Эффективность применения самоуплотняющихся бетонов при возведении монолитных зданий в зимних условиях

В России, как и во многих развитых зарубежных странах, наблюдается непрерывный рост объемов строительства из монолитного бетона и железобетона. С каждым днем становится все более очевидно, что возведение зданий и сооружений из монолитного бетона и железобетона является одним из основных трендов развития промышленного и гражданского строительства.

С целью повышения технико-экономической эффективности инвестиционных строительных проектов, а также обеспечения ускоренных сроков ввода в эксплуатацию объектов капитального строительства появляется необходимость круглогодичного производства работ, в том числе в экстремальных условиях. Несомненно, что это приводит к резкому увеличению объемов зимнего бетонирования.

Благодаря многочисленным исследованиям, проведенным в СССР и России учеными Арбенье-вым А.С., Гнырей А.И., Киреенко И.А., Краснов-ским Б.М., Крыловым Б.А., Мироновым С.А., Скрамтаевым Б.Г. и другими, заложена методическая основа для разработки организационнотехнологических решений ведения работ в условиях отрицательных температур.

При этом под организационно-технологическими решениями понимаются решения по организации строительного производства и технологии строительно-монтажных работ, принятые в организационно-технологической документации.

За последние десятилетия в технологии возведения монолитных железобетонных зданий и сооружений произошли существенные изменения. В частности, широкое распространение бетонных смесей, модифицированных различными добавками, позволило разрабатывать современные ресурсосберегающие экономически эффективные орга- низационно-технологические решения возведения монолитных зданий в зимних условиях.

Особый интерес представляют самоуплотняющиеся бетоны, которые около десяти лет успешно применяются на строительных объектах развитых зарубежных стран и если не сегодня, то завтра появятся и на стройках нашей страны. Самоуплотняющийся бетон – это бетон из смесей, способных без воздействия на них дополнительной внешней энергии самостоятельно под собственным весом растекаться, сохраняя свою однородность, а также гарантируя полное уплотнение, заполнение опалубочной формы и инкапсуляцию всех арматурных стержней и закладных деталей. Такой бетон имеет преимущества для каждого из участников строительного процесса.

Для инвестора, застройщика, технического заказчика:

– высокие параметры качества и надежности монолитных железобетонных конструкций каркаса здания за счет оптимального соотношения показателей удобоукладываемости бетонной смеси и прочностных характеристик бетона;

– улучшенные показатели экономической эффективности инвестиционного строительного проекта за счет уменьшения стоимости бетонных работ и сокращения сроков строительства.

Для лица, осуществляющего подготовку проектной документации (проектировщика):

– возможность проектирования монолитных железобетонных конструкций, имеющих разнообразные геометрические формы за счет улучшения показателей удобоукладываемости бетонной смеси;

– уменьшение массивности монолитных железобетонных конструкций за счет увеличения прочностных характеристик бетона.

Технология и организация строительного производства

Для лица, осуществляющего строительство (генерального подрядчика, подрядчика, субподрядчика):

– снижение трудоемкости процесса укладки бетонной смеси в опалубку за счет упрощения технологического процесса бетонных работ;

– значительное снижение уровня шума и вибрации, негативно воздействующих на организм человека, при производстве бетонных работ за счет исключения процесса принудительного уплотнения бетонной смеси.

На протяжении более 50 лет одним из основных направлений научно-исследовательской деятельности кафедры «Технология строительного производства» Южно-Уральского государственного университета (национального исследовательского университета) является разработка интенсивных технологий зимнего бетонирования [1]. Начиная с 2010 года, на кафедре выполняются экспериментальные исследования, необходимые для разработки современных научно обоснованных и экономически эффективных организационно-технологических решений, основанных на использовании самоуплотняющихся бетонных смесей при возведении монолитных зданий в зимних условиях [2].

По результатам экспериментального исследования влияния отрицательных температур на физико-механические свойства и структуру самоуплотняющихся бетонов были получены значения минимально допустимой («критической») прочности таких бетонов к моменту замораживания в зависимости от класса по прочности на сжатие или величины проектной прочности (табл. 1).

Под критической прочностью бетона подразумевается такая прочность бетона, после достижения которой замораживание уже не вносит не- обратимых нарушений в структуру бетона, а замороженный бетон после оттаивания набирает проектную прочность (прочность бетона в возрасте 28 суток, не подвергавшегося замораживанию).

Экспериментально полученное снижение величины минимально допустимой («критической») прочности к моменту замораживания самоуплотняющихся бетонов по сравнению с обычными вибрированными бетонами аналогичного класса по прочности на сжатие объясняется их высокой плотностью и низкой капиллярной пористостью.

На основании анализа результатов проведенных исследований и практического опыта применения самоуплотняющихся бетонов при возведении монолитных зданий различных архитектурнопланировочных решений, функционального назначения и этажности, можно сделать вывод, что применение самоуплотняющихся бетонов при возведении монолитных зданий в зимних условиях позволяет существенно сократить время термообработки, значительно экономя материальные, трудовые, энергетические и финансовые ресурсы (табл. 2).

