Технологии, связанные с применением бетона, с годами будут только совершенствоваться и использоваться все шире. В этом нет никаких сомнений, учитывая, как множественные положительные стороны от применения цементных композитов, которые в настоящее время практически вытеснили с рынка строительных материалов силикатный и керамический кирпич и создает достойную конкуренцию другим конструкционным материалам, так и тот факт, что именно наука о бетоне находится сейчас в активной стадии развития. Важно заметить, что применение бетона позволяет решать многие задачи современного строительства, в том числе и снижать негативный экологический эффект как при изготовлении, так и при применении.
Одной из сфер применения цементных композитов является монолитное строительство. Однако совместно с активным привлечением данной технологии актуализируются и проблемы, с которыми мы можем столкнуться при ее использовании. В связи с этим указанная тема очень востребована.
Монолитное строительство — это наиболее развитая сфера применения бетона как в России, так и за рубежом, и такую тенденцию можно связать со следующими факторами:
− сокращение темпов возведения монолитных зданий;
− уменьшение собственного веса конструкций и повышение прочности и жесткости зданий;
− возможность устройства различной планировки без ограничения стандартными размерами серий (гибкая планировка);
− внедрение новых типов опалубки;
− возможность ведения работ в стесненных условиях.
Но, несмотря на распространенность монолитного домостроения, контроль и диагностика которого четко регламентируется различного уровня нормативными документами (СП и ГОСТ), проблемы образования дефектов в конструкциях остаются актуальными. Объясняется это как проектными просчетами и ошибками (включая несовершенство разрабатываемых ППР и технологических карт), так и нарушениями технологии ведения работ. Очевидно, что независимо от причины возникновения дефектов, необходимо разрабатывать решения по восстановлению или усилению таких конструкций с целью приведения их в исправное или работоспособное техническое состояние. При этом предлагаемое решение должно характеризоваться минимальными затратами на его воплощение при сохранении сроков исполнения работ. Тем самым будет обеспечиваться необходимый уровень рентабельности проекта.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что необходимо уделять внимание не только способам контроля при бетонировании и диагностики получаемых конструкций, но и изучению различных оперативных путей устранения выявленных дефектов бетонирования.
В этой ситуации важно перенимать опыт и делиться им, и в данной работе рассматриваются некоторые проблемы при бетонировании и способы устранения дефектов, которые нашли отражение в европейской практике.
Целесообразно выделить основные аспекты, которые важны для возведения монолитных конструкций, отвечающих нормативному уровню технического состояния. Первоначальным является правильный выбор материалов еще на этапе проектирования. Так, при назначении проектных требований бетона необходимо руководствоваться не только его прочностными параметрами, удовлетворяющими требованиям по несущей способности конструкции, но и обеспечением долговечности, основанной на анализе эксплуатационных факторов с учетом деструктивных процессов, общие требования к которым приведены в ГОСТ 31384–2017, зависящих от места и режима использования нашего материала.
Также немаловажным фактором при разработке проектных решений является учет взаимосвязи реологических особенностей бетонных смесей и параметров отдельных конструкций и их узловой работы. То есть необходимо назначать в проекте подвижность смеси, максимальную крупность заполнителя, вид и максимальный расход вяжущего (что крайне актуально для массивных конструкций). При одновременной укладке большого объема бетонной смеси нужно учитывать специфику ее уплотнения, а также предусматривать повышение температуры в массиве и недопущения образования градиента температуры. Но даже если состав бетона определен верно, то можно привести множество примеров, когда качество выполняемых работ на строительной площадке не соответствовало требованиям. Так, одной из самых распространенных проблем является неправильное уплотнение бетонной смеси или уход за свежеуложенным бетоном. Также довольно часто дефекты образуются вследствие неправильной установки или недостаточной герметичности опалубки или ее низкого качества.
Приведем конкретный распространенный пример образования дефекта, когда образуются спонтанные (непроектные) холодные швы при бетонировании. Так, при бетонировании колонны применяли бетон класса по прочности на сжатие В50 (или С50/60 по ЕН 206–1:2013: минимальная цилиндрическая прочность цилиндра на сжатие 50 МПа; минимальная кубическая прочность на сжатие 60 МПа) объемом 0,85 м3. По факту. количество заказанной и доставленной на объект смеси оказалось недостаточным для ее заливки за один раз. Результат такой неточности привел к вынужденному простою, время которого превысило момент начала схватывания. В этом случае необходимо было принять решение по устройству рабочего шва в определенной последовательности, которая как в России, так и за рубежом ничем не отличается и включает в себя чистку поверхности и разрушение цементной пленки, ухудшающей адгезию застывшего материала со свежим, с помощью дробления или алмазной резки.
