CC BY
65
ТОРКРЕТИРОВАННЫЕ ОБЛЕГЧЁННЫЕ ЦЕМЕНТНЫЕ
СИСТЕМЫ
SHOTCRETE LIGHTWEIGHT CEMENT SISTEMS
Д.В. Орешкин, П.В. Капцов D.V. Oreshkin, P.V. Kaptsov
ГОУ ВПО МГСУ
В статье рассмотрены научно-технические предпосылки разработки облегчённых цементных растворов с полыми стеклянными микросферами, наносимых методом «сухого» торкретирования, для строительных и ремонтных работ.
In article scientific and technicalpreconditions of working out of the lightweight cement mortars with the hollow glass microspheres, put by a method «dry» spraying, for building and repair work are considered.
В настоящее время при строительстве и ремонте бетонных и железобетонных конструкции применяется метод торкретирования. Одним из главных преимуществ такого метода является высокая средняя плотность, водонепроницаемость конструкции и надежная эксплуатация в течение всего срока службы. Однако, многие сооружения требуют использования при строительстве, ремонте и реставрации облегченных цементных материалов.
Как уже отмечалось, одним из эффективных способов выполнения бетонных работ в строительстве является набрызг бетонной смеси. Приготовленная сухая бетонная или растворная смесь загружается в торкрет-машину, откуда с помощью сжатого воздуха подаётся к соплу, где затворяется водой. Увлажненная бетонная смесь, вылетающая из сопла, наносится на основание, образуя плотный слой бетона. Такой бетон обладает высокой механической прочностью, средней плотностью, повышенной прочностью сцепления с бетонной или каменной поверхностью и водонепроницаемостью.
В настоящее время торкрет-бетон применяется в гражданском, промышленном, транспортном и гидротехническом строительстве, судостроении и различных бетонных работах в виде защитного штукатурного слоя и как конструкционный материал. В первом случае он наносится тонким слоем на основание (большей частью без укладки арматуры). Во втором случае торкретирование производится обычно с односторонней опалубкой.
При возведении несущих конструкций торкрет-бетону отдают предпочтение перед монолитным бетоном в тех случаях, когда необходимо выполнить строительные элементы, имеющих сложную конфигурацию и небольшую толщину, и нет возможности уплотнения бетонной смеси вибрированием. Кроме того, торкрет-бетон позволяет упростить подачу материала к месту укладки.
Применяют торкрет-бетон при строительстве конструкций крыши в виде тонкостенных оболочек. Это позволяет сэкономить большую часть затрат на оболочку и проконтролировать полноту закрытия стальных элементов, а также качество уплотне-
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
ния бетонной смеси. Таким способом осуществляют защиту от коррозии предварительно напряженной арматуры. Торкрет-бетон применяют также для строительства небольших плавательных бассейнов. При этом преимущества монолитного строительства (водонепроницаемая и атмосферостойкая бетонная ванна) сочетаются с минимальными затратами на оборудование строительной площадки и благоустройство окружающей территории.
Часто торкрет-бетон используют для сооружения ложа каналов и герметизации русел небольших искусственных речек.
В настоящие время используется два метода нанесения смеси на обрабатываемую поверхность: «сухой» и «мокрый». «Мокрый» метод делится на «мокрый» со сплошным потоком и «мокрый» с разряженным потоком [3].
Метод «сухого» торкретирования был впервые применен в начале XX века. При «сухом» методе распыления цемент и заполнитель предварительно дозируются и перемешиваются перед подачей. Затем они под давлением вводятся в поток сжатого воздуха и подаются в сопло, где смачиваются с подаваемой под давлением водой и распыляются в виде направленной струи на место укладки. Давление подаваемой смеси варьируется от 3 атм. (торкрет установка Aliva-246) до 15 атм. (торкрет установка СО-50 ПБН).
По мнению И. А. Войлокова [1], наращивание слоя торкретбетона происходит следующим образом. В первый период длится менее секунды. В течение его практически вся смесь отскакивает от поверхности. На ней остаётся тонкий слой цементного молока в виде клеящего слоя. Затем на поверхности остаётся мелкий заполнитель. Постепенно всё более крупный заполнитель «вбивается» в торкретируемый слой до стабилизации отскока.
