Lengvojo betono palanges: privalumai, taikymas ir istorija

Tradicinis betonas kaip kompozitinė medžiaga turi ne tik pranašumų, bet ir nemažai trūkumų. Vienas pagrindinių - didelė tūrio masė, kuri dažnai riboja jo taikymą didelių gabaritų statiniams: tiltams, daugiaaukščiams pastatams ir kt. Ši tendencija visame pasaulyje paskatino ieškoti inovatyvių betono mišinių. Vienas šios problemos sprendimo kelių - lengvinti betoną. Taikant šiuolaikinius technologinius sprendimus, atsiranda galimybė kurti sudėtis, kurių savybės tokios pat, o kartais ir pranašesnės, palyginti su įprastu betonu, o tūrio svoris iki 40 proc. mažesnis.

Kodėl vertingas konstrukcinis lengvasis betonas

Konstrukcinio lengvojo betono naudojimas statiniams turi daug pranašumų. Visų pirma, jis turi efektyvesnį stiprio ir savojo svorio santykį, dėl to mažėja reikiamo betono ir armatūros kiekis, atsiranda galimybė statyti aukštesnius pastatus, sumažinti išlaidas įrengiant pamatus. Šiuo aspektu lengvasis betonas ypač svarbus stiprinant ar rekonstruojant eksploatuojamus statinius, pavyzdžiui, tiltus, kai papildomas atramų ar pamatų apkrovimas nėra galimas. Lengvasis betonas turi geresnes šilumos ir garso izoliacines savybes. Pasaulyje atlikti tyrimai parodė, kad tuo atveju, jei pastatams Europoje vietoj įprasto betono būtų panaudotas lengvasis, šilumos energijos sąnaudas būtų galima sumažinti apie 15 procentų. Be minėtų pranašumų, šalia įprasto betono lengvasis betonas pasižymi geresnėmis ilgaamžiškumo savybėmis (didesnis atsparumas šalčiui ir kt.), didesniu atsparumu gaisrui ir seisminėms apkrovoms. Papildomų galimybių suteikia savaime tankėjančio betono mišinių taikymas. Mažesnės tūrio masės ir savaiminio tankėjimo sujungimas leidžia pagerinti eksploatacines ir technologines betono bei iš jo gaminamų elementų savybes. Taikant savaime tankėjančius mišinius, nereikalaujantis papildomo tankinimo gamybos metu, konstrukcijų kaina vidutiniškai sumažėja apie 10 proc., o statybos trukmė iki 20 procentų.

Istorija: nuo senovės iki moderniųjų sprendimų

Naudotas prieš kelis tūkstančius metų Lengvasis betonas - ne nauja medžiaga. Natūralus vulkaninės kilmės lengvojo betono užpildas, toks kaip pemza ir šlakas, buvo žinomas ir naudojamas graikų bei romėnų dar prieš krikščionybės erą. Įspūdingi senoviniai statiniai, tokie kaip Koliziejus ir Panteonas Romoje ar Sofijos soboras Stambule, buvo pastatyti naudojant lengvojo betono elementus arkinėms ir skliautinėms konstrukcijoms. Vėliau, iki pat XX a., konstrukcinis lengvasis betonas nebebuvo plačiai taikomas. Tik XX a. pirmoje pusėje jį vėl imta naudoti statybos pramonėje. Šiuo laikotarpiu sukurtas dirbtinis lengvasis užpildas - keramzitas, pagamintas naudojant vamzdinę degimo krosnį. Tokiu būdu išgauti lengvieji užpildai buvo pritaikyti laivų korpusų statybai per Pirmąjį pasaulinį karą. Selma“ ir pradėtas eksploatuoti 1919 metais. Pirmasis didelis projektas panaudojant konstrukcinį lengvąjį betoną pradėtas 1928-1929 m., kai telefonų kompanija Southwestern Bell, įsikūrusi Kanzaso mieste, panoro paaukštinti savo pastatą aštuoniais papildomais aukštais, naudodama įprasto svorio betoną. Įvertinus lengvojo betono mišinius su pūsto skalūno užpildu, pastatą būtų galima saugiai paaukštinti papildomais keturiolika aukštų. Toks sprendimas leido pastato aukštį padidinti dvigubai - iš 14 pastatas tapo 28 aukštų dangoraižiu. Iš viso pastato savasis svoris sumažėjo ~4000 tonų, palyginti su pastato, jei būtų buvęs panaudotas įprastas betonas, svoriu.

Tiltų statyba ir žymūs pavyzdžiai

Pirmasis tiltas - Amerikoje Tiltų statyboje lengvasis betonas pirmą kartą panaudotas 1936 m. San Francisko ir Oklando miestus jungiančiam tiltui, dažniausiai vadinamam Įlankos tiltu (Bay Bridge). Lengvojo betono mišinys panaudotas viršutinei standumo sijos daliai. Bendra statinio kaina sumažėjo 3 mln. JAV dolerių. Konstrukcinio lengvojo betono mišinių panaudojimas tiltų statyboje daugelyje šalių gerokai išaugo XX a. šeštajame dešimtmetyje. Armuotojo lengvojo betono perdangos panaudotos Benišos-Martineso tiltui San Franciske (JAV), tiltui virš Napos upės Kalifornijoje (JAV), Dyckerhoffo pėsčiųjų tiltui (Vokietija), Hermannswego tiltui (Vokietija), Raftsundo ir Stolmos tiltams (Norvegija), tiltui virš Abavos upės, viadukui A2 kelyje (Latvija) ir daugelyje kitų statinių. Iš paminėto sąrašo galima išskirti du ilgiausius pasaulyje gelžbetoninius gembinius Raftsundo ir Stolmos tiltus Norvegijoje, kurių viduriniams ∼300 m tarpatramiams panaudotas lengvasis betonas. Rekonstruojant arkų viduje esantis smėlio užpildas pakeistas lengvuoju betonu, kurio klasė LC16/18, o tankis 1730 kg/m³. Šio betono panaudojimas sumažino tilto perdangos savąjį svorį ir leido išvengti tilto pamatų stiprinimo. Taip pat galima paminėti viaduką A2 kelyje. Vantinės sistemos statinyje panaudota trijų tarpa taramių nekarpyta plokštinė perdanga iš betono su lengvais užpildais, kurio charakteristinis gniuždomasis stipris siekė apie 45 MPa, o tankis apie 1950 kg/m³.

Lietuvos patirtis ir moksliniai tyrimai

Tobulina Lietuvos mokslininkai Lietuvoje lengvasis betonas daugiausia nagrinėtas kaip termoizoliacinė arba atitvarinė medžiaga, nepasižyminti dideliu gniuždomuoju stipriu. Anksčiau didelis dėmesys buvo skiriamas keramzitbetonio plokščių tyrimams, jos sovietmečiu buvo plačiai naudojamos daugiabučių pastatų išorinėms sienoms. Šioje srityje galima išskirti negausius Vilniaus Gedimino technikos (VGTU) ir Kauno technologijos (KTU) universitetų tyrėjų darbus. VGTU 2011 m. sukurtas lengvojo betono su keramzito užpildu mišinys, kurio gniuždomasis stipris siekė 18,5 MPa, o tankis iki 1400 kg/m³. Tačiau dėl pernelyg mažo gniuždomojo stiprio jo praktinis taikymas laikančiosioms konstrukcijoms yra ribotas. KTU sukurtas 37,5 MPa gniuždomojo stiprio ir 1780 kg/m³ tankio mišinys, panaudotas P. Vileišio tilto per Nerį šalitilčių plokštėms.

Lengvasis betonas yra gaminamas įtraukiant oro tarpus į betono mišinius. Galima išskirti tris pagrindinius lengvojo betono tipus: 1) lengvųjų užpildų betonas (tuštumos yra pačiuose užpilduose); 2) akytasis betonas ir putų betonas (tuštumos yra cemento pastoje); 3) betonai be smulkiojo užpildo (smėlio yra atsisakoma ir tuštumos susidaro tarp stambiųjų užpildų dalelių). Konstrukcinio lengvojo betono mišiniui pagaminti greta sunkiojo užpildo (smėlio, žvyro, skaldos) taikomi natūralūs arba dirbtiniai lengvieji užpildai. Dažnai taikomi užpildai - keramzitas, šlakas, stiklo granulės ir kt. Tankis kinta 1400-2000 kg/m³, o gniuždomasis stipris po 28 parų - 10-70 MPa. Esminė lengvųjų užpildų ypatybė - didelis poringumas, kuris mažina savitąjį tankį. Reikšmingas gebėjimas gaunamas derinant kelis užpildus viename mišinyje.

Vykdant SECOLAC projektą 2015-2017 m. Lietuvoje buvo sukurti vekiniai savaime tankėjančio lengvojo betono mišiniai. VGTU sukurtas savaime tankėjančio lengvojo betono mišinis pirmą kartą Lietuvoje. Panaudoti keramzito užpildas ir perdirbto stiklo granulės. Gauti mišinių gniuždomieji stipriai svyravo nuo 23,9 iki 102,5 MPa, o tankiai - nuo 1458 iki 2348 kg/m³. Tyrimų metu pasiūlytas tankio ir stiprio priklausomybės modelis, leidžiantis pasirinkti mišinio sudėtį pagal norimą stiprį ir tankį: minimalus tankis - nuo 1400 kg/m³, minimalus gniuždomasis stipris - nuo 40 MPa. Ateityje toks modelis gali būti taikomas standartų metodų tobulinimui, siekiant didesnio patikimumo.

Techniniai priedai ir jų svarba

Betono priedai - svarbūs norint pasiekti norimas savybes. Plastifikuojantys priedai (plastikliai, superplastikliai) didina mišinio lygumą, stiprumą ir sumažina vandens kiekį, o tai lemia aukštesnį tankų ir atsparumą šalčiui. Oro tarpus įtraukiantys priedai naudojami norint gauti didesnį atsparumą šalčiui. Taip pat galima naudoti įsiurbiamuosius priedus siekiant geresnio pavyzdinių šilumos ir garso izoliacijos rodiklių. Kai kurie priedai padeda užtikrinti atsparumą šildymo-šaldymo ciklams ir korozijos apsaugą.

Kur taikomas lengvasis betonas?

• Stogų konstrukcijos: ventiliuojamų ir plokščių stogų nuolydžiai į trapus vandeniui nubėgti, galima lieti tiesiai ant perdangos arba naudoti papildomą šiltinimo sluoksnį; Broof(t1) klasė užtikrina atsparumą.
• Grindys ir perdangos: tinkamas kaip izoliacinis ir lyginamasis sluoksnis po danga; dažnai naudojamas siekiant sumažinti apkrovą ant senų perdangų ar medinių sijų.
• Balkonai ir terasos: įrengiami prieš apdailą su lengvuoju betonu.
• Sienų statyba: individualūs namai, gamybinės patalpos, ypač kai reikia atskirti patalpas ir sumažinti triukšmą.
• Hidro- ir inžineriniai statiniai: užpildyti senus vamzdžius, injekuoti tarpus, užpildyti ertmes ir kelio pralaidas.
• Automobilių stovėjimo aikštelės: nuolydžiai nutekėja vanduo lengvai ir sunaudojama mažiau medžiagos.
• Infrastruktūros renovacija: oro uostų pakilimo ir nusileidimo takų, požeminių nuotekų tinklų renovacijai.
• Specializuoti projektai: plaukiančių pontonų ar plaukiančių namų statyba.

Lietuvos įmonės ir praktika

“Lengvas betonas” - pagrindiniai Lietuvos statybų rinkai sprendimai, tačiau dažnai vyksta darbai ir užsienyje. Tyrimai Lietuvoje apima keramzitbetonio plokščių tyrimus, savaime tankėjančių mišinių kūrimą Lietuvoje bei jų taikymą plokštėms ir sijos konstrukcijoms. Įmonė siūlo sprendimus tiek individualiems, tiek komerciniams projektams. Lietuvoje koncepcija plečiasi į projektavimo metodikas ir statybos procesų efektyvumo didinimą, o taip pat - į naujų technologijų diegimą realiuose projektuose.

Lengvojo betono privalumai ir šalutiniai aspektai

• Svoris: žymiai mažesnis nei įprasto betono, kas palengvina transportavimą ir montavimą.
• Šilumos ir garso izoliacija: geresnės izoliacijos savybės - didesnė energijos taupymo potencialo dalis.
• Ekonomiškumas: galimas visumos sąnaudų sumažėjimas dėl mažesnių transportavimo ir montavimo kaštų.
• Universalumas: tinka nuo stogų iki pamatų, net plaukiojančioms konstrukcijoms.
• Lengvas naudojimas: savaime išlyginanti savybė trumpina įrengimo laiką.

Tačiau reikia atkreipti dėmesį, kad lengvasis betonas paprastai turi mažesnį atsparumą gniuždymui nei tradicinis betonas, todėl jo naudojimas laikančiose konstrukcijose turi būti kruopščiai apskaičiuotas.

Išvada

Lengvasis betonas - universali, inovatyvi medžiaga, kuri gali žymiai sumažinti svorį, pagerinti izoliacines savybes ir suteikti papildomų galimybių projektų įvairovėje. Lietuvoje vykdomi moksliniai tyrimai ir praktiniai diegimai rodo, kad ši medžiaga turi potencialą transformuoti ne tik individualių namų, bet ir inžinerinių statinių statybą, renovaciją ir net plaukiojančių konstrukcijų sritys.

tags: #lengvo #betonino #palanges