В.П. СИЗОВ, акад. МАИ, д-р техн. наук, К вопросу совершенствования ГОСТ 10060-95 на испытание бетона на морозостойкость
Метод испытания бетона на морозостойкость (F) замораживанием и оттаиванием в воде, предложенный в 1886 г. в России проф.
Н.А.Белелюбским, близок к тем природным условиям, в которых работают железобетонные сооружения и конструкции. Предложенный метод впервые был включен в ГОСТ 4800-49 на гидротехнический бетон. Гидростроители строго соблюдали требования этого стандарта и тем самым обеспечивали должное качество бетона. За 2-3 года до начала строительства гидростроители определяли поставщиков заполнителей и цемента, на предполагаемых материалах подбирали составы бетона, испытывали его на F и на основе результатов испытания выбирали состав бетона для производства. Во время строительства F контролировалось примерно один раз в квартал. Ранее на бетоны гидротехнический и дорожный существовали отдельные стандарты, в которых устанавливались требования к материалам, бетонной смеси и бетонам.
В последующем упомянутый выше метод был включен в ГОСТ 10060-62 на бетон для промышленного, жилищного и сельскохозяйственного строительства. Затем этот стандарт переиздавался в 1976 г. и 1987 г. (а с 1976 г. эти стандарты распространялись на все виды бетонов). Изменения в издаваемых стандартах касались эквивалентного возраста испытания контрольных образцов, критерия снижения прочности основных образцов (далее — критерий К), продолжительности их замораживания и оттаивания. Например, в ГОСТах 4800-49, -59, 10060-62 критерий К был принят в размере 25%, в ГОСТ 10060-76 — 15% (при испытании в эквивалентном возрасте). В ГОСТ 10060-87 критерий К при испытании образцов в 28-су- точном возрасте установлен равным 5%. Эти изменения оказывали влияние на марку бетона по F, но в проектах F не уточнялась, а ведь критерий К и возраст испытания контрольных образцов оказывают влияние на F (см.таблицу). Так, для испытания контрольных образцов в 28-суточном возрасте и критерии К=25% морозостойкость равна 200, а при К=5% —150 при одном и том же составе бетона.
В ГОСТах 4800-49, -59, 1006062 ускоренные методы испытания бетона на F не предусматривались. В связи со значительным возрастанием объемов применения бетона и отсутствием времени для его испытания на F возникла острая потребность в ускоренных методах. Поэтому в ГОСТ 10060-76, кроме основного метода, были включены три ускоренные (по накоплению остаточных деформаций, замораживанию при температуре -50°С и компенсационному фактору). Ускоренные методы из-за присущих им недостатков не нашли применения, и в ГОСТ 10060-87 были включены взамен их два новых ускоренных метода: при испытании в солях при температурах -18°С и -50°С. Этот стандарт имел существенные недостатки (критические замечания и предложения по его совершенствованию изложены в [1]).
В дальнейшем в ГОСТ 1006095, кроме двух упомянутых выше ускореннных методов, были включены (не прошедшие проверки) два новых: дилатометрический и структурно-механический (по настоянию сотрудников управления стандартизации и нормирования Госстроя РФ). Это окончательно запутало строителей, и они перестали испытывать бетон на F основным методом. И теперь бетон испытывается по одному из четырех ускоренных методов, выгодных строителям, чтобы подтвердить заказчику соответствие проекту марки по F уже уложенного бетона. К сожалению, часто, когда по результатам испытаний марка по F оказывается ниже проектной, заказчику представляется все равно проектная марка (фиктивные данные).
В ГОСТ 10060-95 включены два базовых метода испытания бетона: в воде и в солях. Введение марок бетона испытанием в солях обосновывается тяжелыми условиями работы дорожного и аэродромного бетонов. Однако гидротехнический бетон, отнесенный к прочим, работает в не менее тяжелых условиях, чем бетоны дорожный и аэродромный. Введение базового метода в солях, единый классификации и единого условного обозначения может привести к не предсказуемым последствиям. На объект может поступать обычный бетон вместо дорожного. Поэтому при совершенствовании ГОСТ 10060-95 нужно сохранить один базовый метод (основной).
В ГОСТ 10060-95 соотношения между ускоренными и основными методами не точны и явно занижены. Это не исключает возможности выдачи состава бетона с заниженной F. Критерий К установлен в размере 5%, уловить его трудно, а практически невозможно. Поэтому этот критерий следует принять равным 10%. Испытание контрольных образцов предусмотрено в 28-суточном возрасте даже при одном цикле испытания за сутки (ранее контрольные образцы испытывались в эквивалентном возрасте). По нашему мнению, в этом случае основные образцы следует испытывать непрерывно в течение суток и всего срока испытаний. При одном цикле испытания контрольные образцы необходимо испытывать в эквивалентном возрасте. Однако это допущение может привести к искажению данных по F (так как в первых циклах прочность бетона может не снижаться, а даже повышаться).
