О бетонном покрытии в SCIP

Тип бетона, характеристики, добавки. Способы и процесс нанесения: торкретирование и гунит. Финишное покрытие. Альтернативы бетону

25 Августа 2022

Время чтения: 9-12 минут

Поделиться

Самая подробная страница о бетонном покрытии SCIP в рунете. Всё что связано с бетоном и бетонированием этих панелей: Вид используемого бетона или раствора. Добавки и присадки. Способы нанесения бетона, механизация. Процесс нанесения, уход за свежеуложенным бетоном, финишная отделка. Альтернативы бетону. Литьё в опалубку

Бетонные слои

Наружные поверхности SCIP-панели называют wythes (на анг. «разгородки»), мы же говорим «слой бетона». Чтобы получить эти два железобетонных слоя, на каждую [сетку] сторону изолятора наносят высокофункциональный бетон, требующий для его изготовления специальных сырьевых компонентов, методов укладки и уплотнения, а также ухода за твердеющим бетоном.

Поскольку бетонирование является специфической профессиональной деятельностью, новичку SCIP-строительства мы рекомендуем на эту работу пригласить [лицензированного] подрядчика с опытом торкретирования (Shotcrete), или работой на готовых сухих смесях с пневматической укладкой (Gunite), в зависимости от желаемой отделки. Работа на сухих смесях обычно требует больше знаний и опыта, потому что оператор должен регулировать содержание воды для получения оптимальных результатов на протяжении всего процесса нанесения (требуется настройка с помощью ареометра опрыскивателя регулирующего давление воды и дозировку), ошибка оператора может испортить готовый продукт.

«После монтажа панелей, мы можем: а) сами изготовить и нанести цементную смесь, б) или можем пригласить компанию по производству готовой смеси торкретбетона, чтобы самостоятельно торкретировать поверхности панели, в) или можем нанять тех, кто занимается торкретированием. У нас всегда есть выбор» — объясняет Род Адриан-старший (Rod Hadrian, Sr.), отраслевой эксперт, основатель знаменитой американской SCIP Tridipanel (см. видео).

Бетон выполняет двойную функцию: передаёт нагрузку и обеспечивает изоляцию (герметизацию) конструкции. Но если панельная стена не является несущей, а только герметизирующей (защитная, неконструкционная, самонесущая), требования к толщине и прочности бетона могут быть снижены, в целях экономии средств может использоваться штукатурный раствор на цементной основе.

Клэй Найто, проф. Университета Лихай (Пенсильвания, США)

«Слой считается несущим, если он обеспечивает значительный вклад в устойчивость панели к нагрузкам. В полностью или частично композитных панелях, оба бетонных слоя являются конструктивными. Степень композитного, комбинированного действия бетонных слоёв зависит от типа соединителя» — объясняет Клэй Найто профессор гражданской инженерии Университета Лихай (Пенсильвания, США), исследовательские интересы которого включают экспериментальную и аналитическую оценку конструкций из ж/б, подверженных экстремальным явлениям, включая землетрясения, цунами и преднамеренные взрывы. [ 1 ].

Вид используемого бетона или раствора

Состав бетона должен соответствовать конструкционным условиям, в которых он будет использоваться. Бетон или раствор, используемый для покрытия панелей, должны быть хорошего качества, что можно сделать в условиях строительной площадки. Или используют предварительно смешанный состав на заводе, как в сухом виде (фасованные смеси в мешках), так и уже готового из миксера бетоновоза. Работая с нами, у вас всегда есть выбор использования того или иного состава бетона под максимальное использование местных ресурсов для ваших конструкций SCIP, вы получаете консультации и варианты составов.

Бетон сам по себе является сложным композитным материалом, состоящим из заполнителей и цементной матрицы, которая со временем затвердевает. Существует большое разнообразие составов бетонов, различающихся по видам заполнителей и цементной матрицы, а также по наличию волокон и других вспомогательных веществ. Эти различные составы приводят к множеству бетонов, которые обычно сгруппированы по категориям в зависимости от веса, прочности, наличия волокон и уровня производительности.

В научной литературе относительно типа используемого бетона в SCIP можно встретить различную терминологию: микробетон или микроцемент (часто используется в Латинской Америке: Graute или Grout — португ.; Micro-hormigon — исп.); эффективный высокопрочный бетон (High Performance mix), реакционно-порошковый бетон, песчаный (пескобетон) и мелкозернистый бетон с удельным расходом цемента от 4,1 до 5,8 кг на один МПа прочности, лёгкий конструкционный бетон, архитектурный бетон, специальный раствор (Designed Mortar) гарантирующий высокое сопротивление (CSIR, 2017), фибробетон, полимербетон, и безусловно ферроцемент (Ferrocement, так обычно называют SCIP в Боливии, Чили, Колумбии, Кубе и др.), у нас используют синоним армоцемент или армобетон, подробнее тут.

Ещё говорят торкретбетон (shotcrete) или гунит (gunite plaster, пневматическая укладка готовыми сухими смесями), но это о способе нанесения, чем о составе бетона. Далее слово «бетон», при отсутствии дополнительного пояснения, используется как общий термин для высокоэффективных материалов на основе цемента (бетон и раствор).

Подробное рассмотрение особенностей каждого вида бетона выходит за рамки этой статьи, здесь лишь особенности некоторых видов. Составляющие материалы микробетона в основном те же, что у обычного бетона, только он не имеет крупного заполнителя, а содержит: Портландцемент, мелкие заполнители, воду, добавки и присадки.

Песчаный бетон (пескобетон). Большая часть территории России либо не имеет месторождений крупного заполнителя, либо эти месторождения ограничены. Добыча и переработка камня на щебень требуют больших затрат электроэнергии и рабочей силы, наносится вред экологии. В песчаном бетоне песок единственный заполнитель, поэтому пр-во ж/б обеспечить песком намного проще, т.к. это самый дешёвый и повсеместно распространённый материал, стоимость которого часто в 2-3 раза ниже стоимости щебня твердых пород, и в 6-8 раз ниже цены керамзитового гравия. В районах, где щебень привозной, стоимость изделий из песчаного бетона может быть ниже на 25-100%. В сравнении с бетоном на крупном заполнителе, песчаный бетон обладает более высокими физико-механическими характеристиками (в границах марки), что даёт возможность снизить материалоёмкость конструкций, повысить их надёжность, долговечность, и использовать такие технологические приёмы, которые неприемлемы для крупнозернистых бетонов.

