О подводном бетонировании

Бетон как строительный материал используется для подводных работ уже в течение многих веков.

Однако примитивный, без каких-либо вспомогательных приспособлений, прием погружения бетонной смеси, заготовленной на воздухе (сухой) или затворенной на воде, быстро убедил строителей в его непригодности.

Распадаясь при отсыпке под воду, такая бетонная масса оказывалась неоднородной, слоистой, имела малую прочность и, конечно, не отвечала даже самым минимальным техническим требованиям.

Между тем возможность применения подводного бетонирования тогда, когда производство работ на воздухе с использованием водоотлива создает технические трудности или является неэкономичным, всегда привлекала инженерную мысль.

Эта задача долгое время не была окончательно разрешена. Проводившиеся и разные периоды исследования для получения доброкачественного подводного бетона привели к возникновению большого числа приемов и методов подводного бетонирования. Не все они равноценны, но весьма показательны в отношении постепенного развития и улучшения способов такого бетонирования.

Подробнее...

Классификация бетонов

Гидротехнические бетоны служат для возведения сооружений или их отдельных частей, находящихся в период эксплуатации в воде, постоянно или периодически ею омываемых, и обладают такими свойствами, которые обеспечивают в эксплуатационных и климатических условиях длительную нормальную службу (долговечность) бетонных конструкций.

Разрушительное действие на такой бетон оказывают попеременное его увлажнение и высыхание, значительные колебания температуры воды и воздуха, агрессивные воды, а для морских сооружений еще и удар волны. Нередко эти факторы накладываются один на другой. Возможно также влияние напорной фильтрации воды через толщу бетона.

По современной регламентированной ГОСТ 4795-68 классификации, учитывающей условия зон, в которых находится бетон сооружений, он подразделяется на три вида: бетон подводный, постоянно находящийся в воде; бетон зоны переменного уровня воды, где он периодически смачивается ею и высыхает, а в суровом климате, кроме того, замерзает и оттаивает; надводный бетон, находящийся выше зоны переменного горизонта воды.

В зависимости от массивности сооружения или конструкций различают массивный и немассивный бетон, от расположения его в массивных сооружениях - бетон наружной и внутренней зон и, наконец, от действующего напора воды, - бетон напорных и безнапорных сооружений. Бетон подземных конструкций, находящихся в зоне воздействия грунтовых вод, относят к подводному.

Подробнее...

Коррозия бетона

Защита от коррозии и обеспечение долговечности строительных конструкций являются одной из важнейших проблем, имеющих чрезвычайно большое значение для народного хозяйства.

Частичное или полное разрушение портландцементных растворов и бетонов в основном объясняется процессами, происходящими при выщелачивании из отвердевшего цемента свободной извести Са(ОН)₂.

Такие процессы проявляются главным образом там, где на бетонные сооружения действуют большие массы воды (гидротехнические сооружения).

В пресной воде для безнапорных гидротехнических сооруже­ний (стены набережных, причалов и т. д.) явление выщелачивания извести из раствора или бетона сравнительно не опасно, так как оно происходит лишь по поверхности и легко парализуется применением более плотного, менее водопроницаемого раствора или бетона.

В напорных сооружениях, несмотря на проектирование бетона с учетом водонепроницаемости, вследствие разности гидростатического давления (напора) на сооружения все же возможна фильтрация через них воды. Так как в воде известь растворяется, то фильтрующая вода, проникая в толщу бетона, растворяет находящуюся в отвердевшем цементе свободную известь и, насыщаясь ею, проходит через весь бетон; этот процесс продолжается благодаря постоянному новому притоку воды до тех пор, пока не происходит разрушение сооружения.

Подробнее...

Сорта вяжущих (цементов) применяемых при подводном бетонировании

Правильный выбор сорта цемента в соответствии со способом приготовления и укладки бетона и условиями его работы в сооружениях - одно из важнейших мероприятий по повышению долговечности бетона.

Не надо забывать и того, что при этом должна решаться задача экономии цемента, так как последняя служит так­же мерой повышения долговечности бетона.

Избыток цемента в бетоне вреден, он ведет к увеличению усадки и термическому образованию трещин.

В целях увеличения срока службы и сохранения от разрушения, в особенности гидротехнических бетонных сооружений, уже сравнительно давно применяются портландцемента с гидравлическими добавками, пуццолановый портландцемент заводского изготовления и шлаковый портландцемент.

Эти цементы обладают по сравнению с обычным портландцементом большей устойчивостью в пресной и минерализованной (морской) воде и могут быть использованы для подводного бетонирования.

