Самоуплотняющийся бетон

1. за счёт:
• создания строительных конструкций, имеющих высокую прочность и в которых исключены дефекты, вызванные ошибками при уплотнении бетонной смеси;
• сокращения продолжительности строительства;
2. для архитектора: более широкий выбор форм конструкций и возможности придания им определённого заданного внешнего вида за счёт:
• особой гладкой и плотной наружной поверхности бетона, которая в точности повторяет форму и поверхность опалубки;
• опалубки различной формы и структуры;
• возможности создания любой геометрии бетонируемой конструкции;

для проектировщика: свободный  выбор геометрии конструкций, обеспечение  их долговечной эксплуатации и упрощение  разработки проекта производства работ  за счёт:

• упрощения работ по бетонированию (отпадает необходимость в уплотнении);
• возможности более плотного расположения арматурных стержней;
• плотного сцепления арматуры с бетоном и проникновения бетона в самые труднодоступные места в опалубке;
• возможности подачи бетона непосредственно через опалубку, например, через отверстие в нижней её части;
• более простой и менее массивной конструкции опалубки (из-за отсутствия процесса вибрирования бетона на опалубку не воздействуют дополнительные динамические и статические нагрузки);

3. для строительной фирмы, выполняющей работы на площадке: более безопасное ведение строительных работ и сокращение затрат на зарплату персонала за счёт:

• возможности укладки за смену большего объёма бетона;
• отсутствия необходимости уплотнения бетона и следовательно исключения ошибок, которые могли бы возникнуть при его уплотнении;
• возможности работы персонала в более безопасных условиях при бетонировании;
• самостоятельного растекания бетонной смеси по всей конструкции;
• исключения возможности расслоения бетонной смеси;
• отсутствия шума и вибрации, негативно воздействующих как на персонал, так и на проживающих рядом со строительной площадкой людей.

1.7. Экономичность  и перспективы использования  самоуплотняющегося бетона

 

Проанализировать экономичность  самоуплотняющегося бетона можно на основе уже имеющегося европейского опыта использования этого вида бетона. К примеру, в Германии в  литературе [8] можно найти следующие  данные:

Если сравнивать цены, то самоуплотняющийся 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 кубический метр. Это удорожание бетона компенсируется экономией средств при его укладке и целой группе других преимуществ этого бетона (см. предыдущий раздел).

Анализ работ по бетонированию  в Германии показал, что за счёт того, что отпадает необходимость в  уплотнении бетонной смеси на строительной площадке, экономия средств за счёт использования самоуплотняющегося бетона при бетонировании отдельных строительных конструкций может составлять от 3 до 6 Евро за конструкцию. Кроме того, необходимость уплотнения бетона, например при бетонировании колонн и опор, вызывает необходимость частых перерывов при подаче бетонной смеси, а при использовании самоуплотняющегося бетона такие перерывы исключены!

На строительных площадках  бывшего Советского Союза очень  часто приходилось сталкиваться с ситуациями, когда использование самоуплотняющегося бетона уже сейчас просто необходимо, а именно:

1. при бетонировании на большой высоте или на воде, когда процесс уплотнения крайне затруднён, стоит значительных средств и небезопасен для персонала;
2. при бетонировании густоармированных конструкций, где обычный бетон не может проникнуть во все места, что ведёт в последствии к появлению дефектов и преждевременной коррозии;
3. при бетонировании конструкций сложной геометрической формы, а также конструкций, к которым предъявляются особые требования по качеству наружной поверхности бетона;
4. при бетонировании опор мостов, плотин, туннелей и других труднодоступных сооружений, где непрерывно необходимо подавать большое количество бетона, а работа персонала крайне затруднена и небезопасна.

Если учесть ещё факт того, 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 существенный выигрыш по качеству наружной поверхности по сравнению с обычным бетоном (т.е. во многих случаях отпадёт необходимость в дальнейшей отделке: шпатлёвке и т.д.), а это также ведёт к существенному сокращению затрат на строительство. Более того, из-за отсутствия процесса вибрирования можно использовать более простую и менее массивную конструкцию опалубки!

