Строительство тоннелей
Строительство тоннелей и прочих подобных подземных систем — одно из главных инфраструктурных решений любого крупного города. Это технология, которая позволяет выполнять сразу много решений на глубине: разгрузить городские улицы, организовывать автомобильные развязки, создавать альтернативные наземным дорогам транспортные системы, такие как метро в Москве.
Также тоннелестроение позволяет делать путепроводы в местах со сложным ландшафтом, где без них приходилось совершать длинные объезды. И даже соединять целые острова между собой или с континентальной частью. Таким образом, усилиями инженеров людям удается экономить много времени и денег, оптимизировать экономическую систему городов и стран. Давайте выясним, как правильно планировать и прокладывать тоннели, какие существуют инновационные проекты и современные способы проходок. А также, с какими проблемами можно столкнуться во время строительства, и как их решить.
Современные технологии возведения тоннелей
Технологический процесс строительства тоннелей в России и мире со временем только совершенствуется, но некоторые постулаты подземных инженерных проектов остаются неизменными, потому что они эффективны и проверены временем. Например, делить возведение тоннелепроходов на два основных способа: открытый и закрытый.
Метод открытого строительства применяют в том случае, когда нужен тоннель мелкого заложения (обычно не ниже 20 м под уровнем поверхности). У этого метода есть как плюсы, так и минусы. Из преимуществ можно отметить экономическую выгоду по сравнению с закрытым способом. В то же время от инженеров потребуется учитывать все основные коммуникации над самим тоннелем, а также дороги. Это усложняет задачу, иногда вынуждая перекладывать их.
Строительство открытым способом ведется посредством вырывания котлована, который засыплют землей обратно после окончания работ. Также на этом уровне нередки грунтовые воды, и для защиты от них нужно построить специальных слой гидроизоляции.
Второй способ строительства тоннелей — закрытый. В отличие от предыдущего метода, он может применяться как на малой высоте, так и при глубине более 20 м. Типичный пример прокладки тоннелей закрытого типа — строительство метро. Чтобы начать проходку, инженерам нужно создать систему из шахт и проходов. Также обязательно установить лифты и подъемники, которыми персонал и строительные машины доставляются под землю. С их же помощью налаживается постоянные поставки материалов вместе с выведением грунта и прочего мусора.
Если использовать закрытый метод строительства, придется потратить больше средств, однако это открывает более широкие технологические возможности. Во-первых, таким способом не нарушается целостность внешней коммуникационной и транспортной системы, находящейся значительно выше. Во-вторых, уже организовав первоначальную шахту и доставив туда строительную технику, включая тоннелепроходческий щит, можно делать проходку на длину значительно больше, чем открытым типом.
Построение ступенчатым методом
При этом способе строительства тоннелей необходимо первым делом выкопать верхнюю секционную часть. Приступать к извлечению породы в нижней половине нужно после того, как будет достигнута определенная длина отверстия. После этого верхняя и нижняя секции начинают идти параллельным путем. Ступени можно поделить на 3 основных размера: короткая, длинная и очень короткая. В современном строительстве в зависимости от сложности проекта количество ступеней может быть три и даже больше.
Преимущество выкапывания тоннеля ступенчатым способом состоит в высокой скорости проходки, а также обеспечении обширного пространства для строительных маневров. При этом количество нарушений в окружающих среде из-за интерференции двух параллельных операций по изъятию грунта может повышаться. Тем не менее, стабильность поверхности выемки повышается благодаря наличию ступеньки.
Кольцевая выемка с основным грунтом
В этом методе строительства тоннеля важно подобрать правильный метраж для круговой выемки. По правилам, основной грунт в ней должен составлять более половины от совокупной площади проема. Как только проводятся земляные работы, нужно сразу устанавливать опоры стального каркаса и анкера для распыления. При этом опорные рамы соединяются между собой стальными стержнями.
В этом способе проходки проблемой может стать низкое качество породы, дающее короткий срок самостабилизации перед грунтовым изъятием. Чтобы защитить конструкцию, нужно обустроить предварительную поддержку, как того требует проектная документация.
Метод по соседству
Его также называют методом с центральной диафрагмой, или просто «CD». Это способ прокладки тоннелей, по которому необходимо выкопать одну сторону, затем возвести среднюю стену, и только после этого приступать к выкапыванию второй стороны тоннеля. Данный технологический процесс применяют, когда тоннель с двойной линией имеет большой пролет, а окружающая порода скал достаточно слабая.