Не останавливаясь на хорошо известных их свойствах, указываемых в общесоюзных стандартах, описанных в различных монографиях, руководствах и т. д., необходимо подчеркнуть, что структура и свойства бетона обусловлены комплексом физико-химических процессов, происходящих в бетонной смеси за предшествующий схватыванию период и за время твердения. Здесь играют роль минералогический состав цемента и тонкость его помола, крупность и градация заполнителей в бетоне, соотношение твердых и жидких фаз в цементном камне и бетонной смеси и т. п.

Подробнее...

Сульфатостойкие цементы

При наличии агрессивных сульфатных под применение портландцемента противопоказано; использование же более стойкого пуццоланового портландцемента в этих случаях связано с некоторыми осложнениями и в первую очередь с тем, что этот цемент не обеспечивает получение цементного камни высокого качества по морозостойкости в зонах переменного ровни воды, что важно для сохранности частей морских сооружений находящихся в условиях прилива и отлива, а для речных в условиях сработки бьефа водохранилищ.

Наши заводы вырабатывают новые сорта сульфатостойких портлапдцементов и пуццолановых портландцементов; сульфатостойкость в них достигается изменением минералогического состава клинкера в основном за счет снижения содержания трехкальциевого алюмината и повышения содержания двухкальциевого силиката.

Сульфатостойкий портландцемент изготовляется путем тонкого помола цементного клинкера, в состав которого входят трехкальциевый алюминат (не более 5%), гипс (до 5% по весу клинкера) и активная минеральная добавка (пепел, трасс и т. д. 5 - 10%).

Подробнее...

Пластифицированый портландцемент

Изготовляется на цементных заводах путем введения в клинкер в процессе помола его с гипсом и с активной гидравлической добавкой (вулканический пепел, трепел и т. д.) небольших количеств органического, поверхностно активного вещества (гидрофобизирующей добавки) - концентрата сульфитно-спиртовой барды (ССБ), которая составляет всего 0,15-0,25% (в пересчете на сухое вещество) от веса цемента.

Сущность пластифицирующего действия концентрата сульфитно-спиртовой барды заключается в следующем: образуется коллоидно-адсорбционная пленка барды на всей поверхности частиц цемента; эта пленка удерживает на поверхности достаточно толстые слои воды, которые обеспечивают гидродинамическую смазку и устраняют силы сцепления между частицами, что и является главной причиной повышения подвижности бетонной или растворной смеси.

По сравнению с обычным портландцементом достигается повышение пластичности, и при сохранении заданной прочности возможно уменьшение водоцементного отношения, что влечет за собой увеличение плотности, или водонепроницаемости, а для сооружений, подвергающихся действию наружного воздуха, - морозостойкости бетона; удельный расход цемента при сохранении пластичности и прочности бетона снижается примерно до 10%.

Подробнее...

Гидрофобный портландцемент

Изготовляется на цементных заводах посредством введения в клинкер в процессе помола вместе с гипсом специальной гидрофобизирующей добавки.

Этой добавкой являются органические поверхностно-активные вещества типа мыл: мылонафт, олеиновая кислота, асидол, солидол и др. (ГОСТ 13302-67).

Она так же, как и сульфитно-спиртовая барда, интенсифицирует процесс изготовления цемента, повышая тонкость его помола; кроме того, уменьшается слипание цементных частиц и не имеет места обычно наблюдаемое в мельницах прилипание цемента к мелющим телам (шарам).

Отличительные свойства гидрофобного цемента следующие:

-несмачиваемость его водой или, вернее, негигроскопичность. Благодаря этому цемент может долго сохраняться в порошке, не подвергаясь действию атмосферной влаги. В результате длительного хранения он при нахождении на воздухе не теряет в отличие от других сортов цемента своей активности и при кратковременном воздействии воды не превращается в комки. Объясняется это тем, что введенная в состав цементного порошка в процессе его помола гидрофобизирующая добавка адсорбируется на поверхности частиц цемента, химически связывается с ними и покрывает их мономолекулярным слоем;

Подробнее...

Расширяющийся цемент

Это гипсоглиноземистые быстротвердеющие цементы (ГОСТ 11052-64); они представляют отдельную группу и идут в дело преимущественно на промышленных и гражданских стройках, но могут быть использованы также и в гидротехническом строительстве для изготовления сборных надводных и подводных конструкций.

Физико-химическая сущность процесса расширения цемента заключается в образовании в его составе гидросульфалюмината кальция в результате взаимодействия кальция и гипса.

Начало схватывания - 4 мин, конец - 10 мин, прочность через 24 ч твердения составляет примерно 200 кГ/см²; линейное расширение при твердении в воде - 0,5-1 % через сутки.

