Контроль качества высокопрочных бетонов классов В60 и В90 при возведении монолитных конструкций Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 666.972.55

А.В. ШЕЙНФЕЛЬД, канд. техн. наук; Ю.А. КИСЕЛЕВА, Л.В. ПУТЫРСКАЯ, инженеры, НИИЖБ им. А.А. Гвоздева (Москва)

Контроль качества высокопрочных бетонов классов В60 и В90 при возведении монолитных конструкций

Использование высокопрочных бетонов классов В60 и В90 при строительстве подземной части высотного комплекса на уч. № 15 ММДЦ Москва-Сити, а также отсутствие надежной приборной базы и апробированных методик, позволяющих определять прочность бетона классов выше В60 в конструкциях неразрушающими методами, поставило задачу уточнить существующие методы контроля качества высокопрочного бетона монолитных конструкций в процессе их возведения.

Высотный комплекс административных зданий законодательной и исполнительной власти г. Москвы на уч. № 15 ММДЦ Москва-Сити представляет собой 78-этажное сооружение общей высотой 330,8 м.

Железобетонный каркас 6-этажной подземной части здания, имеющий в плане размеры 97,1x97,1 м и высоту 18 м, в соответствии с проектом, разработанным ЗАО «Курортпроект», включает следующие конструкции из высокопрочных бетонов (рис. 1 и 2):

— колонны сечением от 1,5x1,5 до 2x2,5 м, Г-образ-ные пилоны и стены центрального ядра толщиной 0,6—1 м, а также отдельные участки прижимной стены из бетона класса В90 общим объемом около 10 тыс. м3;

— плиты перекрытия толщиной 0,3 м, колонны сечением от 0,6x0,6 до 0,9x0,9 м, стены лестниц и лифтов вне пределов ядра, а также стены пандусов и отдельные участки прижимных стен и из бетона класса В60 общим объемом около 16,5 тыс. м3. Возведение подземной части высотного комплекса в

период с 19.02.2009 г. по 26.02.2010 г. осуществлялось корпорацией «МонАрх» в соответствии с технологическим регламентом, разработанным НИИЖБ.

При бетонировании густоармированных колонн, пилонов и стен центрального ядра применялась самоуплотняющаяся бетонная смесь марки БСТ В90 П5 ГОСТ 7473—2010 с расплывом конуса 60—70 см на основе комплексного органоминерального модификатора

марки МБ10-30С, а при бетонировании других конструкций применялись высокоподвижные смеси марки БСТ В60 П5 ГОСТ 7473-2010 с осадкой конуса 22-24 см на основе комплексных органоминеральных модификаторов марок МБ10-50С и ЭМБЭЛИТ 8-100 [1].

Поставка бетонных смесей осуществлялась заводами ООО «Стройпроект», ЗАО «Ингеокомпром», ООО «СУ-24» и ООО «БМГ-Трейд».

В процессе научно-технического сопровождения строительства НИИЖБ, институтом ОАО НИЦ «Строительство» совместно с НИИСФ РААСН были разработаны уточнения и дополнения стандартных методов испытаний для высокопрочных бетонов по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия»; ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам»; ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля»; ГОСТ 28570-90 «Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкции» и ГОСТ Р 53231-2008 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности», а также создана система контроля качества высокопрочного бетона монолитных конструкций в процессе их возведения.

Принцип системы приемочного контроля заключался в комплексном применении нескольких видов и методов испытаний, которые составляли три уровня контроля качества высокопрочного бетона.

На первом уровне производились контроль и оценка косвенных характеристик бетонов по нескольким технологическим параметрам бетонных смесей, что позволяло осуществлять предварительную отбраковку смесей до укладки в конструкции и оперативно корректировать их состав с учетом используемых на данный момент материалов и погодных условий.

