Принципы создания и применения самоуплотняющегося бетона | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №5 (85) март-1 2015 г.

Дата публикации: 03.03.2015

Статья просмотрена: 726 раз

Библиографическое описание:

Коровкин М. О., Замчалин М. Н., Ерошкина Н. А. Принципы создания и применения самоуплотняющегося бетона // Молодой ученый. — 2015. — №5. — С. 165-168. — URL https://moluch.ru/archive/85/16022/ (дата обращения: 24.09.2018).

Рассмотрены основные принципы создания и применения новой высокой технологической разновидности бетонов. Показаны основные преимущества этих материалов.

Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон, суперпластификатор, тонкий наполнитель, дисперсные отходы промышленности.

 

Концепция самоуплотняющегося бетона была предложена японскими специалистами в конце 80-х годов XX века [1]. Основной целью при разработке этой высокотехнологичной разновидности бетона было получение высококачественного материала, не требующего значительных трудозатрат для укладки и уплотнения бетонной смеси [2]. Этот фактор сыграл основную роль быстрого развития технологии самоуплотняющихся бетонов в начале 90-х годов не только в Японии, но и других промышленно развитых стран мира США, Швеции, Германии, Франции, которые испытывали дефицит квалифицированной рабочей силы в строительной отрасли.

Основополагающие исследования по самоуплотняющимся бетонам были выполнены в конце 80-х годов К. Ozawa и сотрудниками Токийского университета [3]. В соответствии с концепцией самоуплотняющегося бетона [2] он должен удовлетворять следующим требованиям: бетонная смесь способна уплотняться и течь через участки с высокой концентрацией арматуры без вибрации; в уложенном или твердеющем бетоне не должны появляться начальные дефекты; затвердевший бетон должен обладать высокой стойкостью к внешним факторам.

Создание таких бетонов стало возможным благодаря внедрению в технологии бетонов суперпластификаторов и микрокремнезема. Однако в полной мере идея самоуплотняющегося бетона была воплощена после создания японскими учеными нового поколения суперпластификаторов на основе поликарбоксилатных соединений [2].

Механизм действия этих суперпластификаторов основан не только на электростатическом отталкивании, но и на стерическом эффекте [4]. В структуре молекул суперпластификаторов имеются длинные боковые ответвления [4], которые обеспечивают диспергирование частиц цемента. Такие суперпластификаторы характеризуются более продолжительным пластифицирующим эффектом при более низких дозировках.

Кроме применения новых, более эффективных суперпластификаторов, для обеспечения самоуплотнения используются [5] следующие технологические приемы: снижается расход крупного заполнителя и водовяжущее отношение, при этом максимально повышается дозировка суперпластификатора.

Эффект самоуплотнения достигается за счет снижения контактных взаимодействий между зернами крупного и мелкого заполнителя, что обеспечивается высоким объемным содержанием цементного теста. Однако повышение расхода цемента нежелательно не только по экономическим причинам. Бетоны с высоким содержанием вяжущего характеризуются высокими значениями деформаций усадки и ползучести, кроме того, повышенным тепловыделением при твердении, что может вызвать возникновение дефектов структуры бетона.

Получение бетонных смесей с большим содержанием цементного теста при умеренном расходе цемента возможно при замещении части вяжущего высокодисперсными минеральными материалами — микрокремнеземом, золой-уносом, метакаолином, каменной мукой [6, 7, 8] или другими дисперсными минеральными промышленными отходами [9–11]. Замена части цемента позволяет получить текучее цементное тесто без седиментации, водоотделения и расслоения литой бетонной смеси.

Обычные бетоны включают в свой состав минимально три необходимых компонента — цемент, воду и заполнитель. Совместное применение суперпластификатора и тонкого наполнителя (микрокремнезема и др.) позволило получить новые разновидности бетонов, которые в мировой строительной практике получили название высокопрочные бетоны (High Strength Concrete — HSC) и высококачественные бетоны (High-Performance Concrete — НРС). С учетом того, что для получения таких бетонов количество обязательных компонентов должно быть увеличено, такие бетоны считаются пятикомпонентными [6]. В связи с тем, что самоуплотняющиеся бетоны можно считать усовершенствованными высококачественными бетонами, принято говорить о них как о новой стадии развития пятикомпонентных бетонов [6].

По мнению [12] при производстве самоуплотняющихся бетонов необходимо преодолеть три противоречивых фактора: обеспечить высокую текучесть бетонной смеси, исключить ее расслаиваемость и достичь высокой прочности.

