Самоуплотняющиеся бетонные смеси (СУБС) все чаще применяются в армированных конструкциях, полах и плитах, а также для архитектурного бетона. Часто они являются единственным решением для ремонта конструкций. СУБС – это высокоподвижные, устойчивые к расслаиванию бетонные смеси с диаметром расплыва конуса от 20 до 30 дюймов. СУБС легко укладывается в опалубку и полностью ее заполняет под тяжестью своего веса без какого-либо внешнего уплотняющего воздействия.
СУБС создается путем использования надлежащего количества высококонцентрированной водоредуцирующей добавки и, при необходимости, добавок, модифицирующих вязкость, которые повышают устойчивость к расслоению бетонной смеси. Также может использоваться сочетание высококонцентрированной водоредуцирующей добавки и добавки для контроля гидратации цемента. Добавка для контроля гидратации цемента может на несколько часов продлить необходимую подвижность бетонной смеси.
Бетонные смеси, предлагаемые на рынке, обычно имеют отклонение от заданной подвижности плюс/минус 2 дюйма. Подвижность смеси измеряется диаметром расплыва бетонной смеси после поднятия верх стандартного конуса наполненного бетонной смесью. СУБС имеют подвижность от 20 до 30 дюймов. В густоармированных конструкциях часто применяют бетонные смеси с подвижностью 28±1 дюйма. Во многих высотных зданиях самоуплотняющиеся бетонные смеси, применяемые в вертикальных конструкциях, применяются также и для плит перекрытий. Применение одной бетонной смеси исключает необходимость координации действий строителей при переходе от бетонирования вертикальных конструкций к бетонированию плит перекрытий.
Уплотнение традиционной бетонной смеси требует двух человек: один человек вибрирует, другой перемещает вибратор от одной точки на другую. Следовательно, СУБС более экономичны. Применение СУБС означает увеличение количества бетона, укладываемого в течение дня. Больше бетона может быть уложено в течение рабочего дня меньшим количеством человек.
Во многих зданиях стараются добиться максимальной площади, которую можно сдать в аренду. Колонны и стены по этой причине являются густоармированными, а размеры их сечения стараются уменьшить насколько это возможно. В таких условиях применение СУБС является необходимостью. Среди проектов, в которых применялись СУБС, можно назвать Всемирный торговый центр 1 в Нью-Йорке, в котором использовался бетон с прочностью 14000 фунтов на квадратный дюйм. Сейчас почти во всех высотных зданиях Нью-Йорка используют бетон с прочностью 14000 фунтов на квадратный дюйм в вертикальных элементах нижних этажей. Бетон с прочностью 8000 фунтов на квадратный дюйм был уложен «вслепую» в густоармированную плиту под действующей линией метро №1 проходящей через Всемирный торговый центр. Плита была 50 футов в ширину. Бетонная должна была иметь подвижность 28 дюймов. Меньшая подвижность смеси могла привести к катастрофе. Производители работ могли наблюдать за укладкой и распределением бетонной смеси с помощью камер.
Всемирный торговый центр 1.
СУБС все чаще используется в архитектурном бетоне. В ACI 347 Руководство по опалубочным работам Американского института бетона содержится руководство по определению давления бетонной смеси на опалубку. Eli & Edythe Broad Museum Университета штата Мичиган, учебный корпус Медицинского центра Колумбийского университета, здание Представительства США при ООН являются хорошими примерами успешного использования СУБС в архитектурном бетоне. Ни в одном из этих проектов не возникало проблем из-за давления бетонной смеси на опалубку. Архитектору Университета штата Мичиган Заха Хадиду требовалась бетонная смесь, которая исключала бы появление каких-либо пор на поверхности бетона. Решение этой задачи – СУБС с подвижностью 28 дюймов.
Eli & Edythe Broad Museum Университета штата Мичиган
Медицинский центр Колумбийского университета
Надлежащее планирование
Перед стартом каждого нового проекта подрядчику и проектной группе необходимо провести предварительное совещание для того чтобы рассмотреть предлагаемые составы бетонной смеси и обсудить методы и технологию производства бетонных работ. Подрядчик должен привлечь к обсуждению ответственных представителей всех заинтересованных сторон, связанных производством бетонных работ, включая:
- Начальника участка (Contractor’s Superintendent)
- Инженера-конструктора (Structural Engineer)
- Производителя бетонной смеси
- Производителя добавок в бетон
- Субподрядчика – производителя бетонных работ/Бригадира (мастера) отделочных работ (Finishing Foreman)
- Производителя бетононасосного оборудования
- Лабораторию, ответственную за контроль качества на строительной площадке
- Независимое испытательное агентство, ответственное за подбор состава бетонной смеси
Предварительно подрядчик должен разослать всем участникам совещания повестку дня. Обычно повестка дня включает следующие вопросы:
Специальные требования к СУБС
- Прочность бетона в возрасте 28 или 56 суток.
- Прочность быстротвердеющего бетона ___фунт-сила на кв. дюйм в возрасте___часов.
- Усадка – 0,04% за 28 дней является стандартной. 0,02% за 28 дней указывается на чертежах (Это минимум при повышенных требованиях к усадке и нежелательности деформационных швов)
- Морозостойкость/Долговечность
- Требования к бетону перекрытий, на которые укладываются напольные покрытия, чувствительные к влажности:
-Водоцементное отношение < 0,45
-Высококонцентрированная водоредуцирующая добавка, добавка для контроля гидратации цемента
-Зола-унос и/или доменный шлак требуются во многих смесях (для перекрытий требуется бетон с нормальным временем схватывания). Бетон с нормальным временем схватывания позволяет подрядчику через 4-5 часов после укладки смеси выполнить работы по отделке поверхности бетона. Добавки, обладающие вяжущими свойствами, такие как зола-унос или доменный шлак, могут замедлять схватывание бетона, поэтому в смесях, укладываемых в перекрытия, их может быть меньше чем в смесях, укладываемых в другие конструкции.
Подрядчик должен убедиться, что предлагаемый состав смеси обеспечит надлежащую укладку бетона в опалубку, транспортировку его по бетоноводам, отделку поверхности бетона после его схватывания и требуемую проектом качество бетона. Производитель бетона должен обеспечить таблицей дозировки высококонцентрированной водоредуцирующей добавки и обеспечить строительную площадку необходимым количеством добавки, чтобы восстановить подвижность смеси в случае незапланированных задержек бетонирования. Добавки для контроля гидратации цемента могут поддерживать необходимую подвижность и удобоукладываемость в течение нескольких часов, что позволит подрядчику стабилизировать свойства бетонной смеси на длительный отрезок времени без негативного влияния на прочность бетона.
Правильно подобранный состав и соответствующая проверка качества на строительной площадке, которые обеспечат соответствующую удобоукладываемость, перекачиваемость, время схватывания и отделки, необходимы во всех строительных проектах. Время схватывания и подвижность назначаются в зависимости от времени года. При тщательном планировании и подготовке и, соблюдении соответствующих процедур обеспечения/контроля качества, проект будет весьма успешным.
Применение СУБС сегодня
СУБС более экономичны, поскольку требуется меньше людей при их укладке в опалубку. Подвижность бетонной смеси и оптимальный размер бригады строителей имеют важное значение для подрядчика. Многие подрядчики сейчас знают, что издержки при бетонировании железобетонных конструкций самоуплотняющимися бетонными смесями меньше по сравнению со смесями, требующими вибрирования при укладке. Быстрый набор прочности имеет большое значение во многих проектах, поскольку позволяет соблюдать согласованный график производства работ.
Федеральная администрация автомобильных дорог (FHWA) продолжает работу со штатами, исследователями, производителями, поставщиками добавок и другими партнерами по развитию технологии СУБС посредством научных исследований и строительных проектов. Во многих штатах СУБС используются в балках, опорах мостов, ростверках, колоннах, стенах, кессонах и других конструкциях. СУБС также используются при ремонте железобетонных конструкции там, где затруднено использование традиционных способов бетонирования.
СУБС имеют много технических, экономических и экологических преимуществ. Они могут помочь в решении ряда трудных и дорогостоящих задач, и их применение стоит рассмотреть в следующих случаях:
- Применения геометрически сложной опалубки
- Бетонирования густоармированных конструкций
- В сборных конструкциях
- Необходимости в качестве, скорости и высокой производительности
- Сложности с надлежащим вибрированием бетона
Использование СУБС в Северной Америке постоянно растет. Это можно сравнить с использованием автоматической коробки передач в автомобилях. Немногие выбирают машины с механической коробкой передач или бетонные смеси для железобетонных конструкций, которые требуют вибрирования. Преимущества СУБС включают простоту и скорость укладки, более быстрое время возвращения автобетоносмесителей, исключение вибрирования и шума, меньшее содержание воды и все это в конечном итоге приводит к высокой производительности и долговечным конструкциям.
