Р.К.ЖИТКЕВИЧ, Л.Л.ЛАЗОПУЛО (ЗАО «Моспромстрой»); А.В.ШЕЙНФЕЛЬД, А.Г.ФЕРДЖУЛЯН, О.В.ПРИГОЖЕНКО (НИИЖБ), Опыт применения высокопрочных модифицированных бетонов на объектах ЗАО «Моспромстрой»
Переход от сборного к монолитному строительству предъявляет новые требования к качеству бетонных смесей и бетонов на всех этапах этого процесса.
Для повышения технологической обеспеченности проектных решений применяются бетоны нового поколения с высокими технологическими и эксплуатационными свойствами, с гарантированными показателями качества, которым отводится важная роль в сложных инженерных сооружениях XXI века.
Имеются в виду бетоны с высокими эксплуатационными свойствами, так называемые «High Performance Concrete», которые уже сегодня востребованы не только необходимостью выдерживать возрастающие воздействия природного и особенно техногенного характера, но и новыми эстетическими требованиями, предъявляемыми к современным инженерным сооружениям [1,2].
Сегодня концепцию бетонов с высокими эксплуатационными свойствами можно изложить следующим образом [1,2]:
а) доступная технология производства бетонных смесей и бетонов с широким диапазоном свойств, основанная на использовании сложившейся производственной базы и традиционных материалов;
б) высокие физико-технические характеристики бетонов - высокая прочность, низкая проницаемость для воды и газов, низкая усадка и ползучесть, повышенная коррозионная стойкость и долговечность, т.е. свойства, сочетание которых или преобладание одного из которых обеспечивает высокую надежность конструкций при любых условиях эксплуатации.
Такой подход вполне обоснован:
с одной стороны, бетон должен сохранить все преимущества, сделавшие его основным конструкционным материалом строительства, т.е. изготовляться главным образом на основе местных ресурсов в непосредственной близости от стройплощадок, с небольшими трудозатратами как при приготовлении смесей, так и при бетонировании конструкций;
с другой стороны, он должен обладать достаточным потенциалом, чтобы воспринимать без «вторичной» защиты повышенные физикомеханические нагрузки при эксплуатации конструкций в различных, в том числе в сильно агрессивных, средах.
Реализация концепции таких бетонов оказалась возможной прежде всего благодаря появлению на отечественном строительном рынке органоминеральных модификаторов серии «МБ», которые представляют собой порошкообразные материалы насыпной массой около 800 кг/м3. В своем составе они содержат все необходимые компоненты бетона с высокими эксплуатационными свойствами: микрокремнезем, золу-унос, суперпластификатор, регулятор твердения и другие добавки в разных соотношениях. Благодаря синергизму указанные ингредиенты в форме единых поли- компонентных продуктов (модификаторов) более эффективны, чем те же материалы, раздельно введенные в состав бетона [3,4].
Повышенная плотность модификаторов делает их более технологичными и транспортабельными добавками, что существенно снижает соответствующие затраты у производителей бетонов. Указанные достоинства модификаторов позволили за короткий срок организовать в
России массовое производство бетонов нового поколения - высокой прочности, низкой проницаемости, повышенной коррозионной стойкости и морозостойкости. Достаточно отметить, что за последние 6 лет в Российской Федерации возведено более 750 тыс.м3 железобетонных конструкций, из которых: 50 тыс.м3 - из высокопрочного бетона классов В50 - В60 и выше; 250 тыс.м3 - из бетонов высокой плотности и коррозионной стойкости; 450 тыс.м3 - из бетонов классов ВЗО - В45 с решением разных технологических задач: обеспечение низкой экзотер- мии, связности-нерасслаиваемости высокоподвижных бетонных смесей, обеспечение высокой ранней прочности бетона без тепловой обработки и др.
Одним из производителей бетонов с высокими эксплуатационными свойствами в Москве является фирма «Бетон», которая поставляет бетоны классов В35-В55 на объекты ЗАО «Моспромстрой». В данной публикации представлены результаты работы по внедрению технологии производства бетонных смесей с модификаторами бетона серии «МБ» на растворобетонных узлах фирмы «Бетон» и опыт применения высокопрочных модифицированных бетонов на объектах ЗАО «Моспромстрой».
Технология приготовления бетонных смесей с указанными модификаторами отрабатывалась с учетом сложившейся производственной базы - четырех бетоносмесительных установок и использования имеющихся стандартных материалов:
• портландцементов М400 ДО и М500 ДО Н ОАОМихайловцемент» и ОАО «Мальцевский портландцемент»;
• песков - карьера «Петровский» и ОАО «Сычевский ГОК», с Мкр=2,3 и 2,8 соответственно;
• щебня из гравия фракции 5-20 мм карьера «Петровский»;
• щебня гранитного фракции 5-20 мм ОАО «Павловск-Воронеж- ский»;
• модификатора бетона МБ10- 50С или МБ10-100С, соответствующего ТУ 5743-083-46854090-98 с изменениями Nfi 1.
