Задать вопрос
+7-932-129-43-76
+7-932-129-48-92
Задать вопрос
Быстро и надежно

Применение высокопрочного бетона

Высокопрочный бетон – это многокомпонентная смесь, которая после затвердевания может выдерживать очень большие нагрузки. Материал изготавливается по современным технологиям с точной дозировкой каждого составляющего и тщательным перемешиванием. Используется он в высотном строительстве, при возведении промышленных зданий и сложных инженерных конструкций. Для частных и небольших построек покупать этот материал нет смысла – он слишком дорогой и доступный далеко не во всех регионах.

В этой статье вы узнаете, в чем особенность высокопрочного бетона и в каких сферах он востребован. Мы расскажем, как и где применяется этот современный технологичный материал, для каких работ он подходит. А в конце статьи мы коротко скажем о плюсах и минусах этого бетона.

Русский мост во Владивостоке, построенный с использованием высокопрочного бетона

Что такое высокопрочный бетон

Согласно ГОСТ 25192-2012 и ГОСТ 31914-2012, высокопрочным считается бетон класса В60 (марки М800) и выше. Современные технологии позволяют изготавливать даже материалы классов В100-В150 (марок М1500-2000). Но они крайне редко используются в мире, а в России практически не встречаются.

Высокопрочный бетон может выдерживать нагрузки 60-150 МПа, или 800-2000 кг/см2. Но за счет чего достигаются такие показатели?

Прочность этого материала обеспечивается его особым составом, технологией изготовления раствора и укладкой.

В состав высокопрочного бетона входят:

  • Цемент марок М550-М600
    Вяжущее вещество изготавливается из клинкера очень тонкого помола. Удельная поверхность частиц – 4000-5000 см2/г. Благодаря этому свойству увеличивается активная площадь, которая может реагировать с компонентами бетона и прочно связывать между собой заполнитель.
  • Микрокремнезем
    Это активная минеральная добавка, полученная при добыче феррита и кремния. Частицы микрокремнезема в 100 раз меньше, чем у цемента. Они скапливаются вокруг цементных зерен, задерживают продукты гидролиза и обеспечивают прочное сцепление. Вместо микрокремнезема или вместе с ним в высокопрочном цементе используют также измельченные вулканические породы (туф, пемзу), метакаолин, нанокремнезем (кремниевую кислоту), золу уноса, измельченный в порошок шлак.
  • Минеральная мука
    Это измельченная плотная горная порода (кремний, гранит). Частицы муки в 10 раз меньше, чем цемент. Они заполняют пустоты между мелкими зернами и повышают плотность материала. Также минеральная мука улучшает реологические свойства раствора, увеличивает его текучесть.
  • Песок
    Для производства высокопрочного бетона используют мытый кварцевый песок без глинистых и пылевидных частиц, средней и крупной фракции (размер зерен 1-3 мм).
  • Щебень
    Высокопрочный бетон делают только на щебне из магматических пород – гранита, диабаза, базальта. Форма камней должна быть кубической, максимальный размер зерен – 40 мм (но в большинстве случаев используются фракции 5-10, 5-20, 10-15, 10-20). Раствор можно сделать и без крупного наполнителя, только на песке – тогда получится мелкозернистый высокопрочный бетон.
  • Суперпластификаторы
    Без качественного суперпластификатора приготовить высокопрочный бетон невозможно. Он позволяет снизить водно-цементное соотношение (оно не должно превышать 0,4), придает смеси подвижность, удобство укладки, позволяет транспортировать раствор на большие расстояния. В качестве пластификатора используется поликарбамид, продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, продукты поликонденсации меламина, лигносульфонаты и другие вещества.

Согласно новейшим технологиям, в бетонную смесь добавляют комплексные модифицирующие добавки – модификаторы. Они состоят из гранул микрокремнезема, метакаолина или золы уноса, плотно упакованных в затвердевшую пленку суперпластификатора. При добавлении воды пленка растворяется, и каждый компонент начинает выполнять свою функцию. Добавки в таком виде дольше сохраняют свои свойства, их удобнее транспортировать.

В бетонах с большим содержанием цемента и низким водно-цементным соотношением возникает проблема – при затвердевании они дают усадку, в структуре могут появиться трещины. Чтобы это минимизировать, в смесь добавляют полимеры, которые сорбируют воду и предотвращают усадку бетона.

