Напыляемый ячеистый бетон

В данной статье рассмотрим инновационный метод повторного смешивания и изготовления высокоэффективного торкретбетона. Основная цель данной методики, получить бетонную смесь высокого качества, со специальными характеристиками, которые обычно возможно достичь только на бетонных заводах, для решения задач в удаленных регионах.

Напыляемый ячеистый бетон-это инновационный метод смешивания обычного товарного бетона с высокопроизводительным бетоном путём добавления ячеистого материала и кремнезёма или других порошкообразных добавок непосредственно на строительной площадке. Приготовление ячеистого напыляемого бетона - это простой и экономичный способ получения высокопрочного бетона, который можно нанести методом торкретирования или залить обычным способом на строительной площадке. Данный вид бетона нашёл широкое применение как в новом строительстве так и при выполнении ремонтно- восстановительных мероприятий.

Напыляемый ячеистый бетон получают путём добавления в бетонную смесь диоксида кремния или других порошкообразных добавок ( минеральных или органических).Порошкообразные материалы , как правило, предварительно смешиваются на заводе , поскольку из-за их мелкой дисперсности их очень трудно добавлять и распределять на площадке в процессе смешивания. Так кремнезем из-за высокой тонкости кремнезема обычно предварительно смешивают с цементом. Микрокремнезем, также известный как кремнеземный дым, обладает эффектом микронаполнения и пуццолановой реакцией, которая помогает заполнить пустоты между затвердевшими частицами цемента, что приводит к снижению проницаемости, росту прочности и, в конечном итоге повышению долговечности .

Свежий бетон ,как правило, обладает низкой текучестью. При добавлении кремнезема в свежий бетон он не будет хорошо диспергироваться из-за его высокой тонкости и большой эффективной площади поверхности. Ячеистый материал содержит воздух, который увеличивает объем бетона при его добавлении в смесь. Если в свежий бетон добавить большое количество ячеистого материала, например, 30 % по объёму, то это увеличит текучесть бетона. Если в модифицированный ячеистый бетон с высокой текучестью добавить гранулированный кварцевый дым, он может легко быть диспергирован в гораздо более жидкое состояние. Бетон с ячеистым материалом задерживает внутри себя большое количество воздуха, что в свою очередь снижает прочностные характеристики бетона. Однако это значительно более высокое содержание воздушных частиц может быть существенно снижено путём распыления бетона с высокой скоростью, присущей методу торкретирования.

Затраты на производство и сроки строительства могут быть сокращены, поскольку высокоэффективный ячеистый бетон, наносимый напылением производится непосредственно на строительной площадке с затратами только на добавление кремнезема и ячеистого материала. Смешивание ячеистого бетона на строительной площадке устраняет необходимость в производстве, транспортировке и затраты на хранение при использовании специального высокомарочного бетона.

Процесс приготовления ячеистого напыляемого бетона включает в себя следующие операции:

• Транспортировка в автобеносмесителе на строительную площадку обычной бетонной смеси с низкой осадкой конуса;
• Далее 20-30% от объёма предварительно отформованного ячеистого материала выгружается в смеситель, превращая жёсткий бетон в суспензию с очень высокой осадкой;
• Добавляется микрокремнезем и бетон повторно перемешивается для диспергирования кремнезема.;
• Ячеистый бетон с большим количеством воздуха подаётся в бетононасос и распыляется из сопла в конце линии подачи с высокой скоростью. За счёт силы удары напыляемого бетона о поверхность снижается содержание воздуха в смеси, создавая таким образом высокопрочный бетон с низкой осадкой.

Осадка и содержание воздуха в ячеистом бетоне, нанесенном методом напыления проверялись и контролировались на всех этапах строительства ( при транспортировке на объект, после добавления ячеистого материала, после добавления кремнезема и после распыления). Так результаты исследования показывают, что первоначальное содержание воздуха в готовой бетонной смеси составляло 3,5 % , а затем увеличилось до 27% после добавления ячеистого материала, после добавления кремнезема оно составляло уже 24 % и вернулось обратно к 4% после распыления смеси. Процесс торкретирования разрушал большие пузырьки воздуха, заключенные в материала, при ударе.

