CC BY
38
УДК 691.328
ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ЗАВОДСКОГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ,
ПРОИЗВЕДЁННЫХ В УСЛОВИЯХ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
© 2017 В. Г. Стародубцев1, М. С. Колтунов2
1канд. техн. наук, доцент кафедры промышленного и гражданского строительства e-mail: pgs. a ktir.sk su.ru 2магистр кафедры промышленного и гражданского строительства e-mail: promstroi.46 aJist.ru
Курский государственный университет
В статье представлены результаты оценки прочности бетона заводского изготовления для железобетонных конструкций, созданных в условиях строительной площадки. Представлены результаты лабораторных испытаний и рекомендации по обеспечению проектного класса бетона.
Ключевые слова: заводское приготовление, железобетонные конструкции, бетон, оценка, прочность, испытания, контрольные образцы, монолитный железобетон.
Возведение зданий, сооружений и их конструктивных элементов в настоящее время осуществляется с использованием бетона, приготовленного в заводских условиях. Для обеспечения высокой прочности выполняемых работ требуются специальные меры обеспечивающие заданные и стабильные свойства материала. Областью применения бетонов являются, как правило, несущие железобетонные конструкции. Основные критерии оценки качества бетона - прочностные характеристики, обеспечивающие несущую способность строительных конструкций. Превосходные характеристики бетона по прочности и долговечности, а также способность простой и удобной укладки, доступные цены - все это делает тяжелый бетон наиболее используемым сегодня в монолитном строительстве.
Конструктивные решения зданий и сооружений выбираются таким образом, чтобы обеспечивалась совокупность связей несущих конструкций, воспринимающих и передающих основанию вертикальные и горизонтальные нагрузки и обеспечивающих пространственную жесткость и устойчивость здания. Наиболее распространенные конструктивные схемы при строительстве зданий бескаркасные, каркасные и каркасно-стеновые. Плиты перекрытий и покрытий во всех конструктивных схемах рассматриваются как горизонтальные диски, передающие несущим элементам вертикальные и горизонтальные нагрузки.
В практике строительства широко используются конструктивные схемы с поперечными несущими стенами - параллельными, непараллельными, радиальными; с продольными стенами; с перекрестными несущими стенами. Выбор конструктивной схемы здания осуществляется на основе статических и технико-экономических расчетов, а также зависит от этажности здания и применяемых материалов [Технический регламент... 2009; Меркулов 2015, 2015а, 2009].
При возведении бетонных и железобетонных сооружений необходимо соблюдать требования, предъявляемые к конкретной конструкции; должны быть установлены вид бетона и его нормируемые показатели качества, контролируемые на производстве. Основными нормируемыми и контролируемыми показателями качества
бетона являются: класс по прочности на сжатие; класс по прочности на осевое растяжение; марка по морозостойкости; марка по водонепроницаемости.
Класс бетона по прочности на сжатие соответствует значению кубиковой прочности бетона на сжатие, МПа, с обеспеченностью 0,95 (нормативная кубиковая прочность). Марка бетона по морозостойкости должна соответствовать минимальному количеству циклов попеременного замораживания и оттаивания в водных условиях.
Нормируемые показатели качества бетона должны быть обеспечены соответствующим проектированием состава бетонной смеси, технологией приготовления бетонной смеси и производства бетонных работ в условиях строительной площадки при изготовлении железобетонных изделий и конструкций. Они должны контролироваться как в процессе производства работ, так и непосредственно в изготовленных конструкциях путем отбора проб и испытания их в лабораторных условиях.
Необходимые нормируемые показатели качества бетона следует устанавливать при проектировании бетонных и железобетонных конструкций в соответствии с расчетом и условиями изготовления и эксплуатации конструкций, с учетом различных воздействий окружающей среды и защитных свойств бетона по отношению к принятому виду арматуры.
Класс бетона по прочности на сжатие назначают для всех видов бетонов и конструкций. Проектный возраст бетона, то есть возраст, в котором бетон должен приобрести все нормируемые для него показатели качества, назначают при проектировании, исходя из возможных реальных сроков нагружения конструкций проектными нагрузками, с учетом способа возведения конструкций и условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливают в проектном возрасте 28 суток [СП 20.13330.2011; СП 63.133330.2012].
Нами была произведена оценка прочности бетона заводского изготовления для монолитной железобетонной плиты, выполненной из бетона класса БСТ В20 П№75 W4 ГОСТ 7473-2010 по адресу: ул. 50 лет Октября «Автовокзал» в г. Курске. Оценка качества бетона осуществлялась испытанием в лабораторных условиях стандартных образцов, изготовленных из той же партии бетонной смеси и в тех же условиях, что и монолитная железобетонная плита. Для оценки влияния на качество бетона заводского приготовления при укладке в конструкцию в условиях строительной площадки был проведен анализ изменения по прочности бетона. С этой целью были изготовлены образцы бетона в формах, соответствующих требованиям стандарта по ГОСТу 22685-89, 100*100*100 мм. Образцы отправлялись в заводскую лабораторию, в которой определяли среднюю плотность, массу в насыщенном водой состоянии и прочность на сжатие.
