Инжиниринговые услуги по всей
России с 2004 года
Услуги компании DMSTR

Есть вопросы? Звоните!

+7 (495) 989-51-26 Обратный звонок

рус/eng

Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов

  • Главная
  • Статьи
  • Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов
                            
Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов
DMSTR - инжиниринговые услуги для бизнеса

Развитие стандартов бетонных смесей обусловлено стремлением повысить прочность и технологичность бетона

Подобно современным шеф-поварам, заново осмысляющим классические рецепты, эксперты в сфере промышленного производства бетона экспериментируют с ингредиентами (добавками и заполнителями бетона, в частности с летучей золой, шлаками и карьерными отходами) и техникой «металлизации», разрабатывая новые методы, такие как укладка бетонного покрытия в два слоя и контроль гладкости поверхности в режиме реального времени. И как многие кулинарные мастера, которые все больше внимания уделяют важности здоровой пищи, специалисты в бетонной промышленности смещают акценты с прочности материала на его долговечность и износостойкость.

Содержание статьи: 

  • Экологизация бетона 
  • Применение в строительстве мостов

«По сути, мы пытаемся изменить фундаментальную основу проектирования бетонного покрытия, – говорит Джеральд Войт, президент и исполнительный директор Американской ассоциации производителей бетонных покрытий. – Мы стремимся разработать новые смеси и провести квалификационные испытания не столько на прочность, сколько на химическую стойкость, морозостойкость и так далее».

Присоединяйтесь к более 3 тыс. наших подписчиков. 1 раз в месяц мы будем отправлять на ваш email дайджест лучших материалов, опубликованных у нас на сайте, на странице в LinkedIn и Facebook.


Заполняя форму Вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности и даете согласие на рассылку

«Толчок для повышения стандартов в отношении более быстрого схватывания и стойкости к экстремальным погодным условиям и воздействию химических веществ частично объясняется соображениями отказоустойчивости», – говорит Мишель Уилсон, директор отдела изучения свойств бетона в Ассоциации производителей портландцемента. «Современные стандарты содержат конкретные технические требования, но они не обладают должной универсальностью», – отмечает она.

«Научно-исследовательские работы, проводимые различными организациями по всей территории США, в том числе в Федеральной дорожной администрации (FHWA) и Национальном технологическом центре изучения бетона Университета штата Айова (CP Tech Center), направлены на создание новых стандартов для «определения наиболее важных факторов, методов измерения и составления технических условий», – добавляет Войт. – Эти исследования набирают высокий темп, и в последние два года мы были заняты разработкой свой стратегии в этом направлении».

Питер Тейлор, директор CP Tech Center, утверждает, что в последнее время были получены критически важные параметры. «Следующий этап заключается в поиске методов испытаний для измерения таких параметров, и большая часть этой работы уже завершена, в частности, летом прошлого года в семи штатах было проведено оценивание в условиях эксплуатации, – говорит он. – Далее необходимо определить критерии пригодности/непригодности для конкретных регионов и климатических условий». По словам Тейлора, команда центра надеется уже осенью этого года разработать соответствующие технические условия и передать их на рассмотрение в транспортное управление штата.

Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов

«Сегодня в индустрии производства бетона появляется понимание того, что хорошим смесям не нужно много цементирующего материала, как считалось ранее, – говорит Том Ван Дам, главный технический консультант NCE. – Летучая зола и шлак, обладающие пуццолановыми свойствами, при правильном использовании могут увеличить прочность бетона и значительно сократить выбросы углекислого газа».

В то же время, как утверждает Стив Гиллен, менеджер по МТО в Управлении по делам платных автомобильных дорог штата Иллинойс, благодаря снижению потребности в цементирующем материале сокращаются расходы на производство бетона. «Мы увеличиваем объемы использования летучей золы и шлака в наших смесях. Тридцать пять процентов – это наш минимум при замене портландцемента, но эта цифра может доходить и до 50%».

