УДК 666.972.53.
Атаджанов М.М.
Московский государственный университет путей сообщений
В нашей стране, несмотря на сложности, вызванные переходом экономики на рыночные отношения, продолжается освоение новых природных ресурсов и развитие транспортной сети. Эти ресурсы сосредоточены в малоосвоенных районах Сибири, Севера и Востока страны.
Освоение природных богатств в необжитых районах страны связано с необходимостью строительства в больших масштабах промышленных и жилых комплексов, расширения транспортной сети. В том числе строительства железных и автомобильных дорог и большого числа искусственных сооружений.
В настоящее время в Москве ведется строительство крупномасштабного объекта – третьего транспортного кольца. В состав работ по сооружению кольца входит строительство многих искусственных транспортных сооружений.
Сочетая в себе преимущества стальных и каменных конструкций, бетон и железобетон является наиболее универсальным строительным материалом и широко используется в транспортном строительстве. Даже там, где несущие и ограждающие конструкции выполняются из металла, бетон используется для возведения фундаментов под конструкции и оборудование, в качестве дорожного и мостового полотна, аэродромного покрытия и т.п.
По мере ввода в эксплуатацию новых построенных объектов, увеличивается количество сооружений, требующих не только текущих, но и капитальных ремонтов.
Например, в США в 1977 году 40 тыс. автодорожных мостов имели дефекты [1]. К 1990 году дефектными были признаны уже 42 % от 578 тыс. государственных автодорожных мостов США [2].
Существенным недостатком современного строительства является быстрое разрушение возведенных сооружений из-за возникновения в процессе эксплуатации большого числа различных повреждений. В связи с этим сооружения ранее расчетного срока эксплуатации выходят из строя или работают с пониженной эффективностью. Это приводит к значительному увеличению материальных, энергетических и трудовых затрат на ремонт и восстановление, а в ряде случаев требуется их замена. Одной из важнейших причин появления все возрастающего числа повреждений построенных бетонных и железобетонных с сооружений является недостаточная морозостойкость бетона этих сооружений.
В условиях производства определение фактической морозостойкости составов бетонов, подобранных в лабораторных условиях и испытанных по действующему ГОСТу 10060.2 – 95 [4], требует длительного времени, в связи с чем, информация о морозостойкости бетона становится известной уже после того, как бетон уложен в дело. Это существенно затрудняет возможность корректировки состава бетона в случае получения низкой морозостойкости подобранного бетона. Одним из путей решения этой проблемы является использование ускоренных методов прогнозирования морозостойкости бетонов, которые позволяли бы за короткое время определять их морозостойкость без проведения длительных испытаний.
В МИИТе на кафедре «Строительные материалы и технологии» предложен ускоренный способ прогнозирования морозостойкости бетонов по критерию морозостойкости КМРЗ [5]. Он основан на следующих предпосылках. Основной причиной разрушения бетонов при их циклическом попеременном замораживании и оттаивании является фазовый переход поровой жидкости бетонов в твердое агрегатное состояние. В связи с этим можно все поры в бетоне, независимо от их размера, разделить на две группы: открытые (интегральные) ПИ и замкнутые (условно — замкнутые) ПУ.З. поры. Открытые поры самостоятельно заполняется жидкостью при её контакте с водой. Замкнутые поры при погружении бетона в жидкость не насыщаются влагой и остаются заполненными воздухом или паро-воздушной смесью.
При замораживании бетона переход жидкости в твёрдое агрегатное состояние происходит во всех открытых и той части замкнутых порах, которые заполнены жидкостью. Условно — замкнутые поры являются тем “резервом“, куда может перемещаться еще не замерзшая часть жидкости под действием давления растущих кристаллов льда при замораживании бетона.
Из изложенных предпосылок следует, что при замораживании бетона приращение объёма жидкой фазы, находящейся в открытых порах, будет составлять величину, равную 0.09 ПИ (увеличение объема воды при переходе в лед округленно принято равным 9 %). При этом “резервный“ объем, в которой может перемещаться отжимаемая часть жидкости, равен объему условно — замкнутых пор, свободному от жидкости, т.е. равен ПУЗ. Таким образом, чем больше величина отношения объема условно — замкнутых пор к приращению объема замерзающей жидкости, т.е. отношение ПУЗ/(0,09·ПИ), тем большее число циклов попеременного замораживания и оттаивания может выдержать бетон без разрушения.
На основании изложенного предложен критерий морозостойкости КМРЗ, в виде выражения КМРЗ = ПУЗ/(0,09 ПИ).
Как показывает экспериментальная проверка [6.7,8] этот способ дает возможность с высокой точностью оценивать морозостойкость обычных тяжелых бетонов и бетонов с добавками.
Для оценки морозостойкости по данному методу изготавливают образцы из бетонной смеси рабочего состава, которые твердеют в условиях, аналогичных условиям твердения бетона сооружений. Приготовленные образцы, достигшие требуемого возраста, испытывают по стандартным методикам с целью определения их структурных характеристик: условно замкнутой и открытой пористостей согласно требованиям ГОСТ 12730 – 78. После определения этих величин вычисляются значения критерия морозостойкости КМРЗ по формуле КМРЗ = ПУЗ/(0,09 ПИ).
Морозостойкость бетона F, выраженную в циклах замораживания и оттаивания, определяют по номограмме [5,6,7], исходя из величин КМРЗ.
Нами проведены исследования по ускоренному прогнозированию морозостойкости данным методом пяти серий производственных составов тяжелых бетонов, используемых Мостоотрядом № 114 Спецмостотреста, и двух серий составов бетонов, используемых ЗАО «Темех – 1» для изготовления транспортных сооружений.
