Смотрите также



История развития и применения легких бетонов - История развития и применения легких бетонов - Часть 4

 

Сборные конструкции и изделия промышленных зданий, в которых первоначально использовался обычный железобетон, частично также изготовляют из легкого железобетона. Вытеснение обычного бетона легким происходит и в предварительно напряженных конструкциях: в многопустотных панелях перекрытий, а также частично и в плитах покрытий, балках, прогонах и т. д. Из легких бетонов изготовляются элементы крупнопанельных зданий. Наружные стеновые панели делаются однослойными на основе заполнителей из кармрашенского вулканического шлака. В опытном порядке применяют однослойные наружные стеновые панели на основе щебня из кармрашенского вулканического шлака и песка из вспученного перлита. Легкие бетоны на природных заполнителях, в зависимости от их вида, изготовляют марок от 35 до 400, что позволяет эти бетоны применять в самых различных конструкциях. В наиболее массовых изделиях к многопустотных панелях перекрытий из легкого железобетона с обычной и напрягаемой арматурой, изготовляемых в Армянской CCP в объеме около 2 млн. м2 ежегодно, используют легкий бетон марок 150 и 200 в зависимости от марки стали.

В АИСМ разработаны различные методы приготовления легкобетонных смесей в бетономешалках, транспортирования смесей бетононасосами, изготовления, укладки и уплотнения при помощи торкрет- и шприц-аппаратов, уплотнения вибрированием, вакуумная обработка поверхностей свежеотформованного бетона и т. д. В частности, торкретная укладка легкобетонных смесей нашла применение как в гидротехническом строительстве, так и при изготовлении сборных тонкостенных ребристых армоцемеитных панелей, из которых собран купол пролетом 46,4х46,4 м над павильоном ВДНХ в Армении.

В последующие годы в легком бетоне и железобетоне помимо природных пористых заполнителей из месторождений Армении начинают использовать также природные пористые заполнители из месторождений других районов. Среди них заполнители вулканического происхождения (камчатские вулканические шлаки и др.) и осадочного - спонголиты, пористые известняки, известняки-ракушечники и опоки.

В 1946-951 гг. в центральных научно исследовательских организациях начали проводиться систематические исследования в области крупнопанельного жилищного строительства. В 1964-1965 гг, коллективом НИИ строительной техники и содружестве с производственниками на опытном полигоне было впервые освоено производство панелей стен, перегородок, перекрытий и санитарно-технических кабин из шлакобетона на каширских шлаках. Наружные стены выполнены из шлакобетона марки 50 объемным весом 1260 кг/м3.

Одновременно с изысканием новых конструктивных решений большие работы развернулись по усовершенствованию производства искусственных пористых заполнителей высокого качества. В 1947 г. в НИИ строительной физики были начаты исследовательские работы по созданию более совершенной технологии керамзита. Позднее в эту работу включились ЦНИПС, РосНИИМС, Волгоградгидрострой и др. В различных районах страны были начаты также опыты по получению шлаковой пемзы (термозита) из огненно-жидких металлургических шлаков.

Бетон и железобетон на пористых заполнителях могли получить массовое применение только при условии организации мощной промышленности различных видов природных и искусственных пористых заполнителей. Уже к 1958 г. производство пористых заполнителей заметно увеличилось. Наибольшее применение а стране имели пористые заполнители из доменных и топливных шлаков, шлаковая пемза и аглопориты. На основе шлаков в 1957 г. было изготовлено 1100 тыс. м3 крупных блоков и панелей. В разных регионах Советского Союза действовали установки по производству шлаковой пемзы (термозита): центробежная в Запорожье, пропеллерная в Жданове, опытная вибролотковая в Нижнем Тагиле, опытная двухвалковая в Верхнем Синячихине и др., общей мощностью 200-00 тыс. м3 в год. В эксплуатации, находились экспериментально-производственная линия по агломерации шлаков на Электростальстрое и две экспериментальные линии по спеканию зол и угленосных шахтных пород в Караганде, общей мощностью около 60 тыс. м3 в год. Керамзит производился на установках в Волжском. Бескудникове, Лианозове, Бабушкине, Куйбышеве, Ташкенте, Киеве, Ленинграде, Алма-Ате, Краскове, Минске, Усть-Каменогорске, Ухте и других местах. Было увеличено производство природных пористых заполнителей в Армянской CCP, причем вывоз их в другие республики к тому времени составлял около 300 тыс. м3 в год.

