14.11.2008 20:07:30
Рассматриваетсятехнология производства и области применения торкрет-бетона.
С технологией торкрет-бетона мнедовелось познакомиться при устройстве резервуаров на ЦБК «International Paper»в городе Светогорск в 1999 г.Заказчику потребовалось изготовить бетонное покрытие сферической поверхности.Рассмотрев массу различных вариантов, он остановил свой выбор наторкретировании. Благо данный вид работ был хорошо освоен нашими строительнымиорганизациями. Работы выполняла наша строительная организация «ГидроспецстройСПб», но был использован материал финского производства. Тогда нашимподрядчикам так понравился материал, что в счёт оплаты труда они попросилиоставшуюся торкрет-смесь. Материал был действительно хорош, прекраснаяпластичность и живучесть смеси позволила выполнить качественную и долговечнуюбетонную поверхность.
Технология торкрет-бетона былапривезена в Европу в начале прошлого века из США, и до середины ХХ векатехнология получения материала и метод его применения и нанесения изменилисьмало. Самым распространённым методом была система торкретирования сухой смеси,а машины для торкретирования — которые назывались не иначе как «пушки» — былидвухкамерными, с колёсной подачей. Поэтому они требовали значительного умения инавыков при работе: из-за колебаний постоянного требовалось регулировать подачуводы распылителем, с которым работал специально обученный оператор-«форсунщик».
На первоначальном этапе былбольшой процент ручного труда. Непосредственно смешивание происходило на местепроизводства работ. Для этого использовали цемент и острогранный песок.Механических смесителей практически ещё не было, а такое понятие, как добавка,вообще отсутствовало. Операторы, работающие с разбрызгивателем, не имелиспециальной подготовки, однако работа хорошо оплачивалась, и они имелигарантированную оплату сверхурочных. Мобилизация и подготовка на местепроизводства работ занимала длительный период времени, поскольку обращение соборудованием требовало сноровки и умения. Но время шло, и появились операторы-«форсунщики», которым удалось овладеть всеми тонкостями профессии. Говорить отехнике безопасности в то время не приходится, оснащение средствамииндивидуальной защиты не практиковалось вовсе.
Наибольшее распространениеторкрет-бетон получил в Великобритании и Германии. Подрядчики работали напринципиально новых для себя территориях, таких, как Восточная и ЗападнаяАфрика, Индия и Малайзия, Индокитай, Ближний Восток. Сначала это были ремонтныеработы. Наиболее крупными объектами были: строительство дренажного туннеляобъёмом 184 000 м3на заводе компании «Форд» в Дагенхеме в 1930 г.; дополнительная водонепроницаемаяобделка туннеля под рекой Мерси в 1931 г. на площади в 100 000 м2;защитные облицовки угольных бункеров и дымовых труб. Зачастую инструкцииписались специалистами-подрядчиками, не знавшими конкретных техническиххарактеристик. Часто спецификации были неполными и не особо пригодными копределённому виду работ. Но именно на них приходилось опиратьсяинженерам-консультантам.
Начиная с 40-х годов ХХ векаразработки в области технологий применения и материалов стали развиваться болеебыстрыми темпами. Была создана высокопроизводительная и легко управляемаямашина для разбрызгивания — вращающаяся цилиндр-бочка, которая смоглаобеспечить более-менее плавную подачу материала к форсунке. Была разработанапринципиально новая система влажной смеси (торкрет-бетон), которая не требоваладобавления воды непосредственно у форсунки. Эти два новшества улучшили качествоторкрет-бетона как конечного продукта, что не могло не сказаться на подготовкеоператоров — её срок значительно сократился.
В связи с применениеммеханических смесителей при производстве товарного бетона, а также ввидуразработки добавок для быстрого схватывания, внимание было перенесено на болееперспективные рынки Восточной Европы, Ближнего Востока и Африки. Изменилсятакже и характер проектов, в которых применялся торкрет-бетон. Большуюдолю на рынке ремонтных работ занимали укладываемые вручную растворы с добавкойполимеров, и только крупномасштабные проекты считались подходящими дляторкрет-бетона. Таким образом, индустрия торкрет-бетона стала активнееучаствовать в строительстве оригинальных сооружений свободной формы, таких, какплавательные бассейны, крыши в виде гиперболических параболоидов и коноидов,вентиляционные шахты туннелей. Торкрет-бетон становится основной и неотъемлемойчастью строительства туннелей. Данная технология получила широкоераспространение и в СССР: началось строительство метро, что не могло не повлечьза собой применение торкрет-бетона.
В настоящие время используетсядва метода нанесения при помощи воздушного распыления на обрабатываемуюповерхность: «сухой» и «мокрый». «Мокрый» метод, всвою очередь, подразделяется на «мокрый» со сплошным потоком и «мокрый» сразряженным потоком. Каждый из методов имеет свои достоинства и недостатки.
