Konkrete Programmierung für einen Wolkenkratzer

Beton machen ist sehr einfach. Nehmen Sie Zement, Wasser und Sand, eine Prise Schutt, mischen Sie. Fertig! Ist es möglich, aus der resultierenden Lösung etwas aufzubauen? Natürlich. Ist es möglich, daraus ein einzigartiges Gebäude zu bauen? Nein.

Was ist los mit dieser Mischung? Wir werden zur Baustelle des St. Petersburg Lakhta Centers gehen und es herausfinden. Der heutige Beitrag handelt von der zweiten der drei „Komponenten“ des Turms. Das erste, Glas, erfahren Sie hier .


( Fotoquelle )

Großstädte werden oft als konkrete Dschungel bezeichnet. Dies zeigt auf beredte Weise, welches Baumaterial heute am häufigsten verwendet wird.

Der meiste Beton wird in Asien geliebt. Durch teuren Stahl gezwungen. Dort werden Wolkenkratzer fast ausschließlich aus Beton gebaut - zum Beispiel der Petronas-Turm in Kuala Lumpur.



Diese "Zwillinge" wiegen doppelt so viel, als hätten sie einen Stahlrahmen. Aber viel weniger als wenn sie nur ein Jahrzehnt früher gebaut worden wären. Was ist in dieser Lücke passiert?

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Es ist immer eine Herausforderung, ein Gleichgewicht zwischen der Tragfähigkeit des Bodens und dem Gewicht eines punktschweren Gebäudes zu finden. Die Geschichte der Türme in Kuala Lumpur ist hier bezeichnend - sie sind nicht nur „schwerer Beton“, sondern stehen auch auf formbarem Kalkstein. Wenn sie von weniger kompetenten Ingenieuren und Bauherren gebaut worden wären, hätten die Mitarbeiter von Petronas wahrscheinlich schon lange gewusst, wie Magma aussieht. Unter den Türmen befinden sich jedoch 100-Meter-Pfähle, und das Gewicht der Gebäude wird durch hochfesten modifizierten Beton erheblich verringert. Sie werden in Kuala Lumpur sein - gehen Sie sicher.


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BETONREVOLUTION

Modifizierter Beton muss irgendwo in Ostasien erfunden worden sein. In einer Region, in der die Böden schwach und seismisch aktiv sind, ist jedes Stück Land - Gold und einen Kubikmeter Stahl wert - ungefähr gleich, aber mit dem Gehirn und den Technologien ist alles in Ordnung. Die revolutionäre Situation reifte nicht lange. Der Durchbruch gelang den Japanern Ende der 1980er und Anfang der 90er Jahre. Die Erfindung sind spezielle Additive in Beton. Sie machten es hochfest und leiteten eine Ära der konkreten "Programmierung" ein. Jetzt können die Eigenschaften von Beton mithilfe der Bauchemie im Voraus eingestellt werden.


Stadtlandschaften in Asien. ( Fotoquelle )

BETON MIT HOHER STÄRKE. WIE ES GEMACHT WIRD

Die Qualität von klassischem Beton hängt vom Zementverbrauch ab. Die Eigenschaften von hochfestem Beton hängen von Additiven ab.

Wie der Name schon sagt, ist das Hauptkriterium für neuen Beton die erhöhte Härte. Dies ist eine Mindestklasse B40 mit einer Druckfestigkeit von 60 MPa und höher. In Russland wird beim Bau des Moskauer Stadtkomplexes der Beton mit der höchsten Festigkeit - B90 - angekündigt.

Die Betonmischung besteht aus festen, flüssigen und gasförmigen Substanzen - Luft, Wasser, Zement, großen und kleinen Zuschlagstoffen. Die Partikelgröße kann millionenfach variieren.


Die Hauptkomponenten von Betonmörtel

Ob sich die Mischung im Prinzip herausstellt, hängt vom Verhältnis fester Partikel zu Wasser ab. Wenn es optimal ist, umgeben die Wassermoleküle die festen Partikel, werden dichter und bilden Bindungen untereinander - eine kristalline Struktur. Wenn mehr Wasser als nötig vorhanden ist, kommt es zu einer Schichtung: Pfützen oben und große Anteile unten. Mit Wassermangel wird auch nichts daraus.


Schichtung der Mischung

Wenn die Lösung erhalten wird, sind Kapillarporen die nächste Gefahr.


Hier sind sie. (Foto von hier )

Dies sind mit Wasser gefüllte Hohlräume mit einer Größe von 0,01 bis 10 μm. Nachdem das Wasser in die Struktur gezogen wurde, tritt in den Hohlräumen ein Vakuum auf. Dort wird Wasser oder Luft aus der Umgebung angesaugt. Bei minus 2-3 ° C gefriert das Wasser in den Poren und nimmt an Volumen zu. Eis reißt Beton. Nach einigen Gefrierzyklen bilden sich Mikrorisse.

Poren sind der Hauptfehler in Beton. Glücklicherweise sind fast alle an einem Ort konzentriert - Zementstein.


Fragment des Porenraums von Zementstein ( Fotoquelle )

Das Volumen von Zementstein in Beton beträgt 25-30%. Er ist das schwächste Glied. Wenn es weniger oder gar nicht ist, nimmt die Porosität ab. In diesem Ziel werden Nahrungsergänzungsmittel getroffen.

Zum Beispiel Silikastaub. Dies sind kugelförmige Siliciumdioxidteilchen mit einer Größe von etwa 0,1 Mikrometern. Tausende solcher Körnchen umgeben die Zementkörner, verdichten die Mischung und füllen alle Hohlräume.
Eine andere Gruppe sind Superplastifizierungsmittel (Polymere). Erhöhen Sie die Beweglichkeit und Fließfähigkeit der Mischung. Die Betonstruktur wird im Anfangsstadium gebildet, wodurch das Volumen des Zementsteins verringert wird.


Zementstein, Alter - 28 Tage, 1000-fache Steigerung.



Zementstein unter Zusatz von Kieselsäuredampf. Alter - 28 Tage, eine 1000-fache Steigerung. Beide Fotos von hier

WARUM IST DIESE REVOLUTION?

Das Pantheon und mit Zementstein fühlen sich seit zweitausend Jahren gut an. Aus gewöhnlichem Beton gebaut. Hier stimmt etwas nicht.


Pantheon, Rom. Inbetriebnahme - 126 n. Chr (Foto von hier )

Erstens ist Rom nicht kalt. Das ist aber nicht die Hauptsache. Die Hauptsache ist, dass die alten Römer keine Wolkenkratzer gebaut haben. Sie hatten keine Aufgabe, das Gewicht der Struktur und die Belastung des Bodens zu reduzieren. Moderne Wolkenkratzer haben jede Tonne gezählt.

Hochfester Beton wiegt wie gewohnt - alle 2200-2500 kg / m3. Das Gesamtgewicht der Struktur wird jedoch erheblich reduziert. Dies ist auf die Verringerung der Querschnitte und die Anzahl der Bewehrungen zurückzuführen.

So sieht es in bestimmten Zahlen aus.
Forscher E.E. Koryakina und V.N. Aksenov von der Russischen Staatlichen Sozialuniversität führte in einem Wohngebäude in der Stadionnaja-Straße (Rostow am Don) Berechnungen an Säulen in den ersten beiden Stockwerken durch. Die erste Berechnung - mit klassischem Beton B25, die zweite - mit hochfestem B80. Die Querschnittsgröße der Säule wurde von 600 · 600 mm auf 400 · 400 mm verringert. Die Bewehrungsmasse beträgt 6 bis 1,1 Tonnen, das Betonvolumen 29 bis 13 m3. Materialkosten - um 57%, "trotz eines deutlichen Anstiegs der Betonkosten".

Quelle - Art. „Zur Effizienz der Verwendung von hochfestem Beton in komprimierten Elementen hoher Gebäude“, g. "Technische Wissenschaften")

Dies ist eine Berechnung für ein einfaches Hochhaus. Wir übertragen diese Ergebnisse in grober Näherung auf die Skala eines Wolkenkratzers. Das ist wirklich eine Revolution!

WAS NOCH "HÜHNCHEN" SEIN KANN

Mit Hilfe von Additiven ist es nun möglich, andere Eigenschaften vorzuentwerfen - Frostbeständigkeit, Beständigkeit gegen chemische Aggression, Beton beweglich machen, Aushärtezeit ändern. Jetzt kann er sich sogar anpassen.

Wir werden alle Feinheiten am Beispiel der größten und komplexesten monolithischen Betonkonstruktion in Russland verstehen.


Die Bodenplatte des kastenförmigen Fundaments des Lakhta Center Tower. Fläche - 5700 qm Dicke - 3600 mm, Werkstoffe - Beschläge, A500 Stahl, Beton - B60

WAS IST DAS GEHEIMNIS VON SCHNELLEM BETON?

Für die untere Fundamentplatte war das Lakhta Center der Rekordhalter für das kontinuierlichste kontinuierliche Gießen von Beton - 19.624 Kubikmeter in 49 Stunden.


03/01/2015

Eineinhalb Jahre später, im Jahr 2016, wurde die Leistung in den Emiraten übertroffen - sie haben 169 Kubikmeter mehr und 4 Stunden schneller. Nach dem Rekord in der KRG ist die erste Nummer eine dringende Aufforderung zu klären, ob der russische Rekord korrekt gebrochen wurde. Ja, Freunde, Hochhausbau steht nicht still, und das ist wunderbar. Trotzdem werden Zähler von Tellern, die unseren und Dubai in der Welt ähnlich sind, vorerst an den Fingern gezählt.

Also zwanzigtausend Kubikmeter in zwei Tagen. Eines der Geheimnisse der Geschwindigkeit ist SMS, selbstverdichtender Beton.

Der klassische Fall sieht so aus: Bei einer Betonverschmutzung stehen die Arbeiter und verdichten mit Hilfe von Vibratoren die Mischung.



Ein fleißiger Baumeister wechselt Vibratoren und Vibrationsgeschwindigkeit - in seinen Händen liegt die Qualität der Konstruktion. Der Prozess ist langwierig und sehr mühsam. SUB wird von selbst verdichtet. Sie können dem ein Ende setzen. Aber weiter so - es gibt noch zwingendere Gründe dafür.

VENTILFREIER BECHER

Grund Nummer 1 - Nähte
Die Legegeschwindigkeit ist natürlich nicht für Aufzeichnungen erforderlich. Beim Betonieren gibt es das Konzept der „Kaltnaht“ - die Grenze zwischen dem abgebundenen und dem frisch gegossenen Mörtel. Dies ist eine zukünftige Schwachstelle. Tränen an der Naht - nicht nur wegen des Stoffes.


Kalte Nähte. Selbstverdichtender Beton von Geert De Schutter, Peter JM Bartos, Peter Domone und John Gibbs

Grund Nr. 2 - Umfang der Konstruktion
Angenommen, Sie konnten die erste Schicht in weniger als 5 Stunden schnell vibrieren, was für die Bildung einer Naht erforderlich ist. Das Befüllen wird fortgesetzt. Nach einer Weile erreicht der Betonteich eine Tiefe von 1 Meter. Sie können nicht mit dem Vibrator waten - jetzt müssen Sie definitiv warten, bis die Mischung aushärtet. Wir kehren zu Grund Nr. 1 zurück.


Großes Volumen

Grund Nummer 3 - Armaturen
Alle Designs des Lakhta Centers sind dicht verstärkt. In der Bodenplatte –15 koaxial angeordnete Gitter. Unter solchen Bedingungen mit einer Vibrationseinheit zu arbeiten, ist absolut unmöglich.


Verstärkung der Bodenplatte des Kastenfundaments des Lakhta Center Tower

WIE FUNKTIONIERT SUB

SUB wird durch sein eigenes Gewicht verdichtet. Es füllt wie eine viskose Flüssigkeit selbst die am dichtesten verstärkte Form. Der Wirkungsmechanismus sieht die Zugabe von Superplastifizierern vor - Partikel aus Polycarboxylaten umgeben die Oberfläche von Zementkörnern und geben ihnen eine negative Ladung. Die Körner stoßen sich gegenseitig ab, die Lösung bewegt sich vibrationsfrei.


SMS-Verhalten auf der Plattenfüllung - die Mischung umhüllt die Verstärkung sanft

Wie mobile SMS aus dem Vergleich verstanden werden können. Es gibt einen solchen Test - gießen Sie die Mischung in den Messkegel, drehen Sie ihn um, nehmen Sie ihn ab und messen Sie, wie viel sich der Esel oder Kegel ausgebreitet hat. Der Indikator heißt OK - Kegelsediment. OK für hochfeste und hochbewegliche Betone - 22-24 cm. In der SMS, die in Lakhta verwendet wurde, "saß" der Kegel nicht, sondern breitete sich mit einem Sprühdurchmesser von 60-65 cm aus!


Kegelausbreitungstest

Natürlich erfordert eine solche „magische“ Mischung eine genaue Berechnung und erstklassige Komponenten. Beispielsweise hängt die SMS mehr als andere Betone von der Form und Größe der Fraktionen ab. Wenn das grobe Aggregat eine abgeflachte Partikelform hat, entstehen Verstopfungen im Betonfluss. Andernfalls kann die Mischung perfekt sein - und trotzdem, da es nicht funktionieren sollte.

WARUM IN PETERSBURG KEINEN AUSLÄNDISCHEN BETON VERKAUFEN?

Wenn Sie jemals in Kommentaren zu lokalen Materialien oder Technologien gefragt haben, ist dies der Fall. Beton ist immer ein lokales Produkt. Im Lakhta Center-Komplex werden hier und jetzt 400.000 Kubikmeter Beton produziert.

Der Grund ist einfach: Komponenten für Betonmischungen können nicht lange gelagert werden. Zement verschlechtert sich, Sand wird feucht. Die fertige Lösung hat ab dem Zeitpunkt des Mischens nur 2-3 Stunden Zeit, um entweder in der Struktur zu liegen oder zum Schrott zu gelangen. Übersee wird hier nicht helfen.

Und das ist das Problem. Auf dem Markt verkaufen sie, was sie kaufen. In St. Petersburg kaufen sie Mischungen der Klassen B25-B30 - klassischer Beton für gewöhnliche Zivilgebäude. B25-B30 ist kein Synonym für schlechte Qualität, es kann an der Spitze stehen. Dies bedeutet jedoch automatisch, dass Sie nicht überall hinkommen und nur Beton für einen Wolkenkratzer kaufen können. Wir müssen weiter aufklären - nach Komponenten suchen, mit einem Rezept experimentieren, Lieferanten durchsehen.


Sie können Beton nicht einfach überall hin mitnehmen und kaufen - weder für das Haus noch für den Wolkenkratzer

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Lesen Sie im nächsten Beitrag - warum können Sie keinen Sand aus dem Finnischen Meerbusen in die Mischung gießen - nah und bequem? Granitkies passte nicht in die Aggregate. Was zu tun ist? Riechen von Betonzusätzen - stimmt das oder nicht? Wie lange kann ich auf Beton gehen und nicht stecken bleiben?

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Berater:

V.M. Lukin - Projektleiter für Stahlbetonkonstruktionen „Lakhta Center“