Способ перекрестного соседа
Другое название — способ с поперечной центральной диафрагмой «CRD». Также как и предыдущий, он применим в тоннелях, имеющих большой пролет, и прокладываемых в условиях слабой скальной породы. Отличие заключается в том, что вместо последовательного выкапывания сначала одной, а затем другой стороны, в этом способе выемку делают попеременно с обеих сторон небольшими частями.
Также по центру устанавливается средняя стена. Эта перегородка с диафрагмой подстраивается по ходу вскрытия новых участков породы с обеих сторон, пока не будут выкопаны последние части. Снимать среднюю поддерживающую стенку нужно только после закрытия всей секции с установлением стабильности.
Пилотная яма с двойной стенкой
Суть данного метода заключается в том, чтобы продольно разделить вес участок на 3 части двумя перегородками. В итоге в поперечном сечении прохода образуются две отдельные стороны — пилотные ямы. А центральный участок тоже можно условно поделить на пару составляющих: ступени снизу и основной грунт сверху.
Основные этапы строительства
Прокладывание тоннелей — сложный процесс, включающий много инженерно-технологических этапов. Однако первым из них всегда должен быть исследовательский. Любой тоннель проходит в определенной толще земли, которая имеет сложный состав, включает в себя разные слои, может содержать подземные воды и прочие геологические факторы. Поэтому перед началом любых строительных шагов требуется определение, где и как в данной местности допустимо вести раскопки, чтобы не допустить ошибок.
Этап подготовки
Геологическое обследование участка подразумевает комплекс различных мероприятий, а выводы делаются на основании суммирования всех результатов. Вот из каких видов исследований состоит анализ строительного участка:
- Изучение документации. Включает в себя ознакомление с любой доступной литературой, геологическими картами местности, отчетами других специалистов.
- Геофизические методы. Например, георадар и сейсмические показатели, электромагнитное обследование, проверка удельного сопротивления.
- Проба через бурение скважин. Из них можно достать образцы местной почвы и горной породы, чтобы затем испытать их в лаборатории.
- Выкапывание ям для визуального осмотра.
- Картирование полей для выяснения геологических структур и прочих важных для сооружения особенностей.
Также по ходу строительства используют различные узконаправленные инструменты, которыми измеряют производительность грунтов: пьезометр, тензодатчик, инклинометр.
Закончив исследовательскую работу, инженерам на ее основании требуется составить технический проектный план. Здесь создаются чертежи будущего тоннеля и его коммуникаций. Основные параметры проходки: длина, диаметр, метод возведения, условия безопасности и т.д. После этого нужно подготовить строительную площадку. В рамках этого монтируются временные конструкции, доставляется техника, строятся шахты, проходы и бункеры.
Этап проходки
Когда подготовка прошла успешно, начинают непосредственно прокладывать участок тоннеля. Это может быть открытый метод с траншеей и котлованом, или закрытый — путем тоннелепроходческого щита. Разница между ними, как правило, определяется глубиной заложения, а также ожидаемыми финансовыми затратами и временем. На данном этапе строители делают все действия, позволяющие отделить и удалить твердую породу.
Затем следует укрепление пролетов, ведь сама по себе горная порода очень нестабильна, способна обваливаться и давать трещины. Укрепляют проход в несколько стадий. Сначала первичной конструкцией по мере продвижения, которая потом будет удалена. После этого делают уже окончательную отделку железобетонными блоками вместе с изоляцией от грунтовых вод. Делается дренаж.
Отделка и коммуникации
После завершения основного этапа строительства, особенно если в тоннеле должна проходить дорога для автомобилей, следует облагораживание внутренней территории. Нужно проложить кабели для электрификации, создать по всей длине вентиляционные шахты, источники освещение, канализацию, системы снабжения водой и прочее. Особенно такое благоустройство требуется в тоннелях с большой длиной, где транспорт может проводить не одну минуту.
Также нужны противопожарные системы и другие, которые нужны для безопасной эксплуатации перегона. Дополнительно нужны различные датчики, чтобы мониторить состояние тоннеля: деформацию, вибрацию и т.д. Только после этого можно делать финальную облицовку, красить стены и вводить тоннель в работу.
Проблемы современного тоннелестроения
В процессе строительства тоннелей недопустимо совершать ошибки, которые могут привести к возникновению трещин, обсыпанию неустойчивой почвы, подтапливанию и обрушению несущих конструкций. Такие проблемы способны превратиться в настоящую катастрофу, если внутри находятся сотни и тысячи людей как, например, в метрополитене. Факторов риска может быть множество, особенно наличие водоемов поблизости, которые влияют на геологические свойства на километры вокруг. Ярчайший пример таких сложностей — московское метро, многие станции которого и перегоны между ними прокладывают рядом с одноименной рекой столицы, а также ее притоков.