Производят высокопрочный бетон только на заводах. Для смешивания используется двойной барабан, который дополнительно измельчает компоненты смеси. Перед началом процесса обязательно контролируется влажность всех ингредиентов. Каждый из них подается из отдельного бункера. Смешивание идет на высоких скоростях.

Транспортируют смеси в мобильных бетономешалках. Подают их в основном через шланги. Уплотняют раствор на строительной площадке с помощью вибрационных установок либо центрифуги. Литые высокопрочные бетоны самоуплотняются. Если толщина конструкции превышает 30 см, укладку проводят послойно, без перерывов процесса. Чтобы избежать появления трещин, готовые конструкции увлажняют на протяжении трех суток либо обрабатывают их паром с температурой 60-80°С в течение 24 часов.

Характеристики высокопрочного бетона оцениваются по раствору и затвердевшему продукту. Контроль качества проводится согласно ГОСТ 31914-2012.

Свойства бетонного раствора:

  • Расплыв конуса – не менее 65 см
  • Коэффициент самоуплотнения – не менее 1 см
  • Время сохранения пластичности после начала гидратации (добавки воды) – не менее 4 часов
  • Содержание воздуха – до 1%

Во время транспортировки раствор не должен расслаиваться. Если бетон нужно транспортировать на большие расстояния, воду и пластификаторы добавляют непосредственно на строительной площадке.

Характеристики готового высокопрочного бетона:

  • Класс по прочности на сжатие В60-В150, марка – М800-М2000
  • Класс по прочности на осевое растяжение – Bt2,0-Bt4,8
  • Плотность – 2000-2500 кг/м3
  • Водонепроницаемость – W8-W20
  • Морозостойкость – F150-F1000

Высокопрочный бетон обладает также устойчивостью к химическим веществам (карбонатам, сульфатам, кислотам и щелочам). Он надежно защищает арматуру от коррозии.

Наряду с тяжелым высокопрочным бетоном производятся и легкие его модификации. Например, создаются высокопрочные материалы с плотностью 1400-2000 кг/м3. Получают их путем введения в раствор микросфер из алюмосиликата или стекла, заполненных углекислым газом. Они играют роль дополнительной модифицирующей добавки, снижают плотность без уменьшения прочности.

В следующей части текста вы узнаете, как используется высокопрочный бетон в разных областях.

Собственное производство бетона и своя лаборатория, а также большой парк техники гарантируют высокое качество продукции и точные сроки поставки
Бетон — производство и доставка
Автобетононасосы — аренда
7 904 179–31–56
Валентин Юрьевич Швец
Директор «БетонСтрой»

Где применяется высокопрочный бетон

Высокопрочный бетон – это достаточно дорогой материал. В частном строительстве его не используют. Ведь нагрузки, которым подвергаются бетонные элементы домов в 1-3 этажа или хозяйственных построек, не столь велики. Их вполне могут выдерживать марки М200-М400. Поэтому нет надобности тратить деньги на более дорогой бетон, который к тому же производят далеко не на всех заводах.

Более широкое применение высокопрочный бетон нашел в промышленной сфере. Благодаря этому материалу появилась возможность строить небоскребы высотой 300-800 м и больше, сложные мостовые конструкции с длинными пролетами, подводные тоннели.

Наиболее эффективным считается применение высокопрочного бетона в конструкциях, на которые действуют большие сжимающие нагрузки – несущих колонах, стенах, фундаментах. Материал позволяет уменьшить толщину элементов и расход железной арматуры. Также его нередко применяют там, где нужна высокая прочность на изгиб и есть необходимость облегчить элементы конструкции.

В России материал пока применяется не слишком широко. Если в мире он вошел на рынок еще во второй половине 80-х годов, то в нашей стране материал стал появляться лишь в 90-х годах. По старым советским ГОСТам в эту группу входили классы бетона В40-В60. Сейчас сюда включают только материалы В60 и выше. Производятся они по новейшим технологиям, описанным выше.

Высокопрочной бетон чаще всего применяется в таких отраслях:

  • Строительстве
  • Инженерии
  • Производстве ЖБИ

В дорожном строительстве материал класса выше В60 не применяется. Бетон такой прочности необходим только при сооружении взлетных полос аэродромов, с которых понимаются тяжелые транспортные и пассажирские самолеты. Но их мы рассмотрим в главе об инженерных конструкциях.

В благоустройстве территории, производстве мебели и тем более в декоре этот бетон не востребован. Ведь в таких сферах нет необходимости использовать настолько высокопрочный материал.