Стоит добавить, что зарплата персонала на строительных площадках и у нас в последнее время также значительно возросла. Если необходимость в уплотнении бетонной смеси на строительной площадке за счёт использования самоуплотняющегося бетона отпадёт и появится возможность подавать бетон можно не сверху, а непосредственно в опалубку, то это приведёт к возможности сокращения персонала на время бетонирования и, следовательно, к экономии средств и повышению безопасности при выполнении этих работ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Как обеспечить в современных  условиях надлежащее качество строительства? Ответ прост: только используя инновационные  технологии и современные строительные материалы, постоянно контролируя  качество исходного сырья и материалов (прежде всего бетонной смеси и  ее компонентов), можно гарантировать  высокое качество строительства. Необходимо осваивать работу с новыми эффективными материалами и современным лабораторным оборудованием, постоянно уделять  внимание повышению квалификации персонала  начиная, уже со студенческой аудитории.

В последние 10 лет ситуация на строительных площадках бывшего  СССР меняется к лучшему. С развитием  рыночных отношений к качеству строительного  производства и к дисциплине и  безопасности труда предъявляются  все более жесткие требования. У производителей строительных материалов начали появляться современные строительные лаборатории и приборы, позволяющие  контролировать качество входного сырья  и готовой продукции. Контроль качества также осуществляется и непосредственно  на строительных площадках. На рынке  СНГ появилось высококачественное лабораторное оборудование европейских  производителей. Одним из таких крупных  производителей оборудования является немецкая фирма «TES-TING Bluhm & Feuerherdt GmbH»  из Берлина, которая уже не первый год успешно работает на нашем  рынке лабораторного оборудования и имеет надежных поставщиков  во многих регионах бывшего СССР. «ТЕСТИНГ»  относится к одной из немногих фирм, которые производят лабораторное оборудование для диагностики самоуплотняющегося бетона.

 

2.1. Диагностика  самоуплотняющегося бетона и  его компонентов

 

При разработке оптимальной  рецептуры самоуплотняющегося бетона большую роль играют реологические  исследования. Методика и последовательность исследований разработаны по японскому  образцу, включают лабораторные исследования исходных материалов и имеют следующие  этапы [1]:

1. испытание цементного теста;
2. испытание раствора;
3. испытание бетона.

К исследованиям цементного теста относят изучение составов мелких пылевидных частиц (цемент + заполнитель) относительно их водопотребности, а также их чувствительность при затворении разным количеством воды. С этой целью проводится большое количество испытаний на расплыв цементного теста без встряхивания с использованием конуса Хегерманна. При этом исследуются смеси с различным содержанием воды. На основании результатов исследования цементного теста можно заниматься подбором состава раствора.

Испытания раствора служат для того, чтобы подобрать необходимое количество воды для затворения, правильно определить вид и количество пластификатора. При испытании раствора проводятся два испытания на подвижность. Вначале проводится испытание на расплыв раствора без встряхивания. Затем определяется время прохождения раствора через специальную воронку (см. метод 2) [1].

Подобранный состав раствора служит основой для окончательного определения состава бетона. В  раствор добавляется ограниченное количество крупного заполнителя (как правило, зернистостью 2-16 мм, в количестве 900 кг на 1 м³ и плотностью, равной примерно 2650 кг на 1 м³) и определяется окончательное количество цемента, заполнителя, воды и песка.

 

2.2. Обзор методов

 

Для испытания самоуплотняющегося бетона используются различные методы. Эти методы контролируют способность бетона растекаться, выравниваться и преодолевать сопротивление арматурных стержней.

Для лабораторных исследований самоуплотняющегося бетона используется как уже известное и распространенное оборудование, так и специально разработанное. Для упрощения и облегчения работы персонала лаборатории производители лабораторного оборудования постоянно совершенствуют конструкции и устройство уже существующего оборудования. Основная часть этого оборудования проста в конструкции и обслуживании и может (при необходимости и при благоприятных погодных условиях и температуре наружного воздуха) использоваться непосредственно на строительной площадке.

