Признанным центром строительства высотных зданий в США является Чи­каго. Город недавно отметил 100-летие со дня возведения первого в мире вы­сотного здания жилищной страховой кампании высотой всего в 12 этажей. Но это был опыт применения нового принципа строительства, заключающегося в возведении несущего стального карка­са с заполнением из разных материалов.

Появление и промышленное развитие бетонов, особенно высокопрочных, внес­ли свой вклад а этот процесс. Усили­ями специалистов корпорации «Материал сервис» прочность нормального товарно­го бетона за сравнительно короткий срок — 20 лет —была увеличена с 34,5 до 96,6 МПа, что в немалой степени способствовало изменению позиций про­ектировщиков высотных зданий при вы­боре материала для несущего каркаса.

Высокопрочным, по определению аме­риканского института бетона, является бетон прочностью свыше 41 МПа, изго­товленный на основе стандартных ком­понентов. Если для роста прочности с

34,5 до 41,4 МПа потребовался мини­мум исследований, в результате чего такой бетон был получен с применением золы-уноса, цемента и добавок, то для дальнейшего роста прочности потребова­лось проведение тщательно спланирован­ной исследовательской программы опти­мизации всех составляющих смеси, со­здания системы контроля качества в процессе изготовления, доставки, уклад­ки и уплотнения бетона.

Прочность такого бетона Определяет­ся обычно на 56-е сут, так как колонны и другие конструктивные элементы из высокопрочного бетона оказываются под полной нагрузкой значительно позднее.

Весьма сложной является стоимост­ная оценка эффективности применения высокопрочных бетонов. Для изготови­теля товарного бетона расширение его номенклатуры прочностью свыше

41 МПа может не давать прямого эко­номического эффекта. Исследовательские работы по подбору состава бетона ме­тодом проб и ошибок являются длитель­ным и дорогостоящим мероприятием с учетом того, что доля высокопрочных смесей в общем объеме производства составляет менее 1%.

Кроме этого, требуются весьма тща­тельный контроль качества на всех эта­пах изготовления, специальное оборудо­вание и опыт для проведения испытаний по определению прочностных характе­ристик и т. д. Затем нужно убедить проектировщиков применить такой бе­тон, причем на конкурентной основе. По состоянию на 1986 г. цены на товарный бетон в районе Чикаго составляли от 66 до 191 дол. США соответственно на

1 м3 смеси прочностью 20,7 и 96,6 МПа. Укладка бетона в формы при бетони­ровании колонн стоила 21 дол. США за

I м3, 1 т стержневой арматурной стали прочностью 600 МПа — 800 дол. США.

Однако высокие начальные капиталь­ные затраты компенсируются изготови­телям некоторыми косвенными выгода­ми. Полученный опыт способствует улуч­шению качества бетонов средних проч­ностей, расширению их номенклатуры, повышает технический уровень ззеодз - изготовителя и его конкурентоспо. об - (ЮСТЬ.

Начиная с 1965 г., наиболее ходовой маркой высокопрочного бетона на строительстве высотных зданий в райо­не Чикаго была прочность 51,7 МПа. Такой бетон применен в колоннах ниж­них этажей более чем 50 жилых здгний высотой 20 ..25 этажей прн шаге колонн до 7,2 м, а также в колоннах средних этажей более высоких зданий. Начиная с 1972 г., более активно стали исполь­зовать бетон прочностью 62,1 МПа. в частности, на возведении более 40 тор­говых зданий высотой от 35 до 40 эта­жей. Наблюдения за поведением колоин и расчеты по оптимизации позволили при использовании легкобетоиных меж­дуэтажных перекрытий добиться опти­мального минимального армирования колонн в 1%.

В 1976 г. в здании «Ривер Плаза» в экспериментальном порядке были при­менены колонны из бетона прочностью 75,9 МПа. В настоящее время такой бетон перестал быть редкостью при строительстве высотных зданий, а в 1986 г. в нескольких зданиях в центре Чикаго был применен бетон прочностью

82,8 МПа. Для контроля прочностных и деформативных характеристик бетона такой прочности одновременно с основ­ными по той же технологии изготавли­ваются контрольные колонны, из кото­рых затем высверливаются цилиндры н испытываются вместе со стандартными контрольными цилиндрами 15X30 см.

Бетон еще более высокой прочности — свыше 96,6 МПа — был применен для колонн шести нижних этажей в здании Чикагской биржи и в пристройке гараж­ного комплекса Раш-Уолтон (рнс. 1).

Имеюшаяся в настоящее время инфор­мация о свойствах высокопрочных бе­тонов вполне достаточна для их на­дежного применения в строительстве, од­нако для лучшего понимания их при­роды ряд иаучно-исследозательских ор­ганизаций США, включая лаборатории портландцементной ассоциации, продол­жает исследовательскую программу (рис. 2).

Установлено, что удельная ползучесть (отношение деформации - с единице на­пряжения) уменьшается " ростом проч - иости бетона. Натурные измерения уко­рочения колонн дали величины меньше расчетных.

Известно, что увеличение тепловыде­ления при гидратации цемента зависит от водоцементиого отношения, размера образца и главным образом от расхода цемента. По некоторым сведениям, при увеличении расхода цемента температура в бетоне растет на 6...8°С при расходе цемента 59 кг/м3. Для высокопрочных бетонов расход цемента повышается, что приводит к увеличенному тепловыделе­нию на стройплощадке. Поэтому в США рекомендуется применение цементов ти­па П и золы-уноса. По данным наблю­дений. пик тепловыделения наблюдается на вторые сутки после бетонирования. Специальных мер по отводу тепла не принимается, изделия распалубливаются на следующий день после бетонирования.

Многие исследователи высказывали опа­сения по поводу повышенной хрупко­сти высокопрочных бетонов. В качестве доказательства обычно проводят диаг­раммы напряжения — деформации, на ко­торых с увеличением прочности нисхо­дящая ветвь кривой приобретает более крутой характер. Однако специальные исследования на изгибаемых образцах, проведенные в Иллннойском университе­те в Чикаго, не подтвердили этих опа­сений.

Вызывала озабоченность огнестойкость высокопрочных бетонов, были проведе­ны специальные испытания образцов размером О,9X0,9X0,1 м из бетонов прочностью 34,5...62,1...96,6 МПа, изго­товленных из нормальных смесей кор­порацией «Материэл сервис» с добавка­ми и без добавки микросилиция. Огне­вое воздействие по кривой АБТМ ЕН в течение I ч не выявило принципиальных расхождений в поведении бетонов.

Рост значений модуля упругости с ростом прочности высокопрочных бето­нов не отвечает расчетной кривой, ап­проксимированной формулой норм Аме­риканского института бетона. Исследо­ватели Корнельского университета и университета Северной Каролины пред­ложили измененную формулу, которая существенно лучше коррелирует с опыт­ными данными.

Значительный интерес представля­ет применимость формул Американского института бетона для определения пре­дельной прочности элементов из высо­копрочного бетона. Исследования Ил - линойского университета подтвердили обоснованность принятия прямоугольной эпюры сжатия и возможность точного определения поведения изгибаемых эле­ментов во всем диапазоне прочностей от 27.6 до 103,5 МПа.

Подбор состава смесей для высоко­прочных бетонов осуществляют специа­листы корпорации «Материэл сервис» в зависимости от исходного сырья и мате­риалов. Например, для колони здания «Ривер Плаза» смесь прочностью

75,9 МПа имела состав: цемента —

385 кг, мелкого заполнителя — 472 кг, крупного заполнителя (12 мм)—785 кг,

Всаы —136 кг, добавки «Поззолит

[СО*— 1200 г, золы-уноса —45,4 кг, „садки конуса—11,4 см, воздухосодер - *акия — 1,5 %, удельной массы —

О380 кг/м3.

Работы в области совершенствования (СХНОЛОГИИ бетонов позволили корпора­ции существенно оптимизировать соста - вы. которые предлагаются заказчикам на обычной коммерческой основе.

Для производителей работ с примене­нием смесей для высокопрочных бето­нов существуют требования норм Аме­риканского института бетона относи­тельно передачи нагрузки колонн че­рез плиту перекрытия. В тех случаях, когда прочность бетона колонн в 1,4 ра­за выше прочности бетона плит, в часть плиты, прилегающую к колонне, на плошади в четыре раза больше площади колонны укладывается бетон той же прочности, что и в колонне.

Кроме того, при работе с высокопроч­ными бетонными смесями величины допусков значительно более строги, не­жели при работе с бетонами обычных марок. В практике строительства США. главную ответственность за поведение бетонов прочностью свыше 42,0 МПа несет поставщик бетонных смесей.