Композитный бетон и бетонные конструкции

Бетон — один из самых древних строительных материалов. Первые конструкции, возведенные из бетона, были сооружены еще в Древнем Риме. Однако современный бетон, содержащий цемент, известен нам с XIX века. С тех пор технологии строительства развиваются и продолжают развиваться, что влечет за собой надобность как технологий производства бетона, строительства зданий и сооружений, так и внедрения новых материалов изменяющих состав бетонно-цементного раствора.

Основной целью развития строительной индустрии является повышение прочностных характеристик и надежности строительных конструкций с одновременным снижением затрат на строительство.

Железобетонные конструкции и их особенности

Прочность бетона на сжатие в десятки раз больше его прочности на растяжение, и для придания более высокой прочности для восприятия растягивающих усилий бетон сооружается в совокупности со стальной арматурой. Хорошее сцепление бетона и стальной арматуры приводит к наиболее частому использованию железобетона в наше время.

Однако конструкции из железобетона имеют свои недостатки:

• Применение стальной арматуры влечет за собой увеличение веса бетонных конструкций;
• Возведение железобетонных конструкций сопровождается повышенными затратами;
• Недостаточная устойчивость к растягивающим усилиям приводит к растрескиванию, которое, наполняясь водой, приводит к коррозии метала и вываливанию бетона.

Композитный бетон как возможная замена железобетона

Композитный бетон решает основные проблемы железобетонных конструкций. Ниже приведем преимущества базальтовой и стеклопластиковой арматуры над стальной:

• Стеклопластиковая арматура в 3 раза легче стальной;
• Не подлежит коррозии;
• Низкая теплопроводность;
• Высокое сопротивление разрывным усилиям;
• Базальтовая арматура — химически стойкая.

Но нужно упомянуть и о недостатках композитного бетона:

• Главным недостатком которого является недостаточный показатель упругости. Поэтому возведение сооружений с помощью только лишь композитного бетона не представляется возможным.
• Так же полимерная арматура теряет свою упругость после нагрева свыше 600 градусов, что влечет за собой надобность дополнительных элементов теплозащиты.
• Невозможность использования электросварки, что усложняет процесс сборки каркаса. Однако сейчас и металлические каркасы предпочитают вязать.
• Данная арматура не подлежит изгибу, из-за чего возникает необходимость заказывать арматуру нужной конфигурации.
• Нередко на рынке можно встретить некачественную арматуру не соответствующую показателям изготовителя и требованиям заказчика.

Однако, несмотря на все свои недостатки, композитный бетон еще найдет свою нишу в строительстве.

Читайте так же:

Композиты и бетон, фибробетон, армированный волокнами и композитной арматурой бетон

Перевод и редакция: Третьяков Павел Андреевич

Преимущества композитных материалов отлично проявляются в строительстве и при армировании бетона.

Бетон является недорогим и многогранным строительным материалом, который используется во многих приложениях. В этой статье дана информация о том, как сделать бетон стойким к различным внешним воздействиям и нагрузкам, что позволит обеспечить его длительное функционирование.

Бетон является истиным композитом и состоит из гравия и песка, которые связаны между собой при помощи цемента, а металлическая арматура обычно добавляется для усиления прочности бетона. Бетон великолепно ведет себя при нагрузках на сжатие, но при растяжении становится хрупким и непрочным. Растягивающие напряжения, как и усадка бетона во время отверждения, приводят к появлению трещин, в которые попадает вода. Это в свою очередь приводит к коррозии металлической арматуры, ее разрушению и существенной потере целостности бетона.
 

Пластики, усиленные волокнами (базальтопластик и стеклопластик) уже давно рассматриваются в качестве материалов, позволяющих улучшить характеристики бетона. Институт Бетона Америки и другие группы, такие как Японское Сообщество Гражданских Инженеров, помогли разработать спецификации и методы тестирования материалов на основе усиленных волокнами пластиков, многие из которых уже допущены к использованию и прочно закрепились в строительстве, где используется бетон и бетонные конструкции. «В дополнение к конструкторским документам теперь есть и методики тестирования материалов», — говорит Джон Бюсел, председатель ACI’s Committee 440, общества, основанного в 1990 году с целью обеспечения инженеров и конструкторов информацией о композитных материалах. Методики тестирования описаны в руководстве ACI’s Committee 440. «Мы также продолжаем уверенно работать над редакцией нашего доклада 1996 года, который обеспечит специалистов по бетону обновленной информацией с указанием новых приложений и рынков», — говори Бюсел.

Композитная арматура и изготовленные из нее армирующие сетки находят применение в различных приложениях. Также уже разработаны материалы на основе усиленного волокнами бетона, материала, в котором для армирования используются стальные или полимерные волокна. Такие усиленные волокнами бетоны (фибробетоны) используются при изготовлении настилов, напольных плит и сборных конструкционных частей.

КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА

За последние 15 лет композитная арматура прошла путь от экспериментальных прототипов до эффективного заменителя стали во многих приложениях. «Стеклопластиковая арматура используется очень часто, и это весьма конкурентный рынок», — говорит Дуг Гремел, руководитель направления армирования неметаллами компании Hughes Bros. (Seward, Neb.), известного производителя армированных изделий. «В настоящее время база знаний об этом материале гораздо более полная, чем 10 лет назад».

Для некоторых проектов, таких как оборудование для магниторезонансной томографии в больницах, или пункты взимания дорожной платы, где используется радиочастотная идентификация определения уже оплативших покупателей, единственно доступным материалом является композитная арматура. Использовать стальную арматуру не представляется возможным, т.к. она взаимодействует с электромагнитными сигналами, генерируемыми оборудованием. Композитная арматура, в отличие от стальной, обладает электромагнитной прозрачностью и необычайной стойкостью к коррозии, кроме того композитная арматура легкая – ее вес составляет около одной четверти от веса аналогичной стальной арматуры, а теплоизоляционные свойства композита препятствует протеканию тепла в стройконструкциях. Два самых крупных производителя композитной арматуры — компания Hughes и компания Pultrall (Thetford Mines, Canada).

Для производства композитной арматуры обычно используется технология пултрузии, где армирующим наполнителем является ровинг из Е-стекла, а связующим винилэфирная смола. Продукты марки Aslan от компании Hughes производятся с спиральной закруткой, что придает им волнообразный профиль, а прутки марки V-ROD от компании Pultrall являются гладкими. Оба вида арматуры имеют наружное песочное покрытие, которое наносится в процессе производства. Это необходимо для придания шероховатости на поверхности арматуры, что способствует наилучшей адгезии в бетоне. По словам Гремела, для производства арматуры необходима высококачественная винилэфирная смола и волокна специально подобранного размера, что позволяет обеспечить прочность арматуры и достичь наилучшей коррозионной стойкости к щелочной среде в цементе.

Т.к. механические свойства стекла отличаются от свойств стали, структура бетона с применением композитной арматуры разрабатывается в соответствии с ACI 440.1R-03, руководством для проектирования и конструирования бетона, армированного стеклопластиковой арматурой.  Компании Hughes и Pultrall являются членами Совета Производителей стеклопластиковой арматуры, который находится под покровительством Американского Общества Производителей Композитов, и вовлечены в разработку минимальных требований и норм для арматуры. Хотя композитную арматуру нельзя согнуть для получения нужных конструкций, Гремел считает, что это не является проблемой. «Стальную арматуру, покрытую слоем эпоксидной смолы, также нельзя согнуть без повреждения покрытия», — говорит Гремел. «Но мы можем изготовить изогнутую стеклопластиковую арматуру непосредственно при производстве в соответствии с предоставленным проектом». Появление новых методик тестирования бетонов, армированных композитной арматурой, дало собственникам и конструкторам гарантию, что произведенная структура будет вести себя именно так, как и ожидается. Гремел замечает, что руководство по тестированию будет приведено с стандарту ASTM.

Арматура марки V-ROD компании Pultrall поставляется в США эксклюзивно фирмой Concrete Protection Products Inc. (CPPI, Даллас, Техас). Президент CPPI’, Сэм Стир рассказывает о последних проектах с использованием арматуры V-ROD, среди которых новый мост, перекрывающий шоссе I-65 в Графсте Ньютон , штат Индиана. Мост состоит из трех пролетов, общей длиной 58 метров и шириной 10,5 метров, с усиленным бетонным полотном, проложенным сверху I-образных стальных балок, установленных на бетонных опорах. Плита из бетона толщиной 203 мм в нижней половине усилена стальной арматурой с эпоксидным покрытием, а в верхней половине использованы композитные прутья V-ROD. Это сделано для усиления коррозионной стойкости бетона, т.к. в верхней части плиты наиболее высока возможность контакта с солями, использующимися для борьбы с обледенением на дорогах. Бетон в полотне был армирован двумя видами арматуры, с расстоянием от центров стержней 152 мм – арматурой  #5 (16 мм в диаметре) в поперечном направлении, и арматурой #6 (19 мм в диаметре) в продольном направлении. При помощи исследователей из Университета Purdue University структура была оборудована сенсорами из оптоволокна, что позволило производить непрерывную оценку характеристик плиты посредством удаленного мониторинга. Стир говорит, что это первый проект мостового плотна с использованием композитной арматуры, сделанный Департаментом перевозок штата Индиана.

Арматура из стеклопластика марки Aslan 100 от компании Hughes Bros. недавно была использована в бетонном мосту в Морисон, штат Колорадо, который был построен Департаментом Перевозок Колорадо при поддержке Города и Графства Денвер Паркс и Департамента Восстановления. При строительстве моста общей длиной 13.8 метра, который перекрывает Бир Крик, стеклопластиковая арматура использовалась в основаниях, опорах, откосных стеновых крыльях, парапетах и изогнутой монолитной бетонной арке. Цельная композитная плита, установленная наверху бетонной арки, была сделана компанией Kansas Structural Composites (Russell, Kan.). В литые элементы моста была вмонтирована композитная арматура нескольких типоразмеров, включая арматуру #5, #6 and #7 (19 мм в диаметре). Гремел подчеркивает, что потребовалось много изогнутых скоб и специальных форм, чтобы получить конструкцию в соответствии с проектом, и добавлет, что все конструкции были предварительно изготовлены на фабрике. Инженер CDOT Марк Леонард говорит, что прошлые проекты штата с применением композитной арматуры были успешны, и арматура марки Aslan компании Hughes была выбрана из-за более низкой предложенной цены. Несмотря на то, что настил моста подвергается минимальной транспортной нагрузке, Леонард говорит, что конструктор моста Парсонс Бринкерхоф при конструировании следовал всем рекомендациям ACI и использовал новые методики тестирования ACI440.3R-04 для сертификации используемых материалов.

Есть предположение, что рынок композитной арматуры станет еще более конкурентоспособным при использовании нового материала – базальтового волокна. Грахам Смит, исполнительный вице президент компании Sudaglass Fiber Technology (Хьюстон, Техас), производителя базальтового волокна, производство которого расположено в России и на Украине, говорит, что компания уже имеет задел на производственных мощностях в северном Техасе. По словам Смита, композитная арматура из базальтового волокна и эпоксидной смолы сейчас производится при помощи пултрузии на Украине, и находится в процессе сертификации для использования в строительстве в США.

Обладая лишь немного более высокой плотностью, чем стеклянное волокно, базальтовое волокно имеет существенно более широкий диапазон рабочих температур — от -260°C до 982°C, в то время как номинальный рабочий диапазон стеклянного волокна составляет от -60°C до 650°C. Температура плавления базальта — 1450°C, что делает его пригодным для использования в приложениях, требующих стойкости к огню. Как замечает Смит, базальт обладает превосходной стойкостью к щелочной составляющей в бетоне без использования специальных сортировок по размеру, которые используются для защиты стеклянного волокна.

Каким бы не был выбор армирования, композитная арматура, вероятно, обладает наибольшей привлекательностью для лиц,ответственных за принятие проекта. «Хорошим практическим результатом для инженера или конструктора, который решает проблему коррозии, является то, что при 5-7% увеличении затрат на материалы с использованием композитной арматуры вы продлеваете срок эксплуатации структур на 10-20 лет», — подводит итог Гремел.

СЕТКИ ИЗ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ В СБОРНЫХ БЕТОННЫХ ПАНЕЛЯХ

С момента первого доклада CT об использовании в сборных бетонных конструкционных панелях полимерных сеток, усиленных волокнами («Composite Solutions Meet Growing Civil Construction Demands,» CT August 2002, p. 40), рынком был показан значительный рост, говорит Бюсел. «Область этих применений огромна и здесь существует огромный потенциал», — утверждает он.

Данное направление возглавляется группой AltusGroup, которая является консорциумом пяти производителей сборных бетонных панелей и производителя арматуры, компании TechFab LLC (Anderson, S.C.). Группа была сформирована специально для продвижения технологии CarbonCast, где в качестве вторичного армирования для замены традиционной стали или арматуры в сборных структурах применяются недавно разработанные углеродно-эпоксидные сетки C-GRID. TechFab — это долевое 50/50 объединение компании Hexcel (Дублин, Калифорния) и компании Chomarat Group (Le Cheylard, Франция). До настоящего времени членами AltusGroup являются Oldcastle Precast (Edgewood, Md.), HIGH Concrete Structures (Denver, Pa.), 2 компании, владельцем которых является Cretex Companies (Elk River, Minn.), и Metromont Prestress (Greenville, S.C.), но в группу также могут быть приняты новые участники в связи с возрастающим объемом продаж, говорит Джон Карсон, руководитель коммерческого развития TechFab и глава программы технологий C-GRID.

