CC BY
47УДК 666.972.55
С.С. КАПРИЕЛОВ, д-р техн. наук, А.В. ШЕЙНФЕЛЬД, канд. техн. наук, Ю.А. КИСЕЛЕВА, инженер, НИИЖБ (Москва)
Особенности системы контроля качества высокопрочных бетонов
Возрастающая потребность общества в надежных и эстетичных инженерных сооружениях и повышающийся на основе научных достижений технический уровень проектирования и строительного производства способствовали стремительному росту объемов возведения конструкций из высококачественных бетонов, в частности из высокопрочных. Суммарный объем производства высокопрочных бетонов классов В55—В90 в России за последние 10 лет достиг 750 тыс. м3, из которых около 90 тыс. м3 составляют бетоны классов В80— В90. При этом до 2008 г. динамика роста носила экспоненциальный характер, замедлившись в связи с кризисной ситуацией на строительном рынке, которая, надо полагать, будет преодолена (рис. 1).
Высокопрочные бетоны и конструкции из них, как известно, обладают рядом специфических особенностей, которые должны быть учтены при контроле качества.
Высокий модуль упругости, соответственно хрупкость, делают их весьма чувствительными и к точности выполнения процедур, и к оснастке при испытаниях прямыми методами, в частности разрушающими и отрыва со скалыванием. А это требует ограничения некоторых предусмотренных стандартами допусков, которые приемлемы для испытаний обычных бетонов, но не обеспечивают 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 [1, 2].
Повышенное содержание арматуры и характер армирования конструкций затрудняют укладку бетонных
220 ^ 200
<i 180
£
m 160
о
2 140
Ф
*о
<о 120
бетонов классов В60-В90 - 746 тыс. м3
о в
<5 80
60
20 0
Суммарный объем производства высокопрочных
200
163
56
4 8 16 32 36 22
9 0 1 01 2 3 4
9 0 0 0 0
9 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2
48
95
66
смесей и влияют на степень ее уплотнения, которая в реальных условиях, как правило, ниже, чем в контрольных образцах.
Вышеизложенное приводит к тому, что фактическая прочность бетона в конструкциях может быть ниже прочности контрольных образцов [3], а прочность, определенная неразрушающими методами путем испытаний бетона в поверхностных зонах конструкций, ниже прочности в глубинных зонах [4, 5].
Таким образом, становится очевидным, что для объективной оценки качества высокопрочных бетонов необходимо не только уточнить критерии и диапазоны допусков, предусмотренных стандартизированными методами для испытаний обычных бетонов, но и правильно интерпретировать результаты, полученные разными методами контроля, сопоставляя их между собой.
Опыт научно-технического сопровождения строительства зданий на ММДЦ «Москва-Сити» привел к выводу, что это можно сделать при системном подходе, когда последовательно оцениваются свойства бетона, пребывающего в разном агрегатном состоянии, от вяз-копластичной массы, т. е. смеси, доставленной на стройплощадку, до затвердевшего в конструкции материала.
В основе разработанной системы трехуровневый контроль, включающий:
— входной контроль качества бетона по технологическим характеристикам бетонных смесей;
— общую оценку качества бетона в партиях, доставленных на стройплощадку и уложенных в группу конструкций;
— прямую оценку качества бетона в каждой конструкции.
Система контроля отрабатывалась с 2005 г. в процессе возведения монолитных конструкций на строитель-
Рис. 1. Объемы возведения конструкций из высокопрочных бетонов.
Рис. 2. Высотные комплексы ММДЦ «Москва-Сити»: 1 - «Федерация» (Восток, Запад); 2 - «Город столиц» (Москва, Санкт-Петербург); 3 - «Аква-Сити-Палас»; 4 - «Меркурий-Сити-Тауэр»; 5 - здание мэрии Москвы
rj научно-технический и производственный журнал
J^J ® февраль 2012 63~
Таблица 1
Наименование комплексов Высота, м Этажность Сроки строительства Проектные классы высокопрочных бетонов каркасов зданий и сооружений
«Федерация»: Восток Запад 354 242 93 / 65 62 / 62 2008-... 2005-2008 В60, В90 В60, В80
«Город Столиц»: Москва Санкт-Петербург 286 245 75 / 75 64 / 64 88 00 00 22 1 1 66 00 00 22 В60 В60
«Аква-Сити Палас» 257 64 / 64 2007-2009 В60
«Меркурий-Сити Тауэ» 332 70 / 55 2008-... В60
Здание Мэрии Москвы (подземная часть) 18 6 / 6 2009-2010 В60, В90
Примечание: Перед чертой - количество этажей по проекту, после черты - по состоянию на июнь 2011 г.