«Рассчитанная на 15 лет программа Управления по делам платных автомобильных дорог с объемом инвестиций 12 миллиардов долларов США является наглядным примером применения новых бетонных смесей в реальных условиях эксплуатации для различных исследований свойств бетона, проводимых в научной и промышленной среде», – продолжает Гиллен. Управление провело испытания технологии укладки бетонного покрытия в два слоя. Кроме того, были испытаны такие виды заполнителей бетонной смеси из карьерных отходов, как песок сверхтонкого помола, а также стойкие к образованию трещин бетонные и сборные переходные плиты, которые позволяют снизить количество швов в бетонном настиле. Другие направления включают в себя конструктивную доработку бесшовного железобетонного дорожного покрытия, в частности, оптимизацию объемов производства и областей применения. В ходе реализации программы также используется автоматизированная система испытания нагружением плиты, позволяющая измерять геотехнические свойства основания дорожного покрытия.

По словам главного инженера Пола Ковака, годовой объем инвестиций программы в настоящее время составляет около 1 миллиарда долларов США, при этом на научно-исследовательскую деятельность отводится около 5 миллионов.

«Нам удалось сэкономить десятки миллионов [долларов]», – добавляет Гиллен.

Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов1

Кроме того, Гиллен отмечает, что особого внимания заслуживает технология укладки покрытия в два слоя, при которой в качестве заполнителя нижнего слоя используются переработанные материалы, такие как регенерированный асфальт, а в верхнем слое – более качественные материалы заполнения. В других странах также проводятся эксперименты с двухслойной укладкой.

Тайлер Лей, доцент кафедры гражданского строительства в Университете штата Оклахома, поднимает такой вопрос, как готовность подрядчиков брать на себя дополнительные расходы, связанные с приобретением машин для двухслойной укладки.

Он добавляет: «Идея заключается в том, чтобы использовать менее качественный материал в нижнем слое, но как далеко можно в этом зайти? Сколько хрящей можно положить в гамбургер?».

Лей возглавлял работы по созданию «супервоздухомера» – переносного прибора, позволяющего примерно за 10 минут измерять расстояние между воздушными пузырьками и объем воздуха в свежеуложенном бетоне, что делает возможным поиск дефектов в режиме реального времени. «Раньше приходилось разрезать бетон после того, как он затвердеет», – говорит он. За последние полтора года, в сотрудничестве с FHWA, его команда презентовала «супервоздухомер» по всей стране.

«Сегодня его используют в двадцати девяти штатах и двух канадских провинциях», – отмечает Лей.

Необходимость в более быстрой и точной проверке бетона обусловливает тенденцию применения метода испытания на электрическое сопротивление. «Вы просто берете бетон и проводите сквозь него заряд, чтобы измерить проводимость», – говорит он, предсказывая большую популярность таких видов испытаний в ближайшие несколько лет.

«Также широкое распространение получит испытание гладкости поверхности в режиме реального времени в сочетании с компьютеризированной укладкой безволокнистого бетонного покрытия, – заявляет Войт. – На заднюю панель укладчика устанавливаются датчики, позволяющие осуществлять мониторинг поверхности с помощью лазеров. Рабочие, следующие за машиной на расстоянии двух-трех футов, могут немедленно устранить проблему при обнаружении шероховатостей».

Гари Фик, вице-президент Trinity Construction Management Services, утверждает, что технология, изучаемая в рамках 2-й Программы стратегических исследований в области автомобильных дорог, уже находится в стадии реализации. «Смысл заключается в продаже оборудования подрядчикам в кредит, чтобы они имели возможность опробовать его, – говорит Фик. – Один подрядчик, который купил оборудование в прошлом году, отметил, что оно окупилось в течение одного сезона. Мы будем продолжать предоставлять кредиты, поддерживать обратную связь с клиентами и проводить семинары по вопросам испытания гладкости поверхности в режиме реального времени до 2017 года».

Экологизация бетона

Хотя производство бетона с нулевым объемом выбросов парниковых газов еще не является экономически выгодным, компания Solidia Technologies со штаб-квартирой в Пискатуэе, Нью-Джерси, сделала большой шаг в этом направлении путем небольшого изменения молекулярной структуры бетона. Проведенные этой компанией исследования процессов, которые влияют на кальций-силикатные минералы, имеющие похожий химический состав с портландцементом, позволили разработать новый тип цемента, высокая прочность которого достигается за счет карбонизации, а не гидратации.

Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов 3

Главный технический директор компании Solidia Ник ДеКристофаро говорит, что запатентованный процесс изготовления цемента Solidia не отличается от процесса изготовления портландцемента, а это означает, что их можно производить на одном заводе.

Благодаря оптимизации молекулярной структуры цемент Solidia изготавливается в печи при более низких температурах, что позволяет сократить выбросы СО2 на целых 30% (по данным компании). При выдерживании бетона, изготовленного с использованием цемента Solidia, выбросы парниковых газов по всей производственной цепочке сокращаются еще сильнее за счет технологии секвестирования СО2 в объеме 5% от веса бетона. Общий углеродный след, связанный с производством, снижается на 70%. Данный процесс также позволяет восстановить от 60% до 100% воды, используемой для замеса при изготовлении железобетонных изделий. Испытания, проведенные консультантами CTLGroup, подтвердили соответствие материала техническим требованиям по прочности и долговечности. Наиболее значительные капиталовложения связаны с устройством камеры выдерживания бетона под действием СО2 и обеспечением достаточного количества газа.

Применение в строительстве мостов

Команда Лея из Университета Оклахомы основное внимание уделяет оптимизации размеров и объемов заполнителей для бетона, использующегося не только при укладке дорожных покрытий, но и при устройстве мостовых настилов. «Отличие мостовых настилов от дорожного покрытия заключается в том, что в этом случае бетон должен быть более текучим», – говорит Лей. Вместе со своими партнерами, включая FHWA, Технологический институт Джорджии и Инженерные войска США, команда Лея использует комплексную систему труб и насосов для изучения веществ, которые являются альтернативой портландцемента, в частности, силиката кальция и алюминатов.

Специалисты из Университета Оклахомы также разработали альтернативу громоздкой мешковине, используемой для укрытия свежего бетона при устройстве настила моста во время его отверждения. «Мы создали биоразлагаемый материал из переработанных газет, трав, специй и воды, – отмечает Лей. – Мы можем сделать его текучим, как вода, или липким для выдерживания торкрет-бетона. Вы наносите этот материал толщиной в четверть дюйма и покрываете сверху пластиковым листом». Данная продукция была недавно испытана на трех мостах в штате Оклахома, но этим ее испытания не ограничатся. «Потребовались определенные усилия для быстрого нанесения материала без повреждения поверхности», – добавляет он.

Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов 4

Эксперты в области строительства железобетонных мостов сходятся во мнении с укладчиками дорожного покрытия касательно тенденции совершенствования бетонных смесей. «При возведении пролетных строений нового моста I-35W в Миннеаполисе использовалась смесь с портландцементом, состоящая из цементирующего материала (77%), а также летучей золы и микрокремнезема, которая была рассчитана на производство бетона прочностью 6500 фунтов на квадратный дюйм», – говорит Алан Фиппс, старший вице-президент компании Figg Bridge Group. На сегодняшний день «мост продемонстрировал очень низкую проницаемость, а также высокие прочностные характеристики, которые превзошли все ожидания – средняя прочность за 28 суток составила примерно 8000 фунтов на квадратный дюйм, что на 23% выше проектных требований», – отмечает он.

«При строительстве мостов I-90 Dresbach и Winona, которые в настоящее время возводятся через реку Миссисипи между штатами Миннесота и Висконсин, используются бетонные смеси для изготовления бетона прочностью 7000 и 8000 фунтов на квадратный дюйм, содержащие около 70% цементирующего материала (портландцемент) и 30% летучей золы и шлака», – добавляет Фиппс.

«Акцент на увеличении срока эксплуатации за счет усиленной защиты от коррозии и повышения износостойкости, а не за счет высоких прочностных характеристик, в одинаковой степени свойственен как строительству мостов, так и укладке дорожных покрытий, – утверждает Дэвид Гудйеар, главный инженер по возведению мостов компании T.Y. Lin International. – Одна из тенденций, наблюдаемых сегодня в США, заключается в рациональном повышении эксплуатационного ресурса. Надеюсь, в ближайшие годы нам удастся достигнуть отметки в 150 и больше лет».

