Ю. С. Волков, канд. техн. наук НИИЖБ, Сборный железобетон за рубежом
Для анализа эффективности применения железобетона в строительстве важным является вопрос о соотношении между сборными и монолитными конструкциями. Все развитые страны обладают более мягким климатом, чем Россия, поэтому доминирующее положение там занимает монолитный железобетон. Китай, по примеру бывшего СССР, начал было развивать сборный железобетон, но сейчас приоритетным направлением развития выбран все-таки монолитный железобетон; в то же время там имеются примеры весьма интересного применения и сборного железобетона. В США, Японии и других странах объем применения монолитного железобетона ощутимо доминирует над сборным. Сборный железобетон за рубежом применяется в основном для административных зданий, гостиниц, больниц, школ. В развитых странах в жилищном строительстве центр тяжести все сильнее переносится на индивидуальные жилые дома, строительство многоквартирных жилых домов из сборного железобетона сокращается. Так, в настоящее время в транспортном и дорожном строительстве в США применяется примерно 25 % общего объема железобетона, в промышленном и гражданском строительстве 30 %; а в много этажных жилых зданиях лишь 5—6 %. Остальные объемы приходятся на гидротехническое строительство и лишь небольшая доля (1—2 %) на сельскохозяйственное строительство. Производство сборного железобетона за ребужом, особенно в европейских странах, однако, растет.
Для европейских стран объем сборного железобетона в общем объеме применения сборных и монолитных конструкций составляет примерно 40 % (Франция, Италия), для США — 13 % (без бетонных блоков), для Японии — 16 %, России — 55 %. Интересно отметить, что предналряженные железобетонные конструкции в Японии занимают менее 1 % от общего объема, а преднапряженные конструкции из легкого бетона вообще не производятся.
В ФРГ в настоящее время около 30 % жилых домов и 50 % промышленных зданий возводятся из сборного железобетона.
В настоящее время удельный вес и объем производства предварительно напряженных конструкций в России ощутимо выше, чем в США, Японии и других странах, что несомненно следует признать как достижение отечественной стройиндустрии.
В России в общей структуре применения бетона и железобетона сборные конструкции составляют около 60 %. Преимущественное применение сборных конструкций в значительной степени определялось климатическими условиями страны и стремлением максимально механизировать производство. Характерно, что в скандинавских странах, прежде всего в Финляндии, доля сборного железобетона даже выше, чем в России. Соотношение объемов применения сборного и монолитного железобетона в России в перспективе будет несколько меняться в пользу последнего.
В странах СНГ в объеме сборного железобетона около 80 % составляют плоские и линейные элементы, в том числе: плиты перекрытий и покрытий, включая пустотные, — 35 %;
стеновые панели — 30 %; элементы каркаса — 10 %; элементы фундаметов — 9 %. Из легкобетонных конструкций, в свою очередь, 85 % от всего объема составляют наружные стены, покрытия и перекрытия.
Из предварительно напряженных конструкций более 70 % от общего объема составляют плиты покрытий и перекрытий, балки и ригели. Объем применения сборных преднапряжен- ных конструкций составляет более 20 % от общего объема сборного железобетона.
В США от общего объема предварительно напряженных железобетонных конструкций 25 % составляют плиты на пролет типа Т и 2Т. Пролет этих плит составляет обычно 18—24 м, однако выпускаются плиты пролетом 35 и даже 44 м.
Плиты на пролет широко производятся также в Великобритании, ФРГ, Венгрии, Польше и других странах.
По данным американской ассоциации производителей сборного железобетона, средние темпы роста сборного железобетона в США составляют примерно 1,5 %, ежегодно там производится примерно 20—25 млн. м3 сборного железобетона (без бетонных блоков), в Японии — 40 млн. м3, в России — 90 млн. м3. Продукция сборного железобетона в США измеряется не только в м3, а в зависимости от вида изделия в кв. метрах — плиты; стойки, сваи, балки в погонных метрах; трубы безнапорные в тоннах; напорные в погонных метрах; товарный бетон в куб. метрах. Один кубометр сборных железобетонных конструкций стоит там примерно 400—500 долларов.
Следует отметить, что на рынок сборного железобетона в США уверенно проникает финская корпорация Лохья, ее ежегодный оборот на сегодня превышает один миллиард долларов при числе работников более 7 тыс. человек. Корпорация приобрела уже несколько заводов по производству сборного железобетона в США, в основном на юго-востоке страны, с годовым выпуском 150 тыс. м3 сборного железобетона и годовым оборотом в США порядка 100 млн. долларов.
За рубежом из сборного железобетона выполняются здания различного назначения в виде панельных или каркасных решений. В основном сборные каркасные железобетонные здания различного назначения применяются в многоэтажном и высотном строительстве. Применяются достаточно широко несколько десятков систем сочетания основных элементов каркаса, отличающиеся высотой и формой поперечного сечения колонн, конструкций узлов примыкания, наличием или отсутствием ригелей или предварительного напряжения арматуры уже в готовом здании, размещением этой арматуры и т. д.