Для устойчивости окружающей среды самоуплотняющаяся бетонная смесь является оптимальной бетонной смесью. СУБС, как правило, более эффективны из-за использования значительного количества дополнительных цементирующих материалов, таких как зола-унос, доменный шлак и микрокремнезем. Таким образом, содержание цемента можно уменьшить. Содержание воды также меньше. Сохранение водных ресурсов является приоритетом во всем мире.
К примеру, содержание цемента прочностью в 14000 фунт-сила на квадратный дюйм в бетонной смеси, уложенной в конструкции Башни Свободы, высотой 1776 футов, было 300 фунтов на кубический ярд. (Общее количество цементирующих материалов 873 фунтов на кубический ярд). Содержание воды 220 фунтов на кубический ярд. Средняя прочность бетона в возрасте 56 дней составила 16160 фунт-сила на квадратный дюйм.
Для обычного бетона, т.е. бетона с прочностью 3000-4000 фунт-сила на квадратный дюйм, с заполнителем фракции 3/4 дюйма, требуется 290 фунтов воды на кубический ярд бетона с осадкой конуса 3 дюйма. Для каждого кубического ярда бетонной смеси, использовавшейся в Башне Свободы, воды требовалось на 70 фунтов меньше, на 40000 кубических ярдов бетона экономия воды составила 280000 фунтов (33533 галлонов).
Применение СУБС приводит к более прочной и долговечной бетонной конструкции. Отсутствие вибрирования означает отсутствие шума и меньший вред для здоровья бетонщиков.
Успешные проекты с использованием СУБС
В Таблице ниже представлен обзор СУБС использованных в пяти успешных проектах. Представленные составы смесей были подтверждены пробным бетонированием конструкции на строительной площадке.
Таблица примеров проектов с успешным использованием СУБС
- Башня 1 Всемирного торгового центра (ВТЦ): Бетон с прочностью 14000 фунт-сила на квадратный дюйм в возрасте 56 суток требовался для диафрагм жесткости вплоть до 30 этажа.
- Линия метро №1 Нью-Йорк: Еще одним сложным проектом, где использовались СУБС была новая плита толщиной 3 фута под линией метро №1, которая проходит через Всемирный торговый центр. Густо армированная плита шириной 50 футов была забетонирована «вслепую». Для наблюдения процесса бетонирования были установлены камеры.
- Здание медицинского центра Колумбийского Университета, Нью-Йорк: СУБС использована при бетонировании наклонных колонн.
- Eli & Edythe Broad Museum Университета штата Мичиган: Это еще один сложный из-за наклонных форм проект. ACI 347 включает руководство по определению давления бетонной смеси на опалубку. Камал Хайат (Kamal H. Khayat) и Дэвид Ланге (David Lange) обращались к теме давления на опалубку на международной конференции в Стокгольме, Швеция, 1 июня 2012 года. Оба и Камал Хайат и Дэвид Ланге являются всемирно известными авторами и экспертами по СУБС.
- Хадсон—Ярдс, 10 (52 этажа): Победитель премии New York City Concrete Industry Broad 2016 года.
Заключение
Во многих спецификациях указывается бетон с максимальной усадкой 0,04% в возрасте 28 суток. СУБС могут быть разработаны с очень низкой усадкой (0,02% в возрасте 28 суток) путем добавления добавки уменьшающей усадку. Подобная низкая усадка часто требуется для конструкции, подвергающихся атмосферным воздействиям и подводных конструкций с целью уменьшения швов и трещин.
СУБС значительно расширяют возможности бетонирования сложных и ответственных конструкции. В Северной Америке поставлена цель — достичь 15% доли СУБС в производстве готовых бетонных смесей. Эта цель, поставленная Комитетом по критическим технологиям в промышленности (Комитет является частью Совета по стратегическому развитию Фонда Американского института бетона), достигнута во многих городах благодаря использованию в высотных зданиях. Сегодня все крупные проектные фирмы закладывают СУБС в своих проектах для архитектурного бетона и густо армированных конструкции. Преимущества СУБС признаны многими застройщиками, проектировщиками и производителями бетона по всей стране.
Ссылки
Influence of SCC Mix Design on Thixotropy by Kamal H. Khayat, P.Eng., Ph.D., FACI, Frilem, Director,
Center for Infrastructure Engineering Studies at Universite de Sherbrooke, Quebec, Canada.
Mechanisms of SCC Formwork Pressure by David A. Lange, University of Illinois.
Уильям С. Фелан
Источник: www.structuremag.org
Перевод Smeta-kz.com