ПРОИЗВОДСТВО ВОДОСТОЙКОГО БЕТОНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
ПОДВОДНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Дюсембин
Ерболат Ануарбекович
кандидат технических наук, доцент
Евразийского университета им. Л.Н. Гумилева
Казахстан, г. Астана
Акмаканова
Амина Жаналыковна
магистрант Евразийского
университета им. Л.Н. Гумилева
Казахстан, г. Астана
Не смотря на богатую историю и успех
использования водостойкого бетона в строительстве подводных сооружений в
особенности в Западных странах. Одним из первых железобетонных конструкции
построенных под уровнем морской воды является бетонная платформа Экофиск (Ekofisk) I построенная в 1973 году (см. рис. 1).
Его основной задачей было хранение 159 000 м3 сырой нефти. Он расположен в
середине Северного моря на расстоянии около 170 км от норвежского побережья.
Эта платформа представляет собой предварительно напряженную бетонную
конструкцию высотой 90 м, которая стоит примерно на круглой основе с диаметром
99 м. Эта конструкция имеет защитный барьер, предназначенный для уменьшения
кинетической энергии волн. Этот барьер состоит из простых бетонных сборных
элементов с 8634 отверстиями диаметром от 3 до 1,3 м. Их прочность на сжатие
составляет от 62 до 68 МПа, и они обладают ожидаемой высокой устойчивостью к
эрозии. Эти элементы отвечают за рассеяние большого количества энергии волн.
Они сохраняют основную структуру безопасности даже в тяжелых условиях,
существующих в регионе. Среднее значение 43 МПа за 28 дней было использовано
для строительства остальной части сооружения. Конструкция была сфабрикована на побережье,
собрана в сухом доке, а затем отправлена в конечный пункт
назначения на 480 км четырьмя буксирами. Большинство подводных сооружений имеют
срок службы 20 или более лет в зависимости от месторасположения.
Рис 1. Защитная стена
вокруг Экофиск
Большинство бетонных морских платформ
используют высокопрочный бетон, усиленный и предварительно напряженный. Классы
бетона используют от С40 до C85 обычно встречаются в этих сложных конструкциях.
Эти типы конструкций подтолкнули технологию бетона далеко за пределы
стандартных методов проектирования. Необходимые условия для работы с удержанием
высокопрочного бетона не всегда присутствуют в кодексах практики. Некоторые из
этих кодов, как правило, более консервативны, чем необходимо, а другие
переоценивают прочность основных структурных элементов. По этой причине
некоторые исследования по-прежнему необходимы в этой области, несмотря на
значительное число предлагаемых моделей для решения проблемы удержания и
повышения пластичности.
Высокая прочность, требуемая в морских
бетонных конструкциях, зависит от определенного количества факторов, таких как
использование высокопрочных заполнителей. Использование дополнительных вяжущих
материалов, таких как активный кремнезем, зольная пыль и шлак вместе с
традиционным портландцементом, очень важно для повышения прочности бетона и его
долговечности. Эти добавки позволяют уменьшить пористость, а также улучшить
прочность благодаря уменьшению потребления воды. Уменьшение пористости
необходимо для обеспечения долговечности конструкции. В прибрежных применениях
расход цементных материалов колеблется от 380 кг / м3 до 500 кг / м3, а водоцементное
соотношение сырье - до 0,30.
Использование высокопрочного бетона
создает определенные трудности при строительстве морских сооружений.
Необходимость высоких степеней арматуры требует, чтобы критерии детализировали
процесс арматуры и предварительных напряжений. Сокращение пространства между
арматурными стержнями обычно приводит к использованию агрегатов уменьшенного
размера и необходимости повышения удобоукладываемости. Обычные максимальные
размеры агрегатов составляют от 10 до 14 мм с осадкой от 180 до 220 мм. Большое
количество цементных материалов отвечает за высокий уровень тепла, связанный с
процессом гидратации. Меры предосторожности рекомендуется избегать раннего
повреждения структуры из-за повышения температуры (как правило, достигает 70oC).
Иногда решением этой проблемы является производство бетона при низких
температурах (5 - 8oC). Это более сложно и дорого в регионах с
высокими температурами.
Опыт и специальные
исследования подводного бетонирования показывают, что требования только по
прочности и подвижности недостаточны для определения пригодности бетона разных
составов для бетонирования способом вертикально поднимающейся трубы (ВПТ).