К преимуществам данного метода можно отнести следующее. Материал полученного слоя торкретбетона обладает высокой адгезией, большой средней плотностью за счёт гидравлического удара смеси, при котором частицы цемента и заполнителя вдавливаются в уже нанесённый слой торкретбетона. Можно регулировать и оптимизировать водоцементное отношение. Есть возможность наносить бетон слоем до 10...15 см за один проход;
Недостатками сухого способа торкретирования можно считать высокий процент отскока (до 25 % сухой смеси) и использование бебтонной смеси, в основном с мелким заполнителем (наполнителем). Требуются только высококвалифицированные рабочие.
«Мокрое» торкретирование в строительстве начали применять в середине предыдущего столетия. Оно связано с прогрессом химии и появлением модифицирующих бетонную смесь добавок, придающих ей необходимые свойства.
«Мокрое» торкретирование сплошным потоком осуществляется за счёт подачи приготовленной бетонной смеси в бетононасос. Затем она сплошным гидравлическим потоком подаётся к соплу. Туда же по другому шлангу подаётся сжатый воздух, при помощи которого сплошной поток смеси разрывается и доставляется к торкретируемой поверхности. В этом случае давление при набрызге существенно ниже, чем при «сухом» способе. В результате процент отскока снижается до 10 %.
К преимуществам такого способа нанесения можно отнести следующее. Возможность использования бетонной смеси с мелким и крупным заполнителями, получения слоя с заданными свойствами за счёт использования химических добавок (пластификаторов, суперпластификаторов и гиперпластификаторов). Благодаря последнему обстоятельству можно существенно снижать водоцементное отношение. По данным статьи Куликова A.B., Иванова В.П. и Баева С.М. введение соответствующих добавок, а
также правильное и целесообразное использование армирования позволяет получить весь диапазон эксплуатационных характеристик бетона, который востребован сегодня в строительстве, в том числе и транспортных сооружений. Полученный характеристики бетона: прочность на сжатие - от 30 до 75 МПа, на раскалывание -от 3 до 13 МПа, водопоглощение 1,5-2%, марка по водонепроницаемости - ниже морозостой-
кость - от Б300 до Б1000 [4].
К недостаткам «мокрого» способа торкретирования можно отнести: высокое качество поверхности можно достичь только введением модифицирующих добавок; принудительное нанесение клеящего слоя; нанесение толстого слоя возможно только при использовании ускорителей схватывания, раствор которых подводится к соплу отдельным шлангом. Следует учесть, что почти все ускорители вызывают коррозию арматуры. Необходимость введения добавок увеличивает стоимость наносимой смеси. Кроме того, процесс торкретирования бетона не позволяет даже кратковременных перерывов в работе агрегата из-за возможности схватывания бетонной смеси в шланге.
При «мокром» торкретировании бетонная смесь приготавливается на специализированных предприятиях или бетонных узлах, доставляется автобетоносмесителями. Самое главное обстоятельство, которое даёт преимущество этому способу, по мнению многих авторов, является возможность использования невысокой квалификации рабочих.
Вторым способом «мокрого» способа является торкретирование в разряженном потоке. При этом способе готовая бетонная смесь помещается в пневмобетононасос и при помощи сжатого воздуха транспортируется к соплу. Затем с высокой скоростью выбрасывается на поверхность. Данный способ занимает промежуточное положение в ряду приведенных методов. В нём есть возможность приготовления водозатворённой смеси и не требуется вводить большое количество пластификаторов.
К недостаткам этого способа следует отнести высокий отскок — до 25 %, необходимость нанесения клеящего слоя и применения ускорителей схватывания, обязательную промывку шланга при перерывах в работе.
Три эти способа развиваются и используются в строительстве и ремонте железобетонных конструкций и сооружений.