Помимо увеличения объемов применения бетона и железобетона на пористых заполнителях на новом этапе произошли изменения и в видах используемых пористых заполнителей и в областях использования бетона и железобетона на их основе.

Наибольшее развитие получило производство и применение керамзитовых заполнителей.

Новые виды легких бетонов, в том числе перлитобетоны, аглопоритобетоны и др., позволили разработать эффективные крупнопанельные ограждающие конструкции: однослойные панели наружных стен из этих бетонов, а также слоистые стеновые панели с несущим слоем из тяжелого бетона и теплоизоляционным слоем из крупнопористого легкого бетона, многопустотные и сплошные панели междуэтажных перекрытий, панели несущих перегородок и т. п.

В 1957-1961 гг. архитектурной мастерской им. В. А. Веснина и Центровоенпроектом совместно с институтами АСиА СССР разработаны проекты опытных и серийных крупнопанельных многоэтажных жилых домов с использованием легких бетонов. В результате применения легких бетонов оказалось возможным значительно снизить расход материалов и вес крупнопанельных зданий.

В 1966 г, в г, Волжском, на базе вступившего в строй завода с выпуском 110 тыс. м3 керамзита в год, началось массовое строительство крупноблочных и крупнопанельных зданий, Применение керамзитожелезобетона в конструкциях жилых зданий в г. Волжском позволило снизить их вес по сравнению с кирпичными домами на 40%.

В Москве применение керамзитожелезобетонных панелей в жилищном строительстве началось в 1957 г. и уже в 1958 г. их было изготовлено 19 тыс. м3, а в 1961 г. выпуск достиг 260 тыс. м3. На комбинате ЖБИ № 355 освоили выпуск наружных стеновых панелей толщиной 28 см из керамзитобетона марки 50, объемным весом 900-000 кг/м3 и цокольные панели - из керамзитобетона марки 75, объемным весом 1200 кг/м3. На этом комбинате с участием института Стройфизики в 1959 г. были изготовлены детали для опытного крупнопанельного жилого дома с наружными керамзитобетонными стенами толщиной 26 см.

Панели длиной 6 и 12 м из керамзитожелезобетона начали применять также в промышленном строительстве. HИИЖБ разработаны и внедрены в практику двухслойные керамзитожелезобетонные панели совмещенных чердачных перекрытий и крыш с обычным и напрягаемым армированием. Из керамзитожелезобетона с использованием бетона марки 200 помимо панелей изготовляются также прогоны, колонны и другие элементы.

На основе работ МАДИ в творческом содружестве с Волгоградгидростроем, Минтрансстроем, Министерством автомобильного транспорта и шоссейных дорог и Союздорнии начиная с 1958 г. керамзитожелезобетон получил внедрение в мостостроении. Первый керамзитожелезобетонный мост, состоящий из двух пролетов по 7,5 м из балок таврового сечения, был сдан в эксплуатацию в Московской области в 1958 г. Керамзитожелезобетон имел прочность 282 кгс/см2 и объемный вес в высушенном состоянии 1670 кг/м3. В 1958 г. мостопоездом № 426 Минтрансстроя при участии Тбилисского политехнического института и МАДИ были изготовлены и установлены в перекрытия платформы метромоста и Москве и Лужниках и пешеходного пути на консолях, керамзитожелезобетонные плиты и балки под автомобильную дорогу из керамзитобетона марки 200 объемным весом 1650 кг/м3. Использование керамзитожелезобетона позволило снизить вес пролетного строения моста примерно на 17 тыс. т.

