Л.М.ДОБШИЦ, канд. техн. наук (МИИТ), О назначении реально обоснованной проектной марки по морозостойкости

Значительное число различных сооружений в настоящее время выполняется из бетона и железобетона. При этом многие из них разрушаются задолго до расчетного срока эксплуатации. Одним из основных факторов, определяющих долговечность железобетонных и бетонных конструкций и сооружений, является морозостойкость бетонов. Многочисленные примеры морозной деструкции бетонных конструкций свидетельствуют о том,что морозостойкость этих сооружений не соответствует условиям их эксплуатации, в связи с чем они интенсивно разрушаются и требуют больших затрат на ремонт и восстановление.

Морозной деструкции подвержено большинство элементов самых разнообразных сооружений. Об этом свидетельствуют результаты обследования зданий Якутска, выполненные Забайкалпромстройниипроектом, Норильска, выполненные Красноярским Промостройниипроектом, бетонов шлюзов Городецкого РГС (исследования ЛИВТа) и плотин (работы ВНИГ), опор мостов (НИИЖТ), а также обследования, выполненные МИИТом, ВНИИСтом и другими организациями. Например, обследование градирен, осуществленное УралНИИстромпроектом [1], показало, что бетон градирен интенсивно разрушается уже после двух лет эксплуатации, несмотря на неагрессивность оборотной воды градирен для бетона на любом цементе. Аналогичные данные получены исследователями в США, Германии, Канаде [2]. В последние годы не наблюдается уменьшение темпов роста затрат на капитальный ремонт железобетонных конструкций по сравнению с затратами на их изготовление, а также по отношению к единице стоимости основных фондов зданий и сооружений. Все это свидетельствует о том, что обеспечение необходимой морозостойкости бетонов зданий и сооружений является насущной задачей.

Результаты обследований вышеуказанных сооружений показывают, что бетон часто разрушается вследствие морозной деструкции задолго до конца проектного срока эксплуатации сооружений. Такое разрушение может происходить по двум причинам: 1 — при правильно назначенной нормативной марке по морозостойкости бетон сооружений в действительности не обладал требуемой морозостойкостью: 2 — нормативная морозостойкость была назначена неправильно.

Анализ результатов испытаний бетонов производственных составов и технической документации показывает, что в подавляющем большинстве случаев бетоны сооружений соответствовали проектной марке по морозостойкости. Однако разрушение бетонов свидетельствует о том, что для многих сооружений марка бетона по морозостойкости (часто довольно высокая) назначается без достаточного обоснования.

В настоящее время существует более двадцати нормативных документов [3... 13 и др.], регламентирующих порядок назначения марки бетона по морозостойкости. Большинство СНиП при назначении марки по морозостойкости принимают во внимание в основном среднемесячную температуру самого холодного месяца [7, 9, 10], температуру и влажностные условия в районе строительства [3...6], температуру и расчетное число циклов в год [10]. В то же время общего принципа (методики) назначения нормативной морозостойкости не существует. В связи с этим к бетонам одних и тех же конструкций разными СНиП предъявляются различные требования по морозостойкости. Некоторые СНиП и ГОСТ дают ссылки на упоминавшиеся СНиП [8, 11], либо — общие замечания и регламентируют другие свойства бетона (максимальную величину водопоглощения или минимальное значение водоцементного отношения) [12, 13]. При этом в большинстве нормативных документов максимальная величина марки по морозостойкости не превышает F400...500 [3...6, 9, 11, 12]. В настоящее время действует ряд СНиП на строительство таких ответственных сооружений, как жилые и производственные здания, основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах, общественные здания и сооружения, в которых требования по морозостойкости бетонов вообще не содержатся. По-нашему мнению, это является совершенно необоснованным, и марка по морозостойкости для бетонов таких сооружений должна регламентироваться в обязательном порядке.

На такое несоответствие обращали внимание многие исследователи. Этими вопросами занимались С.В.Шестоперов, В.В.Стольников, В.М.Москвин, Н.А.Мощанский, А.М.Подвальный, И.З.Аюгуга- нов, B.C.Гладков, Н.Д.Голубых, Б.М.Мазур, Н.К.Розенталь и многие другие отечественные и зарубежные исследователи. В работе [14], например, отмечается, что бетон в надземной части градирен может получить до 200 циклов замораживаний в течение одной зимы. Даже в странах с мягким климатом наблюдается многократный переход температуры через 0°С: в южной части Швеции до 60, а в Швейцарии — до 100 раз в год [1]. В настоящее время имеется более 15 различных предложений по методикам назначения нормативной морозостойкости [15], которые в действующие нормативные документы и рекомендации по строительству пока еще не входят. Это вызвано, по-видимому, тем, что часть предложений не учитывает всех факторов, влияющих на условия эксплуатации бетонов, а некоторые сложны в использовании. Например, в работе [16] проведено обстоятельное исследование данного вопроса. Но применение разработанной в ней методики в настоящее время затруднено, так как для каждого конкретного случая назначения нормативной морозостойкости требуется создание программы для ЭВМ и моделирование значений, входящих в уравнение для определения числа стандартных циклов замораживания и оттаивания.

Предлагаемая формула проста, имеет ясный физический смысл и легко применима на практике. В ней расчетное число циклов в год принимается в зависимости от наличия солнечной радиации, числа переходов температуры через 0°С за год и расположения конструкции. Коэффициент Д зависит от минимальной отрицательной температуры замораживания бетона в районе строительства и изменяется от 1,0 до 8,0 (соответственно для минимальной и максимальной отрицательных температур). Коэффициент 3 учитывает изменение прочности бетона и его самозалечивание в процессе эксплуатации и находится в пределах 0,5...1,0. Величины коэффициентов 3, Д и И принимаются на основании имеющихся статистических данных метеорологических наблюдений в районе сооружения объекта. Например, для условий средней полосы европейской части России нормативная морозостойкость, рассчитанная по предлагаемой формуле, для бетона облицовки опор должна быть не ниже FH=800(r=50; Н=40; Д=0,8; 3=0,5), а для тела опор FH=50(r=50; Н=2; Д=0,8; 3=0,6).

Как видно,приводимая формула учитывает влияние всех основных факторов на число циклов замораживания и оттаивания, испытываемых бетоном сооружений, и изменение его физико-механических свойств в процессе эксплуатации. Назначение реально обоснованной нормативной морозостойкости позволит повысить срок службы бетонов до проектного срока эксплуатации сооружений и избежать преждевременного разрушения бетона этих сооружений от морозной деструкции.

Определение нормативной морозостойкости по предлагаемой методике показало, что для некоторых элементов и частей бетонных конструкций марка по морозостойкости может быть снижена. Однако для большинства сооружений или их частей она должна быть значительно повышена по сравнению с той, которая устанавливается по существующим нормам. Мы понимаем, что это вызовет некоторое удорожание единицы объема бетона, но эти расходы несравнимо меньше затрат на текущий и капитальный ремонты, а также потерь от недостаточной долговечности возводимых сооружений.

Бетон и железобетон, 1995 №5