Основой расширяющихся цементов служит, как видно из изло­женного, быстротвердеющий глиноземистый цемент, получаемый из дефицитного глинозема, что сильно ограничивает развитие его производства. Разработан новый способ изготовления таких цементов из алюминиевых шлаков, являющихся отходами при плавке алюминия; это значительно расширяет сырьевую базу и удешевляет производство.

Подробнее...

Добавки - ускорители твердения

В настоящее время имеется большое число различных добавок - ускорителей процесса твердения растворов и бетонов в начальный период, в том числе много и  заграничных ускорителей, состав которых скрыт патентами фирм, выпускающих их на рынок.

Общие требования, предъявляемые к таким добавкам, следующие:

-они не должны влиять на ускорение схватывания (по возможности);

-не должны давать соединений, вредно влияющих впоследствии на конечную прочность раствора или бетона;

-не должны быть дефицитными.

В качестве ускорителей применяются хлористый кальций (СаСl), соляная кислота (НСl), сода (Na₂C0₃), растворимое жидкое стекло (Na₂0*Si0₂+H₂0) и др.

Применение соды и раствора растворимого стекла должно быть очень ограничено и может быть рекомендовано лишь при аварий­ный работах. Хотя добавка соды и ускоряет твердение раствора или бетона, но в дальнейшем приводит к снижению относительной прочности. Например, при ее добавке в виде безводного вещества И количестве 5,2% от веса цемента временное сопротивление сжа- Т1и" через 28 дней снижается почти вдвое по сравнению с цементом без  добавки. Приблизительно такая же картина получается при добавке растворимого стекла, обладающего еще и тем недостатком, что его химический состав непостоянен. 

Подробнее...

Отощающие добавки

Отощающие добавки вводятся в пределах соотношении не выше, чем цемент/добавка=1/1. При таких процентах потеря прочности цементного камня невелика.

Для подводных бетонных работ в случае, когда возведенное вооружение находится во время эксплуатации постоянно под водой, и качестве отощающей добавки представляется возможным пользоваться бентонитовыми глинами; это позволяет не только снизит расход цемента, но и оказать пластифицирующее действие на растворную и бетонную смеси.

Впервые бентонитовые глины были найдены в США и названы так по месту их разработки - район Бентон. Они встречаются в большом количестве по восточному и западному склонам Скалистых гор (США) и в Канаде.

В СССР бентониты и близкие к ним по своим свойствам глины имеются на Кавказе, в Закавказье, Туркмении, Крыму, на Дальнем Востоке, на Кольском полуострове и в средней полосе европейской части России, например кудиновские около Москвы.

Запасы их огромны и исчисляются в миллионах тонн. Залегают они на поверхности или очень близко от поверхности земли, а открытые в настоящее время залежи расположены недалеко от железнодорожных линий и автострад; поэтому разработка и транспортирование добытого материала незатруднительны.

Подробнее...

Методы подводного бетонирования

По характеру кладки бетона методы подводного бетонирования можно разделить на две большие группы: непосредственная укладка бетонной смеси под воду и раздельное бетонирование, когда процесс состоит из двух этапов: наброски в воду крупного заполнителя и заливки этой наброски раствором.

Для проведения работ по подводному бетонированию бетонных сооружений больших объемов, без использования водоотлива бетонную смесь укладывают, обычно применяя один их двух способов.

Это метод вертикально перемещающихся труб  (ВПТ) или способ восходящего раствора (ВР).

Остальные методы такие как втрамбовывание бетонной смеси, метод укладки кюбелями и укладку бетонной смеси в мешках можно рассматривать как вспомогательными, которые применяются при незначительных объемах бетонирования.

Способ  (ВПТ) реализует подачу бетона по вертикально расположенной трубе, которая по мере увеличения слоя бетона подымается, с помощью кранов, при этом важно чтобы нижний конец трубы всегда находился в бетоне. Расстояние между трубами зависит от подвижности бетонной смеси и интенсивности бетонирования.

Подробнее...

Отсыпка бетона из бадей и самораскрывающихся ящиков (кюбелей)

Этим методом пользуются достаточно успешно уже давно и у нас и за рубежом, а сущность его вполне ясна из самого названия.

Государственным стандартом и строительными правилами  предписывается пользование для такого бетонирования бадьями или кюбелями без щелей, плотными и с легко открывающимися донными затворами.

Эти кюбели могут быть различной конструкции, в том числе и грейферного типа, а также разных объемов (от 0,1 до 4,0 м³) в зависимости от размеров бетонируемых массивов, производительности и мощности подъемного оборудования, в качестве которого могут быть использованы краны и лебедки, размещаемые на катучих тележках или плавучих средствах.