Таблица 2
Класс бетона Вид форм для изготовления образцов-кубов размером 10x10x10 см Количество единичных результатов Внутрисерийный коэффициент вариации (V,,), %
В80 Металлические сборно-разборные 45 7,8
Пластиковые неразборные 45 4,5
В90 Металлические сборно-разборные 38 7,3
Пластиковые неразборные 38 4,3
Примечание. Образцы бетонов каждого класса формовались из одних и тех же проб бетонных смесей.
Таблица 3
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 конструкции
В80-В90 - ударного импульса с применением склерометров с энергией удара более 2 Дж - испытания кернов из конструкции
стве семи высотных сооружений на ММДЦ «Москва-Сити»: комплексов «Федерация» и «Город Столиц», зданий «Аква-Сити-Палас», «Меркурий-Сити-Тауэр» и мэрии Москвы (рис. 2 и табл. 1).
Остановимся на деталях указанной системы и результатах, полученных НИИЖБ — подразделением ОАО «НИЦ «Строительство» и ООО «Предприятие Мастер Бетон» на каждом уровне контроля качества высокопрочных бетонов.
Первый уровень: входной контроль качества бетонов по технологическим характеристикам бетонных смесей
Этот вид контроля предназначался для предварительной оценки качества бетона, поступившего на стройплощадку, отбраковки бетонных смесей по технологическим параметрам и критериям, а также для оперативной корректировки их составов с учетом используемых материалов и погодных условий.
Следует отметить, что предпринимаемые ранее попытки определить потенциал бетонов по прочности на сжатие путем оценки технологических характеристик бетонных смесей (вязкости, плотности) оказывались не эффективными, так как не увязывались с информацией о фактических составах смесей. В данном случае это выполнялось: технологические характеристики сопоставлялись с регламентированными параметрами бетонных
смесей конкретных составов, обеспечивающих достижение требуемой прочности бетона.
К контролируемым параметрам для каждой марки бетонной смеси в зависимости от условий производства работ относятся:
а) подвижность смесей по осадке или расплыву конуса с допустимым отклонением от заданного значения ± 1 см;
б) средняя плотность смесей с допустимым отклонением от заданного значения ± 20 кг/м3;
в) фактический состав бетонной смеси с допустимым отклонением от регламентированного состава по расходу цемента, добавок и воды ± 1%, по расходу заполнителей ± 2%.
Контроль по трем вышеуказанным параметрам осуществлялся в партиях смесей объемом не более 120 м3.
Подвижность и плотность определялись в соответствии с ГОСТ 7473 и ГОСТ 10181, только из проб бетонных смесей, отобранных из автобетоносмесителей после не менее чем пятиминутного интенсивного перемешивания. Такой порядок отбора проб для испытаний связан с тем, что полное перемешивание компонентов смесей для высокопрочных бетонов (для которых характерны невысокие значения В/Ц), гомогенизация и стабилизация реологических характеристик достигаются при более длительном перемешивании компонентов бетона, чем обычно предусматривается в стационарных заводских смесителях.
64
февраль 2012
Таблица 4
Проектный класс бетонов Средняя прочность бетона в образцах-кернах, МПа Соотношение прочностей, R2/R1
с нешлифованными опорными поверхностями со шлифованными опорными поверхностями ^2)
В60 59,9 83,5 1,39
В80 81,7 97,7 1,20
В90 87,8 119,8 1,36
Примечания: Для каждого класса бетона образцы-цилиндры с нешлифованными и шлифованными опорными поверхностями изготовлены из одних и тех же кернов. Средняя прочность определялась по результатам испытаний трех образцов-цилиндров.