Европейцы проводят испытания «чистого» бетона

По данным ведущего производителя бетона Италии, в таком городе, как Милан, можно вдвое снизить объемы загрязнения воздуха посредством использования «смогопоглощающей» продукции всего на 15% территории города с твердым покрытием. Сегодня такой масштабный проект видится разве что в далекой перспективе, однако многие специалисты указывают на большой потенциал фотокаталитического бетона.

Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов 5

Как утверждает менеджер по проектам Джанлука Геррини, каждый год до 2 миллионов м2 поверхностей обрабатываются фотокаталитическими добавками компании Italcementi S.p.A., штаб-квартира которой находится в Бергамо. «При реализации проектов расходуется около 50% произведенного компанией фотокаталитического бетона, однако высокая стоимость ограничивает его использование в строительстве автомагистралей», – добавляет он.

Для изготовления бетона, поглощающего смог, используется твердый катализатор, как правило, двуокись титана анатазной формы. «Под воздействием ультрафиолетового света химикаты окисляют загрязняющие вещества в выбросах автомобилей», – объясняет Йос Броуэрс, профессор кафедры изучения строительных материалов в Технологическом университете Эйндховена, Нидерланды. Оксиды азота (NOx), например, преобразуются в менее вредные нитраты. Команде во главе с Броуэрсом удалость зафиксировать значительное снижение NOx на улицах голландских городов, вымощенных бетонными блоками, которые содержат фотокаталитический материал. «Пробные испытания в Хенгело, завершенные в 2012 году, стали результатом десятилетних лабораторных исследований», – добавляет он.

По словам Броуэрса, для проведения пробных испытаний на улице в жилом квартале Хенгело было уложено 150 м дорожного покрытия из бетонных блоков. Ход испытаний в течение года контролировали исследователи из Технологического университета Эйндховена. Активные компоненты содержались только в верхнем слое 10-см бетонных блоков, размер которых равнялся размеру кирпичей, толщиной 0,6-0,8 см, что составило примерно 5% всей смеси.

«В среднем за сутки уровень NOx снижался на 20% по сравнению с необработанной поверхностью, – говорит Броуэрс. – Тем не менее, государственные органы по-прежнему скептически относятся к использованию данной технологии из-за других испытаний, которые потерпели неудачу». «Однако эти неудачи стали следствием неверного выбора исследователями места испытаний, – добавляет он. – Интерес также снижается из-за высоких затрат на фотокаталитический бетон, которые на 5-10% превышают стоимость традиционных материалов».

Геррини согласен, что для увеличения продаж Italcementi должна снизить стоимость своих запатентованных добавок из фотокаталитического бетона TX Active, производство которых компания запустила 10 лет назад в Италии и Франции, а годом позже в США. Помимо указанных государств, Italcementi имеет лицензионные соглашения на обработку материалов еще с 12 странами. «Эта уникальная продукция, защищенная 20 патентами, практически не имеет конкуренции», – говорит Геррини.

В сфере строительства автомобильных дорог «наши инженеры детально прорабатывают каждый слой дорожного покрытия для выбора оптимального решения», – добавляет он. Геррини надеется снизить издержки за счет сокращения доли монолитного бетона, которая при пробных испытаниях в США составила 10 см.

Эксперты в бетонной промышленности совершенствуют смеси и методы для строительства дорог и мостов 6

«Данные испытания проводились четыре года назад на участке шоссе в Сент-Луисе длиной 460 метров с использованием технологии двухслойной укладки бетона в скользящей опалубке по влажному слою, чтобы продемонстрировать преимущества фотокаталитического бетона», – говорит Геррини. Работы, в финансировании которых приняли участие дочерняя компания Italcementi в США, Транспортное управление штата Миссури, Федеральная дорожная администрация США и другие, включали укладку нижнего слоя из цемента толщиной 25 см и верхнего тонкого слоя, содержащего добавку TX Active.