Для повышения характеристик самоуплотняющихся бетонов в их состав вводятся, кроме обязательных компонентов — суперпластификаторов и дисперсных материалов, различные высокоэффективные химические добавки, в частности модификаторы вязкости, замедлители схватывания, ускорители твердения. С целью предотвращения водоотделения и расслоения, кроме тонкого наполнителя, при необходимости в состав бетонной смеси вводятся добавки, повышающие вязкость цементного теста. Эти добавки производятся на основе модифицированной целлюлозы, гидролизованного крахмала, полиэтиленгликоля, природных биополимеров и др.

Реологические свойства самоуплотняющихся бетонных смесей значительно отличаются от свойств обычных бетонов. В связи с этим для проектирования состава бетона и контроля его свойств в лабораторных и производственных условиях необходимы специальные методы определения удобоукладываемости бетонной смеси. За сравнительно непродолжительный период исследования самоуплотняющихся бетонных смесей были созданы различные методы определения их свойств. К числу таких методов относят U-испытания (U-Test) [2], V-испытания (V-Funnel Test) [6], метод Оримета (Orimet test), L-испытания (L-box test), испытания с использованием стандартного конуса Адамса с блокирующим кольцом.

Использование исследователями, производителями и потребителями самоуплотняющихся бетонов различных методов привело к тому, что результаты определения удобоукладываемости, полученные такими методами, трудно сопоставить. В связи с этим созрела необходимость принятия гармонизированных стандартов, регламентирующих методики определения способности бетонной смеси к самоуплотнению. В качестве основной, вероятно, будет принята наиболее простая методика — стандартный конуса Адамса с блокирующим кольцом.

После создания методологии проектирования самоуплотняющихся бетонов в начале 90-х годов [1–3] и разработки методик определения их свойств стало возможным широкое применение этой разновидности бетона в строительной практике. В начале 90-х годов самоуплотняющийся бетон в Японии применялся только крупными строительными компаниями. Эго было связано с большими затратами на разработку технологии, текущий контроль качества. Доля самоуплотняющегося бетона в общем объеме бетона не превышала 1 %. Эта разновидность бетона рассматривалась как специальный бетон, применение которого оправданно на крупных объектах [2].

В промышленном масштабе самоуплотняющийся бетон впервые был применен в 1991 г. при сооружении преднапряженных железобетонных пилонов вантового моста [2]. Положительный опыт использования самоуплотняющегося бетона способствовал увеличению объемов его применения.

В качестве основных причин применения этого бетона называют [2]:

-          сокращение сроков строительства;

-          обеспечение надежного уплотнения, в том числе в густоармированных конструкциях сложной конфигурации;

-          высокое качество бетонной поверхности;

-          снижение трудоемкости, устранение шума и вибрации при укладке бетонной смеси.

Немаловажным фактором для расширения объемов производства самоуплотняющегося бетона следует считать применение в его составе дисперсных промышленных отходов, таких, как зола-унос, дисперсные отходов камнедробления, микрокремнезем и др.

Объемы производства самоуплотняющихся бетонов в мировой строительной практике постоянно возрастают. Самая высокая доля этих материалов в объеме производства бетонов приходится на страны с высокой производительностью труда. К примеру, в Дании объем производства самоуплотняющегося бетона составляет около 50 % от общего объема бетона в этой стране.

Самоуплотняющийся бетон — высокотехнологичный материал, его свойства в большей степени, чем для обычного бетона зависят от характеристик сырьевых материалов и точности их дозировки. Для получения материала с гарантированными свойствами необходим четко налаженный лабораторный контроль характеристик исходных материалов и готовой продукции.

Для эффективного применения самоуплотняющегося бетона необходимо учитывать, что его стоимость выше стоимости обычного бетона, и его использование оправданно там, где необходимы высокие темпы бетонирования, гарантированное уплотнение в густоармированных конструкциях, высокое качество поверхности.

Производство самоуплотняющегося бетона в условиях современного уровня развития отечественной строительной отрасли сдерживается низкой стоимостью рабочей силы в России; в структуре себестоимости продукции доля оплаты труда намного ниже, чем в промышленно развитых странах. Очевидно, что по этой причине, а также из-за неразвитости рынка дисперсных материалов и высокой стоимости суперпластификаторов зарубежного производства новый вид бетона не находит такого широкого применения, как в Европе, США и Японии. Тем не менее, в тех регионах, где ведется интенсивное строительство и наблюдается дефицит рабочей силы, в частности в Москве и Петербурге, имеется опыт применения самоуплотняющегося бетона. Вероятно, при подобных изменениях в объемах строительства и на рынке труда и в других регионах России эта разновидность бетона будет востребована.

