Бетоны нового поколения для подземных сооружений

1
Бетоны нового поколения для подземных сооружений.
С.С. Каприелов, А.В. Шейнфельд
НИИЖБ, Москва, Россия
ABSTRACT: Modified concrete for underground structures based on application of complex
modifier MB-01 and ordinary portland cement are presented. This concrete characterised by
combined properties: high compressive strength, low permeability, high corrosion resistance and
durability. Having such properties the modified concrete does not need additive protection from
aggressive action of salts.
Ведущие специалисты в области технологии бетона с конца 80-х годов
разрабатывают концепцию бетонов нового поколения, которым отводится важная роль в
сложных инженерных сооружениях 21 века. Имеются ввиду бетоны с высокими
эксплуатационными свойствами, так называемые «High Performance Concrete», которые
уже сегодня востребованы не только необходимостью выдерживать возрастающие
воздействия природного и, особенно, техногенного характера, но и новыми эстетическими
требованиями, предъявляемыми к современным инженерным сооружениям.
Сегодня концепцию бетонов с высокими эксплуатационными свойствами (ВЭС)
можно изложить следующим образом:
а) доступная технология производства бетонных смесей и бетонов с широким
диапазоном свойств, основанная на использовании сложившейся производственной базы и
традиционных материалов;
б) высокие физико- технические характеристики бетонов - класс по прочности до
В80, низкая проницаемость для воды (W12...W20) и газов, низкая усадка и ползучесть,
повышенная коррозионная стойкость и долговечность, т.е. свойства, сочетание которых
или преобладание одного из которых обеспечивает высокую надежность конструкций в
зависимости от условий эксплуатации.
Такой подход вполне обоснован. С одной стороны бетон должен сохранить все
преимущества, сделавшие его основным конструкционным материалом строительства, т.е.
приготавливаться, главным образом, из местных ресурсов в непосредственной близости от
стройплощадок с небольшими трудозатратами как при производстве смесей, так и при
бетонировании конструкций. С другой стороны, он должен обладать достаточным
потенциалом, чтобы воспринимать без «вторичной» защиты повышенные физикомеханические нагрузки при эксплуатации конструкций в различных, в том числе сильноагрессивных средах.
Реализация концепции бетонов (ВЭС) оказалась возможной, прежде всего,
благодаря комплексному применению суперпластификаторов и микрокремнезема.
Оптимальное сочетание указанных добавок - модификаторов, а, при необходимости,
совмещение с ними в небольших количествах и других органических и минеральных
материалов позволяет управлять реологическими свойствами бетонных смесей и
модифицировать структуру цементного камня на микроуровне так, чтобы придать бетону
свойства обеспечивающие высокую эксплуатационную надежность конструкций. В основе
2
изменения
свойств
бетонов
- происходящие в цементной системе сложные
коллоидно - химические и физические явления, которые поддаются воздействию
модификаторов и отражаются, в конечном счете, на фазовом составе, пористости и
прочности цементного камня [1]. Очевидно, поэтому многие специалисты относят
производство бетонов ВЭС к «высоким технологиям» [2]. Известны примеры удачного
использования бетонов ВЭС при строительстве уникальных объектов за рубежом.
Наиболее эффектные из них: тоннель под Ла-Маншем, комплекс высотных зданий в
Чикаго, мост через пролив Нортумберленд (Канада), буровые платформы в Северном море
и др.
Однако, при всей привлекательности перспективы массового производства бетонов
и конструкций нового поколения география объектов строительства с их применением
оказалась недостаточно широкой. Главная причина - нетехнологичность важнейшего
компонента таких бетонов - микрокремнезема, который, представляя собой пылевидный
ультрадисперсный материал насыпной плотностью от 150 до 500 кг/м3, крайне неудобен
для транспортирования.
Более совершенная технология производства модифицированных бетонов с
высокими эксплуатационными свойствами разработана в России Институтом бетона и
железобетона (НИИЖБ). Ее реализация оказалась возможной благодаря появлению
уникального комплексного модификатора МБ-01. Этот порошкообразный продукт
содержит микрокремнезем, суперпластификатор и регулятор твердения, имеет насыпную
плотность 750-800 кг/м3 и по ряду свойств превосходит зарубежные аналоги. Среди
преимуществ МБ-01 - повышенная насыпная плотность (750-800 кг/м3) и композиционный
состав, благодаря чему исключается необходимость в суперпластификаторе и упрощается
технология производства бетонов.