В результате работ, проведенных в МАДИ и Союздорнии, к 1962 г. построено 12 керамзитожелезобетонных мостов и три опытных участка автомобильных дорог. В числе их следует отметить построенный Волгоградгидростроем с участием МАДИ в 1961 г. первый в Европе пятипролетный мост длиной 102 м через реку Ахтубу с расчетными пролетами 15,2+3х21,9+15,2 м из преднапряженного керамзитожелезобетона. Был принят керамзитобетон марок 300-400 объемным весом 1725-1810 кг/м3. По сравнению с вариантом моста из тяжелого бетона общий вес пролетных строений уменьшился на 27%, расход арматуры сократился на 18% и стоимость оказалась на 11% меньше.

Первый участок автомобильной дороги с покрытием из керамзитострунобетонных плит построен в 1956 г. Эксплуатация участка показала лучшую работу преднапряженных керамзитожелезобетонных плит на упругом основании по сравнению с плитами из обычного бетона. На основании этих работ в 1958 г. построены два участка длиной 200 м из керамзитожелезобетонных плит.

В 1959 г. при постройке автодорожного керамзитожелезобетонного моста на Рязанском шоссе из керамзитожелезобетона были изготовлены также сваи.

В 1957 г. ГИИВТ совместно с Городецкой верфью построено экспериментальное керамзитожелезобетонное судно. В 1959 г. ГИИВТ совместно с Сокольской судоверфью построено еще два экспериментальных судна-дебаркадера длиной 20 м: одно из легкого бетона на керамзитовом заполнителе и другое из легкого бетона на литоидной пемзе месторождений Армении.

Бетон и железобетон на аглопоритовом заполнителе используются в различных областях строительства. В Белоруссии производство аглопорита организовано в Минске и Гомеле. В 1961 г. на Минском ДСК-1 начато производство преднапряженных многопустотных панелей из аглопоритожелезобетона. Объем производства с 40,5 м3 в 1961 г. возрос до 93 тыс. м3 в 1963 г. Еще раньше, в 1958 г. на основе работ Белорусского политехнического института Гушосдор построил из аглопоритожелезобетона трехпролетный мост длиной 24 м. Аглопоритобетон имел прочность на сжатие 185- 230 кгс/см2 и объемный вес 1700-1750 кг/м3.

В 1959 г. был построен металлический автодорожный мост с пролетной частью из аглопоритобетона марки 200. В результате расчетная нагрузка уменьшилась на 13%, экономия металла составила 10-2%, экономия денежных средств - 9,2 тыс. руб. В 1962 г. построены два путепровода общей длиной 90 м, пролетные строения и опоры которых выполнены из аглопоритобетона марки 250. Бетон и железобетон на пористых заполнителях из шлаковой пемзы получили применение в Украине. В г. Запорожье объем крупноблочных зданий с 1957 по 1962 г. составил 143756 м3 и объем крупнопанельных зданий с 1960 по 1962 г. - 102187 м3. В 1962 г. в эксплуатации находилась одна установка шлаковой пемзы на заводе "Запорожсталь» и в стадии окончания строительства на заводе «Азовсталь» и на Криворожском металлургическом заводе.

Благодаря работам Теплопроекта, НИИСМИ УССР, РосНИИМС, НИИСФ, ЦНИИЭП жилища, ВНИИНСМ, АИСМ и других научно-исследовательских институтов, выполненным в содружестве с производственными организациями, с 1957 г. началось производство и применение вспученного перлита и других вулканических водосодержащих стекол, а несколько позже и вспученного вермикулита. Начиная с 1958 г. на строительстве Иркутского алюминиевого завода с применением перлитожелезобетонных панелей были возведены стены ряда промышленных объектов из перлитобетона марки 75, объемным весом 1000 кг/м3, при толщине панели 15 см. За 1961-1962 гг. в Шелехове Иркутской обл. построено пять 48-квартирных крупнопанельных жилых домов серии I-464C со стенами из однослойных панелей из перлитобетона марки 50, объемным весом 800 кг/м3. Перлитобетон и вспученный перлит используются также для устройства плоских кровель промышленных и жилых зданий и высокоэффективной изоляции различного назначения.

