Бетон
Самым распространенным современным материалом в строительстве по праву считается бетон. Бетон - это искусственно произведенный строительный материал. В классическом виде представляет собой смесь четырех компонентов:
- Цемент
- Щебень
- Вода
- Песок
От пропорций компонентов и их качества зависят характеристики конечного материала.
Индустрия бетонных смесей активно развивается. Свойства бетонов разнообразны и хорошо изучены. И для того, чтобы известные свойства улучшать или изменять, разработаны специальные добавки, которые применяют в производстве как пятый компонент основного состава.
Область применения бетона
Разнообразие применения бетона обусловлено его характеристиками. Бетон применяется повсеместно в строительной индустрии: от строительства небоскребов, атомных станций, подводных тоннелей, космодромов, до отделки жилых квартир. Для наиболее нагруженных строений применяется бетон повышенной прочности. Прочность бетона косвенно привязана к его массе и плотности. Бетон, применяемый для возведения электростанций, зданий большой этажности, имеет плотность 2500 кг/м3, называется особо тяжелый. Для строительства фундаментов гражданских зданий, торговых центров строители используют тяжелые марки бетона плотностью 1800-2500 кг/м3. Стеновые панели, межэтажные перекрытия, строительные блоки производят из легкого бетона, плотность которого колеблется, в зависимости от изделия, от 500 до 1500 кг/3. Для наружной теплоизоляции зданий разработан особо легкий бетон, плотность которого ниже 500 кг/м3.
Бетонная смесь может применяться в строительстве в индустриальном виде, то есть в виде готовых изделий и непосредственно на строительной площадке в наливном состоянии.
К бетонным изделиям относят все виды железобетонной продукции, газобетонные блоки, шлакоблоки и прочие, формованные в промышленных условиях, разновидности продукции. В наливном виде бетон используют в дорожном строительстве, для заливки фундаментов: ленточных, плитных, свайно-набивных; для изготовления стяжек и отмосток; при строительстве монолитных построек.
Производство бетона
Изготовить бетонную смесь для незначительного объема работ можно самостоятельно на строительной площадке. Но наилучшие характеристики обеспечит бетон, произведенный в заводских условиях.
Характеристика сырья для производства бетона
Качество бетонной смеси во многом зависит от свойств компонентов сырья.
- Песок. Служит наполнителем в бетонном растворе. Используют песок средней- 1,2 мм и крупной- 3,5мм, фракции. Более мелкие размеры фракций не применяют, так как такую смесь сложно связать и бетон подвержен быстрому разрушению. В идеале песок не должен содержать глинистых и сульфатных примесей. Добиться этого невозможно, поэтому содержание посторонних компонентов регламентировано на уровне 5%. В теории песок должен быть сухим, но на практике сырье содержит долю воды. На производстве этот показатель в обязательном порядке учитывают и вносят корректировки в пропорции компонентов.
- Щебень. Для изготовления бетона используют гравийный или гранитный щебень. Щебень должен соответствовать нормативным требованиям по показателям прочности. Щебень из известняков не используют, так как он не обладает достаточными прочностными характеристиками и химически не устойчив. Размер камней щебневого массива лежит в диапазоне от 1 до 8 см. При этом, чем мельче основная фракция, тем крепче образуется монолит. Для изготовления товарного бетона используют чистый щебень, без глинистых и известняковых включений.
- Цемент. Используется в бетонном растворе в качестве вяжущего материала. Товарный бетон производят, применяя цемент марок М400 и М500. При изготовлении железо– бетонных изделий используют цемент марок от М400 и выше до М1500. Основным видом цемента для производства товарного бетона служит портландцемент. Значительно реже, но все же применяются:
- Шлакопортландцемент. В обычный портландцемент добавляется молотый шлак. При равных прочностных характеристиках. Шлакопортландцемент имеет более низкую стоимость по сравнению с портландцементом и более высокую химическую инертность. Существенным недостатком материала выступает низкая морозостойкость.
- Пуццолановый цемент. Цемент, в который добавлены синтетические вяжущие материалы. Имеет узкое направление использования. Бетонный камень, получаемый из раствора, обладает повышенной влагостойкостью. Поэтому пуццолановый цемент используют для производства водостойких изделий: шлюзов, молов, кораблестроительных доков, причалов, оросительные и дренажные сооружения, дамбы, плотины.
