Энергоэффективная скоростная технология выполнения бетонных работ
Окончание. Начало в СиН №33 от 30 августа 2005 г.
Необходимо учитывать нетрадиционный характер как соотношения объемов мелкого и крупного заполнителей, так и расхода вяжущего. Это реализуется путем совместного решения системы уравнений, в которые в качестве неизвестных вводятся прочность и удобоукладываемость бетона. Основным условием данной задачи являются получение распалубочной прочности в заданные сроки при заданной температуре окружающей среды и одновременно удовлетворение показателям проектной прочности бетона. Причем, как правило, определяющим условием является не проектная прочность бетона, а достижение его распалубочной прочности (80% проектной при длине пролета, равной или превышающей 6 м, и 70% — при меньшей длине пролета) в короткие сроки.
Область применения таких бетонов достаточно широка. Первый опыт был обретен в ходе строительства самого первого каркасного дома в минском микрорайоне Малиновка. Возводить его начали в зимних условиях, и нужно было на ходу решать ряд острых проблем. Был опробован такой ускоритель твердения бетона, как полиметаллический водный концентрат — рассол, получаемый в природных условиях Беларуси и включающий около 40 элементов таблицы Менделеева. Разработанные БелНИИС высокоподвижные смеси оказались как нельзя кстати при возведении нового здания Национальной библиотеки. Начало бетонирования сплошной монолитной фундаментной плиты высотой 1200 мм пришлось на февраль. Внизу плита армирована мощными каркасами, вверху — сетками из арматуры диаметром 40 мм, шаг которой равен 100 мм (то есть внутренний габарит ячейки составляет всего 60х60 мм). Был применен высокоподвижный бетон с осадкой конуса 21-22 см. В ходе непрерывного укладывания в течение 2,5 суток было уложено 3500 м3 такого бетона. Вначале намеревались прогревать бетон горячим воздухом, подаваемым в укрытия — тендеры. Впоследствии от данного подхода отказались, так как он чреват появлением усадочных трещин. Расчеты показали, что тепла, которое выделяет сам цемент такой массивной плиты при схватывании и твердении бетона, вполне достаточно для ее самопрогрева. При укладывании бетона не требовалось никакого уплотнения. Впервые самоуплотняющийся бетон был применен в Японии при строительстве мостов. На этих объектах были по достоинству оценены высокая технологичность такой смеси и высокое качество получаемых конструкций. Стало ясно, что именно за такими бетонами будущее.
Институтом БелНИИС освоена технология бетонирования элементов всех видов каркасных систем: монолитных, сборно-монолитных, ячеисто-монолитных, плитно-монолитных. Разрабатываются технологические карты на укладку бетона. Какие проблемы могут возникать на этом пути? Монолитный высокоподвижный бетон подвержен усадочному трещинообразованию. И применение его экономически оправдано лишь в случае, если решены все задачи, о которых говорилось выше, если реализуется скоростная энергоэффективная технология укладки такого бетона. Сейчас это можно считать пройденным этапом, борьба же с усадочными явлениями в самом разгаре. Сегодня ясно, что соответствующие меры должны приниматься еще на проектной стадии, и проект производства работ должен предусматривать все необходимые противоусадочные мероприятия. Имеются различного рода рекомендации по расчету величины усадки бетона, в которых учитываются класс бетона, геометрические размеры бетонируемой конструкции, в отдельных случаях — характер бетонной композиции. Однако, рассмотрев все эти рекомендации, специалисты БелНИИС пришли к выводу, что все они рассчитаны все же на традиционные, немодифицированные, бетоны. Для бетонов, модифицируемых введением добавок, эти нормы, по сути, недействительны. В БелНИИС идет работа над необходимыми рекомендациями; на данный момент она еще не завершена.
Так или иначе, проектировщики всегда должны учитывать такой серьезный фактор, как усадка. Следует всегда определять ширину раскрытия усадочных трещин с учетом предельных характеристик расширения бетона для бетона данного класса. БелНИИС же уже сегодня располагает средствами регулирования усадки бетона. Возможно получение бетонов с меньшей по сравнению с обычными бетонами величиной усадки. Возможно и доведение усадки до нуля, а в отдельных случаях — получение некоторого расширения бетона и усадки от расширения бетона. Такие бетоны обычно получают за счет расширяющихся цементов. Усадка, особенно бетона конструкций статически неопределимых систем, способна изменить напряженное состояние всей мегаконструкции, всего каркаса. Появляются дополнительные напряжения, которые нужно учитывать по соответствующей расчетной методике. Нужно сказать, что методика, учитывающая усадочные деформации, а также вид бетона и еще целый ряд параметров, разработана украинской школой (Голышев, Пособие по учету усадки и расчету конструкций с учетом усадочных деформаций). Глубина проработки вопроса, а также наличие соответствующего программного комплекса являются разумными предпосылками для включения проверки конструкций проектируемых каркасов на появление дополнительных усилий от усадочных деформаций.
