Монолитное строительство. Поправка на климат
Сборно-монолитные здания с монолитным безригельным каркасом и сменными внешними панелями в реализации национального проекта заслуживают особого внимания. При этом климатический фактор необходимо рассматривать как один из самых важных. Закончившаяся долгая зима не столь жестко на сей раз, но все же заставила уважать собственные капризы. Послабления заслужил тот, кто вышел к весне без потерь. В отсутствие былой централизованной опеки строить качественно и экономически рационально стало по силам лишь коллективам профессионалов, способным самостоятельно применить грамотные технологические решения. В решении проблем энергосбережения производств и долговечности конструкций применение эффективных методов интенсификации твердения бетона является наиболее актуальной проблемой монолитного домостроения. Поэтому дефицит электроэнергии практически во всех регионах страны стимулирует строителей к поиску альтернативных источников для тепловой обработки бетона.
Бетон является одним из наиболее распространенных в мире материалов, его ежегодное применение составляет около 6 млрд. т, или более 1 т бетона в год на каждого жителя планеты. Монолитное домостроение даже на периферии перестало быть экзотическим видом строительства. На строительных площадках появилось современное как импортное, так и отечественное оборудование. Но зачастую продавцы и просто спекулянты из-за недобросовестности или откровенного незнания правил использования оснастки вводят в заблуждение неискушенного потребителя. Убеждая в якобы абсолютных технологических и всесезонных возможностях продаваемого оборудования, его долговечности и самодостаточности, они предлагают набор оснастки для ограниченного использования, соответствующий лишь оговоренным условиям не всегда компетентного заказчика.
На сегодня российская действительность наряду с неоспоримыми преимуществами экономического роста вмещает в себя еще и бедность, и отсталость. В основной своей массе отечественные производители выпускают клоны западного оборудования. Строительные фирмы, поддаваясь убеждению посредников и недобросовестной рекламы, с покупкой оборудования вынужденно копируют западные технологии, не до конца осознавая степень их соответствия местным условиям.
Интенсивное развитие монолитного строительства выявило ряд трудностей, вызванных спецификой климатических условий и отсутствием достаточного опыта по применению современных технологий. Естественно, это сказывается и на качестве возводимых объектов, а также на производственных и трудовых затратах.
На сегодня в отечественном монолитном строительстве трудозатраты в 1,5–2,5 раза выше по сравнению с аналогичными работами в передовых строительных фирмах наиболее технически развитых стран. В общем комплексе бетонных работ около 60% приходится на ручной труд. Ситуация небезнадежна и может измениться с внедрением новых или адаптированных технологий, повышением механизации, применением специальных приспособлений, инструмента, опалубки, наработки опыта.
Однако в монолитном строительстве есть технологический процесс, который не зависит от перечисленных выше мероприятий. Сроки, как по выполнению отдельных видов работ, так и возведения всего здания, определяет процесс твердения бетона. Поскольку фактор времени в современном строительстве имеет первостепенное значение, без интенсификации твердения бетона обойтись невозможно. Холодное время года в нашей стране составляет от 3 до 10 месяцев. Как известно, при низких положительных температурах бетон твердеет медленно, а при преждевременном замораживании качество и долговечность бетонных конструкций резко падает. При температуре +5 0С в бетонных смесях процесс протекания реакции гидратации замедляется, а при температуре 0 0С химически несвязанная вода из жидкой фазы переходит в твердую, превращаясь в лед. Увеличение объема приводит к возникновению растягивающих напряжений в бетоне. При превышении величины напряжений значения прочности гидратированной массы на растяжение в ней образуются трещины. Прочность бетона тем ближе к нормальной, чем позже бетон был заморожен и успел достичь замораживания минимального (критического) значения, которое обеспечит необходимое сопротивление давлению льда и сохранение в последующем способности к твердению без значительного ухудшения основных свойств бетона.
Вследствие неоднородности структуры бетона деформации при его замораживании происходят неравномерно. Деформационная гетерогенность, присущая бетону, свойственна и железобетону. Известно, что железобетон своим существованием обязан тому обстоятельству, что коэффициенты температурного расширения стали и бетона практически равны. Но для насыщенного водой и неморозостойкого (расширяющегося при замораживании) бетона это утверждение оказывается неверным. Свободные деформации бетона и арматуры при замораживании имеют различные знаки: бетон расширяется, а сталь испытывает температурное сокращение. Вследствие вышесказанного происходят снижение сцепления бетона с арматурой и выгиб протяженных конструкций в сторону неармированной или слабоармированной зоны. При этом на выпуклой стороне образуются поперечные трещины, а на вогнутой происходит отслоение защитного слоя. Разрушенная однородная структура не позволяет бетону набрать проектную прочность. Результат разрушения необратим и прогрессирует при повторении циклов оттаивания/замораживания.
