Инновационная технология устройства буронабивных свай

Одним из главных условий в технологии бетонирования любых железобетонных конструкций является качественное уплотнение бетонной смеси, поскольку от равномерности и степени ее уплотнения сильно зависит как прочность, так и долговечность затвердевшего бетона.

При этом еще 20 лет назад считалось, что высокую долговечность бетона обеспечивает только применение смесей, с осадкой конуса не превышающей 5 сантиметров и поэтому, для гарантированного обеспечения долговечности бетона буронабивных свай нужно использовать именно такие смеси.

Однако малопластичные смеси требуют внутреннего уплотняющего воздействия, что весьма трудно сделать при укладке смеси в тело буронабивной сваи и особенно у ее основания. Поэтому при устройстве буронабивных свай весьма логичным было бы применение так называемых самоуплотняющихся смесей, поскольку они способны качественно уплотняться под действием собственного веса, т.е. вообще без виброуплотнения.

Что же такое самоуплотняющаяся бетонная смесь? По определению это смесь, которая без какого-либо воздействия на нее, самостоятельно под воздействием собственного веса течёт и полностью заполняет пространство между арматурными стержнями и опалубкой. Нужно заметить, что долгое время существовала определенная путаница в отнесении бетонных смесей к самоуплотняющимся и зачастую в качестве таковой принималась бетонная смесь наливного типа с расплывом конуса более 650 мм.

Сегодня принято считать, что причисление смесей к самоуплотняющимся возможно только при расплыве конуса не менее 700 мм с одновременным определением дополнительных показателей.

В качестве таковых могут применяться:

• время расплыва конуса до диаметра 500 мм,
• время расплыва конуса до диаметра 500 мм с применением блокировочного кольца;
• время истечения смеси из специальной воронки,
• испытание смеси с использованием L-образного ящика,
• испытание смеси с использованием ящика Каджима,
• испытание смеси по методу сообщающихся сосудов.

Считается необходимым также обязательно контролировать расслаиваемость и водоотделение бетонной смеси.

Требования к бетонным смесям для буронабивных свай

Анализ методов контроля качества смесей используемых при устройстве буронабивных свай показал, что наиболее информативными в этом случае будут следующие испытания:

• определение диаметра расплыва стандартного конуса;
• определение времени расплыва конуса до диаметра 500 мм;
• испытание смеси по методу сообщающихся сосудов.

Описание выбранных методов испытаний

Расплыв конуса и время Т500

Сущность метода. Перевернутый стандартный конус Абрамса (соответствует российскому конусу по ГОСТ 10181) заполняется бетонной смесью без уплотнения. Не позже 90 секунд после наполнения конус поднимается вверх. Сразу после начала подъема конуса включается секундомер. В момент достижения смесью расплыва диаметром 500 мм осуществляется фиксация этого времени. После завершения растекания определяется максимальный диаметр расплыва бетонной смеси.

Критерии отнесения смеси к самоуплотняющейся. Диаметр расплыва конуса должен быть не менее 700 мм. Время достижения диаметра 500 мм должно составлять от 3 до 6 секунд.

Испытание смеси по методу сообщающихся сосудов

Сущность метода. Левая часть ящика полностью заполняется бетонной смесью. Ящик имеет перегораживающую задвижку и рамку со стержнями, которые имитируют арматуру. Открывается задвижка и бетонная смесь протекает через рамку со стержнями в правую часть. После окончания процесса перетекания смеси, измеряют высоту уровней бетона в левой и правой частях ящика.

Критерий отнесения смеси к самоуплотняющейся. Разница между уровнями в левой и правой частях ящика должна составлять не более 20 мм.

Требования к затвердевшему бетону для буронабивных свай

При разработке проектной документации с применением бетона из самоуплотняющейся бетонной смеси как минимум должны быть заданы класс бетона по прочности на сжатие, марки по морозостойкости и по водонепроницаемости. Класс бетона устанавливается исходя из несущей способности сваи. Марки по морозостойкости и водонепроницаемости устанавливаются исходя из условий эксплуатации. 

При этом как правило марка по водонепроницаемости должна быть не ниже W6. При устройстве буронабивных свай в агрессивных средах, рекомендуется применять бетон, аналогичный бетону для дорожных и аэродромных покрытий. Тепловыделение самоуплотняющегося как правило бетона не превышает тепловыделения обычных бетонов. При необходимости регулировать тепловыделение можно за счет применения специальных химических добавок.

Подбор рецептуры самоуплотняющейся бетонной смеси

Рецептура самоуплотняющейся бетонной смеси отличается от рецептуры обычной смеси следующими особенностями:

• содержание щебня должно быть равно содержанию песка;
• обязательно должен присутствовать микрозаполнитель;
• обязательно должен применяться суперпластификатор;
• суммарное количество цемента и микрозаполнителя должно быть не менее 500 кг/м3.

Следует учитывать, что качество бетонной смеси весьма чувствительно к изменению соотношения применяемых компонентов.

Требования к компонентам самоуплотняющейся бетонной смеси

В качестве крупного заполнителя рекомендуется применять фракционированный щебень с содержанием зерен лещадной и игловатой формы не более 15 %. Крупность щебня должна быть такой, чтобы избежать блокирования зерен заполнителя в ячейках арматурного каркаса. В качестве мелкого заполнителя рекомендуется применять песок в виде смеси из двух или трех фракций. Рекомендуется использовать пески с окатанной формой зерен. 