Страница 91 из журнала «Сделай Сам», 1'93, Москва, Изд. «Знание», 1993 г.

О том что песчаный бетон прочный и снижает материалоёмкость конструкций известно давно, равно как и его применение с мелкоячеистой сеткой, уменьшающей слой бетона и снижающей стоимость строительства, в СССР такие конструкции называли «армоцементными».

Так, в журнале «Сделай Сам» (1'93), опубликована инструкция «Гараж из армоцемента» (Е.А. Ерлыкин), в которой автор описывая тонкостенную конструкцию толщиной 45 мм написал: «Прельщает то, что для создания любой постройки расходуется минимальное количество материалов» [ 2 ].

«Армоцемент» (у нас ещё говорят «армобетон») и «ферроцемент» — на западе исторически использовались как синонимы. Комитет 549 Американского института бетона (ACI) даёт следующее определение ферроцемента: «Ферроцемент представляет собой тип тонкостенного армированного бетона, изготовленного из гидравлического цементного раствора, армированного близко расположенными слоями непрерывной проволочной сетки относительно небольшого размера. Сетка может быть изготовлена из металла или других подходящих материалов». Участник этого комитета Нааман, в своей книге о ферроцементе добавил к этому определению уточнение: «тонкость строительного раствора и его состав должны быть совместимы с системой сетки и арматуры, которую он должен инкапсулировать. Цементная матрица может содержать [несплошную] фибру (discontinuous fibers)».

Армоцемент является устойчивым, экологически чистым материалом. Впервые обнаружен в 1848 г Жозефом Ламботом (Франция), патент 1852 г, увлекательный экскурс в историю армоцементных конструкций тут.

«У многих людей нет достаточно экономических ресурсов, чтобы получить доступ к достойному жилью. Поэтому интерес общества состоит в том, чтобы обеспечить окончательное решение жилищных проблем, которое имеет низкую, конкурентоспособную стоимость по сравнению с традиционным строительством. Во многих странах для этой цели были проведены исследования ферроцемента, и были получены положительные результаты при экономическом сравнении» — объясняют в Национальном институте статистики и информатики Перу (INEI, 2007).

Обычно матрица раствора для ферроцемента состоит из цемента, воды и песка; в зависимости от применения используются различные пропорции, обычно 1 цемент, 0,5 воды и 2–3 песка, смесь имеет консистенцию гипса. Классическая ферроцементная стеновая конструкция представляет собой один слой бетона, в котором армирование выполняется в 2 слоя шестигранной металлической сеткой Манье диаметром проволоки от 0,5 мм. В SCIP сетка используется одна, но большего диаметра. Ферроцемент характеризуется максимальным количеством очень мелких заполнителей, они должны быть свободны от органических примесей, иметь хорошие механические свойства. Ферроцемент никогда не использует заполнитель, а состоит из песка, портландцемента и проволочной сетки. Статья о ферроцементе в Википедии (англ.); или более интересная на Appropedia (англ.).

С лёгким бетоном легко запутаться, поскольку в отношении его прочности и плотности нет единой трактовки. ACI 213R-14 «Руководство для конструкционного легкого заполнителя» указывает минимальную прочность цилиндра 17 МПа и равновесную плотность 1120-1920 кг/м³ для конструкционного лёгкого бетона (SLC), и без каких-либо требований к прочности, равновесную плотность 800-2240 кг/м³ для самоуплотняющегося бетона заданной плотности (SDC). SLC с прочностью на сжатие 40 МПа на сроке 28 суток относится к высокопрочному легкому бетону. В Европе конструкционный легкий бетон (LC) рассматривается в стандарте EN 206, его применение регулируется EN 1992.

К лёгким бетонам относят и искусственно пористые теплоизоляционные бетоны плотностью от 200 кг/м³, которые в зависимости от типа заполнителя разделяются на шунгизский бетон, пенобетон и аглопоритовый бетон, перлитный бетон, шлакобетон, бетон на основе природных пористых заполнителей и др. Нам известна лишь одна в мире компания, которая использует в SCIP пенобетон — панели отливаются в заводских условиях и содержат w-образную трассу с высокой плотностью на 1 м². На наш взгляд это явно поворот не туда, поскольку теряется целый комплекс преимуществ, а главное нет тепловой массы, а с ней и теплового комфорта в помещениях.

Архитектурный бетон. За счёт использования специальных добавок он устойчив к воздействию агрессивных сред, легко моется, выдерживает перепады температур от -500С до +50, не выцветает, обладает 100% устойчивостью к UV-лучам. Кроме этого, архитектурный бетон имеет высокую сопротивляемость давлению и истиранию, обладает высокой противоударной прочностью, что влияет на долговечность конструкции.

Полимербетон — модифицированная бетонная смесь, полученная путём добавления натуральных или синтетических химических веществ, называемых полимерами. Они повышают плотность и прочность, снижают усадку, усиливают водонепроницаемость и химическую устойчивость основы. Если у обычной смеси минимальная толщина 5-10 см, то в полимербетоне 3-12 мм. Если там время начальной выдержки 72 часа, то поверхность полимербетона может выдерживать транспортную нагузку уже по истечении 4 часов после укладки. Адгезионное сцепление высокое.

В то время как капиллярные добавки вступают в химические реакции, при которых происходит заполнение микроскопических пор, образованных в ходе отверждения, полимерные добавки создают условия, которые устраняют эти микроскопические поры или снижают их количество. Кроме того, полимерные добавки снижают усадку бетонов и растворов, которая может привести к образованию трещин в поверхности, способствующих проникновению воды. Эти свойства приводят к низкому поглощению, что делает полимербетон высоко устойчивым к воздействию хлора. Продукты из полимербетона не делают конструкцию абсолютно водонепроницаемой. Они подвержены образованию трещин в случае структурных и температурных деформаций, а также смещения по высоте. По причине высокой стоимости, полимербетон часто используется в качестве внешнего слоя, а не в качестве полной замены обычного бетона.