 

Литература:

 

1.         Kodama, Y. Current condition of self-compacting concrete. Cement Shimbun, No. 2304, Dec. 1997.

2.         Оучи, М. Самоуплотняющиеся бетоны: разработка, применение и ключевые технологии // Бетон на рубеже третьего тысячелетия: труды 1-й Всерос. конф. по бетону и железобетону. — Москва, 2001.- С. 209–215.

3.         Ozawa, К. Development of high performance concrete based on the durability design of concrete structures / К.Ozawa, et. al. // Proceedings of the second East-Asia and Pacific Conference on Structural Engineering and Construction. -1999. — Vol. 1. — P.445–450.

4.         Sakai, E. Molecular Structure and Dispersion-Adsorption Mechanism of Comb-Type Superplasticizers Used in Japan / E. Sakai, K. Yamada, A. Ohta // Journal of Advanced Concrete Technology. 2003. 1(1). 16–25.

5.         Оkamura H, et al. Mix-design for self-compacting concrete / H. Оkamura, et al. // Concrete Library of JSCE. -June 1995. — No. 25. -P.107–120.

6.         Horst G. and Joerg R. Self compacting concrete — another stage in the development of the 5-component system of concrete // Betontechnische Berichte (Concrete Technology Reports), Verein Deutscher Zementwerke. — Dusseldorf, 2001. P. 39–48.

7.         Калашников, В. И. Промышленность нерудных строительных материалов и будущее бетонов // Строительные материалы. 2008. № 3. С. 20–23.

8.         Суздальцев, О. В. Новые высокоэффективные бетоны / О. В. Суздальцев, В. И. Калашников, М. Н. Мороз, Г. П. Сехпосян // Новый университет. Серия: Технические науки. 2014. № 7–8 (29–30). С. 44–47.

9.         Тарасеева, Н. И. Роль безотходных технологий в расширении сырьевой базы для получения эффективных модифицирующих добавок и активных наполнителей в цементные растворы и бетоны / Н. И. Тарасеева, А. В. Воскресенский, А. С. Тарасеева // Новый университет. Серия: Технические науки. 2014. № 10 (32). С. 90–93.

10.     Шестернин А. И., Козюра О. А., Коровкин М. О. Свойства тонкого наполнителя для бетона из лома железобетонный конструкций Актуальные вопросы строительства: материалы Междунар. науч.-техн. конф.: Ч. 1 — Саранск: Изд-во Мордовского гос. ун-та, 2008. — С. 238–242.

11.     Замчалин М. Н., Коровкин М. О., Ерошкина Н. А. Выбор суперпластификаторов для самоуплотняющихся бетонов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/46335 (дата обращения: 02.02.2015).

12.     Калашников, В. И. Расчет составов высокопрочных самоуплотняющихся бетонов / В. И. Калашников / Строительные материалы. 2008. № 10. С. 4–6.

Основные термины (генерируются автоматически): самоуплотняющийся бетон, бетон, разновидность бетона, смесь, тонкий наполнитель, цементный тест, Япония, обычный бетон, рабочая сила, мировая строительная практика.


Ключевые слова

самоуплотняющийся бетон, тонкий наполнитель, суперпластификатор, дисперсные отходы промышленности.

Похожие статьи

Основы технологии самоуплотняющегося бетона

самоуплотняющийся бетон, бетонная смесь, цементный тест, водоцементное отношение, смесь, бетон, разновидность бетона, мелкий заполнитель, высокая удобоукладываемость, минеральная добавка.

Влияние состава бетона с тонким заполнителем на его свойства

Ключевые слова, самоуплотняющийся бетон, тонкий наполнитель, суперпластификатор, удобоукладываемость, прочность.

В мировой строительной практике в последние годы широкое распространение получила новая разновидность бетонасамоуплотняющийся...

Влияние фибрового армирования на свойства... | Молодой ученый

Ключевые слова: фиброармирование, самоуплотняющийся бетон, удобоукладываемость бетонной смеси

Впервые термин «самоуплотняющийся бетон» использовал японский ученый Хайима Окамура в 1986 году при разработке высокопрочного бетона.

Опыт применения самоуплотняющихся бетонов...

