Песок в высокопрочном бетоне

В качестве крупного заполнителя в высокопрочных бетонах применяют щебень, получаемый дроблением прочных плотных горных пород. Прочность щебня при сжатии в насыщенном водой состоянии должна превышать прочность бетона не менее чем в полтора раза.

Допускается применять щебень пониженной прочности, но не ниже прочности бетона. В этом случае его следует испытывать в бетоне и использовать после соответствующего технико-экономического обоснования.

Щебень должен быть чистым, не содержащим отмучиваемых частиц и фракционированным. Размеры фракций принимаются 5 — 10, 10 — 20 и 20 — 40 мм.

Наибольшую крупность щебня выбирают в зависимости от размеров поперечного сечения элемента конструкции и особенностей её армирования. Для изготовления слабоармированных, толстостенных конструкций можно применять щебень до 70 мм.

Заполнители, используемые для приготовления высокопрочного бетона, должны быть сухими и соответствовать требованиям ГОСТа.

Главной задачей при производстве высокопрочных бетонных смесей является обеспечение достаточной удобоукладываемости бетонной смеси в течение периода, предусмотренного строительной практикой. Для этого необходимы:

• постоянный контроль влажности заполнителей;

• высокая точность дозировки;

• использование смесителей, отличающихся высокой интенсивностью смешивания;

• определение последовательности загрузки компонентов смеси и соответствующей продолжительности смешивания;

• при работе с товарным бетоном необходимо учитывать время, необходимое для транспортировки и укладки бетона, и соотносить его с началом твердения; при необходимости следует добавить замедлитель;

• определение правил дополнительной дозировки пластификатора на строительной площадке.

Удобоукладываемость бетона проверяется в ходе соответствующих испытаний в реальных условиях (смешивание, транспортировка, укладка, последующий уход за бетоном). Для высокопрочных бетонов в особенности рекомендуются высокоподвижные смеси (осадка конуса с применением шокового воздействия 50... 65 см), поскольку они легко поддаются перекачке бетононасосом.

Чтобы избежать ошибок при производстве, укладке и уходе за бетоном, необходимо составить план контроля качества (ср. DIN 10452 [1], приложение H), который включает:

• контроль со стороны производителя бетона (выработка требований к исходным материалам, техническому оборудованию, характеристикам бетонной смеси и затвердевшего бетона; разработка заданных параметров и допустимых отклонений);

• контроль со стороны потребителя бетона;

• действия в случае недопустимых отклонений от требований (например, отказ от приема бетона);

• определение ответственных лиц.

Среди высокопрочных бетонов последнего поколения наибольшее внимание привлекают:

1 Бетоны, полученные на основе портландцемента, модификация структуры которых осуществлена за счет использования суперпластификаторов (для снижения водоцементного отношения) и микронаполнителей. Прочность при сжимании таких материалов достигает 100 МПа, а после гидротермальной обработки – 300-500 МПа. В зарубежной профессиональной литературе такие бетоны известны под названием DSP (Densified Small Particles).

2 Портландцементные бетоны, которые содержат в своем составе водорастворимые полимеры (например, гидроксиполимерцеллюлозу и гидролизованный полихлоридвинил), которые повышают степень скольжения частичек и поэтому обеспечивают их высокую плотность. Эти композиты отличаются высокой прочностью при сжимании и изгибе (до 150 МПа), модуль Юнга составляет 40-50 ГПа, сопротивление образованию трещин – 1 кДж•м2. Они могут содержать наполнители, которые позволяют получать материалы со специальными свойствами (повышенной твердостью, электропроводностью, износостойкостью).

3 Бетонные полимерные композиты, которые разделяют на три группы:

– бетоны полимерно-цементные (РСС - Polymer Cement Concrete);

– бетоны пропитанные полимерами (РОС - Polymer Impregnated Concrete);

– бетоны полимерные (PC - Polymer Concrete).

В полимерно-цементных композитах (РСС) процесс полимеризации полимеров происходит или непосредственно перед гидратацией цемента, или параллельно самому процессу гидратации. Сравнительно с обычными бетонами, РСС являются более стойкими к действию динамических сил, отличаются более высокими значениями прочности при сжимании, при изгибе, при растяжении, более высокой адгезией и водонепроницаемостью.

В зависимости от классификационных признаков бетоны подразделяют [1]:

- по основному назначению: на конструкционные и специальные;

- по виду заполнителя: на бетоны, изготовляемые с применением плотных заполнителей, и бетоны, изготовляемые с применением специальных заполнителей;

- по условиям твердения: на бетоны естественного твердения и бетоны ускоренного

твердения при атмосферном давлении;

- по прочности:

на классы прочности на сжатие в проектном возрасте: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90; В100.

на классы прочности на осевое растяжение: В_t 0,8; В_t 1,2; В_t 1,6; В_t 2,0; В_t 2,4; В_t 2,8; В_t 3,2; В_t 3,6; В_t 4,0,

на классы прочности на растяжение при изгибе: В_tb 0,4; В_tb 0,8; В_tb 1,2; В_tb 1,6; В_tb 2,0; В_tb 2,4; В_tb 2,8; В_tb 3,2; В_tb 3,6; В_tb 4,0; В_tb 4,4; В_tb 4,8; В_tb 5,2; В_tb 5,6; В_tb 6,0; В_tb 6,4; В_tb 6,8; В_tb 7,2; В_tb 8,0;

- по средней плотности: на тяжелый бетон марок D2000-D2500, мелкозернистый бетон марок D1800-D2300;

- по морозостойкости: на марки F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000;

- по водонепроницаемости: на марки W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20;

- по истираемости: на марки G1, G2, G3 (при испытании на круге истирания).

Мелкозернистый бетон отличается большим содержанием цементного камня, поэтому его усадка и ползучесть несколько выше. Применяют его при изготовлении тонкостенных, в том числе армоцементных конструкций, а также в тех случаях, когда отсутствует крупный заполнитель. Свойства мелкозернистого бетона характеризуются такими же факторами, как и обычного бетона. Однако отсутствие крупного заполнителя влечет за собой увеличение водопотребности бетонной смеси, а для получения равнопрочного бетона и равноподвижной смеси возрастает расход цемента на 20...40% Для сокращения расхода цемента необходимо применять высококачественные пески, пластифицирующие добавки, суперпластификаторы, производить хорошее уплотнение смеси. Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью на изгиб, хорошей водонепроницаемостью и морозостойкостью.

кислотостойких материалов.

Твердение кислотоупорного бетона должно проходить в теплой воздушно-сухой среде.

Жаростойкий бетон способен сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от применяемого вяжущего жаростойкие бетоны бывают следующих видов: бетоны на портландцементе, шлакопортландцемента, на глиноземистом цементе и жидком стекле. Для повышения стойкости бетона при нагревании в его состав вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, шамотного боя, магнезитового кирпича, андезита, гранулированного доменного шлака и др. Тонкость помола добавки для бетона на портландцементе должна быть такой, чтобы через сито № 009 проходило не менее 70%, а для бетона на жидком стекле — не менее 50%. В качестве мелкого и крупного заполнителя применяют хромит, шамот, бой глиняного кирпича, базальт, диабаз, андезит и др. При правильно выбранных вяжущих и заполнителях бетон может длительное время выдерживать, не разрушаясь, действие температуры до 1200°С.

Высокопрочные бетоны рекомендуется применять в промышленном, гражданском, энергетическом и других видах строительства для повышения несущей способности изделий и конструкций, снижения расхода бетона и арматуры, трудоемкости и стоимости строительства, повышения долговечности изделий и конструкций, а также для унификации опалубочных форм.

Наиболее эффективны высокопрочные бетоны в конструкциях, работающих на сжатие, в которых достигается наибольшее сокращение объема бетона и расхода арматурной стали. Целесообразно применять такие бетоны в изгибаемых предварительно напряженных конструкциях, особенно с облегченными сечениями (двутавровыми, тавровыми, пустотелыми и др.) и при повышении класса применяемой арматуры.

Рис. 4.1. Из высокопрочного бетона делают ответственные конструкции, испытывающие большие нагрузки

Высокопрочные бетоны рекомендуется использовать для изготовления изделий и конструкций следующих видов: крановых и бескрановых колонн одноэтажных промышленных зданий, колонн нижних и средних этажей многоэтажных каркасных зданий; стропильных конструкций (балок, ферм, плит на "пролет" длиной 18 и 24 м), ребристых плит покрытий размером 3 ´ 12 м при нагрузках, превышающих 100 МПа, подкрановых балок двутаврового сечения пролетом 6 и 12 м, ригелей, ребристых плит перекрытий; шахтной крепи, опор ЛЭП, тюбингов, аэродромных плит, мостовых конструкций, напорных труб и др.

Наиболее известным опытом применения высокопрочных бетонов в России является строительство Московского международного делового центра «Москва-Сити», где использовался бетон с классом по прочности B80…В100 и подвижностью П4…П5. Высокопрочный бетон марки М800 применялся при строительстве вантового моста во Владивостоке, соединяющий полуостров Назимова с мысом Новосильского на острове Русский (рис. 4.3). Применение такого бетона позволило создать конструкцию крупнейшего вантового моста, где длина центрального пролета составляет 1104 м, а высота каждого из двух пелонов – 320 м.

