На главную Обратная связь Карта сайта
Главная




(351) 247-87-17
232-33-51
polbeton@mail.ru
www.pol-beton.ru
ICQ: 493-705-348

ПРАЙС ЛИСТ



Прайс/Типовое предложение


Галерея покрытий



Стратегия обеспечения морозостойкости и долговечности бетонных и железобетонных конструкций.

Стратегия обеспечения морозостойкости и долговечности бетонных и железобетонных конструкций

А.М. ПОДВАЛЬНЫЙ, доктор техн. наук, главный научный сотрудник НИИЖБ, филиал ФГУП «НИЦ Строительство»

  В статье содержится критический анализ методологии определения марки бетона по морозостойкости, предлагается новая концепция обеспечения морозостойкости бетона.


  Морозостойкость - один из важнейших показателей качества бетона, обеспечение которого особенно важно для России в связи с ее географическим положением и климатическими условиями. Сотни тысяч конструкций из бетона и железобетона находятся на открытом воздухе, увлажняются при действии природных факторов, подвергаются замораживанию и оттаиванию. Конструкции из неморозостойкого бетона со временем теряют несущую способность, подвергаются поверхностному износу и получают различного рода повреждения. Морозные повреждения защитного слоя, бетон которого работает в особенно жестких условиях, увеличивают его проницаемость и ухудшают защитные свойства по отношению к арматуре. Таким образом, морозостойкость бетона имеет особое значение для обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности конструкций и сооружений из бетона и железобетона.
  Государственная стратегия обеспечения морозостойкости бетона в конструкциях и сооружениях, начиная с утверждения ГОСТ 4795-49 и ГОСТ 4800-49, строилась по общему принципу, зафиксированному затем в ГОСТ 10060-62, переизданном в 1976,1987 и 1995 гг. По показателю прочности подбирается бетон возводимой или изготавливаемой конструкции, который на основании общих соображений должен также удовлетворять требованиям по морозостойкости. На лабораторных образцах из этого бетона, изготавливаемых и испытываемых по стандартизированной методике, определяется (проверяется) марка бетона по морозостойкости. При положительном результате испытания, если средняя потеря прочности не превышает нормируемого значения, номинальный состав бетона передается на производство, где он воспроизводится в заводских или построечных условиях и укладывается в конструкцию.
  Однако, несмотря на строгие требования ГОСТ, морозные повреждения бетона многочислены и встречаются повсеместно, а ответственности за это никакой. Разрушения от мороза, как правило, наступают через несколько, иногда через слишком много лет после ввода сооружения в эксплуатацию, когда определение виновных, как правило, не имеет смысла. Кроме того, невозможно установить причину: то ли лаборатория неверно определила марку бетона по морозостойкости, то ли на производстве был неверно воспроизведен лабораторный состав и нарушена технология приготовления бетона и изготовления конструкции. Выяснение этих обстоятельств оправдано лишь в том случае, если корректна принятая методология обеспечения морозостойкости, диктуемая ГОСТ 10060, который является исходным пунктом всей стратегии, вызывающей серьезные сомнения.
  На протяжении почти полувековой истории ГОСТ 10060 подвергался постоянной критике и в него вносились многочисленные изменения. Однако основная идея стандарта, изложенная в последнем издании ГОСТ 10060-95 в виде первого или основного метода, оставалась неизменной. Именно на ней базируется определение марки бетона по морозостойкости. Попытаемся критически проанализировать принципиальную методологию стандарта и диктуемую им методику, завершающуюся присвоением бетону марки по морозостойкости. Актуальность такого исследования именно в настоящее время определяется тем, что система строительных норм сейчас находится в стадии существенного пересмотра. Изменения, которые не будут внесены в новые нормы, скорее всего будут отложены на неопределенный и, по-видимому, долгий срок.
  Учитывая рамки журнальной статьи, постараемся кратко изложить претензии к ГОСТ 10060 и к основному (базовому) методу стандарта, представляющиеся нам главными; в тексте приводятся ссылки на публикации, где обсуждаемый аспект вопроса также рассматривался.
  1. Диктуемое ГОСТ определение морозостойкости на 3-4-6 образцах, учитывая высокий коэффициент вариации прочности бетона, особенно после испытания на морозостойкость, не соответствует требованиям математической статистики. Такая выборка не представительна, нарушается требование международного и отечественного стандарта ГОСТ РИСО 7225-2002, в соответствии с которым среднее значение должно быть получено «... на основании большой серии результатов измерений (или результатов испытаний)...». Для получения достоверного «точного, правильного, повторяемого и воспроизводимого результата испытаний»  число идентичных образцов должно быть для каждого среднего значения увеличено до 15-30. Выполнение этого требования при испытании на морозостойкость создает огромные практические трудности и вряд ли будет реализовано.
  2. Критерий морозостойкости, устанавливаемый в различных изданиях стандарта как допускаемое 5-10-15-процентное снижение начальной прочности бетона в результате испытания, находится в пределах дисперсии данных. Это приводит, например, к тому, что при определении начальной прочности двух партий образцов одного бетона неморозостойким может быть признан бетон еще до испытания на морозостойкость. То, что практически всегда испытывается только одна партия, скрывает это обстоятельство. Недостоверность и высокая дисперсия результатов определений приводят к тому, что лица, проводящие испытания, сталкиваются с отсутствием логики в получаемых данных (результаты «скачут»): с увеличением числа циклов после снижения прочности наступает ее необъяснимое повышение.
  3. В стандарте (и в других нормах) отсутствует требование и методика проверки морозостойкости бетона, уложенного в конструкцию. Следовательно, отсутствует контроль за результатом, реальным итогом длительного, трудоемкого и энергоемкого испытания, который фактически принимается «на веру». В американском стандарте утверждается, что нет соответствия между морозостойкостью бетона лабораторных образцов и вырезанных из конструкций. Там же, кстати, отмечается, что результаты лабораторных испытаний не характеризуют количественно ожидаемый срок службы бетона в конструкции или сооружении, на что ориентирован ГОСТ 10060. Имеется принципиальное различие в оценке прочности, которая проверяется в лаборатории, и в конструкции, и при оценке морозостойкости, которая проверяется только в лаборатории. Это тем более странно, что морозостойкость более структурно-чувствительное свойство, чем прочность и характеризуется большей дисперсией; при этом условия морозного воздействия на образец и на конструкцию весьма различны. Отметим, что отсутствие проверки стойкости бетона в конструкции, по существу, не позволяло оценивать реальный эффект многочисленных изменений, которые вносились в стандарт при его пересмотрах и переизданиях. Разрыв, незавершенность методики - серьезный дефект всей методологии, который приводит к тому, что морозостойкость и марка по морозостойкости не являются гарантированной характеристикой.
  4. Известно, что прочность бетона является случайной величиной. Следовательно, и морозостойкость, оцениваемая по изменению прочности, также является случайной величиной. Отсюда и среднее арифметическое прочности, по которой судят о морозостойкости, также есть случайная величина.
Случайная величина оценивается веро-ятностью своей реализации, а не детерми¬нированным критерием «да-нет», как это зафиксировано в стандарте.Отметим, что разрушение бетона от морозного воздействия, как правило, не происходит сразу и целиком во всей конструкции, а проявляется локально, в отдельных ее участках и в различное время, т. е. реализуется как бы в соответствии с некоторым распределением, что может также рассматриваться как проявление вероятностной природы явления.
  В результате того, что стандарт игнорирует вероятностную природу морозостойкости и статистические закономерности, он оказывается внутренне противоречивым. Так, например, как показывают вычисления, морозостойким может быть признан бетон, вероятность морозостойкости которого меньше 0,5. Стандарт претендует на строго количественное определение морозостойкости и в то же время предписывает методику, по которой такая оценка получена быть не может.
  5. Случайная величина под влиянием непредсказуемого сочетания действующих на нее факторов может реализоваться с достаточно высокой вероятностью в пределах некоторого «доверительного» интервала. Вычисления свидетельствуют о том, что «доверительный» интервал значений прочности бетона, на основании которых устанавливается марка по морозостойкости, может «накрыть» от двух до четырех соседних марок. Иначе говоря, испытывая различные партии бетона одного состава, можно оценить их морозостойкость различными марками. Тем самым нарушается однозначность и стандартность результатов, получаемых по стандарту, повторяемость и воспроизводимость испытаний.
  6. Напряженное состояние, в котором находится бетон в эксплуатируемой конструкции, оказывает существенное влияние на его морозостойкость. Морозостой-кость, определенная по ГОСТ 10060, соответствует тем участкам конструкции, где бетон не нагружен. Для обеспечения морозостойкости бетона в конструкции, особенно в ее защитном слое, марка, определенная на ненагруженных образцах, должна быть повышена, т. е. в бетоне должен быть создан «запас по морозостойкости». Стандарт этого не предусматривает, следствием чего является применение бетона, стойкость которого не соответствует условиям его работы в конструкции, что также приводит к нарушению требований.
  7. Бетон, который претерпел несколько сотен циклов замораживания и оттаивания - это не тот бетон, который был до испытания. Структура его нарушена, в нем образовались дефекты, неравномерно распределенные по объему образца, коэффициент вариации прочности увеличивается в 2-4 раза, закон распределения прочности такого бетона, насколько известно, не исследовался, она, скорее всего, будет другой, чем у бетона до испытания. Сравнение таких бетонов только по значению среднего арифметического значения прочности, тем более при малой выборке, некорректно и не может быть положено в основу суждений о стойкости бетона при тех критериях, которые установлены стандартом.
  По поводу марок бетона по морозостойкости можно сделать ряд замечаний: устанавливаемые по небезупречному стандарту, они естественно, несут в себе и его недостатки. Насколько известно, их нет в нормах других стран - ни в американских, ни в канадских, ни в европейских. Наличие 13-15 марок, предусматривающихся ГОСТ 10060, не оправдано весьма приблизительной оценкой условий эксплуатации конструкций, крайне изменчивых, с низкой точностью оценки морозостойкости, связанной с вероятностной природой бетона и самого явления морозостойкости. Высокая дифференциация и градация морозостойкости, предусмотренная стандартом, имеет, как представляется, чисто нормативную ценность. Реальный смысл и оправдание ГОСТ 10060 заключается не в сложной и длительной процедуре определения марок бетона по морозостойкости, а в отсеивании тех заведомо плохих бетонов, которые «развалились», резко снизили прочность или получили поверхностные повреждения под влиянием морозного воздействия. Однако, проблема отбора или назначения стойких бетонов может быть решена проще и надежнее.
  Нельзя не отметить, что несмотря на постоянную критику и регулярно вносимые от переиздания к переизданию существенные изменения, стандарт в целом проявил удивительную устойчивость. Объясняется это, возможно, убеждением, что такую важную характеристику, как морозостойкость, необходимо проверять и контролировать. Предписываемая стандартом проверка конкретных составов перед их использованием в строительстве создает иллюзию такого контроля. Марки по морозостойкости органически вписались в структуру норм и стали как бы естественной их частью. Их использование удобно для проектных, нормативных и административно-контролирующих организаций. Эти факторы, однако, имеют психологический, а не технический характер.
  Ограничимся изложенными замечаниями. Если они справедливы, то стандарт, в котором имеется любой из указанных выше дефектов, искажает в неизвестной мере результаты испытаний и определений и приводит либо к применению в конструкции ненадлежащего бетона, либо бракует хороший бетон. Вероятность подобного рода решений неизвестна, но можно считать, что она вполне значима. Наблюдаемые повсеместно морозные разрушения являются косвенным подтверждением этого вывода.
  В связи с изложенным возникает главный вопрос: как обеспечить морозостойкость бетона в конструкциях зданий и сооружений, какова должна быть стратегия решения этой проблемы? Представляется, что внесением изменений в стандарт, назначением других критериев, другого числа испытываемых образцов, иных методов испытания и определения морозостойкости и т. п. проблема решена быть не может. Эти меры не снимают всех претензий к стандарту и диктуемым им методам оценки, нормирования и обеспечения морозостойкости. Стратегия должна быть изменена кардинально. Краткая формулировка рациональной стратегии заключается в следующем: «Нужно не испытывать бетон перед каждым применением в конструкции, а применять заведомо морозостойкий бетон». Такой же точки зрения придерживались известный исследователь морозостойкости бетона профессор С. В. Шестоперов и академик П. А. Ребиндер. Их мнение в свое время не было услышано и учтено, возможно, в связи с тем, что считалось, что ГОСТ 10060 успешно решает эту задачу. К сожалению, это не так.фото 1

