все записи



Дата: 14.04.2009
«Вестник строительного комплекса» № 62
Рубрика: ***

Самоуплотняющиеся бетонные смеси для высокопрочных бетонов


Во время кризиса такие амбициозные проекты, как Охта-Центр, притормаживаются, отодвигаются на второй план, уступая место простым и дешевым решениям. Все чаще высказывается мнение о ненужности и несвоевременности разработок высокопрочных бетонов и новых технологий укладки бетона.  

Мы считаем, что никогда не следует опускать планку. После кризиса наступит подъем, который будет сопровождаться бумом самого разнообразного, в том числе и высотного, строительства. Поэтому, уже сейчас надо работать на перспективу, закладывая в проекты новые высокопрочные материалы и отрабатывая на практике инновационные технологии.

В основе практически любой технологии бетонных работ лежит тщательное уплотнение бетонных смесей, так как степень и равномерность их уплотнения определяют все основные физико-механические и эксплуатационные свойства бетона. Основной качественной характеристикой бетонной смеси является удобоукладываемость, которая характеризуется двумя количественными показателями – жесткостью и подвижностью.

По современной отечественной классификации бетонные смеси подразделяются на подвижные, жесткие и сверхжесткие. Подвижные в той или иной степени растекаются и уплотняются под действием силы тяжести, жесткие самостоятельно не растекаются, их обычно подвергают виброуплотнению, а сверхжесткие вибрируют с пригрузом или прессуют. Чем выше жесткость бетонной смеси, тем сложнее уплотнение, но выше физико-механические характеристики.
С другой стороны, высокая степень подвижности, облегчающая укладку бетонной смеси в форму или конструкцию, часто способствует увеличению расслаиваемости, снижению однородности и, как следствие, ухудшению физико-механических свойств бетона.

С точки зрения технологов и производителей бетонных работ, идеальной считается такая смесь, которую вообще не требуется распределять по конструкции и уплотнять, а она при этом не расслаивается и сохраняет равномерность объема. Такие бетонные смеси назвали самоуплотняющимися. К самоуплотняющимся смесям относятся не все литые смеси (категории П5), а только те из них, расплыв конуса которых превышает 55 см.

Можно ли обычную бетонную смесь для бетона класса В20 или В25 превратить в самоуплотняющуюся? К сожалению нет. Если в обычную бетонную смесь мы добавим аморфный микрокремнезем и суперпластификатор, она, визуально, станет очень похожа на самоуплотняющуюся. Но измерение подвижности покажет, что получилась литая смесь, которая все-таки требует дополнительного самоуплотнения. Если в такую смесь, для увеличения подвижности, добавить воды – она начнет расслаиваться.

Рецептура самоуплотняющейся бетонной смеси весьма существенно отличается от состава обычной бетонной смеси. Первым отличием является принципиально другой подход к соотношению и гранулометрии заполнителей (расход щебня не превышает расход песка, рассев заполнителей, по возможности, приближается к идеальной кривой за счет обогащения нескольких фракций). Второе отличие заключается в обязательном присутствии в смеси наполнителей (как правило, это известняковый порошок) и повышенном расходе цемента. Третьим отличием являются тип и дозировка пластифицирующей добавки (как правило, это гиперпластификатор, доза которого на порядок превосходит стандартный расход для обычного бетона).

Высокая стоимость самоуплотняющихся бетонных смесей, с одной стороны, предполагает их использование только для получения высокопрочных бетонов с высокими и ультравысокими эксплуатационными свойствами, а с другой стороны, побуждает к разработке мероприятий по снижению их себестоимости для расширения области возможного применения.

При переходе на самоуплотняющиеся смеси значительно упрощается технология работ, уменьшается их шумность, сокращаются трудозатраты, увеличиваются темпы строительства. Таким образом, несмотря на существенно более высокую стоимость этих смесей, общие затраты на строительство даже сокращаются.

Это неочевидно, невероятно, но суммарные затраты на строительство при использовании дорогой самоуплотняющейся бетонной смеси меньше, чем при использовании дешевых традиционных смесей.

Рассмотрим простейший пример. Когда для бетонирования фундаментной плиты применяется обычная бетонная смесь, выгрузка из автобетоносмесителя производится небольшими порциями. Каждую порцию смеси бригада рабочих должна распределить по конструкции и уплотнить глубинными вибраторами. Все это время барабан автобетоносмесителя вращается, а двигатель работает, отравляя выхлопами окружающую среду. После окончания бетонирования рабочие долго выравнивают поверхность реечным вибратором.

В случае бетонирования такой же плиты самоуплотняющейся бетонной смесью, автобетоносмеситель выгружает всю смесь за один прием и тут же уезжает в следующий рейс. Бригады нет. Прием смеси осуществляет один человек, по сути, выполняющий только контролирующую функцию. Экономия и на зарплате рабочих, и на количестве машиносмен автобетоносмесителя. Плюс – огромная экономия времени, затрачиваемого на производство работ, в сочетании с равномерным качественным уплотнением бетона по всей конструкции. Абсолютно гладкие стены после снятия опалубки.

