Сегодняшний день бетона и железобетона

Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ) — крупнейший в России специализированный институт в области строительства.

В настоящее время специалисты созданного в 1965 г. института работают над актуальными научными проблемами, касающимися бетонов, бетонных и железобетонных конструкций, теории бетона и железобетона, методов проектирования, технологии изготовления материалов, изделий и конструкций.
Институт координирует научно-исследовательские работы во всех перечисленных областях. Работы ведутся на базе школ целой плеяды выдающихся ученых института: А.А. Гвоздева, А.Е. Десова, В.М. Москвина, В.В. Михайлова, К.Д. Некрасова, С.А. Миронова, Н.А. Мирощанского.

Напрягающий цемент и самонапрягающиеся конструкции
Трудно найти другое вяжущее, которое обеспечивало бы бетону столь высокий уровень технических характеристик, как напрягающий цемент (НЦ). Это разработка российских ученых. Это, вероятно, лучший представитель семейства расширяющих цементов (РЦ). Нужно сказать, что расширяющиеся цементы, в отличие от традиционных, в процессе твердения увеличиваются в объеме, что и позволяет в значительной мере нейтрализовать влияние усадки, негативно влияющей на свойства бетона.

В России из всех видов РЦ наибольшее распространение получили НЦ. С 1972 г. производство НЦ было освоено цементной промышленностью (Усть-Каменогорским, Краматорским, Днепродзержинским, Волковысским, Подольским, Пашийским и другими цементными заводами). В 1990 г. объем производства НЦ превысил 1 млн т и продолжал возрастать.
НЦ можно получать как в условиях завода, так и на стройплощадке путем перемешивания портландцемента и расширяющей добавки (РД), что обычно делается непосредственно при изготовлении бетонной смеси. При этом расход цемента уменьшается на количество вводимой добавки. В настоящее время разработана гамма РД с использованием местного сырья ряда регионов России, что расширяет возможности производства и применения НЦ.

Бетоны на НЦ условно можно разделить на две основные группы: бетоны напрягающие и бетоны с компенсированной усадкой. Первые применяют, если в проекте есть требование по самонапряжению, то есть преднапряжению бетона и арматуры в результате расширения цементного камня и бетона. Состав напрягающего бетона подбирают из условия получения необходимой величины самонапряжения. В этом случае расход НЦ в бетоне оказывается, как правило, большим, чем требуется для обеспечения необходимой прочности. Состав же бетона с компенсированной усадкой подбирается по традиционной методике по критерию прочности с учетом необходимой пластичности (удобоукладываемости). Для достижения в бетоне равной прочности НЦ требуется примерно на 10% меньше, чем портландцемента. НЦ придает бетону целый ряд ценных качеств. Являясь расширяющимся вяжущим, НЦ увеличивается в объеме после приобретения прочности (8-15 МПа), обеспечивающей сцепление с арматурой. В результате арматура получает напряжение растяжения, бетон — сжатия, а железобетонная конструкция становится самонапряженной. При этом арматура растягивается независимо от направления своего расположения, что позволяет создавать двухосное и объемное самонапряжение конструкций.

Важнейшим показателем качества любой железобетонной конструкции является прочность бетона в процессе эксплуатации. У бетонов на НЦ она обычно составляет 40-70 МПа, при этом рост прочности весьма интенсивно продолжается и после 28 суток. У этих бетонов наблюдается повышенная на 20-30% прочность на растяжение, что в сочетании с самонапряжением придает конструкциям повышенную трещиностойкость.
Бетоны на НЦ являются практически водонепроницаемыми (W12-20). Газопроницаемость напрягающего бетона примерно в 40 раз меньше, чем тяжелого бетона на портландцементе.

Долговечность железобетонных конструкций в климатических условиях России в значительной степени определяется морозостойкостью бетона. Бетоны на НЦ как на тяжелых, так и на легких заполнителях обладают высокой морозостойкостью (F300-500). Благодаря своей плотной мелкозернистой структуре бетоны на НЦ обладают повышенной коррозионной стойкостью, в том числе в сульфатных средах. У этих материалов высокое сцепление со старым бетоном, что особенно важно при выполнении ремонтно-восстановительных работ и усилении конструкций.
Указанные свойства бетонов на НЦ позволили с успехом применять их в сборных и монолитных конструкциях и сооружениях в различных областях строительства. Накопленный практический опыт применения таких бетонов свидетельствует, что в большинстве случаев их использование дает возможность возводить конструкции и сооружения, превосходящие по своим техническим и эксплуатационным характеристикам аналоги из бетона на портландцементе.

Особенно эффективно применение таких бетонов в конструкциях и сооружениях, к которым предъявляются высокие требования по трещиностойкости, водонепроницаемости и долговечности. Это емкости различного назначения включая плавательные бассейны, насосные станции и очистные сооружения, трубы напорные и безнапорные, подземные конструкции, в том числе тоннели метрополитенов, конструкции большой протяженности — покрытия дорог, аэродромов, трибун стадионов эксплуатируемых и безрулонных кровель, автодорожных мостов, искусственных конькобежных дорожек и полей, полы гражданских и промышленных зданий включая цеха мясоперерабатывающих комбинатов, ограждающие конструкции, возводимые методом “стена в грунте”, а также конструкции с предварительно напрягаемой арматурой. Приведем лишь несколько примеров.

