CC BY
23Materials and technologies
УДК 691.328.1
А.А. ДАВИДЮК1,2, канд. техн. наук, генеральный директор (ktb@ktbbeton.com);
И.М. РУМЯНЦЕВ1,2, магистр, зав. центром технического обследования зданий и сооружений
1 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, Москва, Ярославское ш., 26)
2 Конструкторско-технологическое бюро бетона и железобетона» (АО «КТБ ЖБ») (109428, Москва, 2-я Институтская ул., 6, стр. 15А)
Контроль прочности конструкций из высокопрочного бетона на стадии эксплуатации высотных зданий
Проанализированы различные методы определения прочности бетона применительно к несущим конструкциям высотных зданий из высокопрочного бетона в процессе эксплуатации. Показано, что такие особенности высокопрочного бетона, как высокий модуль упругости и хрупкость, обусловленные повышенной экзотермией и трещинообразованием, не позволяют надежно контролировать их качество и надежность путем использования отдельных методов испытаний. Многие нормативные методы испытания бетона были сформированы в период массового применения в строительстве сборного железобетона, когда контроль качества проводился в основном в заводских условиях. Методы неразрушающего контроля требуют построения градуировочных зависимостей. Для высокопрочных бетонов предложено проводить контроль и определение прочности путем комбинирования разрушающих и неразрушающих методов с комплексным анализом прямых испытаний кернов или контрольных образцов и результатов неразрушающих методов контроля.
Ключевые слова: железобетонные конструкции, высокопрочный бетон, неразрушающий контроль прочности, градуировочная зависимость, контроль прочности по образцам.
Для цитирования: Давидюк А.А., Румянцев И.М. Контроль прочности конструкций из высокопрочного бетона на стадии эксплуатации высотных зданий // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 63-66.
A.A. DAVIDYUK1,2, Candidate of Sciences (Engineering), General Director (ktb@ktbbeton.com): I.M. RUMAYANTSEV1,2, Master, Head of the Center for Technical Inspection of Buildings and Structures
1 National Research Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoye Highway, 129337, Moscow, Russian Federation)
2 Design-Technological Bureau of Concrete and Reinforced Concrete (JSC «KTB RC» (6, str. 15A, 2nd Institutskaya Street,109428, Moscow, Russian Federation)
Strength Control of Structures Made of High-Strength Concrete at the Stage of Operation of High-Rise Buildings
Various methods for evaluating the strength of concrete are analyzed in relation to bearing structures of high-rise buildings made of high-strength concrete in the operation process. It is shown that such peculiarities of high-strength concrete as a high modulus of elasticity and fragility due to increased heat of hardening and cracking do not make it possible to reliably control their quality and reliability by means of using some testing methods. Many normative methods of concrete testing were formed in the period of mass application of prefabricated reinforced concrete in construction when the quality control was performed mainly under the factory conditions. Non-destructive methods require the construction of calibration dependences. For high-strength concrete, it is proposed to exercise control and determination of the strength by means of combination of destructive and non-destructive methods with a complex analysis of direct tests of cores or control samples and the results of non-destructive methods of control.
Keywords: reinforced concrete structures, high-strength concrete, non-destructive method of strength control, calibration dependence, strength control by samples.
For citation: Davidyuk A.A., Rumayantsev I.M. Strength control of structures made of high-strength concrete at the stage of operation of high-rise buildings. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 1-2, pp. 63-66. (In Russian).
С наступлением XXI в. многократно увеличился спрос на строительство высотных зданий с несущим каркасом из монолитного высокопрочного бетона. Для восприятия высоких значений внутренних усилий в несущих конструкциях от нагрузок, связанных с высокой этажностью зданий, возведение несущих монолитных железобетонных конструкций производится с применением высокопрочных бетонов — бетонов классов прочности В60 и выше (В80, В90). Традиционно для производства таких бетонов применяют вяжущее на основе портландцементного клинкера. Наиболее масштабным и значимым объектом, где высокопрочный бетон получил широкое применение, является Московский международный деловой центр «Москва-Сити» (ММДЦ «Москва-Сити»), строительство которого было начато в 1998 г., завершение планируется на 2020 г. Основные здания комплекса были построены в 2004—2017 гг., вследствие чего опыт контроля качества применяемого высокопрочного бетона составляет немногим более десяти лет, а в условиях эксплуатации объектов еще меньше. Особенности высокопрочного бетона несущих конструкций в условиях реальной эксплуатации высотных зданий постоянно исследуются ученными и специалистами всего мира, вносятся дополнения и корректировки в нормативные и методические документы. В процессе
эксплуатации зданий проявляется отличительный характер поведения высокопрочных бетонов, который связан не только с особенностями их состава, но и с качеством проведения строительных работ и условиями эксплуатации. Дополнительные требования по контролю прочности высокопрочного бетона описаны в ГОСТ 31914—2012 «Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций. Правила контроля и оценки качества», но с учетом особенностей контроля прочности при эксплуатации, а также практикой технического обследования зданий с применением высокопрочного бетона оптимизировать методику проведения испытаний по контролю прочности высокопрочного бетона при эксплуатации.