AltusGroup предлагает ассортимент продукции на основе CarbonCast, который включает конструкционные и не строительные изолированные панели и наружную облицовку. C-GRID обычно заменяет вторичные армирующие элементы на основе сетки из стальной арматуры. В качестве первичного армирования по-прежнему во многих случаях используется обычная стальная арматура. C-GRID производится в запатентованном квази-тканном технологическом процессе, при котором в открытой структуре совмещается наложенние основы и утка углеродных волокон, смоченных высокореакционной эпоксидной смолой. Размеры ячейки сетки изменяются в диапазоне от 25.4 мм до 76 мм, конечный размер зависит от требований к прочности панели, типа бетона и размера наполнителя. В процессе производства сетки ее поверхности придается шероховатость для улучшения прочностных связей с бетоном. В линейке продукции C-GRID компании TechFab также есть композитные сетки, содержащие стеклянные, арамидные или полимерные волокна в сочетании с любым ассортиментом смол. Композитные сетки, как содержащие, так и не содержащие углеродные волокна, находят применение в различных областях строительства, таких как декоративные элементы, монолитные бетонные конструкции, ремонт или восстановление.

Панели CarbonCast имеют существенные преимущества, говорит Карсон. Сетки C-GRID гораздо более легкие чем стальные, и обладают свойствами растяжения почти в 7 раз лучшими, чем сталь. Вероятность разломов бетонных конструкций вследствие усадки при высыхании существенно снижена, кроме того C-GRID не корродирует, благодаря чему на поверхности бетонных панелей не возникают коррозионные пятна, характерные для бетонных панелей, армированных стальной арматурой. Коррозийная стойкость композитных сеток позволяет использовать бетонное покрытие толщиной всего 6.35 мм, в то время как может потребоваться до 76.2 мм бетонного покрытия для защиты стальной сетки от воздействия влаги. Таким образом, вес бетонной панели может быть уменьшен на 66% по сравнению с обычными панелями, армированными только стальной арматурой. Более легкие панели позволяют снизить общий вес стены, благодрая чему требуется меньше стальной подструктуры. Это позволяет значительно снизить затраты на строительство конструкций. Сетка C-GRID также слабо проводит тепло, так что величина тепловой изоляции панели не меняется. Более того, в панелях с сеткой C-GRID могут быть прорезаны отверстия непосредственно на месте работ, что невозможно сделать при использовании стальной сетки для армирования. Все эти преимущества композитных сеток в итоге выражаются в снижении расходов на транспортировку и строительство конструкций.

На сегодняшний день было продано более 3 млн. кв. футов панельной продукции CarbonCast и спрос так высок, что TechFab недавно анонсировала строительство новой фабрики, которая вместит добавочную линию по производству сетки. Это, по словам Карсона, должно быть сделано в октябре этого года. Анонсируемые планы соответствует долговременному соглашению с компанией Zoltek Corp. (St. Louis, Mo.), являющейся поставщиком волокна Panex 35, которое используется в C-GRID. По словам Карсона, это соглашение обеспечит последовательные поставки для C-GRID  во время первых лет запуска продукции. «Компания Zoltek была нашим первым поставщиком волокон и партнером с первого для этого проекта», — заметил Карсон.

Сборные панели использовались в различных проектах, таких как кинотеатры, церкви и парковочные гаражи. Последним проектом был офисно-складской комплекс Cardinal Health рядом с Балтимором площадью 332 000 кв. футов. Для этого проекта были отлиты панели CarbonCast длиной до 15.5 метров, используемые для формирования двухэтажных наружных вертикальных стен здания. Каждая панель является сэндвич структурой с изоляционным слоем пены толщиной 152 мм между облицовочными панелями, состоящими из наружной кирпичной перегородки толщиной 50 мм (бетонный слой) и внутренней кирпичной перегородки толщиной 100 мм. Сетка C-GRID, расположенная перпендикулярно к поверхностям панелей, соединяет внутреннюю и наружную облицовки, обеспечивая усиление на срез.

ФИБРОБЕТОН — АРМИРОВАННЫЙ ВОЛОКНАМИ БЕТОН

Фибробетон (бетон, в который для улучшения свойств введены короткие волокна — фибры) отлично зарекомендовал себя на протяжении десятилетий, и даже столетий, если учесть, что еще в Римской Империи строительные растворы готовили с добавлением конского волоса. Использование волокон в бетоне (армирование) усиливает его прочностные и упругие свойства за счет удерживания части нагрузки и предотвращения роста трещин при повреждении матрицы бетона. Доктор Виктор Ли из Университета штата Мичиган исследовал свойства высокоэффективных цементных композитов, армированных волокнами, которые являются чрезвычайно высокоэффективными подгруппами фибробетона. Виктор Ли считает, что признание этого материала будет расти, если будут сохранены его механические характеристики, низкая стоимость и простота получения.

«Использование фибробетона может привести к отказу от использования арматуры, работающей на срез, что в свою очередь приведет к снижению материальных и трудовых затрат», — говорит Виктор Ли. «Прореживаемая фибрами структура позволяет снизить объем материала и вес, что делает транспортировку фибробетона более легкой. Общее снижение затрат по этим статьям может легко оправдать расходы на использование материала, армированного волокнами».

Официальное признание фибробетона за последние пять лет способствовало подготовке стандартов и руководств по его использованию (смотрите CT July/August 2001, p. 44). С этого времени начался расцвет коммерческих приложений фибробетона.

Компания Lafarge SA (Париж, Франция), которая является гигантом стройтельной индустрии и материалов, вот уже около 10 лет продвигает свой высокоэффективный фибробетон под торговой маркой Ductal, нацелившись на широкий сегмент гражданского строительства. Ductal является смесью цемента, кварцевой крошки, кварцевой муки, мелкого кварцевого песка, пластификаторов, воды и стальных или полимерных волокон, обычно длиной 12 мм. Вик Перри, вице президент компании и генеральный директор направления Ductal, говорит, что специально подобранная комбинация мелкозернистых порошков создает максимальную плотность при отверждении бетона, что выражается в полном отсутствии пор и фактически исключает доступ влаги в матрицу бетона и предотвращает коррозию стальных волокон. Фибробетон с волокнами из поливинилового спирта обычно используется в архитектурных и декоративных приложениях, что предотвращает вероятность поверхностного травления, которое может проявится при коррозии стальных волокон в бетоне. Кроме того, это позволяет удалить абразивность в местах, где предполагается контакт человека с поверхностью бетона. Производителям изделий из бетона и поставщикам растворов материалы поставляются в мешках.

«Добавление волокон улучшает пластическую деформацию материала и позволяет ему выдерживать растягивающие нагрузки», — говорит Перри. «Волокна усиливают прочность и улучшают микроструктурные свойства бетона».

Выдерживаемые материалом Ductal нагрузки на сжатие зависят от типа используемых волокон и варьируются от 150 МПа до 200 МПа. У стандартного бетона эта величина составляет 15-50 МПа. Доказанная прочность на изгиб материала Ductal составляет 40 МПа, говорит Перри. Фибробетон Ductal, в котором использовались стальные волокна производства Lafarge’s Forta steel fibers, применялся для сборного строительства и при производстве нескольких предварительно напряженных мостовых балок. В месте Saint Pierre La Cour, Франция, 20-ти метровый грузовой мост был построен с применением 10-ти балок I-типа, изготовленных их материала Ductal, которые поддерживают монолитную бетонную плиту, изготовленную с применением традиционного армированния стальной арматурой толщиной 170 мм. Сборные балки, изготовленные без арматуры, были заглублены на 600 мм и предварительно напряжены при помощи стальных плетеных кабелей толщиной 13 мм, размещенных в нижней кромке. По технологии напряжение прикладывается к кабелям до того, как Ductal заливается в форму балки. Как только бетон покрывает кабели и материал начинает твердеть, кабели обрезаются, что фактически прикладывает напряжение сжатия к бетонной смеси.

Если подвергнуть предварительно напряженную балку любому изгибу, объясняет Перри, она не будет испытывать растягивающих нагрузок, а просто «разожмется», что значительно улучшит ее характеристики. Благодаря прочности фибробетона Ductal, балки из него не требуют армирования арматурой, что значительно снижает их вес.

Структуры, изготовленные из фибробетона Ductal, и имеющие в сечении форму греческой прописной буквы «?» (по сути  балки коробчатого сечения без нижней кромки), используются как настил и как балки экспериментального моста на тестовом пути Лаборатории Федеральных Магистралей США, что позволяет проводить исследования пригодности конструкции для строительства будущих высокоскоростных трасс. Балка-настил «?»-типа имеет конструкцию, которая позволяет выдерживать нагрузки, определенные Американской Ассоциацией Государственных Магистралей и Перевозок.

«Балки из фибробетона Ductal имеют большую протяженность при весе, сходном с балкой из обычного бетона», — говорит Перри. «В итоге, мы увидим использование фибробетона в балках и мостовых настилах».

Компания SI Concrete Systems. (Chattanooga, Tenn.) является производителем армирующих волокон для бетона. SI предлагает волокна марки Novomesh, Fibermesh и другую фибро продукцию. Эти материалы используются в качестве альтернативы вторичной армирующей сетки стальных нитей и легкой арматуры как в офисных, так и в жилых приложениях, говорит Хал Пэйн (Hal Payne), руководитель стратегических соединений компании SI Concrete Systems. SI производит полипропиленовые волокна, стальные волокна, макросинтетические волокна и промышленные смеси. По словам Пэйна, материалы на основе полипропиленовых волокон необходимы для контроля ранней стадии образования трещин, которые возникают из-за пластической усадки бетона, и для предотвращения роста этих трещин и образования больших щелей во время высыхания бетона. Novomesh 950 является новым продуктом компании и представляет собой смесь необработанных макросинтетических и специально отобранных фибрилированных микросинтетических волокон. Пэйн говорит, что использование этого продукта дает такие же хорошие результаты, как и использование стальных волокон в бетоне, предназначенном для плит перекрытий.

Компания Kingspan (Sherburn, Malton, N. Yorkshire, U.K.), специалист в строительстве с применением бетона, использует фибро добавки для бетона производства Bekaert Building Products (Friedrichsdorf, Germany). Формованные стальные волокна Dramix от компании Bekaert добавляются в бетон при производстве полов и кровель без использования армирующих стальных сеток. Этот продукт идеален для строительства в сжатые сроки — т.к. бетон не требует армирования стальной сеткой, изначально нет необходимости ее закупать и отсутствуют все трудозатраты, связанные с доставкой рулонов арматуры, ее резкой и установкой в многоэтажном здании до операций по заливке бетона. Полы из фибробетона могут быть установлены в единой цикле — для этого надо только доставить армированный волокнами материал прямо к каждому полу.

Методические указания и допуски для фибробетона теперь даны в конструкторских руководствах разных стран, что является значимым показателем в признании фибробетона конструкторами, инженерами и ответственными лицами. «Использование фибробетона позволяет реализовать такие преимущества, как быстрота строительства, улучшенный внешний вид, отличная упругость и стойкость к коррозии», — говорит Перри. «Все это выражается в снижении расходов на обслуживание и более длительном времени эксплуатации структур».

Статья из журнала «Composites Technology», апрель 2005

Геополимерный бетон, его состав и рецепты приготовления своими руками

Геополимерный, или как его еще называют, природный, композитный бетон – это новейший экологически безопасный строительный материал. Приставка «гео», говорит о том, что при его изготовлении используются только природные натуральные компоненты. Джозеф Давидовец, в 1978 году ввел понятие «геополимер», а в луизианском Технологическом Университете, спустя несколько десятилетий, группой ученых под руководством профессора Эреза Эллоче был разработан и исследован состав этой инновационной бетонной смеси.

Состав и свойства

В состав геополимерного бетона входят только натуральные компоненты, такие как жидкое стекло, зольная пыль, так называемая «летучая зола», шлак и другие составляющие, служащие для связывания и закрепления смеси. Изготавливают его посредством смешивания указанных компонентов в четко выверенной пропорции, при очень низких температурах. Благодаря химическим процессам, происходящим в такой смеси, получается монолит, который по своим свойствам в несколько раз превосходит обычный портландцемент.

Согласно проведенным исследованиям, геополимер очень устойчив к коррозии, а также на 90% меньше, чем стандартные бетоны, выделяет различных газов, способствующих возникновению «парникового эффекта». Лабораторные испытания также показали огромную огнеупорность данного материала – он способен выдержать до 1 316 °C, а также прочность на растяжение и сжатие.

Кроме этого, он очень устойчив к воздействию различных агрессивных сред, в том числе и к воздействию кислоты. В отличие от обычного бетона, например для скульптур, геополимерный обладает очень низкой проницаемостью, равной проницаемости натурального гранита и значительно меньшей усадкой.

Помимо низкой проницаемости и высокой прочности, отличной устойчивости к температурным и кислотным воздействиям, небольшой усадке, геополимер является быстро затвердевающим и устойчивым к многократным циклам «оттаивания-замораживания». К тому же, в отличие от обычного бетона, он имеет значительно меньший вес.
Ученые в разных странах продолжают улучшать и совершенствовать свойства, чтобы он мог быть использован как при жилищном, так и транспортном строительстве. Производство развивается и в России. Сочетая в себе бетон и экологически безопасную древесину, данный материал довольно дешев.

Для изготовления используется измельченная древесина, которая в дальнейшем вымачивается в воде и обрабатывается озонатором. После подобной обработки, полученную древесную массу закладывают в бетономешалку и соединяют с вяжущими компонентами смеси. После перемешивания смесь заливают в пространство между опалубкой, которая является одновременно и электродами. Ее размер – метр на метр. От автономного источника энергии через преобразователь, в течение часа, на смесь воздействуют электрическим током через опалубку-электроды. После затвердевания обрабатываемого фрагмента, опалубку снимают и переставляют дальше.

Приготовление

Узнав об уникальных свойствах, многие из тех, кто самостоятельно занимается строительством, пытаются найти информацию о том, как можно изготовить геополимерный бетон своими руками и из доступных материалов. Действительно, это возможно. Все дело в том, что необходимы хорошие знания физико-химических свойств и особенностей ингредиентов, а также возможность экспериментировать, так как точной рецептуры и пропорций компонентов, входящих в состав бетона геополимерного типа нет. Вернее сказать, рецептура есть у ученых и производителей, но вот делиться ею и технологией изготовления композитного бетона никто не спешит. Это значит, что получить достойный результат можно только методом «проб и ошибок».

Если вы все же хотите поэкспериментировать, то помните, что наиболее часто в качестве вяжущих компонентов используют водорастворимые смолы или ПВА, особой консистенции. Содержащийся в таком ПВА поливиниловый спирт служит эмульгатором для смеси.

