Бетон,
который течет
и уплотняется сам

Используя устаревшие материалы и методы возведения зданий и сооружений, а также неквалифицированный персонал, невозможно обеспечить технический прогресс в строительстве.

Что же делать? Как же обеспечить у нас в современных условиях надлежащее качество строительства? Ответ прост: только благодаря использованию новых технологий и современных строительных материалов, а также благодаря постоянному контролю качества исходного сырья и материалов (прежде всего бетонной смеси и ее компонентов) можно обеспечить в современных условиях высокое качество строительства. Необходимо срочно наверстывать упущенное, осваивать работу с новыми материалами и современным оборудованием, уделять внимание повышению квалификации персонала, начиная уже со студенческой аудитории.

В России почти половина зданий строится на основе монолитного и сборно-монолитного способа. Установка арматурных каркасов и опалубки, доставка, укладка и уплотнение бетонной смеси с последующим уходом за ней  являются сейчас основными компонентами процесса возведения зданий и сооружений. А можно ли сейчас у нас упростить и удешевить этот процесс без ущерба для качества строительства, например: исключив процесс вибрирования бетонной смеси? Ответ прост: можно, за счет использования самоуплотняющегося бетона, который уже около 25 лет успешно используется на строительных площадках во всем мире.

Самоуплотняющийся бетон - это бетон, который без воздействия на него дополнительной внешней уплотняющей энергии, самостоятельно под воздействием собственной массы течет, освобождается от содержащегося в нем воздуха и полностью заполняет пространство между арматурными стержнями и опалубкой. Самоуплотняющийся бетон содержиттакой же остаточный объем пор, как и «вибрированный» бетон.

История и исследования самоуплотняющегося бетона

История самоуплотняющегося бетона началась в Японии в 1990 году. Там профессором Хайимой Окамурой было создано и внедрено в практику новое поколение добавок к бетону, а именно высокоэффективные добавки для улучшения текучести на базе полиакрилата и поликарбоксилата. Ему удалось создать бетон, имеющий высокую пластичность и низкое содержание воды. Кроме Окамуры в создании и развитии самоуплотняющегося бетона принимали участие профессора К. Маекава и Кацумаса Озава.

Благодаря уникальным свойствам и преимуществам этого бетона он быстро распространился в направлении Западной Европы. Вначале этот бетон использовался на предприятиях, производивших готовые железобетонные изделия. Затем самоуплотняющийся бетон начинает активно использоваться в качестве так называемого «транспортного бетона», т.е. бетона, который доставляется и укладывается непосредственно на строительной площадке.

Дальнейшие активное развитие и изучение свойств самоуплотняющегося бетона происходило в Германии. Так, в Институте строительных исследований в городе Аахен (Германия) в 2000 и 2001 годах под руководством профессора Вольфганга Брамесхубера по заказу фирмы «DyckerhoffBetonGmbH» после тщательного изучения его свойств, были созданы первые предпосылки для официального допуска и распространения этого материала по всей Европе. Исследования, проведенные в Аахене, показали, что прочность на сжатие самоуплотняющегося бетона, как правило, выше, чем у обычного «вибрируемого» бетона, а прочность на раскалывание, статический модуль упругости, усадка и ползучесть самоуплотняющегося бетона была такой же. Кроме того, этот материал обладал прекрасными свойствами по водонепроницаемости и, таким образом, был официально допущен и рекомендован для использования при сооружении водонепроницаемых сооружений. Материал получил название «DyckerhoffLiquidur» и стал активно распространяться по строительным площадкам Европы вследствие своих уникальных свойств.

  Последним шагом по расширению распространения самоуплотняющегося бетона в Западной Европе было издание в Берлине «Немецким комитетом по железобетону» в ноябре 2003 года нормативного документа «DAfStb-Richtlinie Selbsverdichtender Beton (SVB-Richtlinie)». В этом нормативном документе на 41 странице подробно изложены термины и связи с другими европейскими нормативными документами, а также методы диагностики самоуплотняющегося бетона. Таким образом, после выхода этого нормативного документа самоуплотняющийся бетон официально допущен и разрешен к использованию в Европе, без необходимости каких либо дополнительных разрешений, согласований и допусков.

  С 2003 года немецкий производитель лабораторного оборудования -  компания TESTING Bluhm&Feuerherdt GmbH начала серийно производить и поставлять своим клиентам необходимое лабораторное оборудование для диагностики СУБа. Методы испытания самоуплотняющегося бетона в строительной лаборатории на русском языке подробно описаны в монографии автора данной статьи: “Европейские методы физико-механических испытаний бетона”, вышедшей в Харькове в 2010 году.

Состав самоуплотняющегося бетона

Состав компонентов смеси для приготовления самоуплотняющегося бетона осуществляется, как правило, по японскому методу, разработанному профессором Окамурой. Концепция этой рецептуры базируется на повышении доли мелких пылевидных частиц. Рецептуры самоуплотняющегося бетона по профессору Окамуре базируются на следующих граничных условиях:

• насыпной объем заполнителя крупной фракции должен быть не более 50% объема бетона;
• объемная часть песка в растворе должена составлять 40%.

При оптимизации состава самоуплотняющегося бетона возникают, как правило, следующие вопросы:

• Каким образом подобрать оптимальное количество песка?
• Действительно ли необходимо большое количество цемента?
• Какое влияние оказывают различные наполнители смеси (зольная пыль и молотый известняк)?
• Какое количество крупной фракции заполнителя можно использовать?