  Огромный объем проведенных в нашей стране и во всем мире научно-исследовательских работ по получению морозостойкого бетона, лабораторные и натурные эксперименты, практика строительства и эксплуатации различного рода сооружений свидетельствует о том, что проблема получения морозостойкого бетона может быть успешно решена известными технологическими приемами с высокой надежностью. При этом повсеместные предпостроечные испытания морозостойкости оказываются излишними.
  Вариант такого решения, представляющий сочетание рекомендаций европейских норм ЕМ 206  и отчета НИИЖБ в 1995 г. по этой проблеме  представлен в таблице. Марки по морозостойкости не предусматриваются.
  В таблицу включены четыре класса морозостойкого бетона, получение которого достигается известными технологическими средствами и приемами. Они соответствуют четырем видам условий эксплуатации, охарактеризованных достаточно общим образом. Промежуточные ситуации, которые, в принципе возможны, должны обеспечиваться с «запасом по морозостойкости». В таблице приведены основные требования к бетону, которыми обеспечивается и гарантируется его морозостойкость. Ряд дополнительных, факультативных условий и требований, таких, например, как содержание воздуха в уплотненной бетонной смеси, минимальный расход в бетоне с добавками клинкерного цемента, минералогический состав цемента, уточнение условий твердения бетона, учет степени ответственности здания и сооружения и др. должны быть изложены в соответствующем инструктивном документе, который необходимо разработать. Проектная организация, разрабатывающая проект здания или сооружения, должна также учесть опыт эксплуатации аналогичных (подобных) бетонных и железобетонных конструкций и сооружений в климатическом районе предполагаемого строительства и выбрать соответствующие характеристики класса бетона; следует иметь в виду при принятии решения что «запас по морозостойкости» является оптимальной стратегией и риск применения недостаточно морозостойкого бетона не оправдан ни технически, ни экономически.
  И еще одно замечание. Сохраняется существующий подход к оценке морозостойкости заполнителя с акцентом на ускоренные методы в соответствии с отечественными или немецкими (испытание насыщением раствором сульфата магния) нормами.
  Изменение концепции обеспечения морозостойкости бетона затрагивает многие стороны отечественного нормирования и строительства из бетона и железобетона. Эта сложная и многоаспектная работа должна быть всесторонне продумана и выполнена на соответствующем уровне. Для этого необходимо своевременное и целевое финансирование с тем, чтобы итоги работы были включены в новую структуру норм, которая, как предполагается, должна быть разработана и принята в ближайшие два-три года.

 Примечание: Вводится следующая классификация условий эксплуатации конструкций (ЭК), подвергающихся увлажнению и замораживанию:
ЭК 1 - конструкция подвергается умеренному водонасыщению, солиантиобледенители (хлористый натрий и др.) отсутствуют (вертикальные бетонные поверхности, подвергающиеся увлажнению дождем и замерзанию, например, стены зданий и др.);
ЭК2 -умеренное водонасыщение, эпизодически и в небольшом количестве на бетонную поверхность попадают хлористые соли (вертикальные бетонные поверхности транспортных и гидротехнических сооружений и др.);
ЭК 3 - высокое водонасыщение, соли-антиобледенители отсутствуют (горизонтальные бетонные поверхности, подвергающиеся увлажнению атмосферными осадками и замораживанию); ЭК 4 - высокое водонасыщение, воздействие солей-антиобледенителей или морской воды (дороги, конструкции транспортных сооружений, на которые прямо попадают соли-антиобледенители, зона брызг сооружений морской гидротехники и др.). 2) Марки по морозостойкости включены во многие нормативные документы. В таблице приводится вариант установления необходимого соответствия между прежними и новыми требованиями.
3)Важнейший фактор обеспечения высокой морозостойкости - применения воздухововлекающих или газообразующих добавок и контроль содержания воздуха в бетонной смеси перед укладкой бетона.

Технологии бетонов 2007