На первом этапе с целью уточнения марки и расхода цемента, марки и дозировки модификатора, водовяжущего отношения и доли песка в смеси заполнителей в лабораторных условиях НИИЖБа и в центральной лаборатории фирмы «Бетон» проводился подбор трех составов бетонных смесей: БСГ В35 П4 F100 W8, БСГ В40 П4 F100 W12 и БСГ В55 П4 F300 W12. Составы и характеристики бетонных смесей и бетонов приведены в табл.1 и на рис.1.
Как следует из рис.1, все смеси характеризовались высокой начальной подамностъю (ОК=20-22см).
Через 2 ч подвижность смесей № 1, 2,3 и 5 снизилась на 9-10%, а состава № 4 - на 20%, при этом все смеси остались в той же стандартной марке по подвижности П4. Таким образом, для смесей с модификатором при серийном производстве исследуемых составов МОЖНО устанав- РИС. 1. Изменение пластичности бетонных смесей во времени (номера кривых сохранность В пределе 2 Ч. соответствуют номерам составов из табл. 1)
Технология производства бетонных смесей с модификаторами не отличалась от стандартной - принятой на РБУ фирмы «Бетон». Технологическая линия по производству бетонных смесей состояла из традиционного оборудования (с выделением одной цементной банки (силоса) для хранения модификатора) и шнекового транспортера для его подачи в дозатор цемента. На всех этапах транспортирования.хранения и дозирования модификатора исключалось его пыление и попадание в него влаги. Бетонные смеси готовили на автоматизированном бетоносмесителе принудительного действия фирмы «Stetter».
В связи с тем, что время перемешивания, при котором стабилизируется пластичность бетонных смесей, зависит от дозировки модификатора, соотношения В/(Ц+МБ) и типа бетоносмесителя, при выпуске опытных партий оптимизировалось время их перемешивания. Для достижения стабильной пластичности и полной гомогенизации смеси оптимальное время перемешивания составило для бетонов с 10% модификатора (В35 и В40) - 120 с, а для бетонов с 15% модификатора (В55)-180 с.
Бетонная смесь из бетоносмесителя выгружалась в автобетоносмеситель, где она перемешивалась от 30 мин до 1 ч. Фактический состав бетонной смеси рассчитывали с учетом влажности песка и щебня, а также объемной плотности бетонной смеси.
Состав и характеристики опытных партий бетонных смесей, выпущенных в производственных условиях фирмы «Бетон», приведены в табл. 3.
В НИИЖБе были проведены испытания опытных партий бетонов на прочность при сжатии, водонепроницаемость и морозостойкость. Изготовление, хранение, подготовка к испытаниям, проведение испытаний, обработка и оценка результатов испытаний производились в соответствии с требованиями ГОСТ 10180, ГОСТ 12730.5 и ГОСТ 10060.2 (3-й метод). Результаты испытаний приведены в табл. 4.
Из полученных результатов (табл. 4) видно, что все бетоны, выпущенные в производственных условиях, стабильно имеют характеристики (прочность, водонепроницаемость, морозостойкость) выше требуемых, в связи с чем в 2002-2003 гг. экспертно-сертификационным центром НИИЖБа для фирмы «Бетон» ЗАО «Моспромстрой» были сертифицированы три вида бетонных смесей: БСГ В35 П4 F100 W8, БСГ В40 П4 F100 W12 и БСГ В55 П4 F300W12.
Бетонные смеси для бетонов классов В35 и В40 (составы №1 и №2, табл.З) использовались при изготовлении несущих монолитных конструкций различными фирмами на объектах ЗАО «Моспромстрой»: жилом доме (Ярославское шоссе, вл.118-120), гостинице (ул.Лесная, вл.29), торговом комплексе (Рублевское шоссе, вл.52), Архивохранилище (ул.Профсоюзная, ел.84) и др.
Сопроводительный контроль, согласно ГОСТ 18105, проводился на всех объектах. По материалам контроля было установлено, что проектный класс бетонов В35 и В40 достигается стабильно на всех объектах, в связи с чем фирма «Бетон» перешла на выпуск высокопрочного бетона класса В55.