Характеристики прочности бетона

Количество цемента в растворе определяется требуемыми характеристиками несущих конструкций полученными из расчёта. Таким образом, в зависимости от класса использования, бетон может иметь различную номинальную прочность, от 10 до 42,5 МПа (например, SCIP MZtec), обычный разброс в литературе 20-35 МПа. У SCIP RCG 3D (США) применяется диапазон 17,2-28 МПа.

SCIP Panel W (Мексика) для покрытия стен или нижнего слоя плит использует бетон с сопротивлением fck 100 кг/см² (9,8 МПа) или выше. Для покрытия верхнего слоя плит — fck 200 кг/см² (19,6 МПа) или выше. Состав для SCIP Emmedue должен гарантировать нормативное сопротивление fck, 20 Н/мм² (20 МПа), 203,94 кг/см², при нанесении слоями толщиной 2 см. В SCIP GCT (США) и SCIP Durabild Solutions Inc. (США) — бетон прочностью 27.58 МПа (4000 фунтов на квадратный дюйм) распыляется на каждую сторону панелей для стен, плит и крыш.

«Сопротивление микробетона должно составлять около 13 МПа, он наносится в два слоя, первый должен охватывать арматуру с правильной толщиной (примерно 30 мм), второй отделочный слой оставляет стену выровненной по вертикали с соблюдением требований поверхностных допусков». (Lima et al., 2018)

Бетон используемый для несущих конструкций SCIP SOTA, при кубических испытаниях на сжатие по истечению 28 дней должен показать минимальную прочность не менее 28 МПа. Для несущих стен (конструктивная функция) проектный класс бетона по прочности обычно не ниже B20. SCIP 3D EVG (Австрия) рекомендует не ниже B25.

В бетоне и строительном растворе в качестве цемента должен использоваться портландцемент. Удельное содержание цемента в разных составах бетона различно. Консистенция бетона или раствора должна соответствовать выбранной процедуре укладки, ручной или механизированной. Необходимо добиться лёгкости нанесения, чтобы он наносился с текучестью и пластичностью толщиной 2 см не отслаиваясь.

Что насчет достижения оценки совместимости между цементом, используемой добавкой и достижения адекватной консистенции при нанесении смеси пневматическим оборудованием, используют тест конуса Абрамса (от 12 до 18 см) или часто используемый упрощенный метод осадки мини-конуса бетона и Вискозиметр Марша (воронка Марша) [ 3 ]. Исчерпывающий обзор инструментария для испытаний свежезамешанного бетона здесь. Эталонное оборудование для смешивания смеси и нормативы процедуры см. ISO 679:2009.

«Бетонная смесь должна иметь высокую прочность, низкую усадку и простоту нанесения, обладать пластичностью и текучестью. В этих условиях соотношение цемента к песку должно составлять от 3,0 до 4,5. Соотношение вода-цемент варьируется в зависимости от желаемой прочности и покрытия. При приготовлении раствора используются пластифицирующие добавки и полипропиленовые волокна. Пластификатор необходим, чтобы избежать низкой удобоукладываемости смесей. Волокна играют важную роль в образовании противоусадочной сетки в растворе. Значение прочности на сжатие составляет порядка 35 МПа. Категорически необходим пневматический процесс нанесения, поскольку он обеспечивает постоянное уплотнение покрытия». [ 4 ]

При проведении бетонных работ следует, как это делается при любом строительстве, отбирать пробы бетона и проводить анализ проб на соответствие требованиям проектных ТУ.

Заполнитель, добавки и присадки

Песок должен быть шахтным или речным, чистым (мытый песок), твердым, крепким, без органических примесей и вредных веществ. Он должен быть инертен по отношению к другим используемым материалам в отношении прочности, плотности и усадки. Сортировка песка должна быть такой, чтобы раствор заданных пропорций производился с равномерным распределением заполнителя, который будет иметь высокую плотность и хорошую удобоукладываемость и который будет работать в положение без сегрегации и без использования высокого содержания воды. То же касается и отсева (если используется). Сортировка согласно гранулометрического состава (см. протокол рассева песка).

«Бетонная смесь должна иметь размер заполнителя 5-10 мм, соответствовать ASTM C33/C33M-18 (градация №1 в таблице 2.1 ACI 506R-90), однако в ряде случаев, в целях экономии, можно использовать заполнитель размером менее 5 мм (отсев)» — из рекомендаций Министерства жилищного строительства и борьбы с городской бедностью Правительства Индии в Руководстве по SCIP (2017).

Вода, используемая для приготовления и отверждения, должна быть чистой и не содержать вредных количеств масла, кислот, щелочей, солей, сахара, органических материалов или других веществ, которые могут повредить строительный раствор или сталь, ухудшить их прочность и устойчивость. Питьевая вода обычно считается пригодной. Смешивание следует производить в соответствии с рекомендациями ACI.

Химические добавки могут быть добавлены для изменения удобоукладываемости, ускорения или замедления времени схватывания, увеличения прочности, увеличения адгезии, добавления цвета и повышения водонепроницаемости, снижения водо- и воздухововлечения, что повышает устойчивость к оттаиванию и замерзанию.

При необходимости используют эффективный суперпластификатор, а также добавку для улучшения герметичности. Например, акрил является полезным пластификатором для повышения прочности, водостойкости и улучшения сцепления с существующим бетоном (например, в холодных швах). Даже базовая цементно-песчаная смесь для SCIP, демонстрирует меньшее растрескивание, более высокую прочность, лучшую адгезию и более гладкую поверхность, чем традиционные бетонные смеси.

Включением фибры в состав бетонной смеси, можно повысить прочность на изгиб, пластичность и ударную вязкость панелей, а так же, увеличить размер сетки, что сэкономит средства. Однако, это происходит за счёт снижения способности удержания смеси в сетке. Тем не менее, используя относительно крупное волокно и правильно подбирая бетонную смесь, можно производить самоуплотняющиеся смеси.

