1 стр. из 1

Самоуплотняющимися называют бетоны, которые без дополнительного уплотнения, лишь под действием силы тяжести, способны течь, заполнять форму и пространства между арматурой, вытесняя воздух, не обнаруживая при этом седиментации или сегрегации.

Самоуплотняющийся бетон (СУБ, англ. SCC = self-compacting concrete) был разработан в конце 80-х гг. японцем Окамурой с целью предотвращения технологических дефектов в результате недостаточного уплотнения, а с середины 90-х гг.стал предметом интенсивных исследований, пилотных проектов и применения в строительной практике во многих странах. В результате этого в во всем мире на сегодняшний день собран большой практический опыт по этому материалу.
В данной статье будут рассмотрены основы технологии, принципы подбора состава смеси и важнейшие методы проверки качеств СУБ, а также приведены примеры использования этого высокоэффективного материала в сфере производства товарного и сборного бетона.

Основы бетонной технологии

Для описания удобоукладываемости и текучести материалов на базе цемента, таких как раствор и бетон, может быть использован реологический инстументарий. В идеале эти материалы можно рассматривать как суспензии, которые имеют определенное содержание твердых частиц, диспергированных в жидкой среде. Реологическое поведение такой суспензии зависит от свойств текучести жидкости, содержания, распределения частиц по крупности, а также от поверхностных свойств диспергированных частиц. Обычно это можно достаточно точно представить посредством модели Бингама. По Бингаму, текучесть достигается тогда, когда суспензия подвергается определенной нагрузке, достигается так называемое предельное напряжение сдвига. После преодоления этого предела устанавливается линейная зависимость между воздействующим напряжением и скоростью сдвига. Движение этой прямой вверх соответствует вязкости суспензии.
Ключом к успешной разработке и производству СУБ является оптимизация реологических характеристик цементного молока и раствора. По сравнению с обычным бетоном, СУБ обнаруживает прежде всего очень низкое предельное напряжение сдвига.

Типы СУБ, состав и подбор состава смеси

Базовые реологические свойства СУБ, например, высокая текучесть, надежное удаление воздуха и высокая устойчивость к расслаиванию, можно обеспечить благодаря тщательному подбору исходных материалов и их пропорций.
Выделяют три основных типа СУБ:
 -  мелкодисперсный тип (значительное увеличение содержания мелкодисперсной фракции по сравнению с обычным бетоном);
 -  стабилизаторный тип (использование стабилизирующих добавок);
 -   комбинированный тип (комбинация двух предыдущих типов).

Таблица 1.

Примечание. Типичные составы смесей СУБ

Так как качество исходных материалов (цемента, заполнителей, минеральных наполнителей, летучей золы, добавок и т. д.) оказывает большое влияние на реологические свойства бетона, подбор состава смеси необходимо осуществлять на базе доступных материалов. Составы смеси, данные в литературе, можно при этом использовать лишь в качестве ориентиров. Типичные составы для СУБ даны в таблице 1. Наиболее распространенный подход к подбору состава смеси СУБ базируется на уже описанном принципе «от цементного молока к бетону» и представлен в таблице 2.

Таблица 2.

После оценки содержания воздуха просчет содержания грубых заполнителей в бетоне или мелких в растворе выполняется сначала на основе результатов ряда испытаний на текучесть — определяется водопотребление для мелкодисперсных составляющих и объемное соотношение воды и мелкодисперсных частиц. После этого сначала раствор, а затем бетон должны быть проверены на осадку конуса и текучесть при помощи калиброванной воронки, чтобы установить необходимое количество пластификатора или стабилизатора. В таблице 2 даны значения, которые должны быть достигнуты на каждой из стадий разработки состава смеси.

Для успешного практического применения уже на этапе подбора смеси следует уделять особое внимание вопросам стабильности, иными словами, достаточной устойчивости характеристик бетона в связи с колебаниями качества исходных материалов и внешних условий (особенно температуры).

