Назначение требуемой прочности бетона в зимнее время

В соответствии с действующими нормами [1] распалубку монолитных конструкций в зимнее время, а следовательно, и замораживание бетона, можно производить при достижении бетоном требуемой прочности. При этом под требуемой прочностью следует понимать большее значение из критической или распалубочной прочности бетона.

Значения критической прочности (минимальной прочности бетона, по достижении которой бетон может быть заморожен и это не скажется на его конечных физико-механических свойствах) зависят от класса бетона и составляют от 30 (для бетонов с классом по прочности при сжатии В30 и выше) до 50 % от проектной прочности бетона (для бетонов с классом по прочности при сжатии до В10). Данные величины не подлежат обсуждению, так как являются минимально необходимыми, для обеспечения восприятия механических напряжений в бетоне [2] вследствие его раннего замораживания и увеличения объема жидкой фазы при переходе воды в лед. Т. е. должно выполняться условие о < Rt. В то же время для некоторых видов бетона значения критической прочности могут отличаться от указанных выше [3, 4].

Распалубочная прочность не зависит от класса бетона, а определяется конструктивными решениями. Например, для конструкций перекрытий в зависимости от их пролета распалубочная проч- ность назначается не менее 70 % или не менее 80 % от проектной прочности бетона [1]. Здесь мы видим неопределенность, связанную с использованием слова «не менее». Т. е. распалубочная прочность может быть и выше указанных значений, что должно быть отражено в проекте. В перечне конструкций, для которых назначается распалубоч-ная прочность, кроме перекрытий присутствуют еще преднапряженные конструкции (распалубочная прочность не менее 80 %). Остальные конструкции, например такие, как колонны, стены, диафрагмы жесткости, балки и т. п., в нормах отсутствуют. Хотя в уже не действующем нормативном документе [5] было указано, что распалубочная прочность любых несущих конструкций, загружаемых в процессе строительства хотя бы частью расчетной нагрузки, должна быть не менее 70–80 %.

Помимо конструктивных решений на распа-лубочную прочность должен оказывать влияние и перепад температуры между температурами бетона и наружного воздуха [6]. К сожалению, в настоящее время нормативные документы не учитывают прочность бетона к моменту распалубки при назначении температурного перепада. Сейчас этот температурный перепад зависит только от массивности конструкции и процента ее армирования. Однако расчеты показывают [7–11], что в этом случае существующие нормы излишне жесткие и определяют максимальные перепады температур при распалубочной прочности бетона, составляющей около 20 % от проектной (хотя, как было показано выше, распалубка конструкций не допускается до набора бетоном как минимум критической прочности, т. е. не менее 30 %). Таким образом, при значительном температурном перепаде распалубку конструкций нужно производить в более поздние сроки (при более высокой распалубочной прочности). Например, для железобетонных конструкций с модулем поверхности 5 м–1 и коэффициентом армирования до 1 % нормируемый в настоящее время максимальный перепад температур составляет 20 ºС, хотя расчеты, выполненные при тех же условиях, свидетельствуют, что при перепаде температур между бетоном и наружным воздухом в 50 ºС (к примеру, температура бетона +30 ºС, а наружного воздуха –20 ºС) распалубочная прочность бетона должна быть как минимум 80 %.

Вернемся к назначению требуемой прочности. Здесь необходимо в первую очередь ориентироваться на время выполнения монолитных работ и общую продолжительность зимнего периода. Так, если к возводимой конструкции не определены требования норм по распалубочной прочности (например, колонна) и она бетонируется в конце зимнего периода (например, в марте, если зимний период длится с начала ноября по конец марта), то можно предположить, что в качестве распалубоч-ной прочности может выступать критическая прочность. Объяснение такому выбору прочности состоит в том, что в ближайшее время после бетонирования уже наступит потепление, конструкция оттает и продолжит набирать прочность. При этом за столь короткий срок, в течение которого бетон был заморожен, напряжения от объема возведенных в оставшийся (непродолжительный) зимний период вышележащих конструкций могут быть сопоставимы с критической прочностью бетона. Допустимый объем возведенных вышележащих конструкций, скорее всего, будет естественным образом ограничен технологическими возможностями производителя работ или искусственно ограничен проектной организацией без каких-либо экономических последствий.