Одним из приемов, обеспечивающих необходимый температурный режим твердения бетона, является внесение в бетон химических добавок, снижающих температуру замерзания. Выбор и дозирование химических добавок зависят от вида со-оружения и конструкции, степени армирования, агрессивности и температуры среды, наличия блуждающих токов. Однако при этом происходит значительное замедление набора прочности бетоном. К тому же некоторые добавки токсичны и ухудшают качество конструкций вследствие образования высолов, как правило они находят применение в сооружениях с невысокими требованиями к качеству поверхности.
Для достижения требуемых структурных характеристик прибегают к применению ряда методов ускорения твердения бетона. Наиболее действенным из них является термообработка бетона. При тепловой обработке твердение бетона настолько интенсифицируется, что достижение требуемой прочности становится возможным в 20–30 раз быстрее, чем в обычных условиях. Одним из важнейших вопросов в технологической схеме производства является выбор оптимальных режимов тепловлажностной обработки. Известно, что тепловлажностная обработка бетонных конструкций вызывает ускорение процессов твердения, изменения в химическом составе и структуре новообразований. В то же время тепловлажностная обработка, ускоряя процесс твердения, может приводить к некоторому недоиспользованию потенциальных возможностей цементов, полнее проявляющихся при обычном твердении. Это приводит к необходимости применять оптимальные режимы для каждой технологической схемы производства железобетонных изделий, для каждого вида оснастки, для каждого вида портландцемента.
Основными критериями эффективности прогрева бетона считаются:
- качество конструкции,
- расход энергии,
- сроки изготовления.
Все они взаимосвязаны и неразделимы. Скажем, сроки распалубки конструкции и возможность ее нагружения зависят от интенсивности термообработки, и наоборот — если к определенному сроку бетон не набрал проектную прочность, необходима дополнительная тепловлажностная обработка. При этом качество изделия будет зависеть от режима прогрева — оптимального сочетания температуры и продолжительности.
Температура прогрева для каждого вида цемента должна быть экспериментально подобрана, но для получения гарантированного качества продукции — не превышать 80 0С. Ускоренные темпы строительства, укороченные режимы тепловой обработки бетона требуют применения максимально высокой температуры. Бетоны, изготовленные на цементе с повышенным содержанием щелочей (0,85–1,0%), будут иметь хорошее качество при температуре изотермического прогрева не выше 70 0С, применение температуры 90–95 0С приводит к образованию трещин, сколов, околов. В качестве оптимальной для твердения бетона без негативных последствий рекомендуется температура 50–60 0С.
Но даже при ускоренных темпах строительства необходимо, чтобы каждый режим тепловой обработки имел три стадии: предварительное выдерживание до пуска теплоносителя, изотермический прогрев и остывание.
Время предварительного выдерживания необходимо для достижения критической прочности, чтобы последующее тепловое воздействие на бетон не сказалось отрицательно на его структуре. Оптимальное время выдерживания составляет 2–5 час.в зависимости от производственных возможностей.
При всем многообразии существующих методов тепловой обработки ни один из них не является универсальным. В каждом случае — для конкретных строительных конструкций, условий объекта строительства и производственных возможностей строительного подразделения — необходимы свой грамотный и экономически обоснованный подход, знание возможностей выбранного метода и доступность требуемых условий для его реализации.
В европейской части России при термообработке бетона монолитных конструкций в основном применяется метод электропрогрева греющим проводом. Однако нередко случается так: опалубка, закладные, арматурные и электромонтажные изделия смонтированы, выполнена коммутация систем электропрогрева, все готово к приемке бетона, но необходимо удалить нанесенный снег и образовавшуюся наледь. Для этого надо демонтировать часть опалубки, с особой осторожностью очистить густоармированное, переплетенное проводом пространство и только тогда приступить к бетонным работам, укладывая бетон в промороженную опалубку с обледеневшими арматурными изделиями и на промороженное основание.
При проводном прогреве почти в 30% случаев происходит отказ греющей системы вследствие обрыва или перегорания провода. Это обстоятельство заставляет монтировать дублирующие системы. Зачастую густоармированные конструкции со смонтированным греющим проводом не позволяют качественно уложить бетон из-за намерзающих на проводе и арматурных каркасах глыб. Предварительного выдерживания бетона в этой ситуации не происходит, так как невозможен прогрев опалубки, арматуры и основания. Но и прогрев бетона непосредственно с момента укладки тоже невозможен.
Греющая система может быть включена только при заполнении опалубливаемого пространства до полного погружения греющего провода в бетон и только после прекращения бетонных работ и удаления людей в безопасное место. В этом случае готовые конструкции зачастую имеют помимо трещин от воздействия положительных температур еще и морозный узор на поверхности от воздействий температур отрицательных. Как следствие, некачественные конструкции требуют дополнительного и недешевого обследования и усиления.