Приветствуется синтетическое полипропиленовое волокно 12,5 мм из расчета 0,68-0,90 кг на каждый м³ смеси, поскольку оно обеспечивает противоусадочную сеть для одновременного схватывания, повышая прочность цементного раствора и предотвращает растрескивания.

Применение химических добавок-модификаторов позволяет широко варьировать свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона. Например, вам может понадобится добавка, чтобы наносить бетон на SCIP при отрицательных температурах (до -28°С). Может понадобится и добавка для гидроизоляции области контакта между панелями и фундаментной плитой, что позволяет избежать капиллярный подъем почвенной влаги на стенах. При использовании добавок, следует соблюдать осторожность в отношении совместимости.

Толщина бетонного слоя

Поскольку обычно для SCIP используют высокопрочный бетон, панели имеют относительно тонкие слои. Сколько экономится материала можно посмотреть тут, за счёт каких конструктивных решений там, тут лишь отметим, что среди любых многослойных композитных железобетонных панелей SCIP обладает наиболее высокой степенью весового совершенства.

Какова должна быть толщина бетона? Всё зависит от того, что вам нужно, каков проект. В литературе встречается разброс от 15 до 50 мм (Alef, 2017). Например, в SCIP Emmedue бетон наносится толщиной на каждую сторону панели по 25 мм (EMMEDUE, s.f., стр. 9). Проектировщик сам определяет толщину каждого слоя бетона для того или иного архитектурного проекта. Она складывается в зависимости от конструктивного назначения панели, состава бетона, типа [крепления] соединителей, процесса разравнивания бетонной смеси и финишной отделки. Когда панель ненесущая, слои выполняют на основе цементно-песчаной штукатурки или лёгкого бетона в 25-30 мм, в этом случае о SCIP говорят как о сверхлёгкой системе ж\б строительства.

Толщина микробетона на каждой из сторон вертикальных панелей системы SCIP минимум 3 см, на практике 3,5 см; а в плитных панелях они составляют 5 см и 3 см для сжатия и изгиба соответственно; требуется минимальная прочность микробетона на сжатие 25 МПа в возрасте 28 дней. [ 5 ].

Например, панели SCIP Ezet в процессе строительства получают слои микробетона fck = 25 МПа толщиной 3,0 см. Сопротивление нагрузкам такой прочной несущей стены, позволяет возводить дома до 3 этажей без необходимости дополнительной конструкции. Стена весит примерно 150 кг/м², она на 30% прочнее, чем обычные кирпичные стены весом 250 кг/м², это позволяет уменьшить размер фундамента и сэкономить на нём.

Если вы используете панель в качестве несущей, следует помнить, что чем тоньше слой бетона, тем больше слой бетона подвержен короблению, особенно если работающие на сдвиг соединители не обладают достаточной жесткостью для композитного действия панели.

Есть мнение, что минимальная толщина конструктивного слоя бетонной несущей стены должна составлять не менее 180 мм (рекомендация СП 52-103-2007 «Железобетонные конструкции зданий»). В Architectural PCI 1989 требования ниже, но все равно выходят за рамки технологии SCIP — 50 мм (2 дюйма) в случае предварительного напряжения, и 76 мм (3 дюйма) без предварительного напряжения. Но именно эти стандарты не учитывают особенности связки особого армирования/бетона в SCIP, на неё действуют иные правила, подробнее здесь.

Для гарантии безопасного выполнения своей функции в конструкции длительное время без коррозии, согласно Бразильского стандарта NBR 11.173 от 06/1990 («Проектирование и выполнение армированного раствора. Процедура») достаточно, чтобы электросварная сетка была минимально покрыта в защищенных средах на 4 мм, и 6 мм в незащищенных средах. Так, толщина каждого слоя бетона в несущей панели SCIP Insteel 3D компании Insteel Construction Systems, Inc. (США) — составляла всего лишь 19 мм (3/4 дюйма) [ 6 ], и как мы видим, даже в этом случае, условие защиты сетки по NBR 11.173 выполняется.

Чтобы обеспечить коррозионную стойкость в нормальных условиях, мы рекомендуем покрытие стальной сетки не менее чем 15 мм бетона, так поступают большинство SCIP-марок. Чаще всего, толщина бетона в 2 раза превышает расстояние между полистиролом и сеткой покрытия, т.е. каждый слой 35-50 мм. В агрессивной среде, например, высокая атмосферная влажность, высокое содержание солей в воздухе (морской бриз) и др., толщина бетонного покрытия может быть увеличена. Увеличение толщины бетона хоть и увеличивает стоимость строительства, но способствует увеличению теплоизоляции панели, теплового комфорта (хза счёт увеличенной тепловой массы) и снижает потребность в охлаждении/отоплении помещений.

В строительстве многоэтажных зданий до 6-ти этажей, толщина у несущих SCIP-панелей Emmedue без дополнительного армирования составляет всего 30 мм. В Иорданском Университете науки и технологий толщину слоёв панели в высотном строительстве видять чуть выше: «Для удовлетворения требований безопасности и эксплуатационной надёжности стены как сжимающего элемента жилых домов высотой до 7 этажей, необходима толщина 50 мм каждого из двух железобетонных слоёв» [ 7 ]. Отметим, что максимальному использованию всех конструкционных возможностей SCIP, часто мешают [консервативные] национальные стандарты. В России они связаны с высотным строительством из SCIP в качестве несущей панели, в малоэтажном строительстве проблем нет.

Способы нанесения бетона

Процесс нанесения бетона не следует начинать до тех пор, пока все стены не будут должным образом установлены, соединены и выполнены все коммуникации (гидротрубы, канализация, электрические и другие кабеля). После того как бетон замешан, на верхнюю часть панелей перекрытий бетон заливается, а на нижнюю сторону потолка напольных и кровельных панелей, и стены — бетон наносится механически или вручную.

«Разница в способах нанесения бетонных слоев (вручную или пневматически) не оказывает существенного влияния на сейсмические характеристики стен, и выбор между двумя методами зависит от времени и стоимости проекта» [ 8 ], поскольку при нанесении вручную, отсутствие уплотнения пневматическим нанесением, компенсируется за счёт использования специальных готовых сухих смесей.

