КГАСУ Высокопрочный песчаный бетон

Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра технологии строительных материалов изделий и конструкций
Высокопрочный песчаный бетон
доц. , к.т.н. Морозов Н.М.
ген. директор, ООО «КамгэсРБЗ» Мугинов Х.Г.
Научный руководитель : проф., д.т.н. Хозин В.Г.
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
В мировой практике в основном востребован бетон классов С40-С60.
High Performance Concrete (HPC) – бетон с высокими эксплуатационными
и технологическими свойствами.
Тайбэй 101, Тайвань
(R = 70 МПа)
Maintower, Frankfurt
(R = 80-100 МПа)
Виадук Мийо, Франция
(R = 80 МПа)
Commerzbank Tower,
Frankfurt (R = 80 МПа)
Бурдж-Хали́фа, ОАЭ
(R = 60-90 МПа)
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Применение высокопрочных бетонов предлагает следующие преимущества:
- сокращение расхода бетона и арматуры и, соответственно, транспортировочной и
монтажной массы;
- более высокая начальная прочность, ранняя распалубка и предварительное
обжатие, что обеспечивает возможность более ранней эксплуатации элемента;
- уменьшение строительной толщины или увеличение несущей способности конструкций, работающих на изгиб;
- более высокая плотность, водо- и газонепроницаемость за счет низкого содержания капиллярных пор;
- более высокая износостойкость;
- повышенная коррозионная защита арматуры за счет медленного распространения
карбонизации;
- повышенная стойкость к химически активным веществам;
- создание более «изящных» контуров при увеличении длины пролетов
конструкций, работающих на изгиб (большепролетные мосты); - уменьшение
габаритов опалубки для колонн, балок и стеновых элементов.
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Пути повышения прочности
песчаного бетона
Применение
эффективных
способов
уплотнения
Применение
химических
добавок
Применение
минеральных
наполнителей
Применение
дисперсного
армирования
Улучшение
зернового
состава песка
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Способы уплотнения песчаных
бетонов
формование из особо жестких смесей методами интенсивного
уплотнения (вибропрессование, роликовое формования и др.)
формование из малоподвижных смесей на стандартных
виброплощадках
Формование из подвижных и литых смесей, включая
самоуплотняющиеся
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Улучшение зернового состава заполнителей
Свойства фракционированных песков
№, Содержание фракций,
сос%
тава
51,25 – 0,315 1,25 0,315
0,14
насыпная
виброупл
отнение
насыпная
1605
1775
39,4
33
2,75
2
3
4
5
6
7
8
Песок Камского
местор.
36
44
20
100
100
100
80
20
70
20
10
60
40
60
30
10
Удельная
поверхность по
формуле
Ладинского,
см2/г
23,1
1555
1482
1430
1630
1660
1650
1662
1657
1650
1610
1785
1830
1820
1835
41,5
44,1
46
38,5
37,3
37,7
37,3
37,5
37,7
39,2
32,6
30,9
31,3
30,8
4,8
2,13
1
4,07
3,72
3,69
3,4
4,8
24,6
52,8
8,72
13,53
12,7
15,51
9
60
20
20
1680
1860
36,6
29,8
3,35
18,33
10
11
12
13
14
60
60
50
40
40
10
30
40
20
30
40
20
20
40
1700
1685
1660
1642
1647
1870
1860
1842
1820
1830
35,8
36,4
37,3
38
37,8
29,4
29,8
30,5
31,3
30,9
3,17
3,14
3,13
2,88
2,65
21,15
23,97
20,32
22,3
27,94
1
Плотность, кг/м3
Пустотность, %
Модуль
крупвиброупл ности,
Мк
отнение
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Снижение пористости
цементного камня
Связывание
портландита в
гидросиликаты кальция
Наполнители
Доступность сырья
Снижение
водоотделения
подвижных смесей
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Использование минеральных наполнителей
а)
450
Кол-во СаО погл. 1 г доб., мг
400
350
300
250
200
б)
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
30
Время, сут
Песок (100)
Песок (600)
МК-85
Перлит
СФШ
Активность минеральных добавок по отношении к СаО
Микрофотографии скола
цементного камня: а) без
наполн.; б) с наполнителем
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Суперпластификаторы
Высокий
водоредуцирующий
эффект
Низкое
воздухововлечение
Оптимальная
цена
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Комплексное использование мер по повышению прочности
Состав и свойства песчаных бетонов из жестких смесей
№ п/п Ц:П
1
2
3
1:2,
5
1:3
4
5
1:4
6
7
8
1:5
Вид
песка
обычный
фракц.
