Конструкционные бетоны нового поколения для строительства высотных зданий и объектов специального назначения

Долговечность (прочность) бетона, как строительного материала, является одним из основных условий достижения целей устойчивого развития, связанных с минимизацией отрицательного воздействия строительных конструкций на окружающую среду.

Нефтедобывающая платформа в Северном море, Норвегия

HPC?

Концепция HPC

- высокие физико-механические и эксплуатационные характеристики бетонов – класс по прочности выше С50/60 (согласно EN 206-1), низкая проницаемость для воды (W12…W20) и газов, низкая усадка и ползучесть, повышенная коррозионная стойкость и долговечность, т.е. свойства, сочетание которых или преобладание одного из которых обеспечивает высокую надежность конструкций в зависимости от условий эксплуатации;

- использование существующей производственной базы, доступных материалов и ресурсосберегающих технологий производства бетонных смесей, изготовления из них бетонных и железобетонных изделий и конструкций с широким диапазоном свойств.

90% товарного бетона:
20 MPa - 40 MPa @ 28-d (преимущественно 30 MPa – 35 MPa);
High-strength concrete – высокопрочный бетона (по определению): ≥ 70 MPa – прочность при сжатии в возрасте 28 суток нормального твердения

Petronas Tower
Kuala Lumpur
высота 452 м;
бетон С60/75-С80/95;
В/Ц=0,27.

HPC: (В/Ц<0,35 или Ц/В>2,86), (Ц+МК)/В

Формула прочности De Larrard:
kG – коэффициент, учитывающий качество заполнителей (4,9…5,2);
kC – активность цемента, МПа;
W/C – водоцементное отношение;
SF/C – содержание микрокремнезема от массы цемента, кг/кг

Эмпирическая формула прочности бетона Боломея -Скрамтаева

Ц=400-500 [кг/м3]

МК=(0,1-0,15)Ц [кг/м3]

Мост Конфедерации, Нортумберлендский Пролив (Prince Edward Island /(New Brunswick) , 1997

HPC: В/Ц менее 0,3, при гидратации цемента происходит обезвоживание капилляров («самовысушивание»).
Происходит аутогенная усадка, приводящая к трещинообразованию в бетоне.

- Кубиковая прочность при сжатии: 200-800 МПа;
Прочность на растяжение при изгибе: до 25-40 МПа;
Прочность при растяжении: 8-10 МПа;
Энергия разрушения 3000 Дж/м2;
Модуль упругости: до 60 ГПа;
Средняя плотность: 2500-3000 кг/м3

Принципы RPC:
- повышение однородности бетона путем уменьшения максимального размера частиц (исключение из состава крупного заполнителя);
- формирование оптимальной плотности за счет использования фракционированных ультрадисперсных материалов (микронаполнителей);
- предельно низкое содержание воды в бетонной смеси (за счет использования супер- (гипер)пластификаторов);
- введение в состав бетона короткой стальной фибры для повышения предела прочности при растяжении;
- создание наиболее оптимальных условий твердения бетона (твердение при избыточном давлении и повышенной температуре).

Химические добавки

Минеральные добавки

ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ ЦЕМЕНТА
ЭЛЕКТРОСТЕРИЧЕСКИМ ОТТАЛКИВАНИЕМ

GLENIUM SKY 505 (FM)/(BV) – добавка в технологии товарного бетона, позволяет производить высококачественные бетоны из литых бетонных смесей с длительным сохранением подвижности (медленная адсорбция молекул на частицах цемента).

Обычно количество золы-уноса, применяемой взамен портландцемента не превышает 15-20%. В этом случае не решаются проблемы повышения сульфатостойкости бетона, стойкости к щелочной коррозии заполнителя и термического трещинообразования (Mehta P.K.).

Термическое трещинообразование в массивных конструкциях в раннем возрасте твердения

Бетон с высоким содержанием золы-уноса (High Volume Fly-ash Concrete)

Высокопрочный бетон с большим содержанием золы-уноса с добавкой суперпластификатора – относительно низкая себестоимость, низкая проницаемость, уменьшение тепловыделения – для крупных колонн и др. массивных конструкций. Очень высокая стойкость бетона к действию хлоридов - Malhotra V.M.

Бетон с высоким содержанием золы-уноса (High Volume Fly-ash Concrete)

адгезии более мелких частиц золы на противоположно заряженных частицах клинкерных фаз, что вызывает их отталкивание с высвобождением иммобилизованной воды;

снижения пустотности заполнителя в результате улучшения гранулометрического состава смеси цемента с частицами золы;

увеличения количества вяжущей части в бетонной смеси (т.к. зола имеет меньшую истинную плотность (2,2 г/см3, чем портландцемент 3,1 г/см3).

Эффективность влияния различных видов волокон на свойства бетона зависит от соотношения модулей упругости армирующих волокон и бетона. При отношении Ев/Еб>1 возможно получение фибробетонов с повышенной прочностью на растяжение и трещиностойкостью. При Ев/Еб<1 повышаются ударная прочность и сопротивление материала истираемости.

Комбинации оптических (стеклянных или полимерных волокон) и мелкозернистого бетона.

Изготовление блоков и панелей только в заводских условиях (сборный бетон).

Технология производства:
послойное формование: слой мелкозернистого бетона - слой фибры (отдельные нити или тканые полотна) – толщина слоя 2-5 мм (световой эффект усиливается с уменьшением толщины чередующихся слоев и увеличения их количества;
после набора прочности – шлифовка и полировка поверхности (глянцевая);
разрезка массива на отдельные блоки.

Бетон – без крупного заполнителя (мелкозернистый) – прочность при сжатии >70 МПа (HPC)

Заполнитель – белый мрамор, вяжущее – белый цемент с добавкой фотокатализатора TX Active®, Tiocem (Italcementi Group)