Материалы применяемыe при строительстве подземных сооружений

Общие положения строительного материаловедения:

Строительное материаловед ение - наука о строительных материалах, их составе, свойствах, внутреннем строении, технологиях изготовления и областях применения, долговечности и надежности зданий и сооружений.

Многообразие строительных материалов классифицируют по следующим трем признакам. Классификация строительных материалов:

По назначению

¡ Конструкционные

¡ Отделочные материалы и изделия

¡ Теплоизоляционные материалы и изделия

¡ Звукоизоляционные материалы и изделия

¡ Гидроизоляционные и кровельные материалы

¡ Герметизирующие материалы

¡ Заполнители для бетона

¡ Специального назначения

¡ По виду исходного сырья

¡ Природные и естественные строительные материалы

¡ Искусственные строительные материалы

- Безобжиговые

- Обжиговые

¡ По способу изготовления

§ Механической обработкой исходного сырья (природный камень, древесные материалы)

§ Спеканием (керамика, цемент)

§ Плавлением (стекло, металлы)

§ Омоноличиванием с помощью вяжущих растворов (бетоны, растворы).

Свойства материалов можно подразделить на три группы: технические свойства материалов (например, прочность, долговечность и т.д.); технологические свойства (например, пластичность, вязкость и т.д.); свойства сырьевых компонентов.

Требования к материалам конструкций подземных сооружений:

Материалы для обделок, их гидроизоляции, для внутренних конструкций, отделочные материалы должны соответствовать требованиям:

Прочности

Прочность – это способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил или других факторов, вызывающих внутренние напряжения в материале (Па).

Основные используемые при строительстве подземных сооружений виды прочности, в зависимости от напряженного состояния: прочность на сжатие, прочность на растяжение, прочность сдвигу и объемная прочность.

2. Долговечности

Долговечность - комплексное свойство, количественно выражаемое продолжительностью эффективного сопротивления материала всему комплексу воздействий в эксплуатационный период работы до соответствующего критического уровня.

Факторы, оказывающие влияние на долговечность материалов: выветривание, коррозия, старение, загнивание и др. С точки зрения повышения долговечности существуют два принципиальных подхода: рациональное устройство конструкции и правильным применением материалов и совершенствованием материалов, в первую очередь, повышением различных видов их стойкости: химической, атмосферной, температурной, водостойкости, морозостойкости.

3. Пожарной безопасности

Основным свойством материалов влияющим на пожарную безопасность подземного сооружения является огнестойкость. Огнестойкость - свойство материала выдерживать без разрушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара.

Разделяют три вида материалов с точки зрения их огнестойкости:

- несгораемые материалы – в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению, обугливанию (бетон, сталь и др.)

- трудносгораемые – под воздействием огня или высокой температуры медленно воспламеняются, но после удаления источника огня их тление или горение прекращается (композиционные материалы в составе которых присутствует как минеральное, например, гидроизоляционные материалы и др.).

- сгораемые – под воздействием огня или высокой температуры горят и продолжают гореть после удаления источника огня (древесина, полимерные гидроизоляции и др.)

4. Устойчивости к воздействию агрессивных факторов и микроорганизмов

5. Отсутствие выделения токсичных соединений при строительстве и эксплуатации ПС.

6. Выдерживать без нарушения целостности, допускаемые проектом деформации обделок.

Также могут дополнительно предъявляться следующие требования: наибольший коэффициент конструктивного качества материала, наименьшая стоимость; доступность материала.

Коэффициент конструктивного качества материала - технический показатель, характеризующий отношение прочности (временного сопротивления) материала к его плотности.

Основными материалами, используемыми при строительстве подземных сооружений, являются бетон, железобетон, сталь и древесина.

Бетон и железобетон как материалы подземных сооружений:

Изложенным требованиям в наибольшей мере соответствуют бетон и железобетон, применяемые в монолитных, сборных или сборно-монолитных сооружениях.

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате отвердевания бетонной смеси, состоящей из вяжущего, воды, мелкого заполнителя и крупного заполнителя.

Железобетон - строительный композиционный материал, состоящий из бетона и стали.

Преимущественно используют тяжелые типы бетонов по ГОСТ 26633. Класс бетона для соответствующих конструкций рекомендуется принимать согласно табл.3.1.

Таблица 2.1 Классы бетона по прочности для подземных сооружений

№ п/п	Конструкции и их элементы	Класс бетона
	Высокоточные железобетонные блоки обделок из водонепроницаемого бетона для закрытого способа работ	В40
	Обычные железобетонные элементы обделок для закрытого способа работ	В30
	Сборные железобетонные элементы обделок для открытого способа работ (включая цельносекционные), несущих конструкций, «стен в грунте», внутренних конструкций, опускных секций подводных тоннелей.	В25
	Монолитные бетонные и железобетонные обделки метро	В20
	Монолитные железобетонные внутренние конструкции, «стены в грунте» для крепления котлованов, бетонные подготовки под гидроизоляцию, порталы, оголовки, путевой бетонный слой	В15
	Жесткое основание пути и полов, водоотводящие и кабельные лотки	В7,5

Помимо перечисленных важнейшими свойствами бетона при строительстве подземных сооружений являются следующие свойства:

1. Удобоукладываемость (т.е. способность с минимальными затратами тру­да и энергии заполнять форму (опалубку), обеспечивая при этом максимальные прочность и плотность).

Удобоукладываемость смеси обуславливается ее подвижностью и пластичностью, т.е. свойством сохранять свою сплошность в процессе укладки и транспортирования и – характеризуется осадкой конуса или показателем жесткости.

Осадка конуса (подвижность) – измеряется в сантиметрах (подвижные смеси). Показатель жесткости – время вибрирования бетонной смеси в секундах, необходимое на заполнение специальной формы после снятия нормального конуса (жесткие смеси). Схемы испытаний представлены на рисунках 3.1а (конус Абрамса, 1 – жесткая бетонная смесь, 2–подвижная бетонная смесь) и рисунок 3.2б (прибор Вебе, 1 – начальный момент испытания, 2 – конечный момент испытания).

Рисунок 3.1. Схемы испытаний для определения удобоукладываемости бетонной смеси.

Марки бетонной смеси по показателям удобоукладываемости представлены на рисунке 2.2.

Рисунок 3.1. Марки бетонной смеси по удобоукладываемости.

2. Связность – способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения

3. Водонепроницаемость бетона - способность не пропускать воду под давлением. Марка водонепроницаемости (W) - давление в кгс/см2, при котором стандартные бетонные образцы диаметром и высотой 15 см не пропускают через себя воду. По водонепроницаемости выделяют следующие марки: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18 и W20.

4. Морозостойкость бетона – способность насыщенного водой бетона выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание

Марка морозостойкости F определяется количеством циклов последовательного замораживания и оттаивания водонасыщенных образцов из бетона при условии потери прочности не более 15% и массы – не более 5%. По морозостойкости выделяют марка от F50 до F1000.

Проектные марки бетона и конструкций по морозостойкости в зонах знакопеременных температур должны соответствовать СНиП 52-01-2003 (Бетонные и железобетонные конструкции) для первого класса сооружений.