Обобщая различные публикации [1; 2; 4-7] и нормативный документ [3], методы диагностики свежеприготовленного самоуплотняющегося бетона можно представить следующим образом.

 

2.2.1. Конус Хегерманна

 

Оборудование. Оборудование состоит из трех составных частей: конуса Хегерманна (рис. 1), воронки для его заполнения и стеклянного основания диаметром 300 мм и толщиной 5 мм.

Назначение. Определение скорости растекания и вязкости с целью последующего определения потребности смеси в воде.

Испытание. Согласно [3], проводится при температуре (20±2)°С. Конус Хегерманна при помощи воронки заполняется суспензией или раствором. Затем он медленно вертикально поднимается таким образом, чтобы содержимое могло равномерно вытечь на стеклянное основание. Смесь равномерно растекается по основанию. При этом дополнительное встряхивание не требуется. После растекания штангенциркулем измеряется диаметр расплыва.

Расчет. Относительную степень растекания Г определяют по формуле

Г = (F/F₀)2 – 1, где F₀ – диаметр конуса, равен 100 мм; F – диаметр расплыва.

 

 

2.2.2. V-образная воронка для раствора

 

Оборудование. Оборудование состоит из воронки на ножках из нержавеющей стали с открывающейся задвижкой (рис. 2) и насадки для облегчения заполнения воронки раствором.

Назначение. Определение скорости протекания и вязкости раствора.

Испытание. При помощи насадки воронка заполняется раствором в количестве 1,2 л. Одновременно с открытием задвижки включается секундомер, фиксирующий время Т₀ протекания раствора через воронку.

Расчет. Относительное время прохождения раствора через воронку определяется по формуле R_M=10/Т₀.

Требование. Время прохождения через воронку должно быть 9-10 секунд [2; 4]. Поэтому R_M должно быть в диапазоне между 0,9 и 1,1.

 
2.2.3. Конус Абрамса

 

Оборудование. Оборудование состоит из конуса Абрамса из нержавеющей стали (рис. 3), плиты основания с гладкой поверхностью и размерами не менее 800?800 мм (обычно размеры плиты 900?900 мм или 1000?1000 мм) и с разметкой 500 мм – круга и центра (для позиционирования конуса).

Назначение. Определение диаметра расплыва конуса и времени растекания бетонной смеси до достижения диаметра 500 мм, а также общего времени растекания бетона.

Испытание. Перевернутый конус заполняется свежеприготовленной бетонной смесью без уплотнения. Не позже 90 секунд после наполнения конус поднимается вверх. Сразу включается секундомер. По мере достижения смесью диаметра 500 мм, а также после завершения процесса растекания осуществляется фиксация времени. После завершения растекания определяется максимальный диаметр расплыва бетонной смеси.

Требование. Максимальный диаметр расплыва конуса должен быть не менее 700 мм, время достижения диаметра 500 мм должно быть в диапазоне от 3 до 6 секунд, а общее время растекания больше 45 секунд [5].

 

2.2.4. Конус с блокировочным кольцом

 

Оборудование. См. оборудование предыдущего метода + блокировочное кольцо (рис. 4). Блокировочное кольцо (диаметром 300 мм с закрепленными гладкими металлическими стержнями длиной 125 мм и диаметром 18 мм) при испытаниях имитирует арматуру. Количество стержней зависит от крупности заполнителя в бетонной смеси и может быть равным 10, 16 или 22 [3]. При крупности до 16 мм количество стержней принимается равным 16.

Назначение. Определение диаметра расплыва конуса и времени растекания бетона до достижения диаметра 500 мм после прохождения бетоном блокировочного кольца.

Испытание. См. предыдущий метод. Блокировочное кольцо уста-навливается по центру с использованием имеющейся маркировки.