Примеры использования высокопрочного бетона в строительстве

Высокопрочные бетоны

К высокопрочным относятся бетоны классов примерно В50 и выше. Они находят все более широкое применение в современном строительстве, особенно в специальном и промышленном. Рационально комбинируя высокопрочные бетоны с высокопрочной арматурой, можно полнее использовать их свойства. Применение высокопрочных бетонов дает возможность уменьшить размеры поперечного сечения конструкций или увеличить их несущую способность. И то и другое позволяет снизить расход материалов, трудозатраты и общую стоимость строительства. Расход бетона может быть уменьшен до 30 %, стали - до 15 %, а стоимость изделий снижена на 10-15 %.

Рациональной областью применения высокопрочных бетонов являются центрально сжатые, а также изгибаемые элементы конструкций, если несущая способность последних определяется работой бетона на сжатие. Их следует использовать и в конструкциях, испытывающих динамические нагрузки. Высокопрочный бетон может найти применение в мостостроении, а также для изготовления тюбингов, используемых в обделке тоннелей, и т.д. Госстроем еще СССР были утверждены типовые сборные конструкции массового применения из бетонов классов В50, В55 и В60. К ним относятся стропильные фермы пролетом 18-24 м, решетчатые балки пролетом 18 м, плиты размером 3 12 м с повышенной несущей способностью, колонны многоэтажных зданий и др.

Для производства высокопрочного бетона водоцементное отношение (отношение В/Ц) должно быть значительно ниже 0,4, за счет чего уменьшается пористость и повышается прочность матрицы цементного камня. На рисунке 1 показана принципиальная зависимость между пористостью и прочностью на сжатие цементного камня. При минимальном отношении В/Ц и, следовательно, низком содержании воды в
смеси удобоукладываемость бетона в реальных условиях достигается лишь за счет увеличения содержания вяжущего и особенно
за счет добавления пластификатора.
Зерна заполнителя должны обладать высокой прочностью и по возможности высоким модулем упругости. Также необходимо
очень хорошее сцепление между зернами заполнителя и матрицей цементного камня. В данном случае превосходный результат достигается за счет добавления пуццолановых вяжущих.

Рисунок 1- Зависимость между пористостью и прочностью на сжатие цементного камня.

ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, РЕЦЕПТУРА
И ПРОИЗВОДСТВО
В качестве вяжущих могут употребляться в принципе все стандартные типы цементов. При выборе цемента следует обратить
внимание на следующие позиции:
совместимость цемента и пластификатора;

водопотребление или тонкость помола;
характер нарастания прочности и желаемое значение конечной прочности;
характер выделения тепла в процессе
гидратации с учетом размеров строительной конструкции.
Чтобы получить высокую начальную
прочность, необходимо использовать портландцемент (ЦEM I). На практике отлично проявили себя цементы класса ЦEM I
42,5 R, особенно те, которые отличаются
низким содержанием трикальция алюмината (C3A). Как показывает опыт, в случае производства крупногабаритных элементов или при повышенной температуре окружающей среды целесообразно скомбинировать портландцемент и шлакоцемент, заменив также одну часть портландцемента на золу-унос каменного угля.  

Чтобы уверенно выйти на прочность
выше100 Н/куб. мм, рекомендуется применять щебень из плотных прочных горных пород (гранита, диабаза, базальта, габбро и др.)или гранитный щебень.
Кривая гранулометрического состава
должна проходить между эталонными кривыми просеивания A и B и обладать как можно более низким содержанием мелкодисперсных частиц (< 0,125 мм) и мелкозернистого
песка (от 0,125 до 0,25 мм). Диаметр самого крупного зерна должен колебаться в пределах от 8 до 16 мм (рис. 2).

В качестве мелкого заполнителя следует использовать кварцевый или кварцево-полевошпатный песок, к которым предъявляют повышенные требования. Содержание примесей, определяемых отмачиванием, не должно превышать 1 % по массе. Желательно применять песок фракционированный (из двух-трех фракций). Пустотность песка не должна превышать 40 %.

Рисунок 2 – Кривая гранулометрического состава заполнителей для производства высокопрочных бетонов

В качестве минеральных добавок при
производстве высокопрочных бетонов используются: микрокремнезем, зола-унос каменного угля, метакаолин, нанокремнезем (кремневая кислота) и каменная мука
(кварцевая и известняковая мука). Микрокремнезем имеет в данном контексте особое значение: сферические частицы микрокремнезема диаметром примерно 0,2
микрометра заполняют пустоты между частицами цемента и усиливают сцепление
между зернами заполнителя и цементным
камнем за счет разрушения низкопрочных
кристаллов портландита (пуццолановая реакция).
Обязательным условием при изготовлении высокопрочных бетонов является использование пластификаторов в качестве
химических добавок. В недавнем прошлом особой популярностью пользовались пластификаторы на основе сульфонатов нафталина и меламина (действие осуществляется за счет электростатического отталкивания одинаково заряженных ионов на поверхности частицы, а также за
счет уменьшения поверхностного натяжения воды).