Таблица 5
Наименование объекта Класс бетона Объем контроля Уровень системы и результаты контроля качества
объем бетонной смеси, доставленной на площадку, тыс. м3 объем принятой бетонной смеси, м3 количество партий, шт количество конструкций, шт. 1-й уровень (косвенный) 2-й уровень (общий) 3-й уровень (прямой)
о г ш с в проконтролированных объем смеси, не удовлетворяющей требованиям регламентов, тыс. м3 / % количество партий, имеющих прочность ниже требуемой, шт. / % количество конструкций, имеющих фактический класс ниже проектного, шт. / %
Федерация В60 В80 В90 32,7 21,5 58,5 32,6 21,4 58,3 452 632 573 1080 547 564 1080 12 153 0,1 / 0,3 0,1 / 0,5 0,2 / 0,3 11 / 2,4 18 / 2,9 27 / 4,7 21 / 2 6 / 1,1 36 / 6,4
«Город Столиц» В60 99,3 99 1241 3150 3150 0,4 / 0,4 58 / 4,7 71 / 2,3
«Аква- Сити - Палас» В60 96,1 95,4 893 3128 3128 0,6 / 0,6 13 / 1,5 55 / 1,8
«Меркурий-Сити-Тауэр» В60 57,3 57 670 1786 1786 0,3 / 0,5 27 / 4 58 / 3,2
Мэрия Москвы (подземная часть) В60 В90 16,6 10 16,5 9,9 464 294 342 497 342 497 0,1 / 0,6 0,1 / 1 2 / 0,4 11 / 3,7 2 / 0,6 13 / 2,6
ИТОГО - 392 390,1 5219 11094 10148 1,9 / 0,5 167 / 3,2 262 / 2,4
Фактический состав бетонной смеси, находящейся в автобетоносмесителе, определяли по компьютерным распечаткам с массами отдозированных компонентов бетона от завода-производителя.
Периодичность контроля следующая:
— на пробах из первого автобетоносмесителя (АБС) оценивались все три параметра: подвижность, средняя плотность, фактический состав бетонной смеси;
— при соответствии всех трех параметров регламентированным значениям на пробах из последующих четырех АБС оценивали два параметра — подвижность и среднюю плотность;
— при стабилизации в пробах из четырех АБС указанных двух параметров на заданном уровне в дальнейшем из каждого десятого АБС оценивался один параметр — подвижность бетонной смеси.
В случае несоответствия, какого-либо параметра требуемым критериям бетонная смесь в контролируемом смесителе отбраковывалась.
Таким образом, на стадии входного контроля, когда по технологическим характеристикам косвенно оценивалось качество бетонов, доставленных на стройплощадки ММДЦ «Москва-Сити», за шестилетний период было признано не удовлетворяющим требованиям регламентов и отбраковано 0,5% от общего объема бетонных смесей.
Второй уровень: общая оценка — контроль качества бетона в партиях, доставленных на стройплощадку
Этот вид контроля предназначался для общей оценки качества в группах конструкций или захватках, забе-
тонированных из отдельных партий бетонных смесей. Целью являлось выявление конструкций, требующих детального обследования путем испытаний кернов или неразрушающими методами, если прочностной потенциал бетонов окажется ниже требуемой прочности.
Критерием оценки качества бетона в партиях является требуемая прочность в проектном возрасте (по согласованию с авторами проектов — 28, 56 или 90 сут).
Величина требуемой прочности рассчитывалась по ГОСТ Р 53231 по коэффициенту вариации результатов испытаний контрольных образцов, твердевших в нормальных условиях. В случаях, когда по расчету он оказывался менее 10%, требуемая прочность принималась с учетом коэффициента требуемой прочности, равным 1,14.
Следует отметить, что обычно коэффициент вариации прочности бетонов высоких классов не превышает 7%. В данном случае завышенное значение коэффициента (соответственно требуемой прочности) учитывает неизбежную разницу между фактической прочностью бетона в конструкции и в контрольных образцах, т. е. в партиях, о чем упоминалось выше [3].
Образцы для испытаний имели размеры 100x100x100 мм и приготавливались в пластиковых неразъемных формах. Выбор неразъемных пластиковых форм связан с более точной калибровкой приготовленных в них контрольных образцов, что положительно отражается на результатах испытаний, обеспечивая их достоверность за счет уменьшения коэффициента вариации (табл. 2).
