Сверхвысокопрочный фибробетон Ductal®
Источник: Журнал «Цемент и его применение» - ВЫПУСК №1, 2019
Руководитель отдела инфраструктурных проектов
компании «ЛафаржХолсим Россия» Роман Чурилов ответил на вопросы
журнала «Цемент и его применение» о сверхвысокопрочном фибробетоне Ductal®,
разработанном специалистами LafargeHolcim, его свойствах и применении.
Что представляет собой Ductal®?
Разработка специалистов LafargeHolcim — сверхвысокопрочный фибробетон (СВФ) Ductal® — представлена на рынке более чем 20 составами для применения в различных сферах. За последнее десятилетие они использовались во множестве проектов в разных странах.
Согласно принятой международной классификации, составы Ductal® подразделяются на несколько групп.
Материалы Ductal® с прочностью на сжатие 130—250 МПа относятся к сверхвысокопрочным бетонам (Ultra High Perfomance Concrete, UHPC) групп Type S, Type Z (cоставы с металлической фиброй, обеспечивающие прочность на сжатие 150—250 и 130—150 МПа соответственно) и Type A (составы с полимерной фиброй). Составы группы Type S, которые были разработаны первыми и уже несколько раз модернизировались, в основном применяются для изготовления конструкций и несущих элементов объектов транспортной инфраструктуры, атомной энергетики и гидросооружений. Составы групп Type Z и Type A появились позже и применяются в основном при строительстве архитектурных объектов, для изготовления облицовочных панелей зданий, лестниц, внутренних элементов отделки и даже уличной мебели.
Также в номенклатуре Ductal® есть составы с прочностью на сжатие ниже 130 МПа. Согласно общепринятой международной классификации, они не являются UHPC или СВФ. Эти составы представляют собой обычные высокопрочные фибробетоны, относятся к высокопрочным бетонам (Very High Perfomance Concrete) и применяются для изготовления не несущих архитектурных элементов. Данные материалы выпускаются с металлической или полимерной фиброй.
Что входит в состав материалов Ductal®?
Все составы Ductal® базируются на трех компонентах: сухой смеси, фибре и химических добавках. Мелкозернистая сухая смесь на основе цементного вяжущего содержит различные заполнители, размер зерен которых не превышает 0,63 мм. Данный компонент может быть белым или серым и в каждом из этих случаев окрашиваться в массе различными пигментами. Для армирования матрицы бетона в зависимости от области его применения используется либо высокопрочная металлическая, либо полимерная фибра. Химические добавки также подобраны для каждого состава исходя из задач применения и технологии укладки/нанесения материала. СВФ Ductal® характеризуется низким водоцементным соотношением — менее 0,2.
Какова технология укладки и изготовления конструкций, требуется ли при этом традиционное армирование?
По технологии укладки и изготовления бетонных конструкций Ductal® мало отличается от обычного фибробетона. Сегодня для большинства его составов возможны три способа укладки:
1) с применением самоуплотняющейся высокоподвижной смеси;
2) с приготовлением тиксотропной смеси, которую можно наносить на поверхность, расположенную под уклоном до 12 %;
3) нанесение по технологии «набрызг-бетон» на вертикальные поверхности.
Благодаря тому, что все составы Ductal® являются мелкозернистыми и не имеют крупного заполнителя, внешний вид поверхности готовых изделий и их возможные формы безгранично разнообразны.
Существует несколько составов, в которых доля металлической фибры достигает 6 %. В базовых составах, применяемых для изготовления несущих конструкций, доля фибры составляет 2—4 % в зависимости от области применения, что позволяет либо полностью избавиться от традиционного армирования конструкций, либо значительно сократить его.
Во многих странах из СВФ Ductal® изготавливаются балки пролетных строений мостовых конструкций. При этом поперечное армирование балок отсутствует, а продольное армирование выполняется с использованием преднапряженных стальных канатов.
Какими свойствами характеризуются материалы Ductal®?
В зависимости от области применения материалы Ductal® могут обладать не только высокой прочностью на сжатие, но и высокими прочностью на растяжение при изгибе, классом стойкости к истиранию или огнестойкости, устойчивостью к абразивному и химическому воздействию.
В качестве примера рассмотрим состав СВФ Ductal® G2FM325STT, который относится к группе Type S и применяется для строительства, ремонта и реконструкции искусственных сооружений. Данный состав имеет прочность на сжатие в возрасте 28 сут, равной 165 МПа; прочность на растяжение при изгибе 50 МПа; модуль Юнга 56 ГПа; абсолютную водонепроницаемость; морозостойкость более 1000 циклов в растворах солей; высокую стойкость к агрессивным средам и химическим воздействиям. Долговечность материала с такими характеристиками может исчисляться сотнями лет. На всех объектах атомной энергетики, построенных с применением данного состава начиная с 1998 года, специалисты LafargeHolcim проводят постоянный мониторинг и испытания кернов, вырезанных из эксплуатируемых конструкций; их результаты подтверждают не только сохранение заданных свойств конструкций, но и улучшение характеристик материала в течение времени.