В 2003 г. ГИП ОАО «Стройпро- ект» был разработан проект жилого комплекса по адресу Мичуринский пр., вл.2, где предусматривалось изготовление монолитных колонн и капителей из бетона класса В55. В строительстве комплекса принимали участие фирмы ЗАО «Моспромстрой»: «Инпредстрой» (генподрядчик), а также «Континент», «Орбита» и «Промстрой». Бетонная смесь для этих конструкций выпускалась фирмой «Бетон» с использованием модификатора МБ10-50С (состав №3, табл.З). Контроль прочности бетона производился по ГОСТ 18105 при выпуске бетонной смеси на РБУ фирмой «Бетон» и при изготовлении конструкций на объекте всеми перечисленными выше фирмами. Контроль проводился с целью установления соответствия прочности бетона в конструкциях требованиям проекта. Контролю подлежали все монолитные конструкции без исключения, изготовленные из бетона класса В55.
При сопроводительном контроле за партию принимались конструкции или их части, изготовленные в течение суток. Периодичность ведения контроля позволила использовать статистические методы и провести оценку прочности бетона с учетом его однородности. По данным работы завода (фирмы «Бетон»), выпускающего товарную бетонную смесь, каждый месяц рассчитывался коэффициент вариации - Vn, по которому определялась требуемая прочность - RTp. Прочность RTp считалась выбраковочным уровнем при приемке партии конструкций. Условием приемки конструкций, характеризующихся кубиковой прочностью в возрасте 28 сут - Rm, было условие Rm > RTp.
При сдаче конструкций за партию принимались конструкции, изготовленные за 1 неделю (с понедельника по воскресенье). Всего на данном объекте проконтролировано 64 партии при выпуске бетонной смеси (общим объемом около 2000 м3) и 189 партий при изготовлении монолитных конструкций. Результаты сопроводительного контроля прочности бетона класса В55 на жилом комплексе Мичуринский проспект, владение 2 представлены в табл.5.
Как следует из табл.5, все конструкции были изготовлены из бетона класса В55, характеризующегося прочностью выше требуемого уровня обеспеченности при коэффициентах вариации контролируемого периода Rm > RTp Представленные данные особенно ценны тем, что они получены при сопроводительном контроле прочности бетона непосредственно на производстве и содержат множество случайностей (изготовление, уплотнение, хранение, испытание и т.д ), отражающихся на показателях прочности.
К успешным примерам использования высокопрочных модифицированных бетонов при строительстве массивных монолитных конструкций можно отнести опыт применения бетона В55 F300 W12 при возведении главной опорной платформы ферм На объекте ЗАО «Моспромстрой» - крытый конькобежный центр на Крылатской улице.
Конструкция главной опорной платформы ферм представляла собой монолитный железобетонный диск диаметром 34,0 м и толщиной 2,2 м с расположенными полукругом со стороны арены ступенчатыми опорными узлами под фермы и примыкающей к ним со стороны центра платформы приопорной стеной толщиной 1,5 м и высотой 3,1 м.
Платформа ферм в центральной ее части опиралась на монолитную железобетонную конструкцию цилиндрической формы с наружным диаметром 12,4 м и с толщиной стенки 600 мм, которая, таким образом, образовала консоли длиной 10,8 м. Платформа ферм имела две дополнительные монолитные опоры диаметром 2,5 м каждая.
Возведение конструкции главной опорной платформы ферм крытого конькобежного центра осуществлялось фирмой «Инпредстрой» ЗАО «Моспромстрой» в соответствии с Технологическим регламентом, разработанным НИИЖБом.
Главными условиями, определяющими выбор способов возведения конструкции, являлись:
1. Бетонирование опорной платформы и ее элементов непрерывно за единый технологический цикл, без образования рабочих швов, учитывая воздействие значительных усилий, возникающих в конструкции на стадии возведения и эксплуатации.
2. Обеспечение термической трещиностойкости конструкции, т.е. предотвращение термических трещин, связанных с тепловыделением высокопрочного бетона, объем которого составил около 2500 м3.
3. Обеспечение высокой удобо- укладываемости бетонной смеси, подаваемой в густонасыщенную арматурой опалубку, имеющую сложную конфигурацию.
Учитывая значительный объем монолитного бетона, укладываемого непрерывно в массивную конструкцию платформы (модуль поверхности равен ~ 0,84), а также густое армирование конструкции, к бетонной смеси предъявлялись дополнительные требования, которые заключались в обеспечении минимальной экзотермии твердеющего бетона и в максимальной удобоук- ладываемости бетонной смеси. Поэтому бетонная смесь по составу имела пониженный расход цемента, обладала повышенными показателями по подвижности, связности (нерасслаиваемости) и сохраняемости (состав № 4, табл.З).
