Programação concreta para um arranha-céu

Fazer concreto é muito simples. Pegue cimento, água e areia, uma pitada de escombros, misture. Feito! É possível criar algo a partir da solução resultante? Claro. É possível construir um edifício único a partir dele? Não.

O que há de errado com esta mistura? Iremos ao local da construção do St. Petersburg Lakhta Center e descobriremos. O post de hoje é sobre o segundo dos três "componentes" da torre. Você pode descobrir sobre o primeiro copo, aqui .


( Fonte da foto )

As grandes cidades são frequentemente chamadas de selvas de concreto. Isso eloquentemente testemunha que material de construção é o mais comum atualmente.

Mais concreto é amado na Ásia. Forçado devido ao aço caro. Lá, os arranha-céus são construídos quase inteiramente de concreto - por exemplo, a Torre Petronas em Kuala Lumpur.



Esses "gêmeos" pesam duas vezes mais do que se tivessem uma estrutura de aço. Mas muito menos do que se tivessem sido construídas apenas uma década antes. O que aconteceu nessa lacuna?

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Encontrar um equilíbrio entre a capacidade de carga do solo e o peso de uma construção pesada pontual é sempre um desafio. A história das torres em Kuala Lumpur é indicativa aqui - elas não são apenas "concreto pesado", mas também suportam calcário maleável. Provavelmente, se eles fossem construídos por engenheiros e construtores menos competentes, os funcionários da Petronas saberiam há muito tempo como é o magma. Porém, sob as torres, existem pilhas de 100 metros e o peso dos edifícios é significativamente menor graças ao concreto modificado de alta resistência. Você estará em Kuala Lumpur - vá com segurança.


( Fonte da foto )

REVOLUÇÃO DE CONCRETO

O concreto modificado deve ter sido inventado em algum lugar no leste da Ásia. Em uma região onde os solos são fracos e sismicamente ativos, cada pedaço de terra - que vale seu peso em ouro e um metro cúbico de aço - é quase o mesmo, mas tudo está bem com o cérebro e as tecnologias. A situação revolucionária não amadureceu por muito tempo. A inovação foi feita pelos japoneses, no final dos anos 80 e início dos anos 90. A invenção é aditivos especiais no concreto. Eles ganharam força e deram início a uma era de "programação" concreta. Agora as propriedades do concreto podem ser definidas com antecedência usando a química da construção.


Paisagens urbanas na Ásia. ( Fonte da foto )

CONCRETO DE ALTA FORÇA. COMO É FEITO

A qualidade do concreto clássico depende do consumo de cimento. As propriedades do concreto de alta resistência dependem dos aditivos.

Como o nome indica, o principal critério para o concreto novo é o aumento da dureza. Esta é uma classe mínima B40, resistência à compressão de 60 MPa e superior. Na Rússia, o concreto de maior resistência - B90, é anunciado na construção do complexo da cidade de Moscou.

A mistura de concreto consiste em substâncias sólidas, líquidas e gasosas - ar, água, cimento, agregados grandes e pequenos. O tamanho das partículas pode variar um milhão de vezes.


Os principais componentes da argamassa de concreto

O resultado final da mistura depende da proporção de partículas sólidas em relação à água. Se for ideal, as moléculas de água circundam as partículas sólidas, tornam-se mais densas e formam ligações entre si - uma estrutura cristalina. Se houver mais água do que o necessário, haverá estratificação: poças acima e grandes frações abaixo. Com a falta de água, nada resultará disso.


Estratificação da mistura

Se a solução for obtida, o próximo perigo são os poros capilares.


Aqui estão eles. (Foto daqui )

São cavidades que variam de tamanho de 0,01 a 10 μm, cheias de água. Depois que a água é puxada para a estrutura, um vácuo aparece nas cavidades. Água ou ar do ambiente são sugados para dentro. A menos 2-3 C, a água nos poros congela e aumenta em volume. Gelo rasga concreto. Após alguns ciclos de congelamento, as microfissuras se formam.

Os poros são o principal defeito do concreto. Felizmente, quase todos eles estão concentrados em um só lugar - pedra de cimento.


Fragmento do espaço poroso da pedra de cimento ( Fonte da foto )

O volume de pedra de cimento no concreto é de 25 a 30%. Ele é o elo mais fraco. Se será menor ou nada - a porosidade diminuirá. É nesse objetivo que os suplementos estão sendo atingidos.

Por exemplo, sílica ativa. Estas são partículas esféricas de sílica com cerca de 0,1 mícrons de tamanho. Milhares desses grânulos cercam os grãos de cimento, compactam a mistura, preenchendo todos os vazios.
Outro grupo é superplastificante (polímeros). Aumente a mobilidade e a fluidez da mistura. A estrutura do concreto é formada na fase inicial, reduzindo o volume de pedra de cimento.


Pedra de cimento, idade - 28 dias, um aumento de 1000 vezes.



Pedra de cimento, com adição de sílica ativa. Idade - 28 dias, um aumento de 1000 vezes. Ambas as fotos daqui

POR QUE ESTA REVOLUÇÃO

O Panteão e com pedra de cimento sente-se bem há dois mil anos. Construído a partir de concreto comum. Algo está errado aqui.


Panteão, Roma. Comissionamento - 126 dC (Foto daqui )

Em primeiro lugar, Roma não está com frio. Mas isso não é o principal. O principal é que os romanos antigos não construíram arranha-céus. Eles não tinham tarefa de reduzir o peso da estrutura e a carga no chão. Os arranha-céus modernos contam cada tonelada.

O concreto de alta resistência pesa como sempre - todos iguais 2200-2500 kg / m3. Mas o peso total da estrutura é significativamente reduzido. Isso se deve à redução das seções transversais e ao número de reforços.

Veja como fica em números específicos.
Pesquisadores E.E. Koryakina e V.N. Aksenov, da Universidade Social Estatal Russa, realizou cálculos em colunas nos dois primeiros andares de um edifício residencial na Rua Stadionnaya (Rostov do Don). O primeiro cálculo - com concreto clássico B25, o segundo - com B80 de alta resistência. O tamanho da seção transversal da coluna foi reduzido de 600 * 600 mm para 400 * 400 mm. A massa de reforço é de 6 toneladas a 1,1 toneladas, o volume de concreto é de 29 a 13 m3. Custos de materiais - em 57% ", apesar de um aumento significativo no custo do concreto".

Fonte - art. “Sobre a eficiência do uso de concreto de alta resistência em elementos compactados de edifícios altos”, g. "Ciências técnicas")

Este é um cálculo para um arranha-céu simples. Transferimos em aproximações aproximadas esses resultados para a escala de um arranha-céu. Isto é verdadeiramente uma revolução!

O QUE MAIS PODE SER "GALINHA"

Com a ajuda de aditivos, agora é possível pré-projetar outras qualidades - resistência ao gelo, resistência à agressão química, tornar o concreto móvel, alterar o tempo de endurecimento. Agora ele pode até se encaixar.

Vamos entender todos os meandros do exemplo da maior e mais complexa estrutura de concreto monolítico da Rússia.


A placa inferior da fundação em forma de caixa da torre Lakhta Center. Área - 5700 m2 Espessura - 3600mm, materiais - conexões, aço A500, concreto - B60

QUAL É O SEGREDO DO CONCRETO RÁPIDO

Para a laje da fundação inferior, o Lakhta Center foi o detentor do recorde de vazamento contínuo mais contínuo de concreto - 19.624 metros cúbicos em 49 horas.


01/03/2015

Um ano e meio depois, em 2016, a conquista foi superada nos Emirados - eles têm 169 metros cúbicos a mais e 4 horas mais rápido. Segundo o registro no KRG, o primeiro número é uma solicitação urgente para esclarecer se o registro russo está quebrado com precisão. Sim, amigos, a construção de arranha-céus não fica parada, e isso é maravilhoso. No entanto, por enquanto, contadores de pratos semelhantes aos nossos e Dubai no mundo são contados nos dedos.

Então, vinte mil metros cúbicos em dois dias. Um dos segredos da velocidade é o SMS, concreto autocompactável.

O caso clássico é assim: em um derramamento de concreto, os trabalhadores se levantam e com a ajuda de vibradores compactam a mistura.



Um construtor diligente muda os vibradores e a velocidade da vibração - em suas mãos está a qualidade da construção. O processo é longo e muito trabalhoso. SUB é compactado por si só. Você pode pôr um fim nisso. Mas ainda assim continue - há razões ainda mais convincentes para isso.

COPO SEM VÁLVULA

Razão número 1 - costuras
A velocidade de assentamento é necessária, é claro, não para registros. Na concretagem, existe o conceito de “costura a frio” - a fronteira entre o conjunto e as argamassas recém vazadas. Este é um futuro ponto fraco. Lágrimas na costura - não apenas no tecido.


Costuras frias. Concreto autocompactável de Geert De Schutter, Peter JM Bartos, Peter Domone e John Gibbs

Razão nº 2 - escopo da construção
Suponha que você tenha conseguido vibrar a primeira camada rapidamente, em menos de 5 horas, necessária para a formação de uma costura. O enchimento continua. Depois de um tempo, a “lagoa” de concreto atinge uma profundidade de 1 metro. Você não poderá andar com o vibrador - agora você definitivamente precisa esperar até que a mistura endureça. Voltamos à razão número 1.


Grande volume

Razão número 3 - acessórios
Todos os projetos do Lakhta Center são densamente reforçados. Na placa inferior - 15 grades dispostas coaxialmente. Trabalhar com uma unidade de vibração nessas condições é absolutamente impossível.


Reforço da placa inferior da fundação da caixa da torre do centro de Lakhta

COMO SUBMETER

SUB é compactado por seu próprio peso. Como um líquido viscoso, preenche até a forma mais densamente reforçada. O mecanismo de operação fornece a adição de superplastificantes - partículas de policarboxilatos circundam a superfície dos grãos de cimento e lhes conferem uma carga negativa. Os grãos se repelem, a solução se move sem qualquer vibração.


Comportamento de SMS no preenchimento da placa - a mistura envolve suavemente o reforço

Como o SMS móvel pode ser entendido a partir da comparação. Existe esse teste - despeje a mistura no cone de medição, vire-o, retire-o e meça quanto o burro ou cone espalhou. O indicador é chamado OK - sedimento em cone. OK para concreto de alta resistência e alta mobilidade - 22 a 24 cm Para o SMS, usado em Lakhta, o cone não "assentou", mas se espalhou com um diâmetro de pulverização de 60 a 65 cm!


Teste de propagação do cone

Obviamente, essa mistura “mágica” requer cálculo preciso e componentes de primeira classe. Por exemplo, o SMS, mais do que outro concreto, depende da forma e tamanho das frações. Se o agregado grosso tiver uma forma de partícula achatada, eles criarão bloqueios no “rio” de concreto. Caso contrário, a mistura pode ser perfeita - e de qualquer maneira, pois não deve dar certo.

POR QUE EM PETERSBURG NÃO VENDEM CONCRETO EXTERNO

Se você já perguntou em comentários sobre materiais ou tecnologias locais, esse é o caso. O concreto é sempre um produto local. No complexo Lakhta Center - 400 mil metros cúbicos de concreto produzidos aqui e agora.

O motivo é simples - os componentes da mistura de concreto não podem ser armazenados por um longo tempo. O cimento se deteriorará, a areia ficará úmida. A solução final tem apenas 2-3 horas a partir do momento da mistura para permanecer na estrutura ou ir para a sucata. No exterior não vai ajudar aqui.

E esse é o problema. No mercado, eles vendem o que compram. Em São Petersburgo, eles compram misturas das classes B25-B30 - concreto clássico para edifícios civis comuns. B25-B30 não é sinônimo de baixa qualidade, pode estar no topo. Mas isso significa automaticamente que você não pode ir a lugar algum e apenas comprar concreto para um arranha-céu. Precisamos continuar o reconhecimento - procure componentes, experimente uma receita, procure fornecedores.


Você não pode simplesmente comprar e comprar concreto em qualquer lugar - nem para a casa nem para o arranha-céu

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Leia na próxima postagem - por que você não pode derramar areia do Golfo da Finlândia na mistura - próxima e conveniente? O cascalho de granito não se encaixou nos agregados. O que fazer Cheirando aditivos de concreto - é verdade ou não? Por quanto tempo posso andar no concreto e não ficar preso?

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Consultor:

V.M. Lukin - Gerente de Projetos para Estruturas de Concreto Armado “Lakhta Center”