«Сухое» торкретирование
Метод «сухого» торкретированиябыл впервые применен в начале ХХ в. «Сухой» метод— метод распыления, при котором цемент изаполнитель предварительно дозируются и перемешиваются перед подачей вспециальный пневматический аппарат, из которого они под высоким давлениемвводятся в поток сжатого воздуха и через систему шлангов и трубопроводовподаются на сопловой блок, где смачиваются впрыскиваемой из форсунки,подаваемой под давлением водой и распыляются в виде направленной струи на местоукладки.
Процесс наращивания слоя торкретбетона происходит следующимобразом. В первый период (исчисляется миллисекундами) практически вся смесьотскакивает от поверхности; на поверхности остаётся только тонкодисперснаясоставляющая — цементное молоко, которое образует клеящий слой. В следующеемгновение на поверхности остаётся самый мелкий заполнитель, а крупныйзаполнитель отскакивает. Далее всё более крупный заполнитель «вбивается» вторкретируемую поверхность до тех пор, пока отскок не стабилизируется.
Полученный слой торкретбетона обладает многимиположительными свойствами, обусловленными способом нанесения:
высокая адгезия за счёт того, что пограничный слойобразован цементным молоком с самым мелким заполнителем;
высокая плотность и когезия за счёт высокой скорости полётачастиц смеси — частицы буквально вбиваются в уже нанесённый слой торкретбетона;
оптимальное водоцементное отношение — опытный сопловщикподаёт минимально возможное количество воды;
возможность нанесения слоя бетона до 10–15 см за одинпроход;
высокая плотность материала, т. к. всё, что плохозакрепилось, отскакивает.
Недостатком сухого способа торкретирования является высокийпроцент отскока (до 25 % сухой смеси).
«Мокрое»торкретирование
«Мокрое» торкретирование на полвека младше. Егопоявление было обусловлено, прежде всего, возникновением модифицирующихбетонную смесь добавок и развитием строительной химии.
«Мокрое»торкретирование сплошным потоком
При этом способе готовая (затворённая) бетонная смесьподаётся в установку «мокрого» торкретирования (бетононасос) и гидравлическимспособом (сплошным потоком) подаётся по шлангу к соплу. К соплу по другомушлангу подаётся сжатый воздух, при помощи которого сплошной поток смесиразрывается, ускоряется и доставляется к торкретируемой поверхности. В этомслучае скорость, с которой производится набрызг, существенно ниже. В результатеколичество отскока снижается до 10 %. Высокое качество торкретбетонадостигается введением модифицирующих добавок:
адгезия с поверхностью — путём принудительного нанесенияклеящего слоя;
нанесение толстого слоя — введением ускорителейсхватывания, раствор которых подводится к соплу отдельным шлангом;
оптимальное водоцементное отношение — применениемпластификаторов и суперпластификаторов.
«Мокрое» торкретирование в большей степени соответствуетиндустриальным методам строительства. Бетонная смесь приготавливается наспециализированных предприятиях или бетонных узлах, доставляетсяавтобетоносмесителями, а главное, квалификация сопловщика играет менее важнуюроль.
Однако необходимость введения добавок несколько увеличиваетстоимость наносимой смеси. Кроме того, транспортировка по шлангу затворённогобетона исключает возможность даже кратковременных перерывов в торкретированиибез трудоёмкой операции промывки шланга (бетонная смесь схватывается в шланге).
«Мокрое»торкретирование в разряженном потоке
При этом способе готовая бетонная смесь помещается впневмобетононасос и при помощи сжатого воздуха транспортируется к соплу, откудас высокой скоростью выбрасывается на поверхность. Данный способ занимаетпромежуточное положение между вышеперечисленными. Присутствует возможностьприготовления готовой (затворённой) смеси и нет необходимости вводить большоеколичество пластификаторов.
К недостаткам этого способа следует отнести высокий отскок— до 25 %, необходимость нанесения клеящего слоя и применения ускорителейсхватывания, обязательную промывку материального шланга при перерывах в работе.
Компенсируя достоинства и недостатки друг друга, все триспособа активно развиваются и широко используются в практике строительства иремонта железобетонных сооружений и конструкций.
Области примененияторкрет-бетона
Области примененияторкрет-бетона предусматривают конструкционное и неконструкционноеиспользование.
Конструкционное использование:
Строительство резервуаров,ёмкостей, башен, в том числе для питьевого водоснабжения.
Гидроизоляция гидротехническихсооружений, туннелей и коллекторов.
Строительство элементовгидротехнических сооружений.
Реконструкция железнодорожных иавтомобильных туннелей.