Бетонная смесь после укладки под воду этим способом испытывает воздействие
специфических подводных условий, резко отличающихся от условий бетонирования на
суше. При таком способе бетонирования применяют бетонные смеси, состав которых
отличается от применяемых при обычных бетонных работах. Следует отметить, что
литые бетоны более других склонны к расслоению и потере связности,
усиливающимся из-за воздействия на бетон условий укладки. Бетонной смеси при
укладке под воду необходимо пройти по воронке и
достаточно узкой трубе и, выйдя из нее, распространиться в
опалубке, преодолевая сопротивление ранее уложенной смеси. Из-за сложных
траекторий движения расслоение литой бетонной смеси может начаться уже при
движении ее в трубе, что вызовет образование сводов и пробок и нарушит
непрерывность бетонирования. Потеря подвижности и расслоение смеси в процессе
заполнения опалубки могут привести к нарушению монолитности подводной бетонной
кладки и снижению ее общей прочности, вплоть до полного разрушения.
Следовательно, кроме высокой подвижности, к бетонной смеси предъявляются
требования по определенной связности, т.е. смесь должна обладать способностью
удерживать во взаимной связи все компоненты, по возможности не отделяя ни
одного из них.
Таким образом, для
подводного бетонирования способом ВПТ качество и пригодность бетона должны
оцениваться тремя показателями: прочностью бетона и стойкостью против
агрессивного воздействия среды; подвижностью; связностью бетонной смеси.
Укладка бетона способом ВПТ может производиться с применением
каких-либо приемов дополнительного механического воздействия на бетонную смесь
(трамбование, вибрация и т.д.) и без них. Для этого
поставлены цели как:
- изучение улучшения свойств
высокопрочных водостойких бетонов. Существует риск, связанный с экстраполяцией
раннее полученных данных, так как улучшение свойств бетона со временем не
всегда может быть предполагаемым.
- Изучение взаимосвязи
свойств водостойкого бетона и технологических факторов. Такие свойства как
работоспособность, удобноперекачиваемость, плотность, воздухосодержание,
уплотнение, тепловой градиент, облицовка. Так как это является сложной задачей.
- Изучение смеси с не достаточной работоспособности для заливки
вокруг армирования доходящие до высоких уровней, что приводит к дополнительным
пустотам в бетоне.
Основные
требования к данному материалу предъявляются по характеристикам
водонепроницаемости и морозостойкости. Чтобы достигать определенных
показателей, необходимо грамотно разрабатывать состав материала. Причем для
различных подвидов бетона будут разными и его
составы. Отсюда повышенные требования к заполнителям и стремление к
максимально возможному насыщению ими объема бетона. При этом преследуется цель
не только экономии цемента, но главным образом улучшения свойств бетона при
меньшем содержании цементного теста (уменьшаются тепловыделения, повышается
плотность и стойкость бетона).
Требуемая
плотность бетона обеспечивается расходом цемента, который в свою очередь в
массивных или немассивных конструкциях не должен превышать в количестве 350/400
кг/м3. Если необходимо уложить в сжатые сроки большие объемы смеси, то
предпочтительнее использовать цемент с заниженными показателями теплоты
гидратации (60 калорий за семь дней, менее 50 калорий за три дня на грамм
цемента).
Что бы уменьшить
расход цемента, а также объемные деформации бетона, тепловыделение, и при этом
сохранить необходимую подвижность бетонной смеси и его плотность, специалисты
вводят различные микронаполнители.
Водостойкий
бетон– сложный материал, работая с которым нужно учитывать не только
особенности его компонентов, но и климатические, геологические и другие внешние
факторы.
Нормы ГОСТ регулируют качество и количество дозволенных добавок. Создание правильного раствора – очень долгая и ответственная задача. Материал используется для конструкций, которые большую часть времени соприкасаются с водой, а, значит, требования к водостойкости, морозостойкости и плотности конструкции повышаются.
Данная
магистерская работа даст возможность получить водостойкий бетон для подводных
конструкций не только для использования в промышленности, но и для общественных
сооружений. Использование высокопрочного водостойкого бетона позволит внедрить
строительство подводных сооружений в Казахстане, а также развивать новшество в
строительной индустрии.
Список
литературы:
1. Пшинько, А. Н. Подводное
бетонирование и ремонт искусственных сооружений [Текст] /А. Н. Пшинько. – Д.:
Пороги, 2000. – 412 с.
2. Инструкция по применению литых
бетонов в гидротехническом строительстве [Текст] : ВСН 27-81: Утв. Минэнерго
СССР 01.09.81 / Минэнерго СССР. – М., 1982. – 39 с.
3. Пунагін, В. М. Призначення складів
гідротехнічного бетону [Текст] / В. М. Пунагін, О. М. Пшінько, Н. М. Руденко –
Д.: Арт-Прес, 1998. – 192 с.
4. Інструкція по призначенню складів
гідротехнічного бетону на активованій в’яжучій речовині [Текст] / Міністерство
транспорту України. – К., 2001. – 24 с.
\
Строительство
города будущего