Новости

Самая большая школа Тюмени

09:09 04.10.2017

Самая большая школа Тюмени

1 сентября 2017 года открылась самая большая Тюменская школа, в которой будут учиться более 2,5 тысяч школьников, которые раньше должны были ездить в другие районы города.

Для остекления этого...

все новости →


Применение легких высокопрочных бетонов во время строительства и архитектурных работ



Сегодня перед строительной отраслью стоит важная задача – уменьшать массу строительных материалов и снижать материалоемкость строительства, не занижая несущие способности и другие эксплуатационные свойства возводимых объектов. Решение этой задачи позволит повысить эффективность отрасли, в том числе и в вопросах экономии финансов. Бетон цена за куб с доставкой Спб смотри здесь.

Снижение материалоемкости и массы строительных материалов особенно актуально при высотном строительстве, поскольку именно высотное строительство приводит к высокой нагрузке нижних этажей, «удерживающих» верхние. 

Один из способов решить важную строительную задачу – разработка и применение новых материалов – высокопрочных легких бетонов, в которых выше относительный показатель прочности на единицу плотности по сравнению с другими, ставшими уже традиционными легкими бетонами.

Высокопрочность бетона напрямую связана с объемной массой материала. Если под термином «высокопрочные» понимать такие бетоны, в которых прочность материала выше границ нормы, тогда термин должен быть объясним некой «базовой» объемной массой в сухом состоянии.

На Западе высокопрочные легкие бетоны получили самое обширное применение. К примеру, одна только Норвегия с 1989 по 1997 годы использовала около 200 тысяч м³ легких бетонов, имеющих класс от LC45/50 до LC60/66. Из высокопрочных легких бетонов возводят даже уникальные объекты, так при возведении Нью-Йоркского международного аэропорта использовался железобетон на керамзитобетоне. Четыре секции 90х60 м возведены с использованием данного материала - керамзитобетона прочностью 410 кгс/см² и плотностью 1850 кг/м³.

А в Иллинойском университете применение легкого бетона вместо тяжелого на куполе зала собраний снизило вес всего здания на 6800 тонн!

Легкие бетоны активно применяются при возведении высотных зданий не только в США, но и в Англии, Австралии, Японии, Голландии. В частности, в Хьюстоне легкобетонные конструкции предварительно напряженные позволили построить здание, высотой 220 м, в Сиднее – 180м, в Лондоне – 142 м и т.д.

По оценкам экспертов, при использовании легкого бетона себестоимость строительства снижается в 1,5-2,5 раза по сравнению с тем, если бы использовался обычный тяжелый бетон того же класса прочности, что и легкий бетон. Сегодня стационарные бетононасосы, оборудование бетонных работ пользуется повышенным спросом во всем мире, поскольку легкие бетоны становятся все более популярны и востребованы. Стоит также учитывать, что отдельные архитектурные задумки невозможно реализовать, применяя обычный тяжелый бетон, для этого подходит только высокопрочный легкий бетон. Проиллюстрировать эту мысли можно, если вспомнить находящееся в Дюссельдорфе здание главного офиса пристани. Именно высокопрочные легкие бетоны позволили на территории старинного порта реки Рейн в зоне причала возвести здание, объемом 35 тысяч м³. При этом в здании два подвальных этажа и пять наземных.

Интересен с точки зрения архитектурного исполнения криволинейный висячий фасад, находящийся на южном фронте данного офиса. Его создает монолитная железобетонная конструкция, длина которой 52 м, высота – чуть более 16 м, а толщина и вовсе всего 0,375 м. Искривление фасада составляет 45 м. Данный фасад с одной стороны монолитно соединен с несущей системой здания на всей его высоте, а с другой стороны – с плитами балконов на четырех верхних этажах.

Высокопрочный бетон имеет заполнитель класса LC 35/45, удельный вес которого – 1,35 кг/дм³. Он позволил уменьшить вес криволинейного висячего фасада на 40%. За счет этого сократилась вертикальная нагрузка на балконы.

Прочность на сжатие в легких бетонах зависит от плотности, прочности и жесткости строительного раствора. Однако прочность самой цементной матрицы и дробимость заполнителей у высокопрочных легких бетонов должны быть если не идентичные, то близкие. В Таблице 1 представлены возможности влияния на такие показатели, как прочность при сжатии и объемная масса материала.

К преимуществам высокопрочного легкого бетона можно отнести следующее:
- Высокая продолжительная прочность, которая не меняется при суровых климатических условиях.
- Высокий уровень сцепления цементного камня и легких заполнителей. Возникновение пуццоланических реакций между цементным клеем и алюмосиликатными легкими обоженными заполнителями. Это обеспечивает большую долговечность эксплуатации материала.
- Низкая влагоотдача высокопрочных легких бетонов приводит к тому, что внутри самого материала происходит процесс, получивший название «внутренний уход».

