С.А. ПОДМАЗОВА, канд. техн. наук; Н.Н. КУПРИЯНОВ, канд. техн. наук; Б.А. КРЫЛОВ, доктор техн. наук; А.И. САГАЙДАК, канд. техн. наук Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ).
Рассматривается фактор комплексного подхода к изготовлению бетона. Только при соблюдении всех составляющих процесса, начиная с процедур контроля прочности бетона и заканчивая соблюдением правил ухода за ним в готовой конструкции, можно рассчитывать на обеспечение надлежащего качества железобетонных изделий.
В течение последних 10–15 лет в Москве и других регионах России бурно развивается монолитное строительство. Проверка поставляемых на строительный объекты бетонных смесей, контроль прочности бетона в монолитных конструкциях, анализ имеющихся дефектов в них указывают на серьезные проблемы с обеспечением качества в монолитном строительстве. Нередко строительным организациям приходится тратить время и средства на усиление и/или ремонт возведенных конструкций.
Для строительства жилых, общественных зданий и объектов транспортной инфраструктуры из монолитного бетона изготавливаются и поставляются на строительные площадки готовые бетонные смеси. По оценке специалистов, ежегодный объем таких поставок в масштабе страны составляет порядка 40 млн м3.
В строительной практике бетонные смеси, в зависимости от требований проекта или условий договора, поставляются с заданной проектной прочностью (обычно назначаемой как класс бетона по прочности на сжатие) и дополнительно, в зависимости от назначения объекта, заданной маркой бетона по водонепроницаемости и маркой по морозостойкости. Все эти показатели должны контролироваться согласно процедурам, указанным в соответствующих стандартах.
В настоящей статье речь будет идти о влиянии систем контроля прочности на качество бетона монолитных и сборных железобетонных конструкций.
Соответствующая идеология контроля прочности, как и любого другого показателя качества, направлена на обеспечение стабильности заданного показателя в рамках допустимого статистического разброса. Так, показатель прочности бетона должен соответствовать средней прочности для заданного класса бетона.
В период централизованного управления экономикой одним из концептуальных требований государственной политики в области строительства была экономия материалов. Практически все научные результаты в строительных НИИ, включая диссертационные работы, должны были заканчиваться показателями достигаемой экономии при применении этого результата на практике — «внедрении», как тогда было принято говорить.
Одним из важнейших фондируемых, т. е. распределяемых централизованно, материалов был цемент. Экономия цемента была одной из главных целей при разработке новых и пересмотре старых стандартов. Поскольку прочность бетона зависит, главным образом, от водоцементного отношения и зависимого от этого показателя расхода цемента на единицу объема, то одной из задач стандартизации была разработка процедур, которые вели бы к снижению расхода цемента. Иными словами, стандарт должен был разрешать легально снижение прочности бетона в конструкции. А иногда не просто разрешать, но и обязывать снизить прочность бетона. Этого подхода не избежали и СНиП «Типовые нормы расхода цемента» и, естественно, стандарты, определяющие правила контроля прочности.
Во всех строительных нормах, вплоть до ГОСТ 26633, регламентировалась минимальная типовая норма расхода цемента, например для армированных железобетонных изделий — 220 кг/м3в нормальных условиях.
Следующий и действующий в настоящее время СНиП 82-02-95 «Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций» был разработан с позиции упрощения назначения теоретического расхода цемента на 1 м³ бетона. Нормы расхода цемента были разработаны из условия приготовления бетонов на портландцементе марки 400 и его разновидностей с определёнными фракцией щебня и модулем крупности песка. При применении других составляющих бетонной смеси следует пользоваться различными поправочными коэффициентами.
Применение химических добавок рекомендуется этим СНиП не для всех бетонов, а только для бетонов, к которым предъявляются требования по морозостойкости и водонепроницаемости. Ограничения по минимальным классам бетона по прочности на сжатие для обеспечения морозостойкости и водонепроницаемости в этом документе отсутствуют. Однако следует отметить, что отсутствие требований по назначению минимальной прочности бетонов, эксплуатирующихся в средах с агрессивным воздействием на конструкции, например дорожные и гидротехнические сооружения (ГОСТ 26633 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия»), частично компенсировались требованиями по обязательному воздухововлечению и ограничению максимального значения водоцементного отношения.