Исследованиям подверглись образцы бетона, изготовленные на кварцевом песке Мансурского карьера с модулем крупности 2,4 – 2,8, щебне фракции 5 – 20 мм карьеров Гранит – Кузнечное, Гавриловское и Павловск — Гранит и цементах заводов АО Мальцевский и Белгородский марки ПЦ – 500.
Составы бетонной смеси Мостоотряда № 114: 1-ая серия – Ц: П : Щ = 1:1,86:2,36 при В/Ц = 0,42, расходе цемента 426 кг/м3 и с добавками С-3 1,92 кг/м3, СНВ 0,030 кг/м3; 2-ая серия — Ц : П : Щ = 1 : 2 : 2,39 при В/Ц = 0,39, расходе цемента 420 кг/м3 и с добавками С-3 2,85 кг/м3, СНВ 0,021 кг/м3; 3-ая серия — Ц : П : Щ = 1 : 1,8 : 2,52 при В/Ц = 0,43, расходе цемента 416 кг/м3 и добавками С-3 1,9 кг/м3, СНВ 0,013 кг/м3; 4-ая серия — Ц : П : Щ = 1 : 1,13 : 1,73 при В/Ц = 0,35, расходе цемента 570 кг/м3 и добавками С-3 2,85 кг/м3, СНВ 0,057 кг/м3; 5-ая серия — Ц : П : Щ = 1 : 2 : 2,8 при В/Ц = 0,42, расходе цемента 379 кг/м3 и добавками С-3 1,59 кг/м3, СНВ 0,030 кг/м3.
Составы ЗАО «Темех – 1»: 1-ая серия — Ц : П : Щ = 1 : 1,52 : 2,35 при В/Ц = 0,35, расходе цемента 470 кг/м3 и добавками С-3 3,1 кг/м3, СНВ 0,2 кг/м3; 2-ая серия — Ц : П : Щ= 1 : 1,64 : 2,27 при В/Ц = 0,39, расходе цемента 453 кг/м3 и добавками СНВ 0,4 кг/м3, ЛБ-1 1,36 кг/м3.
Среднее значения морозостойкости бетонов исследованных составов, определенных по критерию КМРЗ, в пересчете на число циклов по первому базовому методу ГОСТ 10060.1 – 95 [3], оказались равными: бетоны, изготовленные Мостоотрядом №114, 1-ая серия – F 575, 2-ая серия – F 925, 3-я серия –F 650, 4-ая серия – F 950, 5-ая серия–F 650; бетоны, изготовленные ЗАО «Темех – 1», 1-ая серия – F 1050, 2- ая серия – F 1000.
Испытания бетонов указанных составов, проведенные путем непосредственного замораживания по второму методу ГОСТ 10060.2 – 95 дали следующие результаты.
Составы бетона Мостоотряда № 114. Образцы 1-ой серии выдержали более 20 циклов, 2-ой серии — более 37 циклов, 3-ей серии — более 20 циклов, 4-ой серии — более 37 циклов и 5-ой серии — более 20 циклов. В пересчете на число циклов по первому базовому методу ГОСТ 10060.1 – 95 морозостойкость бетонов составила: 1-ая серия — F 600, 2-ая серия – F 1000, 3-я серия – F600, 4-ая серия – F 1000 и 5-ая серия – F 600.
Составы бетона ЗАО «Темех – 1». Образцы 1-ой серии выдержали более 37 циклов, 2-ой серии — более 37 циклов, что в пересчете на ГОСТ 10060.1 – 95 составило F 1000 для обеих серий.
Из этих данных следует, что разница в результатах, полученных при испытании по методу МИИТа и по второму методу ГОСТ 10060.2 – 95, составляет 4,1…8,0 %. Это позволяет сделать вывод об их совпадении по двум независимым методам.
Метод МИИТа не требует специальных морозильных камер и больших затрат электроэнергии. При определении морозостойкости бетонов по методу МИИТа время испытаний составляет от 7 до 10 суток, вместо 30…40 суток по действующему ГОСТ 10060.2 – 95, а трудоемкость намного меньше, чем по методу ГОСТ. Это дает возможность оперативно вносить коррективы в состав бетона и технологию изготовления конструкции из него, что позволяет снизить вероятность появления брака и получать конструкции из бетона заданной морозостойкости.
Библиографический список
- One of six US highway bridges is deficient. Engineering News Record, 10 Mar, 1977, 18-21.
- Ahiskog I.I. Bridge evaluation, repair and rehabilitation, NATO ASI Series E, Applied science, vol. 187, 3-10.
- ГОСТ 10060.1-95. Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости. М.: МНТКС, 1995.
- ГОСТ 10060.2-95. Бетоны. Ускоренное определения морозостойкости при многократном замораживании и оттаивании. М.: МНТКС, 1995.
- Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Цементные бетоны высокой морозостойкости. — Л.: Стройиздат, 1989.
- Добшиц Л.М, Антонов Е.А, Атаджанов М.М. Ускоренное определение морозостойкости тяжелых бетонов. //Транспортное строительство. — 1999. — № 8.
- Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Ускоренное определение морозостойкости набрызг-бетона тоннельных отделок.// Межвуз. сб. науч. тр. ТашИИТа. Вып. 187/34. Ташкент, 1984.
- Добшиц Л.М. Бетоны с некоторыми противоморозными добавками для транспортных сооружений// Дисс… канд. техн. наук – М.: МИИТ, 1981.