Одновременно, за счет снижения шумности, энергопотребления, выхлопов от двигателей ожидающих разгрузки автобетоносмесителей, уменьшается экологический ущерб для окружающей среды и психофизическое воздействие на ноосферу.

В России пока нет своей классификации самоуплотняющихся бетонных смесей, поэтому используется градация, принятая на сегодняшний день в Европе [1].

Для большинства густоармированных и металлобетонных конструкций наиболее приемлемой – как с технологической, так и экономической точек зрения – является самоуплотняющаяся бетонная смесь SF 2.

Расплыв конуса самоуплотняющихся бетонных смесей измеряется при помощи стандартного конуса для определения подвижности бетонных смесей, который для удобства наполнения перевернут «вверх ногами».

При подъеме конуса вытекающая из него смесь расплывается на горизонтальной поверхности в виде лепешки, диаметр которой измеряется металлической линейкой.

До недавнего времени для получения самоуплотняющихся бетонных смесей использовались только импортные гиперпластификаторы четвертого поколения на поликарбоксилатной основе. На самом деле это, конечно, олигомерные, а не полимерные молекулы, а «гипер» (от греческого hyper – над, сверх) означает то же самое, что «супер» (от латинского super – сверху, над). При этом расход гиперпластификатора составлял не привычные 0,2–0,3 % от расхода цемента (как это принято для обычных бетонных смесей), а достигал предельной для этих добавок величины в 1,4–2,0 %.

К настоящему времени доктором технических наук С. С. Каприеловым из НИИЖБа разработаны и в промышленном масштабе внедрены в производство (свыше 14,5 тыс. м3 только одна из конструкций) высокопрочные бетоны класса В50 на основе самоуплотняющихся бетонных смесей [2]. Сейчас он активно ведет разработку и, пока еще, не настолько масштабное внедрение в производство (3 тыс. м3) самоуплотняющихся смесей для высокопрочных бетонов класса до В90 включительно [3].

В Санкт-Петербурге И.Н. Рыжов (ОАО «Объединение 45») уже осуществил несколько успешных производственных экспериментов по выпуску самоуплотняющихся смесей для высокопрочного бетона класса В60, но широкомасштабного их производства пока не начал [4].

В Военном инженерно-техническом университете (ВИТУ) сейчас проводятся исследования и разработка принципиально новых рецептур самоуплотняющихся бетонных смесей для получения высокопрочных бетонов классов В75 – В80, эксплуатационные свойства которых будут находиться на уровне лучших аналогов, а себестоимость существенно уменьшится.

В качестве полифункциональной модифицирующей добавки в этих составах используется модификатор
МБ-01, разработанный С.С. Каприеловым [5], который мы усилили специальной присадкой на основе химически преобразованных углеродных частиц [6]. В качестве крупного заполнителя используется полифракционная смесь габро-диабазового щебня, имеющего сверхнормативную прочность. Морской песок, используемый в качестве мелкого заполнителя и наполнителя (там достаточно много пылевидных частиц), обогащается фракциями 2,5 – 5,0 мм и 1,25 – 2,5 мм.

В качестве иллюстративного материала показаны фотографии расплыва конуса двух самоуплотняющихся бетонных смесей для высокопрочного бетона.

На левой фотографии показан расплыв смеси, приготовленной по европейским методикам с использованием предельной дозировки наиболее эффективного импортного гиперпластификатора на поликарбоксилатной основе – Sika ViskoCreat – 120. На правой фотографии приведен расплыв конуса смеси на отечественном модификаторе МБ-01, усиленном присадкой химически преобразованных углеродных частиц. Модификатор МБ-01 состоит из двух компонентов: аморфного микрокремнезема и суперпластификатора С-3 (на нафталин-формальдегидной основе).

Обе смеси имеют одинаковое водоцементное отношение (0,32) и равную подвижность (расплыв конуса 75 см). Но в первом случае дозировка гиперпластификатора на поликарбоксилатной основе была предельной и крайне высокой по стоимости, а во втором расход суперпластификатора на нафталин-формальдегидной основе может быть даже повышен.

Таким образом, наши исследования показали, что выпуск самоуплотняющихся бетонных смесей можно наладить и без использования дорогостоящих импортных гипер-пластификаторов. Что еще ограничивает широкомасштабное применение на стройках Санкт-Петербурга самоуплотняющихся бетонных смесей? Как ни парадоксально это будет звучать – щебень и песок. Заполнители которые имеются в распоряжении бетонных заводов Санкт-Петербурга, за редким исключением, не соответствуют требованиям не только к самоуплотняющимся, но даже к обычным бетонным смесям.