ПРОЦЕСС ЗАТВЕРДЕВАНИЯ БЕТОНА,
АУТОГЕННАЯ УСАДКА

Благодаря относительно высокому содержанию цемента, использованию микрокремнезема и низкому водоцементному отношению высокопрочные бетоны при затвердевании развивают следующие качества (в сравнении с традиционными бетонами):

• более быстрое нарастание температуры в строительной конструкции;

• повышенная скорость потребления и

связывания воды в процессе гидратации;

• ускоренное нарастание прочности в

первые дни. Недостатком подобных бетонов по сравнению с традиционными бетонами является их более интенсивная аутогенная усадка.

Понятием «аутогенная усадка» мы обозначаем изменение объема, которое под влиянием изотермических условий происходит в бетонном образце, помещенном в герметичное пространство. Она является результатом химической усадки и, в общих чертах, ассоциируется с «внутренним высыханием» цементного камня (при отношении В/Ц ниже 0,4 содержание воды недостаточно для обеспечения полноценной гидратации цемента). Аутогенная усадка уже впервые дни после бетонирования может привести к возникновению сильного напряжения на растяжение и, следовательно, к трещинообразованию. В отличие от сухой усадки аутогенную усадку невозможно уменьшить путем внешнего ухода за бетоном. Наиболее эффективным средством борьбы с трещинообразованием в высокопрочных бетонах, вызванным аутогенной усадкой, является внутренний уход путем введения равномерно распределенных по всему объему бетона микровключений, содержащих свободную воду. Перспективным представляется использование полимеров (SAP), обладающих высокой абсорбирующей способностью и играющих роль

накопителей. Полимеры SAP добавляются в бетон в виде порошка и в процессе перемешивания поглощают воду, образуя, таким образом, микроскопические водяные поры.

Впервые полимеры SAP были применены для внутреннего ухода в 2006 г. При возведении павильона FIFA к чемпионату мира в Кайзерслаутерне. Сооружение представляет собой филигранную конструкцию из самоуплотняющегося армированного фиброй бетона с прочностью

на сжатие цилиндра 145.

Внутренний уход позволил значительно сократить аутогенную усадку, не оказав при этом негативного воздействия на удобоукладываемость бетона (осадка конуса —780 мм), а также его прочность на сжатие

и на изгиб.

Примеры использования высокопрочного бетона в строительстве

 

Рисунок 3- Виадук Мийо во Франции с крайне высокими опорами из высокопрочного бетона

Новое 42-этажное жилое здание в центре Сиэтла является одним из первых в стране примеров использования бетона с прочностью 15000 фунтов на кв. дюйм (103,42 МПа), отражая последние достижения в области строительных материалов. Эффективное использование этого «супербетона» позволяет проектировать колонны, диафрагмы жесткости и другие конструктивные элементы с меньшими размерами, чем при применении обычного бетона. Это приводит к дополнительному пространству внутри здания. И этот бетон вкупе с современной технологичной опалубкой и современными бетононасосными установками выводит высотное строительство на новые горизонты.

Рисунок 4 - 42 этажная башня жилого комплекса Premiere on Pine в центре Сиэтла

Сиэтл не является единственным городом, где бьются рекорды по строительству высотных бетонных зданий. Две башни жилого комплекса высотой 400 футов (121,9 м), начало строительства которых ожидается в конце этого года, станут самыми высокими железобетонными зданиями в Лос-Анжелесе, которые когда-либо строились в этом городе. Для колонн зданий здесь также будет использован высокопрочный бетон.

Рисунок  5- Две башни жилого комплекса высотой 400 футов (121,9 м) в Лос- Анжелесе

Помимо использования в колоннах высотных зданий высокопрочный бетон используется также и в диафрагмах жесткости и рамных конструкциях тех же зданий. В результате увеличилась не только прочность, но и жесткость несущего каркаса, что важно для высотных зданий, испытывающих значительные боковые нагрузки.

В свою очередь, высокопрочный бетон отличают от рядового некоторые показатели, основными из которых являются:
• низкое содержание воды затворения, определяющее через показатель водоцементного отношения прочностные свойства. Так, снижение В/Ц бетона вплоть до значений нормальной густоты цементного теста дает
возможность повышения прочности на сжатие на 30%
и более;
• уплотненная структура цементного камня, связанная с устранением разупрочняющих пустот;
• увеличенное содержание низкоосновных гидросиликатов кальция (ГСК) за счет пуццолановых реакций;
• для бетона массивных конструкций умеренное или низкое тепловыделение при гидратации, не вызывающее деформаций структуры бетона.

 


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 623;