- Вода. Выступает затворяющим элементом бетонной смеси. Вода для производства бетона должна быть максимально свободна от растворенных в ней солей. В особенности сульфатов и хлоридов, которые негативно влияют на прочность цемента и коррозийную стойкость арматуры в железо-бетонных изделиях. Для наилучшей гидратации цемента количество воды в водно-цементном растворе должно быть 25%. Водно-цементное соотношение (В/Ц) может меняться в зависимости от состава смеси. Показатель В/Ц чрезвычайно важен для качества бетона. При наличии в смеси излишней воды теряется плотность бетона, образуются полости, изменяется время схватывания, материал подвержен растрескиванию. В обратном случае получается непластичная, неоднородная смесь, есть вероятность неполной гидратации. В первом и втором случае в бетонном монолите страдает наиважнейший показатель – прочность.
- Добавки. Современный бетон немыслим без добавок. Добавки могут быть химическими, полимерными и минеральными. Их задачей является воздействие на бетонную смесь, и улучшения заданных свойств без существенного удорожания. Использование добавок позволяет:
- улучшить качество бетона;
- повысить пластичность смеси;
- увеличить показатель удобоукладываемости;
- оптимизировать процесс схватывания и набора прочности- гидратации бетона;
- уменьшить водопроницаемость бетона;
- получить бетон для работы при отрицательных температурах;
- улучшить морозостойкость.
Для влияния на свойства бетонного камня применяют:
- Пластификаторы. Широкая группа добавок, которая позволяет придать бетонному раствору пластичность, снизить количество воды, увеличить плотность, улучшить водонепроницаемые свойства.
- Модификаторы. Применяются для увеличения прочности в случае использования низких марок цемента.
Добавки, влияющие на скорость набора прочности. Существуют вещества, которые ускоряют набор прочности в бетонной смеси. Необходимы для сокращения времени до распалубки и начала предварительного нагружения бетонного камня. В массивных конструкциях в бетон добавляют материалы, замедляющие процесс кристаллохимического схватывания. При этом процесс гидратации происходит постепенно, полно, с плавным выделением теплоты от химической реакции.
- Противоморозные добавки. Введение морозостойких веществ позволяет работать с бетоном без дополнительного обогрева в условиях низких температур, так как гидратация цемента возможна до 00C. Нарушение рекомендаций по применению противоморозных добавок отрицательно влияет на коррозионную стойкость железной арматуры.
- Гидрофобизаторы. Вещества, препятствующие процессу водопоглощению извне.
- Воздухововлекающие. Способствуют насыщению бетона воздухом. Улучшают морозостойкие свойства, снижают плотность и теплопроводность. Бетонная смесь с такими добавками может быть задействована при внешней отделке зданий.
- Пигментные компоненты. Роль пигментных добавок в бетоне одинакова- поглощать и отражать определенный спектр световой волны. В зависимости от того какой частоты отражается свет человек видит цвет предмета. Для окрашивания в массе бетонной смеси используют минеральные пигменты:
- Углерод;
- двуокись титана;
- умбра- в состав входят оксиды железа, марганца, алюминия, кремния;
- оксид хрома.
Производят бетон путем тщательного смешивания в пропорциях всех компонентов. До начала миксерования производится замер влажности сырья и корректировка рецептуры. Принципиальная схема производства выглядит следующим образом. В отдельные бункеры- дозаторы засыпается песок и щебень. Цемент хранится в специальных колоннах. Твердые компоненты подаются в заводской миксер, туда же заливаются жидкие- вода и добавки. Все тщательно перемешивается. На заводах установлены бетонные миксеры объемом от 2м3. Нет смысла ставить большие бетономешалки. Это затрудняет процесс перемешивания, увеличивает энергозатраты и не позволяет оперативно менять рецептуру в зависимости от потребностей. Готовый бетонный раствор загружают в специализированный транспорт.
Логистика бетонных смесей
Для обеспечения качественной доставки раствора необходимо учитывать несколько факторов:
- Способ транспортировки. Бетон транспортируют двумя видами транспорта:
- Автосамосвалом. Перевозятся тяжелые марки с низкой подвижностью раствора (П1-П2). Если перевозит высокоподвижные бетонные растворы автосамосвалом, то бетонной массе грозит расслоение на фракции. И тогда на объекте потребуется дополнительное перемешивание.
-Автобетоносмесителем. Транспортируются растворы высокой подвижности. От П3 и выше. Преимуществом автобетоносмесителей является то, что бетонная смесь не расслаивается, доставляется однородной.
- Удаленность объекта от завода. Экономически целесообразно везти бетон на площадку, расположенную в радиусе 50-70 км. от производителя при условии хороших дорог и затруднений в движении. Далее этого расстояния возникает угроза схватывания или расслоения бетонной смеси. Выходом в этой ситуации служит затворение сухой смеси водой не на заводе, а на этапе транспортировки. Это позволяет увеличить расстояние перевозки.