Также может применяться травление кислотой. Возобновление бетонирования допускается производить по достижении бетоном прочности не менее 1.5 МПа, при этом поверхность швов должна быть перпендикулярна оси бетонируемой колонны. Для обеспечения адгезии между слоями «старого» и «нового» бетона могут наноситься битумные, клеевые или полимерные мастики. Но в конкретном рассматриваемом случае не были оперативно организованы соответствующие подготовительные мероприятия, а доставленная позже бетонная смесь была уложена на «старый» бетон. В результате в месте стыка образовался критический дефект, снижающий несущую способность колонны на этом участке.
Во время «простоя» свежеуложенный бетон не был укрыт рулонными или пленочными материалами, а при дальнейшей укладке новой порции бетонной смеси никакой чистки не проводилось. Вследствие этого холодный шов содержал в себе большое количество посторонних предметов. А устранение шва усложнялось тем, что колонна уже воспринимала нагрузку двух вышерасположенных перекрытий.
Было принято решение об устранении дефекта без демонтажа конструкции. Мероприятия по приведению колонны в работоспособное техническое состояние проводились в следующей последовательности.
Для обеспечения сохранения целостности опираемых конструкций была выполнена установка опор-стоек в количестве 50 штук вокруг колонны. По мере вырубки ослабленных мест устанавливались расклинивающие металлические элементы, после чего был дополнительно проведена очистка водой под высоким давлением, что обеспечило возможность сохранить рабочую арматуру в ненарушенном виде. Затем была смонтирована система из двух трубопроводов малого диаметра в верхней и нижней частях, установлена опалубка. После этого была уложена самоуплотняющаяся бетонная смесь. При бетонировании был использован самоуплотняющийся бетон класса по прочности на сжатие В65 (или С57/65 по ЕН 206–1:2013: минимальная цилиндрическая прочность цилиндра на сжатие 57 МПа; минимальная кубическая прочность на сжатие 65 МПа).
По достижении бетоном проектной прочности дополнительно произведено инъецирование микроцементом (растворная смесь нагнеталась под давлением, завершение нагнетания контролировалась по появлению ее в отводящей трубке).
Завершающим этапом работ являлась механическая обработка и удаление лишнего бетона, колонна была приведена в работоспособное техническое состояние.
Анализируя множество практических примеров устранения таких дефектов, можно сделать вывод, что представленное решение являлось наиболее безопасным и надежным в данных условиях, но потребовало немалых денежных затрат.
И тут можно «рискнуть» и предложить следующее: если бы на ремонтируемом участке можно было применить специальную опалубку, обеспечивающую при обжатии повышение давления бетонной смеси после ее укладки, то появилась бы возможность получить высокую адгезию слоев и хорошее уплотнение, не прибегая к дорогостоящему самоуплотняющемуся бетону и инъецированию. Такого эффекта можно добиться с помощью смещения хотя бы одного щита опалубки, притянутого хомутом или чем-то подобным. А серьезной проблемой этого решения, требующей тщательной проработки являлось бы изоляция. Наше предложение требует, несомненно, апробации и дополнительного расчета, но в итоге можно получить совершенно новый способ устранения схожих дефектов, и возможно он будет экономически выгодным.
Еще одним примером, связанным с особенностью бетонирования массивных конструкций на скальном основании, образования дефекта явилось следующее. Укладка бетонной смеси осуществлялась на неровное скальное основание. Учитывая это, устанавливались щиты опалубки, нижняя часть которых была изготовлена с учетом неровностей на скале. В таких случаях в месте соприкосновения должна проводиться изоляция стыков с помощью специальной ленты, но по факту изоляционные работы не были выполнены надлежащим образом. Важно заметить, что в проектном решении принята во внимание массивность конструкции и как следствие предусматривалось использование подвижной бетонной смеси (марки П4 или П5). В самом начале заливки первого слоя бетонная смесь начала «просачиваться» через стыки с недостаточной изоляцией. В результате стало невозможным заполнение опалубки до нужного уровня для последующего уплотнения глубинными вибраторами. Работы были остановлены для поиска возможных путей устранения возникшей проблемы. Возможно, если бы применялась умеренно подвижная смесь (П3), то этого бы не произошло, но применять ее для такой массивной конструкции нельзя. Также было принято решение использовать «старый» бетон как изоляцию стыков. Потребовалась дополнительная обработка поверхности бетона для обеспечения прочного и плотного сцепления бетонного основания со свежеуложенным цементным композитом.
При заливке следующих слоев бетонной смеси и их вибрировании не был замечено протекания стыков. Данное решение возникшей проблемы повлияло на сроки строительства, но в целом было очень экономично и не потребовало мобилизации дополнительных сил и техники для демонтажа опалубки.
Автор выражает признательность инженеру-конструктору Полине Владимировне Козловой и научному руководителю Вадиму Дмитриевичу Староверову за оказанную помощь при написании настоящей статьи.
