Ключевые слова: бетон, уплотнение, добавки, пластификаторы, строительство.
За последние тридцать лет, строительный материал бетон очень быстро развивался. Происходило это благодаря развитию науки и технологий, а так же широкому развитию химической промышленности. Строительный материал прогрессировал и менялся каждый год, приобретая новые свойства и характеристики путем внесения корректировок в его состав. С каждым годом число строительных объектов, использующий бетон как основной строительный материал, растет. А с помощью необходимых химических добавок, бетон может стать строительным материалом будущего.
В современном строительстве бетон является одним из главных строительных материалов. Несмотря на развитие металлургической промышленности и металла как строительного материала, в частности, бетон все же остается самым востребованным строительным материалом. Однако обычный бетон обладает рядом недостатков. Один из них — это возникновение воздушных пор при затвердении. Это явление может происходит по причине неоднородности состава бетонной смеси, неправильно подобранной рецептуры, нарушениями при изготовлении смеси, при ее укладке, при ее уплотнении. Последняя операция является одной из главных проблем, так как больше всего подвержена нарушениям и ошибкам по причине человеческого фактора. Уплотнение бетонной смеси происходит за счет виброуплотнения, производящегося техникой. То есть, один из этапов работы по бетонированию, включает в себя одновременные работы техники и человека. Такая совместная работа техники и человека происходит не только в процессе уплотнения, однако именно данная фаза процесса бетонирования, представляющая собой совокупную работу человека и управляемой им техники, способна приводить к возникновению пор внутри затвердевавшего бетона, и как следствие, приводить к возникновению дефектов. Одним из решений данной проблемы является использование СУБ — самоуплотняющегося бетона.
Самоуплотняющийся бетон — это бетон, который без воздействия на него дополнительной внешней уплотняющей энергии самостоятельно под воздействием собственной массы течёт, освобождается от содержащегося в нём воздуха и полностью заполняет пространство между арматурными стержнями и опалубкой [1].
В конце XX века СУБ был создан Японскими учеными. Одной из причин создания данного строительного материала как раз была необходимость отказа от процесса виброуплотнения ввиду снижения количества квалифицированных рабочих [2].
Самоуплотняющиеся бетоны имеют одинаковую с обычными бетонами прочность и долговечность, но отличаются от них с свежем, еще не затвердевшем виде. Текучесть самоуплотняющихся бетонных смесей намного выше по сравнению обычными бетонными смесями, позволяя не только самостоятельно уплотняться под действием гравитационных сил, но и самостоятельно выравниваться при заливке. [3]
Отличительной чертой СУБ является его модифицированный состав, который, помимо стандартных воды, цемента, крупного и мелкого заполнителя, включает в себя так же химические добавки и пластификаторы, изменяющие свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона.
Предпосылкой к использованию самоуплотняющегося бетона в строительстве стало развитие химической промышленности. Снижение расхода крупного и мелкого заполнителя компенсируется активными и инертными минеральными добавками — микрокремнеземом, золой уноса, метакаолином, каменной мукой. Замена части цемента дисперсными материалами позволяет получить текучее цементное тесто без седиментации, водоотделения и расслоения в литой бетонной смеси, а так же снизить тепловыделение и усадочные явления при твердении бетона [4].
В силу своего модифицированного состава, самоуплотняющиеся бетоны, помимо отличающихся от обычных бетонов свойств, обладают так же определенными особенностями, характерными для СУБ. Улучшенная прочность на сжатие и характеристики долговечности СУБ, такие как кислородная проницаемость и водопроницаемость, связаны с уменьшением пористости контактной зоны между цементным тестом и заполнителями СУБ и в целом с общим улучшением его микроструктуры в сравнении с обычным бетоном [5].
Еще одной особенностью СУБ, вытекающей из его состава, является пониженное тепловыделение в процессе гидратации, так как в составе используется меньшее количество цемента. Пониженное тепловыделение в свою очередь позволяет избежать термических дефектов во время твердения бетонной смеси, что в свою очередь позволяет применять данный материал для непрерывного бетонирования конструкций ответственных сооружений [6].
В процессе бетонирования самоуплотняющаяся бетонная смесь, в силу своих реологических свойств, полностью повторяет форму поверхности опалубки, что может приводить к получению идеально гладкой и ровной поверхности бетона. Однако стоит упомянуть, что это может быть, как положительной особенностью СУБ, так и отрицательной, так как идеально гладкая и ровная поверхность затвердевшей бетонной конструкции отрицательно сказывается на ее прочности на сдвиг [7].
Совершенно ясно, что особенности СУБ могут быть как положительными, то есть быть преимуществами при использовании, так и отрицательными, то есть быть недостатками.