Для того чтобы создаваемая вами бетонная смесь получилась качественной, полимеры или любые другие органические добавки должны составлять около 20% от всей массы цемента. Масса наилучшего качества получается при введении в состав полиамидной или эпоксидной водорастворимых смол, с последующим добавлением полиэтилен-полиаминового отвердителя.

Приготавливаются геополимерные бетонные растворы аналогично стандартным смесям из цемента. В бетономешалку закладывается вода с небольшим количеством цемента, специально предназначенного для полимербетона. После цемента, в смесь вводят, в равных долях, зольную пыль и шлак. Все это тщательно перемешивается, после чего добавляют полимерные компоненты, и всю смесь перемешивают до готовности.

» Что такое геополимерный бетон и как его приготовить своими руками

Требования современного строительства заставляют производителей экспериментировать с разными видами материалов. Одним из них стал геополимерный бетон – высокотехнологичное вещество с уникальными монтажными свойствами.

Предлагаем ознакомиться с характеристиками бетона такого типа, сферой их применения, точной дозировкой состава, а также методами изготовления в домашних условиях.

Сравнительные характеристики

Геополимерный бетон, изготовленный согласно технологии, лучше сопротивляется воздействию кислот и химических реагентов, чем его традиционные аналоги. Время застывания тоже берется в расчет. Если у классического цемента срок твердения составляет более месяца, то композитные смеси обретут максимальную устойчивость уже через неделю. Срок проведения начальных отделочных работ таким образом снизится до двух дней после заливки.

Геополимеры, применяемые в монтаже, также обладают большим уровнем сцепления с несущими поверхностями даже при сравнении с портландцементом. Если сделать стяжку с соблюдением норм строительства, бетон будет хорошо сопротивляться изгибу и растяжению, снижая расходы на повторную отделку.

Преимущества

Решая проблемы утилизации строительных отходов, ведущие изготовители стройматериалов стали выпускать продукцию на основе природных компонентов. Эксплуатационные качества полученного вещества составили конкуренцию традиционным смесям на основе портландцемента. Из списка преимуществ, которыми обладает геополимерный бетон, стоит выделить:

• низкую степень усадки, позволяющую начать отделку поверхности сразу после высыхания;
• высокую прочность сжатия, дающую возможность строительства крупных многосекционных зданий;
• малое количество парниковых газов, выделяемое готовым материалом;
• стойкость к перепадам температур окружающей среды и экстремальным атмосферным показателям;
• низкую паропроницаемость, сравнимую с параметрами натурального камня;
• простоту обработки, позволяющую вести резку своими руками с помощью алмазного круга.

Инструменты для бетонных работ

Агрессивные вещества, входящие в состав бетонного раствора, могут повредить кожу, потому во время приготовления ее надо защитить спецодеждой. На лицо при этом надевается респиратор, а на глаза – специальные защитные очки. Геополимерный бетон при изготовлении будет выделять тепло, потому для соединения отдельных химических реактивов понадобится емкость из укрепленного стекла. Размешивание бетонной смеси ведется с помощью деревянной лопатки, что не будет вступать в реакцию со щелочами.

Чтобы сделать геополимеры со свойствами, подходящими для строительства, понадобится подобрать правильные пропорции каждого действующего вещества. В этом помогут высокоточные электронные весы.

Для приготовления малых порций можно воспользоваться простыми кухонными весами. Процесс отливки отдельных блоков также потребует специальной формы. Для ускорения застывания подойдет деревянная опалубка с электродами, протянутыми в ней.

Компоненты

В состав композитного бетона входят натуральные ингредиенты: жидкое стекло, зольная пыль, отходы металлургического производства, связующие и закрепляющие вещества. Для приготовления одного литра бетонной смеси понадобится 150 г гидроксида калия, 60% жидкое стекло в количестве 200 г, 550 г золы, измельченной до состояния порошка, а также 100 г чистой воды без примесей.

Гидроксид калия

Одной из главных составляющих геополимерной строительной смеси являются мелкие бесцветные кристаллы, хорошо впитывающие в себя воду и тающие под воздействием кислорода. Нормы безопасности рекомендуют хранить КОН в запечатанной упаковке, защищенной от попадания жидкости, и вскрывать ее только перед началом замешивания.

Это агрессивный материал, вызывающий ожоги кожи и слизистых оболочек, и потому все работы с ним нужно вести в очках и перчатках, а лучше в полном комплекте спецодежды.

Жидкое стекло

Производные силикатного клея добавляются в геополимерный бетон, чтобы повысить степень его водозащиты. В исходной форме они представляют собой смесь щелочного калия и метакремниевой кислоты, продающуюся в хозяйственных магазинах в виде мелкого порошка.

При контакте таких реактивов с водой образуется вещество с высокой клеящей способностью, выдерживающее нагрев до 1200 градусов, многократное замерзание и таяние.

Летучая зола

Для приготовления строительного раствора понадобится заданное количество продуктов сгорания твердого топлива, измельченных в порошок для достижения большей однородности. Специалисты рассчитали, что если сделать геополимерный бетон с содержанием золы в три четверти от общего объема компонентов, покрытая им конструкция будет намного лучше сопротивляться старению.

Изготовление

Все сыпучие вещества, входящие в состав геополимера, нужно смешать в отдельной емкости из укрепленного стекла, после чего аккуратно влить в них воду, охлажденную до комнатной температуры. Во избежание неравномерного твердения, раствор помешивается деревянной лопаткой, пока не станет полностью однородным.

Признаком происходящей реакции станет нагрев смеси, сопровождающийся выделением пузырьков углекислого газа. Если подвергнуть состав дополнительной тепловой обработке, нагрев его до 80 градусов, он отвердеет уже за сутки. Застывание в стандартных условиях растянет этот срок на неделю, но химические процессы, проходящие внутри бетона, сделают из него прочную монолитную конструкцию, хорошо подходящую для строительства.

Секреты опытных строителей

Хороший бетон для ремонтных работ можно сделать, добавив к стандартной основе водорастворимые смолы и поливиниловый спирт. Органичные полимерные добавки, входящие в состав раствора, не должны превышать пятой части его общей массы. Отвердителем для данной рецептуры выступят производные полиэтилен-полиамина, работа с которыми полностью соответствует приготовлению бетона с традиционным составом.

В бетономешалку или любую подходящую емкость заливается подготовленный цемент, смешанный с водой, засыпаются порошковые полимеры, и тщательно перемешиваются до образования тестообразной массы.

Обеспечить быстрое схватывание готовой смеси можно путем ее заливки в опалубку с электродами размером в 1 м3. Бетон отстаивается в ней около часа, и все это время автономный генератор энергии будет пропускать сквозь него ток. Когда блок полностью затвердеет, его извлекают из опалубки, очищают форму от остатков раствора и заливают следующую порцию.

Бюджетным вариантом для владельца недвижимости станет изготовление геобетона своими руками. Разнообразие веществ, входящих в его состав, позволит выбрать материал с заданными свойствами и параметрами, оптимальными для данного региона строительства. Чаще всего к цементу добавляется глина, известь или гипс. Замедлить твердение последнего поможет водный клеевой раствор, производные щелочи или гашеная известь. Один процент активного вещества, внесенный в строительную смесь, увеличит сроки схватывания на 40-60 минут.

Бетоны композитные » «РСК»

Бетоны композитные: характеристики

Как известно, для придания бетону прочности он усиливается стальной арматурой. Получающиеся при этом железобетонные блоки являются недорогим строительным материалом, прекрасно справляющимся с нагрузками на сжатие, но становящимся хрупким и непрочным при растяжении.

Под воздествием растягивающих сил поверхность блока трескается, в трещины попадает вода, которая, расширяясь при замерзании, становится причиной выкрашивания бетона и коррозии арматуры. Все это существенно уменьшает срок службы железобетонной конструкции.

Данного недостатка лишен композитный бетон, в котором в качестве армирующей используется сетка из полимерных материалов, базальта или стеклопластика, прочность которой на разрыв превышает в несколько раз соответствующий показатель для стальной арматуры.

Помимо этого, основного, достоинства композитным блокам присущи и другие плюсы:

• Малый вес. Полимерная арматура примерно в четыре раза легче, чем стальная проволока того же сечения;
• Высокая антикоррозийная и химическая устойчивость;
• Низкая теплопроводность;
• Невысокие значения коэффициента теплового расширения;
• Отличные диэлектрические качества.

Но нельзя забывать и о недостатках композитного бетона, а их, к сожалению, немало. В их числе – высокая стоимость данного строительного материала. Кроме того, при хорошей устойчивости к механическим нагрузкам он имеет малые показатели упругости (примерно в 4-е раза ниже, чем у бетона армированного стальной сеткой). Поэтому композитные блоки следует с осторожностью и только после предварительных расчетов применять при монтаже перекрытий.

Нужно учесть и то, что при нагреве до температур свыше 600 градусов полимерная сетка полностью теряет упругость, поэтому конструкции из композитного бетона требуют дополнительной теплозащиты для сохранения их устойчивости в случае пожара.

Еще один минус – невозможность применения электросварки для соединения блоков между собой. Впрочем, у этой проблемы есть решение: на концы полимерных стержней просто устанавливаются стальные трубки. И еще одно: изогнуть готовую композитную арматуру под нужным углом невозможно, поэтому необходимо сразу изготавливать арматурные стержни нужной конфигурации.

Несмотря на свои очевидные недостатки, композитный бетон – довольно перспективный современный строительный материал, успешно применяемый в малоэтажном строительстве, при создании фундаментов многоэтажных домов, в изготовлении дорожных плит и других подобных конструкциях.

http://naftaros.ru — Композиты и бетон

Статья из журнала «Composites Technology», апрель 2005.

Преимущества композиционных материалов хорошо проявляются при армировании бетона и строительстве.

Недорогой и разносторонний, бетон является одним из лучших строительных материалов во многих предложениях. Эта публикация о том, как сделать бетон стойким к внешним воздействиям и структурным нагрузкам для обеспечения длительного функционирования. Являясь настоящим композитом, типичный бетон состоит из гравия и песка, связанных вместе в матрице из цемента, с металлической арматурой, обычно добавляемой для усиления прочности. Бетон превосходно ведет себя при сжатии, но становится хрупким и непрочным при растяжении. Растягивающие напряжения, так же как и пластическая усадка во время отверждения, приводят с трещинам, которые поглощают воду, что, в конечном счете, приводит к коррозии металлической арматуры и существенной потере монолитности бетона при разрушении металла

Композитная арматура утвердилась на строительном рынке благодаря доказанному сопротивлению коррозии. Новые и обновленные конструкторские руководства и тестовые протоколы облегчают инженерам выбор армированных пластиков. Источник: Hughes Bros.

Усиленные волокнами пластики (стеклопластик, базальтопластик) с давних пор рассматривались как материалы, позволяющие улучшить характеристики бетона. Институт Бетона Америки (The American Concrete Institute (ACI)) и другие группы, такие как Японское Сообщество Гражданских Инженеров (Japan Society for Civil Engineers), помогали разработать спецификации и методы тестирования для материалов на основе усиленных пластиков, многие из которых уже допущены и твердо закрепились в строительстве с использованием бетона. «В добавление к конструкторским документам, у нас теперь есть и методики тестирования», — говорит Джон Бюсел, председатель ACI’s Committee 440, основанного в 1990 году для обеспечения инженеров и конструкторов информацией о композиционных материалах. Методики тестирования описаны в руководстве ACI’s Committee 440. «Мы также уверенно работаем над редакцией нашего доклада 1996 года, для обеспечения специалистов по бетону обновленной информацией о новых приложениях и рынках», — говори Бюсел.

Композитная арматура и армирующие сетки на ее основе продолжают находить применение в ряде приложений. Более того, недавно были разработаны продукты и увеличено число приложений для усиленного волокнами бетона, материала, который использует стальные или полимерные волокна в качестве армирующих добавок для настилов, напольных плит и сборных частей.

Композитная арматура : признанная технология

За последние 15 лет композитная арматура перешла от экспериментального прототипа  к эффективному заменителю стали во многих проектах, особенно в связи с повышением цен на сталь. «Стеклопластиковая арматура часто используется, и это очень конкурентный рынок», — говорит Дуг Гремел (Doug Gremel), руководитель направления неметаллического армирования компании Hughes Bros. (Seward, Neb.), известного производителя продуктов на основе арматуры. «Состояние промышленных знаний об этом материале существенно выше, чем 10 лет назад».

Для некоторых конструкторских проектов, таких как оборудование для магниторезонансной томографии в больницах, или приближение к будкам-пунктам взимания дорожной оплаты, которые используют технологию радиочастотной идентификации для определения уже оплативших покупателей, композитная арматура является единственным выбором. Стальная арматура не может быть использована, потому как интерферирует с электромагнитными сигналами. В добавление к электромагнитной прозрачности, композитная арматура также необычайно стойкая к коррозии, легкая по весу — около одной четверти от веса аналогичной стальной, и является теплоизолятором, потому как препятствует протеканию тепла в строительных конструкциях. Двумя самыми крупными производителями композитной арматуры являются компания Hughes и компания Pultrall (Thetford Mines, Canada).

Технологией производства композитной арматуры обычно является пултрузия, с использованием ровинга из Е-стекла, винилэфирной смолы и стандартных техник формования. Продукты Aslan компании Hughes производятся с спиралевидной закруткой для придания волнообразного профиля, в то время как прутки V-ROD компании Pultrall являются гладкими. Оба вида арматуры имеют наружное песочное покрытие, наносимое во время производства, для придания поверхности шероховатости для оптимальной адгезии при связке с бетоном. В соответствии со словами Гремела, необходима винилэфирная смола высокого качества, связанная с волокнами правильно подобранного размера, как для достижения наилучших коррозионных свойств и сопротивления щелочам в цементе, так и для прочной связи.

