Строительство мостового перехода на остров Русский
через пролив Босфор Восточный во Владивостоке

Особенности ухода за уложенным бетоном ростверка опоры М7
Особенности ухода за уложенным бетоном ростверка опоры М7

Добрый день, уважаемые коллеги!

Я постараюсь продолжить столь интересную тему, начатую Светланой Викторовной Вавренюк, и затронуть такие важные для бетона аспекты, как уход за бетоном в процессе его твердения, его деформативные характеристики, и рассказать о той технологии, которая была разработана с применением самоуплотняющихся бетонов для бетонирования ростверка.

Здесь представлена иллюстрация модификации бетонов и переход к самоуплотняющимся бетонам. Здесь мы видим простой бетон, самоуплотняющийся бетон, и литой бетон, т.е. весь процесс изменения бетона идёт с увеличением осадки конуса при равных В/Ц соотношениях. И, таким образом, имея большой опыт работы с литыми бетонами, позже мы получили его модификацию – самоуплотняющиеся бетонные смеси. Что отличает самоуплотняющуюся бетонную смесь от остальных видов бетона? Прежде всего – это его вязкость, то есть под собственным весом они растекаются до определённого предела. Вязкость измеряется в секундах и представляет собой промежуток времени от приготовления смеси до момента достижения бетоном определённой осадки конуса. Параметр вязкости строго регулируется, задаются его значения от 15 до 20 секунд до достижения осадки конуса диаметром 50 см. На строительной площадке оба эти параметра (вязкость и осадка конуса) строго контролируются. Для контроля вязкости и осадки конуса используются специальное оборудование, такое как арматурный каркас. За счет того, насколько легко смесь проходит через каркас, определяется её пригодность для строительства.

На следующем слайде показана структура бетона. Мы видим, что эта структура однородна по всей высоте и не происходит никаких расслоений.

Особенности и преимущества самоуплотняющихся бетонов: из самого названия понятно, что главной его особенностью является, то, что смесь уплотняется под собственным весом и для неё уплотнения не нужно использовать виброрейки.

Поскольку такой вид бетона имеет большой радиус распространения, то схема укладки бетонных конструкций оказывается менее трудоёмкой, более простой, и не надо контролировать и рассчитывать ступени, как это делалось по классической схеме.

Самоуплотняющиеся бетонные смеси обеспечивают высокую плотность бетонной кладки, возможность полной механизации работ с ней и снижение энергозатрат, а также высокая прочность самоуплотняющихся бетонных смесей позволяет снизить армирование конструкций и увеличить их прочностные характеристики.

Получение самоуплотняющихся бетонных смесей возможно при низком расходе цемента, что обеспечивает его тепловыделение и упрощает процесс ухода за ним. При применении самоуплотняющихся бетонных смесей становится возможным использование низкотермичных цементов (шлакопортландцементов).

Производство самоуплотняющихся бетонных смесей

Одной из особенностей производства самоуплотняющихся бетонных смесей является очень качественное и тщательное перемешивание всех компонентов, входящих в состав смеси. Современнее модификаторы (органо-минеральные добавки) - это мелкодисперсные вещества, и чтобы их равномерно распределить в объёме, требуются высокопроизводительные, современные двухвальные бетоносмесители, которые обеспечивают интенсивное смешивание. Время смешивания самоуплотняющегося бетона также необходимо увеличивать по сравнению со стандартными бетонами.

Еще одним залогом успеха самоуплотняющихся бетонных смесей является их высокая точность дозирования компонентами. Поскольку современные добавки дозируются в очень низких пределах, то соответственно точность их дозирования возрастает, и поскольку они обладают очень высоким пластифицирующим эффектом, то неточное дозирование может привести к расслоению смеси.

Также немаловажную роль при приготовлении самоуплотняющихся бетонных смесей играет высокая квалификация персонала: от кооператора до лаборантов, которые проводят все измерения. Они должны четко понимать, что из чего следует.

Области применения самоуплотняющихся бетонных смесей

Самоуплотняющийся бетон имеет высокую степень текучести, соответственно он может применяться в конструкциях большой площади и с густым армированием, где порой даже физически невозможно просунуть вибратор (если это был бы обычный бетон), данная бетонная смесь способна под собственным весом затекать и заполнять всё пустое пространство. При бетонировании самоуплотняющегося бетона, конструкции должны иметь высокое качество лицевой поверхности, поскольку смесь обладает определённой вязкостью и эффектом самоуплотнения (т.е. выходом воздуха из бетонной смеси).

Так же самоуплотняющийся бетон может применяться при применении в строительстве сборных железобетонных конструкций.

В нашей компании опыт бетонирования самоуплотняющимися бетонными смесями впервые был применен в 2006 году на Саяно-Шушенской ГЭС, когда бетонирование проходило автоматически, без участия людей.

В настоящее время этот вид бетона активно применяется при строительстве Атомных электростанций.

Применение самоуплотняющегося бетона при строительстве ростверка опоры М7

Весь объём ростверка был разбит на три захватки. Здесь был применён довольно интересный технологический приём, касательно подачи бетонной смеси в конструкцию, поскольку она имеет высоту порядка 13 метров. Были разработаны специальные монолитные трубы, благодаря которым бетон равномерно опускался на дно ростверка, и эти трубы имели выходы для бетонной смеси по всей высоте, что позволяло бетону равномерно утекать через отверстия и без каких-либо расслоений распределяться равномерно по всей высоте ростверка.