- Свойства бетона. Необходимо учитывать данный фактор, так как от заданные свойства строго диктуют время сохранения бетонным раствором строительных качеств.
Особенностью производства и доставки бетона является тот факт, что приготовленная смесь должна быть доставлена на строительную площадку в течении 1,5-2 часов. Строители нарушают установленные нормы, добавляя перед выгрузкой в бетонную смесь воду для повышения пластичности и сокращения времени заливки. Исключение- естественное испарение влаги в жаркую погоду. В этом случае в раствор добавляется вода. Данный факт фиксируется в акте и подписывается представителем заказчика и ответственным лицом от производителя. Незадокументированное внесение воды или добавок в бетонную смесь на строительной площадке и в процессе транспортировки запрещено ГОСТ 7473-2010. Целесообразнее заказать бетон нужной или большей пластичности. По стоимости это дороже, но нет риска потери прочности монолита при добавлении воды и нерецептурных добавок перед укладкой.
Характеристики бетона
Маркировка и свойства бетона зависят от физических характеристик:
Прочность. Наиважнейший показатель бетонного камня. От прочности зависит долговечность эксплуатации бетонного продукта. Прочность зависит от типа применяемого цемента, водоцементного соотношения и свойств наполнителей и добавок. Чем меньше воды в бетонном составе, до известных пределов, тем прочнее будет искусственный камень.
Плотность. Показатель связан с прочностью. Чем выше плотность, тем прочнее бетонный монолит. Выражается плотность в кг/м3 .
Удобоукладываемость. Измеряется практическим путем с помощью конуса Абрамса. В зависимости от степени удобоукладываемости бетон подразделяют на три группы:
- Жесткий. Редко используется в гражданском строительстве, так как сложно уложить в опалубку. Применяется в прокладке дорог.
- Подвижный. По степени оседания формы из конуса Абрамса существует 4 класса бетона от П1 до П5. При укладке раствора класса П1-П2 требуется дополнительное уплотнение бетона. П3-П5- смеси значительно пластичнее и не требуют вибрации.
- Растекающийся. Очень пластичные смеси, способные самостоятельно растекаться в опалубке и заполнять пространство без вибрации и дополнительного уплотнения.
Водопроницаемость. Важное свойство для сохранения монолитности и надежности бетонного камня. Характеризует при каком давлении бетон не пропускает воду. Выражается буквой W. Выпускают бетон марок W 2 до W до W20. Водонепроницаемый бетон используют для бетонирования конструкций, работающих в условиях повышенной влажности: подвальные помещения, тоннели, опоры мостов, дамбы и так далее.
Морозостойкость - характеризует сколько циклов замораживания-оттаивания способен выдержать материал без потери качественных характеристик. В маркировке бетона обозначается буквой F. Выпускаются марки бетона по морозостойкости от F15 до F1000.
Истираемость – величина уменьшения в объеме бетонного слоя под воздействием истирающих усилий. Важный показатель для бетона, применяемого при строительстве дорог, тротуаров, лестниц. Напрямую зависит от прочности. Чем прочнее бетон, тем ниже показатель истираемости. В маркировке прописывается буквой G. Производятся бетоны низкой (G1), средней (G2) и высокой(G3) истираемости.
Время набора прочности. От этого показателя зависит скорость проведения строительных работ. Бывают быстротвердеющие смеси и медленнотвердеющие. Скорость твердения бетона не равномерна и зависит от температуры, влажности и внесенных добавок. Оптимальными условиями твердения классического бетонного раствора являются температура 18-220С и влажность 90%. В этих условиях бетон набирает 70% прочности через 5-6 дней. Этого достаточно для распалубки и нагружения бетонной конструкции. Близко к 100% твердение произойдет через 28 дней.
Контроль качества бетона
Как ни странно, но в качественном бетоне заинтересованы все стороны процесса. Производитель бетона несет полную материальную, административную и уголовную ответственность за предоставленную продукцию. Если по вине бетонного завода происходит необратимое нарушение строительства или возникает угроза безопасности, то на компанию по производству бетона налагаются огромные штрафные санкции. Поэтому добросовестный и надежный производитель не экономит на проведении испытаний на соответствие бетона установленным стандартам качества.
