Statybų pramonėje naudojamos vis tobulesnės medžiagos, kurios leidžia įgyvendinti kaskart sudėtingesnius architektūrinius sprendimus. Betonas - seniai naudojama statybinė medžiaga. Tačiau ką galėtume pasakyti apie ypač stiprų betoną - vieną iš naujų statybinių medžiagų?
Betono klasifikacija ir stiprumo matavimas
Paprastai betonas vertinamas pagal jo atsparumą veikiant gniuždymo jėgai. Raidė nurodo betoną (betonas angl. Concrete), tuo tarpu pirmi du skaitmenys nurodo mažiausią charakteristinį betono gniuždymo stiprį, MPa bandant cilindrinius bandinius, o paskutiniai du skaitmenys - mažiausią charakteristinį betono gniuždymo stiprį, MPa bandant kubinius bandinius. Perėmus ES standartus, betonai, smėlio betonai yra klasifikuojami pagal betono klases (pav. C25/30). Betono mišinio slankumas, tai pats paprasčiausias ir plačiausiai naudojamas nesukietėjusio betono konsistencijos nustatymo būdas. Pagal slankumą betono mišiniai skirstomi į klases (S1-S4), kurios nurodo betono mišinio suslūgimą. Standžios konsistencijos betono mišinį apibūdina S1 slankumo klasė (nuoslūgis nuo 10 iki 40 mm) ir toks mišinys vežamas transportu be maišymo įrangos. S2 slankumo klasei kūgio nuslūgis yra nuo 50 iki 90 mm ir toks mišinys jau gali būti vežamas automobilinėmis betono maišyklėmis.
Įprasto ir ypač stipraus betono skirtumai
Jokia naujiena, kad įprastas betonas vis dar populiariausia statybų pramonėje naudojama medžiaga, kurio gniuždymo stipris siekia apie 30 MPa. Teigiama, kad terminas „ypač stiprus betonas“ (angl. „ultra-high performance concrete“ (UHPC)) galbūt nėra visiškai tikslus. Jis vis dar neapibrėžtas ne tik Lietuvos, bet ir kitų Europos Sąjungos valstybių narių bei pasaulio šalių techniniuose, teisiniuose dokumentuose, reglamentuose ir projektavimo normose, be kurių ši išskirtinė statybinė medžiaga negali būti gaminama gamyklose.
Teigiama, kad ypač stiprus betonas išsiskiria ne tik savo mechaninėmis, bet ir ilgaamžiškumo savybėmis. Tiesa, teko paieškoti šiokių tokių kompromisų, kuriuos priėmus sensacingas betono mišinio gniuždymo stipris, išgautas laboratorijoje, sumažėjo. Tačiau šioje situacijoje vis tiek buvo pasiektos dvi didelės pergalės. Paaiškėjo, kad gamybos sąlygomis gali pavykti išgauti 130-150 MPa gniuždymo stiprio betoną.
KTU patirtis ir vietinės alternatyvos
KTU SAF Statybinių medžiagų katedros vedėjas profesorius dr. teigė, kad atlikdami įvairius tyrimus ar bandymus statybos ir architektūros srityje, specialistai nuolat stengiasi panaudoti perdirbtas medžiagas. Pabandymas į betoninį mišinį įmaišyti specialiai paruošto smulkinto stiklo pranoko visus lūkesčius. Maloniai nustebino faktas, kad betono gniuždymo stipris žymiai padidėjo. Pagal KTU ypač stipraus betono formulę naudojamos vietinių atsargų medžiagos ir perdirbti stiklo milteliai. „Be to, mūsų galutinis produktas ir lengvesnis, ir pigesnis“, - pabrėžė KTU mokslo darbuotojas V.
Ši ypač stipri statybinė medžiaga kitaip dar vadinama reaktyviu milteliniu betonu. Dėl savo unikalios struktūros ir išskirtinių savybių toks betonas gali būti naudojamas net ir „agresyvių“ sąlygų architektūroje bei įrenginiuose. Pavyzdžiui, jis gali pakeisti branduolinėse elektrinėse naudojamą armuotąjį plieną, t. y. Skirtingai nei kai kurie metalai, UHPC atsparus korozijai, todėl jis gali tapti plieninių ašinių sijų arba sijų, kurios dar išlaikytų ir didelį svorį, pamaina.