Чтобы рассчитать технологию бетонирования, потребовалось использовать два нестандартных критерия оценки. Первый критерий – это время перекрытия слоёв (поскольку бетонирование велось без уплотнений) , которое составляло не более 2-х часов. При этом сроки схватывания бетона должны были находиться в пределах 4-х часов, чтобы обеспечить набор прочности и, соответственно, снизить давление на опалубку. Исходя из этих факторов, была определена средняя интенсивность бетонирования, которая составила порядка 120 м3 . Соответственно при такой интенсивности время бетонирования ростверка составило 4 часа.

Подбор состава самоуплотняющейся смеси

Изготовление самоуплотняющихся смесей возможно при применении микронаполнителей и современной добавки пластификаторов, благодаря которым и получается бетон, способный самоуплотняться и растекаться под собственным весом.

Поскольку при бетонировании опоры М7 мы выбрали технологию бетонирования двумя большими массивами, то нам нужно было обеспечить низкий расход цемента, чтобы снизить тепловыделение бетона. Обеспечение сроков схватывания смеси – более 2-х часов, чтобы перекрыть слои. Разумеется, необходимо было использовать материалы Дальневосточного региона. Обеспечение эффекта самоуплотнения и растекания смеси в конструкции – порядка 8 метров. И далее этот бетон должен набрать прочность. Исходя из этих условий, был подобран основной состав бетона. Данный состав бетона был отработан на каждом бетонном заводе-поставщике смеси, было проведено несколько опытных бетонирований, и только после этого каждый бетонный завод-поставщик имел свой рабочий состав, который поставлял смесь для ростверка.

Так же нами были проведены испытания по определению водородного показателя бетона, который составил порядка РН11, что говорит о том, что бетоны с добавкой Золы-Уноса и с микронаполнителями являются щелочной средой. Это говорит о том, что щелочная среда бетона не оказывает агрессивного воздействия на арматуру.

Большой объём блока бетонирования может привести к недопустимому разогреву бетона и, соответственно, возникновению повышенных растягивающих напряжений. Чтобы решить эту проблему, и перед тем, как эту технологию назначить, пришлось провести большую работу по выполнению расчётов, по разработке технологического регламента на бетонирование, и в рамках этих работ было выполнено несколько расчетов, на основании которых были определены температуры разогрева и температурные напряжения, возникающие в бетоне. Для этого сначала нами были заданы исходные параметры: расход цемента, что, несомненно, влияет на разогрев бетона, температуру бетонной смеси, температуру воздуха и температуру при бетонировании. И, выполнив эти расчёты, мы увидели, что нас ожидает впереди и как нам с этим бороться. Результаты этих расчётов вы можете видеть на слайде.

На основании расчётов был составлен график температур (его вы можете видеть на слайде). Максимальная температура в ядре блока составляла 70оС , и дальше температуры у основания ростверка и у верха ростверка составляли порядка 60оС . При этом максимальные градиенты по расчету составляли около 25о С, что , в общем-то, позволило на основании существующих норм бетонировать таким большим объёмом.

Показания напряжений у основания ростверка так же были максимальными и доходили до 6 МПа (растягивающие напряжения). Большая часть напряжений имела сжимающий характер.

На основании расчётов температур и напряжений была определена технология выдерживания бетона, которая заключалась в методе термоса. По результатом расчётов был назначен слой утеплителя и он составил порядка 200 мм. со всех сторон блока.

Чтобы контролировать данные расчётов, были установлены температурные датчики, датчики напряжений и деформаций.

Графики, составленные на основании датчиков, вы можете наблюдать на слайде. На них видно, что показания теоретических расчётов почти совпадают с практическими показаниями.

Деформативные характеристики бетона

Самоуплотняющийся бетон, несмотря на низкий расход цемента, имеет очень высокие показатели прочности при сжатии, соответственно самоуплотняющийся бетон более хрупкий по сравнению с обычным бетоном. А значит, у него модуль упругости, так же, как и прочность, будет расти быстрее. На слайде вы можете видеть два графика изменения модуля упругости для обычного бетона и для самоуплотняющегося бетона. На графике видно, что у самоуплотняющегося бетона модуль упругости растёт быстрее. Для проектирования это свойство не играет роли и разницы в расчёте нет, но в расчёте тепло-физических процессов и напряженно-деформированного состояния бетона, это свойство, несомненно, нужно учитывать.

Что касается ползучести самоуплотняющегося бетона, то она, на удивление, оказалась меньше, чем у обычного бетона.

Бетон укладывается без виброуплотнения. Будет ли обеспечена монолитность слоёв бетонирования?

НИЦ Мосты проводили исследования ультразвуковым методом по оценке сложности однородности бетонной кладки. И в результате этих исследований было составлено заключение о том, что в целом монолитность бетона была обеспечена.

Спасибо за внимание!

Главный инженер «НП ЦМИД»
Сергей Александрович Костыря