Марка бетона по F в проектах часто занижается, что приводит к преждевременному разрушению бетона. Чтобы обеспечить требуемую F, марки бетона должны быть пересмотрены и назначаться с учетом срока службы сооружения, условий работы конструкций, района строительства и внешней среды, а строители должны неукоснительно обеспечивать требуемую марку бетона по F.
В табл.3 ГОСТ 10060-95 число циклов для гидротехнического бетона в сравнении с бетоном дорожным уменьшено в 4-5 раз (при испытании при -50°С), что приводит к выдаче бетона с заниженной маркой по F.
Учитывая актуальность вопроса и сложившееся положение с испытанием бетона на F, автор данной статьи в 1997 г. обратился в Госстрой РФ с просьбой рассмотреть предложения по совершенствованию ГОСТ 10060-95 с привлечением заинтересованных сторон. На состоявшемся в октябре 1997 г. НТС Госстроя РФ (к сожалению, в обсуждении не участвовали начальники лабораторий и специалисты-технологи) были рассмотрены эти предложения и в решении заседания отмечено о создании группы по разработке плана мероприятий, связанных с совершенствованием этого стандарта. Однако работа не была доведена до конца в связи с известными изменениями статуса Госстроя РФ.
Проблема определения F обсуждается и в журнале “Бетон и железобетон” [2—6]. К сожалению, авторы [3—5] увлеклись теорией вероятности, математической статистикой, что само по себе и не плохо, если бы принесло пользу практике. Понять содержание указанных статей инженерно-техническому составу и сотрудникам лабораторий трудно. Опубликованы весьма обширные статьи, а выводы сделаны более чем скромные. Авторы большинства статей фактически ушли от обсуждения недостатков ГОСТ 10060-95 и не внесли существенных предложений по его совершенствованию. Краткие замечания приводятся ниже.
В [2] предложения в основном сводятся к повышению марки бетона по F в зависимости от престижности и капитальности сооружения. При этом для обеспечения долговечности железобетонных конструкций предлагается создание запаса долговечности (установление запаса прочности). Приводится пример расчета необходимого повышения проектной марки бетона по F. Так, для F300, при доверительной вероятности Р = 0,95 и коэффициенте вариации VB = 20% требуемая марка бетона по F должна быть повышена на 118 циклов и составлять 418 циклов. Однако повышать марку бетона по F нет необходимости. Она должна устанавливаться (назначаться) в проекте, а для этого проектировщикам надо иметь обоснованные данные. Рекомендации по повышению нормативной марки приведут к произвольному ее назначению.
Главное внимание в [3] посвящено оценке пригодности критерия К. Для доказательства авторы опираются на статконтроль, теоретические положения и на работы Е.Пустыльника. Приведено большое количество формул, а также расчетов по ним. Результаты представлены в трех таблицах, а как они получены, пояснений нет. Понять все эти расчеты и данные практически невозможно. Много говорится о коэффициенте вариации VB, а как его найти применительно к определению F бетона, пояснений не дается. А ведь F рассчитывают по трем кубикам. Поэтому набрать необходимое количество данных невозможно (нет банка данных). В [3] опубликован обширный материал, авторы изложили свои взгляды на проблему и высказали предложения по ограничению VB (9%) и К (10%). Повторили известные предложения, высказанные ранее на НТС Госстроя РФ и в опубликованных статьях.
В [4] рассматриваются определение F бетона и ГОСТ 10060-87, который с введением ГОСТ 1006095 отменен. Недостатки первого не обсуждаются. Много внимания уделено теории вероятности, статконтролю и критерию К. Таблицу понять невозможно. Пояснения, на основе каких данных построены рисунки и как они получены, отсутствуют. Понять содержание статьи трудно. Автор не останавливается на недостатках ГОСТ 10060-95, как будто их и нет. Он одобряет методологию этого стандарта и, в частности, пишет, что исходя из современных знаний о морозостойкости бетона, следует признать методологию ГОСТ 10060-87 на данном этапе вполне приемлемой для практической проверки морозостойкости бетона. Являясь одним из разработчиков данного стандарта, он по другому выступить, видимо, и не мог.
Авторы [5] также обсуждают ГОСТ 10060-87, не касаясь его недостатков. При оценке критерия К они повторяют данные статьи [3]. Их предложения в основном сводятся к увеличению числа кубиков для каждого срока испытания до 3-6, повышению критерия К до 10%. Давая положительную оценку основному методу, авторы в то же время обращают внимание на длительность испытаний. Чтобы сократить сроки испытания бетона на F, они указывают на необходимость снижения температуры замораживания до -50°С. Однако об этом можно было и не писать, поскольку основной и ускоренные методы вошли в ГОСТ 10060-95. Поэтому особое внимание следовало бы обратить на недостатки именно этого стандарта, а не ГОСТ 10060-87.
