состояние, проблемы и перспективы развития техологий

Стр. 1
Компания «Конкрит Инжиниринг» является предприятием, специализирующимся на проектировании и производстве работ по устройству монолитных бетонных полов. Нашими партнёрами являются такие известные Российские и зарубежные компании как «Буиг Батиман», «Грюндфос», «АланИнвест», «ИНКО», «Белая дача Маркет», «Терминал «Премьер», «Технониколь» «Ронталлер» и многие
другие.
Накопленный опыт работы компании даёт возможность проанализировать причины возникновения дефектов в бетонных полах, способах их предотвращения и высказать некоторые соображения по
перспективам развития технологий устройства полов на объектах промышленно-складского назначения.
СОСТОЯНИЕ, ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ТЕХНОЛОГИЙ УСТРОЙСТВА ПОЛОВ ИЗ ЦЕМЕНТОБЕТОНА
НА ОБЪЕКТАХ ПРОМЫШЛЕННО – СКЛАДСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ.
Устройство полов из цементобетона является одним из перспективных направлений, и получило широкое распространение во всём мире.
Возрастающие требования, предъявляемые к современным промышленным объектам, создают необходимость устройства прочных и износостойких полов, обладающих повышенной
ровностью и трещиностойкостью.
На сегодняшний день особо актуальной стала проблема повышения качества и срока службы промышленных полов.
Несмотря на большое разнообразие применяемых материалов и технологий в большинстве
случаев полы находятся в неудовлетворительном состоянии. Основными дефектами, являются
наличие раскрывающихся сквозных и поверхностных трещин, недопустимые вертикальные деформации, шелушение (выкрашивание) поверхностного слоя бетона, образование выбоин, неровность поверхности, разрушение температурно-усадочных швов, возникновение эффекта коробления краёв.
Причины этого состоят в следующем:
 Отсутствие современной нормативной базы на проектирование и устройство полов и как
следствие этого, назначение конструкции, выбор материалов и технологий без должной
инженерной проработки. При этом основными критериями выбора конструкции являются
предыдущий опыт подрядчика и ценовые ограничения заказчика;
 Недостаточное, а зачастую и полное отсутствие внимания к проблеме оценки свойств существующего основания, значений будущих эксплуатационных нагрузок и предварительных инженерных расчётов, при чрезмерном акценте на материалах «финишного» слоя и
технологиях его нанесения;
 Низкое качество применяемого товарного бетона и недостаточный контроль поставляемого бетона на строительной площадке. Результаты испытаний образцов бетона, отобранных из конструкций, подтверждают несоответствие фактических и проектных значений. Недостаточное внимание уделяется наличию и количеству примесей в бетоне в виде
глинистых и пылевидных частиц, снижающих показатели прочности на растяжение и
ударную стойкость;
 Воздействие нагрузок, превышающих расчётные или изначально заданные. Как показывают исследования, такие нагрузки могут значительно видоизменять механические характеристики применяемых материалов, что в свою очередь негативно отражается на эксплуатационном ресурсе пола в целом.
 Назначение в качестве основной характеристики бетона значения прочности на сжатие,
хотя известно, что для конструкций полов этот показатель скорее косвенный, решающим
же является прочность на растяжение;
 Необоснованный выбор материалов, используемых для упрочнения поверхностного слоя
бетона, не учитывающий количественные значения абразивных нагрузок. Отсутствие
единой методики оценки показателей истираемости не позволяет объективно сравнить и
Стр. 2
«подобрать необходимый упрочняющий материал для заданных эксплуатационных
нагрузок;
 Несоблюдение технологии производства работ;
 Недостаточная квалификация фирм - производителей полов;
Многолетний опыт обследования, проектирования и устройства полов специалистов компании «Конкрит Инжиниринг» позволил осуществить системный подход при назначении конструкции, выборе материалов и технологий при устройстве полов на объектах производственно складского назначения.
Выявлены основные конструктивные, технологические, эксплуатационные и организационные факторы, определяющие надёжность и долговечность пола.
КОНСТРУКТИВНЫЕ:
 Факторы, определяющие величину допустимых активных напряжений сдвига в грунте
рабочего слоя и верхней части грунтового основания. К ним относятся: толщина, эквивалентный модуль упругости, коэффициент постели грунта, значение контактного напряжения и др.
 Факторы, определяющие механические свойства бетона. К ним относятся: класс бетона
по прочности на сжатие, осевое растяжение и растяжение при изгибе, начальный модуль
упругости и др.
 Тип и характер армирования несущей плиты пола и грунта.
 Механические свойства и показатели химической стойкости упрочняющего покрытия.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ:
 Фактически достигнутая степень уплотнения грунта;
 Технологические возможности применяемого оборудования;
 Фактические показатели, определяющие механические свойства применяемого бетона;
 Наличие входного и операционного контроля качества применяемых материалов;
 Наличие системы контроля качества при выполнении работ.
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
 Факторы, определяющие фактические величины действующих напряжений в плите пола,
и в грунтовом основании. К ним относятся: значения статических, динамических, температурных и других воздействий;
 Факторы, определяющие внешние воздействия на поверхностный слой покрытия. К ним
относятся: химические и ударные воздействия, а так же показатели по интенсивности
движения транспортных средств;
 Допустимые и фактические значения показателей ровности поверхности пола
ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ
 Квалификация, опыт и надёжность фирмы, выполняющей строительные работы и её взаимодействие со службами заказчика.
Анализ показал, что во многих случаях влияние факторов различного характера (конструктивного, технологического, эксплуатационного и организационного) по величине сопоставимо
друг с другом.