Поступающая на строительную площадку бетонная смесь, как правило, имела следующие характеристики:
- марка по удобоукладываемо- сти П5 (ОК от 21 до 24 см);
- сохраняла требуемую подвижность (удобоукладываемость) в течение 1,5-2,0 ч с момента ее приготовления на бетонном заводе, а через 4-5 ч имела подвижность (ОК) не менее 2 см для надежности послойного вибрирования;
- обладала повышенной связностью - нерасслаиваемостью, характеризующейся водоотделением, определенным по ГОСТ 10181-00 «Смеси бетонные. Методы испытаний», равным < 0,2%;
- имела температуру от 24 до 28°С.
Для непрерывного бетонирования конструкции платформы и ее элементов поставка бетонной смеси осуществлялась одновременно с четырех бетоносмесительных узлов фирмы «Бетон» ЗАО «Моспрострой». Для равномерного распределения нагрузки от укладываемой в конструкцию бетонной смеси бетонирование главной опорной платформы ферм производилось одновременно двумя бетононасосами, расположенными в противополож- ных секторах конструкции. При этом бетонная смесь укладывалась в опалубку горизонтальными слоями толщиной 20 см с направлением укладки от центра платформы к ее краям.
Бетонирование ступенчатых опорных узлов под фермы и примыкающей к ним приопорной стены выполнялось с применением вспомогательных приспособлений в виде отсечных сеток, предотвращающих выпучивание из под вертикальных щитов опалубки бетонной смеси в процессе ее укладки и уплотнения. Учитывая значительную протяженность, составляющую около 40 м, в конструкции приопорной стены через 7 м были организованы технологические отсечки, предназначенные для локализации в них трещин от температурных напряжений, возникающих при остывании бетона после экзотермического прогрева. Укладка бетонной смеси производилась слоями толщиной 300-450 мм (на высоту 2-3 ступеней) с выполнением требований СНиП 3.03.01-87 по укладке бетонной смеси в железобетонные конструкции.
При возведении главной опорной платформы темп укладки бетонной смеси в конструкцию в среднем составил около 60 м3/ч, а весь процесс укладки бетонной смеси занял около 40 ч. После завершения работ по уплотнению и отделке все открытые поверхности свежеуложенного бетона, во избежание появления трещин от усадочных и термических напряжений, а также для защиты от попадания атмосферных осадков, укрывались влаготеплозащитным покрытием (полиэтиленовая пленка + 2 слоя дорнита + полиэтиленовая пленка).
В процессе выдерживания и остывания бетона в конструкции в течение 14 сут после бетонирования два раза в смену, а в последующем один раз в сутки производили замеры температуры наружного воздуха и температуры бетона. Температуру бетона замеряли в нескольких участках опорной платформы в трех уровнях - в нижней, средней и верхней зонах по высоте сечения конструкции. Контрольные замеры температуры показали, что пик экзотермического нагрева бетона наступил на 1-2 сут после окончания бетонирования, а максимальные значения температуры в бетоне (76°С) были получены в центральной зоне (середине сечения) главной опорной платформы ферм. Характерная кинетика температуры бетона в процессе его выдерживания в верхней, средней и нижней зонах по высоте сечения конструкции представлена на рис.2 (поданным лабораторного сопроводительного контроля фирмы «Инпредстрой»).
Снятие влаготеплозащитных покрытий с поверхности бетона и ранее распалубленных боковых граней конструкции было произведено при условиях, когда разность температур бетона в ядре (середине сечения) и на поверхностях (верхней и нижней) в процессе остывания бетона составила менее 30°С; разность наиболее высокой температуры наружных слоев бетона и наименее низкой суточной температуры наружного воздуха составила менее 20i°C.
Прочность бетона контролировали испытанием образцов-кубов размером 100x100x100 мм, изготовленных из бетонной смеси, отобранной к концу каждого 4-го часа бетонирования, и хранившихся в условиях твердения бетона в конструкции. Всего были проконтролированы 11 партий бетонных смесей.
Испытание образцов-кубов осуществлялось по ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» как при изготовлении бетонной смеси, так при изготовлении конструкций. Прочность бетона по образцам сопроводительного контроля в построечных условиях была: в возрасте 14 сут в диапазоне 66,3-101,8 МПа и в возрасте 28 сут в диапазоне 78,6- 106,7 МПа, что соответствовало требуемой прочности проектного класса В55 со значительным запасом.
Таким образом, сопроводительный контроль на всех этапах строительства показал, что в ЗАО «Моспромстрой» освоена технология возведения монолитных железобетонных конструкций из высокопрочных бетонов классов В55, которые полностью отвечают концепции бетонов с высокими эксплуатационными свойствами.
Полученные высокие эксплуатационные характеристики железобетонных конструкций на объектах ЗАО «Моспромстрой» свидетельствуют о надежности и значительном потенциале технологии производства бетонов, основанной на применении комплексных модификаторов серии МБ.
Бетон и железобетон, 2005 №2