К сожалению, обеспечив расчетную прочность и деформативность конструкции, хрестоматийными методами не всегда удается обеспечить ее долговечность. Оценка долговечности железобетонных конструкций связана с определением срока службы здания. В настоящее время в нормативных документах этот вопрос решается косвенным способом — путем назначения толщины защитного слоя бетона, допустимой ширины раскрытия трещин, ограничением длительных напряжений и т. д. Однако пригодных для нормирования прямых методов расчета, позволяющих оценить снижение несущей способности и повышение деформативности железобетонных элементов с учетом фактора времени в зависимости от условий окружающей среды и характера дефектов, еще не разработано. Проще говоря, мы не имеем не только хрестоматий, но и даже учебников. Принимая во внимание, что и ученики знаниями не блещут, становится ясно, что объекты строительства являются миной замедленного действия.
Как выход из сложившейся ситуации, может быть рекомендовано совместное с электропрогревом применение метода предварительного электроразогрева бетонной смеси. Однако из-за значительной электрической мощности установки (250–500 кВт) этот метод не предполагает одновременной работы самой установки и грузоподъемной техники или бетононасоса. Применение же только одного метода предварительного разогрева бетонной смеси без последующего проводного электоропрогрева возможно лишь для массивных конструкций с МП<6. К тому же оба метода объединяет высокий расход электроэнергии на 1 куб. м бетона: 40–80 кВт/ч — при предварительном электроразогреве бетонной смеси и 80–110 кВт/ч — с помощью греющего провода.
Совместное использование противоморозных добавок и метода проводного электоропрогрева бетонной смеси несколько сглаживает упомянутые проблемы. Но при этом нельзя не отметить негативное влияние добавок на долговечность и экологию зданий, как и неизбежное дополнительное удорожание строительства, сопоставимое с энергозатратами метода предварительного электроразогрева.
Наиболее надежной, мягкой и технологичной в условиях стройплощадки является термообработка бетонных конструкций конвективным методом (камерным) с источниками тепла в тепляках или c использованием опалубки, оборудованной греющей системой (термоопалубке). Но эти методы эффективны, экономически оправданы и не ухудшают качества поверхности конструкций только в комплекте с опалубкой, выполненной из материала с максимальной теплопроводностью.
Как вариант, такой может быть названа стальная объемно-переставная опалубка. В собранном виде она представляет замкнутый объем, по конструкции наиболее близкий тепляку. С применением же универсальной объемно-переставной опалубки в дополнение к зданиям с бескаркасной конструктивной схемой становится возможным возведение полного или безригельного каркаса, в том числе и в сборно-монолитном решении. Термообработка при этом становится даже проще, чем в случае с несъемной опалубкой из железобетонных сборных конструкций. Например, монолитную часть каркаса можно выполнять при прогреве всех сборных конструкций захватки в тепляках. Такое решение позволяет альтернативную замену электроэнергии: в качестве источников тепла — дешевые продукты сгорания, в качестве топлива — природный газ, пропанобутановая смесь, кокс и т. д. или их комбинации.
Отдельной темой, как одной из проблем развития монолитного строительства, обойденной программой, является инновационная деятельность. Основа всех цивилизованных государств — интеллектуальный ресурс, изобретения. На сегодня вкладывать средства в инновации и разработку технологий никто не торопится, не говоря уже о компенсации уже затраченного труда. Результатами чужой собственности пользуются как «энергичные конторы», так и частные предприниматели, подрывая экономические и конкурентные основы и нарушая цивилизованные принципы рыночной экономики. Даже при наличии патентов и свидетельств доказать факт хищения — долго, хлопотно, дорого и малоперспективно. Объекты промышленной собственности — патенты, полезные модели, промышленные образцы — в результате их общеизвестности рассматриваются как общенародное достояние. Защиту находят лишь обиженные, материально ущемленные «звезды эстрады» и «деятели культуры», оберегающие синтетическую (при дефиците таланта и профессиональных данных) и без признаков интеллекта — интеллектуальную собственность. Самих же новаторов можно по-барски похлопать по плечу и сделать из этого телешоу.
Использование изобретений любым гражданином без получения материальной выгоды — правомерно, специалистом-новатором — в качестве эксперимента — достойно понимания. Однако корпоративный цинизм, наглая бравада и уверенность в безнаказанности, использование чужой интеллектуальной собственности в рекламных целях и обогащение нечистоплотных бизнесменов и т. д. — должны однозначно пресекаться государством. В то же время имеет место ущемление имущественных интересов изобретателя с ведома и молчаливого согласия ответственных за координацию мер правоохранительного характера.
Проблемы неприкосновенности собственности в последнее время все чаще оказываются в зоне внимания Президента РФ. Однако амнистия итогов приватизации и иные либеральные мероприятия не могут быть применены к самовольному использованию интеллектуальной собственности.
К сожалению, важность неучтенных технического и интеллектуального аспектов пока не осознана не только властью на местах, но и автором программы — Росстроем РФ. Понимание же новых обстоятельств, как технического, так и этического характера, будет только способствовать комплексному решению программы.
| Автор: В. Ю. Еранов Дата: 23.04.2007 Журнал Стройпрофиль 3-07 Рубрика: монолитное домостроение. опалубочные системы Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |