Основные направления экономии цемента при производстве монолитного и сборного железобетона

Сообщение, сделанной 13 июня 2006 г. на научно-техническом семинаре «Экономное расходование цемента и основных строительных материалов в жилищно- гражданском строительстве» доктором технических наук, профессором, главным научным сотрудником отдела технологии бетона и растворов УП «Институт БелНИИС» Николаем Блещиком.

Большие объемы строительства, осуществляемого в Беларуси (выполнение жилищной программы, программы развития села, строительство социальных объектов, общественных зданий) определяют необходимость более взвешенного подхода к расходованию основных стройматериалов, в частности, цемента. Сегодняшняя ситуация такова, что при минимальном нормативном расходе цемента на 1 м3 бетона, составляющем 220 кг, реально расходуется 350-550 кг. Связано этот прежде всего с тем, что в стране отменены те СНиП, которые представляют собой свод типовых норм расхода. Строго говоря, эта мера целесообразна – условия строительного производства (как на предприятиях, так и на стройплощадках) бывают настолько разными, что предварительное программирование расхода цемента попросту невозможно.

Так, в отдельных случаях незначительное увеличение расхода цемента позволяет получить значительную экономию тепловой энергии, снизить трудозатраты при производстве железобетонных изделий.
В основном же повышенных расходов цемента требуют новые технологические подходы (в частности, расширение области применения подвижных бетонных смесей), а также увеличение числа применяемых классов бетонов.

Что же касается резервов экономии цемента, то их источниками могут быть как нормативные документы, так и поддержание должного уровня технологической дисциплины производства как товарного бетона, так и железобетонных изделий.

Разумеется, о возврате к более жестким бетонным смесям не может быть и речи – сэкономив цемент, потеряем гораздо больше на качестве продукции, трудоемкости, энергоемкости. Тем более что сегодня на смену пластичным идут сверхпластичные (литые бетонные) смеси, которые характеризуются уже не осадкой конуса, а растеканием конуса (50-70 см). Обеспечить подобную пластичность, повысить производительность труда при укладке и уплотнении бетона в 3-4 раза, повысить качество поверхности монолитной железобетонной конструкции (там, где требуется получить лицевой, архитектурный бетон, не требующий дальнейшей отделки), гарантировать нормативную и проектную прочность (что достигается строгим контролем водоцементного отношения при увеличении доли вяжущей части) без применения самых эффективных химических добавок, без применения тонкодисперсных наполнителей, которые увеличили бы содержание цементного теста и вяжущего, невозможно. (Точнее, возможно, но совершенно нерационально.)

Что касается пластификаторов, то сегодня на рынке имеются и суперпластификатор С3, и гиперпластификаторы Stachement-2000, Sica Visco Crete S- 600. Немало добавок предлагает Россия. В Беларуси на основе С3 были созданы добавки СМ1 и СМ2, по основным характеристикам примерно соответствующие С3, но имеющие меньше вовлеченного воздуха, а значит, способствующие увеличению (до 15%) прочности бетона. (Что особенно важно, улучшается качество поверхностей железобетонных изделий.) Добавка СМ1 предназначена для использования на предприятиях стройиндустрии, добавка СМ2 – на стройплощадках.

Кроме того, в БелНИИС разработан гиперпластификатор ГП1, позволяющий при одной и той же подвижности уменьшить водоцементное отношение на 35-40%, соответственно резко увеличив прочность бетона.

В данной связи следует назвать и так называемые самоуплотняющиеся, то есть не требующие вибрирования при укладке бетоны. Подобные высокопластичные смеси могут быть получены при водоцементном отношении 0,3-0,35 и умеренном расходе цемента, какового позволяет придерживаться использование тонкодисперсных наполнителей.
Таким образом достигается качество поверхности ряда видов бетонных и железобетонных изделий, в частности, пограничных столбов, соответствующее классу А2 (поверхность этого класса не нуждается ни в какой дальнейшей отделке).