На втором уровне контролировались заданные регламентом параметры производства бетонных работ и вы-

Рис. 1. Общий план участка № 15 ММДЦ Москва-Сити

Рис. 2. Конструкции колонн и перекрытий

rj научно-технический и производственный журнал

М ® январь 2012

Таблица 3

Таблица 1

Марка бетонной смеси Объем бетонной смеси, тыс. м3 Количество партий, шт. Характеристики бетонных смесей Объем бетонной смеси, не удовлетворяющий требованиям регламента, м3 / %

Подвижность, см Средняя плотность, кг/м3 Температура, оС

БСТ В60 П5 16,513 464 21-26 2370-2420 8-20 102 / 0,6

БСТ В90 П5 9,955 294 60-69 2425-2480 8-21 96 / 1

Примечание. Приведены характеристики бетонных смесей, уложенных в конструкции.

Таблица 2

Марка бетонной смеси Объем бетонной смеси, тыс. м3 Кол-во партий, шт. Характеристики бетона в партиях Количество партий с прочностью бетона, менее требуемой для данного класса, шт. / %

Средняя прочность при сжатии, МПа в возрасте, сут Однородность (коэффициент вариации), %

7 28 90

БСТ В60 П5 16,513 464 67,8 83,5 - 5,6-9,7 2 / 0,4

БСТ В90 П5 9,955 294 85,4 97,1 103,8 4,7-5,8 11 / 3,7

Марка бетонной смеси Объем бетонной 3 смеси, тыс. м3 Кол-во конструкций, шт. Характеристики бетона в конструкциях Количество конструкций, имеющих фактический класс ниже проектного, шт. / %

Средняя прочность при сжатии, МПа в возрасте, сут Однородность (коэффициент вариации), %

28 90

БСТ В60 П5 16,513 342 79,8 - 4,5-9,7 2 / 0,6

БСТ В90 П5 9,955 497 - 102,6 2,4-10,2 13 / 2,6

держивания конструкций, а также определялась прочность бетона в партиях и группах конструкций по контрольным образцам, изготовленным на строительной площадке, что позволяло оценивать качество бетона, поступающего на стройплощадку, и выделить конструкции, которые требуют дополнительного внимания при неразрушающем контроле.

На третьем уровне осуществлялось определение прочности бетона в конструкциях механическими методами неразрушающего контроля с их привязкой к фактической прочности бетона, определенной по образцам-кернам, что позволяло с учетом достигнутой ее однородности оценить соответствие фактического класса бетона требованиям проекта.

Для выполнения работ по контролю качества бетона на строительной площадке НИИЖБ совместно с концерном «МонАрх» была организована строительная лаборатория площадью более 50 м2 с размещением современного оборудования, отделения по изготовлению и хранению контрольных образцов и камеральных помещений с круглосуточным режимом работы.

Рассмотрим более детально каждый уровень системы контроля качества, а также методы испытаний, которые связаны со спецификой высокопрочных бетонов и обоснованы накопленным опытом их производства и результатов испытаний.

Контроль качества бетонной смеси Контроль, оценку качества и приемку бетонных смесей осуществляли партиями объемом не более 120 м3 в соответствии с ГОСТ 7473-2010 и ГОСТ 10181-90. Отбор проб бетонной смеси осуществляли из автобето-

носмесителей (АБС) после интенсивного перемешивания загруженной в него смеси в течение не менее 5 мин. Каждая партия бетонной смеси сопровождалась данными о фактическом составе бетонной смеси (компьютерной распечаткой фактического количества загруженных в АБС материалов) и проверялась по обязательным показателям - подвижности и средней плотности, а при необходимости по дополнительным показателям - пористости, расслаиваемости и температуре.

Контроль характеристик бетонных смесей осуществлялся со следующей периодичностью:

— все заданные показатели качества определялись на пробе из первого в партии АБС;

— на пробах, отобранных из последующих четырех АБС, определялись подвижность (осадка или рас-плыв конуса) и средняя плотность;

— при стабилизации указанных параметров на заданном уровне в дальнейшем из каждого десятого АБС осуществлялся контроль подвижности бетонной смеси. Результаты контроля качества бетонных смесей приведены в табл. 1.

Контроль производства бетонных работ и прочности бетона в партиях и группах конструкций Контроль качества бетонных работ осуществлялся круглосуточно в соответствии с условиями, оговоренными в технологическом регламенте на стадиях подготовительных работ и бетонирования конструкций, а также в процессе твердения бетона и выдерживания конструкций в заданном температурном режиме.