Использование пневматического оборудования обеспечивает большую производительность, качество уплотнения покрытия получается выше по сравнению с ручным процессом. Всего мы имеем 2 метода механического нанесения: торкретирование и гунит, давайте разбираться.

Торкретирование (spritzbeton, sprayed concrete, shortcrete, shotcrete application, торкрет-бетон, пневмобетон, шприц-бетон, набрызг-бетон, напыление бетона, пневматический бетон, укладка цементного раствора при помощи торкрет-установки или цемент-пушки) — раствор наносится под давлением сжатого воздуха, в результате чего частицы состава ложатся плотно, заполняя трещины, раковины и мельчайшие поры (см. DIN 18551-2014), что влияет на итоговое значение сопротивления бетона.

Обычно применяется «мокрый торкретбетон», в очень редких случаях «сухой торкретбетон» (используйте в соответствии с «Руководством по торкрет-бетону» ACI 506 R-85 Американского института бетона).

При относительно небольшой потребности производительности, торкрет-установку может заменить штукатурная лопата — хоппер-ковш (Hopper Gun). Он имеет циркуляцию сжатого воздуха обеспечиваемую компрессором, который должен работать при постоянном давлении воздуха (от 500 до 600 кПа) для подачи свежей смеси. Эти компрессоры должны подавать 300 и 350 литров воздуха в минуту для каждого из используемых хоппер-ковшей. И хотя таким способом можно укладывать до 5 м³/ч бетона [ 9 ], всё же хоппера используется при небольших объемах строительства. Виды хоппер-ковшей, фото, характеристики необходимых компресоров см. тут.

Пневматическое нанесение способствует более полному проникновению раствора, что позволяет устранить воздушные карманы, которые наряду с коррозией стали являются наиболее распространенными причинами разрушения железобетона. Воздушные карманы решаются путём торкретирования, вибрации бетона сразу после заливки и/или ручного проталкивания смеси при затирке.

Гунит (gunite plaster, насосная система для штукатурки, машинная штукатурка, штукатурка торкретная). Для нанесения пластичной высокопрочной растворной смеси на основе портландцемента используют насы шнекового типа большого размера (Maltech M5, Turbosol UNI 30 см. видео, Kappa PS 3000 2D см. видео, Putzmaister P13 и др.), или малых размеров (Turbosol Mini Avanto и др.). Подходящее оборудование можно встретить под маркировкой: штукатурный поршневой насос, штукатурная станция, пневмонагнетатель, бетононасос с насадкой, насос низкого давления, смесительный насос, stucco wall machines, wall spraying machines и др.

На изображении M-Tec Duo-Mix 2000

Например, SCIP GCT (США) для стен и потолков работают небольшим смесительным насосом (смесителем-растворонасосом) M-Tec Monomix смесью Carmelo Structural Mortar Mix. Покрытие Type-N этой смеси устойчиво к воздействию сульфатов и карбонатов, раствор имеет высокую прочность на сжатие 27.58 МПа и соответствует нормам ASTM C109, C270 и C387.

Дело в том, что насосная система для штукатурки расходует гораздо меньше материала, чем обычно расходуется в виде распыления торкретбетона (часто 10% и более), и не представляет опасности из-за чрезмерного загрязнения водной цементной пылью окружающих и имущества. Нанесение высокопрочных песчано-цементных смесей на стены SCIP с использованием штукатурного насоса является очень аккуратным, экономным и безопасным процессом. Бетон загружается готовой сухой смесью и при распылении смешивается с водой через форсунку. Работа готовыми смесями позволяет рабочим завершить конкретный проект быстрее. Работа на готовых сухих смесях с пневматической укладкой является предпочтительным методом для SCIP.

Engineering Magazine: «Вместо обычных жидких смесей имеющего осадку 7 дюймов (177,5 мм), бетон превратился в самоуплотняющийся бетон который не требует вибрации и гарантирует адекватное заполнение всего пространства в стене здание. Например, SCIP Envirolast Structures использует только предварительно расфасованные готовые смеси известных поставщиков, чаще смесь Quickrete Shotcrete MS, которая доставляется прямо на строительную площадку, во время смешивания добавляется только вода. Продукт Shotcrete MS используется при промышленном ремонте бетона мостов, плотин, опор шахтных стволов и т. д. даёт давление 37,92 МПa (5500 фунтов на кв. дюйм) при нормальных условиях отверждения и может достигать 48,26 МПa (7000 фунтов на кв. дюйм) при влажном отверждении. Использование сертифицированной полной смеси обеспечивает высочайший уровень качества и устраняет критически важную переменную — консистенцию и неизменно высокое качество смеси».

Процесс нанесения бетона

Бетон наносится на поверхность SCIP-панелей согласно технологической карты. Процесс требует внимательности, особенно контроля времени. Обычно смесь наносится в 2 этапа: первый слой наносится так, чтобы бетон покрывал стальную сетку. Затем, после того как бетон схватился (обычно, 30-40 минут), наносят второй слой уже до получения желаемой толщины слоя под отделку. Бывает что нанесение осуществляется за 3 прохода, где первый слой 10-15 мм.

Для получения правильной толщины слоя бетона используются штукатурные маяки. Поверхность по направляющим выравнивается вручную с помощью правила, металической или губчатой тёрки для затирки. Затем наносится желаемая отделка. По затвердеванию слоя приступают к другой стороне стены. Часто наружные стены покрываются бетоном до завершения монтажа инженерных коммуникаций.

Есть и другое мнение, оно не совпадает многими Руководствами по SCIP: «Покрытие всегда следует наносить на обе стороны панели, чтобы не только одна из поверхностей с покрытием для заживления, что предотвращает дифференциальное втягивание в системе» (Machado; Pinto, 2001).

При застывании бетон усаживается. Для противодействия негативным эффектам усадки бетона пенополистирольные панели подвергаются стабилизации. Чтобы обеспечить устойчивость конструкции, необходимо предварительно выставить панели по уровню и отвесу. При этом используются специальные подпорки, которые в зависимости от ситуации и с учётом техники проведения работ, могут устанавливаться как с наружной, так и с внутренней стороны.

Проёмы и отверстия выполняются по проектным чертежам после возведения стен но до бетонирования. При этом, в зависимости от размера, может потребоваться резка как пенополистирола, так и арматурной сетки.