Несколько слов об уходе за бетоном в различных условиях. В летних условиях есть проблема быстрого испарения влаги и, соответственно, усадки бетона. Поэтому в проектно-сметной документации непременно нужно указывать на необходимость тщательного ухода за укладываемым летом бетоном (речь идет об обеспечении правильного влажностного режима в течение 3-7 суток). Наиболее простой уход предусматривает пленочное укрытие. Новое же направление состоит в нанесении на поверхность свежеуложенного бетона (через 3-4 часа после его укладки) пленкообразующего покрытия, предотвращающего испарение влаги из бетона. В этом случае не нужен никакой влажностный уход за бетоном. В течение 10-30 дней с момента нанесения пленкообразующее покрытие полностью разлагается. Это наиболее перспективный подход к уходу за бетоном, который, вероятно, только и стоит предусматривать в ПСД. К сожалению, отечественного материала такого рода в Беларуси пока нет. Материалы, представляющие новое поколение модификаторов — так называемые гиперпластификаторы — это материалы, которые сегодня есть на рынке Беларуси, но пока что модифицируются из привозных исходных материалов. В данной связи можно говорить о гиперпластификаторах Sika швейцарского производства, достаточно эффективных и позволяющих получать новые классы бетона и самоуплотняющиеся бетоны. В настоящее время специалисты БелНИИС работают над организацией производства отечественного гиперпластификатора, часть компонентов которого будет импортной, часть — отечественной. Уже выпущена экспериментальная партия такого гиперпластификатора, на подходе — пробная в количестве 3 тонн. В отличие от пластификаторов, получаемых сегодня в Беларуси целиком из отечественного сырья, разработанный гиперпластификатор помогает решать все проблемы правильной укладки современных высокоподвижных самоуплотняющихся бетонов и получения высококачественных монолитных железобетонных конструкций. Что касается отечественных заполнителей, то упомянутый ранее доломитовый порошок (см. СиН №33) вполне перспективен как с точки зрения экономии вяжущего, так и в противоусадочном аспекте. Если говорить о материалах как таковых, то цементы все же рекомендуются в первую очередь бездобавочные.
Портландцементы марки 500, выпускаемые заводами Беларуси, вполне приемлемы для реализации технологий, о которых идет речь.
Коснувшись аспекта контроля качества конструкций, г-н Блещик напомнил, что марка бетона — это, по сути, средняя прочность бетона,
соответствующая данному классу. Обычно марка определяется с учетом однородности и коэффициента вариаций по прочности бетона. Как правило, почти все белорусские и российские предприятия не ведут постоянного статистического контроля, поэтому однородность бетона фактически не определяется. Подбор же состава бетона осуществляется по среднему коэффициенту вариаций, равному 13,5%. Марка бетона — это средняя прочность, обеспечивающая вариацию 13,5%. А какова конструктивно допустимая минимальная прочность? Не могут же все конструкции иметь прочность среднюю и выше! Ведь в данном случае собственно средняя прочность будет значительно больше. В ГОСТ 18105 вопрос, какая же минимальная прочность допустима, изложен весьма туманно. При какой прочности конструкция еще работает в соответствии с расчетными положениями, расчетными характеристиками и теми коэффициентами безопасности, которые приняты в нормах проектирования конструкций? В настоящее время БелНИИС разрабатывается новый прочностной стандарт. В него закладываются такие нормативные характеристики, которые приняты и в европейских нормах. О евронормах обязательно приходится говорить в свете попыток Беларуси и России вступить в ВТО. Непременным же условием членства страны в ВТО является гармонизация нормативной базы по всем видам промышленной продукции. Законодательство Беларуси также требует полной гармонизации отечественных норм с международными и европейскими.