Состав и виды самоуплотняющегося бетона постоянно развиваются. Так, к примеру, в 2003 году в Германии был получен допуск на использование легкого самоуплотняющегося бетона. Несмотря на низкую плотность в незатворенном состоянии, равную 1,38 кг/дм³, этот бетон обладает прекрасной подвижностью и способностью самоуплотняться. Механические свойства этого бетона аналогичны свойствам обычного бетона.

Свойства самоуплотняющегося бетона

Анализ самых последних исследований, проведенных в Японии, Германии и Швеции, дает возможность представить свойства самоуплотняющегося бетона. В своем большинстве они во многом совпадают со свойствами обычного бетона. Путем комбинирования компонентов самоуплотняющийся бетон может быть запроектирован как бетон с обычной прочностью, так и как высокопрочный бетон.

Прочность на сжатие

При аналогичном содержании цемента и водоцементном соотношении самоуплотняющийся бетон обладает более высокой прочностью на сжатие за счет более плотного состава смеси.

Прочность на растяжение

При аналогичных показателях по прочности на сжатие самоуплотняющийся бетон имеет незначительно более высокую прочность на растяжение по сравнению с обычным бетоном.

Связь бетон/арматура

Вследствие того, что самоуплотняющийся бетон обладает хорошей подвижностью и сцеплением между отдельными частицами, он обладает хорошими свойствами образования плотного соединения с арматурными стержнями. При этом расположение арматуры (верхний или нижний ряд стержней) не имеет никакого значения.

Модуль упругости

Модуль упругости самоуплотняющегося бетона примерно на 15% ниже, чем у обычного бетона. Это связано с повышенным содержанием мелких пылевидных частиц в бетонной смеси и пониженным содержанием крупной фракции заполнителя по сравнению с обычным бетоном.

Усадка

Усадка бетона всегда связана с количеством цементного теста в бетоне. Так как содержание цементного теста у самоуплотняющегося бетона незначительно отличается от обычного, то оба бетона имеют примерно одинаковую усадку.

Качество поверхности

Поверхность самоуплотняющегося бетона до мельчайших подробностей повторяет поверхность опалубки. Таким образом, при использовании современных видов опалубок можно сразу получить идеально гладкую и ровную поверхность.

Преимущества самоуплотняющегося бетона

Преимущества самоуплотняющегося бетона по сравнению с другими традиционными видами бетона можно условно разделить по группам и представить следующим образом:

Для заказчика: более высокая безопасность капиталовложений за счет:

• создания строительных конструкций, имеющих высокую прочность и в которых исключены дефекты, вызванные с ошибками при уплотнении бетонной смеси,
• сокращения продолжительности строительства.

Для архитектора: более широкий выбор форм конструкций и возможности приданию конструкции определенного заданного внешнего вида за счет:

• особой гладкой и плотной наружной поверхности бетона, которая в точности повторяет форму и поверхность опалубки,
• опалубки различной формы и структуры,
• возможности создания любой геометрии бетонируемой конструкции.

Для проектировщика: свободный выбор геометрии конструкций, обеспечения ее долговечной эксплуатации и упрощение разработки проекта производства работ за счет:

• упрощения работ по бетонированию (отпадает необходимость в уплотнении),
• возможности более плотного расположения арматурных стержней,
• плотного сцепления арматуры с бетоном и проникновению бетона в самые труднодоступные места в опалубке,
• возможности подачи бетона непосредственно через опалубку, например, через отверстие в нижней ее части,
• более простой и менее массивной конструкции опалубки (из-за отсутствия процесса вибрирования бетона на опалубку не воздействуют дополнительные динамические и статические нагрузки).

Для строительной фирмы, выполняющей работы на площадке: более безопасное ведение строительных работ и сокращение затрат на зарплату персонала за счет:

• возможности укладки за смену большего объема бетона,
• отсутствия необходимости уплотнения бетона и за счет этого исключения ошибок, которые могли бы возникнуть при его уплотнении,
• возможности работы персонала в более безопасных условиях при бетонировании,
• самостоятельного растекания бетонной смеси по всей конструкции,
• исключения возможности расслоения бетонной смеси,
• отсутствия шума и вибрации, негативно воздействующих как на персонал, так и на проживающих рядом со строительной площадкой людей.

Экономичность и перспективы использования самоуплотняющегося бетона

Проанализировать экономичность самоуплотняющегося бетона можно на основе уже имеющегося европейского опыта использования этого вида бетона. К примеру, в Германии в литературе можно найти следующие данные:

Если сравнивать цены, то самоуплотняющийся бетон вследствие своего модифицированного состава и стоимости отдельных компонентов бетонной смеси дороже обычного бетона аналогичного вида. Разница в цене составляет от 13 до 18 Евро за 1 кубический метр. Эта удорожание бетона компенсируется экономией средств при его укладке и благодаря целой группе других преимуществ этого бетона (см. предыдущий раздел).

Анализ работ по бетонированию в Германии показал, что за счет того, что отпадает необходимость в уплотнении бетонной смеси на строительной площадке, экономия средств за счет использования самоуплотняющегося бетона при бетонировании отдельных строительных конструкций может составлять от 3 до 6 Евро за конструкцию. Кроме того, необходимость уплотнения бетона, например, при бетонировании колонн и опор, вызывает необходимость частых перерывов при подаче бетонной смеси, а при использовании самоуплотняющегося бетона такие перерывы исключены.

Олег Болотских,

доцент кафедры Технологии строительного производства и строительных материалов Харьковского НациональногоУниверситета городского хозяйства им. А. Н. Бекетова, доктор-инженер; e-mail: bolotskich@ukr.net

Этот материал опубликован в сентябрьском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать здесь.