Конструктивная система зданий . с натяжением арматуры в каркасе в процессе возведения была разработана в свое время в Югославии и вскоре стала широко известной под названием ИМС.
В СНГ аналогичная система внедряется с начала 80-х годов на основе разработок ТбилЗНИИЭПа, НИИЖБа, Союзкурортстроя, Союзкурортпроекта и др., когда арматура натягивается только в уровне перекрытий. К настоящему времени возведено более десятка 16-этажных жилых домов, производственные здания и др.
В перспективе эта система может получить существенное развитие.
Россия, как уже отмечалось, намного превосходит другие страны по объему применения сборного железобетона, российская промышленность сборного железобетона на сегодняшний день является наиболее мощной в мире.
Ориентации на преимущественное применение сборного железобетона в свое время была определена директивно, и в сводках ЦСУ производство сборного железобетона длительное время фигурировало отдельной строкой, без упоминания монолитного бетона и железобетона, т. е. в государственных планах он рассматривался как приоритетный материал.
В настоящее время Россия отстает от развитых стран по этажности возведенных железобетонных зданий со сборным и монолитным каркасом, но превосходит зарубежную практику по этажности крупнопанельных зданий.
Средняя этажность зданий, сооружаемых за рубежом с использованием унифицированных сборных каркасов систем, составляет от 8 до 16 этажей, но есть системы и для 25—30-этажных зданий. По сравнению со стальным каркасом, расход стали в железобетонном варианте ниже почти в два раза, на 20 % меньше и стоимость строительства.
В зарубежной практике прочность бетона, применяемого для изготовления элементов сборного железобетона, весьма высока. Многопустотные плиты перекрытий изготавливаются из бетона прочностью 30 МПа и выше, а бетона плит с предварительно напряженной арматурой, изготавливаемых на длинных стендах методом безопалу- бочного формования, 45-55 МПа.
Строительные конструкции из железобетона, применяемые в России, как правило, изготавливаются из бетона более низкой прочности, чем аналогичные конструкции за рубежом, где высокая прочность рассматривается, не в последнюю очередь, как важный фактор долговечности бетона.
В то же время расход цемента на единицу объема бетона за рубежом ниже, чем в России, примерно на 10—15 %, благодаря большей доли производства не армированных изделий, широкому применению химических добавок-модификаторов, высокому качеству заполнителей, тщательному их подбору по гранулометрическому составу. Одной из причин повышенного расхода цемента в России является применение заполнителей, не отвечающих требованиям стандартов, невысокой технологической культуре подбора составов на заводах и полигонах, потери цемента при хранении и транспортировке.
На единицу объема бетона и железобетона в США арматуры там применяется меньше примерно на одну треть, чем в России. Это объясняется, прежде всего, значительным объемом производства в США не армированных бетонных блоков (более 70 млн. м3, к 1996 г. планируется рост до 95 млн. м3).
Увеличение производства не- армированных бетонных блоков является простым и эффективным путем совершенствования структуры применяемых бетонных и железобетонных конструкций, что, в свою очередь, снижает средний показатель металлоемкости железобетона.
Помимо гражданского строительства, сборный железобетон находит широкое применение в инженерных сооружениях. Одной из таких областей является водохозяйственное строительство, где широкое применение находят железобетонные трубы. Во всех странах наблюдается отчетливая тенденция замены стальных труб на железобетонные. В США, например, только 50 % всех применяемых труб изготавливается из стали. Из бетона и железобетона там изготавливается 4—5 млн. м3 труб, или почти 20 тыс. км, причем значительная часть из них напорные. (В то же время следует отметить, что почти 30 % железобетонных труб в США осуществляются монолитными).
В Японии производство труб составляет около 2,8 млн. м3, из них 1,2 млн. м3 — центрифугированные. Объем производства элементов смотровых люков и канализационных лотков 3 млн. м3.
В странах СНГ в 1990 г. производилось 1,8 млн. м3 труб. Производство напорных труб составило 0,7 млн. м3. Хотя в последнее время ощутимо ухудшилась ситуация с производством безнапорных труб, т. е. почти прекратилось изготовление серийного оборудования для них, в этой области имеется много перспективных разработок. Так, применение ВНВ для изготовления труб позволяет экономить 40—50 % клинкерного цемента. Весьма эффективно применение напрягающего цемента. Имеются разработки по облицовке внутренней поверхности труб полиэтиленом, что существенно повышает долговечность труб, предназначенных для транспортировки агрессивных жидкостей. Разработанная технология спирально-перекрестного армирования напорных труб может конкурировать с лучшими зарубежными аналогами. Применение такого армирования позволяет до 20 % снизить трудозатраты и до 15 % расход стали в трубах. При изготовлении напорных труб диаметром 300—600 мм радиальным прессованием может быть сэкономлено в среднем 10—15 % арматуры и повышена производительность труда в 2,0—2,5 раза.
