Монолитное домостроение. Вентилируемые фасады

         Здание нефтяной компании «Петронас» в Куала-Лумпуре на сегодня мировой рекордсмен среди небоскребов. Американский небоскреб «Сиерс», державший пальму первенства более 20 лет, в настоящее время второй. Небоскреб «Петронас» выполнен в виде двух рядом стоящих башен, соединенных примерно посередине стальным мостиком. Каждая башня круглого очертания в плане имеет по периметру 16 железобетонных колонн диаметром 2,4 м каждая, связанных в уровне каждого этажа кольцевыми балками, образуя внешний несущий каркас. Перекрытия выполнены монолитными по стальному профилированному настилу и опираются на кольцевые балки и ствол жесткости по центру сечения. Полная высота сооружения от основания свайного фундамента до верхней точки телеантенны на крыше — 582 м. Бетонирование велось в переставной опалубке с помощью бетононасосов.

         В США самый высокий небоскреб с железобетонным каркасом «Сауф Вакер» в Чикаго (296 м, что всего на 4 м ниже Эйфелевой башни в Париже). Общий объем уложенного бетона при его возведении составил 84 тыс. м3 при средней прочности 84 МПа. Ежедневный объем укладки составлял 535 м3. Строительство обслуживалось всего одним насосом (фирмы Shwing), с вылетом стрелы с бетоноводом на месте укладки в 32 м. Укладку значительных объемов бетона производят, как правило, с помощью мощных бетононасосов. Так, в Германии 35% всего монолитного бетона укладывают с помощью бетононасосов, в Швеции — 55%, высота стрелы крупных автобетононасосов достигает 60 м, а производительность — 150 куб. м/ч и более. Мировой рекорд подачи бетонной смеси на высоту, составляющий 500 м, был достигнут насосом фирмы Putzmeister в Альпах (Италия). При возведении небоскребов «Петронас» высота подачи смеси составила 432 м. Мировой рекорд перекачки бетона по горизонтали превышает 2 км.

         За последние годы в США было построено более 100 млн м² монолитных перекрытий с натяжением арматуры на бетон. Значительный объем таких перекрытий возведен в Канаде.

        Предварительно напряженная арматура в монолитных перекрытиях железобетонных конструкций в последнее время применяется без сцепления с окружающим бетоном. Для защиты от коррозии арматурные элементы (канаты) помещаются в специальные оболочки, заполненные антикоррозионным составом. В России такие перекрытия пока не применяются.

        В монолитных перекрытиях траектории напрягаемой арматуры могут иметь весьма сложные очертания, исходя из эпюр действующих усилий. В свое время американские специалисты изучали возможность строительства станций из бетона на Луне, исследования показали, что бетон на заполнителе из лунного грунта является полноценным строительным материалом и обладает прочностью на сжатие 78 МПа; обычный бетон того же состава — 56 МПа, динамический модуль соответственно 2, 1200 и 28 100 МПа, прочность на растяжение — 9,4 и 9,6 МПа. Был сделан вывод, что бетон для строительства станций на Луне предпочтительнее, чем другие материалы из-за высокой радионепроницаемости, и, главное, почти все компоненты для его приготовления могут быть изысканы на месте, в том числе произведен и цемент. Так, для сооружения круглого монолитного трехэтажного здания диаметром 62 м потребуется 1,5 тыс. т цемента. Воду можно получить соединением водорода, извлекаемого из некоторых лунных минералов, и кислорода, доставляемого с Земли. Для получения необходимых материалов на строительство этого здания потребуется доставить с Земли всего 55 тонн кислорода.

         Таким образом, можно сделать вывод, что монолитное строительство за последние 10-20 лет получило значительное развитие, в том числе имеет перспективу и в освоении Луны.

        К основным проблемам, связанным с расширением строительства монолитных зданий, могут быть отнесены:

• опасность образования технологических трещин в монолитных конструкциях от температурно-усадочных деформаций бетона в процессе его твердения, зависящих от состава бетона, условий твердения и размеров участков бетонирования конструкций;

• надежная оценка прочности твердеющего бетона в момент распалубки и передачи нагрузки от вышележащих элементов на конструкции, в которых бетон не достиг проектной прочности;

• необходимость разработки расчетных правил по установлению допустимой промежуточной прочности бетона при снятии и перестановке опалубки по этажам для различных видов монолитных конструкций (перекрытий, стен, колонн) с точки зрения обеспечения трещиностойкости и прочности конструкций во время возведения монолитного здания, а также включение в план производства работ мероприятий по ускорению набора прочности бетоном;

• эффективный контроль качества монолитных конструкций.