Благодаря очень высокой плотности упаковки частиц бетонной матрицы материалы СВФ Ductal® обладают одним из самых низких показателей пористости среди всех искусственных минеральных материалов. Открытая пористость по показателю водопоглощения в возрасте 90 сут для составов группы Type S, которые применяются при изготовлении несущих элементов инженерных сооружений, не превышает 3 %.
Материалы Ductal® эстетически привлекательны, в первую очередь за счет качества лицевой поверхности и варьирования геометрической формы готовых изделий. Высокая прочность бетонной матрицы и возможность исключить традиционное армирование позволяют формировать из этих материалов легкие и ажурные конструкции. Помимо этого обеспечены безграничные вариации их цвета путем ввода пигментов в серые и белые сухие смеси.
Расскажите, пожалуйста, об истории разработки Ductal®.
Первый состав СВФ Ductal® начали разрабатывать в 1994 году во Франции в ответ на запрос атомной промышленности. В 1998 году был реализован первый проект с их использованием на АЭС во Франции. При капитальном ремонте градирни металлические пролетные конструкции были заменены на преднапряженные балки из СВФ Ductal® (состав G2FM200STT), при этом поперечное армирование в балках отсутствовало. Всего было произведено и смонтировано 2400 балок в течение 3 месяцев. Впоследствии данный состав регулярно улучшали и дорабатывали, сегодня он является основным для производства несущих железобетонных конструкций и изделий как в транспортной инфраструктуре, так и в промышленном и гражданском строительстве. Особенно широко применяется для реконструкции и ремонтов искусственных сооружений состав G2FMTX325STT, разработанный около 10 лет назад. Благодаря своим уникальным свойствам он позволяет восстанавливать несущую способность плит проезжей части, одновременно обеспечивая их гидроизоляцию.
Чуть позже, после 2008 года, начались разработка и успешное внедрение архитектурных составов Ductal®, в том числе изготовленных на основе белого цемента, которые получили широкое применение на архитектурных объектах гражданского строительства в разных странах мира.
Для одного из инженерных проектов в научном центре LafargeHolcim в Лионе был разработан специализированный состав СВФ Ductal® с прочностью на сжатие чуть более 500 МПа. Однако из-за узкой специфики его применения он не включен в общий портфель составов, предлагаемых на рынке.
Сегодня научные исследования и разработки СВФ Ductal® продолжаются. Каждые 4—5 лет специалисты LafargeHolcim обновляют составы, улучшая их характеристики и адаптируя к потребностям рынка.
В каких областях применяются эти материалы?
Ductal® позволяет создавать легкие конструкции и уменьшать количество потребляемого материала в сравнении с обычными бетонами. Он может использоваться для изготовления сборных конструкций, при этом легче монтаж и сборка их элементов и меньше потребность в мощном грузоподъемном оборудовании, чем при строительстве традиционными методами. Этот фибробетон наиболее востребован при проектировании и изготовлении конструкций со сложной геометрией и необычных архитектурных форм, а также крупноформатных элементов.
В сфере гражданского строительства Ductal® является превосходным решением для создания конструкций, сочетающих в себе инновационные формы с высокими эксплуатационными свойствами, в том числе мостовых конструкций (гидроизоляции плит настила, элементов сборных плит настила, балок пролетных строений, верхних слоев покрытий, парапетов, плит несъемной опалубки). Он может применяться для заполнения швов и стыков таких конструкций. С его использованием можно ремонтировать и усиливать их опоры (оболочки), а также металлические и железобетонные водопропускные трубы и коллекторы.
Республики в провинции Монпелье, Франция
В промышленном строительстве Ductal® применяется для увеличения несущей способности полов и перекрытий, колонн, для ремонта покрытий, ремонта и гидроизоляции резервуаров различного назначения, защиты и ремонта гидросооружений, изготовления опор и башен ветряных мельниц, защитной оболочки реакторного отделения АЭС.
Сочетание высоких физико-механических характеристик и тонкодисперсной структуры материала Ductal® предоставляет архитекторам широкие возможности творчества. Текстурированные или окрашенные изделия из него сохраняют эстетичный внешний вид и высокое качество поверхности. В частности, материал применяется для изготовления интерьерных и фасадных панелей, архитектурных и конструктивных элементов лестниц, элементов кровли и гидроизоляции.
Пример — использование Ductal® при строительстве «Хорошевской гимназии» — московской общеобразовательной школы II и III ступеней обучения. Основной акцент в планировочной структуре ее здания сделан на атриум, образующий многосветное пространство на 1-м— 4-м этажах. Вертикальную связь в этом просторном помещении обеспечивают длинные лестницы, выполненные из Ductal®. Их уникальность заключается в визуальной легкости при длине пролета 12 м. При изготовлении конструкции потребовалось минимальное количество арматуры. Ductal® позволяет изготавливать тонкие ступени и косоуры из бетона с ультравысокими эксплуатационными свойствами, позволяющими отнести его к классу В150. Это дало возможность максимально облегчить конструкцию лестниц и создать инновационное решение для большепролетных безопорных конструкций.
В каких странах выпускаются сухие смеси для производства Ductal®?
Готовые сухие смеси для производства Ductal® выпускаются во Франции, США, Китае, Японии и России.