KTU sukurtas ypač stiprus betonas pirmą kartą buvo panaudotas 3-iosios saugumo klasės seifo, atsparaus vandeniui ir ugniai, gamybai. Architektūriniuose sprendimuose tai reiškia, kad įvairių konstrukcijų - kolonų, perdangos plokščių, sijų ir kitų elementų - matmenys taip pat galėtų būti sumažinti. KTU SAF tyrėjai žino ne vieną UHPC alternatyvą. Pavyzdžiui, Nacionalinė cemento importuotojų asociacija ją apibrėžia kaip portlandcemenčio mišinį (pagamintą iš kalkakmenio ir molio), silicio dioksido dervą, kvarco miltus, smulkaus silicio smėlį, vandenį ir pluoštus iš plieno arba organinių medžiagų.
Kaina ir gamyba
Tačiau, pasak KTU mokslininkų, alternatyvūs ypač stipraus betono mišiniai savo sudėtyje turi daug didesnį cemento kiekį ir ne visuomet gali būti pagaminami iš vietinių žaliavų. Šiuo metu žinomos UHPC alternatyvos pasaulyje, palyginti su lietuvišku betonu, kainuoja gerokai daugiau. Palyginimui: jei įprastinio C30/37 klasės betono, priklausomai nuo jo sudėties, kaina būtų iki 60 Eur už kv. metrą, ypač stipraus betono mišinio - keliskart didesnė. Teigiama, kad KTU SAF mokslininkų sukurto betono mišinys kainuoja gerokai pigiau. „Jis gali būti gaminamas iš vietinių žaliavų be sudėtingos technologinės įrangos. Šios priežastys ir lemia pigesnę išskirtinio betono gamybą, - pažymėjo profesorius dr. V. Vaitkevičius. - Mūsų ypač stipraus betono kubinio metro rinkos kaina gali siekti apie 200-250 eurų.
Praktiniai bandymai su surenkamaisiais elementais
Dauguma vėjo jėgainių buvo gaminamos iš plieninių elementų. Betono cheminių priedų gamintoja STACHEMA sukūrė, ištyrė ir įdiegė surenkamųjų betono elementų gamybą iš savaime susitankinančių betono mišinių SSB. Buvo atlikti dideli preliminarūs mišinio ir jo komponentų parinkimo darbai. Vienas iš svarbiausių - parinkti įvairiose temperatūrose greitai kietėjantį cementą ir prie jo derantį mišinio superplastiklį - kietėjimo greitiklį.
Rezultatai nebuvo labai nutolę vieni nuo kitų, tačiau greičiausiai stipris augo dirbant su Ispanijos CEM I 52,5 R UltraVAL cementu. Gamyba buvo pradėta rugsėjo mėn. prie +20 -25 C temperatūrų, o baigta gruodžio mėn. Gaminiai šildomi nebuvo, sezono pabaigoje teko šildyti vandenį, o kai kada ir užpildus. Kiekvienas maišymas buvo tokios pačios sudėties - 1,86 m3 ir truko 240 sek. Vidutiniai stipriai: po 8 val - 42,3 MPa, po 12 val - 57,7 MPa, po 24 val - 76,8 MPa, po 28 parų - 92,1 MPa. Per visą gamybos laikotarpį formų apyvartumas buvo 2 - 3 formos per 24 val.
Priedo ir mišinio vaidmuo
Naujausios kartos polimerinio priedo STACHEMENT 2701 naudojimas leido vykdyti labai griežtus surenkamųjų elementų gamintojo reikalavimus ir patogiai dirbti su specialiuoju cementu UltraVAL. Betono vandens nelaidumo ir šalčio atsparumo bandymai viršijo W12 ir F200 reikalavimus.
Vėjo jėgainių pamatų ir konstrukcijų reikalavimai
Patys didžiausi Lietuvos įmonėms patikimi darbai yra vėjo jėgainių pamato įrengimas. Po armatūros tinklų rišimo ruošiamasi betonavimo darbams. Penkių vėjo jėgainių parkų statybas Lietuvoje valdžiusios statybų konsultavimo bendrovės „Be Live“ praktika rodo, kad arčiausiai regione esantis betono mazgas visą tuo metu gaminamą betoną gali tiekti vos vienam jėgainės pamatui. Anot Š. Survilos, darbai turi būti atliekami itin tiksliai ir atsižvelgiant į aplinkos ir kitus veiksnius, pvz., atliekant betonavimo darbų techninę priežiūrą svarbu suvaldyti stingstančio betono temperatūrą.
Nesuvaldžius proceso - šešių nulių nuostoliai. Gabenant sparnų dalis tenka patraukti kelio ženklus, kai kur tenka rekonstruoti žiedines sankryžas, įrengti laikinus apvažiavimus, asfaltuoti sankryžas. Vėliau, kaip Telšių vėjo jėgainių parko atveju, 65 m ir 12 m ilgio komponentai sujungiami į vieną per 77 m ilgio jėgainės sparną.
Statybos organizacija ir laikas
Paruošiamiesiems darbams - dveji metai. Kompleksinio statybų konsultavimo bendrovės „Be Live“ ir statybų valdymo, bei statinio statybos techninės priežiūros paslaugas teikiančios įmonės „Be Constructive“ specialistai atkreipia dėmesį, kad vėjo jėgainių statybų grafikas sudaromas pagal jėgainių montavimo datas. Taip yra, nes šias didžiules iki 200 m aukščio siekiančias konstrukcijas gali montuoti tik specializuotos kompanijos, turinčios tam tinkamą įrangą ir patyrusių profesionalų komandas.
Anot specialistų, prieš pradedant statyti vėjo jėgainių parką, reikėtų įvertinti, kad apie dvejus metus gali užtrukti poveikio aplinkai vertinimas, vėliau vėjo jėgainės projektuojamos, imamasi inžinerinių tinklų ir kelių įrengimo. Atsižvelgiant į Lietuvos klimato sąlygas, keliai pertvarkomi taip, kad tiktų dešimtis tonų sveriančių jėgainių dalių pristatymui ir nepertraukiamam medžiagų tiekimui į statybos aikštelę. Dažnai iššūkiu tampa sklypo pritaikymas sunkiasvorės technikos darbui. Šalyje neturime didžiosioms vėjų jėgainėms statyti tinkamų kranų, jie dažniausiai nuomojami iš Vokietijos ir Austrijos įmonių.
Praktiniai patarimai betonavimui
Siekiant užtikrinti pakankamą betono kiekį: tiksliai išmatuoti betono klojinius, bei, kad baigti darbus, užsisakyti pakankamą betono kiekį. Dideliems betonavimams dėl galimų nubirėjimų, galimo storio padidėjimo, užsisakyti maždaug 2% didesnį kiekį nei paskaičiuota. NE! Neprašykite ar nereikalaukite betonvežių vairuotojų į betoną įdėti vandens, kadangi tokie veiksmai gali turėti skaudžių pasekmių. Tinkamai sumaišytas prekinis betono mišinys turi optimalų vandens kiekį. Informuokite mus jei betono apdirbamumas (konsistencija) nėra toks kokio tikėjotės.
Rekomenduojama betono mišinį pakloti ir sutankinti per 90 min. UAB "Betono Centras" prekinį betono mišinį tiekia tik po nuodugnių laboratorinių bandymų pagal betono mišinį reglamentuojančių Europinių standartų reikalavimus. Kad užtikrinti itin aukštą betono mišinio kokybę, visi gauti komponentai yra nuolat tikrinami. Kiekvieną dieną atliekami betono mišinių bei sukietėjusio betono atitikties bandymai.
Paklotas mišinys turi būti gerai sutankintas visame tūryje, aplink armatūros strypus ir formos kampuose, kad neliktų kavernų ir tuštymių; kai naudojami vibratoriai, vibruojama, kol mišinys visiškai sutankėja; vibruojant vengiama sluoksniavimosi, skysčio ištekėjimo, armatūros padėties pakitimo arba formų pažeidimo; Priežiūrą turi atlikti betono naudotojas. Prieš klojant betono mišinį, nuo klojinių būtina nuvalyti sniegą ir ledą ir juos pašildyti iki teigiamos temperatūros. Būtina betono mišinį pakloti ir sutankinti, kol jis nepradėjo rištis, t.y. ne ilgiau kaip per 90 min. nuo jo pagaminimo.