При реализации проекта реконструкции моста в Барселоне главный архитектор использовал не только воздухоочистительные свойства нового типа бетона, но также добавил специальный заполнитель, чтобы новое покрытие светилось ночью. Во время реконструкции туннеля «Умберто I» в Риме на сумму 550 000 долларов США в 2007 году использовалась краска TX Active, при этом общая площадь покрытия составила 9000 м2. «Близок к завершению проект на сумму 1,6 миллионов долларов США, который предусматривает расширение, озеленение и замощение керамической плиткой, асфальтом и бетоном 40% полотна 60-метрового моста «Сараево» через улицу Авингуда Меридиана, – говорит Манель Перибанес, руководитель компании Baena Casamor Arquitectes BCQ S.L.P. – В не успевшую затвердеть монолитную бетонную поверхность был введен фотокаталитический материал и фотолюминесцентный заполнитель, который будет светиться в ночное время».

Заполнение трещин

После десятилетних исследований свойств самоотверждающегося бетона голландские инженеры в этом году планируют начать промышленное производство необходимых бактериальных средств. Однако из-за неопределенных экономических характеристик и необходимых доработок масштабы производства и продаж остаются неясными.

«Мы строим завод, который сможет производить большое количество самоотверждающихся средств, – говорит Эрик Шланген, профессор экспериментальной микромеханики из Делфтского технического университета (DUT). – Университет начал исследования 10 лет назад после появления в США самоотверждающихся полимеров. Тогда я первым же делом нанял микробиолога».

Самоотверждающийся бетон содержит щёлочностойкие бактерии, которые находятся в состоянии покоя, как семена. Также в его состав входят такие жизненно важные питательные вещества, как лактат кальция. Если бактерии защищены защитным покрытием, они могут жить в бетоне в течение 200 лет. При возникновении трещин бактерии активируются под воздействием воздуха и влаги. Они потребляют лактат и кислород, производя силикаты, которые заполняют трещины. Исследователи из Делфтского технического университета наблюдали, как 0,5-мм трещины практически полностью исчезали менее чем за два месяца.

Два года назад команда DUT приступила к полномасштабным испытаниям на небольшом ирригационном канале в Эквадоре. Результаты испытаний на эквадорском канале длиной 3 м и глубиной 1 м будут изложены инженерами в специальном отчете.

«Этим летом в Великобритании завершится финансируемая правительством программа научных исследований на сумму 2,9 миллионов долларов США, проводимая Кембриджским университетом, Кардиффским университетом и Университетом Бат, – говорит Роберт Ларк, профессор Кардиффского университета. – Мы первые, кому удалось разработать полноценную систему на основе этой технологии и сделать ее доступной».

Во время испытаний исследовались три варианта применения бактерий: замешивание непосредственно в бетоне, закладка бактериальных средств в микрокапсулах, которые ломаются при необходимости, а также капсул с питательными веществами для бактерий, и закладка специальной конструкции с системой сообщающихся трубок, по которым могут перемещаться бактерии. Такая система включает в себя пластиковую арматуру с памятью формы для эффективного заполнения трещин в бетоне.

Эти методы были испытаны во время работ по возведению шести бетонных стен в земле высотой 2 м, шириной 1 м и толщиной 25 см на автомагистрали рядом с городом Абергавенни в 50 км от университета, которые недавно проводила компания-подрядчик Costain Group PLC со штаб-квартирой в Мейденхеде. Для испытания различных методов применения бактерий команда исследователей симулировала земляные нагрузки на стены для образования трещин.

Присоединяйтесь к более 3 тыс. наших подписчиков. 1 раз в месяц мы будем отправлять на ваш email дайджест лучших материалов, опубликованных у нас на сайте, на странице в LinkedIn и Facebook.


Заполняя форму Вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности и даете согласие на рассылку

Поделиться статьей в социальных сетях

Количество просмотров
1124

Техническое обследование

  • Проведем требуемые работы по обследованию для получения достоверной информации о техническом состоянии объекта.

Комплексное проектирование

  • Разработаем проектную и рабочую документацию для реализации инвестиционного проекта.

Технический Заказчик

  • Технический заказчик на всех этапах, от выбора земельного участка до ввода объекта в эксплуатацию.