Контрольные испытания проводятся в специализированной и аттестованной лаборатории. Лаборатория должна помимо аттестации иметь лицензию на проведение работ по оценке качества бетона. Важно помнить, что только аттестованные и лицензированные организации имеет право проводить экспертизу и оценку качества бетонных смесей, и только их заключение будет нести юридическую силу.
Как правильно заказать бетон
При заказе товарного бетона необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:
- Приобретать бетон нужно у надежных, проверенных изготовителей, которые работают не один год. Нужно понимать, что при схватывании свойства бетона неисправимы. В этой связи рекомендуется изучить строительные интернет-форумы региона для поиска отзывов о производителях бетона.
- Обязательно согласовать с заводом, опираясь на проектную документацию, какими характеристиками должен обладать бетонный раствор: прочность, жесткость и подвижность, морозостойкость, водонепроницаемость, скорость набора прочности, вид добавок
- Обговорить габаритные размеры автобетоносмесителя и уточнить, возможность подъезда автотранспорта к месту выгрузки. Важно учесть массу груженого автобетоносмесителя и надежность грунта.
- У изготовителя обязательно требовать паспорт бетона, где указывается основные характеристики и объем бетонной смеси.
- Во избежание неприятностей, рассчитать примерную время доставки от производителя до объекта, с учетом затруднений на дорогах и периода «час пик».
- До прибытия миксера необходимо тщательно подготовить все необходимое для оперативной разгрузки, так как время выгрузки ограничено условиями производителя. Простой не по вине поставщика оплачивается заказчиком.
Купол как инновация
Одним из несомненно уникальных элементов «М-1 Арены» стал купол, выполненный из большепролетных клееных деревянных конструкций в сочетании с металлическими элементами. Их производство осуществила корпорация «Русь».
Слово «уникальный» применительно к куполу использовано не случайно. Деревянные конструкции такого масштаба – редкость не только в российской, но и в мировой практике. Весной 2019 года с этим проектом корпорация «Русь» стала победителем в номинации «Технологичность и качество» отраслевой экспертной премии в области деревянного строительства PROWOOD, которую организует Ассоциация Деревянного Домостроения.
«Наше участие в проекте «М-1 Арены» неслучайно. Дело в том, что наша компания является одной из немногих в России и единственной в Санкт-Петербурге, производственные мощности которой позволяют выпускать такие сложные и масштабные деревянные элементы», – отмечает руководитель направления большепролетных конструкций корпорации «Русь» Вячеслав Груничев.
По его словам, успешно реализовать столь крупный проект стало возможным только благодаря установленному на заводе самому современному оборудованию: гиперпрессу фирмы Ledinek и пятикоординатному автоматическому портальному центру (а если попросту – огромному многофункциональному станочному комплексу) корпорации CMS Industries. «Только такая техника последнего поколения, работающая на специальных программах, способна обеспечить, во-первых, ювелирную геометрическую точность (погрешность – не более 0,5 мм) каждого элемента, а во-вторых – высокую скорость выполнения работ (как при запрессовке склеиваемых деревянных заготовок, так и при изготовлении самих конструкций). Изготовление деревянных конструкций в составе купола «М-1 Арены» общим объемом 440 куб. м заняло у нас всего 4 месяца», – рассказывает эксперт.
С учетом условий транспортировки длинномерных конструкций, балки длиной 28–35 м в соответствии с проектом состояли из двух частей, соединяемых на жесткий стык. Осуществление операции требует идеального сопряжения элементов для обеспечения несущей способности.
В центре купола размещается металлическое кольцо весом 11,5 т. На него опираются балки из большепролетных клееных деревянных конструкций длиной от 25 до 35 м. «Технология сборки предусматривала временную установку опорного кольца на специальной монтажной площадке на высоте проектной отметки (20 м) и монтаж противоположных балок попарно для обеспечения устойчивости конструкции», – говорит Вячеслав Груничев.
Выстроенная таким образом купольная система отличается прочностью, надежностью и высокой несущей способностью. На нее в «М-1 Арене» для трансляции происходящего на сцене крупным планом монтируется медиакуб. В целом несущая способность купола позволяет выдерживать дополнительное вывешивание конструкций весом до 10 т.
Примечательно, что купол получился не только прочным, но и весьма привлекательным с эстетической точки зрения. «На мой взгляд, сложно представить себе материал и по внешнему виду, и даже на ощупь столь же комфортный для человека, как дерево. Его использование при строительстве купола придало арене комплекса совершенно особое очарование. Как мне кажется, и феноменальные акустические свойства объекта своим происхождением обязаны именно дереву. В отличие от бетона, который глушит звук, древесина обеспечивает резонанс, который в сочетании с эллипсообразной формой арены и создал столь «звучащий» зал», – подчеркивает Вячеслав Груничев.