В 1958 г. на основе работ НИИСМИ АСиА было организовано производство и применение вспученного перлита в Киеве, Калуше, Роздоле, Чернигове, Днепропетровске, Одессе, Черкассах, Херсоне, Белой Церкви и др. С 1959 по 1961 г. вспученный перлит в Украине применялся как в виде теплоизоляционной засыпки, так и для производства крупных перлитобетонных, керамзитоперлитобетонных панелей, керамоперлитовых, силикатоперлитовых и гипсоперлитовых изделий, а также в виде монолитного перлитобетона.

Вспученный вермикулит помимо использования в промышленной теплоизоляции получил применение также в крупнопанельном строительстве. На основе работ Уральского филиала АСиА на Челябинском заводе крупнопанельного домостроения изготовляются трехслойные стеновые панели толщиной 30 см, утепленные вермикулитобетоном. В 1961-1962 гг. выпущены такие панели для 32 пятиэтажных домов серий I-464 и I-464A.

Характерным для развития применения бетона и железобетона на искусственных пористых заполнителях после 1954-1955 гг. является резкое увеличение объемов их применения в тех областях, где первостепенное значение имеют теплоизоляционные свойства легких бетонов при относительно невысокой их прочности. Производство искусственных пористых заполнителей также было ориентировано на выпуск продукции, пригодной в первую очередь для легких бетонов таких видов. Задача производства гравийной фракции искусственных пористых заполнителей для изготовления возможно более легких бетонов получила сравнительно удовлетворительное решение, но с производством песка возникли серьезные затруднения. Пески, как из керамзита, так и из аглопорита, шлаковой пемзы (термозита) и др. имеют сравнительно большой объемный вес. Количество песка в легких бетонах составляет обычно 35-40% по объему от смеси заполнителей, т. е. 500-600 л на 1 м3 бетона, и поэтому объемный вес его заметно отражается на объемном весе легкого бетона.

Кроме того, при производстве керамзита выход песка получается не более 5-8%. Поэтому на ряде заводов легкий песок изготовляют дроблением керамзитового гравия на валковых дробилках, получая при этом из 1 м3 гравия 0,5-0,65 м3 песка объемным весом в 1,5-2 раза выше, чем у исходного керамзита.

Затруднение с искусственными легкими песками привело к разработке и применению так называемых гибридных видов легких бетонов, в которых в качестве крупного и мелкого составляющего используются разные виды заполнителей: керамзитовый гравий и кварцевый песок; керамзитовый гравий и гранулированный шлаковый песок; керамзитовый гравий и песок из вулканических шлаков (непродолжительный опыт крупноблочных заводов Москвы); керамзитовый гравий и перлитовый песок (опыт Киева и других городов) и т. д. В течение некоторого времени применялись также легкие бетоны на керамзитовом гравии, в которых необходимое количество песчаных фракций образуется непосредственно при приготовлении бетонной смеси в бетономешалках, снабженных устройством типа «заячье колесо», путем обкатки и перетирания крупных зерен керамзита.

Позднее были разработаны и применялись легкие бетоны на заполнителях с поризованным цементным камнем, в которых используются крупные фракции пористых заполнителей и поризованные при помощи технической пены вяжущие вещества, или легкие бетоны на искусственных пористых заполнителях при ограниченном содержании мелких фракций с введением в их состав воздухововлекающих и пенообразующих добавок. Все эти виды легких бетонов получили внедрение в практику при изготовлении наружных однослойных стеновых панелей и крупных блоков жилых, общественных и производственных зданий. В 1965 г. выпуск легкого бетона, поризованного пеной, газом и воздухововлекающими добавками, составил примерно 150-200 тыс. м3, а в 1968 г. - уже 1,5 млн. м3.