Микрокремнезем как добавка содержится во многих высокопрочных легких бетонах. Его содержание доходи от 10% от массы цемента. Это позволяет защитить арматуру от коррозии. При этом использование микрокремнезема позволяет бетонной смеси оставаться удобообрабатываемой, а однородность материала сохраняется на высоком уровне.

Высокопрочные конструкционные бетоны должны отвечать тем же требованиям, которые предъявляются и к тяжелым бетонам. Помимо прочности на сжатие высокопрочные легкие бетоны должны обладать и одинаковой объемной массой (см. Таблицу 2).

Высушивание легкого бетона напрямую зависит от плотности растворной массы - чем она плотнее, тем, соответственно, медленнее сохнет материал.

Определить расчетную объемную массу высокопрочного легкого бетона (срок изготовления материала – 28 суток) можно, увеличив объемную массу взятого в сухом состоянии бетона на 0,2 кг/дм³. Эти расчеты позволят учесть остаточную влажность конечного продукта – высокопрочного легкого бетона.

Чтобы рассчитать обычное армирование необходимо расчетную объемную массу повысить на 0,1 кг/дм³, если другое не прописано в нормативных документах. В возведенных из высокопрочных легких бетонов зданиях и сооружениях коэффициент сухой объемной массы может колебаться в диапазоне не более 1-2%.

Теплопроводность легкого бетона более низкая по сравнению с теплопроводностью традиционного тяжелого бетона. В легком бетоне теплопроводность ниже в среднем на 30%. Соответственно при почти идентичном составе легкого и тяжелого бетона теплопроводность первого при гидратации нужно рассчитывать с учетом температуры массива выше на 10-20 градусов по сравнению с тяжелым бетоном. Причем чем меньше объемная масса материала, тем ниже теплопроводность материала. Бывали случаи, при которых во время бетонирования конструкций из легкого высокопрочного бетона достигалась температура 90 градусов (при этом толщина конструктивных элементов составляла 40 см, а расход цемента – не более 400 кг/м³).

Но стоит учитывать, что изменение в сторону уменьшения долговременной прочности тяжелого бетона на сжатие при таких температурах (имеется в виду нарушение целостности структуры за счет замедленного образования эттрингита) у легких бетонов не наблюдается (эффективное отношение водоцементное выглядит следующим образом: В/Ц= 0,35, при этом микрокремнезем в конечном продукте составляет не более 5% от массы цемента).

Если же для иллюстрации изложенной информации вспомнить о вышеописанных норвежских проектах возведения мостов с использованием легких высокопрочных бетонов, то ограничение максимально допустимой температуры бетона (65 градусов) достигалось благодаря технологическим, организационным и конструктивным мероприятиям.

Модуль упругости в легких высокопрочных бетонах зависит от объемной массы материала и в значительно меньшей степени от прочности при сжатии. В традиционных же тяжелых бетонах модуль упругости напротив больше зависит именно от прочности на сжатие. В легком бетоне марки DIN 4219 имеется зависимость модуля упругости непосредственно от объемной массы. При этом установленные в этом случае зависимости модуля упругости от массы объемной на 25% недооценивают реально существующее значение легких высокопрочных бетонов.

Оценить огнеупорность легких высокопрочных бетонов можно по тем же критериям и методикам, которые применяются при оценке традиционных бетонов. Как известно, если строительный раствор обладает матрицей высокой плотности, то она невыгодно ведет себя при пожаре. В этом случае водяной пар, появляющийся при пожаре, влечет за собой взрывное отскакивание слоев бетона с внешней стороны. При этом накопление водяного пара будет сильнее, если будут использованы заполнители, которые предварительно были замочены и не «отдали» воду до огневого поражения. Есть удачный опыт использования полипропиленовой фибры (ее длина - 2 см, количество в пределах – 0,1 – 0,2% об.). Данная фибра во время пожара создает каналы вентилирования воздуха, что снижает давление пара. Другой способ решить проблему – применять воздухововлекающие добавки или эфиры целлюлозы.

Сегодня и в России, и за рубежом все активнее строят здания повышенной этажности, небоскребы. Особенность таких зданий – повышенные сжимающие нагрузки, которые ложатся на несущие конструкции нижних этажей, расположенные вертикально. При строительстве небоскребов и зданий повышенной высотности на грунт также идет высокое давление.

Серьезные нагрузки на несущие конструкции, располагающиеся вертикально, влекут увеличение сечений элементов. А это негативно отражается на планировочно-объемном решении здания. Это провоцирует потребность применять больше арматуры, а это уже влечет за собой увеличение затрат.

Серьезное давление на грунт со стороны высотного здания не редко становится решающим фактором, на который обращают внимание при выборе того или иного типа фундамента или при определении конечной этажности объекта. Это тем более актуально для крупных городов, где большое развитие получили подземные коммуникации, а также для районов, где наблюдаются слабые грунты. Понятно, что если усложнять конструктивные особенности фундамента, это приводит к росту себестоимости всей стройки.

Применение высокопрочных легких бетонов в несущих конструкциях позволяет существенно снижать нагрузку на вертикальные несущие конструкции и на фундамент. Не стоит забывать также, что на сегодняшний день к зданиям и сооружениям предъявляют высокие эстетические требования. Не редко заказчик строительства желает придать зданию уникальный архитектурный облик. Такую возможность предоставляет только монолитное домостроение. В составе высокопрочного легкого бетона, имеющего отменные характеристики, подвижная строительная смесь, а это крайне важно во время бетонирования конструкций на стройплощадках. Это уменьшает трудозатраты, направленные на уплотнение смеси. Оценить эффективность использования высокопрочного легкого бетона можно при помощи ПК. Лира 9.2 произвела сравнительный анализ проекта московского здания, расположенного по адресу: Ботанический переулок,5 по следующим критериям: расчетная нагрузка, которая ложится на перекрытия, давление, которое производит здание на грунт, уровень армирования колонн и стен нижнего этажа.

Типовое высотное здание из высокопрочного легкого бетона как правило это усеченная одной или двумя плоскостями прямоугольная призма. Ее высота 12 метров или 47 метров.

В здании на Ботаническом переулке,5 имеются два подземных этажа. Здание имеет ряд ядер жесткости. Толщина плиты фундамента – 1,2 метра, ширина перекрытий – 25 см, только на участке 0,000, толщина перекрытия составляет 40 см. Это сделано для того, чтобы пожарная машина легко могла заезжать. Ширина плиты покрытия составляет 35 см. Подавляющее же большинство несущих имеют ширину 20-30 см. Ячейки плиты перекрытий между двумя опорами составляют в некоторых местах здания размеры 6,6 х 8,5 м.

Таблица 3 иллюстрирует сравниваемые бетоны. Легкий бетон В66 сопоставляется с тяжелым бетоном того же класса - В66. При этом расчетные характеристики тяжелого бетона получаются за счет экстраполяции СНиП 2.03.01 – 84*.

Высчитываем вес здания в двух вариантах. Получаются такие результаты:
- Если строить здание из тяжелого бетона, то нагрузка на перекрытие составит 1080 кг/м².
- При строительстве аналогичного здания из высокопрочного керамзитобетона расчетная нагрузка на перекрытие одно типового этажа составила бы 915 кг/м², то есть снижение очевидно, на 15,3%.
- Снижение давления на груз составляет 3,67 т/м², или 12,7%.

Рассчитывалось также армирование стен и колонн второго этажа при строительстве из тяжелого бетона и из керамзитобетона. Армирование стен и колонн при керамзитобетоне с учетом идентичной группы элементов снижается на 10%, если используется каркас из высокопрочного керамзитобетона.


Таблица 1.
Как изменяется прочность при сжатии и объемная масса легкого высокопрочного бетона



Цель

Изменение (повышение) прочностных характеристик на сжатие

Изменение (уменьшение) массы объемной




Возможные события

- при уменьшении эффективного водоцементного отношения,

-использование пуццоланических материалов (зола-унос, микрокремнезем, керамзитовая мука)

- применение легких заполнителей, отличающихся высокой прочностью

- применяются легкие заполнители, которые отличаются повышенной прочностью

- заменяется природный песок легким

-применение легкого песка, фракция которого 0/2 вместо использования легкого песка, фракция которого 0/4


Как повлиять на консистенцию и некоторые другие технологические свойства

- происходит при использовании пластификаторов и (или) разжижителей,

- происходит при применении стабилизаторов, регуляторов структуры, замедлителей



Таблица 2.
Легкие бетоны, классификация по плотности (по EN 206)


Марки по плотности

LC1

0LC1,2

LC 1,4

LC 1,4

LC 1,6

LC 2,0

Плотность кг/м³

>800>=1000

>1000>=1200

>1200 >=1400

>1400>=1600

>1600 >=1800

>1800 >=2000


Таблица 3.
Физико-механические показатели сравниваемых бетонов


Сопоставляемый показатель

Традиционный тяжелый бетон

Легкий высокопрочный керамзитобетон

Класс прочности на сжатие

В66

В66

Расчетный вес железобетона, кг/дм³

2,75

2,10

Значение призменной прочности во время сжатия, МПа

37,20

39,96

Нормативный показатель призменной прочности во время сжатия, МПа

48,40

51,99

Начальный модуль упругости, МПа

41300

26000

Сопротивление при осевом растяжении, получившееся при расчетах, МПа

1,73

1,08

Сопротивление осевому растяжению согласно нормам

2,60

1,41



Авторы:
Андрей Иванович Звездов, Вячеслав Рувимович Фаликман, действительные члены РИА (НИИЖБ, г. Москва)



Назад в раздел