С не меньшими проблемами сталкиваются и тоннели для авто. Как правило, этот тип подземных магистралей не опускается ниже уровня почвы, а проходит внутри гор и холмов. Здесь главным фактором риска выступает наличие над проходкой десятков метров горной породы. Некоторые ее виды не являются достаточно устойчивыми и склонны к осыпанию, оползням как, например, известняк. Это требует от инженеров и строителей целого комплекса защитных и укрепляющих мер, чтобы структура местности оставалась стабильной, а сам километровый тоннель не раздавило тяжестью земли.
Вот перечень основных проблем и вопросов, с которыми сталкиваются компании по прокладыванию тоннелей, а также варианты ответов на них и принимаемых мер:
- Цель сооружения. Есть много видов тоннелей по предназначению, и от конкретного типа будут зависеть все дальнейшие технические характеристики.
- Геологические и технические особенности. Сбор данных и анализ всего, что связано с подземной местностью и ее составом: выявить разломы, грунтовые воды, устойчивость и прочность породы и т.д.
- Выбор методов строительства. После исследований инженерам предстоит решить, какой способ выполнения проходки подойдет. В прокладывании тоннелей можно использовать не только классические тоннелепроходческие машины (ТПМ) и СЭМ, но также буровзрывной метод.
- Выравнивание тоннеля. Включает в себя комплекс мер по минимизации влияния подземного инженерного сооружения на другую надземную инфраструктуру и соседние коммуникации, а также защиту самого прохода от факторов окружения.
- Поперечное сечение. Этот параметр тоннеля нужно определить, прежде всего, исходя из назначения постройки. Если он является транспортным, то важно также учитывать ожидаемый трафик и другие нагрузки. В зависимости от условий и желания застройщика сечение тоннеля может быть круглым, эллиптическим, в форме подковы, прямоугольным.
- Обеспечение поддержки при строительстве. Чтобы во время проходки и других этапов строительства стабилизировать местность, требуется обделка системой поддержки.
- Циркуляция воздуха. Тоннель не сможет нормально функционировать без продуманной системы вентиляции. Это важно не только для людей внутри, но и для некоторых материалов. Вентиляция избавляется от углекислого газа и доставляет с поверхности свежий воздух, богатый кислородом.
- Решение проблемы грунтовых вод. Также потребуется система дренажа, иначе тоннель будет страдать от накапливания поземной жидкости. Обязательное мероприятие поблизости с озерами, реками и прудами.
Также нельзя забывать, что одно из основных мест тоннеля, проходящего через рельеф местности — вход. Ему следует уделять особое внимание, потому что в данном месте всегда есть риск обрушений и оползней, которые способны заблокировать выход для людей и машин. Чтобы избежать этого, в районе входов требуется обустройство укрепляющей конструкции, защитных козырьков и рам и т.д.
Напоследок проблема, которая главным образов волнует застройщика — определение стоимости проекта. Итогом проектирования тоннеля должна стать оценка затрат с учетом всех используемых материалов, ожидаемых сроков, количества задействованных людей, разнообразия строительной техники и многого другого.
Импортозамещение в строительстве тоннелей
В последнее время страна поставила ключевой задачей обретение как можно большей самостоятельности и независимости от иностранных поставщиков. Особенно это важно в сфере инженерного строительства. Вместе с тем поменялись тенденции импортозамещения. Раньше упор делался на создание отечественного высокотехнологического комплекса и IT-технологий. Теперь же возникла острая необходимость в качественных домашних материалах, технике и комплектующих к ней.
В этой сфере у нас до сих пор существует неравенство между разными сегментами. Если широко используемые материалы имеют большую долю именно среди российского производства, то более сложные и дорогие системы до сих пор закупаются у других стран, особенно в Европе. Дефицит отечественного производства наблюдается в устройствах:
- кондиционирования и вентиляции;
- пожарной безопасности;
- систем оповещения;
- средства автоматического управления;
- насосы и оборудование к ним.
Все эти устройства имеют непосредственное отношение к строительству тоннелей. Поэтому нужно развивать домашний рынок производства сложных инженерных систем.
Инновационные проекты
В рамках представления новых технологий и инноваций, а также для обмена опытом большой значимостью обладают международные выставки. В сфере тоннельной инженерии такое важное событие происходит осенью 2024 года в Берлине — InnoTrans 2024. Там свои революционные проекты представят около 30 технологических компаний из разных стран.
Одним из ключевых вопросов выставки является экологическая безопасность используемых материалов. Среди новинок можно заметить проект 55-километрового тоннеля между двумя горными регионами Австрии, современные системы кабельной прокладки, план строительства высокоскоростной подземной ж/д в Египте. А итальянская строительная фирма презентует новейшее оборудование для прокладки тоннелей, повышающее скорость проходок.
Классы ЖК и энергоэффективности: редкое соответствие
Споры о принадлежности новостроек к тому или иному классу по-прежнему актуальны. Среди большого количества характеристик теперь появился класс энергоэффективности. Но застройщики не всегда обращают внимание на этот параметр, хотя кажется очевидным: высокому классу ЖК должен соответствовать высокий класс энергоэффективности.
Как пояснил Сергей Костычев, первый заместитель директора СПбГБУ «Центр энергосбережения», в соответствии с российским законодательством классы энергоэффективности присваиваются многоквартирным домам с 2014 года. Новостройкам — в обязательном порядке. За это отвечает Госстройнадзор. Домам, которые находятся в эксплуатации, — на добровольной основе. Им классы присваивает Государственная жилищная инспекция.
Но если нет общедомовых приборов учета, нет и класса.
Здания получают один из девяти классов: A++, A+, A, B, C, D, E, F, G. Самые высокие классы — от А++ до В — означают, что при эксплуатации экономится от 60% до 30% ресурсов. Соответственно, сокращается плата за коммунальные услуги. На доме, как правило, устанавливается табличка с обозначением класса энергоэффективности.
По данным СПбГБУ «Центр энергосбережения», в Петербурге по состоянию на конец февраля класс энергетической эффективности присвоен 5016 многоквартирным домам (20,7% от общего количества), 68% жилых домов имеют класс D (нормальный) и выше.
Мимо классов
С одной стороны, нет формальных причин возводить жилой дом какого-либо класса с конкретным классом энергоэффективности. С другой стороны, чем выше класс ЖК, тем более качественными должны быть материалы, используемые при строительстве и оборудовании инженерной начинки.
Понятно, что при строительстве премиального дома получился класс энергоэффективности A++ или А+, поскольку там применяются теплосберегающие и энергосберегающие материалы, устанавливается индивидуальный тепловой пункт и проч.
Постепенно жилое строительство двигается ко все более высоким классам энергоэффективности, полагает Сергей Софронов, коммерческий директор ГК «ПСК»: «Лидирует, разумеется, дорогая недвижимость. Однако, и комфорт-класс постепенно догоняет. Уже сейчас есть новостройки в сегменте массового строительства, соответствующие классу А и выше. Но основная масса в сегменте комфорт-класса строится с присвоением класса В, в некоторых случаях С».
«Что касается класса недвижимости, эти категории никак не нормированы. Нет никаких нормативных документов, которые бы определяли новостройку в тот или иной класс. Соответственно, нет и стандарта, который бы регламентировал, что класс жилья “элит” должен иметь, например, класс энергоэффективности А+. С нашей, экспертной точки зрения, конечно, такая взаимосвязь должна быть. Класс жилья “стандарт” должен иметь класс энергоэффективности не ниже D (нормальный), “комфорт” — не ниже В (повышенный) и так далее», — рассказал Сергей Костычев.
Класс энергоэффективности определяется еще на этапе проектирования и прописывается в проектной документации. Когда дом вводится в эксплуатацию, в Петербурге Госстройнадзор (в других регионах это может быть Госжилинспекция) класс энергоэффективности подтверждает. Но лишь на основании проектной документации. «Более объективные данные можно получить только после нескольких лет эксплуатации здания, сравнивая реальное потребление энергоресурсов с нормативным», — указывает Сергей Костычев.
С годами здание изнашивается, поэтому время от времени хорошо бы подтверждать классность объекта. Формально это можно делать не чаще одного раза в год по инициативе управляющей компании или собственников.
Как поясняют эксперты, после сдачи новостройки в ходе эксплуатации уже никто не обращает внимания, соответствует ли здание заявленным требованиям. А оно может не соответствовать уже на этапе ввода.
Это явно ущемляет интересы дольщика. Есть случаи, когда обозначенный в договоре долевого участия высокий класс энергоэффективности при вводе в эксплуатацию оказывался ниже. Дольщик может подать в суд, чтобы взыскать неустойку. Однако это долгое и сложное дело, поскольку придется проводить экспертизу, чтобы доказать, что дом построен с нарушениями, и стоимость квартиры меньше указанной в документах. Пока суды принимали сторону застройщика.
