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.
Добавки в бетон: универсально и дешево
Наиболее популярными у строителей остаются дешевые универсальные добавки в бетон. Спрос на новые специализированные добавки тормозит их высокая стоимость.
Добавки в бетон достаточно разнообразны по своим характеристикам и применению. В настоящее время наиболее востребованными из них остаются пластификаторы. Они тоже имеют несколько разновидностей, но предпочтение чаще всего строители отдают более универсальным, но и дешевым.
По словам руководителя направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Катарины Путковой, в розничном сегменте чаще всего встречаются простые пластификаторы на основе лигносульфонатов (ЛСТ) или миксы с PNS (полиметилен-нафталинсульфонаты). В производстве товарного бетона на бетоносмесительных установках (БСУ) или в производстве ЖБИ все чаще технологи отдают предпочтение миксам таких пластифицирующих основ, как ЛСТ и PCE (поликарбоксилаты), миксам из различных PCE-эфиров. Специальные задачи решают с помощью эффективных замедлителей и воздухововлекающих добавок на основе ПАВ (синтетических или органических).
Генеральный директор «КБК Проект» Василий Костин отмечает, что пластификаторы, замедлители и т. д. высоко ценятся крупными строителями, поскольку позволяют экономить и рабочее время, и материалы. «Сейчас растет интерес к комплексным добавкам, так как они избавляют от необходимости подбирать элементы и, кроме того, изучать их на предмет взаимной совместимости. Сейчас на рынке появляется все больше комплексных добавок на базе суперпластификаторов, а также сложных добавок из множества компонентов», – добавляет он.
По мнению руководителя научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игоря Коваля, сегмент специализированных добавок будет развиваться. «Сейчас их основная проблема в том, что они дорогие, поэтому их мало кто использует. Однако они эффективно решают локальные задачи, с которыми универсальные добавки не справляются. Например, раньше были популярны многофункциональные машины, выполняющие функции принтера, сканера. В итоге люди получали плохой принтер и плохой сканер. Стало ясно, что лучше приобретать отдельные самостоятельные устройства. С добавками в бетон – аналогичная история», – подчеркнул он.
Руководитель направления «Добавки в бетон» по СЗФО строительного подразделения Master Builders Solutions концерна BASF Дмитрий Рыжов считает, что в настоящее время бетонный рынок все больше стремится сэкономить на применяемых добавках в ущерб качеству. «Поэтому востребованы любые дешевые решения, даже если они приводят к большему расходу цемента. К сожалению, эту тенденцию формируют строительные компании, которые диктуют моду на дешевый бетон. Этому способствует и ситуация на рынке в крупных городах. Тем не менее, остаются еще компании, которые ищут решения через инновационные разработки. Если мы говорим о заводах товарного бетона, то в этом случае большую роль играет цена, а на втором месте стоит универсальность применяемых материалов. Если же мы говорим о массовом сегменте, то здесь в первую очередь значима именно универсальность», – резюмирует эксперт.
Мнение
Катарина Путкова, руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Рынок, безусловно, тяготеет к более универсальным продуктам, но разработка добавок под специальные задачи будет всегда актуальна для производителей строительной химии. В пик строительного сезона производители бетона должны держать руку на пульсе из-за нестабильности цемента, инертных материалов (песка и щебня), несоблюдения на строительных объектах элементарных строительных норм, регламентируемых СНиП и ГОСТ. Основное требование к производителям добавок (помимо цены и условий поставок) – стабильность качества и универсальность пластификаторов к изменениям инертных материалов и активности цемента.
BIM с нуля. Итоги конференции «BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры»
По мнению экспертов, активное изучение BIM-технологий в профильных вузах существенно ускорит внедрение информационного моделирования в практическую деятельность проектных и строительных компаний.
На площадке СПбГАСУ прошла II Международная научно-практическая конференция «BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры». Она собрала более 200 участников, в том числе представителей свыше 30 вузов и около сотни специалистов российских и зарубежных компаний.
На конференции обсудили вопросы внедрения BIM-технологий в образовательный процесс и практическую деятельность проектных и строительных компаний.