Очевидно, что принятие конкретных организационно-технологических решений происходит после сравнительной оценки технико-экономических показателей. Поскольку основные организационно-технологические решения напрямую связаны с вложениями денежных средств, то в большинстве случаев они принимаются инвестором, застройщиком или техническим заказчиком в процессе строительства или на этапе подготовки проектной документации.

Поскольку применение самоуплотняющихся бетонов при возведении монолитных конструкций в зимних условиях сопровождается увеличением стоимости бетонной смеси с одновремен-

Минимально допустимая («критическая») прочность бетонов из самоуплотняющихся смесей к моменту замораживания

Таблица 1

Класс бетона по прочности на сжатие	Проектная прочность бетона R пр , МПа	Минимально допустимая («критическая») прочность к моменту замораживания, % от R пр
В30	42–44	не менее 20
В35	45–50	не менее 18
В40	51–54	не менее 17

Таблица 2

Сравнительные показатели применения самоуплотняющихся бетонов в зимних условиях

№ п/п Показатель (для бетонных работ) Изменение показателя применительно для самоуплотняющегося бетона по сравнению с обычным вибрированным бетоном 1 Продолжительность уменьшение на 15–20 % 2 Трудоемкость уменьшение на 15–20 % 3 Стоимость материалов увеличение на 18–23 % 4 Заработная плата уменьшение на 17–22 % 5 Эксплуатация машин уменьшение на 10–15 % 6 Постоянные затраты увеличение на 15–20 % ным уменьшением стоимости бетонных работ за счёт снижения трудоемкости бетонных работ, следовательно эффект возможно достичь за счет сокращения сроков строительства. Исходя из этого, а также из того, что значительная продолжительность осуществляемых организационнотехнологических решений приводит к экономической неравноценности возникающих в процессе реализации инвестиционно-строительного проекта затрат и доходов, провести количественную сравнительную оценку эффективности возможно исключительно с учетом фактора времени, то есть дисконтирования – приведения разновременных финансовых потоков к определенному моменту времени.

Для оценки эффективности организационнотехнологических решений разработана методика сравнительной технико-экономической оценки на основе моделирования инвестиционных строительных проектов (рис. 1).

Для оценки организационно-технологических решений приняты следующие основные техникоэкономические показатели [3]:

– продолжительность строительства – срок производства строительных работ;

– трудоемкость строительства – затраты труда на производство единицы продукции;

– период окупаемости – период времени, необходимый для того, чтобы доходы, генерируемые инвестициями, покрыли затраты на инвестиции;

– чистый дисконтированный доход – это сумма дисконтированных значений денежных потоков, приведенных к сегодняшнему дню.

– индекс прибыльности – отношение приведенной стоимости будущих денежных потоков от реализации инвестиционного проекта к приведенной стоимости первоначальных инвестиций.

Практическая реализация разработанной методики в большинстве случаев возможна только посредством создания компьютерных имитационных моделей инвестиционно-строительных проектов с использованием современных систем управления проектами. На российском рынке в настоя- щее время наиболее популярными являются следующие программные комплексы: Project Expert, Microsoft Project, Spider Project, Primavera. Безусловно, каждый имеет свои достоинства и недостатки. По результатам анализа каждого, был сделан вывод, что для наиболее качественной, полной и всесторонней оценки технико-экономической эффективности организационно-технологических решений удобен программный комплекс Project Expert, имеющий ряд преимуществ, таких как: возможность моделирования налоговых платежей, финансирования в ходе реализации проекта, визуализации денежных потоков для оценки финансовой реализуемости проекта и так далее.

Оценка эффективности применения самоуплотняющихся бетонов выполнена на примере 10-этажного монолитного жилого дома в городе Челябинске. Для этого разработаны компьютерные имитационные модели инвестиционных строительных проектов в программном комплексе Project Expert с учетом применения самоуплотняющегося бетона (рис. 2, а) и обычного виб-рированного бетона (рис. 2, б) и рассчитаны показатели технико-экономической эффективности (рис. 3).

Анализируя данные, представленные на рис. 3, можно сделать вывод, что применение самоуплотняющихся бетонов в зимних условиях по сравнению с обычными вибрированными бетонами, несмотря на их сравнительно высокую стоимость, позволяют улучшить основные показатели технико-экономической эффективности инвестиционных строительных проектов, а именно: уменьшить сроки и трудоемкость строительства на 16 %, уменьшить период окупаемости на 14 %, увеличить чистый дисконтированный доход на 15 %, увеличить индекс прибыльности на 7 %. Это происходит за счет уменьшения сроков реализации инвестиционных строительных проектов, постоянных издержек строительства и более ранних поступлений притоков денежных средств от продажи квартир с учетом финансовой реализуемости инвестиционного строительного проекта.

Рис. 1. Схема оценки технико-экономической эффективности организационно-технологических решений

Технология и организация строительного производства

а)

б)

Рис. 2. Компьютерные имитационные модели инвестиционных строительных проектов: а – с применением самоуплотняющегося бетона; б – с применение обычного вибрированного бетона

а)

Рис. 3. Показатели технико-экономической эффективности инвестиционных строительных проектов: а – с применением самоуплотняющегося бетона; б – с применением обычного вибрированного бетона

б)

Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод об эффективности применения самоуплотняющихся бетонов по сравнению с обычными вибрированными бетонами при возведении монолитных зданий в зимних условиях.