«Важно отметить, что обычно делать компенсационные швы не требуется, так как коэффициент деформации уже компенсируется применением пенополистирола. Если это неизбежно, выполнение компенсатора необходимо только на больших участках, обычно на стенах длиной более 30 метров». (Barreto, 2017)

Мы рекомендуем на вертикальных стенах выполнять деформационные швы на участках длиной от 20 метров, см. СП 70.13330.2012

Подготовка поверхности изолятора

Для лучшей адгезии (прилипания) бетона к теплоизолятору желательно использовать праймеры. Есть различные способы удешевить эту процедуру, наши клиенты получают рекомендации.

«Было замечено, что панель из пенополистирола имеет худшую адгезию к штукатурке, чем обычная кладка. Это связано с тем, что пористость пенополистирола очень мала. De Sa (2017) сообщает, что, поскольку материал непроницаем, адгезия затруднена, и что в качестве раствора рекомендуется использовать вместе с первым слоем строительного раствора эластомерный герметик на основе полиуретана или аналогичный, чтобы соответствовать этому состоянию». [ 10 ]

«Для получения хорошей адгезии важно соблюдать некоторые меры предосторожности, например, добавить добавку к строительному раствору для лучшего сцепления (предпочтительно на акриловой основе), и дождаться отверждения раствора перед нанесением окончательного покрытия, которое должно быть приготовлено без избытка воды и пластичной структуры» (Lopes, 2015).

Перед укладкой бетона увлажните поверхности изолятора, чтобы облегчить сцепление и уменьшить вероятность усадочного растрескивания из-за преждевременной потери воды затворения. Поверхность свежеуложенного бетона, на которую после затвердевания должны быть нанесены дополнительные слои бетона, должна быть выровнена. Поверхность следует увлажнить непосредственно перед нанесением последующих слоев.

Уход за свежеуложенным бетоном

Бетон должен быть защищен от дождя до тех пор, пока он не достигнет своего окончательного схватывания, обычно 4-5 часов. После окончательного затвердевания его следует сушить влажным способом в течение 4-7 дней. Согласно Reis (2006), хорошее отверждение должно позволить цементу гидратироваться без преждевременного испарения свободной воды, таким образом сводится к минимуму образование трещин из-за усадки.

После нанесения бетона очень важно увлажнять стены в течение следующих 7 дней. Отверждение, как и для всех бетонов большой площади и малых объемов, имеет большое значение из-за воздействия атмосферных факторов. Адекватное отверждение позволяет осуществлять процесс гидратации цемента, избегая преждевременного испарения свободной воды, для чего необходимо поддерживать влажность поверхности (частое опрыскивание водой), внимательно следя за прямым воздействием солнечного излучения и ветра, в течение первых 24 часов после нанесения. (Emmedue, s.f., стр. 9)

Если SCIP-коробку не увлажнять постоянно в течение периода отверждения, прочность бетонного покрытия ухудшится, что приведет к меньшей конструкционной целостности объекта. Для правильного увлажнения бетона в период его отверждения используйте водяной шланг или водяную форсунку.

Нанесения бетона на плиты перекрытия

Если панель используется в качестве плиты перекрытия, то перед нанесением бетона необходимо установить временные опоры для перекрытий с помощью крестообразных балок и распорок с рекомендованным расстоянием и промежутками. Необходимые арматурные стержни размещаются согласно конструктивному расчету. Вначале бетон получает нижний слой. Он заполняет пространство между пенополистиролом и сеткой, его нанесение продолжается до тех пор, пока не будет достигнута рекомендуемая толщина покрытия арматурных стержней или проволоки, которая составляет ≈ 15 мм.

Нижнему слою дают необходимое время для затвердевания, а затем бетон заливается в верхний слой, заполняя пространство между пенополистиролом и сеткой, до тех пор, пока не будет достигнута рекомендуемая полная толщина покрытия 40-50 мм над сеткой. Это можно сделать с помощью бетононасоса или просто заливая ёмкости заполненные бетоном. Верхняя поверхность выравнивается и сглаживается для достижения желаемого результата. Верхнему слою дается достаточно времени для затвердевания (по крайней мере 14 дней, если это бетон с нормальным схватыванием), после чего опалубку удаляют. Теперь покрытие наносится на ту часть нижнего слоя, которая ранее была перекрыта опалубкой, вся его поверхность выравнивается и сглаживается. Затем ему придают желаемую отделку с помощью правила, металической или губчатой терки для затирки.

Как в стенах, так и в плитах перекрытий, важно в первые дни поддерживать все поверхности бетона или песчаного раствора во влажном состоянии, чтобы получить ожидаемое сопротивление и избежать трещин. Это достигается путем нанесения средства для ухода за свежим бетоном, предотвращающего испарение воды с поверхности, или периодического смачивания застроенной поверхности.

Нанесение бетона на стены литьём в опалубку

Заливка бетона сэндвич-панелей SCIP с помощью опалубки

Не нравится торкретирование или гунит? Вы можете использовать традиционную опалубку для стен SCIP. Кассеты могут быть вертикальными (см. фото) или горизонтальными. При заливке, для равномерного уплотнения бетона, а также для удаления воздуха и уплотнения материала (на поверхности бетона нам не нужны свищи и раковины), применяется механическая вибрация.

Безопалубочное нанесение перед традиционным наливным бетоном имеет ряд преимуществ, поэтому 99% SCIP-строителей обходятся без опалубки. Причины использования несъемной опалубки известны: выше качество и управляемость; сцепление с поверхностью выше; можно смешивать со стальным волокном; уменьшенная усадка и меньшая проницаемость. А главное, ниже затраты на рабочую силу, поскольку требуется создавать опалубочные формы, а затем удалять их после затвердевания бетона; плюс, бетон необходимо вибрировать. И само собой, затраты на закупку, перевозку и хранение опалубки.

Съемную опалубку при строительстве SCIP, например использует компания Melon (Чили), она занимается производством бетона с 1908 г.

Если вы заинтересованы в использовании опалубки для бетонирования панелей SCIP, обратите внимание на временные пластиковые ограничители, которые SCIP SmartWall (Уругвай) использует для точной дислокации опалубки, они гарантируют правильную толщину бетонного слоя.