Из-за того, что механические свойства стекла отличны от свойств стали, структура бетона с композитной арматурой разрабатывается в соответствии с ACI 440.1R-03, руководством для дизайна и конструкции бетона, армированного стеклопластиковой арматурой (Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars).  Компании Hughes и Pultrall являются членами Совета Производителей стеклопластиковой арматуры (FRP Rebar Manufacturers Council), под покровительством Американского Общества Производителей Композитов (American Composites Manufacturers Assn. (ACMA)), и вовлечены вместе с ACI в разработку минимальных требований и норм для арматуры. Несмотря на то, что композитная арматура не может быть согнута подрядчиком для получения нужных конструкций, Гремел считает, что это не является проблемой. «Стальная арматура, покрытая эпоксидной смолой, также не может быть согнута без повреждения покрытия», — сказал Гремел. «Мы можем согнуть стеклопластиковую арматуру при производстве в соответствии с дизайном инженера и подробной программой, что и как должно быть сделано». С появлением новых методик тестирования бетона с композитной арматурой, у собственников и конструкторов теперь появилась гарантия, что структура будет вести себя так, как и ожидается. Гремел замечает, что руководство по тестированию будет приведено с стандарту ASTM.

Арматура V-ROD компании Pultrall поставляется в США эксклюзивно фирмой Concrete Protection Products Inc. (CPPI, Даллас, Техас). Президент CPPI’, Сэм Стир (Sam Steere) докладывает о нескольких недавних проектах с использованием арматуры V-ROD, включая новый мост, который  перекрывает шоссе I-65 в Графсте Ньютон (Newton County), Индиана. Мост состоит из трех пролетов, длиной 58 метров, шириной 10,5 метров, с усиленным бетонным полотном, которое находится наверху I-образных стальных балок, которые поддерживаются бетонными опорами.  Бетонная плита толщиной 203 мм усилена стальной арматурой с эпоксидным покрытием в нижней половине, но в верхней половине использованы коррозийно стойкие композитные прутья V-ROD, вследствие того, что в этой части плиты возможность контакта с солями, использующимися для борьбы с обледенением, наиболее высока. Бетон был армирован двумя видами арматуры, с расстоянием от центров стержней 152 мм — арматурой  #5 (16 мм в диаметре) в поперечном направлении, и арматурой #6 (19 мм в диаметре) в продольном направлении. Вся структура была оборудована оптическими волоконными сенсорами при помощи исследователей из Университета Purdue University, для непрерывной оценки характеристик плиты посредством удаленного соединения. Стир говорит, что это первое использование композитной арматуры в мостовом полотне, сделанное Департаментом перевозок Индианы (Indiana Department of Transportation). 

Стеклопластиковая арматура Aslan 100 компании Hughes Bros. была недавно установлена в бетонном мосту в Морисон, Колорадо (Morrison, Colo.), построенным Департаментом Перевозок Колорадо  (Colo. Dept. of Transportation (CDOT)) при сотрудничестве с Городом и Графством Денвер Паркс (City and County of Denver Parks) и Департаментом Восстановления  (Recreation Dept). Для моста длиной 13.8 метра, перекрывающего Бир Крик (Bear Creek), использовалась стеклопластиковая арматура в основаниях, опорах,  откосных крыльях стены, парапетах и изогнутой монолитной бетонной арке. Полностью цельная композитная плита, которая находится наверху бетонной арки, была сделана компанией Kansas Structural Composites (Russell, Kan.). Арматура нескольких типоразмеров была вмонтирована в литые элементы, включая арматуру #5, #6 and #7 (19 мм в диаметре). Потребовалось много гнутых скоб и уникальных форм для достижения разработанной конструкции, подчеркивает Гремел, добавляя, что все они были предварительно сделаны на фабрике. Инженер CDOT Марк Леонард (Mark Leonard) говорит, что прошлые проекты штата с применением композитной арматуры были успешны, и арматура Aslan компании Hughes была выбрана из-за более низкой предложенной цены. Хотя мостовой настил подвергается минимальной транспортной нагрузке при низких скоростях, Леонард говорит, что конструктор моста Парсонс Бринкерхоф (Parsons Brinkerhoff (Denver, Colo.)) следовал всем конструкторским рекомендациям ACI и использовал новые методики тестирования ACI440.3R-04 для сертификации материалов.

Предполагается, что рынок композитной арматуры станет еще более конкурентоспособным когда упрочнится положение нового материала — базальтового волокна. Компания Sudaglass Fiber Technology (Хьюстон, Техас), производитель базальтового волокна, производство которого расположено в России и Украине, имеет задел на производственных мощностях в северном Техасе, говорит исполнительный вице президент Sudaglass, Грахам Смит (Graham Smith). По словам Смита, арматура на основе базальтового волокна и эпоксидной смолы сейчас производится по технологии пултрузии на Украине, и находится в процессе сертификации для использования в строительстве в США.

При плотности лишь немного выше, чем у типичного стеклянного волокна, базальтовое волокно имеет существенно более широкий диапазон рабочих температур от -260°C до 982°C, по сравнению с номинальным диапазоном от -60°C до 650°C для стеклянного волокна. Температура плавления базальта 1450°C делает его пригодным для использования в приложениях, требующих стойкости к огню. К тому же, замечает Смит, базальт демонстрирует превосходную стойкость к щелочной составляющей в бетоне без обращения к специальным сортировкам по размеру, используемым для защиты стеклянного волокна.

Каким бы не был выбор армирования, композитная арматура, вероятно, имеет более широкую привлекательность среди лиц, ответственных за принятие проекта. «Практическим результатом для хорошего инженера или конструктора, пытающегося решить проблему коррозии, является то, что при увеличении материальных затрат на 5-7% вы на 10-20 лет продлеваете срок эксплуатации структур с использованием композитной арматуры», — подводит итог Гремел.

Композитные сетки в сборных бетонных панелях: высокий потенциал

С момента первого доклада CT об использовании усиленных волокнами полимерных сеток в сборных бетонных конструкционных панелях («Composite Solutions Meet Growing Civil Construction Demands,» CT August 2002, p. 40), рынок показал значительный рост, говорит Бюсел. «Область этого применения огромна», — утверждает он. «Здесь есть огромный потенциал».

Направление возглавляется группой AltusGroup, консорциумом пяти производителей сборных бетонных панелей и производителя арматуры, компанией TechFab LLC (Anderson, S.C.), сформированным специально для продвижения технологии CarbonCast, при использовании которой недавно разработанные углеродно-эпоксидные сетки C-GRID заменяют традиционную сталь или арматуру в сборных структурах в качестве вторичного армирования. TechFab является 50/50 объединением компании Hexcel (Дублин, Калифорния) и компании Chomarat Group (Le Cheylard, Франция). До сих пор членами AltusGroup являются Oldcastle Precast (Edgewood, Md.), HIGH Concrete Structures (Denver, Pa.), 2 компании, владельцем которых является Cretex Companies (Elk River, Minn.) и Metromont Prestress (Greenville, S.C.), но также могут быть приняты новые участники благодаря возрастающему объему продаж, говорит Джон Карсон (John Carson), руководитель коммерческого развития TechFab и глава программы технологий C-GRID. 

C-GRID является крупной сеткой из жгутов на основе углерода/эпоксидной смолы. Используется как замена вторичной стальной армирующей сетки в бетонных панелях и архитектурных приложениях. Размер сетки меняется как в зависимости от бетона и типа заполнителя, так и от требований к прочности панели. Источник: AltusGroup  

AltusGroup предлагает ассортимент продукции на основе CarbonCast, включая конструкционные и не строительные изолированные панели и наружную облицовку. C-GRID обычно заменяет вторичные армирующие элементы на основе сетки стальных нитей. В качестве первичного армирования по-прежнему во многих случаях используется обычная стальная арматура. C-GRID производится в эффективном, запатентованном квази-тканном процессе, который совмещает наложенные основу и уток углеродных волокон, смоченных высокореакционной эпоксидной смолой, в открытой структуре. Размеры ячейки сетки изменяются в пределах от 25.4 мм до 76 мм, в зависимости от требований к прочности панели, типа бетона и размера наполнителя. В процессе производства поверхности сетки придается шероховатость, которая улучшает прочность связи между сеткой и бетоном. Сетки, содержащие стеклянные, арамидные или полимерные волокна в сочетании с любым ассортиментом смол, также доступны в линейке продукции MeC-GRID компании TechFab. Как углеродные, так и не содержащие углерода сетки находят применение в других областях, таких как декоративные элементы, монолитные бетонные конструкции и ремонт или восстановление.

Панели CarbonCast имеют значительные преимущества, говорит Карсон. C-GRID гораздо более легкие и обладают свойствами растяжения почти в 7 раз лучшими, чем сталь. Вероятность разломов вследствие усадки при высыхании существенно снижена, и C-GRID не коррозирует, что устраняет часто проявляемые неприглядные пятна на поверхности бетонных панелей, армированных стальной арматурой.  Коррозийная стойкость позволяет использовать покрытие бетона толщиной всего 6.35 мм, в то время как может потребоваться до 76.2 мм покрытия для защиты стальной сетки от воздействия влаги. Таким образом, вес панели может быть уменьшен на 66% по сравнению с обычными панелями. Более легкие панели позволяют снизить общий вес стены, что соответственно требует меньшей стальной подструктуры, позволяя значительно снизить затраты на строительство. C-GRID также слабо проводит тепло, так что величина изоляции панели не меняется. Более того, при помощи пилы в панелях могут быть прорезаны отверстия непосредственно на месте работ, что невозможно сделать при использовании стальной сетки для армирования. Все эти преимущества в итоге выражены в снижении расходов на транспортировку, возведение и подструктуру, что способствует более эффективному строительству.

На сегодняшний день было продано более 3 млн. кв. футов панельной продукции CarbonCast и спрос так высок, что TechFab недавно анонсировала крупные планы по развитию. Новая фабрика вместит добавочную линию по производству сетки, что, по словам Карсона, должно быть сделано в октябре этого года. Анонс планов близко соответствует долговременному соглашению с Zoltek Corp. (St. Louis, Mo.), компанией-поставщиком волокна Panex 35, используемого в C-GRID. По словам Карсона, соглашение обеспечит последовательные поставки для C-GRID  во время первых лет запуска продукции. «Компания Zoltek была нашим первым поставщиком волокон и партнером с первого для этого проекта», — заметил Карсон.

Сборные панели были использованы в таком многообразии проектов как кинотеатры, церкви и парковочные гаражи. Последним проектом был офисно-складской комплекс Cardinal Health рядом с Балтимором (Baltimore) площадью 332 000 кв. футов. Были отлиты панели CarbonCast длиной до 15.5 метров, для формирования двухэтажных наружных вертикальных стен здания. Каждая панель представляет собой сэндвич структуру с изоляционным слоем пены толщиной 152 мм между облицовками, состоящими из наружной кирпичной перегородки толщиной 50 мм (бетонный слой) и внутренней кирпичной перегородки толщиной 100 мм. C-GRID, расположенная перпендикулярно к поверхностям панелей, соединяет внутреннюю и наружную облицовки, обеспечивая усиление на срез.

«С этой концепцией мы направляемся к высшей ступени», — говорит Карсон. «Мы добавляем новую продукцию, чтобы обеспечить расширение ее применений».

Армированный волокнами бетон : проявление прочности

Использование коротких волокон в бетоне для улучшения его свойств было признанной технологией на протяжении десятилетий, и даже веков, если принять во внимание, что в Римской Империи строительные растворы были армированы конским волосом. Армирование волокнами усиливает прочность и упругость бетона (способность к пластической деформации без разрушения) посредством удерживания части нагрузки при повреждении матрицы и препятствуя росту трещин. Др. Виктор Ли (Dr. Victor Li) из Университета Мичиган (University of Michigan) исследовал свойства высокоэффективных  армированных волокнами цементных композитов, чрезвычайно высокоэффективных подгрупп армированного волокнами бетона, и он считает, что признание этого материала будет расти, до тех пор пока характеристики, низкая стоимость и простота исполнения сохраняются.

«Использование этого материала может привести к устранению использования арматуры, работающей на срез, что приведет к снижению материальных и трудовых затрат», — говорит Ли. «Прореживаемая структура снижает объем материала и собственный вес, и делает транспортировку более легкой. Общее снижение затрат по этим факторам может легко оправдать расходы на армированный волокнами материал».

Официальное признание армированного волокнами бетона способствовало публикации стандартов и руководств по его использованию за последние пять лет (смотрите CT July/August 2001, p. 44). С этого времени начался расцвет коммерческих приложений.

Гигант строительных материалов, компания Lafarge SA (Париж, Франция), продвигает свой высокоэффективный армированный волокнами бетонный материал, торговое название Ductal, вот уже около 10 лет, нацеливаясь на широкий диапазон гражданской инфраструктуры и архитектурных приложений. Ductal является смесью цемента, кварцевой крошки, кварцевой муки, мелкого кварцевого песка, пластификаторов, воды и стальных или органических волокон, обычно 12 мм длиной. Вик Перри (Vic Perry), вице президент/генеральный директор направления Ductal, говорит, что комбинация мелкозернистых порошков, выбранных по соответствующему размеру зерен, создает максимальную компактность при отверждении, что выражается в полном отсутствии пористости и фактически исключает доступ влаги и потенциальную коррозию стальных волокон. Волокна из поливинилового спирта обычно используются в архитектурных и декоративных приложениях, для предотвращения вероятности поверхностного травления, которое может иметь место при коррозии стальных волокон, и для удаления абразивности в местах, где предполагается контакт человека с поверхностью. Производителям изделий из бетона и поставщикам растворов материалы продаются в мешках.

«Добавление волокон позволяет материалу деформироваться пластично и выдерживать растягивающие нагрузки», — говорит Перри. «Волокна привносят прочность и улучшают микроструктурные свойства».

