Įvairioms hidrotechninėms konstrukcijoms, kurias reikia įrengti žemiau vandens paviršiaus, labai svarbus povandeninis betonavimas. Tai procesas, kai šviežias betono mišinys suklojamas po vandeniu nenaudojant papildomų priemonių jam sutankinti.
Betonavimo po vandeniu technologija taikoma įvairiose srityse: įrengiant tiltų atramas, jūrų uostuose, jūros ir upių statiniuose, naftos platformose atviroje jūroje, pamatuose su aukštu gruntiniu vandens lygiu, statant užtvankas ir kt.
Siekiant tinkamai įrengti betono konstrukcijas po vandeniu, reikia suprojektuoti ne tik tinkamas betono mišinių sudėtis, bet ir pasirinkti tinkamą po vandeniu betonavimo būdą. O norint užtikrinti tokio betono atsparumą ir ilgaamžiškumą, reikia ir specialių medžiagų.
Povandeninio betonavimo iššūkiai ir pranašumai
Pagrindiniai iššūkiai įrengiant hidrotechninių statinių povandenines dalis yra šie.
- Išplovimas, kai judantis vanduo gali suardyti betono mišinį, išplaunant cementą ir smulkiąsias užpildų daleles, taip suardant betono mišinio vientisą struktūrą, o tai vėliau gali lemti sumažėjusį betono stiprumą ir ilgaamžiškumą.
- Darbai po vandeniu dažnai atliekami prastomis matomumo sąlygomis, todėl reikalauja specialaus pasiruošimo ir įrangos.
- Dėl blogo matomumo sudėtinga užtikrinti, kad betono mišinys būtų tinkamai suklotas reikiamoje vietoje.
- Darbas po vandeniu yra pavojingas, todėl privaloma laikytis griežtų saugos reikalavimų.
- Turi būti užtikrintas betonavimui po vandeniu naudojamų klojinių sistemų sandarumas.
- Sandarumo užtikrinimas yra techniškai sudėtingas procesas.
- Betonas gali kietėti ir po vandeniu, tačiau ilgiau užtrunka, kol jis pasiekia reikiamą stiprumą, o žemesnė temperatūra gali sulėtinti šį procesą. Cemento dalelių išplovimas gali paveikti cemento hidratacijos procesus.
- Vandens pH gali turėti įtakos smulkiųjų dalelių išplovimui iš mišinio.
Pagrindinis povandeninio betonavimo technologijos pranašumas, palyginti su įprastu, yra tas, kad konstrukcijas galima betonuoti ir tiesiogiai vandenyje, nepašalinant vandens iš betonuojamos zonos. Tačiau povandeniniam betonavimui skirtas mišinys turi išpildyti specialiuosius reikalavimus, susijusius su jo klojimu, smulkiųjų dalelių iš mišinio išplaunamumu bei sukietėjusio betono stipriu ir ilgaamžiškumu.
Betono mišinio klojimo po vandeniu būdai
Įvairūs betonavimo būdai atsirado tobulėjant technologijoms. Dažniausiai betonavimo po vandeniu būdą lemia vandens gylis, srovės stiprumas ir bangavimas, matomumas bei prieinamumas, konstrukcijų dydis ir forma, galimos technologijos pasirinkimas, aplinkosauginiai reikalavimai.
- Tradicinis „Tremie“ metodas. Norint sumažinti aplinkos poveikį ir užtikrinti tinkamą betono mišinio suklojimą, dažnai naudojamas „Tremie“, arba piltuvo (pranc. tremie – piltuvas), metodas, kai betono mišinys tiekiamas į betonavimo zoną po vandeniu per vertikalių vamzdžių sistemą. Betonas klojamas tiesiai į vamzdį, kuris panardintas į šviežiai suklotą betono mišinį, kad būtų išvengiama tiesioginio kontakto su vandeniu. Vamzdis nuolat keliamas į viršų, kol įrengiama visa betono konstrukcija.
- Povandeninis betonavimas naudojant betono siurblius ir „Tremie“ metodą. Naudojant šį būdą, betono mišinys tiekiamas į betonavimo vietą per vertikalius vamzdžius be perstojo, o tai sumažina vamzdžio užsikimšimo tikimybę, taip pat sumažinama mišinio segregacijos rizika.
- Naudojant iš anksto betonavimo vietoje parengtus stambiuosius užpildus. Pirmiausia sudedami stambūs užpildai, tada cemento pagrindu pagamintas skiedinys vamzdžiais injektuojamas į tarpus bei ertmes tarp stambių užpildų tol, kol sukuriama vienalytė konstrukcija.
- Sauso arba pusiau sauso betono mišinio maišų sudėjimas po vandeniu. Paruošti maišai su sausu arba pusiau sausu betono mišiniu sudedami po vandeniu ant dugno. Vykstant cemento reakcijai su vandeniu arba hidratacijos procesui, maišiuose esantis mišinys sukietėja ir įrengiama betono konstrukcija po vandeniu.
- Kaušo arba bunkerio su mišiniu būdas. Šis būdas yra tinkamas, kai reikia betonuoti dideliame gylyje. Kaušai paprastai yra su nuleidžiamuoju dugnu arba ritininiais užtvarais, kurie, nusileidus kaušui ant dugno arba užkliuvus, atsidaro ir mišinys išliejamas betonavimo vietoje.