Зарубежный опыт применения высокопрочного бетоны известен еще в середине XX века. Например, в Чикаго бетон прочностью выше 50 МПа применяли уже в 1965 году при строительстве Lake Point Tower. С 1988 по 1995 по проекту французского инженера Мишеля Вирложо при строительстве вантового моста Нормадии во Франции понадобилось 35 000 м³ высокопрочного бетона прочностью 60 МПа, который использовался для возведения двух 215-метровых пилонов, основание одного из которых устроено в русле реки Сены, и консольных балок [9]. Бетон прочностью до 80 МПа использовался при строительстве двух башен Петронас в Куала-Лумпур Малайзия для локального бетонирования участков в центральном ядре, периметра колонн и несущего кольца в основании (рис. 4.4).

Рис. 4.3. Применение высокопрочного бетона при строительстве пелона вантового моста на остров Русский	Рис. 4.4. Строительство башен Петронас в Куала-Лумпур из высокопрочного бетона

Снижение веса здания можно достичь заменой тяжелых строительных материалов на менее плотные. Для этого в качестве ограждающих конструкций могут использоваться легкие бетоны, которые бы обеспечили хорошую тепло- и звукоизоляцию, существенно уменьшив нагрузку на несущие элементы.

Применение высокопрочных бетонов предлагает следующие преимущества:

• уменьшение габаритов опалубки для колонн, балок и стеновых элементов;

• уменьшение строительной толщины или увеличение несущей способности конструкций, работающих на изгиб;

• создание более изящных контуров при увеличении длины пролетов конструкций, работающих на изгиб (большепролетные мосты);

• одинаковые размеры опалубки в условиях заводского производства колонн, рассчитанных на различную нагрузку, или для производства колонн для всех этажей при монолитном строительстве (высокопрочный бетон на нижних этажах);

• сокращение расхода бетона и арматуры и, соответственно, транспортировочной и монтажной массы, более высокая начальная прочность, более ранняя распалубка и предварительное обжатие, что обеспечивает возможность более ранней эксплуатации элемента;

• более высокая износостойкость;

• повышенная коррозионная защита арматуры за счет чрезвычайно медленного распространения карбонизации; • повышенная стойкость к химически активным веществам.

До сих пор основными областями применения высокопрочных бетонов являлись:

• высотное строительство, возведение мостов;

• непроницаемые для жидкостей резервуары/поверхности в установках для хранения, дозирования и транспортировки экологически опасных жидкостей;

• облицовка водоочистных установок;

• промышленные напольные покрытия;

• бетон для несгораемых сейфов.

В ходе написания данной работы цель была достигнута, т.к. выполнены поставленные задачи.

Во-первых, нами была рассмотрена история изобретения бетона, в частности высокопрочного. Мы выяснили, что высокопрочный бетон - тяжелый или мелкозернистый бетон классов по прочности на сжатие В60 и выше, приготовленный с применением вяжущего на основе портландцементного клинкера.

Во-вторых, мы рассмотрели технологию производства высокопрочного бетона. К материалам, используемым для производства высокопрочного бетона, предъявляются повышенные требования, обеспечивающие получение бетоном нужных свойств при минимальных затратах сырья. Подбор состава бетона может корректироваться химическими добавками (наиболее эффективны пластификаторы).

В-третьих, выделили основные виды высокопрочного бетона.

И, наконец, описали сферы использования высокопрочных бетонов.

1 ГОСТ 31914-2012 Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций [Текст].– Введ. 01.01.2014.- М.: Изд-во стандартов, 2008.

2 ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования [Текст].– Введ. 01.07.2013.- М.: Изд-во стандартов, 2008.

3 ГОСТ 26633-2012 Бетоны тяжелые и мелкозернистые [Текст].– Введ. 01.01.2014.- М.: Изд-во стандартов, 2008.

4 Берг, О. Я., Высокопрочный бетон [Текст]. – М.: Стройиздат, 1971. - 208 с.

5 Горчаков, Г.И., Строительные материалы [Текст]: учеб. для строит. спец. вузов. – М.: Стройиздат, 1986. - 687 с.

6 Королев, К. М., Современное производство бетонов [Текст]. – М.: Высшая школа, 2008.-206с.

7 Рыжов, И.Н., Самоуплотняющиеся бетонные смеси - производство и применение [Текст]. – Москва: Объединение, 2008. – 122с.

8 Ваучский, М.Н., Иванов, А.Н., Наномир: высокие технологии XXI века. Строительная газета. № 1 (10012). 1 января 2009.- 12 с.

9 Карпенко, Н.И., Каприелов, С.С., Ромкин, Д.С., Результаты исследования физико-механических и реологических характеристик высокопрочного бетона [Текст]. – О.: АртГрафик, 2009. -37 с.

10 Каприелов, С.С., Травуш, В.И., Карпенко, Н.И., Шейнфилд, А.В., Кардумян, Г.С., Киселева, Ю.А., Пригоженко, О.В., Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях [Текст]. – М.: МоскИздание, 2008.-133 с.

11 Высокопрочный и высококачественный бетоны // https://www.uniexo.ru/dom/raznovidnosti-betona.html