В зависимости от типа используемых волокон, выдерживаемые материалом Ductal нагрузки на сжатие варьируются от 150 МПа до 200 МПа, для сравнения у стандартного бетона эта величина 15-50 МПа. Проверенная прочность на изгиб составляет 40 МПа, говорит Перри. Ductal, армированный стальными волокнами Lafarge’s Forta steel fibers, был использован для сборного строительства и в нескольких предварительно напряженных мостовых балках. В Saint Pierre La Cour, Франция, 20-ти метровый перевозочный мост был сконструирован с применением 10-ти I-образных балок из Ductal, поддерживающих традиционную монолитную армированную стальной арматурой бетонную плиту толщиной 170 мм. Сборные балки, не содержащие арматуры, углублены на 600 мм и были предварительно напряжены при помощи стальных плетеных кабелей толщиной 13 мм, размещенных в нижней кромке. Напряжение прикладывается к кабелям перед тем, как Ductal заливается в форму балки. Как только бетон покрывает кабели и материал начал твердеть, они обрезаются, что, в сущности, прикладывает напряжение сжатия к бетонной смеси.

Когда вы подвергаете предварительно напряженную балку любому изгибу, объясняет Перри, она не испытывает растягивающих нагрузок, а вместо этого «разжимается», значительно улучшая характеристики. Вследствие прочности Ductal, балки не требуют армирования арматурой, что значительно снижает вес.

Структуры из Ductal, в сечении имеющие форму греческой прописной буквы «?» (по сути  балка коробчатого сечения без нижней кромки), функционируют как настил и как балки на опытном мосту, установленном на тестовом пути в Лаборатории Федеральных Магистралей США им. Тернера Фэйрбэнка (U.S. Federal Highway Authority’s (FHWA) Turner Fairbank Laboratory), для исследования пригодности дизайна к будущему строительству высокоскоростных трасс. «?»-образная балка-настил сконструирована для выдерживания нагрузок, определенных Американской Ассоциацией Государственных Магистралей и Перевозок (American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO)). 

Усиленный волокнами бетон был использован для изготовления этих предварительно напряженных мостовых балок на тестовом производстве FHWA. Использование арматуры не потребовалось из-за высокой эластичности и прочности материала, которая была придана ему стальными армирующими волокнами, добавленными в бетонную смесь. Источник: LaFarge  

«Балки из Ductal имеют большую протяженность при том же весе балки», — говорит Перри. «В итоге, мы увидим армированный волокнами бетон в балках и мостовых настилах».

Компания SI Concrete Systems. (Chattanooga, Tenn.) является производителем армирующих волокон для бетона. SI предлагает Novomesh, Fibermesh и другую продукцию из волокон которая используется в качестве альтернативы вторичной армирующей сетки из стальных нитей и легкой арматуры как в офисных, так и в жилых приложениях, говорит Хал Пэйн (Hal Payne), руководитель стратегических союзов компании SI Concrete Systems. SI предлагает полипропиленовые волокна, стальные волокна, макросинтетические волокна (macrosynthetic fibers) и промышленные смеси. По словам Пэйна, продукты на основе полипропиленовых волокон необходимы для контроля ранней стадии трещин, возникающих из-за пластической усадки, для предотвращения роста этих трещин в большие щели во время высыхания бетона. Novomesh 950 является новым продуктом компании и состоит из смеси необработанных макросинтетических и отборных, фибрилированных микросинтетических волокон. Пэйн говорит, что этот продукт дает такой же хороший результат, как и использование стальных волокон, предназначенных для промышленных плит перекрытий.

Компания Kingspan (Sherburn, Malton, N. Yorkshire, U.K.), являющаяся специалистом по бетонному строительству, использует волоконные добавки для бетона производства Bekaert Building Products (Friedrichsdorf, Germany). Формованные стальные волокна Dramix компании Bekaert добавляются в бетон при производстве полов и кровель без армирования стальными сетками. Продукт является идеальным для строительства в сжатые сроки, такие как расширение трехэтажного Spurriergate в имеющий историческое значение город Йорк Великобритании (U.K. city of York). Т.к. бетон не требует армирования стальной сеткой, изначально устраняются стоимость стальной сетки и все трудозатраты, необходимые для доставки рулонов арматуры, ее резку и установку в многоэтажном здании до операций по заливке бетона. Бетонные полы, армированные волокнами, были установлены в единой операции, при помощи простой доставки армированного волокнами материала прямо к каждому полу, используя автоматическое насосное оборудование. 

В Австралии, Франции, Японии и США, предварительные конструкторские руководства теперь дают методические указания и допуски для армированного волокнами бетона, что является значительным показателем в его возрастающем признании конструкторами, инженерами и ответственными лицами на рынке инфраструктуры. «Материал предлагает такие решения, как быстрота строительства, улучшенный внешний вид, великолепная эластичность и стойкость к коррозии», — говорит Перри. «Это переводится в снижение расходов на обслуживание и более длительное время эксплуатации структуры».  

Композитный материал в укатываемом бетоне Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Таблица 4

Физико-механические свойства органоминеральных смесей_

Физико-механические показатели Требования ГОСТ 30491-97 (основание) Требования ГОСТ 30491-97 (покрытие) Эмульсия на основе БНД90/130 Эмульсия на основе ПБВ

Средняя плотность Не нормируется 2,25 2,31

Предел прочности на сжатие, МПа

При 20°С не менее 1,4 1,6 1,42 1,51

При 50 °С не менее 0,5 0,8 0,54 0,81

Водостойкость Не менее 0,6 0,75 0,65 0,77

Длительная водостойкость Не менее 0,5 0,65 0,45 0,67

Водонасыщение, %, не более 10 от 2,0 до 6,0 9,5 5,72

Набухание, %, не более 2 2 0,09 0,32

Таким образом, полимерно-битумные эмульсии на основе ПБВ в сочетании с новыми технологическими приемами при устройстве поверхностных обработок, а возможно и при устройстве покрытий, как холодные смеси, позволят увеличить срок эксплуатации асфальтобетонных покрытий, как минимум, на полтора, два года.

Библиографический список

Кроме того, применяя новые ресурсосберегающие, менее энергоемкие, более экологически чистые технологии, можно добиться уменьшения недоремон-та сети автомобильных дорог с наименьшими экономическими затратами.

1. Алферов В.И. Повышение эксплуатационных свойств слоев износа и качества ремонтных работ на основе катион активных битумных эмульсий: дис. … канд. техн. наук. Воронеж: ВГАСУ, 2001.

2. Быкова Н. Дороги прослужат дольше // Автомобильные дороги. 2006. №5. С. 33 -37.

3. Горелышева Л. А. Битумные эмульсии в дорожном строительстве. Обзорная информация. Информационный центр по автомобильным дорогам. М.: 2003. Вып.7.

4. Немчинов М. В. Устройство шероховатых слоев износа // Наука и техника в дорожной отрасли. 2001. №5. С.84.

5. Никишина И. Г. Опыт устройства поверхностной обработки дорог на объектах ДООФ // Техника и технология дорожного хозяйства. 1998. №3. С.39 — 41.

6. Панькин С. В.,Геймор В.Ф., Шевченко В.И. Опыт работы

федеральной дирекции автомобильной дороги Воронеж -Ростов-на-Дону по применению эффективных материалов и прогрессивных технологий // Автомобильные дороги. Информационный сборник. 1998. №3.С.9-13.

7. СНиП 23.01.99 Строительная климатология.

8. Третий международный конгресс по эмульсиям. Лион, 2002. Сентябрь.

9. Bibette J., Leal — Calderon F., Schmitt V., Poulin P., Emulsion Science, Basic Principles. An Overview. — S. Springer Tracts in modem physics. 2002. Vol. 181. 140 p.

10. Masson, J. F., Collins, P., Margeson, J.C., Polomark Analysis of bituminous crack sealants by physicochemical methods and its relationship to field performance. // G.M A version of this paper is published in Transportation Research Record, 2002, pp. 1-25 NRCC-45015.

УДК 691.16:541.6

КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ В УКАТЫВАЕМОМ БЕТОНЕ

1 9

В.Б.Балабанов1, В.Л.Николаенко2

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Проведён краткий анализ проблемы долговечности существующих асфальтобетонных покрытий в РФ. Кроме того, рассматривается зарубежный опыт строительства перспективных покрытий из укатываемого бетона с использованием отходов промышленного производства. Рассмотрены пути решения указанных проблем для Восточно-Сибирского региона и Республики Бурятия, приведены результаты экспериментальных исследований укатываемого бетона с применением золы-уноса и асфальтобетонного гранулята. Установлено, что совместное применение золы-уноса и асфальтобетонного гранулята не снижает прочностных характеристик укатываемого дорожного бетона и удешевляет его стоимость. Ил. 4. Табл. 2. Библиогр. 10 назв.

Ключевые слова: асфальтобетонный гранулят; бетон; зола -уноса; класс бетона; покрытие; укатываемый бетон; утилизация.

1Балабанов Вадим Борисович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобильных дорог Института архитектуры и строительства, тел.: 89025161302

Balabanov Vadim, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the Department of Automobile Roads of the Institute of Architecture and Building, tel.: 89025161302.

2Николаенко Валерий Леонидович, аспирант, e-mail: [email protected] Nikolaenko Valery, Postgraduate, e-mail: [email protected]

COMPOSITE MATERIAL IN ROLLED CONCRETE V.B. Balabanov, V.L. Nikolaenko

National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

A brief analysis of the durability problem of current asphaltic concrete pavements in the Russian Federation is carried out. Moreover, a foreign experience in the construction of promising pavements from the rolled concrete with the use of industrial wastes is considered. The ways to solve these problems for the East-Siberian region and the Buryat Republic are examined; the results of experimental studies of the rolled concrete with the use of fly ash and granulated asphaltic concrete are given. It is established that the combined use of fly ash and granulated asphaltic concrete does not reduce the strength characteristics of the rolled road concrete, but decreases its cost. 4 figures. 2 tables. 10 sources.

Key words: granulated asphaltic concrete; concrete; fly ash; class of concrete; pavement; rolled concrete; recycling.

Сегодня в России для реализации приоритетных национальных проектов ключевую роль играют автомобильные дороги. Значимость автомобильных дорог связана с активным участием России в глобальном развитии мировой экономики. На территории нашей страны имеется 34 автомобильных дороги, входящих в европейскую и азиатскую сети международных автомобильных дорог. Одна из них проходит через Восточно-Сибирский регион.

В настоящее время на существующих автомобильных дорогах Российской Федерации сложилась ситуация, когда конструкции дорожных одежд не отвечают требованиям по долговечности и несущей способности. Автомобильные дороги по своим транспорт-но-эксплуатационным характеристикам рассчитаны на нагрузку 6-10 тонн на ось, что не соответствует постоянно растущей интенсивности движения, грузонапряжённости перевозок, появлению новых видов транспортных средств с увеличенными нагрузками на ось 11-13 тонн. Всё это приводит к быстрому разрушению покрытий автомобильных дорог, колееобразованию. При этом приходится чаще ремонтировать покрытия нежёстких одежд, межремонтные сроки сокращаются, что приводит к увеличению затрат на содержание и последующий ремонт дорожных одежд.

С целью уменьшения себестоимости бетона, улучшения его физико-механических свойств использование промышленных отходов особенно актуально. Данное направление позволит решить и экологические проблемы Восточной Сибири и Бурятии. Экологическая и экономическая целесообразность, а также необходимость повторного и многократного использования природных ресурсов путём вовлечения части отходов производства и потребления в хозяйственный оборот в качестве вторичного сырья доказана многолетней практикой во многих странах мира.

Повышенный интерес к использованию вторичных материалов в развитых странах мира определяется наряду с экономическими соображениями также и жёстким экологическим законодательством в отношении переработки отходов производства и потребления.

Полная себестоимость укатываемого бетона подразделяется на следующие составляющие от общих затрат:

• добыча и подготовка сырья — 50%;

• затраты энергии — 30%;

• трудовые ресурсы и капиталовложения — 20%.

Благодаря применению техногенных отходов промышленного производства снижаются затраты на энергию в 1,5 раза и использование природного сырья в 2 раза [2, 9].

Технология укатываемого бетона позволяет использовать вторичное сырьё сразу нескольких отраслей промышленности. Безотходное производство решает 3 задачи:

• экономия энергоресурсов за счёт частичной замены природного сырья техногенными отходами;

• уменьшение стоимости готовой продукции;

• экологическая безопасность.

Одним из путей получения качественного дорожного покрытия является совершенствование технологии строительства автомобильных дорог с применением цементобетона, а также использование отходов промышленного производства (золы-уноса). Поэтому применение особо жёстких смесей является более целесообразным по сравнению с традиционными смесями из-за меньшего расхода цемента. В наибольшей степени этим требованиям отвечает укатываемый бетон.

Применение такого бетона требует незначительной энергоёмкости, при этом обеспечивается меньшая усадка, увеличивается расстояние между деформационными швами, а главное, сокращается срок строительства. Применение данного типа покрытия в конструкции дорожной одежды для Иркутской области и Республики Бурятии решает проблему утилизации отходов промышленности. Таким образом, мы достигаем повышения эффективности дорожного строительства за счёт комплексного использования отходов ТЭЦ (зола-уноса), вторичного сырья (асфальтобетонный гранулят) и современной технологии строительства.

Нестабильность состава удаляемой с ТЭЦ золы-уноса (ЗУ) является сдерживающим фактором использования и эффективной утилизации в дорожном строительстве.

Сложность работы с золой-уноса обусловлена не только тонкодисперсной гранулометрией, но и тем, что её итоговый фазовый состав невозможно точно прогнозировать. Из этого следует, что термические реакции золообразующих элементов в большинстве случаев не достигают равновесия, поскольку время пребывания угля в зоне высоких температур весьма мало. Таким образом, заранее точные выводы о вещественном составе золы-уноса не могут быть выпол-

нены, даже если известна минералогия неорганических компонентов угля. Ситуация дополнительно усложняется тем, что фазовые составы зол-уноса и зол, прошедших стадию влажного удаления, находящихся в отстойниках и отвалах, существенно отличаются из-за активного протекания в водной среде реакций образования вяжущих.

Рис. 1. Микросфера золы-уноса с пористой оболочкой в соединении с мелкими силикатными микросферами

Рис. 2. Микросферы золы-уноса в = 70-170 мкм

Рис. 3. Морфология типичной микросферы золы-уноса ТЭЦ, получаемой на предприятиях ОАО «Иркутскэнерго»

В составе зол можно выделить три группы веществ:

1. Кристаллические.

2. Аморфные (стекловидные).

3. Органогенные.

Количественное соотношение тех или иных веществ зависит от следующих факторов:

1. Вида сжигаемого топлива.

2. Режима сжигаемого топлива.

3. Режима удаления очаговых остатков. Детальное изучение ряда разновидностей зол-

уноса ТЭЦ, получаемых на предприятиях ОАО «Ир-

кутскэнерго», позволит разработать оптимальные схемы их переработки, а также предложить технологию строительства автомобильных дорог с утилизацией основной массы продуктов из золы.

Покрытия из монолитного цементобетона впервые появились за рубежом ближе к середине ХХ века. Толщина цементобетонных покрытий дорог в некоторых европейских государствах составляла 14-18 см, основание укрепляли только в том случае, если модуль упругости основания был менее 50 МПа.

В восьмидесятые годы прошлого века начался второй этап исследований в строительстве дорог с монолитным цементобетонным покрытием. На данном этапе специалисты отмечали, что дорожные одежды с цементобетонным покрытием наиболее перспективны. На протяжении длительного срока службы при минимальных затратах на ремонт и содержание дорог сохраняются высокие транспортно-эксплуатационные показатели [3]. В этот же период впервые появляется термин «укатываемый бетон», или, как его ещё иногда называли, «тощий бетон». В дорожном строительстве под термином «тощий бетон» часто понимают низкомарочные бетоны из жёстких бетонных смесей, уплотняемых методом укатки. Тощие дорожные бетоны предназначаются для устройства оснований под асфальтобетонные покрытия. Укатываемый бетон — это не обязательно «тощий бетон», поскольку последний имеет пониженное содержание цемента и невысокую марку (М75, М100, М200), а укатываемый бетон можно получить марок М300, М400 и более при соответственно более высоком содержании цемента [5, 7, 8].

Большой интерес к применению укатываемого бетона во многих странах обусловлен следующим:

• возможностью снижения толщины и экономией цемента и бетона при устройстве слоёв жёстких дорожных одежд по сравнению со слоями из монолитного цементобетона;

• упрощением традиционной технологии бетонирования, применявшейся при строительстве дорожных одежд автомобильных дорог с высокой интенсивностью движения и грузонапряжённостью;

• поиском методов строительства дорожных одежд как альтернативы использования битумосо-держащих слоёв в связи с повышением цен на нефтепродукты;

• получением композитных материалов на основе отходов промышленности и развитием способов укрепления грунтов.

Предназначенные для строительства покрытий смеси укатываемого бетона, по сравнению с традиционными цементобетонными смесями, содержат меньше цемента (снижение расхода на 50-115 кг/м3). Бетон за 28 суток достигает прочности при сжатии 25-35 МПа. Широкому применению укатываемых бетонов для строительства дорог может способствовать не только существенное снижение эксплуатационных расходов вследствие высокой прочности и долговечности дорожной одежды, но и то, что поверхность бетонного покрытия отражает свет на 44% больше, чем поверхность асфальтобетона. При этом повышается безопасность дорожного движения.

На золу-уноса в Северной Америке обратили внимание в 50-х годах прошлого века. В 1974 году золу стали частично использовать в строительстве.

В США, только в штате Айова, построено почти 5 тысяч километров дорог с таким покрытием. Этому способствуют высокая экономичность строительства и эксплуатации таких дорог, минимальный расход дорожно-строительных материалов, большой срок службы покрытия (30-40 лет). В течение срока службы це-ментобетонного покрытия (30 лет) на асфальтобетонном покрытии потребуется производить ремонт три раза с интервалом 8 лет, считают австрийские дорожники, поэтому стоимость цементобетонных покрытий составит 50% стоимости асфальтобетонных покрытий. Эффективность устройства цементобетонных покрытий, включая затраты на содержание и ремонт, в Англии оценивают до 75% [4, 5, 10].

Строительство слоёв дорожных одежд из укатываемого бетона получило наибольшее распространение в Швеции и Финляндии. В 1984 году в Швеции построено 10 тыс. м2 покрытий, в 1986 году — 100 тыс. м2. В настоящее время протяжённость покрытий из укатываемого бетона в странах Скандинавии по сравнению с 1986 годом выросла во много раз. Главными требованиями, предъявляемыми к укатываемому бетону как дорожно-строительному материалу, являются высокая износостойкость и морозостойкость.

В России укатываемый бетон находится в процессе изучения и экспериментального апробирования.

В процессе научного исследования возможности применения асфальтобетонного гранулята и зол-уноса в составе бетонной смеси нами предложено уменьшение расхода минеральных заполнителей для приготовления укатываемого бетона и значительное снижение стоимости готового материала.

Проведённый анализ дорожно-строительных и ремонтных работ на территории Иркутской области и Республики Бурятия показал, что в настоящее время бетон с зольной добавкой не применяется. Предлагаемая технология укатываемого бетона с содержанием асфальтобетонного гранулята и зол-уноса имеет научную и практическую новизну.

В состав укатываемого бетона нами введена зола-уноса ТЭЦ-6 г. Братска, химический состав которой приведен в табл. 1.

Асфальтобетонный гранулят (АГ) — искусственный технологичный материал, получаемый путём разрушения и переработки асфальтобетонных (на основе органических вяжущих) слоёв дорожных одежд.

В настоящее время наибольшее распространение получает технология фрезерования старого асфальтобетонного покрытия (метод холодной регенерации, исследования Г.С. Бахраха) с добавлением комплексного вяжущего, чаще всего битумной эмульсии и цемента. По прочностным характеристикам полученная смесь не уступает, а в некоторых случаях даже превосходит асфальтобетон [1, 6].

Фрезерование старого асфальтобетонного покрытия позволяет получать непосредственно на полотне дороги гранулят с требуемым гранулометрическим составом с помощью холодных фрез или ресайклера-

ми. При фрезеровании асфальтобетона в зависимости от размера зёрен толщина фрезерования должна соответствовать данным табл. 2.

Таблица 1

Химический состав золы-уноса ТЭЦ-6 г. Братска

Содержание эле- Нормативный до-

ментов в расчёте на кумент на метод Величина,%

оксиды испытания

П.п.п. ГОСТ 11022-95 Не более 5

SiO2 ГОСТ 10538-87 45.1-52.7

TiO2 ГОСТ 10538-87 0.3-0.4

AI2O3 ГОСТ 10538-87 6.5-11.4

Fe2O3 ГОСТ 10538-87 17.2-9.0

СаО ГОСТ 10538-87 24.5-12.5

MgO ГОСТ 10538-87 5.2-7.2

SiO2 ГОСТ 10538-87 45.1-52.7

K2O Методика № 30-07 0.2-0.1

Na2O СО 34.37.528-94 0.5-0.4

SO3 ГОСТ 10538-87 3.40-0.56

СаО св ГОСТ 23227-78 Не более 10

Таблица 2

Зависимость размера зерен от толщины фрезе_рования асфальтобетона_

Максимальный размер зёрен в фрезеруемом асфальтобетоне Толщина слоя фрезерования, мм, не менее Толщина стружки фрезерования, мм, не менее

Крупнозернистый (40 мм) 45-50 40

Среднезернистый (10-20 мм) 25-30 20

Песчаный (5 мм) 10-15 3

Получение АГ из фрезерованного материала осуществляют также на стационарных, самоходных и передвижных дробилках, куда его доставляют для дробления до требуемых размеров с последующей разгро-хоткой по фракциям. Для этого используют в основном дробилки щёкового и роторного типа. Дробление рекомендуется выполнять при пониженных температурах воздуха.

Свойства бетонных смесей с применением техногенных отходов и бетонов на их основе исследовали комплексными методами, регламентируемыми ГОСТами. Комплексное исследование фазового состава, минералогии и химических особенностей зол-уноса выполнено на материале, предоставленном ЗАО «Ир-кутскзолопродукт» при ОАО «Иркутскэнерго».

При проведении лабораторных экспериментов по добавлению в бетонную смесь золы-уноса и асфальтобетонного гранулята получен новый вид укатываемого бетона для дорожного строительства (рис.4).

По сравнению с обычным бетоном устройство высококачественного укатываемого бетона требует высокой культуры производства на всех стадиях, начиная от приготовления бетонной смеси до её укладки.

Рис. 4. Общий вид образцов укатываемого бетона с применением зол-уноса и АГ

Таким образом, исследования многих зарубежных стран по применению композитных материалов (золы-уноса) в укатываемом бетоне и достигнутый нами результат положительного взаимодействия двух композитов (золы-уноса и асфальтобетонного гранулята) в

бетонной смеси, при котором сохраняются все свойства бетона в соответствии с требованиями ГОСТов, позволят применять ее при устройстве оснований и покрытий в Приангарье и на территории Республики Бурятия. Применение в укатываемом бетоне золы-уноса и асфальтобетонного гранулята на 25% удешевляет стоимость за счёт экономии энергоёмкости, что позволяет при одинаковых экономических показателях увеличить протяженность дорог, а также повысить их эксплуатационные характеристики. Согласно результатам, полученным при проведении лабораторных испытаний, при применении портландцемента М400, золы-уноса и асфальтобетонного гранулята в качестве заполнителя нами достигнут класс бетона В25 и прочность по морозостойкости F100.

Золы-уноса и асфальтобетонный гранулят в укатываемом бетоне снижают использование портландцемента на 20%, крупного и мелкого заполнителя на 49%.

Библиографический список

1. Брахрах Г.С., Лещицкая Т.П. Полужёсткие покрытия и перспективы их применения // Автомобильные дороги. М., 1975. №6. С. 12-13.

2. Долгорев А.В. Вторичные сырьвые ресурсы в производстве строительных материалов: справ. пособие. М.: Строй-издат, 1990. 446 с.

3. Коршунов В.И., Ланге Ю.Г. Асфальтобетон или цементобетон? // Автомобильные дороги. 1995. № 3-4. С. 9-11.

4. Маргайлик Е.И. Строительство дорожных покрытий, площадок и магистралей из укатываемых бетонов // (www.nestor.minsk.by).

5. Маргайлик Е.И. Укатываемый цементобетон — эффективный строительный материал // (www.nestor.minsk.by).

6. Методические рекомендации по восстановлению асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способами холодной регенирации / ОДМД: Мин-во

ГП

трансп. РФ, Гос. служба дор. хоз-ва (Росавтодор). М «Информавтодор», 2002. 56 с.

7. Самойлова Л.И. Применение тощего бетона в основании дорожной одежды // Сб. научно-исследовательских работ Владимирского государственного университета. Владимир, 2001. С. 20-24.

8. Юмашев В.М., Басурманова И.В. Бетонные покрытия с ранним открытием движения // Автомобильные дороги. М., 1995. № 12. С. 16-17.

9. Ярмолинская Н.И., Лазарева Т.Л. Использование отходов теплоэнергетической промышленности Дальнего Востока в технологии строительных материалов: учеб. пособие. Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2000. 96 с.

10. M. Rafalowski. Fly Ach Facts for Highway Engineers // Federal Highway Administration 400 7th Street, SW Washington, DC 20590. 2003.

УДК 628.356.1

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СТАНЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ г. САЯНСКА

1 9 Я

В.Д.Казаков1, Н.Д.Пельменёва2, В.Д.Можаев3

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

По ряду санитарно-химических показателей к очистке бытовых сточных вод предъявляются жесткие требования, связанные с выпуском этих вод в соответствующий тип водоема. Поступление биогенных элементов в водные объекты приводит к нарушению процессов саморегуляции биоценоза. В статье приведен анализ работы канализационных очистных сооружений промышленного города, расположенного в Иркутской области. На основании изучения показателей технологического регламента КОС и отдельных данных аналитической лаборатории опре-

1Казаков Вячеслав Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, проректор по экономике, тел.: (3952) 405400, e-mail: [email protected]

Kazakov Vyacheslav, Candidate of Phisico-Mathematical sciences, Pro-Rector for Economics, tel.: (3952) 405400, e-mail: [email protected]

2Пельменёва Наталья Дмитриевна, доцент, декан факультета среднего профессионального образования, тел.: (3952) 405852, e-mail: [email protected]

Pelmeneva Natalya, Associate Professor, Dean of the Faculty of Secondary Vocational Education, tel.: (3952) 405852, e-mail: [email protected]

Можаев Василий Дмитриевич, аспирант, тел.: 89021781457, e-mail: [email protected] Mozhaev Vasily, Postgraduate, tel.: 89021781457, e-mail: [email protected]

Краткий анализ композитных материалов, используемых в качестве армирования бетона

Надежность, долговечность и безопасность имеют колоссальное значение при проектировании и строительстве бетонной инфраструктуры. Абсолютно необходимо уменьшить традиционные дефекты железобетона, чтобы построить конструкции с длительным сроком службы. Полимерная арматура, армированная волокном (FRP), оказалась замечательным строительным материалом, способным повысить прочностные параметры железобетона.Это сообщение в блоге предоставит краткое введение в композитные материалы FRP, используемые в качестве арматуры в бетонных конструкциях.

За последние пару десятилетий композиты из стеклопластика превратились в конструктивно и экономически жизнеспособное строительное решение для мостов, морских сооружений и зданий. Они производятся в различных формах с различными свойствами и производственными процессами. Типичные композитные материалы FRP, используемые в гражданском строительстве, состоят из стекла, углерода и арамида.Эти материалы поставляются либо в виде готовых к использованию материалов, таких как арматура, либо в виде отдельных составляющих, таких как волокно и полимерная смола.

Невероятные характеристики композитных материалов в качестве арматуры делают их привлекательной альтернативой обычным армирующим материалам. Применимость армированных волокном полимерных стержней в строительных конструкциях в качестве замены стальных арматурных стержней и стержней была тщательно исследована и проанализирована. Доступно большое количество исследований, касающихся структурной осуществимости и практических характеристик передовых композитных материалов.Коррозионная стойкость, высокая прочность на разрыв и простота установки — вот некоторые из выдающихся характеристик стержней из стеклопластика, которые могут помочь в строительстве устойчивых бетонных конструкций.