Общеизвестно, что для получения качественного бетона щебень, изготовленный путем дробления изверженных горных пород, должен содержать менее 1 % пылеватых, илистых и глинистых частиц. Фактически, содержание пылеватых частиц на поверхности щебня сейчас часто зашкаливает за 3 %. Это резко ухудшает сцепление щебня с цементным тестом, что провоцирует трещиннообразование по образующей зерен щебня, снижение морозостойкости и водонепроницаемости. Однако, главная беда в том, что эта пыль весьма существенно уменьшает подвижность бетонной смеси, требуя, для компенсации воды, израсходованной на ее смачивание, повышения расхода воды или пластифицирующей добавки. В защиту производителей бетона отметим, что современные бетонные заводы, как правило, работают «с колес» и не имеют физической возможности организовать мытье щебня. Поэтому, требования к чистоте щебня, следует переадресовать его производителям. Качественный бетон можно приготовить только на чистом щебне.

Не менее важным условием для получения качественной бетонной смеси является форма зерен щебня. Щебень «кубической» формы на Санкт-Петербургском строительном рынке практически отсутствует. То, что выдается за первую категорию, в лучшем случае имеет количество лещадочных зерен приближающееся к верхнему пределу. А во многих партиях щебня, которые не претендуют на первую категорию, количество лещадочных зерен доходит до 50%. На таком щебне самоуплотняющуюся смесь не приготовишь. При расплыве смеси «кубические» зерна свободно вращаются, а лещадочные расклиниваются, образуя миниатюрные запруды. Когда таких запруд много – расплыв смеси быстро пре-кращается. Производство «кубического» щебня обходится дороже, так как требует специального оборудования, но резко снизить количество лещадочных зерен очень просто. Достаточно пропустить щебень через сито с продолговатыми ячейками.

Сейчас, когда объем производства товарного бетона существенно уменьшился, можно при выборе поставщика щебня сделать акцент на качестве. Это как минимум приведет к экономии цемента, а в перспективе – облегчит переход на производство самоуп-лотняющихся бетонных смесей.

В нашей стране вполне достаточное количество песчаных карьеров, но к сожалению, почти весь песок не пригоден для приготовления бетона. Намывной песок чистый, но по крупности он достаточно редко может быть отнесен даже к категории средних песков. Чаще всего это мелкий песок, на котором, в соответствии с действующими нормами, можно приготавливать бетон класса не более чем В15. Карьерный песок встречается даже крупный, но, как правило, он загрязнен глинистыми примесями и органикой. Для приготовления самоуплотняющихся бетонных смесей нужен чистый крупный песок. Где его взять? Сделать! Имеется старый проверенный технологический прием, который называется обогащение. Берется чистый, но мелкий намывной песок. К нему добавляется необхо-димое количество частиц крупных фракций. Где их взять? Из карьерного песка отсеиваются крупные фракции, моются для удаления глинистых или органических частиц. Но ведь в намывном песке есть слишком мелкие пылеватые частицы. Как их убрать? Их не надо убирать. В состав самоуплотняющейся смеси специально вводится молотый известняк в качестве наполнителя. Почему это должен быть именно молотый известняк? Это ведь не асфальтобетон, где известняковый наполнитель берется потому, что он обладает более хорошей адгезией к битумному и дегтевому связующим. В данном случае пылеватые частицы кварца успешно заменят молотый известняк.

Таким образом, для обеспечения широкомасштабного внедрения самоуплотняющихся бетонных смесей, необходимо организовать производство чистого высококачественного «кубического» щебня и обогащенного песка. Учитывая, что в большинстве своем, эти смеси будут предназначаться для получения высокопрочного бетона, целесообразно предусмотреть изготовление щебня из наиболее прочных горных пород, например из габбро-диабаза, который имеется и разрабатывается в Карелии.

Мы не делаем секрета из своих разработок и открыты для сотрудничества по включению высокопрочных бетонов в реальные проекты и внедрению самоуплотняющихся бетонных смесей в широкомасштабное промышленное производство.

 

Литература

1. EG SCC European Guidelines for Self Compacting Concrete. Specification, Production and Use, 2005. 68p.

2. Модифицированные бетоны нового поколения в сооружениях ММДЦ «Москва – Сити». Часть 1. С.С. Каприелов, В.И. Травуш, Н.И. Карпенко, А.В. Шейнфельд и др. Строительные материалы. 2006. № 10. С. 13 – 17.

3. Модифицированные бетоны нового поколения в сооружениях ММДЦ «Москва – Сити». Часть 2. С.С. Каприелов, В.И. Травуш, Н.И. Карпенко, А.В. Шейнфельд и др. Строительные материалы. 2008. № 3. С. 9 – 13.

4. Рыжов И.Н. Самоуплотняющиеся бетонные смеси – производство и применение. Бетон и железобетон. Оборудование. Материалы. Технологии. 2008. Сборник № 1. С. 120 – 122.

5. ТУ 5743-049-02495332 – 96. Модификатор бетона марки МБ-01. Технические условия.

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


Полная или частичная перепечатка материалов - только с письменного разрешения редакции!


«« назад