SmartWall (Уругвай) использует съемную опалубку для бетонирования SCIP-конструкций

SCIP SmartWall для бетонирования панелей использует съемную опалубку фирмы Peri (Германия). Открыть в новом окне

Альтернативы бетону

За последние десятилетия цементная матрица претерпела огромные изменения. Сам цемент может быть смешанным, то есть содержащим дополнительные вяжущие материалы, такие как зола (flash ash), измельченный печной шлак и т. д. Минеральные компоненты, такие как микрокремнезем и зольная пыль, сегодня часто используются либо в качестве добавок к цементу, либо вместо него. Они помогают получить более плотный композит, уменьшают пористость, улучшают свойства свежести, повышают прочность, коррозионную стойкость, долговечность и т. д. Химические добавки, такие как реагенты для уменьшения содержания воды, суперпластификаторы и агенты, повышающие вязкость, помогают контролировать и улучшать множество других свойств в свежее состояние, чтобы помочь на этапе изготовления и производства. [ 11 ]

Джон-Пол Максфилд (Waste Farmers, США)

«SCIP могут быть покрыты «G-crete» — смесью портландцемента, летучей золы и пропиленовых волокон, или Earthskin — состоящим из 80% земли, смешанной с бетоном и другими упрочняющими добавками» — говорит о SCIP Джон-Пол Максфилд, основатель экологически чистой сельскохозяйственной компании Waste Farmers «Green Sandwich» (под этой маркой в Колорадо достаточно долго (с 1994 г.) строили Wolfram Kasemir и Merline Van Dyke, ныне уже не существует — прим. ред.)

Предпринимаются попытки использовать в SCIP геополимерный бетон, в сравнении с обычным портландцементным он требует меньшего количества воды и связующего для достижения сопоставимой удобоукладываемости и прочности на сжатие. Кроме того, отпадает необходимость в химических добавках для производства нормальных и сверхпрочных геополимерных бетонов [ 12 ]. Увеличение молярности щёлочного раствора увеличивает прочность на сжатие SCIP [ 13 ].

Сообщается, что большинство характеристик армированных геополимерных бетонных элементов демонстрируют схожие, если не повышенные несущие способности в сравнении с соответствующими традиционными армированными бетонными элементами на основе цемента [ 14 ]. Оценивая возможность использования в SCIP геополимерного бетона на основе египетского метакаолина (снижает выбросы CO), исследователи пришли к выводу, что: образцы стен из геополимерного бетона дают на 31% бóльшую осевую прочность в сравнении с образцами из обычного бетона; средний коэффициент растрескивающей нагрузки составляет 44–48% от разрушающей нагрузки, то время как у обычных бетонных панелей первая трещина появляется при 63% разрушающей нагрузки; прогибы при первых трещинах в геополимеробетонных панелях на 66–76% меньше чем у обычных бетонных [ 15 ].

Поскольку есть движение в сторону синтетических составляющих, будет и в сторону органических. Так, в Школе Дизайна и Окружающей среды Национального Университета Сингапура, вдохновившись книгой английского профессора Tom Woolley «Конструкция из конопляной извести» (2008), в странах Азии внедряют конопляный бетон (Hemcrete) в качестве несущего компонента. В настоящее время он используется в западных странах, и по мнению профессора является экологически чистым строительным материалом с рядом свойств, сравнимых со стандартным бетоном или даже лучше.

Сообщается об успешном использовании бактерий для самоустранения и ремонта микротрещин, которые образуются в бетоне в раннем возрасте, что повышает долговечность конструкции. В 2021 году в Потитехническом Университете (Санкт-Петербург) получили многообещающие результаты в уменьшении трещин с двумя видами бактерий Bacillus sphaericus (BS), Bacillus pasteurii (BP). Прочность на сжатие БС60 в возрасте 120 дней увеличилась на 124% по сравнению с контрольными образцами. Значение прочности на изгиб БС30 в возрасте 120 дней увеличилось на 168% по сравнению с контрольным раствором. СЭМ доказал, что в бактериальном растворе было меньше пустот, чем в контрольном растворе. Осаждение кальцита, индуцированное микроорганизмами (MICP), отвечает за заполнение пор в строительном растворе и, следовательно, снижает скорость водопоглощения и коэффициент капиллярной проницаемости, одновременно увеличивая прочность на сжатие и изгиб бактериального строительного раствора. [ 16 ]

Панель несъёмной опалубки SCIP Homedone (Италия)

Используют эту конструкцию и вовсе без бетона — компания AC Engineering (Италия) рекомендует SCIP Homedone для строительства дешёвого и жилья для временного проживания. В этом случае дом теряет капитальность и мы лишаемся ценной тепловой массы, что важно для качественного микроклимата, но в определённых условиях это становится преимуществом. Да, воздушность конструкции даёт барачный микроклимат, но низкий вес позволяет легко перемещать собранное здание, быстро разобрать его или рекомбинировать, чтобы удовлетворять потребности во временном или дешевом жилье, для использования в туристических экспедициях и др.

Панель состоит из высокопрочного электросварного пространственного каркаса из оцинкованной стальной сетки и проволоки (S235JR) диаметром 3 мм, встроенной в высокоплотный лист EPS (45-65 кг/м³). После монтажа, как и при утеплении фасадов пенополистиролом, внешние поверхности покрывают непрерывной тонкой многослойной системой штукатурки (общей толщиной 4 мм), которая наносится в три слоя: базовое покрытие на цементной основе, армирование сеткой из стекловолокна (как правило 5x5 мм); основное покрытие для подготовки к нанесению финишного покрытия; финишное покрытие, которое способствует защите от атмосферных воздействий и обеспечивает декоративную отделку.

Ещё особенностью Homedone является система металлических замков, которые предназначены для лёгкого соединения кровельных и стеновых панелей. Благодаря запатентованной системе зацепления панели можно собирать вручную на месте с помощью простого шестигранного ключа. Это очень полезно в чрезвычайных ситуациях или вообще в местах, где нет квалифицированных рабочих.