В данной связи в соответствии с евронормами был переработан ряд СНБ. В соответствии с евронормами каждый частный результат определения прочности бетона должен быть более или равен разности Fск-4 [МПа], где Fск — верхняя цифра класса бетона. Если говорить о классе 25, то имеем призменную прочность бетона 25-4 = МПа. Кубиковая же прочность должна быть на 20% больше. Итак, 26,25 МПа — вот минимальная средняя марка бетона, которая может быть допущена в каждом частном результате при оценке прочности бетона. Если каждый частный результат не менее этого результата, никаких усилений не предусматривается. Если пересчитать эту фактическую прочность данной конструкции и сравнить ее с расчетными характеристиками с учетом коэффициентов запаса, то она полностью удовлетворит всем расчетным предпосылкам.
Нужно сказать, что все вышеизложенное справедливо для класса бетона В60 как верхней границы прочности. Для более же высоких классов R=Fск + 12 [МПа]. С другой стороны, Fск составляет 80% кубиковой прочности бетона. Итак, R = 0,8 В + 12 [МПа]. Если каждый частный результат, определенный по различным методам, удовлетворяет этим требованиям, проектировщики могут спать спокойно — их вмешательства в строительно-монтажный процесс не требуется. Что касается методов контроля бетона, то, как известно, изготовленные контрольные образцы должны храниться в условиях, соответствующих условиям выдерживания конструкций. Но как обеспечить эти условия? Взять ту же монолитную фундаментную плиту нового здания Национальной библиотеки. Не может вырезанный из этой плиты кубик иметь такую же, как эта плита, температуру (36°С зимой)! Обеспечить одинаковые с окружающими реальные конструкции условия выдерживания контрольных образцов для испытаний практически невозможно. Поэтому должны быть сильно развиты неразрушающие методы контроля. Сегодня ГОСТ разрешен метод, основанный на высверливании из бетона конструкции кернов. Но ведь поверхностная прочность бетона — это не совсем та характеристика, которая является его реальной прочностью. Есть ультразвуковой метод. Есть, наконец, ударный метод, предусматривающий использование молотка Кашкарова. Этот метод применим для бетона, прочность которого не превышает 300 кг/см2 (причем обязательна тарировка по составу бетона). В России выпущена серия приборов «Модус». Институт БелНИИС, закупив эти приборы, убедился в надежности их работы по определению прочности бетона неразрушающим методом. В России приборы «Модус» сертифицированы, в Беларуси же — нет. Поэтому сегодня идет работа по включению соответствующей позиции в белорусский реестр. Каждый из приборов «Модус», помимо всего прочего, портативен и обеспечивает достаточное быстродействие.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Необходимо учитывать нетрадиционный характер как соотношения объемов мелкого и крупного заполнителей, так и расхода вяжущего. Это реализуется путем совместного решения системы уравнений, в которые в качестве неизвестных вводятся прочность и удобоукладываемость бетона. Основным условием данной задачи являются получение распалубочной прочности в заданные сроки при заданной температуре окружающей среды и одновременно удовлетворение показателям проектной прочности бетона. Причем, как правило, определяющим условием является не проектная прочность бетона, а достижение его распалубочной прочности (80% проектной при длине пролета, равной или превышающей 6 м, и 70% — при меньшей длине пролета) в короткие сроки.
Область применения таких бетонов достаточно широка. Первый опыт был обретен в ходе строительства самого первого каркасного дома в минском микрорайоне Малиновка. Возводить его начали в зимних условиях, и нужно было на ходу решать ряд острых проблем. Был опробован такой ускоритель твердения бетона, как полиметаллический водный концентрат — рассол, получаемый в природных условиях Беларуси и включающий около 40 элементов таблицы Менделеева. Разработанные БелНИИС высокоподвижные смеси оказались как нельзя кстати при возведении нового здания Национальной библиотеки. Начало бетонирования сплошной монолитной фундаментной плиты высотой 1200 мм пришлось на февраль. Внизу плита армирована мощными каркасами, вверху — сетками из арматуры диаметром 40 мм, шаг которой равен 100 мм (то есть внутренний габарит ячейки составляет всего 60х60 мм). Был применен высокоподвижный бетон с осадкой конуса 21-22 см. В ходе непрерывного укладывания в течение 2,5 суток было уложено 3500 м3 такого бетона. Вначале намеревались прогревать бетон горячим воздухом, подаваемым в укрытия — тендеры. Впоследствии от данного подхода отказались, так как он чреват появлением усадочных трещин. Расчеты показали, что тепла, которое выделяет сам цемент такой массивной плиты при схватывании и твердении бетона, вполне достаточно для ее самопрогрева. При укладывании бетона не требовалось никакого уплотнения. Впервые самоуплотняющийся бетон был применен в Японии при строительстве мостов. На этих объектах были по достоинству оценены высокая технологичность такой смеси и высокое качество получаемых конструкций. Стало ясно, что именно за такими бетонами будущее.