Проверка свойств свежего бетона

Самым надежным способом для проверки реологических свойств СУБ мог бы быть реометр, который непосредственно давал бы значения параметров, определенных в модели Бингама, — вязкости и предельного напряжения сдвига. Но этот метод дорогостоящ, сложен и поэтому непригоден для условий стройплощадки.
По этой причине было «разработано множество косвенных методов проверки текучести СУБ. При этом самое большое значение имеют метод по осадке конуса и определение времени истечения через воронку, так как осадка конуса коррелирует с предельным напряжением сдвига, а время истечения — с вязкостью.
Вместо опыта по определению времени истечения через воронку в различных нормах и литературе принимается метод определения так называемого времени t 500, т. е. времени, за которое бетон растекается до диаметра 500 мм.
Для проверки других свойств бетона, которые имеют важное значение для практики (например, блокирующее поведение, способность к самовыравниванию и особенно структурная стабильность, т. е. устойчивость к сепарации воды и седиментации), были разработаны различные методы: определение текучести с блокирующим кольцом, тест «L-образным контейнером», с U-образной трубкой, опыт на вымывание и пр. Европейских норм по проверке СУБ пока не существует.

Применение СУБ

СУБ используются преимущественно там, где применение вибро-бетона, как показывает опыт, создает проблемы: например, при выполнении лицевых поверхностей из бетона, изготовлении элементов с высоким содержанием арматуры и/или сложной гео-метрией, в условиях ограниченного пространства на стройке, при необходимости выполнения работ с пониженным уровнем шума или сжатыми сроками.
Кроме этого, уже имеются успешные разработки и опыт применения само-уплотняющегося легкого и самоуплотняющегося высокопрочного бетонов, а также самоуплотняющегося фибробетона.

Неоспоримым преимуществам СУБ в настоящее время противопоставляются такие его недостатки, как более высокие затраты на материал, меньшая стабильность и более высокие по сравнению с обычным бетоном затраты на разработку рецептуры, производство, обеспечение качества и контроль. Несмотря на растущую долю на рынке и далеко не исчерпанный потенциал СУБ в будущем не полностью заменит нормальный бетон. Его сферы применения будут ограничены теми случаями, когда он сможет обеспечить наилучшее соотношение затрат и эффекта.
Так как СУБ, в отличие от обычного бетона, более чувствителен к колебаниям рецептуры, особенно к содержанию влаги, следует предъявлять более жесткие требования к точности взвешивания и дозировке. Особое внимание приходится уделять контролю влажности заполнителей.
В связи со сложным взаимодействием внутри системы, состоящей из 5 компонентов (цемент, вода, заполнители, наполнители, добавки), особое значение приобретает последовательность загрузки в смеситель. Гомогенизация смеси и вступление добавок в реакцию требуют более интенсивного перемешивания; другими словами это означает увеличение времени замеса, если смесительная техника не адаптирована соответствующим образом. Особое значение на всех этапах переработки и контроля приобретают меры по обучению занятого на выполнении этих задач персонала.
В связи с высоким содержанием связующего и мелкодисперсной фракции СУБ может иногда обнаруживать отличия от обычного бетона в плане характеристик жесткого бетона. Если прочность на сжатие по сравнению с обычным бетоном в общем немного улучшается из-за высокой гомогенности смеси, то модуль упругости снижается в связи с высоким содержанием мелкодисперсных частиц. Ползучесть и усадка более выражены, чем в вибробетоне. Благодаря плотной поверхности улучшается устойчивость к проникновению вредных веществ, а устойчивость к механическому износу снижается.