Определение и оценка прочности бетона в партиях и группах конструкций по контрольным образцам

8

научно-технический и производственный журнал

январь 2012

40

30

20

10

0 30

20

10

0 30

20

10

0

В проектном возрасте 90 сут

о 40,6

-a S

I a

cd > шю о си

> н 17,1

J_I_I_L

8,7

65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120

65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120

В промежуточном возрасте 7 сут 22,4

15 18,6 15,3

- 10,1 6,7 7,7

2,95 0,85 =0^

65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120

35

60

65

30 45 50 55

Показания прибора SilverSchmidt (Q) № Sh01-001-0545 Рис. 4. Градуировочная зависимость прочности бетона проектного класса В90 от показаний прибора неразрушающего контроля Silver Schmidt Type N

1,2

et ^

1,1

-& га

"n 3

r 0,9

Прочность бетона р паптиау МПа

Рис. 3. Прочность бетона проектного класса В90 в 294 партиях и группах конструкций по контрольным образцам

осуществлялись в соответствии с ГОСТ 10180—90 и ГОСТ Р 53231—2008.

Пробы бетонной смеси, из которых изготавливали серии контрольных образцов для определения прочности бетона, отбирались из первого АБС и из второй половины партии. При этом количество контрольных образцов в серии принимали не менее 4 шт. — для определения прочности в проектном возрасте и не менее 2 шт. — в промежуточном или более позднем возрасте.

В связи с тем, что обеспечить соответствие температурно-влажностных условий твердения контрольных образцов-кубов размерами 10x10x10 см и бетона в массивных конструкциях было невозможно, контрольные образцы твердели в нормальных условиях — при температуре (20±3)оС и относительной влажности воздуха (95±5)%.

Для изготовления контрольных образцов бетона проектного класса В90 использовали неразборные пластиковые формы, так как при применении металлических сборно-разборных форм значение внутрисе-рийного коэффициента вариации увеличивалось в 1,5—1,7 раза.

Определение прочности бетона контрольных образцов осуществлялось на прессе «АLFA 3000» с максимальной разрушающей нагрузкой 300 тн, опорная плита которого имела марку по твердости по Роквеллу 55 HRC и была размечена при помощи специального оборудования, а устройство ограничителей разметки не использовалось.

Результаты контроля прочности бетона по контрольным образцам приведены в табл. 2.

о 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Номер партии бетона (n) 1,03 - среднее значение масштабного коэффициента 1 - значение масштабного коэффициента для расчета прочности бетона

Рис. 5. Результаты экспериментального определения масштабного коэффициента а для образцов-цилиндров диаметром 74±2 мм

Обобщенные данные о прочности бетона в 294 партиях и группах конструкций, выполненных из бетонной смеси марки БСТ В90 П5 ГОСТ 7473-2010, в промежуточном (7 и 28 сут) и проектном (90 сут) возрасте, а также их вероятностная оценка представлены на рис. 3.

Контроль прочности бетона в конструкциях

Определение прочности бетона в конструкциях осуществляли механическим методом неразрушающего контроля (ударного импульса) по ГОСТ 22690-88 с учетом следующих уточнений и дополнений:

1. Использовался прибор неразрушающего контроля марки Silver Schmidt Type N Швейцарской фирмы Proceq SA с высокой энергией удара (2,2 Дж) и рабочим диапазоном измерений прочности бетона от 10 до 170 МПа.

2. Построение градуировочной зависимости между показаниями прибора неразрушающего контроля (Q) и фактической прочностью бетона осуществлялось путем сопоставления данных испытаний одних и тех же 236 участков конструкций в возрасте более 90 сут неразрушающим методом ударного импульса и по образцам-цилиндрам, изготовленным из кернов, выбуренных из конструкций по ГОСТ 28570-90, что позволяло учитывать изменение прочности бетона по глубине конструкции.

Полученная градуировочная зависимость (рис. 4) прочности бетона (R) проектного класса В90 от показаний (Q) прибора Silver Schmidt Type N была представлена в виде линейного уравнения R = 2,01Q—10,86 и имела коэффициент корреляции r = 0,76 (более 0,7) и погрешность определения прочности бетона S-j/Rj, = 5,9% (менее 15%), что допускает ее применение согласно ГОСТ 22690-88.