Сравнивая нормы расхода цемента, можно сказать, что за 30 лет рекомендуемые расходы цемента снизились в среднем на 1 7–20% для бетонов всех классов по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости при фактически таком же качестве самого цемента.
Стандарт «Бетоны. Правила контроля прочности» насчитывает уже несколько десятилетий своей истории. Так, разработанный в 1972 г. стандарт устанавливал методы контроля прочности и однородности на заводах по производству готовых бетонных смесей и комбинатах по изготовлению сборных железобетонных конструкций. В этом документе указывалось, что контроль и оценка прочности и однородности бетона должны быть направлены на достижение постоянства показателей, принятых для данной марки бетона.
Оценка прочности бетона должна выполняться сопоставлением фактической средней прочности контрольных образцов бетона в партии с требуемой средней прочностью. Прочность бетона в партии признается отвечающей требуемой, если фактическая средняя прочность бетона в партии не менее требуемой средней партионной прочности. Требуемая прочность бетона определялась как величина, устанавливаемая лабораторией БСУ в процентах от нормируемой прочности с учетом фактической однородности бетона.
В ГОСТе 1980 г. в разделе «Правила приемки бетона по прочности» был сохранен такой же подход к контролю прочности бетона. Но при высокой однородности показателей прочности бетона уже требовалось назначать более низкую прочность, которая была равна или несколько выше требуемой прочности. Например, если за анализируемый предшествующий период на заводе был получен коэффициент вариации прочности Vn=7%, то было достаточно при проектной марке бетона М400, выпускаемой в данный момент (контролируемый период), обеспечить прочность, равную 340 кгс/см2.
В 1980-х годах нормирование бетона по прочности перешло от марок к классам.
В редакции ГОСТ 18105 1986 г. уже указаны классы бетона по прочности и принято, что показатели, которые близки к значению класса, считаются принадлежащими к этому классу. Так, марка бетона М400 примерно соответствует классу бетона В30 (средняя прочность класса 393 кгс/см2 при Vn=13,5%).
В соответствии с требованиями ГОСТ 18105–86, при получении коэффициента вариации прочности за анализируемый (т. е. предшествующий) период производства бетона, например 7%, требуемая средняя прочность класса бетона ВЗО в контролируемый (т. е. текущий) период должна быть равна 32,4 МПа.
Для того чтобы в следующий контролируемый период выпускать бетон с пониженной требуемой прочностью 32,4 МПа, следует разработать состав бетона с обеспечением среднего уровня его прочности, который должен быть выше требуемой всего на 4%. При этом результат по прочности подобранного состава бетона станет известен разработчику лишь через 28 суток.
Указанные 4% — это разрешённая поправка на предполагаемый разброс прочности бетона в серии и/или на возможную ошибку при дозировании составляющих бетонной смеси. Иными словами, стандарт разрешал разрабатывать составы бетона практически на минимально допустимое значение прочности.
Требуемая прочность, согласно этому стандарту, равна минимально допустимому значению фактической прочности бетона в партии, которая вычисляется на основании показателей однородности, полученных на предыдущем этапе процесса производства. Чем выше однородность показателей прочности бетона, тем ближе может быть средняя фактическая (т. е. требуемая) прочность к значению класса. И с такими значениями прочности поставку бетона на объекты строительства стандарт разрешает.
В 2008 г. была подготовлена новая редакция стандарта ГОСТ 18105, где требования к назначению фактической прочности класса не изменились.