Преимуществ использования самоуплотняющегося бетона огромное множество для всех сторон, принимающих участие в строительстве и возведении какого-либо сооружения или объекта. В статье [8] есть четкое разделение преимуществ использования СУБ для застройщика, для проектировщика, для подрядчика.
Для застройщика (заказчика):
– Высокие параметры качества и надежности монолитных железобетонных конструкций каркаса здания за счет оптимального соотношения показателей удобоукладываемости бетонной смеси и прочностных характеристик бетона.
– Улучшенные показатели экономической эффективности инвестиционного строительного проекта за счет уменьшения стоимости бетонных работ и сокращения сроков строительства.
Для лица, осуществляющего подготовку проектной документации:
– Возможность проектирования монолитных железобетонных конструкций, имеющих разнообразные геометрические формы за счет улучшения показателей удобоукладываемости бетонной смеси.
– Уменьшение массивности монолитных железобетонных конструкций за счет увеличения прочностных характеристик бетона.
Для лица, осуществляющего строительство:
– Снижение трудоемкости процесса укладки бетонной смеси в опалубку за счет упрощения технологического процесса бетонных работ
– Значительно снижение уровня шума и вибрации, негативно воздействующих на организм человека, при производстве бетонных работ за счет исключения процесса принудительного уплотнения бетонной смеси.
Вышеперечисленные преимущества применения самоуплотняющегося бетона так же стоит дополнить пунктами, которые вытекают из его состава, свойств или вышеуказанных преимуществ. К таким можно отнести:
– Отказ от вибрации является не только повышением безопасности рабочих, но также и снижает вибрационное воздействие на окружающие здания и сооружения, если строительство идет в густо застроенном или историческом районе (что характерно для Санкт-Петербурга).
– Отсутствие процесса уплотнения исключает человеческий фактор и, как следствие, исключает возникновение дефектов в процессе уплотнения.
– Отказ от виброуплотнения снижает стоимость монтажных работ ввиду отказа от одного из этапов работ по бетонированию, где задействованы рабочие и техника.
– Появилась возможность укладывать больший объем смеси, по сравнению с обычной бетонной смесью, за равный промежуток времени.
– Отказ от виброуплотнения повышает скорость монтажных работ.
– Возможность подачи бетона непосредственно через опалубку, например, через отверстие в нижней ее части.
– Использование СУБ на стадии проекта предоставляет архитекторам и проектировщикам свободный выбор геометрии конструкции, а также упрощает разработку проекта [1, 9].
Применение микронаполнителей в технологии бетона позволяет попутно решать важную экологическую проблему — утилизировать ультрадисперсные отходы, которые в настоящее время складируются в специальные отвальные поля, загрязняя природные для культивации земли и атмосферу. Благодаря химическому составу, использование этих отходов позволит снизить расход энергозатратного клинкерного цемента для бетона, заменяя его на природные компоненты [10].
Если сравнивать стоимость использования, 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. Однако это удорожание может компенсироваться экономией средств при его укладке [1]. Стоит учесть, что удорожание бетона может компенсироваться только в том случае, если объект строительства достаточно большой и необходимо использовать большой объем бетона. При малом объеме укладываемого бетона, разница в цене будет более ощутима и использование СУБ будет экономически неоправданно и необоснованно. Цена является главным недостатком использования СУБ, однако, не единственным. Ряд недостатков самоуплотняющейся смеси и самоуплотняющегося бетона перечислены в [11, 12].
– Бетонная смесь очень чувствительна даже к небольшим отклонениям в рецептуре.
– Приготовление бетонной смеси СУБ необходимо выполнять на чистых (мытых) материалах, соблюдать рекомендуемую гранулометрию.
– Применяя бетона с добавками, необходим тщательный подбор составов с учетом видов возводимых конструкций и технологии выполняемых работ и только при положительных температурах наружного воздуха.
– При укладке смеси СУБ необходима четкая организация работ и более тщательный уход, чем за обычным бетоном.
– Производство и укладка смеси требуют большей квалификации и опыта у рабочих, выполняющих процесс бетонирования.
Помимо вышеперечисленных недостатков, у самоуплотняющейся смеси есть ряд особенностей при транспортировке и укладке. Самоуплотняющийся бетон, как и бетонная смесь, требует правильных условий перевозки. СУБ не является исключением и также подвержен процессам расслоения (сегрегации), из-за чего часть его свойств теряется, а готовые изделия получаются худшего качества. Необходимо учитывать следующие моменты во время транспортировки СУБ:
– При транспортировке более 1 часа без использования бетономешалки, в смеси образуется осадок. Поэтому СУБ, как и обычный бетон, должен перевозиться только при помощи автомиксеров.