В случае, если подобная конструкция возводится в начале зимнего периода (для данного примера – в ноябре), то, скорее всего, критической прочностью здесь не обойтись, так как темп возведения вышележащих конструкций здания будет превышать возможности данной колонны по не- сущей способности. Для примера: панельное здание в 10 этажей на монолитном стилобате возводится в течение 1–2 месяцев. То есть монолитная колонна стилобата уже в декабре–январе должна иметь 100 % прочности. Если же мы обеспечили набор только критической прочности бетоном колонны (30–50 %), то здание можно будет закончить только в теплый период, со всеми вытекающими экономическими последствиями.

В последнее время наблюдается ситуация, когда заказчик строительства сам назначает величины требуемой прочности бетона, пользуясь вышеописанными неопределенностями стандартов. Обычно он назначает требуемую прочность в 100 %. Это обусловлено его опасением, что бетон после распалубки и замораживании при меньших значениях прочности может недобрать 100 % в теплый период. Недобор прочности может быть вызван, например, неправильным уходом за бетоном после распалубки, вследствие чего вода, необходимая для гидратации цемента, может просто вымерзнуть в течение зимнего периода. При этом следует понимать, что работы по бетонированию уже оплачены, акты подписаны, подрядчик уже ушел со строительной площадки, а над бетонируемой конструкцией уже возведены вышележащие конструкции здания. Бремя оплаты устранения недобора прочности бетона в этом случае ложится на заказчика, чего он совершенно не хочет. Но так ли экономически обоснованно назначение заказчиком требуемой прочности в 100 %?

Для примера возьмем конструкцию монолитной колонны сечением 400×400 мм и высотой 3000 мм, возводимую из бетона класса В25 (трехсуточная прочность бетона 50 %) в фанерной опалубке толщиной 16 мм в г. Челябинске в марте (коэффициент теплопередачи опалубки 6,62 Вт/ ° С^.м²). Согласно [12] средняя температура в марте для данного региона составляет -7,4 ° С, при этом амплитуда колебаний температуры в марте составляет 24,8 ° С. Таким образом, расчетная температура наружного воздуха составляет -19,8 ° С [8, 13].

В качестве метода зимнего бетонирования примем самый распространенный метод – электропрогрева, состоящий из трех этапов: набора температуры, изотермической выдержки при 40 ° С и остывания до 0 ° С. Расчеты времени выдерживания бетона и прочности, которую он набирает, выполнялись по известной методике [8, 10, 14, 15] и приведены в таблице и на рисунке.

Время выдерживания бетона до набора требуемой прочности

Прочность, %

Изменение времени выдерживания бетона в зависимости от требуемой прочности

Учитывая особенности расчета прочности бетона по данной методике, когда твердение бетона описывается экспоненциальной зависимостью, получить значение 100 % прочности невозможно. Поэтому предельным значением выбрана прочность 99 %.

Из таблицы видно, что для увеличения прочности бетона всего лишь на 15 % (с 80 до 95 %) требуется увеличить время выдерживания в 2 раза, а для получения проектной прочности нужно увеличить время выдерживания в 3 раза по сравнению с временем, необходимым для набора прочности 80 % от проектной. Причем увеличение времени выдерживания происходит только за счет экзотермического прогрева бетона, что требует дополнительных затрат электроэнергии, амортизации про-гревочного оборудования и трудозатрат на температурный контроль. Кроме этого, увеличивается целый ряд дополнительных расходов, связанных с оборачиваемостью опалубки, простоев грузоподъемной техники и т. п.

Заключение

Заказчику следует внимательно подходить к выбору требуемой прочности бетона при распалубке монолитных конструкций и требовать от проектной организации указывать ее значение в разделе «Проект организации строительства». При этом подход к выбору требуемой прочности должен основываться в том числе и на экономической целесообразности.