Разработкой рецептур современных бетонов занимаются научно-исследовательские институты специального профиля, крупные технологические лаборатории при бетонных заводах, университетские лаборатории при строительных факультетах.
В основном, их деятельность направлена на улучшение эксплуатационных качеств бетона, разработку методов снижения разного рода издержек при приготовлении смесей, главная из которых — это уменьшение расхода сравнительно дорогого портландцемента и его расхода, а соответственно и стоимости готового изделия.
Еще одно направление – это увеличение срока службы в течение длительного периода на весь срок эксплуатирования возведенного при помощи бетона здания.
Бетонный завод производит современные бетоны на портландцементе, применяемые в строительстве, характеризуют по многим параметрам, к одному из которых относится содержание вяжущего (клея). В этом соответствии их относят к таким категориям, как:
- тощий, его еще называют сухим бетоном;
- легкий бетон на керамзите;
- тяжелый – на гравийном и гранитном щебне.
Направления исследований в области бетона и железобетона
Путем различных экспериментов и испытаний установлено, что в некоторых случаях увеличение количества цемента в жидком составе парадоксальным образом может привести к снижению его общего расхода за счет уменьшения:
- геометрических размеров (сечения) конструкции;
- процента армирования;
- расхода крупного заполнителя – песка и щебня;
- энергозатрат на возведение и монтаж;
- сроков строительства и монтажа зданий.
При этом рекомендуемые пропорции для приготовления бетона находятся внутри определенных пределов, опускаться ниже которых или, наоборот, подниматься выше не рекомендуется. То же относится и к водоцементному соотношению.
Исходя из этого, «тяжелые» высокопрочные бетоны содержат максимально возможное количество цемента при снижении объемов щебня (гравия), песка и воды.
Бетон характеризуется прочностью на сжатие – классом, в МПа или по старому – маркой в кг/см². Класс обозначается латинской буквой «B» и следующей за ней цифрой, марка – буквой «М». Замена марок на классы была связана с изменением единиц измерения давления с кг/см² на МПа.
Бетоны разделяют и по другим важным параметрам:
- F – цикличная морозостойкость в интервале значений от 100 до 300;
- W – водопоглощение со значениями от 6 до 12, это в процентах количество воды впитываемое при испытаниях образец бетонного кубика;
- П – подвижность или удобоукладываемость в интервале от 3 до 5.
Для приведения этих характеристик к оптимальным значениям используют присадки и добавки в сухом или жидком виде нужного рекомендуемого количества к бетонным смесям при их перемешивании. Для разных классов (марок) бетона эти дополнительные компоненты могут различаться в весовом или объемном измерении.
Состав и компоненты
Одним из важнейших свойств бетона является возможность получения различных его классов (марок) из одних и тех же компонентов, при их комбинировании в различающихся пропорциях.
Таким образом, «тяжелые» составы содержат:
- Портландцемент. При взаимодействии с водой становящийся основным вяжущим (склеивающим) между собой другие компоненты.
- Песок. Иногда его относят к группе, так называемого, мелкого заполнителя. Для ответственных «тяжелых» бетонов повышенной прочности при выборе места добычи (заготовки) песка, предпочтение следует отдавать крупнозернистому промытому речному песку. Чем он и отличается от карьерного, который может содержать химические примеси, неблагоприятно влияющие на бетон при его переходе из жидкой в твердую фазу, а также дальнейшую эксплуатацию. Марки портландцемента, рекомендуемые к применению в высокопрочных «тяжелых» бетонах самые распространенные – это М400 и М500.
- Щебень или гравий. Крупный заполнитель, использующийся при размоле и отсеве до определенных фракций щебня – сравнительно мягких осадочных пород (известняк, мрамор, доломит) или твердых вулканических (гранит, лабрадорит). Или гравия – отсева морской или речной окатанной каменной гальки.
В зависимости от размеров (фракций) бетоны делят на:
- мелкозернистые (до 5 мм);
- крупнозернистые (свыше 5 мм).
- Вода. Чаще для приготовления бетонов используют воду из магистральных водопроводов. В эксклюзивных случаях можно брать пресную воду из прудов, рек, озер, артезианских скважин и колодцев, предварительно очистив ее от содержания различных органических примесей.
Стоимость «тяжелых» бетонов в разных регионах может отличаться в зависимости от:
- цены местных материалов – щебня, песка и воды;
- расстояния доставки (количества оборачиваемостей средства доставки за один трудодень);
- класса (марки) бетона в сборном (монолитном) виде;
- способа монтажа – с колес или перегрузки во временный склад (для готовых сборных изделий).
Применение и использование
Область использования «тяжелых» бетонов повышенной прочности достаточно велика и востребована в современном строительстве зданий и сооружений. Обычно это могут быть:
- взлетно-посадочные полосы аэродромов;
- мосты и путепроводы различного вида и конфигурации;
- каркасы многоэтажных и высотных зданий в сборном или монолитном исполнении, к числу которых относят:
- колонны;
- ригели;
- ростверковые, стропильные, подкрановые балки и прогоны;
- плиты перекрытий и покрытий;
- фермы;
- лестничные клетки, марши и площадки, отдельные ступени из мозаичного декоративного бетона;
- тюбинги метро и тоннелей для прокладки инженерных сетей;
- днища и стенки чаш ванн бассейнов, других зрелищно-спортивных сооружений;
- сваи забивные и буронабивные;
- ростверковые и плитные фундаменты частных домов неглубокого заложения
- надземные и подземные резервуары для воды, нефтепродуктов, жидких химических веществ;
- отстойники водопроводных, канализационных, химических, сельскохозяйственных производств;
- фундаменты заглубленного типа для ответственных сооружений промышленного или гражданского назначения:
- шахтных машин;
- подъемников;
- транспортеров;
- малые архитектурные формы:
- памятники;
- монументы;
- мемориалы,
- телевизионные и радио вышки и мачты;
- плитка и брусчатка для облицовки вертикальных (цоколей), горизонтальных (отмосток, тротуаров) поверхностей;
- храмовые строения для различных конфессий, в том числе колоколен и минаретов.
