Авторы статьи на конкретных примерах обосновывают необходимость научно-технического сопровождения специализированными научно-исследовательскими организациями проектов возведения объектов, выполняемых в монолитном железобетоне.
УДК 666.97
Б.С. СОКОЛОВ, канд. техн. наук, зав. лабораторией, С.А. ПОДМАЗОВА, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория № 4, НИИЖБ им. А.А. Гвоздева
Ключевые слова: монолитный железобетон, долговечность, бетоносмесительный узел, проектирование бетона, класс прочности
Keywords: reinforced concrete, durability, concrete production, design of concrete, strength class
Научно-техническое сопровождение строительства объектов, выполняемых в монолитном железобетоне, охватывает более широкой круг вопросов, чем просто текущий контроль прочности бетона конструкций, который обычно сводится к оценке величины прочности бетона, а в случае если материал не достигает величины прочности в пределах проектного показателя класса, принимается решение об усилении.
Эффективным путем исключения ситуаций, когда прочность бетона оказывается ниже величины проектного значения, является научно-техническое сопровождение специализированной научно-исследовательской организацией процесса возведения здания или сооружения, предусматриваемое п. 10.5 ГОСТ 27751-2014 [1].
Долговечность и другие показатели надежности зависят прежде всего от качества принятых проектных решений, производственных (технологических и строительных) работ, а также от учета опыта строительства и эксплуатации ранее возведенных зданий и сооружений. Именно поэтому повышение качества (в широком смысле этого слова) – неотъемлемая часть повышения долговечности, а следовательно, и надежности железобетонных конструкций [2].
Этим определяется требуемый состав этапов научно-технического сопровождения строительства:
— участие, совместно с проектной организацией, в назначении проектных требований по всем видам конструкций данного объекта;
— выбор бетоносмесительных узлов – поставщиков бетонной смеси на объект и участие в научной организации проектирования составов бетона и технологических требований для Проекта производства работ (ППР) по конкретному объекту;
— контроль соблюдения всех требований технологического регламента при возведении конструкций, указанного в ППР для каждого ее вида.
Участие в назначении проектных требований к бетону на стадии проектирования объекта состоит в следующем: проектировщик исходя из необходимости обеспечения несущей способности конструкций назначает класс бетона по прочности, в случае эксплуатации конструкций в агрессивных средах дополнительно определяет параметры водонепроницаемости и морозостойкости по СП 28.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85). Участие научной организации в назначении проектных требований к бетону состоит в том, чтобы оценить достаточность назначения характеристик бетона, которые обеспечат выполнение всех дополнительных проектных требований. Эксплуатационные характеристики бетона находятся между собой во взаимосвязи. Например, если в проекте назначены высокие водонепроницаемость и морозостойкость, то назначенное соответствующее водоцементное отношение обеспечит величину средней прочности (класс бетона), которая может оказаться даже выше, чем требуется для определенной несущей способности конкретной конструкции.
На следующем этапе научного сопровождения разрабатывается Техническое задание на проектирование составов бетона для каждого вида конструкций. Например, при возведении монолитных железобетонных конструкций большой спортивной арены (БСА) стадиона «Лужники» для каждого вида конструкций – технические каналы, фундаментная плита, колонны, перекрытия, наклонные гребенчатые балки, лестничные марши – НИИЖБ им. А.А. Гвоздева разрабатывал составы на каждом БСУ, который считался потенциальным поставщиком бетона.
Пример Технического задания для бетоносмесительного узла на бетон класса В40 W8 (W12) F1200 представлен ниже:
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на разработку составов бетона для монолитных железобетонных конструкций колонн и стен.
Реконструкция Большой спортивной арены «Лужники», расположенной по адресу: г. Москва, Лужники, д. 24, стр. 1
Всем бетоносмесительным узлам – потенциальным поставщикам бетона для конструкций: колонн, стен.
1. Проектные требования к бетону:
— класс по прочности на сжатие В40
— марка по водонепроницаемости W8 (W12)
— марка по морозостойкости F1200
2. Для разработки составов бетона класса В40 колонн и стен следует применять следующие материалы:
— портландцемент в соответствии с требованиями ГОСТ 10178: ПЦ 500-Д20 или ПЦ 500-Д0 (после подборов состава) и ГОСТ 31108: ЦЕМ II 42,5Н/А-Ш и ЦЕМ II 42,5Н/А-К с содержанием добавки до 20%;
— песок с модулем крупности Мк в пределах 1,8-2,4;
— в качестве крупного заполнителя следует применять щебень из гравия твердых пород марки по прочности не менее М1000 или гранитный щебень фракции 5-20 мм с содержанием фракции 5(3)-10 мм не менее 50% или с раздельным дозированием фракций в соотношении 5-20 мм – 50% и 5(3)-10 мм – 50%;
— добавка водоредуцирующая/пластифицирующая с эффектом замедления твердения.
3. Марка по подвижности бетонной смеси – П5 (О.К.=21-24 см). Требования к бетонным смесям – обеспечение сохраняемости подвижности в пределах одной марки (потеря подвижности О.К. 4-5 см) до 4 часов.
4. При подборах составов бетона следует обеспечить среднюю прочность бетона класса по прочности на сжатие В40 около 52,0-55,0 МПа.
Для анализа существующих производственных составов бетона В40 все бетоносмесительные узлы должны предоставить полную информацию об используемых материалах и прочности за предыдущий период.
