К списку статей

Д.т.н. А.И.Звездов

Железобетон в современном строительстве.

По уровню технических и экономических показателей бетон и железобетон по-прежнему остаются основными конструкционными материалами, занимая приоритетные места в общей структуре мирового производства строительной продукции. Получив название «материал XX века» железобетон, благодаря уникальным свойствам, успешно занял свою нишу и постоянно расширяет ее границы в рядах строительной продукции, заменив собой в большинстве случаев дорогостоящий металл. Использование бетона и железобетона позволило сделать революцию в области технологии строительства, возводить долговечные, грандиозные и уникальные объекты и сооружения. По мнению специалистов, железобетон сохранит свою лидирующую роль в строительстве и в текущем столетии.
В докладе экспертной комиссии Европейского Союза о перспективах развития строительства в Европе до 2025 года даны критерии, которым должны отвечать прогрессивные строительные материалы. Это в частности:
• минимальное изъятие природных ресурсов для производства и максимальное использование продуктов и отходов других отраслей;
• более высокие по сравнению с применяемыми материалами показатели по прочности и долговечности;
• сочетаемость с другими видами материалов;
• перерабатываемость для вторичного использования;
• высокие эстетические и архитектурные качества,
• экологическая безопасность при производстве и эксплуатации.
Этим критериям в полной мере соответствуют бетон и железобетон, хотя его мировое производство превышает 2 млрд. м3 в год. Но, например, для производства одной тонны стали необходимо переработать 20 тонн первичных ресурсов. Из них 19 тонн в виде отходов возвращаются в окружающую среду. В свою очередь производство бетона может быть полностью безотходным, а в большинстве случаев служить способом утилизации отходов других отраслей. При этом исследования показали, что некоторые экологически опасные промышленные отходы в бетоне нейтрализуются, что является немаловажным обстоятельством.
Что касается вопросов прочности и долговечности, то здесь следует остановиться более подробно.
За 150 лет своего существования бетон прошел серьезную эволюцию. Он перестал быть смесью цемента, воды и заполнителей и превратился в сложный композиционный материал, приготавливаемый по высоким технологиям. Последние этапы этого процесса можно проследить по мировой науке и практике.
Бетоны «high performance» уже стандартизированы во всех технологически развитых странах мира. Споры о том, что это такое, уже прекратились и повсеместно выпускаются бетоны по этой технологии. В последние годы бетоноведение сделало следующий шаг вперед. Появились самоуплотняющиеся бетоны. Высокопластичные смеси при заполнении опалубочной формы обладают свойствами жидкости. Они отличаются повышенной устойчивостью к расслоению, высокой жизнеспособностью, перекачиваемостью и интенсивным набором прочности при твердении. Последнее устраняет необходимость тепловлажностной обработки конструкций, что особенно важно при монолитном строительстве. Важно также, что бетоны, полученные из таких смесей, отвечают требованиям, предъявляемым к бетонам «high performance».
Подход к бетоноведению с позиций высоких технологий вызвал бурный прогресс в этой области. Совсем недавно мы удивлялись прочности бетона в 200 МПа. А в октябре прошлого года фирма Lafarge представила материал под названием Ductal (дактал). Это самоуплотняющийся бетон с исключительно высокими техническими и потребительскими свойствами (ultra-high-performance), Прочность этого бетона при сжатии превышает 200 МПа, а при изгибе достигает 50 МПа.
Для сравнения из обычного железобетона, из предварительно-напряженного железобетона, из бетона Ductal и из металла были изготовлены равнонесущие двутавровые балки. Их вес соответственно составил 530, 467, 140 и 112 кг.
Такие прочности далеко не предел. В Канаде построен экспериментальный пешеходный мост с пролетом 60 м из бетона прочностью 350 МПа, а в лабораторных условиях получены бетоны с прочностью 680 МПа.
Естественно, что с усложнением технологии бетона и железобетона возрастает его стоимость. Но при этом возрастает эксплуатационная надежность и срок службы конструкций. А из мировой практики известно, что доллар вложенный в повышение долговечности сооружения дает 125 долларов отдачи в эксплуатации. Основные затраты, связанные с эксплуатацией строительных объектов складываются из затрат на вторичную защиту конструкций от коррозии и затрат на ремонт и восстановление сооружения. Таким образом, игра стоит свеч и понятно, почему долговечность становится одним из основных требований для строительных материалов будущего.