Ультрадисперсные частицы кремнезема не могут быть диспергированы в свежем относительно прочном бетоне однако их можно смешать с псевдоосжиженным бетоном (суспензией). Пары кремнезема диспергируются в ячеистом бетоне тремя способами: более легкое перемешивание в более жидкой суспензии: увеличение объема бетона для увеличения площади контакта: и дополнительное перемешивание, обеспечиваемое ударом и последующим перемешиванием при высокоскоростном распылении. Сажа в 10 раз тоньше кремнезема и использовалась при испытаниях ячеистого напыляемого бетона для анализа эффекта диспергирования. Дисперсность кремнезема была подтверждена с помощью анализа энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS). в ходе которого анализировалось распределение компонентов цементного бетона со стандартным отклонением и коэффициентом вариации содержания кремнезема в каждой точке.

Изменение содержания воздуха и осадки было измерено, сравнено и проанализировано в соответствии с изменениями количества ячеек на 15%. 20%, 30% и 35%. Перед распылением было измерено очень высокое содержание воздуха, но после распыления оно было снижено до 4-6% независимо от исходного содержания воздуха. Это свидетельствует о рассеивания больших пузырьков воздуха, оставляя внутри цементной массы только маленькие. Повышенное содержание воздуха перед нанесением было вызвано введенной пеной, которая рассеивалась после нанесения, чтобы в конечном итоге поддерживать относительно постоянное количество воздуха в бетоне на месте. Результаты испытаний по изменению осадки смеси до и после распыления показал, что после распыления смесь имела осадку конуса равную 50 мм, что положительно сказывается на стабильности уложенного бетона.

Применение такого специального бетона, даёт возможность получать смесь со следующими прочностными характеристиками:
· Водоцементное соотношение ≤ 0,35
· Коэффициент прочности ≥ 80 %
· Для очень ранней прочности, прочность в течение 4 часов после укладки ≥ 21 МПа
· Для высокой ранней прочности, прочность в течение 24 часов после укладки ≥ 34 МПа
· Для очень высокой прочности, прочность в течение 28 дней ≥ 69 МПа

Ячеистый напыляемый бетон - это новая концепция. Он производится путем добавления ячеистого материала и минеральных добавок в обычный бетон на строительной площадке. Этот метод позволяет сократить производственные затраты и сроки строительства , поскольку высокоэффективный ячеистый торкретбетон производится из готовой бетонной смеси на строительной площадке без производства, транспортировки и хранения, необходимых при использовании специального высокопрочного марочного бетона. Ячеистый напыляемый бетон очень прост, экономичен, уникален и универсален. Этот инновационный метод преобразования ячеистого напыляемого бетона был успешно применен при укреплении откосов в горной местности, при возведение стен и порталов туннеля, при устройстве двухслойных бетонных покрытий.

Двухслойное бетонное покрытие предполагает укладку двух слоев бетона "мокрый по мокрому" вместо традиционного метода использования одного однородного слоя бетона. Толстый нижний слой дает возможность оптимизировать использование местных заполнителей и переработанных материалов для получения экономичной и долговечной смеси, а затем укладывается прочное высококачественное дорожное покрытие с требуемыми характеристиками поверхности, такими как повышенная устойчивость к скольжению и пониженный уровень шума. Промежуток времени между нанесением слоев часто составляет не более 30 минут. Проблемой, связанной со строительством двухслойных цементобетонных покрытий, могут быть дополнительные затраты и логистика, необходимые для двух бетонных заводов периодического действия для производства различных бетонных смесей и двух бетоноукладчиков для устройства как нижнего, так и верхнего слоя одновременно.
При таком применении ячеистого напыляемого бетона достигается его высокая производительность благодаря добавлению кремнезема и полимерного порошка. Ячеистый материал делает его пригодным для распыления, одновременно повышая диспергируемость мелкодисперсных порошков. Процесс распыления регулирует консистенцию из смеси путем рассеивания повышенного содержания воздуха за счёт добавления ячеистого материала.

Ячеистый напыляемый бетон может быть использован при строительстве двухслойного бетонного покрытия путем подачи обычного бетона на площадку, где он будет повторно смешан на месте для достижения высокой прочности.