Помимо легких бетонов на пористых заполнителях неорганического происхождения, в последнее время получает применение также легкий бетон на заполнителях органического происхождения, названный арболитом. Впервые арболит был внедрен в 1963 г. Главгазом СССР при возведении ряда опытных зданий. В 1965 г. на базе древесного заполнителя и сечки камыша в СССР было изготовлено около 100 тыс. м3 арболитовых крупноразмерных изделий, использованных в малоэтажном строительстве ряда городов и сел. В разработке и внедрении арболита принимали участие НИИЖБ, ЦНИИСК, Гипроссльстрой, б. Алма-Атинский НИИСМ, НИИстройфизики и др. Некоторое применение получили также жароупорные легкие бетоны на неорганических пористых заполнителях. Теплоизоляционные и конструктивные легкие бетоны разработаны в 50-х годах в НИИЖБ. В качестве заполнителей используют отвальные доменные шлаки, керамзит, аглопорит, шлаковую пемзу, вспученный перлит и вермикулит. Жароупорные легкие бетоны изготовляют на портландцементном вяжущем и жидком стекле с тонкомолотыми добавками. Строительство из таких бетонов тепловых агрегатов (дымовых труб, сводов печей) показывает, что легкие бетоны могут быть использованы эффективно при температурах до 1000 C.

В течение последних десятилетий строительство характеризовалось ростом применения легкого бетона не только в России стране, но и в зарубежных странах, что объясняется его высокой эффективностью. В Англии применяются примерно такие же виды пористых заполнителей, как и у нас. Наиболее легкие из них - лека (типа керамзит) - имеют объемный вес 320-380 кг/м3, другие - от 700 до 900 кг/м3. Для ответственных несущих конструкций используют легкие бетоны прочностью от 210 до 420 кгс/см2, объемным весом 1600-800 кг/м3 (на шлаковой пемзе - до 2000 кг/м3). Из этих бетонов возводят многоэтажные здания, пространственные конструкции, мосты и др. 

В Австралии, где используются пористые заполнители, подобные английским, также велик объем применения легкого бетона в производстве мелкоразмерных изделий (камней). Имеется опыт строительства бескаркасных сборных легкобетонных зданий высотой 2; 4; 8; 20 и более этажей. В Сиднее построено 50-этажное здание из монолитного легкого бетона высотой 184 м; объемный вес бетона 1730 кг/м3, прочность - 320 кгс/см2. Благодаря уменьшению веса здания было сэкономлено 1 млн. 100 тыс. долларов.

Большой опыт применения легкого бетона имеется также в США, Австрии, Франции, ФРГ, Японии и др.

Из зарубежных стран наиболее значителен опыт и объем применения легкого бетона в США, о чем можно судить по выпуску пористых заполнителей еще в период 1955-1964 гг. Производство природных пористых заполнителей (пемза, вулканический шлак), а также вспученного перлита и вермикулита удерживалось примерно на одном уровне и составляло: для пемзы и вулканических шлаков - 0,9 млн. т, вспученного перлита - 0,22 млн. т и вспученного вермикулита - 0,14 млн. т ежегодно. Производство керамзита и аглопорита составило 2,9 млн. т в 1955 г., а уже в 1964 г. - 6,6 млн. т. Производство пористых заполнителей из доменных шлаков оставалось примерно на одном уровне и составило: для гранулированного шлака - 0,1 млн. т и для шлаковой пемзы (термозита) - млн. т ежегодно. Производство пористых заполнителей, получаемых из топливных отходов (золы-уноса), составило 0,14 млн. т. Всего пористых заполнителей производилось около 10 млн. т.