Сплошные стимулы
Между тем в России крайне невелик процент жилых домов, которым присвоен какой-либо класс энергоэффективности. Правительство РФ разработало комплексную государственную программу «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности» (Постановление правительства РФ от 09.09.2023 № 1473). По этой программе предполагается отремонтировать к 2035 году 250 млн кв. м недвижимости с применением энергоэффективных технологий. Особое внимание уделено оснащенности домов приборами учета.
В развитие темы стандартов энергоэффективности ФАУ «ФЦС» разработал проект приказа Минстроя России, где в числе прочего предлагается, чтобы застройщик обеспечил соответствие здания присвоенному классу на пять лет вперед после ввода в эксплуатацию.
Кроме того, предложено с 1 сентября текущего года не возводить жилые дома ниже класса энергоэффективности D, с марта 2026 года — ниже класса С, с марта 2028 года — ниже класса В.
Как ранее отметили специалисты корпорации «ТЕХНОНИКОЛЬ», прежде застройщикам удавалось экономить тепло, применяя теплоизоляционные материалы. Существенно снизить этот показатель только за счет материалов невозможно. Следовательно, застройщикам придется искать иные пути.
По данным компании, в общем объеме капитальных затрат при возведении нового дома затраты на соблюдение требований по энергоэффективности составляют около 0,5%.
«Если говорить о возможном снижении потребления энергоресурсов, то и для новостроек, и для старого фонда необходимо проводить энергообследование дома, на основе которого можно составить рекомендации по повышению энергоэффективности. Чтобы многоквартирный дом стал энергоэффективным, в нем должны быть выполнены такие мероприятия, как установка устройств автоматического регулирования теплопотребления в зависимости от температуры наружного воздуха в индивидуальном тепловом пункте; утепление кровли и фасадов здания или утепление межпанельных швов; замена старых окон и дверей; замена лампочек на энергосберегающие и установка фотоакустических реле для управляемого включения источников света в местах общего пользования, технических помещениях и другие мероприятия», — рассуждает Сергей Костычев.
Свою лепту вносит ДОМ.РФ. C 1 ноября 2022 года в России действует разработанный ДОМ.РФ совместно с Минстроем РФ и принятый Росстандартом национальный стандарт «зеленого» строительства многоквартирных домов (ГОСТ Р 70346-2022). Один из ключевых критериев стандарта — очень высокий класс энергоэффективности, который позволяет сократить энергопотребление.
В конце прошлого года ДОМ.РФ запустил новый механизм поддержки развития жилищного строительства, в том числе «зеленого» и энергоэффективного. Программа предполагает снижение кредитной ставки в рамках проектного финансирования до уровня не выше ключевой ставки: если застройщик возводит «зеленый» дом, в зависимости от класса энергоэффективности и некоторых критериев национального стандарта ГОСТ Р ставка кредита снижается на 1–2%. На реализацию программы выделены 2,6 млрд рублей.
«Программа по субсидированию проектного финансирования будет действовать в 39 регионах. А для «зеленых» многоквартирных домов ставку для застройщиков дополнительно снизят. Программу запускает ДOM.PФ. Она призвана поддержать жилищное строительство там, где есть в этом потребность. И что немаловажно — простимулировать «зеленое» и энергоэффективное строительство. Такие проекты помогут не только повысить качество жизни граждан, но и сохранить окружающую среду», — отметил Марат Хуснуллин, заместитель председателя правительства РФ.
Таблица
Соответствие класса энергоэффективности классу ЖК (оценка)
|
Класс энергоэффективности |
Класс жилья |
Экономия ресурсов, % |
|
A++ наивысший |
Элитный, бизнес |
– 60 и менее |
|
A+ высочайший |
Элитный, бизнес |
от – 50 до – 60 |
|
A очень высокий |
Бизнес, комфорт |
от – 40 до – 50 |
|
B высокий |
Комфорт |
от – 30 до – 40 |
|
C повышенный |
Стандарт |
от – 15 до – 30 |
|
D нормальный |
Стандарт |
от 0 до – 15 |
|
E пониженный |
Вторичный рынок |
от + 25 до 0 |
|
F низкий |
Вторичный рынок |
от + 50 до + 25 |
|
G очень низкий |
Вторичный рынок |
более + 50 |
Источник: Постановление правительства РФ, опрос
Бетон: что нужно знать о материале?
В строительстве бетон является наиболее распространенным материалом, без которого невозможно возведение никакого здания. Связано это с его высокими характеристиками и в первую очередь прочностью. Основными компонентами бетона являются цемент и песок. Кроме того, для улучшения параметров здесь еще присутствуют добавки. О процессе изготовления и свойствах бетона мы рассказывали здесь.
Марки бетона
Весь производимый бетон разделяется на марки, которые обозначаются буквой «М», а после нее ставятся цифры, указывающие степень прочности материала. Все марки имеют свои характеристики, которые зафиксированы в ГОСТе.