Авторы [5] ратуют за переход на неразрушающие (ультразвуковые) методы испытаний. Но чтобы их применять, вначале нужно разработать методику оценки структуры бетона вместо критерия К. В настоящее время такой методики, к сожалению, еще не существует.
Кроме того, предлагается методика определения степени шелушения бетона. Шелушение действительно имеет место. Оно происходит не только под влиянием замораживания и оттаивания, но и под влиянием седиментации. И если бетон своевременно не укрывать, то вода под влиянием солнца и ветра будет испаряться. Верхний слой бетона станет обезвоживаться. Вначале появляются волосяные трещины, а затем при замораживании и оттаивании они увеличиваются, и бетон постепенно разрушается (шелушение может происходить и при применении пластичных бетонных смесей, при добавлении воды при отделке плит, а также при нарушении технологии бетонных работ). Такая методика нужна. Шелушение — это бич дорожного бетона.
Авторами [6] излагается метод испытания бетона на F. В основу метода положен энергетический подход для оценки потенциальной возможности бетона. Вместо испытания кубиков предусматривается испытание призм (6 штук) под нагрузкой (0,4...0,6) Rnp. Однако с предлагаемым методом вряд ли можно согласиться, так как его внедрение потребует переиздания нормативно-технической документации. К тому же он сложен, трудоемок и понять его специалистам довольно трудно. Рекомендовать этот метод для включения в стандарт вряд ли целесообразно.
На данном этапе необходимо уточнить ГОСТ 10060-95, а главное — выявить соотношение между ускоренными и основным методами с тем, чтобы в дальнейшем испытывать бетон только по ускоренным методам. Частая замена одних ускоренных методов другими не допустима. Апробированные методы следует (или необходимо) только уточнять, чтобы сохранить их стабильность (по опыту Англии, Канады, США и др.).
По нашему мнению, необходимо:
1. Предусмотреть единую классификацию марок по F для всех видов бетонов по первому базовому (основному) методу.
2. Разработать обоснованные данные для назначения в проектах марок бетона по F в зависимости от сроков службы сооружения, условий работы, района строительства и внешней среды.
3. Критерий К установить равным 10...15%, поскольку 5%-ное снижение прочности бетона установить (уловить) трудно (10% при испытании контрольных кубиков в 28-суточном возрасте, 15% — в эквивалентном возрасте).
4. Уточнить возраст испытания контрольных образцов. Если последние испытываются в 28-суточном возрасте, то испытания основных образцов необходимо проводить непрерывно в течение суток и всего срока испытания. При одном цикле за сутки контрольные образцы должны испытываться в эквивалентном возрасте.
5. Сохранить только два ускоренных метода испытания в солях: при температурах -18°С и -50°С (до уточнения двух других принятых методов).
6. Уточнить соотношения между ускоренными и основным методами. Это позволит при испытании бетона на F ускоренными методами получать достоверные данные и исключить испытание бетона по основному методу. Последний должен служить в качестве эталона (он найдет применение в нии и вузах при проведении научно-исследовательских работ).
7. Восстановить стандарты на бетоны дорожный, аэродромный и гидротехнический, а также разработать ГОСТ на бетон транспортных сооружений и дополнительные требования на бетонные смеси и материалы для бетона.
8. Рассмотреть метод [7] прогнозирования F бетона по его составу (на стадии подбора), что позволит оценить F до получения результатов испытания бетона по ускоренным методам. Ведь состав бетона главным образом и определяет его марку по F. К сожалению, подбору состава бетона не уделяется должного внимания. Роль лабораторий на заводах ЖБИ и стройках принижена. Часто они вынуждены выдавать состав бетона, не ожидая даже результатов испытания по ускоренному методу (и при этом рисковать).
9. Исключить второй базовый метод. Если дорожники считают, что их бетон работает в особо тяжелых условиях, то это должно учитываться (путем повышения марки бетона) в проектах.
10. Предусмотреть выравнивание граней кубиков, прилегающих к плитам пресса.
11. Рассмотреть возможность создания центров по испытанию бетона на F при нии, вузах и в лабораториях крупных строек. Заводов много, и каждый не имеет возможности создавать такие лаборатории у себя. Нет оборудования (морозильных камер) и кадров- морозильщиков. А если бы заводы и организовали такие лаборатории, то их результаты испытаний не могут служить основанием для Госконтроля.
12. Рекомендовать Госстрою РФ выделить бюджетное финансирование НИИЖБу и другим заинтересованным организациям для проведения необходимых исследований по данной проблеме и разработке новой редакции ГОСТ.
13. Повысить ответственность разработчиков стандартов за их качество.
Бетон и железобетон, 1999 №2