– Погодные условия оказывают пагубное влияние на раствор. Если бетонный раствор будет долгое время отрыт под прямыми солнечными лучами, это приведет к повышению температуры смеси, что, в конечном счете, скажется на консистенции бетона.
– После доставки раствора на строительную площадку, в смесь необходимо добавить разжижитель, тогда бетон приобретет оптимальную консистенцию [12].
Также в [12] перечислены нюансы, которые следует учесть в процессе укладки СУБ:
– Перед тем, как заливать самоуплотняющийся бетон, следует убедиться в том, что в опалубке нет жидкости. Если в ней будет находится хотя бы незначительное содержание воды, то свойства состава могут измениться, что приведет к расслаиванию бетона.
– В процессе укладки нужно постоянно перемешивать смесь (если состав загустел, необходимо добавить разжижитель).
– Длина трубопровода для подачи раствора на рабочее место не должна быть более 200 м. Если смесь будет идти слишком долго, она может стать неоднородной.
При производстве и применении СУБ часто приходится сталкиваться с проблемами, нетипичными для основного производства. Прежде всего, увеличенная продолжительность приготовления СУБ снижает производительность бетонного завода примерно в 2 раза. Так, продолжительность приготовления обычного бетона и заполнения им автобеносмесителя, объемом 6 м3, в среднем, составляет 6 минут, а для СУБ — 10÷15 минут. Кроме того, из-за большого количества применяемых добавок, на лопастях бетоносмесителя быстро образуются наросты, из-за чего возникает необходимость качественной промывки бетоносмесителей через каждые 1,5 часа работы [13].
Заключение
Можно сделать вывод, что СУБ обладает большим количеством особенностей использования, а также преимуществ и недостатков. Это говорит о том, что СУБ является строительным материалом будущего, однако на данный момент это не универсальный строительный материал.
Так же стоит отметить, что СУБ не должен применяться для устранения огрехов плохого проектирования, планирования или исполнения. Положительный результат будет получен только при экономически и технологически оправданном использовании самоуплотняющегося бетона.
Литература:
- Болотских О. Н. Самоуплотняющийся бетон и его диагностика // Технологии бетонов. — 2008. — №. — С. 28–31.
- Okamura H, Ozawa K. Mix design for self-compacting concrete // Concrete Library of the JSCE. — 1995. — № 25. — С. 107–120.
- Васим Ш. М. Строительство и бетоны с новой производитеьностью. Самоуплотняющиеся бетоны (СУБ) // Аспирант. — 2017. — № 4(30). — С. 22–25.
- Фахратов М. А., Эртуев А. Р. Добавки для самоуплотняющихся бетонных смесей // Перспективные науки. — 2019. — № 5(116). — С. 73–77.
- Пирожков Н. А., Кетов А. С. Анализ современного состояния и перспективы применения самоуплотняющихся бетонов в России и за рубежом // Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии. — 2012. — № 9. — С. 269–275.
- Калиновская Н. Н., Осос Р. Ф., Кучук Е. В. Бетонирование фундаментной плиты турбоагрегата белорусской АЭС с применением самоуплотняющегося бетона // Технологии бетонов. — 2017. — № 3–4. — С. 15–19.
- Волков Ю. С. Самоуплотняющиеся смеси — новое слово в технологии бетона. Часть 2 // Технологии бетонов. — 2014. — № 10(99). — С. 28–34.
- Мозгалев К. М., Головнев С. Г. Самоуплотняющиеся бетоны: возможности применения и свойства // Академический вестник УралНИИПроект РААСН. — 2011. — № 4. — С. 70–74.
- KLADEMBETON // KLADEMBETON.ru. URL: https://kladembeton.ru/vidy/drugie/samouplotnyayushhijsya-beton.html (дата обращения: 11.04.2020).
- Абайдуллина В. И., Солонина В. А. Подбор состава самоуплотняющейся бетонной смеси // Международный студенческий научный вестник. — 2016. — № 3–1. — С. 167–168.
- Николенко Ю. В., Сташевская Н. А.,Окольникова Г. Э. Применение самоуплотняющихся бетонов в монолитном домостроении // Системные технологии. — 2017. — № 2(23). — С. 38–42.
- Замес бетона //. URL: https://zamesbetona.ru/podgotovka/samouplotnjajushhijsja-beton.html (дата обращения: 11.04.2020).
- Фаликман В. Р., Денискин В. В., Калашников О. О., Сорокин В. Ю. Отечественный опыт производства и применения самоуплотняющегося бетона // Национальная ассоциация ученых (НАУ) / Технические науки. — 2015. — № 7. — С. 68–73.