Бетоны массового применения (класс прочности до В60) и высокопрочные бетоны и конструкции из них обладают рядом существенных различий, которые следует учитывать при контроле качества. Например, высокий модуль упругости и хрупкость делают высокопрочные бетоны чувствительными к точности выполнения процедур и оснастке при выполнении испытаний прямыми методами контроля прочности бетона (отрыв со скалыванием). Однако необходимые в этом случае ограничения ряда предусмотренных стандартами допусков, которые приемлемы для испытаний обычных бетонов, не обеспе-
j'^J ®
январь/февраль 2018
63
Оптимальные сочетания методов испытаний, обеспечивших корректную градуировку [1]
Проектный класс бетонов Методы испытаний
косвенные прямые
В60 - ударного импульса с применением склерометров с энергией удара не менее 0,2 Дж - испытания контрольных образцов - отрыва со скалыванием - испытания кернов из конструкций
В80-В90 - ударного импульса с применением склерометров с энергией удара более 2 Дж - испытания кернов из конструкций
чивают объективности информации о фактическом качестве высокопрочных.
Повышенная экзотермия и связанный с ней градиент температуры в теле конструкций, на которые накладывается усадка (собственная и от обезвоживания), в значительной степени влияют на термонапряженное состояние бетона, трещиностойкость и прочность в разных зонах конструкций. Кроме того, в реальных условиях степень уплотнения бетонной смеси несколько ниже, чем в контрольных образцах, что обусловлено повышенным содержанием арматуры и характером армирования конструкций, которые затрудняют укладку бетонных смесей. В связи с этим фактическая прочность бетона в конструкциях может быть ниже прочности контрольных образцов, а прочность, определенная в поверхностных зонах конструкций, ниже прочности в глубинных зонах [1]. Известны случаи занижения прочности высокопрочного бетона до двух раз при контроле качества неразрушающими методами (отрыв со скалыванием) специалистами некоторых московских строительных лабораторий, работавших по стандартным методикам и с применением традиционного оборудования типа «Оникс» или «ПОС».
Рассмотрим контроль качества высокопрочного бетона конструкций в период эксплуатации здания при возрасте бетона более года. При градуировке приборов неразрушающего контроля в случае оценки прочности эксплуатируемых бетонных и железобетонных конструкций следует учитывать влияние влажности и возраста бетона, степень агрессивности среды. Градуировку приборов неразрушающего контроля целесообразно проводить по образцам, отобранным из конструкций в реперных точках с максимальными, промежуточными и минимальными показателями прочности бетона по результатам предварительной оценки [2].
Методы контроля и оценки прочности бетона, описанные в ГОСТ 18105—2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности» и ГОСТ 22690 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразру-шающего контроля», были сформированы в период доминирования в строительстве сборного железобетона и в основном сводились к функциям внутризаводского контроля качества железобетонных изделий [3]. При переходе к массовому монолитному домостроению возникли дополнительные сложности в адаптации методов и средств неразрушающего контроля прочности бетона [4]. При обследовании эксплуатируемых железобетонных конструкций задача определения прочности еще более усложняется. Во-первых, физико-механические и структурные характеристики исследуемых бетонов могут быть неизвестны, следовательно, невозможно градуировать приборы неразрушающего контроля. Во-вторых, трудно оценить влияние условий испытаний на показания приборов неразрушающего контроля. В-третьих, на результаты неразрушающего контроля прочности влияет изменение структурных характеристик бетона в процессе его длительной эксплуатации [2].
В настоящее время градуировку приборов неразру-шающего контроля косвенными методами принято вы-
полнять с использованием метода местных разрушений, к которым относятся отрыв со скалыванием и скалывание ребра. Однако поскольку эти методы фиксируют усилие разрушения поверхностного слоя конструкции, то фактически определяют предел прочности бетона на растяжение, а связь между пределом прочности на сжатие и растяжение весьма дискуссионная, их нельзя признать достаточно надежными.