Справка
Общий объем клееных деревянных конструкций в составе купола «М-1 Арены» составляет 440 куб. м, из них: гнутоклееные – 258 куб. м, прямолинейные – 182 куб. м. На обшивку конструкции ушло 157,7 куб. м доски. Конструкция включает также металлическое центральное опорное кольцо весом 11,56 т и монтажный металл весом 11,35 т.
Игорь Коваль: «Добавки повышают качество бетона и экономят деньги»
Бетон – один из самых популярных строительных материалов современности и с большой долей вероятности таковым он будет еще много лет. Именно поэтому вопрос улучшения его свойств крайне актуален. Руководитель научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль рассказал, как добавки в бетон помогают экономить средства и продлевают жизнь построенным объектам.
– Какие добавки в бетон существуют на рынке?
– Их можно поделить на три группы. Первая и самая популярная группа – это пластификаторы. Их главная задача – снизить количество воды, что повышает прочность бетона, делает его тягучим, значительно облегчая работу. Также они помогают экономить цемент, а значит, и деньги.
Пластификаторы существуют уже более ста лет, и, естественно, все это время они совершенствовались. В начале ХХ века использовались лигносульфонаты (ЛСТ), которые снижали объем воды на 5–10%. В 50–60-е годы появились нафталинсульфонаты, которые могли убрать уже 15–20% воды. В начале 90-х появились гиперпластификаторы – поликарбоксилаты, которые могут сократить объем воды на 30–40%.
Существуют и смешанные типы, так как это позволяет сэкономить. Пластификаторы первого поколения в 10 раз дешевле гиперпластификаторов, поэтому во время кризиса спрос на их смеси значительно возрастает.
Вторая категория – это антиморозные добавки, которые, в свою очередь, делятся на солевые и безсолевые. Все они предотвращают преждевременное застывание бетона при низких температурах.
Третья категория – это специализированные добавки, которые решают конкретные задачи, например, предотвращают появление трещин или повышают водонепроницаемость. Это дорогие добавки, и цена бетона может вырасти на 50%, поэтому их используют только в особых случаях, например, при строительстве мостов.
– Если есть гиперпластификаторы, то зачем до сих пор производят ЛСТ?
– Построить качественный объект можно с любыми пластификаторами, все зависит от рук мастера, но с гиперпластификаторами гораздо проще работать. Например, раньше для уплотнения бетона требовались дорогостоящие вибростолы, с современными же добавками этого не нужно.
Очень важно плечо доставки. Поликарбоксилаты гарантируют, что свойства бетона не изменятся даже через 2–3 часа езды. Однако если бетон будет использоваться сразу, то и ЛСТ подойдет. Добавку нужно выбирать, исходя из задач. Для строительства сложных объектов, например, «Лахта Центра» или стадиона «Зенит-Арена», как правило, используются гиперпластификаторы. Для жилищного строительства подойдут и нафталинсульфонаты.
– Какие добавки пользуются наибольшим спросом?
– Все зависит от экономики. В кризисные времена максимальный спрос приходится на дешевые смеси. Если с деньгами все в порядке, то просыпается интерес к современным добавкам. Сейчас в Петербурге наблюдается именно эта тенденция. Большинство застройщиков понимает, что экономить на качестве бетона нельзя, особенно сейчас, когда рынок меняется, а от скорости возведения объекта во многом зависит финансовое благополучие компании.
Медленно, но все же растет интерес к дорогостоящим специализированным добавкам. Меня как технолога это не может не радовать, они гораздо лучше любых универсальных продуктов решают конкретные задачи. Часто приходится видеть разваливающиеся объекты, хотя бетон был произведен и залит по ГОСТу. А предотвратить все это могла бы конкретная добавка.
Уверен, что рынок добавок будет развиваться в сторону специализации. Универсальный продукт производить сложнее, да и одинаково хорошо решать все задачи он не будет.
– Добавки в бетон – это исключительно продукт b2b-рынка?
– Нет. Многие граждане время от времени работают с бетоном: заливают фундамент под баню, делают какие-то отливки, пороги. С использованием пластификаторов можно будет сэкономить на цементе. В ряде случаев будут полезны гидрофобные и антиморозные добавки. Проблема в том, что добавки в бетон никто не популяризирует, поэтому не многие граждане знают об их преимуществах.
Перед нами задача не просто продать добавку, а научить клиентов ею пользоваться. Причем не важно, кто именно этот клиент: компания или физическое лицо.