Существенным резервом экономии цемента является внедрение статистического контроля прочности бетона. В соответствующем СТБ можно прочесть, что при отсутствии необходимых данных для контроля прочности бетона разрешается принимать коэффициент вариации, равный 13,5% (средний коэффициент вариации, который был принят еще в советское время при проектировании железобетонных конструкций зданий).

С другой стороны, на стабильных предприятиях выдерживается коэффициент вариации, равный 7-8%. Если подбирать состав бетона в соответствии с требуемой прочностью с учетом такого коэффициента вариации, то может быть сэкономлено 20-25% цемента.

Раньше этот параметр не контролировался, сейчас же пересматривается ГОСТ 18.105 «Контроль прочности резины и бетона». Новая версия документа будет содержать жесткое требование необходимости статистического контроля прочности и подбора рационального по расходу цемента состава бетона. Комплекс руководящей документации, имеющей хождение в строительной отрасли Беларуси (КРДС), имеет тематический раздел, посвященный экономии цемента. К сожалению, все пункты раздела носят декларативный характер, не конкретны и по сути дела не соблюдаются. Нет в Беларуси и системы контроля соблюдения этого РДС. Возможно, документ будет переработан в ТКП либо в стандарт (как известно, в системе нормативной документации такой классификации, как РДС, нет). Требования по расходу цемента, его экономии будут пересмотрены и уточнены, исходя из реальных позиций. Определенные нормы расхода цемента заложены в нормы проектирования железобетонных конструкций. В Беларуси впервые в СНГ разработаны новые стандарты бетона и железобетона, которые гармонизированы с европейскими аналогами. В этих документах коэффициенты надежности и безопасности конструкций по нагрузкам, по материалам введены в соответствии с принятой в Европе практикой обеспечения надежности зданий. Европейские же требования – это и требования определенного расхода материалов.

В связи с необходимостью экономии цемента белорусские эксперты более внимательно подошли к требованиям по классам бетона/расходу материалов, конкретизировав среды эксплуатации конструкций. (Данный аспект и вызывает наиболее ожесточенные дискуссии в национальной профессиональной среде в настоящее время.) Нормативными документами прежних лет не оговаривалась взаимосвязь классов бетона и условий эксплуатации конструкций. Результат – целый ряд инцидентов и аварий (особенно это касается конструкций, подверженных влажностно-температурным колебаниям, различного рода агрессивным воздействиям окружающей среды).

В вышеназванных стандартах и были по возможности учтены все эти факторы. К категории Х0 относятся безарматурные конструкции, эксплуатирующиеся в среде, не оказывающей на них никакого разрушающего воздействия (бетонные фундаменты, эксплуатирующиеся при положительных температурах, внутренние конструкции без арматуры). Минимальный по своим прочностным характеристикам класс бетона таких конструкций – С8/10 («10» — это бывший класс В, а «8» – нормируемая призменная прочность этого класса). Минимальный расход цемента для бетонирования таких конструкций принят равным 220 кг/м3. Применение же тонкодисперсных наполнителей позволяет снизить его и до 200 (а в отдельных случаях — даже до 180) кг/м3.

Категория ХС1 – основной массовый класс, конструкции, которые подвергаются коррозии, вызванной стабилизацией бетона. Среда их эксплуатации — это неизменно сухая или неизменно мокрая среда. Это внутренние конструкции с нормальной влажностью (кухня, ванная, прачечная), в том числе конструкции, которые постоянно находятся под водой. Нормы предусматривали минимальный класс бетона по прочности на сжатие 20-25 (25 соответствует 32-33 МПа при коэффициенте вариации 13-15%). Для этой категории принимается класс С12/15.

Категория ХС2 – это мокрая и иногда сухая среда, то есть попеременно увлажняемые конструкции (резервуары для воды, фундаменты, находящиеся в условиях переменной влажности). Для этих конструкций ранее был принят класс бетона С25/30, теперь же технический комитет Минстройархитектуры Беларуси предлагает министерству утвердить класс С16/20.