         Испытания монолитных конструкций пробным нагружением довольно сложны, а контроль прочности бетона по образцам недостаточен, особенно при бетонировании в зимнее время, и центр тяжести контроля прочности бетона должен быть перенесен на неразрушающие методы. Т.е. возведение здания должно сопровождаться серьезным мониторингом для обеспечения его надежности и последующей безопасной эксплуатации.

         Основной массив отечественных строительных стандартов, в том числе в области монолитного бетона и железобетона, включая СНиП, устарел и предстоит большая работа по его обновлению и пересмотру в рамках действия нового закона «О техническом регулировании». Эта работа должна вестись с учетом основных положений Евростандартов. Необходимо наладить сотрудничество с CEN, что позволит получать тексты основных Евростандартов, а по тем стандартам, которые еще не приняты, внести замечания и предложения, а главное, развернуть работу по сближению положений отечественных и европейских норм не вдогонку, а параллельно.

         В настоящее время в Европе идет процесс создания единой нормативной базы для стран-членов ЕС. В области строительства в работе находится около 2000 документов, из них по бетону, железобетону и составляющим материалам, включая методы испытаний, — более 100.Эта работа ведется силами многочисленных технических комитетов Европейской организации по стандартам — СЕN. В состав действительных членов CEN входят 19 стран Западной и Центральной Европы. В состав приглашенных членов входят 14 стран Восточной Европы, в том числе Болгария, Албания и др., однако в составе CEN России нет. В России наметилась тенденция отхода от преимущественно сборного строительства к монолитному. Однако, по мнению многих специалистов, для наших климатических условий чрезмерное увлечение монолитом не очень рационально. За рубежом же интерес к сборному строительству из железобетона не слабеет, а наоборот усиливается. Существует Международная федерация по сборному железобетону — BIBM, членами которой являются более 40 стран. Проводятся конгрессы BIBM, последний из которых состоялся в 2002 г. в Стамбуле. Из сборного железобетона возводятся самые разнообразные объекты: коттеджи, многоэтажные дома, стадионы, театры и т.д. Издаются журналы — только в ФРГ два — каждый объемом более ста страниц.

        Поэтому отказываться от отечественного опыта сборного строительства — не по-хозяйски. На это указывал и В. И. Ресин в своем докладе на пленарном заседании 1-й Всероссийской конференции по бетону и железобетону в сентябре 2001 года. В Москве строятся панельные здания высотой до 25 этажей повышенной комфортности. Идет конкуренция сборного и монолитного строительства, которая послужит прогрессу всего отечественного строительства в целом.

         По праву монолитное строительство можно сегодня назвать самым перспективным возведением зданий из существующих технологий. Оно только сейчас было оценено по достоинству, не смотря, на то, что было разработано еще в 20-30 годах XX века. Вы хотите построить коттедж, дачу, коммерческие объекты, промышленные здания, социальное жилье т. д., а также увеличить площадь или увеличить количество этажей имеющегося объекта. Для реализации таких строительных проектов использует технологию монолитного строения как наиболее распространенную в мире. Эта технологию позволяет достичь повышенной прочности конструкций и независимых решений в планировании. Поскольку при постройке используется технология монолитного строительства, отсутствуют швы, повышается тепло- и звукоизоляция.

         В значительной степени развитие монолитного строительства, а вместе с ним и систем опалубки происходило благодаря трудам российских учёных. В начале прошлого века начались работы по механизации монолитных работ. В то же время были организованы крупные компании, специализирующиеся исключительно на монолитном домостроении. И, конечно же, появились первые опалубочные системы. Это были прообразы уже известных сегодня систем опалубки перекрытий и стеновой опалубки. Конечно, тогда они были ещё довольно примитивны. Еще не шло речи о передовых комплектующих для опалубки, таких как подкосы, шкворни, кронштейны и др. Но на пути становления монолитного железобетона были и препятствия, связанные с нехваткой оборудования, качественной индустриальной опалубки и яркой сезонностью. Поэтому в некоторых отраслях стал популярен сборный железобетон. С его помощью работы можно было вести круглый год. При этом контроль качества велся непосредственно на заводе-изготовителе, что было очень удобно. Однако с этим методом были связаны значительные энергетические, а значит материальные затраты.  
         Однако в последнее время сборный железобетон всё-таки стал уступать позиции монолитному железобетону. Специалисты в области строительства считают, что использование сборного железобетона замедлило развитие методов строительства.  
        

       Несмотря на это в последние годы видна тенденция по увеличению количества домов, построенных с помощью съемной или несъемной опалубки. Возведение монолитных зданий различного назначения позволяет создавать сложные архитектурные формы в короткие сроки. При этом достигается их высокое качество. Служат они очень долго. Сейчас мировой объем монолитного строительства достигает более 1,5 миллиардов кубометров бетона. Наиболее развитыми в этом смысле являются Япония, Италия и США.  
Интересен и тот факт, что на изготовление бетона для монолитного строительства уходит более 50% цемента, производимого во всём мире. С появление новых технологий доля бетона будет только возрастать. Однако монолитное строительство нельзя в полной мере противопоставить панельному строительству. При выборе того или иного метода строительства должны учитываться технические, экономические, эстетические и другие требования.  
 