Для определения прочности контролируемых образцов использовался ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам».
Результаты испытаний образцов бетона на прочность представлены в таблице.
Также в таблице указаны составы бетона, подвижность бетонной смеси, которые соответствовали условиям твердения монолитной железобетонной плиты, и результаты испытания бетонных образцов на прочность.
Стародубцев В. Г., Колтунов М. С. Оценка прочности бетона заводского приготовления, используемого в железобетонных конструкциях, произведенных в условиях строительной площадки
Результаты испытания образцов бетона для железобетонной монолитной плиты на прочность
Маркировка образца Состав бетона Осадка конуса, см Масса в насыщенном состоянии, грамм Результаты испытания образцов
Масса, грамм Прочность при сжатии, МПа
1 Ц =431кг П = 590кг Щ 5-20=1230кг В =170кг 17 см 1490 1400 29,6
2 Ц=431 кг П=590кг Щ 5-20=1230кг В=165кг 15 см 1490 1420 30,8
3 Ц=431 кг П=590кг Щ 5-20=1230кг В=160кг 12 см 1485 1455 32,0
4 Ц=450кг П=700кг Щ5-20=1100кг В=180кг 17 см 1500 1425 29,4
5 Ц=450кг П=700кг Щ5-20=1100кг В=175кг 15 см 1495 1460 30,4
6 Ц=450 П=700кг Щ5-20=1100кг В=170кг 12 см 1495 1480 31,5
Анализ полученных данных по прочности показал неоднородность материала. Прочность бетона на сжатие колеблется от 29,6 Мпа до 31,5 Мпа, хотя они приготовлены из одного и того же состава и по одной и той же технологии. Оценка однородности осуществляется по коэффициенту вариации. Разница между коэффициентами вариации по прочности для бетонов составляет 4-5%. Снизить эти значения возможно совершенствованием технологии бетона.
Технологическая линия по производству монолитных железобетонных конструкций состоит из дозирования исходных компонентов бетона, перемешивания бетонной смеси, ее транспортирования к месту укладки и самого процесса укладки и твердения.
Все вышеперечисленные технологические переделы вносят свой вклад в неоднородность бетона и ухудшение его физико-механических свойств.
Важным технологическим процессом при производстве бетона является дозирование материалов, то есть отмеривание расхода материалов на замес бетонного смесителя. На современных бетонных заводах используются в основном весовые дозаторы, то есть материалы (щебень, песок, цемент, вода и добавки) дозируются по массе.
Дозирование цемента рекомендуется производить с точностью +1%, воды - с точностью +1%, заполнителей - с точностью +2% (по объему ±3%) и добавок- ±1%. Необходимо следить, чтобы дозаторы опорожнялись полностью, так как неполное опорожнение приводит к снижению качества бетона и перерасходу цемента. Этот недостаток должен устраняться путем изменения формы дозатора, установки на нем вибратора и т. д. Переполнение дозаторов также не следует допускать ввиду перерасхода
цемента. Переполнение цементных дозаторов должно устраняться рациональной конструкцией устройств, подающих цемент из бункера в дозаторы.
Изменчивость содержания компонентов в смеси вызывает определенный разброс прочности, который возрастает с повышением класса бетона. Для бетонов класса В7,5 при изменении В/Ц ±0,05% коэффициент вариации равен 4%, для класса В15 - 11%, а для класса В22,5 - 13%.
Вторым важным фактором технологического процесса приготовления бетона является перемешивание бетонной смеси. При перемешивании материалы равномерно распределяются во всем объеме зерна цемента и заполнителя, смачиваются водой, получается однородная масса, свойства которой в любом месте одинаковы.
Максимум средней прочности бетона достигается при меньшей продолжительности перемешивания, чем необходимо для достижения максимально возможной однородности. Увеличение продолжительности перемешивания сверх оптимальной приводит к ухудшению качества смеси и бетона из-за измельчения заполнителей, вызывающего жесткость смеси, а иногда, для подвижных смесей, и их расслоение.
При транспортировании бетонной смеси необходимо принимать все меры к сокращению времени от момента приготовления замеса до поступления бетонной смеси на место укладки и не допускать расслоения смеси, потерь цементного раствора и заданной пластичности.
Укладка бетонной смеси должна быть осуществлена такими способами, чтобы были обеспечены монолитность бетонной кладки, проектные физико-механические показатели и однородность бетона, надлежащее его сцепление с арматурой и закладными деталями, полное (без каких-либо пустот) заполнение бетоном заопалубленного пространства возводимой конструкции. При укладке бетонной смеси с уплотнением полученная расчетом толщина слоя должна соответствовать установленной нормами глубине проработки применяемых в данных конкретных условиях технических средств уплотнения (но не превышать ее).
Бетон относится к композиционным материалам. Прочность бетона определяют соответствующими характеристиками структуры. В анализе прочности и долговечности учитывают не только наличие разнообразных пор, гелевой составляющей в матрице, но и длительность вибрирования бетонной смеси (частоту и амплитуду колебаний).
Поэтому важно изучить возможности и закономерности движения частиц во время заключительного периода виброуплотнения бетона. Именно для этого исследовались различные гранулометрические составы бетона, развивались теории о применении различной длительности и интенсивности колебаний (вибрации).
На практике для уплотнения обычных бетонных смесей при одночастотном вибрировании используют частоты 2800...3000 колебаний в 1 минуту. Оптимальные амплитуды колебаний зависят от жесткости смеси и наибольшей крупности зерен заполнителя: чем жестче смесь и крупнее заполнитель, тем большей должна быть амплитуда колебаний.
Опыт показывает, что при формировании изделий из бетонной смеси на плотных заполнителях при частоте колебаний виброплощадки 3000 1/мин амплитуда колебаний должна быть порядка 0,35.0,40 мм для смесей с жесткостью 15.20 с и 0,6.0,7 мм для смесей с жесткостью 30.40 с и более.
Для надлежащего уплотнения жестких смесей необходимо не только повышать эффективность вибрирования по сравнению с интенсивностью вибрирования смесей из тяжелого бетона, но и увеличить на 2-3 мин продолжительность его.
Стародубцев В. Г., Колтунов М. С. Оценка прочности бетона заводского приготовления, используемого в железобетонных конструкциях, произведенных в условиях строительной площадки
Увеличение амплитуды колебаний сверх указанных пределов приводит к значительному ухудшению уплотнения, а при излишне большой амплитуде - даже к разрыхлению смеси, сопровождаемому засасыванием ею дополнительного количества воздуха. Уменьшение амплитуды не ухудшает уплотнение смеси, но удлиняет его. Исключением из этого правила является вибротрамбование. Под ним понимают такой режим виброштампования, когда при каждом периоде колебания штамп отрывается от поверхности уплотняемого бетона, подпрыгивает и вновь падает на нее, создавая виброударный режим.
Виброударный режим создается при увеличении возмущающей силы источника колебаний и амплитуды до 2-2,5 мм без увеличения удельного давления на смесь.
Твердение бетонной смеси должно соответствовать требованиям нормальных условий: влажность 90% и температура 22 градуса. Необеспечение вышеперечисленных требований приводит к снижению прочности и увеличению однородности.
Выводы
Лабораторные исследования показали, что прочность бетона заводского приготовления в железобетонных конструкциях, изготовленных в условиях строительной площадки, значительно снижается из-за несоблюдения требований к транспортированию, правильной укладке и условиям твердения бетонной смеси.
Для обеспечения класса бетона по прочности необходимо при транспортировании бетона принимать меры к сокращению времени от приготовления бетонной смеси до момента укладки и уплотнения; не допускать горизонтальных перемещений бетонной смеси, предохранять ее от атмосферных воздействий (снег, дождь). Увеличенное водоцементное отношение приводит к фильтрации бетона и не способствует образованию резервных пор как объему по равномерному перераспределению влаги. Несоблюдение правил уплотнения бетонной смеси приводит к неоднородности материала по высоте конструкции и появлению неуплотненных участков и пустот. При выполнении бетонных работ требуется соблюдать условия твердения бетона по температуре и влажности [Стародубцев 2014].
Таким образом, при организации бетонных работ в условиях строительной площадки требуется соблюдать правила производства работ. Обеспечение класса бетона по прочности может быть достигнуто при контроле качества на всех стадиях: подбор состава, приготовление бетонной смеси, транспортировка на объект, укладка в конструкцию и условия твердения.
Библиографический список
Технический регламент о безопасности зданий и сооружений. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 484-ФЗ.
СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. Минрегионразвития РФ. М., 2011. 85 с.
СП 63.133330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. Минрегионразвития РФ. М., 2012. 164 с.
Стародубцев В.Г. Исследование изменчивости прочности бетона твердеющего в разных условиях // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы междунар. акад. чтений / Курский государственный университет. Курск, 2014. С. 227.
Меркулов С.И. К вопросу обеспечения живучести железобетонных конструкций и конструктивных систем // Строительство и реконструкция. 2015. №2. С. 63-67
Меркулов С.И. Живучесть железобетонных конструкций и конструктивных систем // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2015а. №3. С. 57-60
Меркулов С.И. Исследование усиленных изгибаемых железобетонных конструкций под нагрузкой // Промышленное и гражданское строительство. 2009. №4. С. 53-54.