Основной составляющей бетона является цемент, качество которого напрямую влияет на прочность застывшей смеси. Во время его использования важно следить за сроком изготовления, поскольку при длительном хранении он утрачивает свои свойства.
М100
Такая марка бетона относится к недорогому материалу. Связано это с тем, что она обладает недостаточно высокими параметрами прочности. В результате ее использование возможно только при выполнении неответственных работ. Основная причина лежит в низком процентном содержании цемента.
Бетон М100 имеет следующие технические характеристики:
- Прочность. Изготовленный монолитный материал выдерживает максимальную нагрузку 0,098т/см2, что соответствует невысокой прочности застывшего раствора.
- Плотность. Данная величина равняется 2,37 т/м3-2,4 т/м3. Она может меняться с учетом присутствующих добавок.
- Морозостойкость. Данный показатель составляет F50-F100. Эти цифры указывают на способность марки выдерживать от 50 до 100 циклов замораживаний и оттаиваний. В дальнейшем на бетоне появятся трещины.
- Подвижность. Она выражается показателем П2-П4. Это достаточно высокая характеристика, указывающая на хорошую эластичность и текучесть бетона.
- Водонепроницаемость. Ее показатели равны W2-W4. Данная величина приемлема для создания качественного барьера от проникновения влаги.
- Жесткость. Она равняется Ж2-Ж4. Это позволяет застывшему материалу хорошо сохранять форму.
Каждый параметр может принимать определенное значение в пределах обозначенных границ с учетом используемых добавок.
Положительные стороны марки М100 выражаются в следующем:
- Низкая цена бетона, что отражается на уменьшении себестоимости строительных работ.
- Застывший раствор в течение длительного времени сохраняет свои характеристики.
- Монолит хорошо противостоит влажности.
Если обратить внимание на минусы, то с течением времени на материале могут формироваться трещины, поэтому он не применяется при возведении ответственных конструкций. При этом бетон марки 100 является распространенным материалом, и при его заказе никогда не возникает проблем.
М250
Выпускаемый бетон М250 не является распространенным строительным материалом. При этом он имеет достаточно высокие эксплуатационные характеристики, и его использование дает возможность выполнять сложные задачи. Такая марка обладает следующими техническими характеристиками:
- Водонепроницаемость. Данная величина равняется W2-W6. Она считается средней по устойчивости и колеблется в зависимости от присутствующих добавок.
- Морозоустойчивость. На этот показатель влияет качество используемого щебня. Он бывает F100, F150, F200.
- Плотность. Она составляет 2300 кг/м3. В зависимости от используемого наполнителя, эта цифра может иметь незначительные отклонения.
- Скорость затвердевания. Здесь имеется в виду текучесть раствора, которая составляет пределы П1-П5.
- Прочность. Бетон способен выдерживает давление 20 МПа.
Все параметры бетона М250 отражены в нормативных документах.
Бетон марки М250 имеет хорошие качественные характеристики, и это дает возможность применять его в следующих сферах:
- формирование фундаментов для небольших и многоэтажных зданий;
- создание перекрытий в домах;
- покрытие дорожек, площадок и отмосток;
- изготовление опор при изготовлении железобетонных конструкций.
Относительно заливки бетонных перекрытий можно прочитать информацию, изложенную здесь.
М300
Данная марка имеет хорошие показатели и невысокую стоимость, поэтому чаще всего применяется при строительных работах. Выпускаемый бетон обладает следующими свойствами:
- Морозостойкость. Это величина равняется F150-F200. Такое количество заморозок и оттаиваний до появления трещин может выдерживать материал.
- Водонепроницаемость. Показатель составляет W5-W8. Данный параметр можно повысить путем добавления специальных компонентов.
- Подвижность. Здесь имеется в виду текучесть бетона, составляющая П1-П5. Такие характеристики позволяют вести раствором заливку фундамента.
При изготовлении бетона все его параметры контролируются ГОСТом. Бетон М300 используются для постройки загородных домов и коттеджей. Такой раствор заливается при формировании стеновых блоков, различных перекрытий, перегородок и тротуарных бордюров. Также он нашел применение для заливки стяжки пола.
М400
Марка М400 относится к элитным растворам, поэтому применяется для изготовления ответственных изделий. Это отражается в особой прочности застывшей смеси. Бетон М400 обладает следующими характеристиками:
- Предельные нагрузки, которые может выдерживать данный материал, характеризуются показателем В30.
- Морозостойкость. Эта величина равна F100-F300.