Как может влиять на качество бетона монолитных конструкций разрешаемое прежним и только что утверждённым стандартом «вылизывание» всех возможных прочностных запасов бетона на стадии его приготовления? Основное положение ГОСТ 1972 г. говорит о том, что контроль и оценка однородности с применением статистических методов необходимы для достижения постоянства производственного процесса и принятых при расчете величин нормативных сопротивлений. В редакции ГОСТа 2008 г. о постоянстве производственного процесса уже не упоминается, основная цель — обеспечить значения заданного класса бетона по прочности. Например, класс бетона по прочности ВЗО, в зависимости от величины коэффициента вариации, полученного в предшествующий период производства, может быть обеспечен в диапазонах изменения прочности от 32,1 МПа до 42,9 МПа. Оба эти показателя прочности соответствуют значению класса бетона по прочности на сжатие ВЗО, только первый при коэффициенте вариации 7%, второй — 16%.
На предприятии с недостаточно налаженной технологией производства всегда присутствует соблазн указать пониженный коэффициент вариации по результатам заводского контроля прочности, с тем, чтобы подогнать полученную прочность под необходимый класс, согласно требованию заказчика на поставку бетона, при его пониженной фактической и средней прочности. Различные бетоносмесительные узлы могут поставлять на один и тот же объект бетонную смесь, спроектированную на получение прочности в готовой конструкции от 32,1 до 42,9 МПа, и этот бетон будет одного и того же класса по прочности.
Иными словами, при поставке бетонной смеси от нескольких заводов-изготовителей на объект (а это широко распространённая ситуация), величина средней прочности бетона одного и того же класса может существенно различаться. Укладка бетона одного заказанного класса, но с различной средней прочностью приведёт к увеличению разброса прочности бетона в готовой конструкции. Может даже получиться, что проектный класс бетона будет не обеспечен. В реальной практике ощутимые разбросы по прочности в пределах готовой конструкции являются массовым явлением.
Представим, что на объект поставили бетон с одинаковой заводской прочностью 31,2 МПа, что соответствует классу ВЗО при коэффициенте вариации 7%. Бетон уложен в опалубку, укрыт, выдержан в соответствии с правилами производства работ и через 28 суток, будучи проверен не-разрушающими методами, показывает прочность- как раз те самые 31,2 МПа, что были заданы на заводе. Согласно п. 7.4 того же ГОСТ 18105, для того чтобы определить условный класс, эту величину необходимо умножить на 0,8, следовательно, в конструкции условный класс бетона по прочности на сжатие будет равен не ВЗО, а В25, т. е. ниже проектного. Таким образом, минимизация требований по прочности приводит при определённых условиях к необеспечению проектного класса бетона в конструкции.
Выход видится в изменении требований ГОСТ 53231, а именно в том, чтобы изложить требования в стандарте в следующей редакции: состав бетона следует производить с обеспечением средней прочности класса, принятой из предположения, что коэффициент вариации равен 13,5% плюс запас в 10%. Этот подход позволяет быть уверенным в том, что требования к бетону по прочности будут обеспечены после доставки бетонной смеси на стройплощадку. Имеется в виду, что укладка, уплотнение и уход за бетоном в процессе набора прочности даёт дополнительный разброс по прочности бетона в конструкции. Зарубежный опыт монолитного строительства, существующая нормативная база подтверждает целесообразность такого подхода.
Есть ряд бетонно-смесительных узлов, которые уже сегодня выпускают бетон с обеспечением средней прочности класса, исходя из предположения, что коэффициент вариации Vn=13,5%. На объект строительства поставляется бетон с несколько завышенными показателями относительно требуемой прочности, но с большей вероятностью обеспечения проектных характеристик. По этому пути идут БСУ, поставляющие бетон на объекты транспортного строительства. По распоряжению Мостовой инспекции и центральной лаборатории «Мостотреста» номинальный состав бетона разрабатывается на среднюю прочность класса при Vn=13,5% и еще дополнительно 10%. При таком подходе обеспечивается средняя прочность в пределах средней прочности класса при Vn=13,5% и более высокая однородность бетона при всех равных условиях.