Шлаковая пемза в основном использовалась для изготовления легкобетонных стеновых камней, в то время как керамзиты и аглопориты - для бетонных и железобетонных конструкций и изделий в тех же сооружениях, что и описанные выше, до второй мировой войны. Новыми областями применения следует считать применение особо легких бетонов и растворов на базе вспученного перлита и вермикулита и высокопрочных легких бетонов в преднапряженном железобетоне. Вспученные перлиты (и вермикулиты, рассматриваемые в США в одной группе с перлитами) используются в сухих (товарных) гипсовых смесях для огнезащитных теплоизоляционных растворов, в цементоперлитобетонах и в асфальтобетонах. Цементоперлитобетоны применяются для утепления или устройства покрытия промышленных зданий. Цементоперлитобетон на основе смеси вспученного перлита с другими заполнителями, в частности с керамзитом, используется для изготовления конструктивных элементов. Получил применение также асфальтоперлитобетон для теплоизоляции монолитных промышленных зданий, бетонных полов первого этажа, подземных трубопроводов и др.

Следует отметить, что из общего объема 1,2 млн. м3 заполнителей из вспученного перлита, использованных в США в 1959 г., в сухих (товарных) гипсовых смесях для штукатурок различного назначения использовано 0,945 млн. м3, т. е. около 80% всего объема выпускаемого перлита. Из легкого бетона с применением предварительно напряженной арматуры изготовляют различные длинномерные конструкции, в том числе получившие распространение в США балки-плиты типа T и TT длиной 30 м, пустотелые круглые сваи длиной до 37 м, шпалы, корпуса атомных реакторов. Легкие бетоны применяют в промышленном строительстве, в автодорожных мостах, c дорожных и аэродромных покрытиях и др. Следует также отметить, что в США имеется и опыт применения легкого бетона в зданиях высотой до 200 м. Например, в Чикаго построен 58-этажный жилой дом, где колонны выполнены из тяжелого бетона, а перекрытия - из легкого.

В 1954-955 гг. на Аляске через р. Канаи сооружен сборный четырехпролетный керамзитожелезобетонный мост с четырьмя преднапряженными балками длиной 21,35 м, высотой 1,37 м и толщиной 15,2 см, с пучковой арматурой и анкерами типа Фрейсине (пять пучков по 12 проволок диаметром 7 мм), в которых был использован керамзитобетон прочностью на сжатие 350 кгс/см2, объемным весом 1,69 т/м3. Между балками, имеющими по пять диафрагм, были уложены сборные плиты проезжей части длиной 4,2 м, шириной 1,9 и 1,87 м и толщиной 15 см из керамзитобетона прочностью на сжатие 250 кгс/см2 и объемным весом 1,7 т/м3. Сборные элементы этого моста были изготовлены на заводе в г. Портленде (штат Орегон), т. е. на расстоянии 2400 км от Аляски, транспортировались морским, железнодорожным и автомобильным путями и выдержали восемь перегрузок без повреждений.

Современный уровень, достигнутый в России в области изучения и применения пористых заполнителей, легкого бетона и изделий и конструкций из них, является результатом творческой работы многочисленного коллектива научных работников, проектировщиков и производственников. К числу видных специалистов внесших большой вклад в решение этой проблемы, относятся: H. А. Житкевич, H. А. Белелюбский, P. M. Михайлов, H. А. Попов, E. В. Костырко, А. А. Гвоздев, К. С. Завриев, Ю. А. Штаерман, А. И. Ваганов, Б. Г. Скрамтаев, И. Г. Иванов-Дятлов, M. А. Якубович, С. А. Миронов, Г. Д. Цискрели, А. А. Аракелян, С. П. Онацкий, А. В. Жуков, В. С. Григорьев, И. А. Иванов, H. А. Корпев, Г. А. Бужевич, H. Я. Спивак, M. П. Элинзон, В. Г. Довжик и др.

Поиск