обычный
фракц.
обычный
фракц.
обычный
фракц.
Расход материалов на
Класс
песчаного бетона, кг
бетона
цепесок вода наполн
на
мент
итель
сжатие
+ С-3
630
1575 157,5
В55
Класс
бетона
при
изгибе
Марка
по
морозостойкос
ти
Вtb5,2
F300
630
530
1575
1590
138,6
159
68,04
-
В65
Вtb7,2
F400
В45
Вtb4,8
F200
530
430
1590
1720
148,4
129
57,24
-
В60
Вtb6,8
F400
В30
Вtb3,6
F200
430
350
1720
1750
124,7
122,5
46,44
-
В45
Вtb5,2
F300
В22,5
Вtb2,8
F100
350
1750
115,5
37,8
В30
Вtb4,0
F200
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Свойства песчаных бетонов из подвижных смесей
№
1
2
3
4
5
Расход материалов, кг/м3
Рас- Воздухо
це- песок
добавка
вода плыв
вовлемент
конуса, чение,
мм
%
500 1500
232
240
4,2
500 1500
Melflux
167
245
3,6
3,75
600 1450
Melflux
153
250
3,9
4,5
600 1450
С-3
191
240
4,7
4,5
600 1450
С-3
181
235
6,1
6
Плотность
смеси,
кг/м
2320
2380
Прочность
бетона
МПа
52,2
94,1
2410
113,6
2350
89,3
2320
92,0
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Высокопрочные песчаные бетоны
Расход материалов, кг
№
п/п
1
2
3
В/Ц
цемент песок МК
вода
добавка
Прочность песчаного
бетона на сжатие, МПа
(изгиб/сжатие) в возрасте
1 суток
28 суток
550
1550
55
191
С-3,
4,5
0,35
6,5 / 42,9
9,0 / 91,3
550
1550 55
172
Меlflux,
2,75
0,32
6,1 / 45,6
10,1/ 111,8
500
1600 50
161
Меlflux,
2,75
0,32
5,8 / 40,8
9,2 / 96,7
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Обычная технология изготовления бетона
Крупный заполнитель
Дозирование
Песок
Дозирование
Цемент
Дозирование
Вода
Дозирование
Хим добавки
Приготовление
Смешение
Дозирование
Технология изготовления высокопрочного песчаного бетона
Песок
Фракционирование
Дозирование
Цемент
Дозирование
Наполнители
Дозирование
Вода
Дозирование
Хим добавки
Приготовление
Дозирование
Смешение
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Технология высокопрочного песчаного бетона на ЦНВ
Песок
Фракционирование
Дозирование
ЦНВ
Дозирование
Вода
Дозирование
Преимущества:
- сокращение технологических переделов
- точное дозирование наполнителей и химических добавок
- постоянство состава
Смешение
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Сравнение свойств высокопрочного песчаного бетона с аналогами
Состав бетона
Обычный
бетон
Состав
НИИЖБ
ВПБ на
ЦНВ
Песчаный
бетон на ЦНВ
Цемент ПЦ 500Д0
кг/м3
350
400
-
-
ЦНВ100
кг/м3
-
-
400
450
Песок Мк=2,6
кг/м3
720
700
700
1650
Щебень, 5-20 мм
кг/м3
1150
1100
1100
-
Микрокремнезем
кг/м3
-
60
-
-
Пластификатор
кг/м3
1,75
3
-
-
Вода
л/м3
214
204
140
185
Подвижность (ОК)
см
16
16
18
16
Прочность: - 7 суток
- 28 суток
МПа
14,0
45,2
74,4
104,5
77,0
102,1
68,0
95,0
W6
W12
W14
W12
Водонепроницаемость
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Экономическая эффективность
высокопрочного песчаного бетона
Преимущество конструкций с
использованием ВПБ
Обычный
бетон
ВПБ с
уменьшением
армирования
конструкции
ВПБ с
уменьшением
размеров
конструкции
Сравнительная стоимость
бетона
Класс по
прочности
Стоимость
м3, %
Стоимость
каждого МПа
прочности, %
В25
85
120
В45
100
100
В65
120
85
В85
145
78
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
В настоящее время ведется работа, совместно с ОАО «Камгэсэнергострой», по
внедрению высокопрочного песчаного бетона. Выполнен перерасчет несущей
системы 13-ти этажного жилого дома 9-27 с целью определения экономической
эффективности замены класса бетона В30 и В40 соответственно на В60 и В70 в
колоннах и ригелях.