Окончательная отделка штолен,туннелей, пещер, шахт.
Нанесение поверхностных покрытийв штольнях и безнапорных водоводах для улучшения протекания жидкости.
Крепление строительныхкотлованов.
Крепление скальных стен иоткосов.
Подведение контропор ифундаментов под сооружения.
Обделка и поверхностные покрытияпри надземном строительстве.
Усиление конструкций из кладки ибетона.
Усиление стальных конструкций.
Неконструкционное использование(предупредительный ремонт, восстановление и защита зданий и сооружений):
Защитные работы в подземныхсооружениях.
Огнеупорная облицовка.
Антикоррозионная защита стальныхконструкций.
Восстановление защитного слоябетона.
Нанесение износоустойчивыхпокрытий.
Восстановление профилей.
Ремонт повреждений, вызванныхизносом, кислотами, газами, огнём, взрывами, морозами и чрезмерной нагрузкой.
Реконструкция армированныхперекрытий.
Устранение дефектовстроительства бетонных сооружений.
Ремонт туннельных покрытий иобделок.
Ремонт мостов и подпорных стен.
Ремонт гидротехническихсооружений.
В настоящее время широкоприменяются упакованные материалы, так называемые «биг-беги», разрабатываютсяновые методы и технологии с применением высокопроизводительных машин сиспользованием «мокрого» метода распыления, для торкретирования влажных смесей,причём наибольшее внимание уделяется обучению персонала, тестированию иконтролю за качеством. Областями применения торкрет-бетона остаются ремонт иусиление конструкций с применением упакованных материалов, т. е. при помощисухого метода распыления. В то время как система «мокрого» метода распыления частоиспользуется для облицовки стен из буровых свай и отделки туннелей. Здесьразработка и создание принципиально новых машин для торкретирования значительноувеличила производительность и безопасность. Обе системы применяются встроительстве плавательных бассейнов и других сооружений свободной формы.
Техническиетребования к торкрет-бетону
Торкрет-бетон долженсоответствовать требованиям ГОСТ 26633, МГСН 2.09-03 в отношении мелкозернистыхбетонов и настоящим Техническим условиям и изготавливаться в соответствии сТехнологическим регламентом (Приложение Б). Ответственность за использование иподбор состава торкрет-бетонной смеси, отвечающей нормируемым требованиямпроектной и технологической документации, лежит на исполнителе торкрет-бетонныхработ.
Для торкрет-бетона установленыследующие классы прочности на сжатие:
В30, В35, В40, В45, В50, В55,В60.
Для торкрет-бетона установленыследующие классы прочности на растяжение при изгибе:
Btb3,6; Btb4,0; Btb4,4; Btb4,8; Btb5,2; Btb5,6;Btb6,0.
Прочность сцепленияторкрет-бетона с основанием (в дальнейшем адгезия), на которое он наносится, должна соответствоватьтребованиям табл. 1, в которойуказаны минимальные значения прочности сцепления с бетонной поверхностью искальным грунтом в конструкционном и не конструкционном исполнении.
Вид адгезионного соединения | Вид обрабатываемой поверхности; минимальная прочность, МПа | |
Бетон | Скальный грунт | |
Конструкционное | 2,0 | 0,5 |
Неконструкционное | 1,0 | 0,1 |
Таблица 1
Водонепроницаемостьторкрет-бетона характеризуется маркой по водонепроницаемости W, коэффициентом фильтрации иводопоглощением (косвенно) и должна соответствовать требованиям табл. 2.
Марка по водонепроницаемости (W) | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
Коэффициент фильтрации, см/сек (Кф) | 7?10–9 | 2?10–9 | 6?10–10 | 1?10–10 | 6?10–11 |
Водопоглощение, % | до 5,7 | до 4,7 | до 4,2 | до 4,0 | до 3,8 |
Таблица 2
Морозостойкость торкрет-бетонахарактеризуется марками F50,F75, F100, F150, F200,F300, F400, F500, F600,F800, F1000.
Примечание: В зависимостиот условий эксплуатации торкрет-бетона марки по морозостойкости назначаются прииспытаниях в пресной или солёной воде.
В зависимости от конкретныхусловий изготовления и эксплуатации торкрет-бетона в проекте могут бытьпредусмотрены и другие нормируемые показатели качества (истираемость,кавитационная стойкость, модуль упругости, плотность и т. д.), которые должныбыть обеспечены при производстве торкрет-бетона.
В зависимости от проектныхрешений качество поверхности торкрет-бетона после набрызга и дополнительныхработ по отделке должна отвечать требованиям ГОСТ 13015, или поверхность должнаоставаться необработанной.