- Водонепроницаемость. Составляет W6-W12. При этом материал способен выдерживать давление воды 0,6-1,2 Мпа.
- Плотность. Данный показатель равен 2400 кг/м³, что указывает на высокую долговечность и износостойкость материала.
- Подвижность. Текучесть раствора составляет П3-П5. В результате при его кладке не появляются трещины. Растворы часто применяются для заливки ответственных фундаментов.
Бетон М400 активно используется при монтаже автомобильных трасс и укладке железных дорог. Материал характеризуется надежностью и длительным сроком эксплуатации. При этом его цена достаточно высокая. Однако с учетом параметров, которые не может обеспечить никакая другая смесь, приобретение материала повышенной стоимости себя окупает.
Изготовление раствора
Основным компонентом в любой марке раствора является цемент. В зависимости от его качественных характеристик, формируется нужная прочность застывшего раствора. Если срок хранения составляет месяц, то свойства ухудшаются на 10%. После полугода все параметры понижают в 2 раза. Годичное хранение делает продукцию недопустимой к применению.
При хранении цемента следует обеспечить сухость в помещении, поскольку он хорошо притягивает сырость. Даже небольшое количество влаги приводит к его схватыванию и образованию монолита.
Второй обязательной составляющей раствора является песок, и лучше всего, чтобы он был крупнозернистым. Такой размер фракции часто присутствует в речном варианте. Преимуществом его использования является отсутствие в нем вредных примесей. При этом допускается применение и мелкого речного песка, но с обязательным проведением очистки от ила и глины. Присутствие всех нежелательных примесей уменьшает адгезию между компонентами бетона. Также в качестве замены песку может быть использован шлак.
Наполнители и добавки
Кроме цемента и песка в бетоне присутствует наполнитель. В этом качестве тут выступает щебень. Его фракции имеют шероховатую форму и размер от 5 до 35 мм. Присутствующий щебень может быть следующих видов:
- Гравий. Данный материал отличается универсальностью, поскольку может быть использован при заливке бетоном внешних и внутренних конструкций.
- Гранит. Отличается высокой морозостойкостью и малой степенью влагопоглощения.
- Известняк. Такой наполнитель имеет невысокую прочность, поэтому используется только при проведении внутренних работ.
Чтобы улучшить качественные характеристики бетона, в него замешиваются еще следующие виды добавок:
- Пластификаторы. За счет их присутствия улучшается качество бетона без увеличения процентного содержания цемента. У застывшей смеси повышается морозостойкость, пластичность и вязкость.
- Армирующие волокна. В их основе лежат полипропиленовые или поливинилхлоридные вещества. Такие компоненты уменьшают формирование в бетоне трещин.
- Мыльный раствор. Повышает пластичность бетона.
- Клей ПВА. Усиливает прочность состава.
- Измельченное стекло. Кроме повышения прочности стекло улучшает гидроизоляционные свойства продукции.
- Поваренная соль. Присутствие такой добавки дает возможность работать с раствором в условиях отрицательных температур.
Кроме того, существуют еще пигментные добавки, которые формируют цвет застывшему раствору. Всю необходимую информацию о добавках в бетоне можно получить здесь.
Замес бетона
При формировании раствора компоненты смешиваются в определенных пропорциях. Обычно гравий песок и цемент берутся в следующем составе: 4:2:1. При этом количество добавок закладывается с учетом необходимости выполнения конкретных условий.
Количество воды заливается в зависимости от влажности каждого из компонентов, поэтому здесь точного расчета не существует. Обычно за основу принимаются усредненные данные. Сначала ее литраж берется в 2 раза меньше объема положенного цемента, а затем жидкость добавляется по мере необходимости. При этом следует понимать, что жидкий раствор после затвердевания может растрескаться, а недостаток влаги уменьшает пластичность бетона. В случае, когда требуется увеличенная прочность монолита, объем щебня повышается до 5 частей.
Процедура замеса раствора ведется в бетономешалке. Такая работа совершается в следующем порядке:
- В бетономешалку заливается небольшое количество воды. Она должна присутствовать в минимальном объеме.
- Засыпаются в нужных пропорциях цемент и песок.
- Все компоненты перемешиваются в течение 5 минут.
- Добавляются оставшиеся составляющие, и смесь перемешивается еще 10 минут. В случае необходимости постепенно добавляется понемногу жидкость.
Замешанный раствор изымается из бетономешалки и помещается на подготовленную площадку.
Набор бетоном прочности
Прочность относится к основной характеристике бетона. Она нарастает по мере затвердевания раствора. Даже после формирования монолита этот параметр продолжает усиливаться.