Однако, традиционные цементные торкрет-бетоны имеют высокую среднюю плотность и недостаточную водонепроницаемость, что приводит к повышению трудо-и материалоемкости за счёт дополнительных операций при их использовании. Это приводит к увеличению сметной стоимости и массы сооружений.
Решением данной проблемы будет применение в качестве облегчающего наполнителя водонепрницаемых полых стеклянных микросфер, смягчающих ударные нагрузки при нанесении под давлением, снижающих энергозатраты при торкретировании и т.п.
Проблема применения мелкозернистого цементного торкрет-бетона с полыми стеклянными микросферами в научной литературе не рассматривалась, не изучались структура и свойства затвердевшего материала.
К научно-техническим предпосылкам применения ПСМС для торкрет-бетонов является:
- высокая удельная прочность цементных систем с количеством ПСМС до 10 % от массы портландцемента [2, 5, 6];
- низкая паропроницаемость таких систем (на уровне рубероида) [5];
- хорошая прочность сцепления и адгезия к бетону и каменным конструкциям [2,
5, 6];
1/2П11 ВЕСТНИК
_угогт_мгсу
- увеличение в 2 раза прочности на сжатие и изгиб при формировании цементного тампонажного камня при давлении 10 МПа [5, 6];
- наличие внутри полой стеклянной микросферы углекислого газа, который при частичном разрушении микросфер при торкретировании, будет вызывать карбонизацию портландита и упрочнять камень [2, 5, 6].
Таким образом, имеются научно-технические предпосылки разработки облегчённых цементных растворов с полыми стеклянными микросферами, наносимых методом «сухого» торкретирования, для строительства, ремонта и реставрации различных подземных, подводных и др. сооружений, требующих высокого качества работ, герметизации, водонепроницаемости, низкой паропроницаемости и т.п.
Литература
1. Войлоков И.А. Торкретирование. Настоящее и будущее.// Профессиональный строительный портал www.allbeton.ru.2008
2. Вяхирев В.И., Ипполитов В.В., Орешкин Д.В., Белоусов Г.А., Фролов А.А., Янкевич В.Ф. Облегченные и сверхлегкие тампонажныерастворы..М.,Недра,1999.-180 с.
3. Данилов Н.Н., Терентьев О.М. Технология строительных процессов..М.,Высшая школа, 2000.-464с.
4. Куликов А.В., Иванов В.П., Баев С.М. Исследование свойств и области применения торкрет-бетонов.//ЗАО «Служба защиты сооружений».2008
5. Орешкин Д.В., Фролов А.А., Ипполитов В.В. Проблемы теплоизоляционных тампо-нажных материалов для условий многолетних мерзлых пород..М.,Недра,2004.-232с.
6. Первушин Г.Н., Орешкин Д.В. Проблемы трещиностойкости облегченных цементных материалов.. Ижевск,ИжГТУ,2003.-350с.
The literature
1. Voilokov I.A. Shotcrete. Present and Future.// Professional building portal www.allbeton.ru
2008
2. Viahiref V.I., Ippolitov V.V., Oreshkin D.V., Belousov G.A., Frolov A.A., Iankevich V.F. Lightweight and super-lightweight cement slurry ..M.,Nedra,1999.-180p.
3. Danilov N.N., Terent'ev O.M. The technology of building processes..M.,High school,2000.-
464p.
4. Kulikov A. V., Ivanov V.P., Baev S.M. Investigation of the properties and applications shotcrete.//ZAO «Protection Service Structures».2008
5. Oreshkin D.V., Frolov A.A., Ippolitov V.V. Problems of insulating cement materials for the conditions of long-termpermafrost..M., Nedra,2004.-232p.
6. Pervushin G.N., Oreshkin D.V. Problems of cracking of lightweight cementitious material.. Izhevsk, IzGTU,2003.-350p.
Ключевые слова: методы «сухого» и «мокрого» торкретирования, облегчённый раствор с полыми стеклянными микросферами.
E-mail авторов: [email protected]. [email protected]
Рецензент: Г.И. Яковлев доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных материалов и геотехники ИжГТУ.