В следующей части текста вы найдете подробную информацию, как используют высокопрочный бетон в строительстве.

Применение высокопрочного бетона в строительстве

Первые здания высотой свыше 100-300 м начали строить в США еще во второй половине XIX века. Основой их каркаса была сталь, которая выдерживает очень большие нагрузки. Но этот материал дорогой, поэтому архитекторы искали способы удешевления строительства.

Бетон широко используется уже больше 200 лет, хотя первые строения из этого материала возводили еще в Древнем Риме. Но чтобы сделать из него несущие опоры для высотных зданий, нужно было сооружать очень толстые стены, колонны и балки. Укрепляли их густой стальной арматурой. В результате уменьшалось внутреннее пространство зданий, а цена бетонных элементов была выше стальных.

Только с появлением современных технологий, позволяющих производить высокопрочный бетон, он начал использоваться в небоскребах. Прорыв в этой области сделали новые суперпластификаторы, появившиеся на рынке в 80-х годах. Они помогли сделать бетон с минимальным водно-цементным соотношением, сохраняя одновременно высокую пластичность раствора.

Использование высокопрочного бетона позволяет удешевить строительство высотных и некоторых промышленных зданий. Ведь расход материала сокращается на 15-40%. И даже если стоимость единицы объема высокая, цена в сумме получается ниже. Уменьшается и расход дорогостоящей стальной арматуры.

Масса всех элементов зданий из высокопрочного бетона получается меньшей. Ведь балки, колонны, стены можно сделать более тонкими и армировать их небольшим количеством металла. Давление на грунт таких конструкций падает. Это значит, что расширяется география построек и снижаются затраты на укрепление оснований под сооружениями.

С появлением высокопрочного бетона появилась возможность строить здания сложной формы, начала проявляться неординарная фантазия архитекторов. Например, с помощью такого материала был создан «танцующий дом» в Праге.

Высокопрочный бетон используют в таких элементах высотных зданий:

  • Стропильных фермах (элементах конструкций крыши) – полигональных, сегментного очертания, безраскосных
  • Подстропильных фермах для покрытия производственных зданий с небольшим уклоном
  • Подстропильных предварительно напряженных ферм
  • Балок – стропильных решетчатых, предварительно напряженных стропильных, с двутавровым сечением, подкрановых
  • Несущих колоннах – основных, фахверковых, для каркасов многоэтажных зданий, для зданий в сейсмических зонах
  • Ригелей
  • Фундаментах высотных зданий

Приведем несколько примеров, как дорогой материал позволяет экономить пространство и деньги:

  • Проект высотного здания предусматривает обустройство колонн в его каркасе? Если делать их из обычного бетона класса В30, размеры сторон колонны должны быть 60×60 см. При использовании высокопрочного бетона В80 диаметр можно уменьшить до 30×30. Даже если учесть стоимость цемента марки М600, его больший расход, цену суперпластификатора и добавок, экономия составляет от 15% до 25%.
  • Несущие колонны на нижних этажах высотного здания должны выдерживать большие нагрузки, чем на верхних. Если использовать обычный бетон, необходимо увеличивать объем колонн практически в два раза. В результате помещения на нижних этажах получаются меньшими по площади. Поэтому они продаются или сдаются в аренду за более низкую сумму. Если застройщик использует высокопрочный бетон, он сможет сделать одинаковые колонны во всем здании. Это позволит сохранить площадь на нижних этажах и сэкономить средства на изготовление самих колонн.
  • Для крыши здания используется типовая стропильная ферма с сегментным очертанием и раскосной решеткой. Пролет фермы – 18 м. Рассчитана конструкция на нагрузку 850 кгс/м2. Если изготавливать ее из бетона класса В25-В30, то опалубку следует брать III типоразмера (объем 3,11 м3). При использовании бетона класса В60 можно применить опалубку I типоразмера (1,8 мЗ). Экономия материала получается около 40%, что полностью компенсирует затраты на добавки и более дорогую марку цемента. Строительная компания в итоге выходит даже в плюс.
  • Представьте, что ведется строительство торгового центра с большим холлом. Площадь его потолка достигает нескольких сотен метров. По типовому проекту такой потолок должен поддерживаться колоннами и балками. Если использовать в строительстве высокопрочный бетон, количество и объем колонн можно сократить. Длина пролета стропильных балок увеличивается с 18-24 м до 30-36 м. В результате площадь холла станет большей, а бетона при этом потратится меньше. Кроме того, для колонн и балок понадобится меньше стальной арматуры, что позволит еще больше сэкономить.