Итоговые расчетные данные по проекту 13-ти этажного жилого дома
Проектное решение
ИТОГО:
Уменьшение по
сравнению
с проектным
решением,
кг
Бетон
класса
Расход
бетона
на
каркас,
м3
Расход
стали
на
каркас,
кг
В40
В30
25.76
220.2
-
-
По результатам расчета
сечение 300х300
сечение 400х400
Бетон
класса
Расход
бетона
на
каркас,
м3
Расход
стали
на
каркас,
кг
67955
В70
В60
14.54
124.5
60522
-
В70
11.22
Бетон
класса
Расход
бетона
на
каркас,
м3
Расход
стали
на
каркас,
кг
В70
В60
25.76
220.2
34997
В70
0
7432
-
-
-
В60
95.79
32958
В60
0
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Ориентировочный расчет стоимости каркаса по материалам
Вид решения
Класс Расход
бетона бетона
на
каркас,
м3
Проектное
решение
В40
В30
25,76
220,2
Расчетное
В70
решение с
В60
сечением 300х300
14,54
124,5
Расчетное
В70
решение с
В60
сечением 400х400
25,76
220,2
Расход
стали на
каркас,
т
Цена 1
м3
бетона,
тыс. руб.
Цена 1 т
арматуры
, тыс.
руб.
Расчетная
стоимость
каркаса по
материала
м, тыс. руб
Снижение стоимости
каркаса,
тыс. руб
4,386
3,995
28
2895,48
-
60,522
5,6
5,1
28
2411
484,48
34,997
5,6
5,1
28
2247,2
648,28
67,955
Переход на высокопрочный песчаный бетон при строительстве железобетонного каркаса здания, в
случае уменьшения размера сечения колонн до 300х300 мм, позволяет уменьшить стоимость каркаса на
17%. Если сечение колонн здания оставить прежним (400х400 мм), то снижение стоимости (снижается
расход арматуры) железобетонного каркаса составило 22%.
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Преимущества цементобетонных покрытий
дорог из высокопрочного песчаного бетона
- более высокая прочность,
- высокая морозостойкость бетона,
- более длительный срок службы,
- стабильность коэффициента сцепления покрытия
- отсутствие колееобразования
-повышенная безопасность
- независимость свойств от температуры окружающей среды
- увеличение прочности во времени
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Защита интеллектуальной собственности
Поданы заявки на патент «Мелкозернистый
бетон» № 2011137887 и №2011137889
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Этапы реализации проекта
1) Разработка проекта модернизации предприятия с целью
осуществления фракционирования песка и подачи наполнителей на БСУ
для получения высокопрочного песчаного бетона.
2) Разработка стандарта предприятия или региональных нормативов
для расчета и изготовления конструкций из высокопрочного бетона, а
также технологического регламента изготовления высокопрочного
песчаного бетона.
3) Заказ и монтаж необходимого для модернизации оборудования
4) Выпуск опытной партии высокопрочного бетона и исследование
его характеристик
5) Сертификация высокопрочного бетона
КГАСУ
Высокопрочный песчаный бетон
Возможные риски
- Менталитет строительных организаций, привыкших к
обычному бетону;
- Недостаточная нормативно-техническая база на ВПБ.
Меры минимизации рисков
- проведение семинаров с освещением зарубежного опыта;
- организации курсов повышения квалификации для технологов и
начальников лабораторий ;
- сертификация продукции;
- разработка региональных технических рекомендаций на производство
ВПБ.