В результате на стадии контроля качества бетона в партиях выявлено, что из общего количества партий бетонных смесей, доставленных на стройплощадку,
¡■Л ®
февраль 2012
65
Таблица 6
Уровень (стадия) и цель контроля Объект контроля Контролируемые характеристики Параметры, методы и периодичность контроля
Согласно действующим ГОСТам Согласно примененной системе
I. Входной контроль. Отбраковка бетона по технологическим параметрам бетонной смеси Бетонная смесь объем партии смесей объем партии не лимитируется объем партии не более 120 м3
подвижность смесей не менее одного раза в партии из первых пяти АБС в партии, затем, при стабилизации из каждого десятого АБС
плотность смесей не менее одного раза в партии из первых пяти АБС в партии, затем, при стабилизации из каждого десятого АБС
фактические составы смесей не контролируется из первого АБС в партии
II. Общая оценка качества в партиях. Определение средней прочности бетона в группах конструкций Контрольные образцы бетона размер ребра образца не менее 70 мм не менее 100 мм
качество форм разборные и неразборные разборные и неразборные для бетона класса В60; неразборные для бетона класса более В60
условия твердения естественные или нормальные нормальные
требуемая прочность рассчитывается по фактическому коэффициенту вариации, принимаемому не менее 6% рассчитывается по фактическому коэффициенту вариации, принимаемому не менее 10%
III. Прямая оценка качества бетона в конструкциях. Определение фактического класса бетона в каждой конструкции Бетон конструкций прочность бетона по данным контроля неразрушающими методами ультразвуковой метод не применяется
метод ударного импульса метод ударного импульса с энергией удара не менее 0,2 Дж для бетона класса В60 и с энергией удара не менее 2 Дж для бетона класса более В60
метод отрыва со скалыванием метод отрыва со скалыванием для бетона класса В60
прочность бетона в поверхностном слое прочность бетона в поверхностном слое и на участке, заглубленном на 35-50 мм
прочность бетона по образ цам (кернам), отобранным из конструкций коронки алмазные или из твердых сплавов коронки алмазные
диаметр керна не менее 56 мм диаметр керна не менее 70 мм
торцы образцов-цилиндров выравниваются слоем быстротвердеющего материала или шлифуются торцы образцов-цилиндров шлифуются
фактический класс бетона рассчитывается по фактическому коэффициенту вариации, принимаемому не менее 6% рассчитывается по фактическому коэффициенту вариации, принимаемому не менее 6%
3,2% не обладает достаточным потенциалом для того, чтобы перекрыть возможную разницу прочностей бетона в конструкции и контрольных образцах. А это предопределило адресный отбор уже возведенных конструкций, в которых требовалась прямая оценка прочности, комплексом неразрушающих и разрушающих методов, т. е. то, что представляет собой третий, заключительный уровень системы контроля качества.
Третий уровень: прямая оценка — контроль качества бетона в каждой конструкции
Целью является определение фактического класса бетона в каждой конструкции. Контроль проводился с
комплексным использованием и неразрушающих методов.
Комплексный принцип заключается в том, что с каждой контролируемой конструкции собираются данные испытаний бетона на прочность косвенными, неразрушающими методами (ГОСТ 22690), которые сопоставляются путем построения градуировочных зависимостей с результатами прямых испытаний кернов, отобранных из конструкций, и/или контрольных образцов, заформованных при контроле качества бетона в партиях, и/или методом отрыва со скалыванием. Полученные градуировочные зависимости могут быть использованы для определения прочности только при значениях коэффициента корреляции не менее 0,7 и
66
февраль 2012
jVJ ®
величине погрешности определения не более 15%. Соответственно исключалось использование того или иного метода испытаний, при котором не обеспечивалось вышеуказанное условие градуировки.
Исходя из этого определены оптимальные сочетания прямых и косвенных методов контроля, а также уточнены средства и порядок испытаний (табл. 3).
При оценке прочности методом отрыва со скалыванием (который согласно ГОСТ 22690 отнесен к косвенным, а согласно ГОСТ Р 53231, к прямым методам) учитывая то, что качество бетона в поверхностных и заглубленных зонах конструкций может существенно отличаться, использовался поправочный коэффициент, определяемый соотношением показаний прибора с поверхностных и заглубленных на 35—50 мм зон конструкций.
При определении прочности бетонов по кернам, отобранным из конструкций, испытывали образцы-цилиндры диаметром не менее 70 мм со шлифованными опорными поверхностями и масштабным коэффициентом а = 1, определенным экспериментальным путем в соответствии с п.6.2 ГОСТ 28570. Использование кернов с меньшим диаметром, а также значений масштабного коэффициента а по табл. 5 ГОСТ 28570 приводило к большим погрешностям при проведении испытаний и не обеспечивало достоверности результатов [6].
В табл. 4 приведены сравнительные результаты испытаний, из которых следует, что при шлифованных опорных поверхностях образцов-кернов средняя прочность на 20—39% выше, что совпадает с мнением других специалистов [1].
На основании данных о прочности, полученных с комплексным применением косвенных и прямых методов испытаний, с учетом коэффициентов вариации, рассчитанных по результатам неразрушающего контроля, определялись фактические классы бетонов.