Под умеренно влажной средой эксплуатации (ХС3) конструкций понимаются такие условия, в которых конструкции часто или постоянно находятся на открытом воздухе (например, в открытых холлах), а также во внутренних помещениях с высокой влажностью воздуха (промышленные кухни, бани, прачечные, влажные помещения, закрытые бассейны). Для этой категории принимается класс бетона С20/25. Сюда могут быть отнесены и такие наружные конструкции зданий, как лоджии и балконы. Результатом того, что при проектировании крупнопанельных зданий не учитывалась среда эксплуатации, является то, что сегодня балконы этих зданий нередко находятся в аварийном состоянии.

Категория ХС4 – это переменная мокро-сухая среда. Эксплуатируемые в ней внешние конструкции подвержены воздействию атмосферных осадков. Это могут быть и конструкции, эксплуатируемые в зоне изменения уровня воды. Для этой категории, как и для категории ХС3, принимается класс бетона С20/25.
Для этих четырех классов регламентированы и максимальные водоцементные отношения – 0,75, 0,70, 0,75 и 0,60 соответственно.
Регламентированы и минимальные расходы цемента – 220, 240, 260 и 280 кг/м3.

Рецептурных требований к конструкциям, которые предстоит эксплуатировать в условиях хлоридной коррозии, эксперты технического комитета не меняют. По своей агрессивности данная среда является наиболее серьезной, соответственно работающие в ней конструкции – наиболее ответственными. Все остается неизменным в соответствии с СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции» и СТБ 1544-2005 «Бетоны конструкционные тяжелые. Технические условия».

Что же касается эксплуатации конструкций в условиях попеременного замораживания/оттаивания (категория XF1), то в данной области эксперты сочли возможным сделать некоторые послабления. Речь идет об умеренно водонасыщенных наружных конструкциях без антигололедных средств. Достаточно жесткие требования (класс 30/37) сменились рекомендацией класса 25/30.

Среда XF2 (умеренная водонасыщенность с антигололедными средствами и морской водой): класс 25/30.

Среда XF3 (высокая водонасыщенность без антигололедных средств – открытые резервуары с водой, водохранилища, конструкции зоны изменения уровня пресной воды): класс 25/30.

Среда XF4 (высокая водонасыщенность с антигололедными средствами или морской водой): класс 30/37.
Расходы цемента – 280, 300, 300 и 320 кг/м3. Это минимальные расходы, для обеспечения же требуемой морозостойкости необходимо выполнять специальные подборы и испытания.

Что же касается химической коррозии, то требования к железобетонным конструкциям, ей подверженным, снижены лишь для первой (ХА1) категории – вместо класса 30/37 введен класс 25/30. Для остальных (ХА2, ХА3) они остались теми же. Теми же остались и расходы цемента для всех трех категорий – 300, 320, 360 кг/м3.
Таковы установки, следование которым делает возможной определенную экономию цемента в связи со снижением требований к прочностным характеристикам бетона.

И при проектировании конструкций не следует упускать отдельных возможностей экономии цемента. Например, при назначении распалубочной прочности конструкций следует учитывать темп строительства и возможность набора бетоном прочности в период строительства. При высокой распалубочной прочности (для протяженных, более 6 м, конструкций требуется распалубочная прочность около 80% от проектной) и высоких темпах строительства необходимо в ходе монолитного строительства назначать расход цемента исходя не из проектной прочности бетона, а из необходимости обеспечения в заданные сроки именно распалубочной прочности бетона. А именно 70% или 80% (для изгибаемых конструкций длиной до 6 м и более 8 м соответственно) – если только не используются страховочные стойки либо иные строительно-технологические приспособления и приемы, позволяющие компенсировать низкую прочность.