Ящики заполняют бетонной смесью на всю высоту, а их погружение в воду должно производиться медленно и без рывков.

При посадке кюбеля на место укладки необходимо его несколько заглубить (на 5-10 см) в ранее уложенную массу и этим уменьшить воздействие воды на разгружаемую из кюбеля новую порцию бетонной смеси. В начальный момент бетонирования посадку кюбеля следует производить в наиболее низкие места основания, заполняя в первую очередь впадины.

Подробнее...

Укладка бетона под воду в закрытых мешках

Этот вид подводного бетонирования производится следующим образом: наполненные приготовленной на воздухе бетонной смесью мешки погружаются в воду и укладываются широкой постелью на дно котлована с возможно более плотным их прилеганием друг к другу и с соблюдением перевязки швов. Работы, как правило, выполняются водолазами.

Мешки изготовляются из прочной ткани; категорически запрещаются бумажные, так как они могут размокать и разрываться в воде. В последнее время за рубежом для их изготовления стали применять нейлон, как весьма прочный и эластичный материал.

Для облегчения кладки водолазами вручную мешки имеют емкость 40-50 л. Для гарантии максимальной плотности укладки их заполняют смесью на две трети объема. Загрузка сухой смесью не разрешается. Рекомендуется иметь некоторый запас мешков малого объема - 5-7 л.

Выгрузка заполненной массы из мешков под водой не допускается во избежание вымыва цемента и, следовательно, снижения прочности самого бетона. Каждый загруженный мешок должен быть до спуска в воду крепко завязан, чтобы в процессе работ он не мог случайно раскрыться.

Подробнее...

Отвал бетонной смеси от берега и втрамбовывание ее на малых глубинах

Укладка методом втрамбовывания заключается в подаче готовой бетонной смеси на ранее уложенный и выступающий из воды ее «островок» с постепенным вытеснением наружного откоса этого островка посредством втрамбовывания сверху новых порций смеси. Смесь должна иметь пластичную консистенцию с, осадкой конуса от 5 до 10 см.

Строительные нормы и правила предписывают первоначальную отсыпку бетонного островка, выступающего из воды, проводить при помощи трубы или специально приспособленной бадьи, а затем дальнейшую подачу и втрамбовывание бетонной смеси вести с соблюдением следующих условий:

-не допускать ее переваливания в воду поверх откоса;

-производить подачу смеси равномерно и последовательно с такой интенсивностью, чтобы не тревожить зону твердеющего бетона и чтобы новые порции бетона не соприкасались с водой;

-втрамбовывать смесь в ранее уложенную, не доходя 20 см по уреза воды;   

-совмещать это втрамбовывание с внутренней вибрацией, ограничивая приближение вибраторов к наружному откосу островка расстоянием, при котором не возникает взмучивания цементного молочка;

Подробнее...

Бетонирование при помощи труб, перемещаемых в горизонтальном и вертикальном направлениях

Этот метод в ГОСТ не вошел, и теперь такая кладка под воду бетона, как правило, не применяется. Но он представляет важный этап в деле освоения подводных бетонных работ и послужил базой для их индустриализации, поэтому на нем следует хотя бы кратко остановиться.

Материалы Архива Академии наук свидетельствуют о том, что этот метод был предложен и осуществлен впервые в мировой практике в 1869 г. нашим соотечественником инженером путей сообщения Ф. Цвирко при строительстве железнодорожного моста через р. Нарову.

Сооружение речной опоры этого моста представлялось делом большой трудности.

Сложные гидрологические и геологические условия исключали возможность   устройства   перемычки   обычного типа и применения водоотлива. Строители решили уложить бетонную подушку фундамента под водой.

На место сооружения опоры был опущен ряж сплошной рубки (рис. 13), точно соответствовавший контурам фундамента.

Его средняя часть, являвшаяся ограждением для подводной кладки будущего фундамента опоры, была устроена без днища и поперечных переборок.

Порядок бетонирования был следующим: деревянная вливающая труба (рис. 14) подвешивалась на временных подмостях, заполнялась при закрытой дверце (клапане) бетонной смесью и опускалась так, чтобы низ ее несколько не доходил до грунта основания.

Затем начиналось бетонирование, при котором труба непрерывно дополнялась смесью и перемещалась до площади секции так, как показано на рис. 13.

В стенках ряжа по его высоте открывали    специально    сделанные  отверстия, благодаря которым взвешенные частицы цементного ила (шлама)    уносились   течением реки.

Подробнее...