Строительные проекты и расчеты нагрузок должны подготавливаться согласно СП 311.1325800.2017 для бетонных и железобетонных конструкций из высокопрочного бетона.

В следующей части текста вы прочитаете, как используют высокопрочный в различных инженерных конструкциях.

Применение высокопрочного бетона в инженерии

Высокопрочной бетон позволяет строить не только многоэтажные здания, но и сложные инженерные конструкции. Ведь этот материал хорошо переносит сжимающие нагрузки, а также растяжение и изгиб. Для некоторых конструкций используются легкие высокопрочные бетоны. Масса элементов снижается, и появляется возможность сделать длинные пролеты без опор, создавать сложные архитектурные формы.

Высокопрочный бетон применяется при сооружении таких инженерных конструкций:

  • Мостов
  • Путепроводов
  • Тоннелей
  • Плотин
  • Дамб
  • Магистральных коммуникаций с высоким напором жидкостей внутри труб
  • Элементов электростанций всех типов
  • Балочных и арочных перекрытий
  • Зданий заводов и фабрик
  • Сельскохозяйственных промышленных зданий (ферм, силосных корпусов и так далее)
  • Подземных шахт
  • Метро
  • Взлетных полос аэродромов
  • Зданий аэропортов
  • Морских нефтяных и газовых платформ

Приведем несколько примеров использования высокопрочного бетона в инженерных конструкциях:

  • Большинство длинных мостов состоит из отдельных пролетов. На их стыке устанавливаются опорные колонны. Чем короче пролет, тем больше колонн нужно установить при постройке моста и потратить больше денег на бетон, арматуру и сооружение таких элементов. Высокопрочный бетон позволяет удлинить пролет, ведь материал устойчив к изгибательным нагрузкам. А если использовать легкий вариант этого материала, пролет можно сделать еще больше. По такой технологии, например, был построен мост Stolma bridge (Stolmabrua) в Норвегии с длиной пролета 301 м, а также мост в Японии с пролетом 1900 м. Во Владивостоке из бетона М800 (В60) возводили вантовый мост Русский, с длиной пролетов 1104 м и высотой пилонов 320 м.
  • Еще в начале прошлого века у инженеров возникла идея прокладки тоннелей под проливами. Проблема состояла в том, что не было материалов, которые могли бы выдержать огромную нагрузку от миллионов тонн воды и грунта. С появлением высокопрочного бетона идею удалось осуществить: были проложены тоннели под Ла-Маншем между Великобританией и Францией, а также под Босфором между европейской и азиатской частями Стамбула.
  • Представьте, что для перекрытия крыши завода нужно изготовить балки. При использовании высокопрочного бетона их можно сделать двутавровыми. В результате на пролетах 18 и 24 м расход бетона сокращается на 25-34%, а стали – на 20%. Если сравнить стоимость балок для пролетов 30 и 36 м с такими же стальными конструкциями, цена их будет сопоставимой. Но на монтаже бетонных элементов можно сэкономить до 30%.
Мост Stolma bridge, или Stolmabrua в Норвегии, построенный с использованием облегченного высокопрочного бетона
Внутри норвежского моста Stolmabrua
Русский мост во Владивостоке, построенный с использованием высокопрочного бетона

В следующей главе мы рассмотрим, как используют высокопрочный бетон в производстве ЖБИ.

Применение высокопрочного бетона в производстве ЖБИ

Для сооружения многих инженерных конструкций и строительства высотных зданий выгоднее заказывать готовые высокопрочные железобетонные изделия на заводах. Они быстро монтируются на месте. Их качество строго контролируется на производстве, не изменяется во время транспортировки и укладки бетона.

Кроме того, на заводах не только качественно смешивают компоненты и контролируют их исходное состояние. Здесь также возможно правильно уложить и утрамбовать раствор. Во время дозревания бетона в условиях производства его легче увлажнять и обрабатывать паром, чтобы уменьшить усадку и предотвратить образование трещин.

Часть ЖБИ изготавливают из высокопрочного фибробетона. Для этого используются тонкие стальные волокна разной толщины и длины, которые хаотично распределяются в массе бетона. Вместо стали иногда используют стекло, полиэтилен, базальт. Прочность готовых изделий на сжатие повышается на 4-6%, а на растяжение – на 10-14%. Кроме того, экономится стальная арматура.