28,8

1,13

1,10

1,06

1,03

1,06

,04

1,04

1,03

1,03 1,03

1 1,01 1

1,01

0,98

rj научно-технический и производственный журнал

М ® январь 2012

В80 В85 В90 В95 В100 В105 В110 В115 В120 В125 Фактический класс бетона в конструкциях

Рис. 6. Фактический класс бетона в 497 конструкциях, выполненных из бетонной смеси БСТ В90 П5 ГОСТ 7473-2010, по данным неразрушаю-щего контроля

3. Определение прочности бетона по образцам, отобранным из конструкций по ГОСТ 28570-90, осуществлялось на каждом участке по трем образцам-цилиндрам диаметром 74±2 мм и высотой 70-80 мм, имеющим отклонения от плоскости шлифованных опорных поверхностей не более 0,1% диаметра. Испытание образцов с нешлифованными опорными поверхностями, имеющих более значительные отклонения от плоскостности, приводило к снижению прочности бетона на 20-39%.

4. Масштабный коэффициент а, учитывающий размер поперечного сечения образцов, определяли экспериментальным путем по результатам сравнительных испытаний 135 образцов-цилиндров диаметром 94±2 и 74±2 мм, выбуренных из контрольных образцов размерами 15x15x15 см, изготовленных из 15 партий бетонных смесей, и принимали равным единице (рис. 5).

Результаты контроля прочности бетона в конструкциях неразрушающим механическим методом ударного импульса приведены в табл. 3.

Обобщенные данные о фактическом классе бетона в 497 конструкциях, выполненных из бетонной смеси марки БСТ В90 П5 ГОСТ 7473-2010, в проектном возрасте 90 сут, а также их вероятностная оценка представлены на рис. 6.

Заключения о прочности и фактическом классе бетона в конструкциях, их соответствие требованиям проекта, а также методы и материалы для восстановления отдельных конструкций составлялись на основании анализа результатов комплексных испытаний на всех трех уровнях контроля качества высокопрочного бетона в процессе возведения монолитных конструкций.

Результаты контроля качества 758 партий бетонных смесей общим объемом 26,468 тыс. м3 и 839 конструкций из высокопрочных бетонов классов В60 и В90 при возведении подземной части высотного комплекса административных зданий показали, что использование многоуровневого контроля позволило:

1. Осуществить предварительную отбраковку около 1% бетонных смесей до их укладки в конструкции и оперативно корректировать процесс производства бетонных смесей с учетом качества используемых на данный момент материалов и погодных условий.

2. Оценивать качество бетона, поступающего на стройплощадку, а также выделить около 2% партий конструкций, которые требуют дополнительного внимания при неразрушающем контроле.

3. Определить соответствие фактического класса бетона конструкций требованиям проекта с учетом достигнутой ее однородности и выявить около 2% конструкций, требующих оценки авторов проекта.

Выводы

1. Разработана система контроля высокопрочных бетонов в процессе возведения монолитных конструкций, которая гарантирует получение объективных данных о фактических характеристиках качества бетона и дает достоверную оценку их соответствия требованиям проекта.

2. Определены приборы и апробированы методики, позволяющие контролировать качество бетонов классов В60-В90 в монолитных конструкциях.

3. Выпущен стандарт предприятия СТО 36554501-011-2008 «Контроль качества высокопрочных тяжелых и мелкозернистых бетонов в процессе возведения монолитных конструкций», в котором отражены уточнения и дополнения к требованиям ГОСТ 7473-2010, ГОСТ 10180-90, ГОСТ 22690-88, ГОСТ 28570-90, ГОСТ 18105-86 и ГОСТ Р 53231-2008, связанные со спецификой высокопрочных бетонов и обоснованные накопленным опытом их производства и испытаний.

Ключевые слова: высокопрочный бетон, контроль качества, конструкции, монолитный бетон.

Список литературы

1. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И. и др. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях // Строительные материалы. № 3. 2008. С. 9-13.

научно-технический и производственный журнал 10 январь 2012 М *