Результаты трехуровнего контроля качества 5219-и партий бетонных смесей общим объемом 390,269 тыс. м3 и 11,094 тыс. конструкций из высокопрочных бетонов классов В60—В90 при возведении высотных комплексов ММДЦ «Москва-Сити» сведены в табл. 5, из которой следует:
а) сначала (при входном контроле) отбраковано, и не допущено к производству работ 0,5% общего объема бетонных смесей, что позволило предотвратить низкое качество бетона возводимых конструкций;
б) затем (при общей оценке качества) выявлено 167 партий бетонных смесей, из которых забетонировано около 350 единиц конструкций, требующих детального обследования для определения фактического класса бетона;
в) в заключении (при контроле конструкций) признаны не соответствующими требованиям проектов бетоны в 262 из отмеченных ранее 350 конструкций, что составило 2,4% от общего количества конструкций.
Таким образом, последовательное выполнение контрольных процедур на разных стадиях процесса возведения конструкций позволило обеспечить соблюдение требований проекта с надежностью 97,6%, что должно расцениваться как хороший показатель.
Следует отметить, что выводы о несущей способности конструкций, в которых фактический класс бетона оказался ниже проектного, делались авторами проекта, на основании чего принято решение об усилении не более 20 единиц (0,2%) из более 11 тыс. забетонированных монолитных конструкций.
Выводы:
1. Массовое производство и высокая мера ответственности за качество высокопрочных бетонов востребовали систему контроля, реализация которой на практике помогла дать не только объективную информацию о свойствах материала, но и предотвратить брак при воз-
ведении уникальных конструкций и сооружений. Ее особенностью является трехуровневый контроль, позволяющий оценить свойства бетона находящегося в разном агрегатном состоянии: от пластичных смесей до затвердевшего материала.
2. Вышеизложенная система контроля, представленная в обобщенном виде в табл. 6 и имеющая в настоящее время статус стандарта организации — СТО 36554501011—2008 «Контроль качества высокопрочных тяжелых и мелкозернистых бетонов в монолитных конструкциях» (ОАО «НИЦ «Строительство»), может быть рекомендована для более широкого распространения и применения.
Список литературы
1. Aitcin H.-C. High-Performance Concrete // E & FN/ London and New York, 1998. 598 p.
2. DeLarrard, Bostvironnois J.-L. On the long-term strength losses of silica-fume high-strength concretes // Magazine of Concrete Research. 1991. 43. № 155. June. P.109-119.
3. Каприелов С.С., Травуш В.И., Карпенко Н.И., и др. Модифицированные высокопрочные бетоны классов В80 и В90 в монолитных конструкциях // Строительные материалы, 2008. № 3. С. 9-13.
4. Ильичев В.А., Каприелов С.С., Шейнфельд А.В. и др. Монолитно-прессованная обделка из высокопрочного бетона // Подземное пространство мира. 1999. № 2-3. С. 37-41.
5. Иванов С.И., Тухтаев Б.Х., Кузеванов Д.В. Особенности контроля прочности вертикальных конструкций из тяжелых бетонов проектного класса В45 и выше с помощью неразрушающих методов // Технологии бетонов. 2006. № 4. С.16-17.
6. Шейнфельд А.В., Киселева Ю.А., Путырская Л.В. Контроль качества высокопрочных бетонов классов В60 и В90 при возведении монолитных конструкций. // Строительные материалы. 2012. № 1. С. 7-10.
25-28 АПРЕЛЯ 2012
СОЧИ, Морпорт Выставочные павильоны
СЗ ВЫСТАВКИ
sj, АРХИТЕКТУРА. СТРОИТЕЛЬСТВО. БЛАГОУСТРОЙСТВО. ЖКХ ¿Si МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СПОРТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ Ф КЛИМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ТЕПЛО-, ГАЗО, ВОДОСНАБЖЕНИЕ
ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ tit. СГРОЙСПЕЦТЕХНИКА. ДОРОГА. ТОННЕЛЬ
ЦОМ- ДАЧА. КО [ IЬЦЖ. HtftMHHOt ДОНОСIР0ШИЕ. ЛАНДШАФТ НЫЙ ДИЗАЙН О НИЗАЙН ИН1ЕРБЕРА, ЭКСТЕРЬЕРА. HtKOP ЭК0ТЮГИИ БЕЗОПАСНОСТЬ
|Q> Выставочная компания «Сочи-Экспо ТИП г. Сочи» ГПЧИЧКГПО тел /Факс: (8622) 648-700. 642-333, (495) 745 77-09 e-mail: MLepi kova@sochi-expo.ru; www.sochi-expo.ru
h] ®
февраль 2012
67