Применение СУБ как товарного бетона

СУБ используется в качестве товарного бетона при возведение высотных и инженерных сооружений, при ремонтных работах на строительных объектах (дополнительное укрепление опор, заполнение пустот и пр.). Особое преимущество СУБ заключено в том, что с самого начала исключены дефекты при уплотнении. Кроме того, достигается более высокое качество поверхности, в т. ч. при сложной геометрии форм.
Связанная с использованием СУБ в качестве товарного бетона проблема заключена в том, что для всех смесей должны быть соблюдены одинаковые характеристики при не полностью контролируемых и порой очень неустойчивых условиях, в которых производится укладка бетона (погода, температура, время доставки и т. д.).Из-за невозможности контролировать все параметры уже на стадии проектирования следует уделять особое внимание вопросам порядка действий при сбоях в процессе, ответственности и возможности внесения изменений непосредственно на стройплощадке.
При укладке СУБ можно перекачивать насосом на большие расстояния (>200 м) и подавать самотеком в форму с большой высоты (5 м). Так как уплотнение не выполняется, возможно значительное сокращение времени работ. В связи со способностью к самовыравниванию сильно снижаются затраты на формирование поверхности. Однако из СУБ нельзя выполнять поверхности с большим уклоном.
При конструировании/расчете опалубки на стадии проектирования следует принимать полную гидростатическую нагрузку, хотя она достигается в редких случаях (снижение давления в результате тиксотропии бетона).
На эффект экономии можно рассчитывать в том случае, когда возможна высокая интенсивность укладки в связи с условиями конкретного строительства (сроки, количество работников). Например, при устройстве устоев подвесного моста Akashi-Kaikyo в Японии благодаря использованию СУБ удалось сократить сроки с 2,5 до 2 лет.

Применение СУБ на производствах ЖБИ

По сравнению с условиями роботы с товарным бетоном окружающая температура и технологические шаги на заводе ЖБИ отличаются большей устойчивостью и лучше поддаются контролю, что дает основания полагать, что, в отличие от монолита, использование СУБ в таких условиях не представляет собой проблем. Все же с точки зрения контроля качества рекомендуется использование раздельных линий для работы с СУБ и вибробетоном.
СУБ может использоваться на заводах ЖБИ для производства конструктивных железобетонных и преднапряженных железобетонных элементов (балок, перекрытий, стеновых панелей, опор), а также труб, элементов канальных систем, лестниц и т. п.При этом достоинства СУБ наиболее эффективно проявляются в случае со сложной геометрией и тонкими, плотно армированными элементами. Для повышения ранней прочности СУБ, как и обычный бетон, можно подвергать тепловой обработке. Изготовление поверхностей с большим уклоном может осуществляться только в закрытых формах. Благодаря превосходному качеству поверхности изделия из СУБ (обладающие качеством декоративного бетона) могут конкурировать с керамическими, стеклянными и металлическими поверхностями.
Помимо снижения уровня шума и высокого качества элементов достоинства технологии СУБ заключаются в снижении нагрузки и инвестиционных затрат на формы и уплотнительные агрегаты. На снижение затрат в принципе можно рассчитывать там, где производство требует большого количества занятых, а условия производства (количество заказов, складские мощности, скорость оборота и т. д.) позволяют эффективно использовать рост производительности за счет сокращения времени укладки.n

Литература
1. Mechtcherine V., Haist M., Hewener A., Miller H. S.: Self-compacting lightweight concrete — a new high-performance building material. The First fib Congress, Conference proceedings, Osaka, Japan, 2002.
2. Wallevik O. H.: Rheology — a scientific approach to develop self-compacting concrete. 3rd International Symposium on Self-Compacting Concrete, O. Wallevik and I. Nielsson (eds.), Reykjavik, Iceland, RILEM Publications S.A.R.L, pp. 23-34, 2003.
3. Wallevik О. Н.: Practical description of rheology of SCC. Conference Proceedings «Day at the Our World of Concrete», Singapore, 2002.
4. EFNARC, The European Guidelines for Self-Compacting-Concrete, May 2005.
5. Okamura H., Ozawa K,: Mix design for self-compacting concrete. Concrete Library of the JSCE, No. 25, pp. 107-120, 1995.
6. DAfStb (Hg.), DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton (SVB-Richtlinie), Ausgabe November 2003.
7. Ouchi, Nakamura, Osterson, Hallberg, twin: Appplications of self-compacting concrete in Japan, Europe and the United States, ISHPC, 2003.
8. Mechtcherine V., Haist M., Miller H. S.: Development of self-compacting lightweight aggregate concrete with and without fibre-reinforcement. Int. Symposium on Non-Traditional Cement & Concrete, Conference proceedings, Brno, Czech Republic, 2002.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!