М. Н. МАРЧУКОВ, инж. (ЦНИИПИМонолит), Мелкозернистые бетоны, укладываемые методом мокрого торкретирования
В начале 60-х гг. в нашей стране был разработан и получил широкое распространение метод торкретирования предварительно затворенными мелкозернистыми бетонными смесями. Причем транспортирование смеси по материальному трубопроводу осуществляется в потоке сжатого воздуха. В настоящее время он получил название мокрый метод торкретирования с низкой концентрацией материала в трубопроводе.
По сравнению с ранее известным сухим методом торкретирования с использованием цемент-пушек он имеет следующие преимущества: простота конструкции оборудования, низкая стоимость изготовления и эксплуатации; в 2...3 раза меньшая потеря материалов на отскок; снижение трудозатрат на 1 м3/ч; существенное облегчение введения различных добавок; отсутствие запыления рабочего пространства сухими составляющими смеси; исключение необходимости в просушке или увлажнении заполнителей перед использованием.
В начале 60-х гг. на Западе получает распространение мокрый метод торкретирования с высокой концентрацией смеси в трубопроводе. В этом случае смесь гидравлически транспортируется по трубопроводу полным сечением. Воздух для распыления подается в сопло. Этот способ по сравнению с описываемым методом имеет такие недостатки, как низкая скорость нанесения смеси и соответственно плотность уложенного бетона, высокая стоимость оборудования, повышенное на 10...15 % В/Ц, большая масса трубопровода с соплом, требующая применения специальных приспособлений, введение ускорителей схватывания смеси, повышенные эксплуатационные затраты. К преимуществам способа следует отнести более высокую производительность, меньшие расход сжатого воздуха и потери материалов на отскок.
Недостатки этого метода привели к тому, что в течение последних пяти лет ведущие фирмы Запада, производящие оборудование, предложили на рынок промежуточный вариант: воздух подается не в конце трубопровода, а в середине, т. е. приближается к рассматриваемому методу.
Для производства работ методом мокрого торкретирования с низкой концентрацией материала в трубопроводе используют установки пневмобетон различных модификаций. Одна из них показана на рис. 1. Конструкция установки позволяет прокачивать смеси с минимальным В/Ц = 0,35...0,4 без применения добавок. Часть воды затворения при дополнительном распылении смеси в сопле до 10...15 % уносится в атмосферу и В/Ц соответственно снижается.
Рассматриваемый метод торкретирования, как и другие, применяется во всех областях наземного и подземного строительства, а также в промышленности. Более высокая стоимость и трудоемкость выполнения работ по бетонированию по сравнению с традиционными методами транспортирования и укладки смесей позволяют определить рациональные области применения его в строительстве.
Применение методов торкретирования целесообразно в тех случаях, когда необходимо бетонировать строительные конструкции со сложной конфигурацией и незначительной толщины, для которых необходимы высокие расходы на изготовление Опалубки, трудности с уплотнением смеси вибраторами, а также в тех случаях, когда к бетону предъявляются повышенные требования по водонепроницаемости и морозостойкости. Иногда внедрение метода позволяет упростить транспортирование бетонной смеси к месту укладки. Эти причины позволили определить области применения таких конструкций: покрытия зданий и сооружений — купола, оболочки различного очертания положительной и отрицательной кривизны. Особые преимущества возникают при больших уклонах и малой толщине конструкций с высокой степенью армирования;
резервуары различного типа и назначения. В этом случае можно снизить толщину конструкции, объем опалубочных работ, исключить устройство гидроизоляционных покрытий;
плавательные бассейны различного очертания. Преимущества аналогичны указанным выше, кроме того, можно выполнять работу по устройству чаши бассейна в построенных зданиях при благоприятных климатических условиях;
элементы наружных трехслойных стен жилых и производственных зданий с эффективным утеплителем. Метод позволяет возводить здания всевозможных форм, снизить толщину стен; облицовки небольших водопропускных сооружений, таких, как каналы, искусственные русла рек, открытые хранилища для жидкостей и т. п. Бетон в таких сооружениях наносится непосредственно по уплотненному грунту. Благодаря использованию рельефа местности достигается экономия материалов,- лотки санно-бобслейных трасс, как обычных, так и с искусственным льдом. В этом случае метод торкретирования является практически , единственно возможным; ограждающие конструкции различных складов по пневматической опалубке с армированием стальными сетками или фиброармированием. Привлекает возможность быстрого возведения зданий с минимальными затратами, но требует высокой культуры выполнения работ;
армоцементные конструкции заводского изготовления — лотки водоводов, скорлупы навесных панелей стен, малые архитектурные формы, ограждения балконов и т. п.;
облицовки поверхностей тоннелей.
Имеется еще много различных областей эффективного применения метода торкретирования при возведении несущих конструкций, тем не менее целесообразно выполнять технико-экономический анализ с подсчетом всех затрат при сравнении с обычными методами бетонирования.
Метод торкретирования используют при устройстве защитных покрытий на поверхностях из различных материалов. Покрытия наносят тонкими слоями по 5...10 мм общей толщиной до 50 мм на бетонные, каменные, кирпичные, стальные и другие поверхности для улучшения их физико-механических характеристик и защиты от внешних воздействий. Это позволит придать водонепроницаемость различным сооружениям (резервуарам, плавательным бассейнам, градирням и т. п.); защитить откосы скальных пород и грунта от выветривания, размораживания, повреждения текущей водой, а также для скрепления камней на склонах; защитить от коррозии кольцевую преднапряженную арматуру цилиндрических емкостей; обетонировать стальные поверхности элементов каркаса сооружений, металлических облицовок, стальных резервуаров для повышения их огнестойкости; устроить отделочные декоративные покрытия с использованием цветных цементов и заполнителей; нанести износостойкие слои с использованием стальной фибры в местах интенсивного механического воздействия; защитить конструкции от агрессивной среды.