Финишная отделка

Облицовка сэндвич-панели SCIP плиткой

Работы по отделке начинаются сразу после схватывания второго слоя бетона. Облицовка не обязательна, поскольку с бетонным покрытием панели уже выровнены для финишного покрытия.

Поверхность готовой стены SCIP представляет собой бетон или штукатурный раствор, который подходит для нанесения любой отделки как внутри здания, так и снаружи: облицовка, сайдинг или шпон.

Можно наносить самые разные виды отделки: гладкие или фактурные цементные покрытия различной текстуры, краска и цветовые узоры, штукатурные покрытия, «короед», фактурные пасты, мозаичные покрытия, гальваническое покрытие мраморной крошкой, плитка или плиты декоративного камня (см. фото), облицовка клинкером, вентилированные фасады и практически любой другой вид отделки.

Для придания поверхности стен, покрытий или кровли архитектурной формы, можно использовать тиснение по бетону. Кровля может быть отделана черепицей или любым другим традиционным материалом, или это может быть открытый бетон, например, с тиснением «под шифер». Панели можно облицовывать деревом, например внутри помещений, но в этом случае мы теряем часть тепловой массы, поэтому теплоёмкость используемого дерева имеет значение.

Сара Бачманн (Австралия, CEO NPCAA)

«Преимущество SCIP в том, что для нанесения отделки на стены вам не требуется штукатурка как для отделки кирпича или блоков, её можно укладывать непосредственно на торкретбетон», — поясняет инженер-строитель Лурдес Кристина Д. Принтс из LCP Engenharia & Construções (Бразилия).

#

Если вам было интересно — шейр кнопкой Поделиться, лайк и коммент по ссылкам ниже, спасибо! Если у вас остались вопросы, вы можете спросить нас личным сообщением в Telegram, WhatsApp, написать электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). Также вы можете задать вопрос публично в Чат Telegram или YouTube.

Далее к общей конструкции панели SCIP

К Содержанию FAQ

Используемые источники

[ 1 ] C.J. Naito, J. Hoemann, B.T. Bewick, M.I. Hammons, Оценка соединителей, работающих на сдвиг, для использования в изолированных бетонных сэндвич-панелях, Interim Report, Lehigh University, PA 18015, 2009

[ 2 ] Журнал «Сделай Сам. Новое в жизни, науке и технике», Подписная научно-популярная серия, 1'93 (январь-март). Москва, Изд. «Знание», 1993 г. Стр. 91-96. «Гараж из армоцемента», Е.А. Ерлыкин.

[ 3 ] Aitcin, P.C., «High performance concrete», E & FN Spon, London, UK. 1998.

[ 4 ] Мейрелес П.З.С., Кайсета Л. дос Сантус «Конструкции из пенополистирола: анализ рентабельности относительно традиционной системы строительства». Бразилия, 2017.

[ 5 ] Министерство жилищного строительства, территориального планирования и окружающей среды, Документ о технической пригодности (DAT) системы Emmedue, Национальное управление жилищного строительства Уругвай (DINAVI-MVOTMA), DAT G-Serie 1: SC001/2012. 2012.

[ 6 ] Цитата по P. Poluraju, G. Appa Rao «Поведение 3D-панелей для строительных конструкций при общей нагрузке: современное состояние», стр. 175. Департамент гражданского строительства, Индийский технологический институт Мадрас, Индия, 2014. Ссылка

[ 7 ] Карим С. Нумайр, Юсеф С. Аль-Рджуб, Абдалла М. Кудах, Хайр Аль-Дин И. Бсису «Сопротивление наружных трехмерных стен высокоскоростным снарядам», журнал Композиты, часть Б 43 (2012), стр. 3431-3435. Ссылка

[ 8 ] Айман С. Моссалям. «Крупномасштабная структурная оценка ограждающих конструкций — многослойных стеновых панелей из вспененного полистирола Tridipanel, подвергшихся циклическим испытаниям на сдвиг». Отчет № 3D-ICC-ES05-11, испытательный зал структурной инженерии (SETH), Инженерная школа Генри Самуэли, Калифорнийский университет в Ирвине, 2011.

[ 9 ] Ян Луговски «Проектирование и строительство ферроцементной коробки дома с суперизоляцией» Магистерский проект в области энергетических технологий. EGI-2013-046MSC Стокгольм, Швеция, 2013 г.

[ 10 ] Тревехо Хиаго Энрике «Сравнительный анализ обычных и монолитных строительных систем из пенополистирола для частных домов» Цесумарский Университет, Бразилия 2018. Ссылка

[ 11 ] Нааман, А.Е., «Ферроцемент: четыре десятилетия прогресса», Journal of Ferrocement, 36; № 1, январь 2006 г., стр. 741-756.

[ 12 ] K. Neupane, «Исследование модуля упругости активированного порошком геополимера», Int J Struct Eng 7 (3) (2016) 262–278. Ссылка

[ 13 ] G. Hemanaag, B.S.R.K. Prasad, «Геополимерный бетон с использованием Метакаолина, летучей золы и их сравнение». Int J Eng Res Tech (IJERT) ISSN: 2278-0181. 2014. Ссылка

[ 14 ] K.H. Mo, U.J. Alengaram, M.Z. Jumaat, «Конструкционные характеристики железобетонных геополимеробетонных элементов: обзор», Constuction Building Materials 120 (2016) 251–264. Ссылка

[ 15 ] Фатима Аль-Захраа Рефаи, Рафик Аббас, Фуад Х. Фуад. Устойчивая строительная система из геополимерных сэндвич-панелей на основе египетского метакаолина. Примеры использования строительных материалов 13 (2020) e00436. Ссылка

[ 16 ] Галишникова В.В., Эльроба С.Х., Нассар М., Сакна А. «Самовосстанавливающийся бактериальный раствор с лактатом кальция и улучшенными свойствами». Журнал гражданского строительства. 2021. 105(5). Статья No. 10503. DOI: 10.34910/MCE.105.3 Ссылка

Напишите нам
Вы можете задать вопрос или написать ваше личное сообщение здесь, Telegram, WhatsApp, или электропочтой. Чтобы быть в курсе последних новостей, подпишитесь на наш канал или чат в Telegram.