Снижение материалоемкости в бетонных и железобетонных конструкциях

Бетонные и железобетонные конструкции являются основными строительными материалами и конструкциями без которых невозможно возвести ни одно капитальное сооружение, будь то объект жилья, административные или промышленные объекты.

Такие материалы составляют более 40% от общего объема всех строительных материалов и конструкций. Поэтому экономия ресурсов при производстве и монтаже сборных и возведении монолитных железобетонных и бетонных конструкций является наиболее значимой с экономической точки зрения.

Бетонные и железобетонные конструкций включают в себя цемент. Экономия цемента - один из наиболее эффективных способов снижения материалоемкости конструкций, который включает 4 основных направления:

- применение научно-технических и организационных мер, направленных на интенсификацию и повышение эффективности производства действующих цементных заводов.

- создание производств многокомпонентных вяжущих на основе совместного помола клинкера и местных минеральных добавок, зол и шлаков тепловых электростанций и других вторичных материалов.

- разработка и внедрение интенсивной технологии приготовления бетонов и растворов на новых принципах их структурного образования путем раздельного приготовления смесей и применения эффективных наполнителей.

- применение эффективных добавок в цементные смеси (суперпластификаторов, ускорителей и замедлителей твердения).

Разработаны и внедряются, многочисленные решения снижения расходов цемента при приготовлении бетонов и растворов.

Бетоном называется искусственный каменный материал, получаемый после формирования и твердения специально подобранной смеси (вяжущего, воды, мелких и крупных заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок.

Наибольший перерасход цемента наблюдается в бетонах, приготовленных на некачественных заполнителях, это прежде всего загрязненные и не фракционированные заполнители.

Подбор состава бетона состоит прежде всего в подборе требуемой гранулометрии, т.е. подбор определенного количества различных фракций крупного и мелкого заполнителя, обеспечивающего плотную упаковку зерен в бетон.

Особо следует выделить необходимость широкого развития производства гипсового вяжущего, - материала широко применяемого в зарубежной строительной практике. Материал уникальный - широко распространенный в природе, быстроотвердевающий, обладающий разнообразным комплексом свойств.

В отечественной строительной практике в основном применяется полуводный гипс или полугидрат. Обычно обжиг идет при температуре 140-190°С природного гипсового камня в составе которого двуводный гипс.

Если производится обжиг при температуре 600-700°С с последующим измельчением продукта обжига, совместно с такими добавками как гранулированный доменный шлак (10-15%), доломит (3-8%) обоженный при 800-900°С, воздушная известь (1-5%) то образуется ангидритовый цемент, который твердеет только с этими добавками.

При нагреве до 800-1000°С продукт обжига приобретает самостоятельные вяжущие свойства и носит название высокообжигового гипса или астрик-гипс. Он имеет высокую прочность до 15-80 МПа, малую теплопроводность, хорошую звуко-поглощаемость.

Применение некачественных заполнителей или ошибки в проектировании необходимой марки бетона нередко приводит к перерасходу цемента на 30-85%, т.е. до 100 кг/м3.

Эффективным способом снижения материалоемкости конструкций является применение высокоэффективных пластифицирующих добавок - суперпластификаторов.

Суть в том, что для нормальной гидратации необходимо 10-15% воды от содержания цемента. Но при таком количестве воды бетонная смесь является не технологической (жесткой). Увеличивать содержание воды до уровня 45-55% без увеличения содержания цемента - не разрешается, и ведет к резкому снижению прочности бетона.

В этом случае применение суперпластификаторов позволит повысить подвижность бетона без увеличения количества цемента. Добавка одного из самых эффективных суперпластификаторовС-8 в количестве 32% от массы цемента позволяет увеличить подвижность бетонной смеси с 2-3 см (осадка конуса) до 18-22 см, что позволяет на 20% снизить расход цемента без ухудшения основных физико-механических характеристик бетона.

К числу технико-экономических преимуществ бетона и железобетона относятся: долговечность, огнестойкость, высокая прочность, возможность придания изделиям разнообразных форм и требуемых свойств. Основную часть бетона по массе /до 80-90%/ составляют заполнители из каменных материалов, характеризующихся сравнительно низким уровнем издержек производства.

К числу основных недостатков бетона как любого каменного материала следует отнести меньшую, по сравнению с прочностью на сжатие, прочность на растяжение в 10-15 раз. Этот недостаток устраняется за счет применения армирования, главным образом металлических элементов, стержней, сеток, каркасов и получения железобетона - материала, в котором соединены бетон и стальная арматура, практически являющиеся единым целым, благодаря прочному сцеплению и почти одинаковому коэффициенту линейного расширения.

Но все же главным недостатком бетона является большая масса бетонных и железобетонных конструкций: в 4-6 раз превышающих массу аналогичных по назначению металлических и деревянных конструкций.

Снижение веса может быть достигнуто за счет применения высокомарочных цементов, чистых, прочных и фракционированных заполнителей, высокопрочной арматуры. Но это используется только для элементов, испытывающих большие нагрузки.

Так увеличение прочности с 25,0 МПа до 80-90 МПа дает возможность значительного уменьшения сечений конструкций и снижения объема бетона на 20-25%, а по отдельным эффективным конструкциям (колонны кольцевого сечения) до 35-40%.

Для конструкций, не воспринимающих большие нагрузки, увеличение прочности практически ничего не дает, так как размеры сечения диктуются, главным образом, конструктивными требованиями (теплозащиты, звукоизоляции и т.п.).

Следует отметить, что отечественная строительная индустрия в качестве несущих конструкции использует тяжелые бетоны 1,8 - 2,5 т/м3.

В зарубежной строительной практике легкие бетоны широко используются не только для ограждающих, но и несущих конструкции. Так в практике США применяется легкий бетон с объемным весом 1,7-1,8 т/м3, традиционный 2,6-2,7 т/м3 с заполнителем из пемзы и сланцевых пород.

В Англии, ФРГ, Австрии и других странах при возведении несущих конструкций широкое распространение получил легкий бетон на пористых заполнителях.

Себестоимость изготовления легкого бетона на 6-7% выше тяжелого бетона, но разница в себестоимости компенсируется экономией в расходе бетона на 25-30%. А если учесть экономию и в других конструкциях, воспринимающих вес конструкций из легкого бетона, эффект последних становится еще выше.