Как один из экзотических способов использования высокопрочного «тяжелого» бетона, можно вспомнить работы по отливке корпусов грузовых кораблей типа Liberty, получившие широкое распространение в период Второй Мировой войны. В настоящее время ведутся эксперименты по разработке и использованию бетонных корпусов для межконтинентальных танкеров, барж, сухогрузов, контейнеровозов.
Подготовка, монтаж и заливка
В связи с тем, что ««тяжелых»» бетоны в основном используют для ответственных высокопрочных конструкций, лучше не стоит заниматься их самодеятельным приготовлением на строительной площадке или в другом плохо приспособленном для этого месте и заливкой «своими руками».
Для сборного строительства подойдут конструкции и детали, выпускаемые многочисленными заводами или комбинатами железобетонных изделий и строительных материалов.
Жидкие товарные бетонные смеси, в том числе повышенной жирности и плотности и их доставку к месту применения всегда предлагают к продаже не менее распространенные сертифицированные, прошедшие аттестацию, растворо-бетонные узлы, фабрики и другие аналогичные производства.
Обычно, организации, занимающиеся сбытом сборного или жидкого (товарного) бетона имеют в своем составе специальные лаборатории, осуществляющие входной контроль компонентов и выходной контроль качества выпускаемой продукции с выдачей соответствующих паспортов и сертификатов, в также гарантийных обязательств.
Сборные элементы складываются в единое сооружение так же, как детали конструктора для детского творчества, только гигантских размеров. Для связей используются металлические закладные детали и электродуговая сварка. Швы омоноличиваются цементно-песчаными растворами и защищаются полимерными синтетическими герметиками, длительное время сохраняющими свои адгезионные (прилипание) эластичные свойства.
Жидкий бетон для монолитного использования чаще всего доставляется на строительную площадку автомобильными миксерами. Перемешивание сухих ингредиентов и воды происходит в пути еще до прибытия к месту назначения. При строительстве высотных сооружений до 100 для вертикальной транспортировки могут быть использованы бетононасосы.
Монолитный бетон заливают в инвентарную (стандартизированную) опалубку из стальных или пластиковых листов, снабженных ребрами жесткости. Внутри образующихся полостей устанавливают и раскрепляют пространственные арматурные каркасов из стержней, хомутов и сеток.
Для предотвращения появления раковин, каверн, незаполненных полостей, других непроработок укладываемый бетон подвергают виброуплотнению. Основным инструментом для этого обычно служит погружная вибробулава с гибким валом.
Перемещения грузов внутри рабочих площадок осуществляются строительной техникой, в том числе колесными и стационарными рельсовыми кранами.
Положительные и отрицательные качества
Достоинства:
- облегчение конструкций одинаковой несущей способности за счет изменения рабочих сечений бетона;
- существенное увеличение прочности при сопоставимых размерах и габаритах;
- уменьшение процента армирования и расхода стальной арматуры;
- пониженный объем используемого крупного заполнителя.
Недостатки:
- повышенный расход цемента;
- трудности с приготовлением "жирного" бетона в полевых условиях;
- постоянный контроль качества бетонной смеси и технологии заливки.
Меры безопасности
Для работ по непосредственной заливке больших объемов монолитного бетона, включая установку опалубки должны приглашаться рабочие (исполнители, подрядчики) уже имеющие опыт работы с высокопрочными «тяжелыми» бетонами. При бетонировании помимо спецодежды, обуви, рукавиц, строительных касок они должны иметь:
- защитные очки;
- респираторы;
- пояса монтажников-высотников или альпинистские обвязки;
- средства оперативной радиосвязи с руководителем работ.
Электрическое оборудование, инструмент и инвентарь должны быть надежно заземлены способом, исключающим поражение током.
Конструкции и устройства, обеспечивающие доступ к местам заливки жидкого бетона или сборным конструкциям такие, как леса, подмостки, стремянки, лестницы должны быть предварительно проверены на прочность и устойчивость.
Контролирующие органы строительной проверки в пределах своей компетенции осуществляют надзор за выполнением работ с записями в специально заведенном журнале.
Все должностные лица, руководители, исполнители, представители заказчика перед появлением на строительной площадке должны пройти инструктаж по технике безопасности и охране труда с оставлением подтверждающей подписи в соответствующей документации.
Выводы
Высокопрочные «тяжелые» бетоны занимают свою нишу в строительном деле. Без их использования было бы невозможно возведение современных высотных сооружений или объемных строений, в том числе и по индивидуальным эксклюзивным проектам, радующих и восхищающих взоры истинных ценителей в современных городах.
Также эти бетоны применяют и в индивидуальном частном строительстве для изготовления каркасов, перекрытий, чердачных помещений, приспосабливаемых для размещения мансард и мезонинов.