Применение песков с игольчатой формой зерен, а также отсевов дробления щебня не рекомендуется. Что касается содержания в песке и щебне пылевидных частиц - не следует считать пылевидные частицы вредными, поскольку в состав самоуплотняющихся смесей специально вводится микрозаполнитель, который имеет пылевидную крупность. При этом, в отличии от пылевидных, содержание глинистых частиц в заполнителях должно быть минимальным.

В качестве вяжущего может применяться любой цемент, кроме цементов с признаками ложного схватывания. Для обеспечения долговечности свай в грунтах с агрессивным воздействием рекомендуется применять цемент с содержанием трехкальциевого алюмината не более 8 %. Рекомендуется осуществлять предварительную проверку цементов на ложное схватывание в присутствии применяемых химических добавок.

Микрозаполнитель инертного типа рекомендуется применять с крупностью от 50 до 150 микрон, поскольку такие размеры зерен улучшают гранулометрию и восполняют пробел между зернами цемента и песка. Микрозаполнитель активного типа желательно применять с крупностью зерен от 5 до 20 микрон, поскольку это способствует проявлению его гидравлической активности и в некоторой степени снижает расход цемента. Микрозаполнители представляющие собой порошковые отходы промышленных производств, могут быть использованы только после их специального лабораторного испытания.

Химические добавки применяются также, как в обычном бетоне. Для обеспечения необходимой консистенции бетонной смеси могут использоваться любые пластификаторы, в том числе на основе поликарбоксилатов. Однако у этих пластификаторов имеются свои особенности, которые необходимо учитывать:

• добавка приходит в негодность при замораживании ее водного раствора;
• имеется проблема их совместимости с некоторыми цементами;
• добавка может вовлекать излишнее количество воздуха.

Транспортирование самоуплотняющейся бетонной смеси

Следует учитывать, что самоуплотняющаяся смесь является многокомпонентной структурой, которую сложно сохранить в стабильном состоянии длительное время. Готовую смесь следует доставлять потребителю только в автобетоносмесителях (миксерах). Во время ее транспортирования необходимо обеспечивать постоянное вращение барабана автобетоносмесителя. Необходимо располагать точными сведениями о том, сколько времени смесь провела в дороге и сколько времени осталось до начала ее укладки в конструкцию. 

Максимальная продолжительность нахождения смеси в миксере с учетом времени ее выгрузки как правило не должна превышать 2 часов. Запрещается добавлять в бетонную смесь воду для восстановления ее консистенции. Корректировку консистенции смеси, при ее загустевании, допускается производить только при помощи пластификатора строго соблюдая процедуру его ввода с смесь в соответствии с требованиями ГОСТ 7473.

Особенности бетонирования с использованием самоуплотняющейся смеси

Смесь должна подаваться снизу вверх начиная от дна скважины, так называемое напорное заполнение опалубки восходящим потоком. Конец бетонолитной трубы при этом должен быть расположен ближе к краю скважины и постоянно находиться ниже уровня поверхности укладываемой смеси. Перед бетонированием следует убедиться, что скважина не содержит воды и мусора и арматура размещена в соответствии с требованиями проекта, а также проверить герметичность соединений бетонолитной трубы. 

Укладку смеси следует начинать только после проверки расплыва конуса и времени ее истечения из воронки. При этом необходимо визуально контролировать расслоение смеси. Нужно обеспечить непрерывную подачу смеси в скважину с тем расчётом, чтобы при бетонировании не образовывались холодные швы. При вынужденных перерывах бетонирования смесь должна находиться в автобетоносмесителе.

Уход за твердеющим бетоном

Выдерживание самоуплотняющегося бетона при устройстве буронабивных свай следует осуществлять аналогично выдерживанию обычного бетона. При среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5 °С необходимо принимать специальные меры согласно СП 70.13330.2012.

____________________________________________________________________________
Список изученной литературы

• СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов
• ГОСТ 26633-2012. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
• ГОСТ 7473-2010. Смеси бетонные. Технические условия
• ГОСТ 10181-2014 Смеси бетонные. Методы испытаний
• СП 70.13330.2012. Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87
• Войлоков И.А. Самоуплотняющиеся бетоны. Новый этап развития бетоноведения //Бетоны. 2008. № 4. С. 5 - 8.
• Европейские рекомендации по самоуплотняющемуся бетону. Спецификация, производство и применение, 2005.
• EH 12350-5:2000. Испытание бетонной смеси. Часть 5. Испытание на расплыв конуса (EN 12350-5:2000(Testing fresh concrete - Part 5: Flow table test)
• BS EN 12350-8:2010. Испытания бетонной смеси. Часть 8. Самоуплотняющийся бетон. Испытание на осадку конуса(Testing fresh concrete. Self-compacting concrete. Slump-flow test).
• BS EN 12350-9:2010. Испытания бетонной смеси. Часть 9. Самоуплотняющийся бетон. Испытание воронкой (Testing fresh concrete. Self-compacting concrete. V-funnel test).
• BS EN 12350-10:2010. Испытания бетонной смеси. Часть 10. Самоуплотняющийся бетон. Испытание L-образным ящиком(Testing fresh concrete - Part 10: Self-compacting concrete. L-box test).
• BS EN 12350-11:2010. Испытания бетонной смеси. Часть 11. Самоуплотняющийся бетон. Испытание на расслоение (Testing fresh concrete. Self-compacting concrete. Sieve segregation test).

Статью подготовил:

Инженер-эксперт отдела обследования и экспертиз
несущих и ограждающих конструкций
Несветайло В.М.