Programmation concrète pour un gratte-ciel

Faire du béton est très simple. Prenez du ciment, de l'eau et du sable, une pincée de gravats, mélangez. C'est fait! Est-il possible de construire quelque chose à partir de la solution résultante? Bien sûr. Est-il possible d'en construire un bâtiment unique? Non.

Quel est le problème avec ce mélange? Nous irons sur le chantier de construction du Centre Lakhta de Saint-Pétersbourg et le découvrirons. Le message d'aujourd'hui porte sur le deuxième des trois «composants» de la tour. Vous pouvez découvrir le premier, le verre, ici .


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Les grandes villes sont souvent appelées jungles de béton. Cela témoigne avec éloquence du matériau de construction le plus courant aujourd'hui.

La plupart du béton est aimé en Asie. Forcé en raison de l'acier coûteux. Là, les gratte-ciel sont construits presque entièrement en béton - par exemple, la tour Petronas à Kuala Lumpur.



Ces "jumeaux" pèsent deux fois plus que s'ils avaient un cadre en acier. Mais beaucoup moins que s'ils avaient été construits dix ans plus tôt. Que s'est-il passé dans cet écart?

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Trouver un équilibre entre la capacité portante du sol et le poids d'un bâtiment ponctuel lourd est toujours un défi. L'histoire des tours de Kuala Lumpur est indicative ici - elles ne sont pas seulement du «béton lourd», mais reposent également sur du calcaire malléable. Probablement, s'ils avaient été construits par des ingénieurs et constructeurs moins compétents, les employés de Petronas auraient longtemps su à quoi ressemble le magma. Mais sous les tours, il y a des pieux de 100 mètres, et le poids des bâtiments est considérablement allégé grâce au béton modifié à haute résistance. Vous serez à Kuala Lumpur - partez en toute sécurité.


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RÉVOLUTION CONCRÈTE

Le béton modifié doit avoir été inventé quelque part dans l'est de l'Asie. Dans une région où les sols sont faibles et sismiquement actifs, chaque morceau de terre - qui vaut son poids en or et un mètre cube d'acier - est à peu près le même, mais tout va bien avec le cerveau et les technologies. La situation révolutionnaire n'a pas mûri longtemps. La percée a été réalisée par les Japonais, à la fin des années 80 et au début des années 90. L'invention concerne des additifs spéciaux dans le béton. Ils l'ont fait haute résistance et ont inauguré une ère de «programmation» concrète. Maintenant, les propriétés du béton peuvent être définies à l'avance en utilisant la chimie de construction.


Paysages urbains en Asie. ( Source photo )

BÉTON À HAUTE RÉSISTANCE. COMMENT C'EST FAIT

La qualité du béton classique dépend de la consommation de ciment. Les propriétés du béton à haute résistance dépendent des additifs.

Comme son nom l'indique, le critère principal pour un nouveau béton est une dureté accrue. Il s'agit d'une classe minimale B40, d'une résistance à la compression de 60 MPa et plus. En Russie, le béton le plus résistant, le B90, est annoncé lors de la construction du complexe de la ville de Moscou.

Le mélange de béton se compose de substances solides, liquides et gazeuses - air, eau, ciment, grands et petits agrégats. La taille des particules peut varier d'un million de fois.


Les principaux composants du mortier de béton

Le résultat final du mélange dépend du rapport des particules solides à l'eau. S'il est optimal, les molécules d'eau entourent les particules solides, deviennent plus denses et forment des liaisons entre elles - une structure cristalline. S'il y a plus d'eau que nécessaire, il y aura une stratification: des flaques d'eau au-dessus et de grandes fractions en dessous. Avec un manque d'eau, rien n'en sortira non plus.


Stratification du mélange

Si la solution est obtenue, le danger suivant est les pores capillaires.


Les voici. (Photo d'ici )

Ce sont des cavités dont la taille varie de 0,01 à 10 μm remplies d'eau. Une fois que l'eau est aspirée dans la structure, un vide apparaît dans les cavités. L'eau ou l'air de l'environnement y est aspiré. À moins 2-3 C, l'eau dans les pores gèle et augmente de volume. La glace déchire le béton. Après quelques cycles de congélation, des microfissures se forment.

Les pores sont le principal défaut du béton. Heureusement, presque tous sont concentrés en un seul endroit - la pierre de ciment.


Fragment de l'espace poreux de la pierre de ciment ( Source photo )

Le volume de pierre de ciment dans le béton est de 25-30%. Il est le maillon le plus faible. Si elle sera inférieure ou pas du tout - la porosité diminuera. C'est dans cet objectif que les suppléments sont atteints.

Par exemple, la fumée de silice. Ce sont des particules de silice sphériques d'environ 0,1 micromètre. Des milliers de ces granules entourent les grains de ciment, compactent le mélange et remplissent tous les vides.
Un autre groupe est celui des superplastifiants (polymères). Augmente la mobilité et la fluidité du mélange. La structure du béton est formée au stade initial, ce qui réduit le volume de pierre de ciment.


Pierre de ciment, âge - 28 jours, une augmentation de 1000 fois.



Pierre de ciment, avec ajout de fumée de silice. Âge - 28 jours, une augmentation de 1000 fois. Les deux photos d'ici

POURQUOI EST CETTE RÉVOLUTION

Le Panthéon et la pierre de ciment se sentent bien depuis deux mille ans. Construit en béton ordinaire. Quelque chose ne va pas ici.


Panthéon, Rome. Mise en service - 126 AD (Photo d'ici )

Premièrement, Rome n'a pas froid. Mais ce n'est pas l'essentiel. L'essentiel est que les anciens Romains n'aient pas construit de gratte-ciel. Ils n'avaient aucune tâche pour réduire le poids de la structure et la charge au sol. Les gratte-ciel modernes comptent chaque tonne.

Le béton à haute résistance pèse comme d'habitude - tout de même 2200-2500 kg / m3. Mais le poids total de la structure est considérablement réduit. Cela est dû à la réduction des sections transversales et du nombre d'armatures.

Voici à quoi cela ressemble en chiffres spécifiques.
Chercheurs E.E. Koryakina et V.N. Aksenov de l'Université sociale d'État de Russie a effectué des calculs sur des colonnes des deux premiers étages d'un immeuble résidentiel de la rue Stadionnaya (Rostov-sur-le-Don). Le premier calcul - avec du béton classique B25, le second - avec du B80 à haute résistance. La taille de la section transversale de la colonne a été réduite de 600 * 600 mm à 400 * 400 mm. La masse d'armature est de 6 tonnes à 1,1 tonne, le volume de béton est de 29 à 13 m3. Coûts des matériaux - de 57%, "malgré une augmentation significative du coût du béton".

Source - Art. «Sur l'efficacité de l'utilisation du béton à haute résistance dans les éléments comprimés des grands bâtiments», g. "Sciences techniques")

Il s'agit d'un calcul pour un gratte-ciel simple. Nous transférons approximativement ces résultats à l'échelle d'un gratte-ciel. C'est vraiment une révolution!

CE QUI PEUT ÊTRE D'AUTRE "POULET"

Avec l'aide d'additifs, il est désormais possible de préconçoir d'autres qualités - résistance au gel, résistance aux agressions chimiques, rendre le béton mobile, changer le temps de durcissement. Maintenant, il peut même s'adapter.

Nous comprendrons toutes les subtilités de l'exemple de la structure en béton monolithique la plus grande et la plus complexe de Russie.


La plaque inférieure de la fondation en forme de boîte de la tour Lakhta Center. Superficie - 5700 m2 Épaisseur - 3600 mm, matériaux - raccords, acier A500, béton - B60

QUEL EST LE SECRET DU BÉTON RAPIDE

Pour la dalle de fondation inférieure, le centre de Lakhta était le détenteur du record de coulée continue de béton la plus continue - 19 624 mètres cubes en 49 heures.


01/03/2015

Un an et demi plus tard, en 2016, la réalisation a été dépassée aux Emirats - ils ont 169 mètres cubes de plus et 4 heures de plus. Dans le dossier de l' ARK, le premier numéro est une demande urgente pour clarifier si le record russe est correctement battu. Oui, mes amis, les gratte-ciel ne sont pas immobiles, et c'est merveilleux. Néanmoins, pour le moment, les comptoirs d'assiettes similaires aux nôtres et à Dubaï dans le monde se comptent sur les doigts.

Donc, vingt mille mètres cubes en deux jours. L'un des secrets de la vitesse est le SMS, béton auto-compactant.

Le cas classique ressemble à ceci: dans un déversement de béton, les travailleurs se lèvent et à l'aide de vibrateurs compactent le mélange.



Un constructeur diligent change les vibrateurs et la vitesse de vibration - entre ses mains est la qualité de la construction. Le processus est long et très laborieux. SUB est compacté par lui-même. Vous pouvez y mettre fin. Mais continuez - il y a des raisons encore plus convaincantes.

COUPE SANS SOUPAPE

Raison numéro 1 - coutures
La vitesse de pose est nécessaire, bien sûr, pas pour les enregistrements. Dans le bétonnage, il y a le concept de «joint froid» - la frontière entre le mortier durci et le mortier fraîchement coulé. Il s'agit d'un futur point faible. Larmes au niveau de la couture - pas seulement du tissu.


Coutures froides. Béton autocompactant par Geert De Schutter, Peter JM Bartos, Peter Domone et John Gibbs

Raison n ° 2 - étendue de la construction
Supposons que vous ayez pu faire vibrer la première couche rapidement, en moins de 5 heures, nécessaire à la formation d'une couture. Le remplissage continue. Après un certain temps, le «bassin» en béton atteint une profondeur de 1 mètre. Vous ne pourrez pas patauger avec le vibrateur - maintenant vous devez certainement attendre que le mélange durcisse. Nous revenons à la raison n ° 1.


Grand volume

Raison numéro 3 - raccords
Toutes les conceptions du centre de Lakhta sont densément renforcées. Dans la plaque inférieure –15 grilles coaxiales. Travailler avec une unité vibrante dans de telles conditions n'est absolument pas possible.


Renforcement de la plaque inférieure de la fondation en caisson de la tour Lakhta Center

COMMENT SUB

SUB est compacté par son propre poids. Il, comme un liquide visqueux, remplit même la forme la plus densément renforcée. Le mécanisme de fonctionnement prévoit l'ajout de superplastifiants - des particules de polycarboxylates entourent la surface des grains de ciment et leur donnent une charge négative. Les grains se repoussent, la solution se déplace sans aucune vibration.


Comportement SMS sur le remplissage de la plaque - le mélange enveloppe doucement le renfort

Comment les SMS mobiles peuvent être compris par comparaison. Il existe un tel test - versez le mélange dans le cône de mesure, retournez-le, retirez-le et mesurez la quantité d'âne ou de cône qui s'est répandue. L'indicateur est appelé OK - sédiment conique. OK pour le béton à haute résistance et très mobile - 22-24 cm Dans le SMS, qui était utilisé à Lakhta, le cône ne "reposait" pas, mais s'étalait avec un diamètre de pulvérisation de 60-65 cm!


Test de propagation du cône

Bien sûr, un tel mélange «magique» nécessite un calcul précis et des composants de première classe. Par exemple, le SMS, plus que tout autre béton, dépend de la forme et de la taille des fractions. Si l'agrégat grossier a une forme de particule aplatie, ils créeront des blocages dans la «rivière» en béton. Sinon, le mélange peut être parfait - et de toute façon, car il ne devrait pas fonctionner.

POURQUOI À PETERSBOURG NE VENDEZ PAS DE BÉTON ÉTRANGER

Si vous avez déjà posé des questions sur les matériaux ou technologies locaux, c'est le cas. Le béton est toujours un produit local. Dans le complexe du centre de Lakhta - 400 000 mètres cubes de béton produits ici et maintenant.

La raison en est simple: les composants du mélange de béton ne peuvent pas être stockés longtemps. Le ciment se détériorera, le sable deviendra humide. La solution finie n'a que 2-3 heures à partir du moment du mélange pour se trouver dans la structure ou aller à la ferraille. L'outre-mer n'aidera pas ici.

Et c'est ça le problème. Sur le marché, ils vendent ce qu'ils achètent. À Saint-Pétersbourg, ils achètent des mélanges des classes B25-B30 - béton classique pour les bâtiments civils ordinaires. B25-B30 n'est pas synonyme de mauvaise qualité, il peut être au top. Mais cela signifie automatiquement que vous ne pouvez pas venir n'importe où et simplement acheter du béton pour un gratte-ciel. Nous devons continuer la reconnaissance - chercher des composants, expérimenter une recette, regarder à travers les fournisseurs.


Vous ne pouvez pas prendre et acheter du béton n'importe où - ni pour la maison, ni pour le gratte-ciel

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Lisez le prochain article - pourquoi vous ne pouvez pas verser du sable du golfe de Finlande dans le mélange - proche et pratique? Le gravier de granit ne rentre pas dans les granulats. Que faire Odeurs d'additifs pour béton - est-ce vrai ou non? Combien de temps puis-je marcher sur du béton et ne pas rester coincé?

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Consultant:

V.M. Lukin - Chef de projet pour les structures en béton armé «Lakhta Center»