- Baržos su nukreipiamuoju dugnu būdas. Išilgai baržos denio yra įrengtas pakreipiamas dugnas, ant kurio tolygiai paskirstomas šviežias betono mišinys. Atidarius minėtą dugną mišinys laisvai krinta į vandenį. Tokiu būdu, baržai plaukiant, mišinys klojamas plonais sluoksniais į betonavimo vietą. Šis metodas yra tinkamas, kai vanduo yra seklus.
- 3D spausdinimo technologijos taikymas po vandeniu. Ši technologija mažina statybos sąnaudas, nereikia didelių išteklių statybinei platformai įrengti bei prižiūrėti, užtikrinama geresnė statybos darbų sauga, didėja darbo efektyvumas. Tačiau susiduriama ir su tam tikrais iššūkiais, pavyzdžiui, kad spausdinimo medžiaga atitiktų specifinius eksploatacinius reikalavimus, susijusius su mechaninėmis savybėmis, tokiomis kaip atsparumas gniuždymui, tarpsluoksnių sukibimo stiprumas, ilgaamžiškumas esant atitinkamoms kietėjimo po vandeniu sąlygomis.
Stabilizuojančių įmaišų svarba
Betono mišiniui, kuris skirtas konstrukcijoms po vandeniu įrengti, naudojamos specialios stabilizuojančios įmaišos*. Taip siekiama išvengti smulkiųjų dalelių išplovimo ar atsiskyrimo iš ką tik paruošto betono mišinio, esant tiesioginiam kontaktui su vandeniu.
Šios įmaišos yra dozuojamos procentais, priklausomai nuo cemento masės , pavyzdžiui, 0,2–1,8 proc. cemento masės.
Betonuojant tekančiame vandenyje, rekomenduojama naudoti didesnį įmaišos kiekį, pavyzdžiui, 6–10 kg vienam kubiniam metrui mišinio, palyginti su betonavimu stovinčiame vandenyje, kuriam reikėtų apie 3–6 kg vienam kubiniam metrui mišinio.
KTU laboratorijoje atliktas cemento tešlos su specialia įmaiša ir be jos pasklidimo bandymas, naudojant Suttardo viskozimetrą, iliustruoja, kaip iš cemento tešlos vandenyje išsiplauna cemento dalelės.
Sudrėkintas cilindras buvo padėtas ant sudrėkinto stiklo plokštės ir užpildytas ką tik paruošta cemento tešla. Pakėlus cilindrą vertikaliai aukštyn, ant stiklo plokštės paskleista cemento tešla.
Vėliau statmenomis kryptimis milimetrais buvo pamatuotas pasklidusios cemento tešlos paplotėlio skersmuo. Atliktas bandymas rodo, kad, naudojant specialias įmaišas, galima išvengti smulkiųjų dalelių išplovimo bei atsiskyrimo iš cemento tešlos, esant tiesioginiam kontaktui su vandeniu.
——————————————————————-
* Stabilizuojanti betono įmaiša povandeniniam betonui ir injekciniam skiediniui turi atitikti Vokietijos povandeninio betonavimo tyrimų asociacijos (vok. Erforschungsstelle für Unterwasserbetonierung, sutrumpintai EVU) 1990 metų parengtas gaires. Tai techninis dokumentas, kuriame pateikti reikalavimai, bandymų metodai ir rekomendacijos, kaip turėtų būti gaminamas bei naudojamas betonas ir skiediniai po vandeniu.
KTU laboratorijoje atliktas bandymas parodė, kad panaudotos įmaišos padeda ne tik sumažinti išplovimo riziką iš mišinio, bet ir greičiau pasiekti ankstyvąjį stiprį, parenkant mišinio sudėtį įvertinus, ar jis bus klojamas tekančiame, ar stovinčiame vandenyje. Betono mišinio slankumas ore bei vandenyje yra nustatomas remiantis standartu LST EN 12350-2:2019 „Betono mišinio bandymai. 2 dalis. Slankumo bandymas“.
Kaip giliai į konstrukciją gali įsiskverbti vanduo?
Betono mišiniai pasižymi aukšta konsistencija (S4 ar S5 slankumo klasė), kas palengvina formos užpildymą. KTU laboratorijoje atlikto bandomojo tyrimo metu buvo nustatytas vandens įsiskverbimo gylis, remiantis standarte LST EN 12390-8:2019 „Sukietėjusio betono bandymai. 8 dalis. Vandens įsiskverbimo gylis veikiant slėgiui“ keliamais reikalavimais.
Nustatytas apie 4,9 mm vidutinis vandens įsiskverbimo gylis neviršijo 20 mm leistinos ribos (3 pav.). Tuo tarpu didžiausias įsiskverbimo gylis – 5,8 mm taip pat neviršijo leistinos 50 mm ribos.
Bandymo tikslas buvo parodyti, kad tiesiai į formą su vandeniu suklotas mišinys be jokio papildomo tankinimo suformavo tinkamą betono struktūrą, tai yra be didelių ertmių ar tarpusavyje susisiekiančių porų.