Теперь рассмотрим контроль качества бетона сборных конструкций. На ныне действующих предприятиях ЖБИ и ДСК при приемке партии готовых изделий ведется контроль прочности двух видов: при передаче напряжения с упоров форм или стендов на бетон (передаточная прочность) и отпуске продукции потребителю (отпускная прочность). Предприятие при всех условиях должно гарантировать достижение бетоном проектной прочности в возрасте 28 суток.
ГОСТ 1972 г. содержит таблицу 3, где указано, что следует снижать отпускную проектную прочность на 1 5%, если коэффициент вариации не превышает 5%, при испытании одной серии из 6 опытных образцов.
В аналогичном ГОСТе 1980 г. указано, что снижение отпускной или передаточной прочности ниже проектной допустимо, если ведется проверка выполнения технологических требований. В правилах приемки готовой продукции сказано, что если фактическая средняя прочность не ниже требуемой, т. е. если коэффициент вариации в партии равен 5% и ниже, то разрешается, в зависимости от количества испытанных образцов, снижение отпускной и передаточной прочности, соответственно, на 8–18%.
ГОСТ 1986 г. повторяет версию предыдущих стандартов, но дана таблица (приложение 4, справочное), согласно которой в зависимости от нормируемой величины отпускной прочности, от группы цементов по эффективности пропаривания, продолжительности тепловой обработки необходимо назначить отпускную прочность, увеличенную до 45%. В примечании к этой таблице указано, что следует применять следующие технологические приемы: удлинить цикл тепловой обработки, применять добавки-ускорители твердения или применять цементы только I группы эффективности при пропаривании. Все эти предложения практически невыполнимые. И в этом же стандарте, с другой стороны, предлагается при высокой однородности по прочности снижать отпускную или передаточную прочность.
Наконец, в упоминаемом выше ГОСТ 2008 г. «Бетоны. Правила контроля прочности» указаны такие же подходы к назначению отпускной или передаточной прочности. Все эти приёмы, направленные на экономию цемента, ведут к тому, что в конструкции на стадии строительства закладывается пониженный эксплуатационный ресурс. И не случайно обследование и разработка рекомендаций по усилению железобетонных конструкций как монолитных, так и сборных составляют сегодня весомую долю в объеме работ различных проектных и исследовательских организаций.
На основании вышеизложенного для повышения качества бетона конструкций, в первую очередь — показателей качества по прочности, необходимо пересмотреть уровень требований обеспечения прочности как отпускной и передаточной, так и проектной (соответственно классу бетона по прочности).
Анализ методов по определению прочности и назначению рабочего (номинального) состава в зависимости от уровня по лученной однородности по ГОСТ 18105 выпуска 1972, 1980, 1986 и 2008 гг. показывает, что следует разработать другие подходы по назначению рабочего (номинального) состава, а также уровня прочности при назначении отпускной, передаточной и проектной прочности в сборном железобетоне и бетоне, изготовленном из готовых бетонных смесей.
В сборном железобетоне отпускную, передаточную и проектную прочность следует обеспечивать на уровне проектных требований или выше вне зависимости от показателей однородности бетона по прочности, полученной за анализируемый период.
При производстве готовых бетонных смесей (товарного бетона) для монолитных конструкций необходимо в стандарте установить уровень средней прочности и поддерживать ее вне зависимости от показателя однородности бетона по прочности, полученного в анализируемом периоде. Кроме того, следует строго выдерживать правила ухода за бетоном после его укладки.
На заводах сборного железобетона и на бетонно-смесительных узлах контроль прочности с определением однородности бетона по прочности следует проводить с целью оценки стабильности показателей выпускаемой продукции.
Только при комплексном подходе к изготовлению бетона, начиная с процедур контроля его прочности и заканчивая соблюдением правил ухода за бетоном в готовой конструкции, можно рассчитывать на обеспечение надлежащего качества железобетонных конструкций.
Журнал "Технологии бетонов", №5, 2009.
Все публикации
Архив по годам: 2006; 2008; 2013; 2015; 2016; 2018; 2019; 2020; 2021; 2022; 2023;