Процесс набора прочности является результатом химической реакции, которая происходит при контакте цемента с водой. Такое взаимодействие носит название гидратация. В течение непродолжительного времени состав твердеет и каменеет. Происходит это в два этапа:
- Схватывание. Постепенно у жидкого раствора ухудшается подвижность. Особенно это быстро происходит в теплую погоду. Только с помощью специальных пластификаторов затвердевание можно замедлить.
- Затвердевание. После прохождения этапа схватывания наступает непосредственно набор бетоном прочности. Такой период активно длится не менее 3 недель. При этом его продолжительность не ограничена и может продолжаться даже несколько лет.
На затвердевание смеси оказывают влияние следующие факторы:
- Температура окружающей среды. Оптимальной температурой гидратации считается + 20⁰, когда бетон затвердевает и в течение непродолжительного времени набирает прочность. Если преобладает морозная погода, из-за замерзания воды процесс гидратации останавливается и начинается вновь только после наступления тепла.
- Уровень влажности. Такой показатель должен быть равен 80%. В таких условиях бетон очень быстро набирает прочность. Снижение этой нормы сразу же уменьшает затвердевание смеси. Причиной является быстрее испарение воды в условиях сухого климата. Это не позволяет усиливаться бетону.
- Погодные условия. Лучше всего проходит процесс гидратации в условиях прохладного климата, когда на бетон не попадают прямые солнечные лучи. В этот период отсутствует ускоренное высыхание, что сказывается на усилении прочности бетона. Также не следует вести укладку раствора при ветреной погоде, поскольку уложенный раствор быстро высыхает, что нежелательно для процесса гидратации. Хорошо делать замесы в зимнее время года, когда стоит температура несколько выше нуля градусов.
- Выдержка по времени. Если знать все исходные параметры сделанного замеса, то вычислить время его затвердевания для приобретения им максимальной прочности можно по таблице.
- Марка цемента и добавки. Чем выше марка цемента, тем быстрее происходит затвердевание бетона. Однако в любом случае этот срок должен быть не менее 3 недель. С целью ускорения такого процесса используются специальные добавки. Если работы проводятся в зимнее время, то применяются вещества, обеспечивающие тепловыделение с целью устранения возможности замерзания воды. В летний период применяются добавки другого типа, предохраняющие бетон от быстрого высыхания.
- Трамбовка бетона. С помощью вибрационных установок процесс гидратации происходит ускоренным путем.
На залитый бетон дают максимальную нагрузку только после того, когда он наберет свою требуемую точность.
Процесс затвердевания бетона можно ускорить или замедлить. Делается это следующими способами:
- Умышленно понижается объем воды с целью увеличения у бетона жесткости. При этом существенно усложняется последующая процедура трамбовки.
- Подача горячего пара. Процесс является достаточно эффективным, потому что при его проведении бетон не пересыхает. Однако в случае его применения значительно увеличиваются затраты.
- Использование ускорителей. Такие вещества существенно ускоряют затвердевание бетона, но конечная прочность получается недостаточно высокой.
- В морозную погоду прогрев бетона допускается вести инфракрасными лучами или с помощью укладки светоотражающих полотен.
Ускорить процесс затвердевания бетона можно путем заливки его в опалубку. Ускорение происходит за счет того, что раствор находится в ограниченном пространстве, и у него отсутствует подвижность. Доски снимаются через неделю. Обычно за этот период бетон набирает порядка 70% своей окончательной прочности.
Снижение качества бетона
Чтобы у рабочей смеси после изготовления не снижались характеристики, необходимо быстро и правильно доставить ее на объект. Делается это с помощью специализированной техники. При неправильной транспортировке свойства бетона могут ухудшиться. Причины носят следующий характер:
- Расслоение раствора. Происходит это при движении по плохим дорогам из-за сильной тряски грузовика. В результате тяжелые компоненты раствора опускаются на дно, а легкие составляющие всплывают вверх цистерны. Особенно это часто происходит в тех случаях, когда соотношение цемента и воды было не выдержано, и жидкости оказалось больше требуемой нормы.
- Схватывание смеси раньше времени. Бетон должен постоянно перемешиваться, потому что в неподвижном состоянии он схватывается уже через 50 минут. Особенно этот процесс усиливается в сильную жару.
Если при транспортировке раствора произошло его расслоение, то использование смеси запрещено.
Итого, бетон является материалом, который после замеса необходимо сразу же выработать в кратчайшие сроки. Связано это с небольшим периодом времени его застывания. Поэтому требуется правильное проведение расчетов количества замеса. В случае ошибки застывший бетон выбрасывается, что приводит к лишним расходам.