Трестом “Алтайсвинецстрой” (Усть-Каменогорск) по рекомендациям и при участии НИИЖБ были разработаны и построены сборные цилиндрические резервуары (отстойники) диаметром 18 и 24 м, а также водопроводные и канализационные насосные станции при высоком уровне грунтовых вод на основе самонапряженного стыкования сборных элементов с петлевыми арматурными выпусками без традиционной навивки кольцевой арматуры и последующего торкретирования для ее защиты. Это существенно упростило технологию работ и сократило продолжительность строительства, что дало значительный экономический эффект с одновременным повышением качества и надежности, как показала двадцатилетняя эксплуатация безремонтного срока службы конструкций. С учетом этого опыта по инициативе НИИЖБ Союзводоканалпроектом и Ростовским Водоканалпроектом разработана серия экспериментальных проектов (на правах типовых) сборных цилиндрических отстойников диаметром 9, 18, 24, 30 и 40 м, рекомендованных Госстроем для массового применения в строительстве.

При реконструкции трибуны стадиона данная серия была запроектирована так, что монолитное ступенчатое покрытие выполняло роль несущей конструкции и гидроизолирующего ковра и имела температурные швы только в радиальном направлении. Такое решение позволило полностью исключить протечки в подтрибунных помещениях. Такую технологию использовали при реконструкции стадионов в Москве (Лужники, Динамо), Санкт-Петербурге (им. С.М. Кирова, Петровский), Ташкенте (Трудовые резервы), Ереване (Раздан) и других городах.
Нельзя не сказать, что весьма эффективно применение бетона на НЦ и в малоэтажном строительстве, в том числе в индивидуальном (подвалы, кровли, гаражи, бассейны), учитывая открывшиеся в последнее время возможности приобретения этого вяжущего или расширяющей добавки в розничной торговле.
В целом бетоны на НЦ являются универсальным и наиболее перспективным материалом для широкого круга железобетонных конструкций, позволяя при обычной технологии без дополнительных затрат обеспечить повышенные эксплуатационные свойства сооружений.

Полы из бетона с компенсированной усадкой с применением портландцемента и расширяющей добавки
Применение бетона с компенсированной усадкой решает проблему возведения бесшовных водонепроницаемых полов, отличающихся высокой плотностью, стойкостью к агрессивной воздушной среде, морозо- термо- и трещиностойкостью. Такие свойства бетона с компенсированной усадкой, как плотная структура и непроницаемость, а также трещиностойкость железобетона в сочетании с высокими прочностными показателями, особенно при воздействии изгибающих и растягивающих усилий, обусловливает эффективность его применения в таких конструкциях, как бесшовные монолитные полы промзданий, емкости различного назначения.
К бетонным полам предъявляются требования по стойкости к износу, ударным и агрессивным воздействиям, электризации, беспыльности, и полы из бетона с компенсированной усадкой полностью отвечают этим требованиям. Основными компонентами бетона являются портландцемент, фракционированные заполнители, расширяющая, пластифицирующая и другие добавки.
Преимуществом бетонов с компенсированной усадкой на портландцементе и расширяющей добавке является возможность и простота приготовления их на любой строительной площадке в необходимых объемах или, при более крупных объемах, на заводах товарного бетона.
Бетоны с компенсированной усадкой, использованные на различных объектах, отвечали предъявляемым к ним требованиям, в число которых входили: класс по прочности на сжатие не ниже ВЗО (М400), класс по прочности на растяжение не ниже В2,0 (Р25), класс по водонепроницаемости не ниже W12, марка по морозостойкости не ниже F3, водопоглощение по массе, %, не более 4.

Конструктивными особенностями полов из бетонов с компенсированной усадкой являются повышенная трещиностойкость, создающаяся за счет самонапряжения при ограничении деформации расширения, обеспечение равной прочности по сравнению с бетоном на портландцементе в элементах пола с меньшим расходом вяжущего, возможность увеличения расстояния между деформационными швами и сокращения их количества, совмещение в одном элементе конструкции функций гидроизоляционного слоя, подстилающего слоя и покрытия “чистого” пола.
Что же касается института НИИЖБ, то таковой предлагает технологии возведения перспективных видов полов, конструктивные решения полов, составы бетонов, авторский надзор на всех этапах производства работ с контролем качества бетонов и конструкции, разработку технических условий и технологического регламента на возведение монолитных полов. Кроме того — согласование технической документации и участие в изготовлении полов, а также оказание помощи в определении свойств бетона.
Бетоны с компенсированной усадкой внедрены на мясоперерабатывающих заводах “Кампомос”, “Вилком”, “Клинский”, “Лианозовский”, а также на учебном комбинате Мосмясопрома. С использованием этих бетонов возведены перекрытия подземных гаражей Госдумы России, МИД России, эксплуатируемые кровли универмага “Московский” и Дворца съездов.

Модификатор на основе расширяющей добавки для обработки бетонной поверхности
Целью применения данного модификатора является упрочнение и уплотнение поверхностного слоя бетона для улучшения его физико-механических показателей и замедления процессов коррозии. Данный модификатор успешно внедрен при возведении полов подземного гаража МИД России, а также полов ряда пищевых комбинатов. В результате применения модификатора на основе расширяющей добавки к пропитке бетона в поверхностном слое конструкции повышается его трещиностойкость и стойкость к истиранию, обеспечивается водонепроницаемость (W) не менее 12.

Нанесение суспензии модификатора на свежую бетонную поверхность может быть осуществлено механическим или ручным способом. Водная суспензия модификатора наносится 2-4 раза с интервалом 20-30 минут в зависимости от степени неровности бетонной поверхности.

Подготовил Федор СПИРИДОНОВ