По словам заведующего кафедрой информационных технологий СПбГАСУ Алексея Семёнова, внедрение BIM в учебный и научный процесс началось в вузе несколько лет назад. Мотиватором послужило поручение Президента России о внедрении к 2019–2020 годам в строительную отрасль технологий информационного моделирования. «В частности, говорилось о необходимости обеспечения подготовки кадров в данном направлении. Понятно, что внедрение изучения BIM-технологий – небыстрый процесс. Надо задействовать новые образовательные форматы. Тем не менее, интерес к изучению BIM-технологий есть. Все больше студентов понимают, что знание информационного моделирования – необходимо для того, чтобы быть востребованным специалистом. На площадке нашего университета уже несколько раз проводился BIM-чемпионат для студентов. Последний, который был месяц назад, получил статус международного. Все больше вузов хотят принимать участие в таких мероприятиях, и мы готовы с ними активно сотрудничать», – отметил он.
С актуальностью проблемы подготовки кадров согласен и Александр Высоцкий, руководитель компании «Высоцкий консалтинг», которая обучает BIM-технологиям студентов СПбПУ. «Важно, чтобы выпускник, уходя из вуза, сразу же становился ценным кадром для проектных и строительных компаний. Поэтому важно обучаться BIM с нуля в учебных заведениях, а затем дополнять знания. К сожалению, в вузах пока мало опытных преподавателей. Также очень сильно тормозит учебный процесс старая, классическая образовательная практика», – добавил эксперт.
На конференции обсуждались и вопросы использования BIM на практике. Советник директора СПб ГАУ «Центр государственной экспертизы» Ирина Чиковская сообщила, что в этом году государственная экспертиза в пилотном режиме начинает проект по приему информационных моделей как приложения к проектной документации. Однако опыт уже показал, что представленные проекты содержат ошибки, или же есть модель, но не представлена его информационная наполняемость. На это, добавила она, должны обратить внимание специалисты по BIM, в том числе и те, которые недавно закончили вузы.
Интерес у участников мероприятия также вызвали примеры использования BIM-технологий в других странах. В частности, представители университета Ханянг из Южной Кореи рассказали о разработанной ими программе, которую можно использовать с BIM-платформами. Она позволяет все работы проводить одновременно, что положительно сказывается на реализации проекта.
Мнение
Евгений Рыбнов, ректор СПбГАСУ:
– Технология BIM неуклонно входит в нашу жизнь. Это принципиально иной подход к проектированию, возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания, к управлению жизненным циклом объекта, включая его экономическую составляющую. Для реализации внедрения BIM требуются высококвалифицированные специалисты, владеющие соответствующим программным обеспечением. СПбГАСУ – в числе вузов, осуществляющих подготовку таких специалистов.
Андрей Кумсков, руководитель направления информационного моделирования AECOM:
– Характерной чертой или даже призванием технологии информационного моделирования является объединение информации из различных источников и разных стадий проекта. Все предыдущие подходы к автоматизации предполагали использование новых методов работы в довольно ограниченных рамках.
С появлением BIM-технологий на первое место выходит задача по выработке единых принципов формирования и обработки информации из разных источников данных и на всех фазах проекта.
Соглашусь с мнением, что для эффективного развития BIM-технологий необходимо наладить взаимодействие образовательной, научной и производственной сфер.
Какие условия для этого нужны? Важно, чтобы университеты, поставляющие кадры, участвовали в решении реальных проектных задач, были неотрывно связаны с практическим опытом, а производители инженерного оборудования и материалов были вовлечены во взаимодействие с проектировщиками, создавали свои базы данных для успешной интеграции в создание BIM-моделей.
Есть ли успехи в этом процессе? Несомненно, есть пример успешного сотрудничества между учебным заведением и проектной компанией: программа AECOM on Campus, с помощью которой мы привлекаем студентов 4-го и 5-го курсов МГСУ к созданию информационных моделей и даже проводим обучающие курсы.
Другой пример успешной интеграции производителей в процесс формирования информационных моделей проектировщиков – разработка плагина и библиотеки объектов Schneider Electric.