Институтом БелНИИС освоена технология бетонирования элементов всех видов каркасных систем: монолитных, сборно-монолитных, ячеисто-монолитных, плитно-монолитных. Разрабатываются технологические карты на укладку бетона. Какие проблемы могут возникать на этом пути? Монолитный высокоподвижный бетон подвержен усадочному трещинообразованию. И применение его экономически оправдано лишь в случае, если решены все задачи, о которых говорилось выше, если реализуется скоростная энергоэффективная технология укладки такого бетона. Сейчас это можно считать пройденным этапом, борьба же с усадочными явлениями в самом разгаре. Сегодня ясно, что соответствующие меры должны приниматься еще на проектной стадии, и проект производства работ должен предусматривать все необходимые противоусадочные мероприятия. Имеются различного рода рекомендации по расчету величины усадки бетона, в которых учитываются класс бетона, геометрические размеры бетонируемой конструкции, в отдельных случаях — характер бетонной композиции. Однако, рассмотрев все эти рекомендации, специалисты БелНИИС пришли к выводу, что все они рассчитаны все же на традиционные, немодифицированные, бетоны. Для бетонов, модифицируемых введением добавок, эти нормы, по сути, недействительны. В БелНИИС идет работа над необходимыми рекомендациями; на данный момент она еще не завершена.
Так или иначе, проектировщики всегда должны учитывать такой серьезный фактор, как усадка. Следует всегда определять ширину раскрытия усадочных трещин с учетом предельных характеристик расширения бетона для бетона данного класса. БелНИИС же уже сегодня располагает средствами регулирования усадки бетона. Возможно получение бетонов с меньшей по сравнению с обычными бетонами величиной усадки. Возможно и доведение усадки до нуля, а в отдельных случаях — получение некоторого расширения бетона и усадки от расширения бетона. Такие бетоны обычно получают за счет расширяющихся цементов. Усадка, особенно бетона конструкций статически неопределимых систем, способна изменить напряженное состояние всей мегаконструкции, всего каркаса. Появляются дополнительные напряжения, которые нужно учитывать по соответствующей расчетной методике. Нужно сказать, что методика, учитывающая усадочные деформации, а также вид бетона и еще целый ряд параметров, разработана украинской школой (Голышев, Пособие по учету усадки и расчету конструкций с учетом усадочных деформаций). Глубина проработки вопроса, а также наличие соответствующего программного комплекса являются разумными предпосылками для включения проверки конструкций проектируемых каркасов на появление дополнительных усилий от усадочных деформаций.
Несколько слов об уходе за бетоном в различных условиях. В летних условиях есть проблема быстрого испарения влаги и, соответственно, усадки бетона. Поэтому в проектно-сметной документации непременно нужно указывать на необходимость тщательного ухода за укладываемым летом бетоном (речь идет об обеспечении правильного влажностного режима в течение 3-7 суток). Наиболее простой уход предусматривает пленочное укрытие. Новое же направление состоит в нанесении на поверхность свежеуложенного бетона (через 3-4 часа после его укладки) пленкообразующего покрытия, предотвращающего испарение влаги из бетона. В этом случае не нужен никакой влажностный уход за бетоном. В течение 10-30 дней с момента нанесения пленкообразующее покрытие полностью разлагается. Это наиболее перспективный подход к уходу за бетоном, который, вероятно, только и стоит предусматривать в ПСД. К сожалению, отечественного материала такого рода в Беларуси пока нет. Материалы, представляющие новое поколение модификаторов — так называемые гиперпластификаторы — это материалы, которые сегодня есть на рынке Беларуси, но пока что модифицируются из привозных исходных материалов. В данной связи можно говорить о гиперпластификаторах Sika швейцарского производства, достаточно эффективных и позволяющих получать новые классы бетона и самоуплотняющиеся бетоны. В настоящее время специалисты БелНИИС работают над организацией производства отечественного гиперпластификатора, часть компонентов которого будет импортной, часть — отечественной. Уже выпущена экспериментальная партия такого гиперпластификатора, на подходе — пробная в количестве 3 тонн. В отличие от пластификаторов, получаемых сегодня в Беларуси целиком из отечественного сырья, разработанный гиперпластификатор помогает решать все проблемы правильной укладки современных высокоподвижных самоуплотняющихся бетонов и получения высококачественных монолитных железобетонных конструкций. Что касается отечественных заполнителей, то упомянутый ранее доломитовый порошок (см. СиН №33) вполне перспективен как с точки зрения экономии вяжущего, так и в противоусадочном аспекте. Если говорить о материалах как таковых, то цементы все же рекомендуются в первую очередь бездобавочные.