Подборсоставов рациональных торкретбетонов довольно сложная техническая задача, и еёрешение определяется в первую очередь выбором способа торкретирования исоответствующего оборудования, проектных характеристик готового торкретбетона,условий нанесения и качеством используемых материалов. В развитых странах ужемного лет существует практика использования качественных, рассеянных пофракциям заполнителей, высокоактивных портландцементов, эффективных химическихдобавок. В этом случае торкретбетон отличается стабильными показателямикачества, при небольших дозировках цемента. Отечественные строительные«традиции» предусматривают возможность получения «качественного» бетона используя мелкие, местные пески, одну, редко двефракции крупного заполнителя, цемента с неизвестной активностью, из-заперечисленных выше недостатков расходы цемента на 1 м3бетонапревышают европейские на 10–40 %, страдает структура бетона, ухудшаютсяпоказатели долговечности и сульфатостойкости и т. д. Одним из решений проблемынизкого качества сырьевых материалов является использование современныхмодифицирующих добавок и рецептур, подобранных с учётом особенностей нанесенияторкретбетонов.
Среди последних отечественныхразработок особенно хотелось бы выделить ЦМИД-3 «Торкрет». Это — состав дляремонта обширных и площадных дефектов бетона методом сухого торкретирования(набрызга). Следует отметить, что и в данном случае «творческий союз»«Гидроспецстроя СПб» в лице генерального директора Степанова Г. М. и фирмы«ЦМИД» в лице начальника лаборатории Костырь Г. А. дал хороший результат.
ЦМИД-3 «Торкрет» представляетсобой сухую смесь на основе высокомарочного цемента, экспериментальноподобранного и оптимизированного фракционного состава заполнителей ифункциональных добавок. Оптимальный состав компонентов позволяет надежноремонтировать разрушения бетона и препятствовать процессу дальнейшегоразрушения.
Наданном этапе имеется две модификации: ЦМИД-3 «Торкрет В25» — взатвердевшем состоянии соответствует бетону В25 F300 W8 — и ЦМИД-3 «Торкрет В30» — взатвердевшем состоянии соответствует бетону В30 F400 W12.
Неоспоримыепреимущества применения смеси:
гарантирует 100%-ные заявленныесвойства бетона в затвердевшем состоянии;
снижает отскок при нанесении до5–7 % (!);
минимизирует пыление принанесении;
увеличивает производительность истепень механизации работ при нанесении;
набор 50%-ной прочности ужечерез 2 сут. твердения;
повышенное сцепление соснованием.
Областьприменения:
в качестве штукатурнойгидроизоляции сырых или обводнённых участков конструкций при ремонте мостов,тоннелей, труб;
при восстановлении защитногослоя железобетонных конструкций и усилении массивных мостов и обделок тоннелей;
для защиты поверхности кладкиискусственных сооружений от выветривания, ударного и истирающего действия льдаи песка;
при ремонте обширных площадных иглубоких дефектов железобетонных конструкций;
при усилении существующихбетонных элементов.
Наименование показателя | Значение |
Внешний вид | Сухая, сыпучая серая однородная смесь |
Насыпной вес, кг/м3 | 1500 |
Расход воды затворения, л/кг | Опытным путём |
Расход сухой смеси для приготовления 1 м3 раствора, кг | 2000 |
Допустимая толщина нанесения за 1 проход (без сетки), мм | 40 |
Расход материала, кг/м2 (при толщине слоя 10,0 мм) | до 20 |
Прочность при сжатии 1 сут., МПа 28 сут., МПа | до 20,0 до 40,0 |
Марка по водонепроницаемости | W 12 |
Марка по морозостойкости, не менее | F 400 |
Адгезия к бетонной поверхности, МПа, не менее | >1,5 |
Упаковка, кг | 40 |
Оборудование
Сейчас на рынке оборудованияпредставлен довольно большой ассортимент машин для нанесения торкрет-бетона.Яркий пример — торкрет-установка «MPCS 4.30 V». Она предназначена для нанесения бетонных смесей методомсухого торкретирования. Смесь загружается в приёмный бункер, откуда при помощинепрерывно вращающегося барабана револьверного типа дозируется в нагнетательныйпатрубок и по материальному трубопроводу подаётся к пистолету, где происходитсмешивание с водой, и под давлением сжатого воздуха готовая смесь наносится наобрабатываемую поверхность. Также на нашем рынке широко представлена марка«Bunker». Данный вид машин отличает высокое качество и широкий спектрприменения.
Конечно, всегда есть, над чемпоработать, особенно это касается культуры производства, изготовления новыхтехнологичных материалов, совершенствования старых и создание новыхвысокопроизводительных машин. Но торкрет-бетон остаётся материалом с прочной —во всех смыслах этого слова — репутацией. Причём новые разработки в этойобласти раскрывают для этого материала новые возможности применения ииспользования в различных областях строительства.