Основные свойства бетонов приводятся ниже [3].
Диапазон кубиковой прочности 40-100 МПа, что соответствует классам В30 - В80.
Диапазон кратковременных и длительных деформативных характеристик: для бетонов
класса до В60 (прочностью до 80 МПа) соответствует действующим нормативам, для
бетонв класса выше В60 (прочностью выше 80 МПа) нормируется специально. Диапазон
кубиковой прочности при нормальном твердении в течение суток - 15-30 МПа. Низкая
проницаемость для воды, газов и хлоридов. Марка по водонепроницаемости выше W16.
Морозостойкость не ниже, чем у обычных бетонов, а при дополнительном использовании
воздухововлекающих или газообразующих добавок доводится до марок F700-F1000.
Стойкость без оклеечной или обмазочной изоляции в следующих условиях: в слабокислых
средах при рН >3, в газовых средах при концентрации агрессивных газов на ступень выше ,
чем указано в СНиП 2.03.11-85, в жидких средах при концентрациях хлоридов и сульфатов
на ступень выше ,чем указанно в СНиП 2.03.11-85. Повышенная тиксотропность и
стабильная во времени консистенция бетонных смесей, которые даже при высокой
пластичности не имеют признаков расслоения.
Некоторые из перечисленных свойств проявились при возведении конструкции на
ТРК «Манежная площадь», при устройстве монолитно-прессованной обделки коллектора
диаметром 4 метра, буронабивных столбов (фундаментов) под опоры путепроводов.
В тал. №1 приведена кинетика твердения бетонов в зависимости от температуры
при устройстве монолитно-прессованной обделки. Как известно, эта особенность бетона
существенно влияет на скорость продвижения щита. При температуре 300С и выше уже
через 6 часов достигается прочность 5 МПа, достаточная для восприятия давления
прессования новой порции бетонной смеси и продвижения щита. При этом прочность
бетона в марочном возрасте
В табл. № 2 приведены характеристики бетонных смесей и бетонов,
использованных при устройстве буронабивных столбов методом ВПТ на строительстве
путепроводов на Московской кольцевой автодороге. Условия эксплуатации конструкции
характеризовались наличием сильно агрессивной (по содержанию сульфатов и хлоридов)
среды по отношению к бетону марки по водонепроницаемости W4. Для
модифицированного бетона марки W18 эта же среда является неагрессивной, что не
требует «вторичной защиты» (изоляции) конструкции, как в случае с бетоном W4.
Сохранение консистенции бетонной смеси в течение длительной (до 1,5 часов)
транспортировки является еще одним достоинством , снимающим технологические
проблемы в условиях мегаполиса. Повышенная связность (нерасслаиваемость)
высокоподвижных смесей позволяет обеспечить однородность бетона по высоте столба,
что подтвердилось испытанием выбуренных кернов. Отклонения прочности кернов по
высоте столба не превышало 10%.
Вывод.
Практика возведения подземных сооружений показала, что модифицированные
бетоны обладают комплексом свойств, которые позволяют обеспечить долговечность и
эксплуатационную надежность сооружений в условиях агрессивного воздействия
грунтовых вод, не усложняя технологию производства бетонных работ.
Литература.
1. Каприелов С.С. «Общие закономерности формирования структуры цементного
камня и бетона с добавкой ультрадисперсных материалов». Бетон и железобетон №4, 1995
г., стр.16-20.
2. B.Mather. Concrete - year 2000, Revisited in 1995. Adam Neville Symp. in Concrete.
Tech. Proceedings Second CANMET/ ACI Symp. Las Vegas, june 12, 1995, p.p. 1-9.
3. Каприелов С.С. , Шейнфельд А.В. , Батраков В.Г. « Комплексный модификатор
МБ-01». Бетон и железобетон №5, 1997 г. стр. 38-41.