          В 1987 г. в нашей стране была принята программа «Монолит-2000», которая должна была дать толчок развитию монолитного домостроения. Но программа выполнялась с отставанием. Сегодня такая программа уже не нужна, т.к. развитие отрасли диктуется правилами рыночной экономики, а не искусственными директивами сверху. И как наиболее эффективный метод строительства, монолит продолжает набирать огромную популярность.

          Чтобы достичь поставленных перед страной целей по увеличению ВВП, строительству удобного жилья и развитию всех сфер производства, необходимо популяризовать использование наиболее эффективных способом строительства. Сегодня им является монолитное строительство. Уже можно с уверенностью сказать, что рыночные основы, которые оказывают влияние на строительный комплекс России, безусловно обеспечат бурное развитие этого направления в строительстве.

2. Основные технологические этапы

        Процесс монолитного строительства состоит из следующих основных технологических этапов:

• Установка опалубки

• Устройство арматурного каркаса

• Заливка бетона

• Прогрев (в зимнее время)

• Уход за бетоном

• Снятие опалубки (распалубка)

           Сама по себе опалубка — это прочные щиты разных конфигураций, на основе которых и создаются необходимые формы. Монолитные работы производятся с использованием разных типов опалубки, которые определяются в зависимости от конкретного случая и типа производимых работ. Монолитное строительство домов может использовать стеновую опалубку для горизонтальных или вертикальных поверхностей, стеновую ползущую, а также для возведения закругленных конструкций.

        Монолитное строительство домов подразумевает использование нескольких вариантов каркасов: с несущими продольными стенами, с несущими поперечными стенами, с перекрытиями на несущих колоннах.

       2.1. Укладка бетонной смеси

         При больших объемах заливки бетонная смесь обычно производится специализированным предприятием — бетонным заводом или узлом. В этом случае поставка бетона на объект производится автобетоносмесителями (миксерами).

       Если объемы заливки невелики, бетон целесообразнее приготовить на строительной площадке с помощью бетономешалок или вручную. Подача бетона в форму производится краном или бетононасосом. После укладки бетона в опалубку для предотвращения образования пустот и раковин обязательно производится его уплотнение с помощью глубинных либо поверхностных вибраторов. Тщательное уплотнение бетона в теле опалубки даёт высокое качество конечного продукта, что несет экономическую выгоду производству и позволяет минимизировать затраты на предчистовую отделку помещений.

2.   Методы прогрев бетона (в зимнее время)

         Проведение строительных работ при отрицательных температурах требует применения одного из методов зимнего бетонирования:

• Применение специальных вяжущих и противоморозных добавок. Это наиболее простой, эффективный и чаще всего применяемый метод твердения бетона при отрицательных температурах. Выбор модификатора противоморозного действия зависит от типа и условий эксплуатации объекта строительства.

• Предварительный разогрев бетонной смеси перед укладкой в опалубку. Бетонная смесь разогревается, укладывается в опалубку, уплотняется, укрывается теплоизоляцией и выдерживается до достижения бетоном требуемой прочности.

• Обогрев нагревательными проводами (метод электропрогрева). Обогрев бетона монолитных конструкций осуществляется посредством нагревательных проводов, закладываемых в бетон. В процессе электропрогрева происходит усушка влаги, что негативно влияет на качество бетона. Применение этого метода целесообразно для прогрева бетона в малоармированных конструкциях.

• Применение 'теплого' бетона. Суть этого метода сводится к тому, что инертные компоненты бетона прогревают до расчетной температуры в условиях завода. После твердения и достижения необходимой прочности бетонную смесь перевозят в миксерах автобетоновозов. Чтобы избежать загустения, в бетонную смесь вводятся пластифицирующие1 добавки, а также добавки, регулирующие сроки схватывания2.

• Греющие опалубки. Для прогрева бетона возможно применение современных опалубочных систем, оснащенных нагревателями в виде греющего провода, сеток, лент, и др., в виде греющих элементов, устанавливаемых в бетон, в виде специальных, наносимых на опалубку греющих покрытий.

         Также, для ускорения процесса затвердевания бетона при низких температурах применяют специальные морозостойкие присадки. Но даже при их использовании необходимо изолировать бетон от непосредственного контакта с холодным воздухом до начала схватывания и достижения прочности! В зависимости от состава, объема бетонируемого элемента и типа опалубки это время может составлять от 8 до 24 часов. Не так давно были созданы специальные цементы, выделяющие при гидратации повышенное количество тепла, но для его удержания необходимы утепленные тенты.