Очевидно, что если обратиться к методу определения прочности бетона по ГОСТ 28570—90 «Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций» [5], то помимо традиционных физико-механических свойств бетона, таких как предел прочности при сжатии и растяжении, плотность и модуль упругости, можно получить информацию о виде, фракционном составе и раздвижке зерен крупного заполнителя, поровой структуре, наличии низкомодульных включений и новообразований, связанных со спецификой действия эксплуатационной среды. Поскольку неразрушающие методы контроля основаны на косвенных корреляционных зависимостях прочности бетона от плотности и твердости, а также от скорости ультразвукового импульса, то очевидно, что при изменении условий испытания могут изменяться и эти зависимости. Одним из наиболее распространенных изменяющихся факторов условий испытания является влажность бетона [6].
Система контроля качества высокопрочных бетонов отрабатывалась с 2005 г. в процессе возведения монолитных конструкций на строительстве высотных сооружений ММДЦ «Москва-Сити». Было выявлено, что высокопрочные бетоны обладают повышенным трещино-образованием за счет усадочных трещин, обусловленных повышенной экзотермией на фоне усадки собственной и обезвоживания. Это также ограничивает применение методов контроля и определения прочности бетона, поскольку затруднительно выбрать участок без трещин необходимого размера для конкретного метода измерений. Также особенности высокопрочного бетона приводят к тому, что фактическая прочность бетона может быть ниже прочности контрольных образцов, изготовленных в процессе возведения конструкций, а прочность, определенная неразрушающими методами в поверхностных зонах конструкций, может быть ниже прочности в глубинных зонах.
Таким образом, для получения достоверных результатов контроля и определения прочности высокопрочного бетона необходимо комплексное использование разрушающих и неразрушающих методов (см. таблицу). Принцип заключается в следующем: с каждой контролируемой конструкции собираются данные испытаний бетона на прочность косвенными неразру-шающими методами, которые сопоставляются путем построения градуировочных зависимостей с результатами прямых испытаний кернов, отобранных из конструкций, или контрольных образцов, сформованных при входном контроле качества бетона при условии сохранения таковых данных, или методом отрыва со скалыванием. Определение прочности тяжелых бетонов проектных классов В60 и выше или при средней
• Основано в 1962 году в составе НИИЖБ им. А.А. Гвоздева
• Одна из основных организаций Стройкомплекса г. Москвы и России
• 150 человек квалифицированного персонала, среди которых доктора и кандидаты наук
• Сотрудники организации являются разработчиками основополагающих нормативных документов в строительстве
♦ Комплексное проектирование и обследование зданий и сооружений
♦ Лабораторный контроль качества бетонных и сварочных работ в строительстве
♦ Негосударственная экспертиза и аудит проектной документации
♦ Выполнение конструкторских расчетов любой сложности, в том числе расчетов на прогрессирующее обрушение
♦ Инженерно-геодезические изыскания и мониторинг зданий и сооружений
♦ Инженерно-геологические изыскания и лабораторные испытания грунтов основания
♦ Строительно-монтажные работы любой сложности
♦ Реконструкция, усиление и капитальный ремонт строительных конструкций, в том числе с применением композитных материалов
♦ Сертификация строительной продукции
♦ Генподряд
В состав АО «КТБ ЖБ» входит испытательная лаборатория с сертификатом соответствия требованиям ГОСТ Р ИСО/МЭК17025—2009 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий», свидетельством об аттестации испытательной лаборатории. Испытательная лаборатория имеет собственную обширную инструментальную базу, квалифицированный состав, обширный опыт работы в Московском регионе, в том числе на уникальных объектах. Индивидуальный подход к каждому заказчику позволяет оказывать услуги на должном уровне. Стоимость работ рассчитывается по РД 15.01.17 «Сборник расценок на основные виды работ, осуществляемых при научно-техническом сопровождении строительства». Общая стоимость работ при комплексном подходе к объекту — от 40р. за 1 м3 бетона.
Адрес: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6, корп. 15А Тел.: (495) 286-70-01; факс: (499) 171-64-10 E-mail: ktb@ktbbeton.com Сайт: www.ktbbeton.com
прочности бетона при сжатии Rm > 70МПа в монолитных конструкциях необходимо проводить с учетом положений ГОСТ 31914—2012 «Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций. Правила контроля и оценки качества», согласно которым оценку возможности применения установленных градуировочных зависимостей проводят по двум показателям: коэффициенту корреляции и погрешности определения прочности бетона. Допускается использование установленных градуировочных зависимостей для определения прочности бетона в конструкциях при значении коэффициента корреляции не менее
0.7.и величине погрешности определения прочности бетона не более 15% [1]. Коэффициент корреляции и погрешность определения прочности бетона установленной градуировочной зависимости определяют по подразделу 6.5 ГОСТ 18105—2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности».