При возведении наклонных гребенчатых балок стадиона «Лужники», на которые опираются элементы трибун, требования к бетону были назначены аналогичные – В40 W8 (W12) F1200, но насыщение арматурой было значительно выше, и сами балки наклонены под углом 25-35°, что осложняло процесс бетонирования, поэтому совместно с представителями БСУ был разработан другой состав бетона и ППР для возведения этих балок, где был определен щебень фракции 5(3)-10 мм и подвижность бетонной смеси 18-20 см при заданной сохраняемости подвижности в пределах 3-4 часа.
Необходимо было определить вид цемента и типы химических и минеральных добавок, позволяющих поддерживать заданный темп твердения. Был назначен цемент с минеральной добавкой в виде шлака до 15% ЦЕМ I 42,5/А-Ш или комплексной добавкой в виде шлака и карбоната. Выбор цемента с минеральными добавками обусловлен необходимостью снижения температурных напряжений в массивных конструкциях, таких как фундаментная плита высотой 500-900 мм, колонны сечением 600х600 мм и 800х800 мм, а также наклонные балки шириной 500-1400 мм при высоте 950-1500 мм.
Для того чтобы оценить величину температурных напряжений в бетоне, были выполнены замеры температуры по высоте массива конструкции фундамента. Замеры показали, что наибольшая температура в середине массива составила около 55°С, и максимальный перепад температур через 60 часов после укладки бетонной смеси в опалубку составил около 20°С (см. рис.). По полученным результатам замеров температуры в теле бетона и температурных перепадов был ориентировочно определен период снятия тепло- и гидроизоляции бетона и время распалубливания конструкций – около 72 часов (или 3 суток) после укладки бетона. В этот период времени прочность бетона достигала 27-30 МПа.
Применение цемента с минеральными добавками и химических добавок с эффектом замедления твердения снижает скорость нарастания тепловыделения, получаемого при гидратации цемента, снижает максимальную температуру разогрева бетона до 55°С. Как следствие, применение бетона с «низкой экзотермией» в массивных конструкциях позволяет снизить или полностью избежать трещинообразования, как это и было получено при возведении фундаментной плиты БСА «Лужники».
Дополнительно, для того чтобы обеспечить технологические требования к бетонной смеси на стадии выполнения операций транспортировки, укладки и уплотнения, были выбраны водоредуцирующие/пластифицирующие добавки с эффектом сохраняемости подвижности до 3-4 часов, а в период температуры окружающего воздуха ниже +4°С были определены противоморозные добавки. Перед началом поставок бетонной смеси необходимо проверять ее сохраняемость подвижности при совместном применении минеральных, водоредуцирующих, стабилизирующих, воздухововлекающих и противоморозных добавок.
На следующем этапе, при поставках бетона на место строительства, проводится текущий контроль бетонной смеси по подвижности силами приобъектной лаборатории или представителями подрядчика. Показатель подвижности должен соответствовать подвижности, указанной в проекте производства работ (ППР) на каждый вид конструкций, причем на верхнем пределе показателя. Подвижность – основной показатель технологичности бетонной смеси, от которого главным образом зависит качество бетона в готовой конструкции. В ППР должна быть указана величина подвижности бетона для каждого вида конструкции. Величина подвижности назначается в зависимости от оборудования как на стадии подачи бетонной смеси, так и на стадии уплотнения. Поддерживая подачу на строительный объект бетона заданной подвижности, можно стабильно гарантировать его проектную прочность в конструкции при высокой однородности прочности бетона по всему массиву конструкции.
По окончании укладки и уплотнения бетона в конструкции необходимо обеспечить уход за бетоном путем применения тепло- и гидроизоляции вне зависимости от времени года. Только в этом случае можно быть уверенным в том, что прочность бетона конструкций практически равна прочности, полученной на БСУ по контрольным образцам.
Проверка прочности бетона проводилась во всех конструкциях в сроки 5-7 суток (распалубочная прочность) и 28 суток и более (проектная прочность). Контроль проводился подрядными лабораториями неразрушающими методами (отрыв со скалыванием, ультразвук или склерометр).
При научно-техническом сопровождении дополнительно необходимо проверить те конструкции, прочность бетона в которых оказалась ниже требований проекта, и на основании анализа результатов повторных испытаний определить причины недостижения проектных величин.
В соответствии с требованиями ГОСТ 18105-2010 прочность бетона определяется косвенными неразрушающими методами и проводится с использованием предварительно установленной градуировочной зависимости.
Все вышеперечисленные этапы контроля входят в программу работ по научно-техническому сопровождению. И как показывают результаты контроля качества бетона в конструкциях стадиона БСА «Лужники», практически во всех конструкциях была обеспечена как проектная прочность, так и проектные требования по водонепроницаемости и морозостойкости, т.е. необходимая долговечность.
Стоимость исправления брака на стройке весьма высока. По экспертной оценке, стоимость ремонта и усиления конструкций может составлять 10-15% от стоимости возведения всего объекта. Совместная работа АО «Мосинжпроект» и лаборатории НИИЖБ им. А.А. Гвоздева в рамках научно-технического сопровождения позволила полностью исключить необходимость усиления конструкций стадиона БСА «Лужники».
Библиографический список
1. ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения.
2. Степанова В.Ф., Фаликман В.Р. Современные проблемы обеспечения долговечности железобетонных конструкций. – III Всероссийская (II международная) конференция по бетону и железобетону. – Москва, 2014, т. VII, с. 275-279.
3. ГОСТ 18105-2010. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности.
4. Руководство по подбору составов тяжелого бетона – НИИЖБ Госстроя СССР, – Москва: Стройиздат, 1979.
5. Стандарт организации «Бетоны мостовых конструкций. Технические условия» (актуализированная редакция СТО 40619399-001-2010). – Москва, 2016.