Портландцементы марки 500, выпускаемые заводами Беларуси, вполне приемлемы для реализации технологий, о которых идет речь.
Коснувшись аспекта контроля качества конструкций, г-н Блещик напомнил, что марка бетона — это, по сути, средняя прочность бетона,
соответствующая данному классу. Обычно марка определяется с учетом однородности и коэффициента вариаций по прочности бетона. Как правило, почти все белорусские и российские предприятия не ведут постоянного статистического контроля, поэтому однородность бетона фактически не определяется. Подбор же состава бетона осуществляется по среднему коэффициенту вариаций, равному 13,5%. Марка бетона — это средняя прочность, обеспечивающая вариацию 13,5%. А какова конструктивно допустимая минимальная прочность? Не могут же все конструкции иметь прочность среднюю и выше! Ведь в данном случае собственно средняя прочность будет значительно больше. В ГОСТ 18105 вопрос, какая же минимальная прочность допустима, изложен весьма туманно. При какой прочности конструкция еще работает в соответствии с расчетными положениями, расчетными характеристиками и теми коэффициентами безопасности, которые приняты в нормах проектирования конструкций? В настоящее время БелНИИС разрабатывается новый прочностной стандарт. В него закладываются такие нормативные характеристики, которые приняты и в европейских нормах. О евронормах обязательно приходится говорить в свете попыток Беларуси и России вступить в ВТО. Непременным же условием членства страны в ВТО является гармонизация нормативной базы по всем видам промышленной продукции. Законодательство Беларуси также требует полной гармонизации отечественных норм с международными и европейскими.
В данной связи в соответствии с евронормами был переработан ряд СНБ. В соответствии с евронормами каждый частный результат определения прочности бетона должен быть более или равен разности Fск-4 [МПа], где Fск — верхняя цифра класса бетона. Если говорить о классе 25, то имеем призменную прочность бетона 25-4 = МПа. Кубиковая же прочность должна быть на 20% больше. Итак, 26,25 МПа — вот минимальная средняя марка бетона, которая может быть допущена в каждом частном результате при оценке прочности бетона. Если каждый частный результат не менее этого результата, никаких усилений не предусматривается. Если пересчитать эту фактическую прочность данной конструкции и сравнить ее с расчетными характеристиками с учетом коэффициентов запаса, то она полностью удовлетворит всем расчетным предпосылкам.
Нужно сказать, что все вышеизложенное справедливо для класса бетона В60 как верхней границы прочности. Для более же высоких классов R=Fск + 12 [МПа]. С другой стороны, Fск составляет 80% кубиковой прочности бетона. Итак, R = 0,8 В + 12 [МПа]. Если каждый частный результат, определенный по различным методам, удовлетворяет этим требованиям, проектировщики могут спать спокойно — их вмешательства в строительно-монтажный процесс не требуется. Что касается методов контроля бетона, то, как известно, изготовленные контрольные образцы должны храниться в условиях, соответствующих условиям выдерживания конструкций. Но как обеспечить эти условия? Взять ту же монолитную фундаментную плиту нового здания Национальной библиотеки. Не может вырезанный из этой плиты кубик иметь такую же, как эта плита, температуру (36°С зимой)! Обеспечить одинаковые с окружающими реальные конструкции условия выдерживания контрольных образцов для испытаний практически невозможно. Поэтому должны быть сильно развиты неразрушающие методы контроля. Сегодня ГОСТ разрешен метод, основанный на высверливании из бетона конструкции кернов. Но ведь поверхностная прочность бетона — это не совсем та характеристика, которая является его реальной прочностью. Есть ультразвуковой метод. Есть, наконец, ударный метод, предусматривающий использование молотка Кашкарова. Этот метод применим для бетона, прочность которого не превышает 300 кг/см2 (причем обязательна тарировка по составу бетона). В России выпущена серия приборов «Модус». Институт БелНИИС, закупив эти приборы, убедился в надежности их работы по определению прочности бетона неразрушающим методом. В России приборы «Модус» сертифицированы, в Беларуси же — нет. Поэтому сегодня идет работа по включению соответствующей позиции в белорусский реестр. Каждый из приборов «Модус», помимо всего прочего, портативен и обеспечивает достаточное быстродействие.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 34 за 2005 год в рубрике материалы и технологии