При определении прочности бетонов по кернам, отобранным из конструкций, рекомендуется применять керны диаметром не менее 70 мм со шлифованными опорными поверхностями и масштабным коэффициентом
Список литературы
1. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В, Киселева Ю.А. Особенности системы контроля качества высокопрочных бетонов // Строительные материалы. 2012. № 2. С. 63-67.
2. Несветаев Г.В., Коллеганов А.В., Коллеганов Н.А. Особенности неразрушающего контроля прочности бетона эксплуатируемых железобетонных конструкций // Интернет-журнал Науковедение. 2017. Т. 9. № 2. https://naukovedenie.ru/PDF/ 14TVN217.pdf
3. Лифанов И.С., Шерстюков Н.Г. Метрология, средства и методы контроля качества в строительстве. М.: Стройиздат, 1979. 223 с.
4. Коревицкая М.Г. Безопасность зданий и сооружений из монолитного железобетона // Строительная инженерия. 2005. № 1. С. 63-65.
5. ГОСТ 22690-2015. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. М.: Стандартинформ, 2016. 23 с.
6. Несветаев Г.В., Коллеганов А.В., Ивлев Л.Н. Перспективы использования метода ультразвукового прозвучивания при обследовании и проектировании усиления железобетонных конструкций // Безопасность труда в промышленности. 2008. № 2. С. 62-66.
7. ГОСТ 31914-2012. Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций. М.: Стандартинформ, 2014. 15 с.
а=1, так как использование кернов меньшего диаметра и с меньшим значением масштабного фактора приводит к большим погрешностям полученных результатов [7].
Выводы.
1. Высокопрочные бетоны и конструкции из них обладают рядом специфических особенностей: высокий модуль упругости и хрупкость, повышенная экзотер-мия, усадка (собственная и от обезвоживания), повышенное содержание арматуры и характер армирования конструкций.
2. Контроль и определение прочности высокопрочного бетона необходимо производить путем комплексного использования разрушающих и неразрушающих методов.
3. При измерении прочности железобетонных конструкций после длительной эксплуатации градуировку приборов неразрушающего контроля целесообразно проводить по образцам, отобранным из конструкций в реперных точках с максимальными, промежуточными и минимальными показателями прочности бетона по результатам предварительной оценки.
References
1. Kaprielov S.S. Features of a quality control system high-strength concrete. Stroitel'nye Materialy. [Construction Materials]. 2012. No. 2, pp. 63-67. (In Russian).
2. Nesvetaev G.V., Kolleganov A.V., Kolleganov N.A. Features non-destructive control of concrete strength the exploited concrete structures. Internet journal Nauko-vedenie. 2017. Vol. 9, No. 2. https://naukovedenie.ru/ PDF/14TVN217.pdf (In Russian).
3. Lifanov I.S., Sherstyukov N.G. Metrologiya, sredstva i metody kontrolya kachestva v stroitel'stve [Metrology, means and methods of quality control in construction]. Moscow: Stroyizdat. 1979. 223 p.
4. Korevitskaya M.G. Safety of buildings and structures of reinforced concrete. Stroitel'naya inzheneriya. 2005. No. 1, pp. 63-65. (In Russian).
5. GOST 22690-2015. Betony. Opredelenie prochnosti mekhanicheskimi metodami nerazrushayushchego kon-trolya [The concretes. Determination of strength by mechanical methods of nondestructive testing]. Moscow: Standartinform. 2016. 23 p. (In Russian).
6. Nesvetaev G.V., Kolleganov A.V., Ivlev L.N. Prospects for the use of the method of ultrasonic testing for inspection and design strengthening of reinforced concrete structures. Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2008. No. 2, pp. 62-66. (In Russian).
7. GOST 31914-2012. Betony vysokoprochnye tyazhelye i melkozernistye dlya monolitnykh konstruktsii. [High strength concrete is heavy and fine-grained to monolithic structures]. Moscow: Standartinform. 2014. 23 p.
ПЛППМЛ1/А и О О Л с I/ т о п IJIJIJ 1.П О С О ГI 11.П \i/\/nu л п л
ПОДПИСКА nn омсгигиппэги осгииги ЖУРНАЛА
http://rifsm.ru/page/5/