Kietėjimo ir temperatūros kontrolė
Sutankintas betonas turi būti nedelsiant uždengiamas skydais arba dembliais, kad neprarastų išsiskiriančios šilumos ir būtų užtikrintas betono stiprio augimas. Betono temperatūra pirmas 4 val. neturi nukristi žemiau +0°C, ir negali būti žemesnė už 0°C, kol betonas pasieks 5 N/mm2 stiprį, kad nebijotų peršalimo. Norint pasiekti greitesnį betono stiprio augimą, reikia kietėjantį betoną šildyti (elektra, dujiniais degikliais, šiltu oru) iki 10-15°C temperatūros betono viduje. Reikia atsižvelgti į aplinkos temperatūros įtaką cemento rišimuisi.
Transportavimo ir pildymo sprendimai mažoms aikštelėms
Betono mišinį geriausia transportuoti automobilinėmis betono maišyklėmis, kad jis neatšaltų. Betono siurblys tai automobilinis transportas skirtas paduoti betoną į Jums norimą vietą. UAB "Betono Centras" turi įvairaus dydžio betono siurblių. Koks paprasčiausias būdas betoną transportuoti ir paduoti nedidelėms statybų aikštelėms? Transportavimas ir padavimas - nedidelėms statybų aikštelėms - visa tai tik viena mašina ir vienas asmuo - PUMI - betono siurblys ir "kriaušė" viename. Šis įrengimas dažniausiai skirtas mažoms, ankštoms statybų aikštelėms, kuriose reikalingas betono kiekis iki 20m³, pigiau, greičiau ir švariau aptarnauti.
Betono siurblio veikimo principas
Vėjo jėgainių statybose naudojamo betono pasirinkimo santrauka
Vėjo jėgainių statyboje tradiciškai daug naudojama plienas, tačiau betonas, įskaitant stiprius ir ypač stiprius mišinius, atveria naujas galimybes tiek pamatams, tiek surenkamiesiems elementams. KTU patirtis rodo, kad vietinės žaliavos ir perdirbtų medžiagų naudojimas gali suteikti konkurencingą kainą ir aukštą kokybę, o gamybos praktika su specialiais cementais ir priedais parodė, jog galima pasiekti reikšmingą betono stiprį per trumpą laiką. Svarbu tinkamai suorganizuoti logistiką, kontroliuoti temperatūrą, ir užtikrinti tinkamą betono mišinio sudėtį bei klojimo technologiją, kad būtų pavirstas projektinis stiprumas ir ilgaamžiškumas.
Trumpa lentelė: tipiniai betono stipriai ir taikymai vėjo jėgainėse
| Betono tipas / klasė | Mažiausias gniuždymo stipris (MPa) | Taikymas vėjo jėgainėms |
|---|---|---|
| C30/37 (įprastas) | ~30 | Pamatų masyvas, kai nereikalaujama itin kompaktiškų dimensijų |
| SSB / greitai kietėjantis aukštas stipris | 42-92 (pagal brandą nuo 8 val. iki 28 dienų) | Surenkamieji elementai, kai reikalingas greitas formų apyvartumas |
| UHPC (ypač stiprus betonas) | 130-150 (gamybos sąlygomis pasiekiama) | Kompaktiškos kolonos, sijai, elementai, kuriems reikalingas ilgaamžiškumas ir didelis atsparumas korozijai |
Vėjo jėgainių vystytojai gali rinktis vieną iš trijų kelių: valdyti visą statybos procesą patys, dalį specifinių procesų patikėti išorės tiekėjams arba rinktis vieną statybų valdymo, konsultavimo ir statinio statybų techninės priežiūros paslaugas teikiančią bendrovę. Pastarasis kelias Lietuvoje dabar sparčiai populiarėja, nes padeda užtikrinti atliktų darbų kokybę, realiu laiku stebėti grafiką, o kartu ir tilpti į numatytus biudžetus.