор: С. А. Подмазова Дата: 12.02.2013 Журнал Стройпрофиль 104 Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |