Первые упоминания о монолитном строительстве появляются в древнем Египте в период начала глобального строительства пирамид. Уходя своими истоками в древние цивилизации, монолитное строительство начало распространяться не так давно. Рынок монолитного строительства является прогрессивным благодаря активному развитию и распространению инновационных технологий.
Монолитное строительство позволяет расширить границы привычного представления о форме сооружений, наряду с другими строительными материалами. Имеет место снижение себестоимости строительства на фоне хороших технических показателей.
При монолитном строительстве необходимо учесть условия строительства, чтобы минимизировать риски ухудшения свойств бетона. Выбор опалубки, состав бетона и прочее непосредственно влияет на уровень недостатков.
Маневренность, подвижность, простота – основные характеристики монолитного строительства. Меньшие сроки возведения сооружений, отсутствие необходимости внедрения тяжелой технике – преимущества в сравнении с каменными кладками и сборными конструкциями. Особое применение монолитное строительство находит в регионах с неоднородной почвой и сложным рельефом, так как нагрузка на фундамент минимальная за счет легкости конструкции [1–7].
В данном виде строительства, как и в любом другом, находят и преимущества и недостатки. Наличие положительных качеств подавляет минусы монолитного строительства. На первый план выходит монолитность конструкции и как следствие увеличение прочности, сейсмосткойсти. Устойчивость к динамическим нагрузкам по сравнению с сооружениями из каменной кладки является неоспоримым преимуществом. Время возведения зданий данном виде строительства сводится к минимуму.
Благодаря целостности сооружений, отсутствию швов повышается тепло- и звукоизоляция. Немаловажным качеством является простота и легкость отделки зданий. Особенностью является устройства дополнительной вентиляции, во избежание высокой влажности внутри сооружения, также необходимость в специальном оборудовании (бетононасос и др.) и возведении дополнительных строительных лесов.
Томас Эдисон первый, запатентовавший монолитное строительство в начале 20-го века, дал новый толчок данному виду строительства. Продвижение монолитного строительства нашло применение в индустриальных странах. В период второй мировой войны интерес к монолитному строительству затух. Начал набирать свои обороты в 50-е года 20-го века.
Облегченные к=онструкции монолитных сооружений, приблизительно, на 1/3 в сравнении с кирпичными, обуславливают меньший расход материалов для фундаментов, что в свою очередь снижает стоимость постройки [8–14].
Особенные, уникальные свойства монолитного строительства, возможно, увеличить благодаря высоким характеристикам фибробетона.
Фибробетом можно определить как композиционный материал, особопрочный вид бетона с однородно распределенными армирующими волокнами.
Армирующие волокна или фибра позволяют повысить целостность структуры материала. Фибра представляет собой армирующий материал с различными параметрами и текстурами.
Различают: металлические, стеклянные, натуральные и синтетические волокна. От типа волокон зависят физико-механические характеристики бетона. Растрескивание, усадка – основные проблемы бетона, фибра позволяет избежать данные недостатки.
Благодаря армирующим волокнам увеличивается стойкость к истиранию [14–16].
Важным является количество фибры в бетоне, так как ее избыток может привести к снижению прочности, поэтому фибра добавляется в бетонную смесь в процентном соотношении от общей массы исходных материалов, приблизительно в диапазоне 0,1–3 %.
Чаще всего модуль упругости армирующего волокна выше чем матрица бетона, что позволяет повышать предел прочности, в частности на изгиб.
Полипропиленовые, нейлоновые волокна имеют невысокий модуль упругости, соответственно они не гарантируют качественное повышение прочности бетона. Фиброволокна работают на поглощение энергии. Большую прочность бетону придают металлические и стеклянные волокна.
Так же лучшая передача напряжения от матрицы к фибре напрямую зависит от поверхностной связи или сцепления бетона и армирующего волокна. Объемное количество армирующего волокна в бетоне непосредственно влияют на прочность, ударную вязкость, прочность на изгиб.
Излишки фибры способны вызвать сегрегацию бетона и армирующего волокна. Распределение волоком фибры в матрице бетона случайным образом, уменьшает риск трещинооброзования и усадки.
Стойкость фибробетона к перепадам температур позволяет возводить здания в различных регионах не ссылаясь на климатические условия, так как фибробетом является морозо- и влагостойким. На фоне всего фибробетон обладает меньшем весом чем обычный армированный бетон, что снижает вес конструкции и соответственно нагрузку на фундамент [17–18].
Стойкость к атмосферным воздействиям, к температурам и влаге, характеризуют фибробетон для монолитного строительства.
Многообразие видов фибры делает применение фибробетона обширным. Так чаще всего бетон с использованием полипропиленовой фибра применяют для строительства гидросооружений, благодаря тому, что не подвержена коррозии. Наливные полы, растворы для фасадов, морские сооружения и т.д. характерны для данного вида бетона.
Базальтовая фибра характеризуется долговечностью, термостойкостью, стойкостью к многим внешнем воздействиям и, что немало важно, экологичностью.
Физико-механические характеристики бетона с применением базальтовой фибры достаточно высокие: долговечность, проточность на растяжение, низкий уровень ползучести под статической нагрузкой, термостойкость, высокая трещиностойкость и т.д.
Стекловолокно так же обширно применяется при изготовлении фибробетона. Повышает его технические и эксплуатационные характеристики, позволяет снизить стоимость бетона [19–22].
Особенно эффективной является стальная фибра. Сталефибробетон обладает большой прочностью на изгиб и на сжатие. Наблюдается высокая ударостойкость и низкая хрупкость. Что является следствием того, что металлические волокна повышают сопротивления бетона во всех направлениях.
Рост прочности на сжатие является небольшим так как, в местах растяжения происходит отрыв элементарных частиц бетона, появляющихся по периферии зоны воздействия сил действующих на образец.
При растяжение сталефибробетона появляется сопротивление матрицы бетона и волокон фибры, что затрудняет разрыв элементарных объектов бетона, за счет чего значительно увеличивается прочность на осевое растяжение и изгиб. Из чего вытекает высокая ударостойкость и трещиностойкость.
Различные функциональные и технические характеристики фибробетона можно получить за счет использования техногенного сырья в качестве добавок или в составе композиционного вяжущего [23–25].
Строительство в сейсмоопасных районах с учетом инерционных сил является сейсмостойким строительством или антисейсмическим строительством. Здания и сооружения возводимые в районах подверженных землетрясению подвергаются особым требованиям.
В нашей стране размер или интенсивность землетрясений подвергается оценке по общепринятой шкале MSK-64 (шкала Медведева-Шпонхойера-Карника). При показания меньше IV по данной шкале применение антисейсмических операций не актуально.
При строительстве в сейсмоопасных районах большую роль играет вид грунта. Более благоприятным для строительства является скальный грунт, отличающийся своей прочностью. Менее надежные просадочные грунты, места осыпей, оползней – неблагоприятны, а зачастую не пригодны для строительства. Если в таких районах все-таки осуществляется строительство, то прибегают к дополнительным мерам усиления конструкции, что значительно повышает ее стоимость.
Главным образом стойкость здания при динамических нагрузках обусловлена местом строительства (грунты, породы, подземные воды), разработкой рациональных конструктивных схем постройки, обеспечением повышенной прочности несущих конструкций, что в свою очередь позволяет возникать пластическим деформациям в конструктивных узлах и элементах, повышающих сопротивление зданий инерционным силам.
Качество строительных материалов играет немаловажную роль в повышении сейсмостойкости.
Важными функциями сейсмостойких зданий является отсутствие серьезных разрушений построек или его отдельных частей и сооружений, способных привести к гибели и повреждению людей. Так же важным является возможность продолжения эксплуатации после устронения повреждений сооружения.
Соблюдение определенных правил необходимо при проектировании зданий для строительства в сейсмоопасных районах:
1. Распределение массы и жесткости сооружения должно быть симметрично относительно главных осей, в ином случае может возникнуть скопление усилий на отдельных конструкциях.
2. Сооружения должны быть несложных архитектурных форм без пристроек, с симметричными лестничными клетками.
3. Очень крупные сооружения мог делиться на отдельные, каждое из которых будет иметь свой антисейсмический шов.
4. Несущие конструкции должны быть монолитные.
5. Уменьшение количества стыков и расположение их вне зоны максимальных усилий.
6. Уменьшение веса здания и конструкций.
Для строительства сейсмостойких зданий существует несколько основных схем: жесткая и гибкая конструктивные схемы.
Первая состоит из вертикальных диафрагм. Которые при динамических нагрузках работают на сдвиг, что содействует затуханию колебаний.
Гибкая конструктивная схема состоит из вертикальных элементов, работающих на изгиб, что снижает инерционную нагрузку на сооружение.
Оценка сейсмостойкости здания носит очень приближенный характер, что учитывается конструктивными нормами. Примером является ограничение высоты зданий (так здания из кирпичной кладки не должны превышать 4 этаже при V баллах по шкале MSK-64, если сеййсмостойкие нагрузки выше, то 2 этажей). Так необходимым является введение железобетонных поясов.
Важным фактором является то, что высота и площадь зданий из наиболее надежных конструкций и материалов, так как монолитные конструкции из фибробетона, нормами не ограничиваются.
Здания построенные по технологии монолитного строительства с применение фибробетона являются сейсмостойкими, что несомненно, главное преимущество.
Полуостров Крым в настоящее время становится одним из самых перспективных и развивающихся районов нашей страны.
Так как особенности строительства зависят от региона и его особенностей: рельеф, климат и т.д. Крым является наиболее перспективным для применения технологии монолитного строительства из фибробетона.
Полуостров Крым находится в зоне субтропического климата, из-за чего строительство сопровождается рядом трудностей: горный ландшафт, частые негативные природные явления, сейсмическая активность.
Интервал пикового ускорения грунта находится в пределах 0,8–2,4 м/с2. Последствия такой силы землетрясения обширны: обвалы и оползни, разрушение зданий, трещины в почве до 1 м, искривление ж/д путей.
Районы с наибольшей плотностью населения совпадают с наиболее сейсмоопасными районами. Поэтому необходимость в сейсмоустойчивости зданий возрастает в разы.
Высокую устойчивость зданиям придает заложение монолитного фундамента. Дома построенные с применением фибробетона в монолитном строительстве способны выдержать высокую сейсмическую нагрузку. Проблема влажного переменчивого климата решается высокой скоростью строительства. Монолитное строительство позволяет возводить многоуровневые здания, что необходимо при наличии горного рельефа, при всем этом качество и характеристики сооружений остаются высокими.