Строительное сообщество Новосибирска облетела новость: на одном из заводов ЖБИ получен бетон марок 900…1000 (класса около В75). Проектировщики и строители радостно потирают руки – открывается перспектива повысить этажность каркасных домов с 16-20 до 30 и даже до 40 этажей.
Слов нет, достоинства высокопрочного бетона неоспоримы, однако у него есть свои особенности, о которых стоит сказать хотя бы несколько слов.
Чем выше прочность бетона, тем ниже его пластические свойства – как при кратковременном, так и при длительном нагружении (ползучесть), т.е. такой бетон более хрупок. Испытания опытных призм показывают, что разрушается он практически внезапно, без предварительного образования продольных трещин, свойственных бетонам низкой и средней прочности. (Точнее сказать, трещины образуются, но уже непосредственно перед разрушением). Такой характер разрушения бетона был замечен еще в 1980-е годы при экспериментальных исследованиях железобетонных ферм из бетона марки 600 (класса В45)
Эта особенность разрушения бетона опасна тем, что в случае эксплуатационной перегрузки будут отсутствовать видимые симптомы опасного состояния конструкции. Отсюда следует, что для высокопрочных бетонов необходимо вводить повышенный коэффициент безопасности ( в виде дополнительного коэффициента условий работы либо в виде более высокого коэффициента надежности по прочности).
Далее. Ползучесть бетона играет большую положительную роль при перераспределении усилий (образование пластических шарниров) в статически неопределенных системах, что особенно важно для рамных и рамно- связевых каркасов зданий (при перегрузке отдельных конструкций, неравномерных осадков опор). У высокопрочных бетонов это свойство развито значительно слабее.
Мало изготовить колонны из высокопрочного бетона на заводе, нужно их еще собрать в каркас. А это значит, что в «сухих» стыках поверхности должны быть приторцованными, иначе возникнут чрезмерные напряжения смятия при контакте неровных поверхностей. В «мокрых» стыках и узлах монолитный бетон должен иметь ту же прочность и уплотнен так же тщательно, что и в самих колоннах, что на современных стройплощадках – дело весьма проблематичное.
Экспериментальное исследование деформативных и прочностных параметров высокопрочных бетонов в нашей стране не выходили за рамки испытаний небольших моделей (в основном призм). Автоматически переносить эти параметры на реальные конструкции, без учета масштабных коэффициентов, вряд ли оправдано. Поэтому исчерпывающее заключение о прочностных и деформативных свойствах высокопрочных бетонов можно сделать лишь после испытаний натурных конструктивных элементов и узлов их соединений.
Качество бетона зависит, прежде всего, от его состава. Введение в многокомпонентную систему различных добавок значительно повышает требования к точности дозирования материалов и перемешиванию бетонной смеси. Расширение использования добавок требует изучения сохранения подвижности смеси, ее удобоукладываемости и расслоения, кинетики набора прочности бетона, его укладки и ползучести. Любая неточность на свойствах высокопрочного бетона отражается особенно болезненно.
Качество бетона зависит также от приемов перемешивания, транспортировки и качества уплотнения бетонной смеси. Например, расслоение излишне пластичной смеси при вибрировании создает неоднородность в цементном камне и способствует неравномерному распределению заполнителей в теле бетона, а значит и неравномерной прочности бетона в поперечном сечении. Для высокопрочных бетонов такая неравномерность особенно опасна, поскольку способность к перераспределению напряжений у них низкая. Еще более опасно образование пустот в теле бетона, которые не только ослабляют сечения, но и являются опасными концентраторами напряжений.
Несущая способность колонн каркасных зданий определяется не одной прочностью их сечений, но также и качеством монтажа. Отклонения колонн от вертикали, смещение осей стыкуемых колонн относительно друг друга и огрехи вызывают дополнительные напряжения – тем большие, чем больше величина отклонений. А чем выше прочность бетона, тем более чутко он реагирует на эти отклонения. Поэтому качество монтажа (возведения) каркасных зданий с применением конструкций из высокопрочного бетона должно иметь более высокий уровень, а это потребует создания новой системы организации производства и новой системы контроля качества.
» Сила и слабость бетона.
Столетиями бетон использовали как долговечный строительный материал. В начале XX века, с появлением стального армирования, бетон становится наиболее широко применяемым строительным материалом в мире. Долговечный и малоподверженный коррозии бетон противостоит воздействию солнечных лучей, влаги, микроорганизмов и проникновению химических элементов. Бетон способен выдержать давление до 1000 кгс/кв. см, но при этом имеет относительно низкую прочность на разрыв и изгиб. В зависимости от доступности сырья и альтернативных строительных материалов бетон может быть относительно недорогим в производстве и технологичным при изготовлении сложных строительных конструкций.
Бетон состоит из портландцемента, мелкого и крупного наполнителя, воды, различных добавок и воздуха. Портландцемент получил свое название в Англии в начале XIX века ввиду сходства со строительным камнем, который использовали на острове Портланд близ Британского побережья.
Портландцемент изготовливают путем измельчения и смешивания известняка и глиносодержащих пород (глинозема, глинистого сланца, доменного шлака). Смесь равномерно обжигают до спекания в ротационной печи. Получаемый при этом продукт именуют клинкером. Его охлаждают и перемалывают в порошок, который и образует портландцемент. В процессе перемалывания в клинкер добавляют различные ингредиенты для получения разных типов цемента.
Цемент, смешанный с водой, образует вяжущее. Добавляя мелкий наполнитель в вяжущее, получают раствор, а добавляя крупный наполнитель в раствор, - бетонную смесь. В качестве мелкого наполнителя используют песок, крупного - щебень или гравий фракций от 5 до 40 мм.
При изготовлении бетона применяют специальные минеральные добавки - пуццоланы, которые представляют собой разновидности вулканических туфов. Цементирующими веществами в них являются пепел, кремнезем, глина и продукты разложения пепла.
Для придания бетону определенных рабочих характеристик в него добавляют следующие компоненты:
* химически активные:
o влагоуменьшающие;
o замедляющие твердение;
o ускоряющие твердение;
* воздухововлекающие добавки:
o латексные модификаторы;
o акриловые модификаторы.
Добавки используют для снижения стоимости бетона и изменения таких его характеристик, как удобоукладываемость, сроки схватывания, плотность, пористость, долговечность и прочность.
Объемное содержание воздуха в бетонной смеси обычно составляет от 3 до 8 %. Воздушные полости образуются при использовании воздухововлекающих химических добавок для повышения морозостойкости бетона, а также при замесе бетона и во время его укладки.
Все упомянутые компоненты, смешанные вместе, затвердевают и образуют практически монолитную бетонную массу. Свойства и качество бетона в значительной мере зависят от типа и качества компонентов и отношения количества воды к содержанию цемента. Это водоцементное отношение (ВЦО) устанавливает прямую связь между количеством воды на весовую часть цемента и прочностными характеристиками бетона. Чем ниже ВЦО, тем выше прочность бетона.