В последние годы значительно возросло число поврежденных железобетонных конструкций от коррозии, вызванной различными причинами — химической агрессией, некачественным выполнением работ, ошибками в проектировании составов бетонной смеси, повреждениями от стихийных бедствий и механических воздействий. Применение торкретирования для ремонта и усиления поврежденных конструкций является наиболее эффективным, а часто и единственно возможным методом.
Для усиления можно использовать такие конструкции, как силосные банки зерновых элеваторов, стены бункеров для хранения угля и других сыпучих материалов, элементы каркасов зданий и сооружений (колонны, балки, плиты перекрытий, опоры и пролетные строения мостов, эстакад), здания, поврежденные землетрясением.
Примером ремонта железобетонных конструкций могут быть оболочки градирен электростанций, стены речных шлюзов, мосты, резервуары.
Для устройства покрытий различного типа рекомендуется применять безусадочный цемент или смесь обычного с расширяющимся цементом. Вид цемента выбирают исходя из требований, предъявляемых к обычному тяжелому бетону в зависимости от условий работы конструкции и внешней среды. Не рекомендуется применять низкомарочные цементы. При замоноличивании стыков сборных конструкций следует использовать расширяющийся и напрягающий цементы.
В качестве заполнителя для бетонирования несущих конструкций применяют пески с М = 2,1...2,7, для устройства покрытий с Мк = 1,5...2, имеющие непрерывную гранулометрию. Пески, не удовлетворяющие этим требованиям, необходимо обогащать: в мелкие добавлять отсев каменной мелочи фракции 3...10 мм в количестве до 40 % общей массы заполнителя. В крупные пески с М = = 2,8 необходимо к добавлять мелкие. Оптимальное содержание различных заполнителей необходимо уточнить опытным путем, учитывая результаты физико-механических испытаний бетона, измерения потерь материалов на отскок и возможности оборудования по их перекачиванию.
Метод торкретирования позволяет использовать всевозможные виды добавок: суперпластификаторы, латексы, противомороз- ные, минеральные, пигменты, ускорители схватывания и твердения и др. Эффективность их действия с конкретными видами цементов, выбор оптимального количества, совместимость действия различных добавок необходимо проверить лабораторным путем и на практике.
Подбор составов мелкозернистых бетонных смесей для торкретирования методом пневмобетон выполняется в соответствии с общими правилами. Необходимо учитывать следующие дополнения: подвижность смеси при загрузке в установку должна составлять 6...8 см осадки конуса СтройЦНЙЛа, подвижность смеси, прошедшей через сопло, будет соответственно составлять 2...3 см за счет уноса сжатым воздухом части воды затворения при распылении смеси в сопле; состав смеси необходимо откорректировать с учетом потерь материалов на отскок.
В последнее время в ЦНИИПИМонолит проводили опытно-экспериментальные исследования по проектированию составов мелкозернистых бетонных смесей с различными эффективными добавками и проверку их эффективности в производственных условиях.
Для обеспечения непрерывности работы по бетонированию конструкций, снижения потерь материалов на отскок была проверена эффективность введения добавки-ускорителя схватывания и твердения бетонной смеси. В качестве такой добавки был выбран спек алюмината и феррита натрия (2Na20-Al203 + + Fe203-Na20) — порошкообразный промежуточный продукт производства глинозема. Результаты исследований, показали, что введение 3 % этой добавки на 12 мин сокращает срок схватывания, конечная прочность в возрасте 28 сут при введении до 2,5 % добавки не снижается, суточная прочность в 2 раза выше, чем у контрольных образцов. Введение такой добавки потребовало разработки специального оборудования для равномерного дозирования и введения ее в сопло, расположенное на конце трубопровода.
Большую эффективность показало применение комплексной добавки, включающей микрокремнезем (Si02) и суперпластификатор С-3 в виде порошка, присутствуя постоянно в количестве 2 % массы цемента. Результаты прочностных испытаний образцов на сжатие приведены на рис. 2. Анализ графической зависимости показал, что введение 15 % микрокремнезема позволяет в 4...4,5 раза повысить прочность на сжатие; увеличение количества добавки микрокремнезема свыше 15 % не дает заметно повысить прочность; введение С-3 позволяет снизить В/Ц в смеси до 0,3 и резко сократить сроки схватывания.
Для повышения трещиностойкости, прочности на растяжение, износостойкости совместно с Макеевским инженерностроительным институтом была разработана технология мокрого торкретирования с применением стальной фибры диаметром 0,4 и длиной 25 мм с различным покрытием — латунированным и оцинкованным. В результате технологических экспериментов по удобоперекачиваемости смесей питателем установки пневмобетон и нанесению их на поверхности определено максимально возможное количество вводимой фибры (100 кг на 1 м3 бетонной смеси) и разработаны оптимальные составы смеси. Результаты испытаний образцов мелкозернистого бетона с добавкой фибры в диапазоне 30...60 кг/м3 показали небольшой (на 10 %) рост прочности на сжатие, в 2,5 раза рост прочности на растяжение при изгибе. Разработанная технология в настоящее время используется при усилении железобетонных конструкций объектов коксохимического производства в Донецкой обл.
На основе выполненных исследований ЦНИИПИМонолит разрабатывает проектно-технологическую документацию на строительство коттеджей методом мокрого торкретирования с трехслойными наружными стенами. Первый такой дом был построен в 1991 г. в Москве.
Бетон и железобетон, 1993