Борисова И.А., Добрякова М.В., Пашкова О.О. СЕКЦИЯ "Архитектура и городское строительство"

[Кулешова А.И.]

УДК 69.01

Борисова И.А. ст. преп.; Добрякова М.В., Пашкова О.О. (Россия, г. Рязань, Рязанский институт (филиал) Московского политехнического университета)
Borisova I.A. Senior lecturer; Dobryakova M.V. , Pashkova O.O. (Russia, Ryazan, Ryazan Institute (branch) of Moscow Polytechnic University)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ФУНДАМЕНТАХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
USE OF NON-TRADITIONAL MATERIALS IN FOUNDATIONS OF HIGH-RISE BUILDINGS

Аннотация: в статье рассмотрено применение нетрадиционных материалов в строительстве фундаментов высотных зданий, направленное на оптимизацию конструкции, снижение затрат и повышение экологической ответственности. Анализируются такие перспективные материалы, как композиты, геополимерный и самозалечивающийся бетон, а также высокопрочные и фибробетоны, с акцентом на их преимущества. Применение данных материалов позволяет повысить прочность, долговечность и экологичность фундаментов при строительстве высотных зданий.
Annotation: the article considers the use of non-traditional materials in the construction of high-rise building foundations, aimed at optimizing the design, reducing costs and increasing environmental responsibility. Such promising materials as composites, geopolymer and self-healing concrete, as well as high-strength and fiber concrete are analyzed, with an emphasis on their advantages. The use of these materials allows increasing the strength, durability and environmental friendliness of foundations in the construction of high-rise buildings.
Ключевые слова: высотные здания, композитные материалы, фундамент, геополимерный бетон, высокопрочный бетон, фибробетон
Key words: high-rise buildings, composite materials, foundation, geopolymer concrete, high-strength concrete, fiber concrete

Строительство высотных зданий – сложная инженерная задача, требующая решения множества проблем, в том числе обеспечения надежного и устойчивого фундамента. Традиционные материалы, такие как бетон и сталь, уже давно используются в этой сфере, однако постоянный рост высот зданий, а также стремление к снижению затрат и экологической ответственности, стимулируют поиск и внедрение нетрадиционных материалов и технологий. Использование таких материалов открывает новые возможности для оптимизации конструкции, снижения веса фундамента и повышения его долговечности.
Под нетрадиционными материалами в данном контексте подразумеваются перспективные материалы, которые не являются стандартными для строительства фундаментов (такими как обычный бетон и арматурная сталь), но обладают потенциалом для улучшения характеристик фундаментов, снижения их стоимости или повышения их экологичности. К ним можно отнести:
1. Композитные материалы: Сочетание различных материалов, таких как углеродное волокно, арамидные волокна и полимеры, позволяет создавать высокопрочные и легкие композитные элементы, которые могут заменить традиционную арматуру и даже частично бетон. Это позволяет снизить нагрузку на грунт и увеличить несущую способность фундамента при меньшем объеме строительных работ. Однако, высокая стоимость композитов пока сдерживает их широкое применение [4, 6].
2. Геополимерный бетон – это инновационный материал, получаемый на основе метакаолина или золы-уноса, который обладает высокой прочностью и долговечностью, при этом имея меньший углеродный след, чем традиционный портландцемент. Его применение в фундаментах высотных зданий может существенно снизить экологическое воздействие строительства [3].
3. Самозалечивающийся бетон – содержащий бактерии-реставраторы, представляет собой самозалечивающийся эластичный материал, разработанный Хэнком Йонкерсом. На сегодняшний день он является наиболее перспективным среди всех созданных самозалечивающихся бетонов. Однако его разработка еще не завершена и требует доработки, хотя уже демонстрирует положительные результаты. Основная идея метода заключается в добавлении сульфатредуцирующих бактерий в бетонную смесь. Когда влага проникает через трещины, бактерии начинают размножаться и образовывать кальцит (известняк), который играет ключевую роль в укреплении материала. В лабораторных испытаниях бактерии успешно заживляли трещины шириной до 0,5 миллиметров. Этот научный прорыв может значительно повысить долговечность бетонных конструкций и предотвратить коррозию арматуры в железобетоне [5].
4. Применение высокопрочных бетонов (ВВБ) в строительстве фундаментов высотных зданий решает несколько ключевых проблем. В первую очередь, высокопрочные бетоны способны выдерживать значительные вертикальные нагрузки, что критично для устойчивости конструкций. Они также позволяют сократить размеры фундаментной плиты, что актуально в условиях плотной городской застройки, увеличивают долговечность фундамента, обеспечивая его стойкость к агрессивным внешним воздействиям и снижают осадку, что в итоге оптимизирует общую стоимость проекта [2].
ВВБ характеризуются классом прочности на сжатие не менее B60, что достигается за счет использования высококачественного цемента, специальных заполнителей и минеральных добавок, таких как микрокремнезем, метакаолин и зола-унос. Эти компоненты улучшают прочность, водонепроницаемость и долговечность бетона. Также применяется низкое водоцементное отношение (обычно 0.35 и ниже) и осуществляется тщательный контроль качества на всех этапах производства и укладки. Такой подход обеспечивает надежность и стабильность фундаментов, что особенно важно для зданий с чувствительным оборудованием и жёсткими требованиями к геометрии. В России примером применения высокопрочного бетона, классом В90, является Лахта Центр в Санкт-Петербурге [9].
5. Фибробетон — инновационный композитный материал, состоящий из бетона и армирующих волокон, что улучшает его прочностные характеристики и устойчивость к нагрузкам. Благодаря встроенным волокнам упрощается процесс возведения объектов, сокращается время строительства. Волокна, изготовленные из различных материалов (стали, базальта, стекла, полипропилена), играют роль микроскопической арматуры, предотвращая трещинообразование и повышая механические свойства [7].
Существуют разные виды фибробетона: стальной (для конструкций с высокой прочностью), базальтовый (легкий и огнеустойчивый), стекловолоконный (устойчивый к коррозии) и полимерный (менее прочный, но легкий). Основные преимущества фибробетона — устойчивость к трещинообразованию, повышенная прочность при изгибе и растяжении, а также устойчивость к агрессивным средам [8].
6. Переработанные материалы: Использование вторичного сырья, например, переработанного бетона, металлолома и пластика, в составе фундаментных конструкций – важный шаг к экологичному строительству. Это не только снижает расходы, но и уменьшает количество отходов, отправляемых на свалки. Однако, необходимо тщательно контролировать качество и свойства таких материалов для обеспечения надежности фундамента.
Так ученые из Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета разработали новый высокопрочный бетон, состоящий на 90% из стекольных отходов. Этот материал дешевле и прочнее традиционных аналогов, а его производство поможет сократить количество стеклянных отходов, наносящих вред окружающей среде. Использование переработанного стекла снижает себестоимость на 50-70% по сравнению с природными сырьевыми ресурсами. Для обеспечения прочности нового бетона исследователи измельчили стекло до размеров 50-60 микрометров и добавили оксид кальция, что позволяет создать прочный силикат кальция без использования цемента. Это уменьшает энергозатраты и выбросы углерода при производстве. Также удалось избежать необходимости в автоклавном отвердении, что делает процесс более экономичным [1].
Несмотря на преимущества, использование нетрадиционных материалов в фундаментах высотных зданий требует тщательного анализа и проведения дополнительных исследований. Необходимо учитывать особенности каждого материала, его взаимодействие с грунтом, долговечность и стоимость. Кроме того, нужно разработать соответствующие проектные решения и технологии строительства, гарантирующие безопасность и надежность высотного здания.
Использование нетрадиционных материалов в фундаментах высотных зданий является перспективным направлением, которое может способствовать повышению надежности, долговечности, экономичности и экологичности строительства. Дальнейшие исследования и разработки в этой области позволят создать более совершенные и эффективные решения для строительства высотных зданий будущего. Применение инновационных материалов и технологий позволит решать сложные инженерные задачи и строить высотные здания в самых разнообразных геологических условиях.


Библиографический список

1. В России создали высокопрочный бетон, на 90% состоящий из стекольных отходов [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://nauka.tass.ru/nauka/18749369/am ... google.com
2. Высокопрочный бетон: технология производства, состав, характеристики и применение [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://beton.monolit-gbi.ru/articles/v ... nyj-beton/
3. Геополимерный бетон: особенности и применение [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://okgbi.ru/enterprises/articles/g ... l115426672
4. Композитная арматура для фундамента: особенности применения [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://gorizontbeton.ru/stati/kompozit ... XZrHM2kUU5
5. Самовосстанавливающийся бетон: Технология получения и свойства [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://dtf.ru/science/2691081-samovoss ... i-svoistva
6. Усиление фундамента композитными материалами: обеспечение долговечности и надежности [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://dzen.ru/a/ZOyv_BmHdgtZhTpc
7. Фибробетон и его уникальные характеристики [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://nova-st.ru/fibrobeton-i-ego-uni ... stiki.html
8. Фибробетон: характеристики, виды, область применения [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://fibroblok.ru/info/info/fibrobeton
9. Эффективные бетоны нового поколения [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.virashop.ru/sm/proch_beton.html