Чтобы получить оптимальное сочетание свойств материала, качество составляющих материалов и производственного процесса необходимо поддерживать на более высоком уровне. Например, физические и механические свойства матрицы могут иметь большое влияние на конечные механические свойства стержней. Пултрузия — это распространенный производственный процесс, который используется для производства стержней из стеклопластика непрерывной длины.Поверхность композитных стержней покрыта тонким слоем песка для обеспечения отличного сцепления между бетоном и стержнями.

Полимер, армированный стекловолокном (GFRP), один из вариантов FRP, является конкурентоспособным вариантом армирования бетона в бетонных элементах, подвергающихся суровым условиям окружающей среды. Арматура из стеклопластика, являясь коррозионно-стойким и электромагнитно прозрачным конструкционным материалом, является многообещающим материалом для конструкций, которые работают в морских и чувствительных средах.Ниже приведены некоторые из идеальных областей применения арматуры из стеклопластика:

• Конструкции, построенные в потенциально агрессивных средах: настилы мостов, подпорные стены, инфраструктура общественного транспорта, дороги и т. Д.
• Сооружения, построенные у морской воды: сваи, палубы, бассейны, плавучие конструкции, лодочные аппарели, дамбы, здания и т. Д.
• Конструкции, подверженные воздействию сильных коррозионных агентов: электростанции, водоочистные сооружения, градирни, взлетно-посадочные полосы аэропортов и т. Д.
• Приложения, требующие электромагнитной нейтральности: аппараты МРТ, телекоммуникационные объекты, исследовательские центры, военные структуры и т. Д.
• Временные бетонные конструкции: горные работы, проходка туннелей, бурение и т. Д.

После обширных исследований, проектных норм и доступности практических данных инженеры-строители все больше доверяют арматуре из стеклопластика . Композиты FRP, несомненно, являются строительным материалом 21 века.

Композитные материалы — Бетон

Композиционные материалы — Бетон

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАТЕЛЬНОЙ СТРАНИЦЫ

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — БЕТОН

В. Райан
2010

Цементные и бетонные композиты — Журнал

Этот журнал предназначен для отражения текущих разработок и достижений, достигнутых в общей области технологии цементно-бетонных композитов , а также в производстве, использовании и характеристиках строительных материалов на основе цемента .Слово цемент трактуется в широком смысле, включая не только портленд …

Читать далее

Этот журнал предназначен для отражения текущих разработок и достижений, достигнутых в общей области технологии цементно-бетонных композитов , а также в производстве, использовании и характеристиках строительных материалов на основе цемента . Слово «цемент» трактуется в широком смысле, включая не только портландцемент, но также цементные смеси и другие вяжущие материалы.В дополнение к новым аспектам обычных бетонных материалов, журнал охватывает широкий спектр композитных материалов , таких как цементные композиты, армированные волокном, полимерные цементные композиты, пропитанные полимером композиты, ферроцемент и цементные композиты, содержащие особые включения заполнителя или отходы. Оригинальные статьи, посвященные микроструктуре (в том, что касается инженерных свойств), свойствам материалов, испытаниям и методам испытаний, механике разрушения, аспектам долговечности, механике / технологии композитов, моделированию, проектированию, производству и практическому применению этих материалов, составляют основные темы журнал.При условии, что имеется достаточная связь со свойствами, определенными в масштабе материала, документы, касающиеся поведения структурных компонентов и систем, характеристик на месте, и полевых исследований также будут приняты для рассмотрения, а также документы, касающиеся ремонта и технического обслуживания, поведения в отношении удобства эксплуатации и устойчивость конструкций, сделанных из этих материалов.

В рамках вышеупомянутого контекста журнал преследует несколько конкретных целей. Он хочет способствовать лучшему пониманию строительных материалов, предоставить форум для необычных и нетрадиционных материалов, поощрять разработку недорогих энергосберегающих материалов и преодолеть разрыв между материаловедением , инженерными характеристиками, воздействием на окружающую среду, поведением на месте, дизайном / Срок службы и конструкция.Журнал также намерен публиковать специальные выпуски, посвященные актуальным или возникающим интересам. Журнал призван обеспечить объединяющую основу для сотрудничества между материаловедами, инженерами, дизайнерами и производителями.

Скрыть полную цель и объем

Что следует знать о бетонных композиционных материалах

Привет, Dye the Safe Guy здесь, менеджер Safe & Vault Store.com, чтобы поговорить сегодня о том, почему композитный бетонный материал в целом лучше для защиты от взлома и огня, чем гипсокартон.Прямо здесь вы увидите дисплей, на котором показаны две разные безопасные конструкции, существующие сегодня. Я говорю о пожарных сейфах от взлома, я говорю об оружейных сейфах. Все виды сейфов.

Во многих оружейных и пожарных сейфах используется два слоя стали: внутренний и внешний. А для противопожарной защиты внутри используют гипсокартон. Обычный гипсокартон, который используется в доме или коммерческом здании. Другие производители, более надежные производители, используют бетонный композитный материал, такой как вы видите здесь, зажатый между двумя стенами из стали и металла.Так почему же композитный материал лучше гипсокартона не только для защиты от огня, но и для защиты от взлома?

Защита от взлома — Если грабитель проникает через внешний слой стали с помощью какого-либо режущего устройства, теперь он сталкивается как минимум с 2-дюймовым бетонным композитным материалом. Ему придется переключить передачу и перейти на другой тип. инструмента, чтобы пройти через этот бетон.А затем он попадает в третий слой, который является внутренним слоем стали, используемой в сейфах ваших основных брендов, таких как American Security, Gardall, Hayman и многих других.

Кроме того, наши собственные бренды Safe & Vault Store используют бетонные материалы из композитного заполнителя. Многие оружейные и противопожарные сейфы, которые производятся за границей, используют простой гипсокартон для защиты от огня. Когда мы говорим о защите от взлома, очевидно, что если они проходят через внешний слой стали и ударяются о гипсокартон, это как нож в масле. Это не даст никакой защиты бетонному композитному заполнителю. Теперь, когда мы обсудили преимущество бетонного композитного материала перед гипсокартоном для защиты от взлома, давайте поговорим о самом главном — противопожарной защите.

Противопожарная защита, обеспечиваемая бетонным композитным заполнителем, основана на законах физики. Когда внутри сейфа температура достигает 180 градусов по Фаренгейту, бетонный композитный материал содержит смачиватели и другие вещества, которые выделяют влагу в сейф и буквально создают облако пара. И вы этого хотите, потому что это облако пара будет поддерживать температуру в пределах 200-240 градусов по Фаренгейту внутри вашего сейфа. Деньги и бумага сгорают при температуре 380 градусов по Фаренгейту. Деньги и бумага буквально загораются точно при температуре 451 градус по Фаренгейту снова по законам физики.

Материал гипсокартона во многих сейфах имеет отражающие свойства в гипсокартоне и некоторый эффект парообразования, но первичное отражение. Итак, что происходит, многие производители кладут два, три или даже четыре слоя гипсокартона толщиной 5/8 дюйма между всеми шестью сторонами сейфа. И это работает большую часть времени. Однако в Safe & Vault Store у нас есть офисы в Тихоокеанский северо-запад в трех местах; наши специалисты по безопасности, которые выходят и взламывают сейфы после пожара, чтобы вытащить свои вещи, часто обнаруживают, что метод гипсокартона дает сбой и не работает должным образом.

Однако метод композитного заполнителя почти во всех случаях успешно защищает бумагу и деньги внутри сейфа. Еще важно знать, что когда они кладут гипсокартон между двумя слоями стали, и они выходят на угол в верхней части сейфа, и две стены сходятся вместе, невозможно разрезать этот гипсокартон, не какой-то металл обнажился. Они не могут просто понять это правильно. С другой стороны, в случае бетонного композитного материала они заливают его под давлением в полужидкой форме, и он заполняет все пустоты и щели в углах и по всему периметру сейфа.И как только он затвердеет и затвердеет, у вас будет прочный слой бетонного композита толщиной не менее 2–3 дюймов, который защитит ваши вещи и вас от огня. Не верите мне? Что ж, задайте себе этот вопрос. Все сейфы повышенной безопасности, которые используются банками, кредитными союзами, ювелирными магазинами, ломбардами, на нашем сайте TL-15, TL-30 очень высокой безопасности, которые используются на сверхсекретных военных объектах; В каждом из этих сейфов используется метод бетонного композитного заполнителя.

Почему? Потому что он обеспечивает превосходную защиту от огня и дополнительный барьер от взлома.Последний момент, ребята, заключается в том, что, когда вы покупаете пожарный сейф от взлома или сейф для оружия, обязательно спросите, какой тип противопожарной защиты у него есть? Какой материал они используют между двумя слоями стали в стенах и двери? Крупные компании, такие как American Security, Gardall and Hayman и наш собственный Safe & Vault Store, мы используем бетонный композитный заполнитель в большинстве наших продуктов. Так что помните об этом и благодарим вас за просмотр. Это Дай Хоули, менеджер магазина Safe & Vault Store, подписывающий контракт.Если у вас возникнут вопросы, позвоните нам по телефону 800-207-2259 .

Бетонно-стальные композитные конструкции — Designing Buildings Wiki

Элементы конструкции, состоящие из двух или более различных материалов, называются композитными элементами. Основное преимущество композитных элементов заключается в том, что свойства каждого материала можно комбинировать, чтобы сформировать единый блок, который в целом работает лучше, чем его отдельные составные части. Самая распространенная форма композитного элемента в строительстве — это железобетонный композит, однако, к другим типам композитов относятся; сталь-дерево, дерево-бетон, пластик-бетон и так далее.

Как материал, бетон хорошо работает на сжатие, но имеет меньшее сопротивление растяжению. Сталь, однако, очень прочна на растяжение, даже когда используется только в относительно небольших количествах. Стальные бетонные композитные элементы используют прочность бетона на сжатие наряду со стойкостью стали к растяжению, и когда они соединяются вместе, получается высокоэффективный и легкий элемент, который обычно используется для таких конструкций, как многоэтажные здания и мосты.

Композитные плиты обычно изготавливаются из железобетона, залитого поверх профилированного стального настила (входящего или трапециевидного).

Настил может действовать как опалубка и рабочая площадка на этапе строительства, а также выступать в качестве внешнего армирования на этапе компоновки. Профнастил поднимается связками и вручную распределяется по площади пола.

Глубина перекрытия составляет от 130 мм и выше. Плиты чаще всего изготавливаются из бетона из-за его массы и жесткости, которые можно использовать для уменьшения прогибов и вибраций пола, а также для обеспечения необходимой противопожарной защиты и аккумулирования тепла.Сталь часто используется в качестве опорной системы под плиту из-за его превосходным отношение предела прочности веса и жесткость веса и легкости в обращении.

Входящий или трапециевидный настил обычно имеет глубину 50–60 мм и может охватывать около 3 м без опоры. Трапециевидные профили глубиной 80 мм без опоры могут пролетать около 4,5 м. Глубокий настил — это трапециевидный настил глубиной более 200 мм, при необходимости в желоба настила может быть добавлена ​​дополнительная арматура. Глубокий настил может составлять около 6 м без опоры.

Для настила используется оцинкованная сталь, обычно ее толщина составляет около 1 мм. Чтобы избежать локального коробления, можно использовать элементы жесткости для придания жесткости верхнему фланцу и опорным подвескам для относительно легких предметов, подвешиваемых к потолку. На профиле настила наматываются ямки, известные как тиснения, которые захватывают бетон вокруг входящих частей профиля и обеспечивают блокировку.

В тех случаях, когда в композитных плитах требуются отверстия, их лучше всего формировать на этапе строительства, а не вырезать секции из бетона.Проемы до 300 кв. Мм не требуют дополнительных приспособлений, а до 700 кв. Мм требуют дополнительного местного армирования вокруг проема. Если размер проемов превышает 700 кв. Мм, в качестве опоры можно использовать обрезную сталь.

[править] Балка нижняя

Балка перемычки соединяется с композитной плитой с помощью сквозных приварных срезных шпилек. В качестве альтернативы, сборная бетонная плита устанавливается поверх верхнего фланца стальной балки. Эффективный диапазон пролета составляет около 6-12 м. Другие варианты балок перекрытия могут достигать пролета 20 м и более.

[править] Полы мелкие

Неглубокие перекрытия — это места, где основная часть стального профиля находится в пределах глубины бетонной плиты, и их можно использовать в диапазоне пролетов около 4-9 м. В отличие от опорных балок, плита располагается на верхней поверхности нижней полки, а не на верхней поверхности верхней полки, при этом ключевым моментом является скручивание, прилагаемое к балке. Плита может быть из монолитного бетона на глубоком стальном настиле, обычно около 225 мм, или из сборного железобетона.

Преимущества неглубоких перекрытий заключаются в том, что, поскольку плиты и балки размещаются в одной зоне, отсутствуют какие-либо перерывы, характерные для балок нижнего уровня, и часто нет необходимости в дополнительной противопожарной защите.

Композитные колонны могут иметь высокую прочность при относительно небольшой площади поперечного сечения, что означает, что полезная площадь пола может быть увеличена до максимума. Есть несколько различных типов составных столбцов; наиболее распространенными являются стальные полые трубы, заполненные бетоном; или открытый стальной профиль, залитый бетоном.Бетонное заполнение увеличивает сопротивление сжатию стальной секции, предотвращая коробление стали. Его огнестойкие свойства позволяют оставить колонну незащищенной или слегка защищенной.

Чаще всего используются прямоугольные и круглые полые секции, хотя прямоугольные секции выгодны тем, что имеют плоские поверхности, подходящие для соединений концевой плиты балки с колонной. Однако ребристые пластины можно использовать для прямоугольных и круглых форм.

NB См. Также: Составной классический заказ.

Проектирование композитных балок и композитных плит (для зданий) регулируется BS EN 1994-1-1. Композитные плиты с профилированным стальным листом разработаны в соответствии с BS 5950-4, а профилированный настил, используемый для этих плит, разработан в соответствии с BS EN 1993-1-3.