Из высокопрочного бетона изготавливают такие виды ЖБИ:

  • Готовые стенные секции
  • Монтирующиеся каркасы многоэтажных и промышленных зданий
  • Плиты перекрытий высотных и промышленных зданий
  • Ребристые плиты для покрытий и перекрытий
  • Плиты для покрытия крыши с небольшим уклоном
  • Готовые железобетонные колонны и балки
  • Напорные железобетонные трубы

Приведем несколько примеров использования высокопрочного бетона в производстве ЖБИ:

  • Допустим, изготавливается плита для покрытия размером 1,5×18 м и толщиной 0,6 м. Если использовать для ее производства бетон В25, возникают ограничения по внешней нагрузке. Если применить высокопрочный бетон В70, нагрузки можно увеличить на 23%. При этом количество использованной стальной арматуры уменьшается на 17%.
  • Ребра большинства ребристых плит расположены на расстоянии 1,5 м друг от друга, их ширина 85 мм. Если увеличить нагрузку на такой элемент, могут появиться трещины. Для решения проблемы делают более частые ребра, через 1 м, с шириной 100 мм. Это делает ЖБИ более устойчивым к деформациям, но прочность повышает незначительно. А если плиту сделать из бетона класса В70, его устойчивость к сжимающим нагрузкам повысится почти в 2 раза.
  • Представьте, что проводится реконструкция взлетной полосы аэродрома с целью расширить возможности аэропорта – чтобы он смог принимать больше пассажирских и грузовых самолетов. Раньше полоса была сделана с использованием бетонных плит класса В40. Когда их осмотрели, выявили небольшие трещины и признаки износа. Их можно заменить аналогичными, но более рационально будет заказать на заводе ЖБИ из высокопрочного бетона В60-В80. Стоимость их будет почти аналогичной, так как толщина изделий меньше. А еще на их изготовление будет затрачено меньше арматуры. При этом сроки эксплуатации и устойчивость к износу у таких плит увеличиваются.

При заказе ЖБИ из высокопрочного бетона могут возникнуть трудности, так как не все заводы занимаются их изготовлением. Кроме того, нужно проверить состав бетона и технологию его производства. От этого будет во многом зависеть качество продукции.

Дальше вы узнаете, какие плюсы и минусы есть у бетона с высокой прочностью.

Достоинства и недостатки высокопрочного бетона

У высокопрочного бетона много достоинств, поэтому он и занимает все большее место в мировом промышленном строительстве. Благодаря этому материалу появилась возможность строить здания высотой более 800 м, экономя при этом площадь помещений в самих небоскребах. Без использования высокопрочного бетона невозможно представить создание сложных архитектурных форм или инженерных конструкций.

К достоинствам материала относятся:

  • Высокая прочность на сжатие, растяжение, изгиб
  • Устойчивость к деформациям и появлению трещин
  • Устойчивость к перепадам температур и морозам
  • Высокая водонепроницаемость
  • Химическая устойчивость
  • Высокая пластичность и удобность укладки
  • Возможность экономить стальную арматуру и бетон за счет уменьшения объема элементов и густоты армирования
  • Возможность облегчить конструкцию за счет уменьшения объема элементов и массы арматуры, а также при использовании легких разновидностей высокопрочного бетона

Существует у высокопрочного бетона и ряд недостатков:

  • Высокая цена, что делает нецелесообразным его использование в частном и малоэтажном строительстве, на дорогах, при благоустройстве территории
  • Компоненты бетона (суперпластификаторы, микронаполнители, прочные горные породы) доступны не во всех регионах – это еще больше увеличивает цену материала, так как ингредиенты или сам бетон приходится перевозить на большие расстояния
  • Заводам, которые хотят производить высокопрочный бетон, необходимо закупать дорогую аппаратуру для смешивания компонентов и контроля качества
  • Для укладки раствора строителям необходимо пройти специальное обучение и подробный инструктаж
  • Самостоятельно приготовить высокопрочный бетон невозможно и невыгодно – его компоненты достаточно дорогие, их трудно найти в свободной продаже, а для смешивания необходимы скоростные бетономешалки

Подводя итог, скажем еще раз, что высокопрочный бетон – это материал для промышленного строительства и возведения инженерных конструкций. В частном домостроении такой бетон не используется, так как он рассчитан на очень большие нагрузки и стоит дорого.