Данная статья описывает опыт применения самоуплотняющегося бетона в строительной индустрии Республики Казахстан в 2017 году. Ключевые слова: самоуплотняющиеся бетоны, модифицированные бетоны, добавки на основе поликарбоксилатных эфиров.

Самоуплотняющиеся бетонные смеси с раздельным введением...

Библиографическое описание: Моховиков Е. С., Усов Б. А. Самоуплотняющиеся бетонные смеси с раздельным введением

За рубежом - автобетоносмесители обычно принадлежат строительной организации и рассчитаны на работу с расчётными объёмами поставки бетона...

Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу...

Более высокие результаты по прочности достигнуты в работе [2]. Бетон с расходом цемента СЕM I 52,5 N, равный 859 кг/м3 с кремневым наполнителем 172 кг микросиликой 172 кг (20 % от массы цемента) был самоуплотняющимся с расплывом конуса 70 см с прочностью 149 МПа...

Методы определения свойств самоуплотняющихся бетонных...

Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон, бетонная смесь, удобоукладываемость, реологические свойства, метод оценки.

Для самоуплотняющегося бетона это отношение обычно составляет 0,8…0,9.

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным...

В Евросоюзе производство самоуплотняющегося бетона на заводах сборного железобетона составляет около 50 %.

5. Калашников В. И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения. Строительные материалы.

Использование бетонного лома для получения заполнителя бетона

Ключевые слова: рециклинг бетона, самоуплотняющийся бетон, мелкий заполнитель, тонкий наполнитель. Проведенные ранее исследования [1, 2] показали, что повторное дробление бетонного лома позволяет значительно улучшить характеристики вторичного щебня.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Основы технологии самоуплотняющегося бетона

самоуплотняющийся бетон, бетонная смесь, цементный тест, водоцементное отношение, смесь, бетон, разновидность бетона, мелкий заполнитель, высокая удобоукладываемость, минеральная добавка.

Влияние состава бетона с тонким заполнителем на его свойства

Ключевые слова, самоуплотняющийся бетон, тонкий наполнитель, суперпластификатор, удобоукладываемость, прочность.

В мировой строительной практике в последние годы широкое распространение получила новая разновидность бетонасамоуплотняющийся...

Влияние фибрового армирования на свойства... | Молодой ученый

Ключевые слова: фиброармирование, самоуплотняющийся бетон, удобоукладываемость бетонной смеси

Впервые термин «самоуплотняющийся бетон» использовал японский ученый Хайима Окамура в 1986 году при разработке высокопрочного бетона.

Опыт применения самоуплотняющихся бетонов...

Данная статья описывает опыт применения самоуплотняющегося бетона в строительной индустрии Республики Казахстан в 2017 году. Ключевые слова: самоуплотняющиеся бетоны, модифицированные бетоны, добавки на основе поликарбоксилатных эфиров.

Самоуплотняющиеся бетонные смеси с раздельным введением...

Библиографическое описание: Моховиков Е. С., Усов Б. А. Самоуплотняющиеся бетонные смеси с раздельным введением

За рубежом - автобетоносмесители обычно принадлежат строительной организации и рассчитаны на работу с расчётными объёмами поставки бетона...

Анализ эффективности песчаных бетонов по удельному расходу...

Более высокие результаты по прочности достигнуты в работе [2]. Бетон с расходом цемента СЕM I 52,5 N, равный 859 кг/м3 с кремневым наполнителем 172 кг микросиликой 172 кг (20 % от массы цемента) был самоуплотняющимся с расплывом конуса 70 см с прочностью 149 МПа...

Методы определения свойств самоуплотняющихся бетонных...

Ключевые слова: самоуплотняющийся бетон, бетонная смесь, удобоукладываемость, реологические свойства, метод оценки.

Для самоуплотняющегося бетона это отношение обычно составляет 0,8…0,9.

Эффективные бетоны нового поколения с низким удельным...

В Евросоюзе производство самоуплотняющегося бетона на заводах сборного железобетона составляет около 50 %.

5. Калашников В. И. Что такое порошково-активированный бетон нового поколения. Строительные материалы.

Использование бетонного лома для получения заполнителя бетона

Ключевые слова: рециклинг бетона, самоуплотняющийся бетон, мелкий заполнитель, тонкий наполнитель. Проведенные ранее исследования [1, 2] показали, что повторное дробление бетонного лома позволяет значительно улучшить характеристики вторичного щебня.

Задать вопрос