Достижение высокой прочности в короткие сроки исключительно за счет перерасхода цемента не представляется целесообразным. При проектировании состава бетона исходя из требований обеспечения распалубочной и проектной прочности можно, заказывая бетон, требовать определенной интенсивности набора им прочности. (В СТБ 1544-2005 есть классификация бетонов по данной характеристике, каковую предприятия должны обеспечивать наряду с собственно прочностью, а также подвижностью.) Однако решать вопрос следует не за счет избыточного дозирования цемента, а за счет использования химических факторов — ускорителей твердения и гиперпластификаторов. Последние по определению ускорителями не являются, но при водоцементном отношении 0,3-0,35 набор прочности, как известно, идет интенсивнее, чем при водоцементном отношении 0,5-0,6 при работе с обычными бетонами без мощных пластификаторов. Так что их все же можно расценивать как эффективные ускорители.

Разумеется, нужно учитывать экономический фактор (гиперпластификаторы весьма разнятся по своей стоимости, импортные аналоги могут быть и вдесятеро дороже отечественных пластификаторов, даже С3). Но если для высокоподвижной бетонной смеси содержание С3 должно составлять 1,0-1,1%, то гиперпластификатора – всего 0,2-0,3% от массы цемента. Достигаемый эффект с лихвой компенсирует повышенные, на первый взгляд, затраты. Что же касается связи между прочностью бетона и его морозостойкостью, то прямой связи в данном случае нет. Бетон может быть высокопрочным, но не морозостойким. Нет и методик проектирования составов в соответствии с заданной морозостойкостью – ни в Беларуси, ни в России, ни в Европе. Правда, в Беларуси разработан экспресс-метод определения морозостойкости бетона – по одному циклу замораживания-оттаивания определяется необходимая морозостойкость бетона. Данная методика, принятая за стандарт, позволяет оперативно вмешиваться в проектирование составов. В структурной схеме пересмотра стандартов отмечено, что взамен ГОСТ 100.60.0, ГОСТ 100.60.1, ГОСТ 100.60.2, ГОСТ 100.60.3 и ГОСТ 100.60.4 планируется разработать новый стандарт определения морозостойкости бетона, который будет учитывать важные нюансы. И, возможно, удастся уйти от несовершенной методики определения морозостойкости. Как известно, морозостойкость определяется как количество циклов, при котором снижение прочности в результате циклического замораживания-оттаивания не превышает 5%. Поэтому в данном случае ненадежен сам подход. В ряде зарубежных стран морозостойкость определяется не по прочности, а по потере бетоном его массы. И это будет учтено при переработке вышеназванных стандартов. Вместо пяти стандартов появится один стандарт в трех частях («Основные положения», «Основной метод» и «Ускоренные методы»).

Что же касается СНБ 5.03.01-02, то на смену ему, как это планируется, придет технический кодекс установившейся практики (ТКУП) «Конструкции бетонные и железобетонные. Нормы и правила проектирования».

Данный документ будет включать 19 частей – «Основные положения норм и правил проектирования», «Общие правила проектирования ненапряженных конструкций из тяжелого бетона», «Общие правила проектирования преднапряженных конструкций из тяжелого бетона», «Общие правила проектирования конструкций из бетона на пористых заполнителях», «Правила проектирования наземных конструкций жилых и общественных зданий из тяжелого бетона», «Правила проектирования конструкций на пористых заполнителях» (конкретные правила в виде пособия), «Правила проектирования конструкций из плотного силикатного бетона», «Конструкции фундаментов жилых и общественных зданий», «Конструкции промышленных зданий», «Конструкции транспортных сооружений», «Конструкции емкостных сооружений», «Конструкции труб и трубопроводов», «Армоцементные конструкции», «Конструкции из дисперсно армированного бетона», «Конструкции, эксплуатирующиеся в условиях высоких температур», «Гидротехнические сооружения», «Пространственные конструкции», «Конструкции без сцепления арматуры и бетона» и «Правила проектирования усиления конструкций».

Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
обсуждение статьи


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 26 за 2006 год в рубрике материалы и технологии

©1995-2022 Строительство и недвижимость