За рубежом из крупных проектов следует отметить строительство в Ливии двух ниток водоводов для снабжения водой северных районов страны.
Контракт стоимостью 3,3 млрд. долларов был подписан в 1983 г., строительство началось в 1987 г. Генподрядчиком выступает южно-корейская компания Донг А, субподрядчиками и консультантами — несколько американских компаний, в том числе Прайс Бразерс. Вода подается из 270 скважин, пробуренных на юге Ливии в пустыне Сахара, и транспортируется по водоводам на север страны к побережью Средиземного моря; объем подачи воды 6 млн. литров в сутки. Две нитки водовода имеют суммарную протяженность 1800 км. Трубы диаметром 4 м и длиной 7 м изготавливаются на двух заводах и развозятся вдоль трассы. На укладке труб задействованы гусеничные краны грузоподъемностью до 400 т, вилочные погрузчики до 80 т и другая высокопроизводительная техника. Всего должно быть уложено 250 тыс. труб, каждая массой 73 т.
Железобетонные сваи нашли во всем мире самое широкое применение. С применением предварительного напряжения арматуры значительно увеличилась длина свай. Имеются рекордные длины железобетонных свай (более 80 м), установленные в основание мостовых опор. Обычно соотношение между длиной и поперечным размером сечения сваи составляет 60—75. Однако в последнее время появились сваи поперечным сечением 25 см и длиной 20 м (отношение длины к сут размеру поперечного сечения 80). В России сваи длиной 20 м имеют сечение не ниже чем 35 х 35 см.
Форма железобетонных свай довольно разнообразна; так, в голландской практике примерно 40 % свай имеют уширенную пяту, поперечное сечение которой имеет в 1,5—2,5 большую площадь, чем сваи.
В Голландии примерно 70 % всех зданий имеют свайные основания.
В Японии более 100 компаний занимаются производством свай, в 1985 г. было произведено более 2 млн. м3 свай. Сваи в Японии производятся как центрифугированием с автоклавной обработкой, так и по обычной стендовой технологии. По требованию заказчика производятся сваи с битумным покрытием боковой поверхности.
Центрифугированные пустотные сваи имеют диаметр от 30 до 100 см при толщине стенки от 6 до 13 см. Длина свай обычно составляет от- 6,6 до 15 м. Для отдельных проектов применялись сваи длиной до 60 м. Преднапряжение в Японии применяется лишь в сваях длиной более 8,5 м. Обычные сваи изготавливаются из бетона класса В45, преднапряженные — В52,5 и выше.
Сборные элементы для облицовки стен были использованы при строительстве тоннеля под проливом Ла-Манш. Во французском городе Сангатт был построен специальный завод. При круглосуточной работе один блок массой 8 т выпускается каждые 2,5 минуты. Суточная производительность завода составляет 500 блоков (500 тыс. м3 в год). Завод полностью автоматизирован и обслуживается персоналом в 450 человек. На заводе имеются 4 линии, каждая оборудована 44 формами, движущимися по замкнутой петле через компьютеризированные посты подготовки форм, бетонирования, уплотнения смеси, тепловой обработки (электрообогрев) и съема готовых изделий. Арматурный цех перерабатывает 50 т арматуры ежедневно силами 40 рабочих. Расчетное давление, при котором обеспечивается непроницаемость бетона блоков, 10 бар. Допуск линейных размеров блоков облицовки тоннелей 0,5 мм. Проверка геометрических размеров осуществляется на специальном посту, оборудованном автоматическими измерительными устройствами. Из выпущенных 195 тыс. блоков было забраковано 600, или 0,003 %. Склад завода рассчитан на размещение 30 тыс. блоков. Монтаж блоков осуществляется специальным краном со скоростью 1,5 м готового тоннеля каждые 13 минут и лимитируется лишь скоростью проходки, которая также исключительно высока — до 270 м в месяц (на московском метро примерно в 10 раз ниже). Тоннель расположен под дном пролива на глубине 75 м, или 130 м от поверхности воды. Общая стоимостью работ превышает 16 млрд. долларов.
Таким образом, можно уверенно утверждать, что в зарубежном строительстве расширяется использование сборных железобетонных конструкций и систем различных модификаций. Это относится, в первую очередь, к массовому строительству зданий, которые раньше обычно возводились из монолитного преднапряженного железобетона.
Немаловажным фактором увеличения интереса к сборному железобетону является возможность автоматизации заводского производства и повышение качества продукции.
Бетон и железобетон, 1993 №11