Конечно, только прочность и долговечность не охватывают весь спектр потребительских качеств бетона. Нельзя не обратить внимания на широкую гамму бетонов-утеплителей. Они находят все более широкое применение в строительстве, заменяя плитный полистирол и минеральную вату. Теплотехнические характеристики современных бетонов-утеплителей способны удивить даже специалистов. Например, бетон-утеплитель с объемным весом 60 кг\м3 и с коэффициентом теплопроводности 0,06. Естественно, бетоны –утеплители с такими теплотехническими характеристиками имеют низкую механическую прочность, что затрудняет их транспортировку и монтаж, поэтому появились монолитные бетоны-утеплители, которые в будущем наверняка получат широкое распространение. Разве можно признать нормальным заполнение стен в качестве утеплителя кусками полистирола?
Сочетаемость с другими материалами. Этот вопрос не вызывает серьезных проблем…
Наверное здесь же следует сказать и об арматуре для железобетона. Наряду с тем, что постоянно совершенствуется металлическая арматура: появляются ее новые виды, все сложнее и эффективнее становятся способы ее защиты от коррозии, все шире применяется металлическая фибра промышленного производства – идет интенсивная работа над неметаллической арматурой, в том числе для внешнего армирования. В последние годы практика все более склоняется к использованию углепластиков, хотя по-прежнему применяются стеклопластики и базальтопластики. Неметаллическая арматура обладает высокой коррозионной стойкостью, электроизолирующей способностью, магнитной и радиопрозрачностью.
Разговоры о чрезмерно высокой стоимости неметаллической арматуры означают лишь нежелание заниматься этим направлением. (Неметаллическая арматура в 2 раза прочнее и в 5 раз легче металлической, поэтому затраты на армирование вполне сопоставимы, а эксплуатационные преимущества неметаллической арматуры очевидны).
Перерабатываемость для вторичного использования у железобетона весьма высокая. Арматурная сталь и закладные детали идут в переплавку, а отходы бетона практически полностью могут быть применены повторно в качестве заполнителя для ординарных бетонов или как балласт в дорожно-транспортном строительстве. Кроме строительства, дробленый бетон применяют при рекультивации земель для засыпки выработок в грунте.
Здесь, пожалуй, есть только одна проблема: в связи с большими объемами переработки не найдена пока высокоэффективная технология для этого процесса. Сегодня в основном находят применение две технологии: механическая и электроимпульсная. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки, но быстро и успешно совершенствуются, что внушает надежду на прорыв в этой области. Тем более, что объемы переработки отслужившего железобетона растут в геометрической прогрессии и уже во всем мире являются первоочередной задачей. Во многих странах прямо в смету строительства закладывают средства на разборку и переработку сооружений после того, как они отслужат свой срок. Таким образом, фирма, которая строит, берет на себя обязательства в последствии ликвидировать объект.
Высокие эстетические и архитектурные свойства бетона общепризнанны во всем мире. Поэтому железобетон повсеместно применяется и для уникальных сооружений и для массовой городской застройки. Несколько примеров применения железобетона для ординарных зданий, которые при этом имеют индивидуальный облик…
Современным бетонам можно придать практически любую форму, в том числе с обратными углами поверхности. Они имеют отличную наружную фактуру, через которую можно передать любые архитектурные и эстетические замыслы. Поэтому все шире применяется бетон для элементов архитектуры. Архитектурный бетон стал самостоятельным направлением в технологии бетона. Это связано с тем, что к этому виду бетона, по сравнению с конструкционным, предъявляется значительно больше различных требований (качество поверхности, цвет, поверхностная твердость, смачиваемость и др.)
Экологическая безопасность при производстве и эксплуатации железобетона не составляет проблемы, а является технической задачей, которая, к сожалению, решается по-разному. (Производство цемента; экологически чистые заполнители; соблюдение технологии изготовления изделий и правил техники безопасности). Современный бетон является вполне комфортной средой для жизнедеятельности человека. Представляя собой капиллярно-пористый композит, бетон вполне обеспечивает желательный температурно-влажностный режим в помещениях. А все несуразности в этом вопросе связаны не с материалом, а с некомпетентностью или безразличием тех, кто его применяет.
Говоря о бетоне и железобетоне, следует остановиться еще на одном вопросе, который у нас в стране почему-то является дискуссионным. Речь о том, какой бетон лучше применять – сборный или монолитный?. (климатические условия - Германия, Скандинавские страны; транспортные плечи; надежность технологического контроля – в заводских условиях он выше).
Подводя итоги, можно утверждать, что железобетон останется основным конструкционным материалом с широкими перспективами в строительстве будущего. Он применим в самых разных эксплуатационных условиях, гармонично сочетается с другими строительными материалами и окружающей средой, обладает высокой архитектурной выразительностью, отвечает современным требованиям экономики и эстетики, обеспечивая при этом экологическую безопасность и эксплуатационную надежность.