[править] Статьи по теме «Проектирование зданий» Wiki

Композитная конструкция | Что это такое и как это работает

Что такое композитная конструкция?

Термин используется для описания строительных работ, предполагающих использование не только рабочего материала для создания структурно прочного фундамента здания.Композитная конструкция обычно используется в крупных проектах коммерческого строительства, включая многоэтажные автостоянки, розничные магазины, склады и даже небоскребы.

Где используется композитная конструкция?

Композитная конструкция обычно используется в коммерческом секторе, но распространяется и на жилую недвижимость. Большинство сложных строительных работ выполняется в многоквартирных домах. Причина его популярности в том, что он обеспечивает непревзойденную прочность и долговечность при использовании минимального количества материалов.Комбинация стали и бетона обеспечивает идеальную основу для прочной и легкой конструкции. Стальные элементы обладают исключительной прочностью на разрыв, а бетон обладает фантастическими характеристиками сжатия.

В проектировании конструкций — в контексте проектирования конструкций, композиционные конструкции возникают, когда два материала объединяются вместе, чтобы действовать как единое целое. По сути, это создает более прочную структуру, поскольку оба материала работают вместе, чтобы поддерживать друг друга.

Например, при строительстве автостоянки подрядчик может использовать стальные балки для поддержки бетонных плит, чтобы нагрузка распределялась между балкой и бетоном. Если этого не сделать, то балка возьмет на себя весь вес конструкции, что поставит под сомнение конструктивную целостность здания. Композитная конструкция распределяет нагрузку, создавая более крупную и прочную балку для поддержки нагрузки.

В контексте стальных композитных настилов — материалы, используемые в композитных металлических настилах, — это сталь и бетон.Настил (из стали) укладывается под бетон и служит опорным основанием для укладываемого бетона. Сочетание прочности стального каркаса на разрыв и прочности бетона на сжатие обеспечивает структурно прочную конструкцию.

Конструкция полов из стали и бетона — это услуга, которую мы предоставляем в компании Concrete Flooring Solutions

.

Примеры использования композитных материалов в строительных конструкциях

Типичные примеры использования композитных материалов в строительных конструкциях:

• Бетон
• Армированные пластмассы
• Цемент
• Сталь
• Железобетон
• Балки деревянные композитные
• Профнастил металлический композит

В композитном строительстве используются все вышеперечисленные материалы, так как они очень прочные и долговечные.

Типы композитных балок, используемых в композитных каркасных конструкциях

В композитных каркасных конструкциях используются три основных типа композитных балок:

Балки перекрытия

Самый популярный выбор для композитных конструкций. Балки перемычки состоят из композитной плиты, расположенной поверх балки перемычки, и соединены с помощью приварных срезных шпилек настила. Шпильки помогают обеспечить структурное соединение бетона и стали, посмотрите эксперты Allied.Причина, по которой обычно используются опорные балки, заключается в том, что настил действует как отличное внешнее армирующее основание, а также как опалубка и рабочая платформа на этапе строительства.

При строительстве композитного настила композитный настил укладывается по частям вручную, что сводит к минимуму рабочее время и обеспечивает гибкую подгонку.

Большой пролет

По сути, надставка к балкам перекрытия. Композитные балки с длинными пролетами просто дают возможность увеличить размер балок, расположенных на нижнем этаже (20 м или более).

Решения для неглубоких полов

Неглубокие полы обладают различными преимуществами, включая уменьшение высоты здания и / или добавление к нему дополнительных этажей. Это достигается за счет уменьшения толщины пола до 40 см. Это также идеально, если вы хотите установить техническое оборудование под полом.

Дополнительные преимущества включают:

• Встроенная огнестойкость / жаростойкость
• Очень легкий
• Быстрый монтаж
• Конкурентоспособные цены при покупке у Concrete Flooring Solutions

Преимущества композитной конструкции

Как вкратце упоминалось выше, композиционная конструкция дает множество преимуществ композитной конструкции, которые мы четко обозначили ниже:

Композитная конструкция из бетонных полов

Наша команда регулярно проектирует и устанавливает композитные металлические настилы на коммерческих объектах по всей Великобритании.Независимо от того, являетесь ли вы владельцем магазина розничной торговли или вам требуется композитная конструкция для многоэтажной автостоянки или аналогичной территории, у нас есть опыт и технологии, позволяющие выполнить работу в соответствии с высочайшими стандартами.

* Все наши проекты соответствуют Техническому отчету 34 Общества бетона, который стал отраслевым стандартом для бетонных промышленных цокольных этажей.

Наш метод строительства из композитных материалов экономит ваше рабочее время и деньги, поскольку трудозатраты намного короче, чем при других методах строительства, а для сборки требуется меньше материалов.

Свяжитесь с нами сегодня

Позвоните сегодня, если у вас есть какие-либо вопросы относительно наших услуг по настилу из композитного металла или о том, подходит ли композитная конструкция для вашего бизнеса. Наша команда здесь, чтобы помочь вам принять обоснованное решение по планам строительства для вашего бизнеса, а также предоставить экономичное и долговечное бетонное решение.

Наша команда готова помочь вам принять правильное решение относительно бетонного пола.

Свяжитесь с нами сегодня

CE Center — Представляем композитный сердечник из стального листа

Заполненная бетоном композитная пластинчатая стеновая система, работающая на сдвиг

Несмотря на то, что эти системы действительно обладают преимуществами, это уже упоминавшееся выше новое применение системы сдвиговых стенок из композитных пластин с наполнителем из стали (CF-CPSW) для высотных конструкций, которая действительно поворачивает головы.

Подобно тому, как функционирует система железобетонных стен со сдвигом, с аналогичным расположением стен и аналогичной толщиной, в этой новой системе армирование обеспечивается стальными пластинами на внешней стороне стены.

«Стеновая система из стальных пластин является естественным развитием системы железобетонных стен», — поясняет Варма.

Изображение предоставлено AISC

Комбинированная стальная композитная стеновая система представляет собой стену из высокопрочного бетона на сдвиг, зажатую между двумя конструкционными стальными пластинами.

Рассмотрение вопросов, связанных с перегрузкой стальной арматуры и укладкой бетона у основания толстых бетонных стен в высотных зданиях, а также время и усилия, необходимые для установки опалубки, заливки бетона, снятия опалубки и т. Д., Композитная стена из стальных листов система стала следующим шагом в структурной эволюции, направленной на решение этих проблем ».

Как уже отмечалось, эта концепция в настоящее время используется ядерными структурами США и для определения ударопрочности ракет и самолетов.Точно так же Великобритания использует его для взрывобезопасных конструкций, а Япония также применяет его для своих ядерных сооружений.

Участвующий в создании стандартов для этой системы, AISC профинансировал исследовательский проект в 2011 году, в результате которого были разработаны AISC N690-12s1, 2015, Технические условия на стальные конструкции, связанные с безопасностью для ядерных установок, и Руководство по проектированию 32: Проектирование модульных стальных листов. Композитные стены для ядерных установок, связанных с безопасностью.

Конструкция системы включает в себя пересечение двух стальных пластин толщиной ½ дюйма вместе со стержнями на расстоянии 1 фут от центра, как по вертикали, так и по горизонтали.Модули из стальных листов, изготовленные в цехе, затем отправляются на строительную площадку и монтируются одновременно со стальным каркасом.

Изображение предоставлено MKA

На этом поперечном сечении конструкции CF-CPSW показана стеновая панель из композитных пластин, работающая на сдвиг, бетонное заполнение, композитные балки и другие детали.

Когда возведение двух ярусов (четыре этажа) несущего каркаса завершено, включая установку модулей из стальных пластин, самоуплотняющийся бетон заполняет пустоты между пластинами, соединяясь со стержнями и пластиной, образуя композитную стеновую систему.Таким образом, монтаж стального каркаса — это непрерывная операция, при которой не требуется внутреннего армирования плит.

Известные преимущества

Поскольку стальному каркасу не нужно ждать бетонного ядра, это значительно увеличивает скорость строительства.

Фактически, исследование строительства MKA в рамках проекта Rainier Square показало, что строительство бетонного основного здания займет 474 рабочих дня по сравнению с 377 рабочими днями для гибридного стенового здания.

«Разница в 97 рабочих дней равна 136 календарным дням, что означает, что владелец получит выгоду от сокращения накладных расходов подрядчика и общих затрат на общие условия на четыре с половиной месяца, более низких затрат на финансирование на четыре с половиной месяца и четырех с половиной месяцев. — полтора месяца предыдущего дохода от аренды », — пояснил Клеменчич на презентации в Университете Пердью, где он недавно получил выдающуюся награду выпускника инженерных специальностей.

Еще одно отличие системы CF-CPSW состоит в том, что арматурный стержень располагается снаружи стены.Кроме того, опалубку не нужно снимать, она работает как часть конструктивной системы.

Что касается структурных характеристик, система может обеспечить высокие коэффициенты армирования без проблем с заторами и укладкой бетона.

«Конструктивная жесткость, прочность и деформационная способность композитных систем сравнимы или лучше, чем у эквивалентных железобетонных систем», — заявляет Варма. «Система использует преимущества как стальных, так и бетонных строительных материалов, где бетонное заполнение задерживает локальное коробление стальных пластин, а стальные модули ограничивают бетонное заполнение, улучшая его пластичность.Кроме того, при необходимости, система может обеспечить отличную ударопрочность и ударопрочность благодаря конструкции с двойной броней из стальных пластин ».

Добавляя еще несколько деталей, он сообщает, что две или более композитных стены из стальных листов, которые могут быть плоскими, C-образными или I-образными в поперечном сечении, соединены вместе с помощью соединительных балок на каждом уровне этажа.

«При сейсмической нагрузке соединительные балки сначала подвергаются неупругим деформациям и рассеивают энергию», — поясняет Варма.«В конце концов, основа композитных стен также претерпевает неупругие деформации и рассеивает больше энергии».

Кроме того, соединительные балки, которые представляют собой прямоугольные стальные коробчатые секции, заполненные бетоном, позволяют соединенным конструкциям основных стен выдерживать боковые нагрузки от ветра или землетрясений, позволяя композитным стенам и соединительным балкам изгибаться вместе как единое целое, добавляет он.

«Стены из стальных листов обладают огромным сопротивлением сдвигу», — поясняет Бруно.«Бетон хорош на сжатие, но слаб на растяжение и плохо работает при землетрясениях. Поскольку сталь является сплошной, это обеспечивает постоянное сопротивление сил сдвига ».

Еще одним преимуществом является тот факт, что допуски стали по стандартам AISC более жесткие, чем допуски бетона, установленные Американским институтом бетона. В других гибридных системах стальные балки каркаса, соединяющиеся с бетонным сердечником, должны изготавливаться в последнюю очередь, поскольку окончательные размеры их можно измерить в полевых условиях только после заливки бетонных стен сердечника, объясняет Лоуренс Ф.Крут, П.Е., вице-президент по инженерным разработкам и исследованиям, Американский институт стальных конструкций, Чикаго.

Благодаря системе CF-CPSW сталь соединяется со сталью без необходимости в закладных пластинах, тем самым устраняя проблемы с допусками и проблему дублирования торговых вопросов. «Разница в допусках между бетонными сердцевинами и стальным каркасом создает проблемы при проектировании, детализации и строительстве, которых можно избежать с помощью многослойных стен», — подтверждает Джеймс О. Малли, S.E., директор группы и старший директор, Degenkolb Engineers, Сан-Франциско.

CF-CPSW также считается модульной системой, поскольку стальные модули производятся в цехе, а затем отправляются на площадку для сборки и заливки бетона. «Предварительно изготовленные в цехе в соответствии с заданными допусками, это уменьшает проблемы с установкой во время монтажа между стальным каркасом и закладными плитами, прикрепленными к композитным сердечникам», — поясняет Варма. «Это приводит к лучшей координации между изготовителем металлоконструкций, монтажником и генеральным подрядчиком проекта.”

Такая непрерывность конструкции также является преимуществом для высотных проектов, где системы выносных опор необходимы для обеспечения комфорта ветра, поскольку стальные опоры легко соединяются со стальными пластинами, добавляет Малли.

Все взгляды на Ренье

Считается «доказательством концепции», многие инженеры-строители наблюдают за Rainier Square, когда он готовится подняться на высоту 850 футов в качестве первой в мире высотной системы CF-CPSW.

Изображение предоставлено MKA

Эта модель Revit отображает систему сердцевины стены из композитных пластин, заполненных бетоном.

«Площадь Ренье — очень важный шаг вперед для этой системы», — подтверждает Малли. «Наличие такого проекта подписи, несомненно, даст толчок другим проектам, чтобы рассматривать его как альтернативу полностью бетонному ядру».

К счастью для MKA, среда созрела для такого нововведения. Во-первых, владелец здания, Райт Ранстад, имеет большой опыт развития дизайна и строительства за счет внедрения новых технологий.

Клеменчич говорит, что Райт Ранстад был первым У.Застройщику необходимо рассмотреть сейсмическое проектирование высотного здания на основе характеристик. Фактически, PBD использовался для Bellevue, Wash., Three Bellevue Center и теперь является стандартом отрасли.

Кроме того, город Сиэтл, как правило, более открыт, чем некоторые города США, когда речь идет о новых подходах к строительству.

«Наша открытость к инновациям создает в Сиэтле среду, которая поощряет и поддерживает альтернативные конструкции, в то время как наш процесс экспертной оценки дает нам возможность быть уверенными в ожидаемых характеристиках здания», — говорит Шерил Беруэлл, П.E., S.E., менеджер по инженерно-техническим кодам, город Сиэтл.

В конечном итоге ожидается, что система CF-CPSW сократит время строительства проекта на 20-40 процентов и снизит общие эксплуатационные расходы, накладные расходы и финансовые затраты, сообщает Крут. «Кроме того, завершив строительство раньше, владелец получит доход от аренды на несколько месяцев раньше, чем планировалось», — говорит он. «В рамках этого проекта это может привести к экономии в десятки миллионов долларов».

.