Как показали теоретические исследования и практический опыт компании «Конкрит Инжиниринг», эксплуатационные характеристики и долговечность полов необходимо оценивать на
стадии инженерных изысканий и проектирования.
Для обеспечения прочности пола важное значение имеет конструктивный фактор, т.е. соответствие параметров грунтового основания и несущей плиты пола заданным нагрузкам.
Условие конструкционной прочности пола состоит в том, чтобы возникающие напряжения
в несущей плите пола в результате действия совместных статических, динамических и темпера-
Стр. 3
турных воздействий не превышало наименьшую прочность бетона на осевое растяжение и растяжение при изгибе.
С точки зрения строительной механики конструкция пола представляют собой многослойную систему, состоящую из слоев разной жесткости, лежащих на грунте, рассматриваемое как
упругое основание.
В настоящее время в механике грунтов используются две общепринятые модели грунтовой
среды для определения напряжено - деформируемого состояния массива грунта: модель местных
упругих деформаций (модель Фусса-Винклера) и модель упругого полупространства.
Предпосылки модели местных упругих деформаций были сформулированы русским академиком Н.И.Фуссом в 1798г, а сама модель была разработана Е.Винклером в 1867г. Согласно
этой модели реактивное напряжение в каждой точке поверхности контакта прямо пропорционально осадке поверхности основания в той же точке. Частное, получаемое делением удельного
давления (напряжения) на местную упругую осадку есть коэффициент упругости основания или
коэффициент постели.
Модель упругого полупространтсва была предложена и развита Г.Э.Проктером,
Н.П.Пузыревским, Н.М.Герсивановым, М.И.Горбуновым-Посадовым, Б.Н.Жемочкиным,
И.А.Символиди и др. В отличие от предыдущей модели в этом случае поверхность грунта «оседает» как в пределах площади загрузки, так и за её пределами. Грунт рассматривается как линейно-деформируемая среда.
Наибольшее распространение при расчёте плит на упругом основании получила расчётная
схема основания с переменным коэффициентом жёсткости, который приближённо учитывает
неоднородность основания в плане и по глубине. Подходы с использованием указанной расчётной схемы, а так же близкие к ним, на основе привлечения моделей как с одним так и с двумя
коэффициентами постели (моделей винклеровского типа), до сих пор являются основными в
проектной практике и нашли своё отражение в действующих нормативных документах. Следует
отметить только, что в работе В.М.Даревского получено решение задачи об изгибе под действием симметричной нагрузки на плиту со свободными краями, лежащей на винклеровском основании. Это является особенно важным аспектом при расчёте анизотропных и ортотропных плит
полов с учётом наличия изолирующих и температурно - усадочных швов. Указанное решение
оказалось без внимания проектировщиков из-за сложности выражений для прогибов, моментов и
поперечных сил в форме двойных рядов Фурье, коэффициенты которых должны находиться из
решения бесконечных систем линейных алгебраических уравнений.
Несмотря на слабые стороны гипотезы коэффициента постели, выражающейся в неоднозначной зависимости параметров модели от способа их определения, эта модель является наиболее употребляемой для практических расчётов ввиду своей математической простоты и удобства.
В зависимости от конструкции, полы подразделяются на бетонные, армобетонные, железобетонные и сталефибробетонные.
Бетонные полы характеризуются отсутствием рабочей арматуры, т.е. арматуры воспринимающей растягивающие, сжимающие и сдвигающие напряжения, возникающие от действия эксплуатационных нагрузок.
Армобетонные полы обладают повышенной по сравнению с бетонными деформативной
способностью предотвращать образование трещин от многократно повторяющихся динамических нагрузок и температурно - влажностных изменений окружающей среды благодаря наличию
арматуры в верхней зоне плиты, существенно снижая риск образования трещин.
Железобетонные полы с пространственным армированием, обладают наибольшей прочностью по сравнению с бетонными и армобетонными. Железобетонные полы целесообразно применять там, где основание носит неоднородный характер.
Сталефибробетонные конструкции полов рекомендуется применять для изготовления полов, в которых наиболее эффективно могут быть использованы его технические преимущества
по сравнению с традиционным железобетоном, такие как повышенные трещиностойкость, ударная прочность, вязкость разрушения, морозостойкость, сопротивление кавитации, пониженная
усадка, а так же снижение трудозатрат и сокращение сроков производства работ.
Стр. 4
Сталефибробетон является разновидностью дисперсно-армированного железобетона и изготавливается из мелкозернистого или тяжелого бетона (бетон-матрица), в котором в качестве
арматуры используются стальные фибры, равномерно распределенные по объёму бетона. Совместность работы бетона и стальных фибр обеспечивается за счёт сцепления по их поверхности
и наличия анкеров на концах фибр. Сталефибробетонные конструкции полов в зависимости от
их армирования подразделяются на конструкции с фибровым армированием - при их армировании только стальными фибрами, и с комбинированным армированием - при армировании стальными фибрами, в сочетании со стержневой или проволочной арматурой (как в железобетоне).
Возможны и другие конструктивные решения, но они носят частный характер и имеют
ограниченное применение.
Выбор типа конструкции зависит от действующих нагрузок (величины и способа приложения), свойств грунта и других факторов.
С целью предотвращения образования трещин необходимо устраивать деформационные
швы для обеспечения возможности сжатия и расширения плиты пола при охлаждении, усадке и
нагреве без коробления и трещинообразования. Швы устраивают по типу сжатия или расширения. Швы сжатия дают возможность плитам сокращать свои размеры, т.е. «сжиматься» при
усадке бетона в процессе твердения и при понижении температуры. Швы расширения представляют собой зазоры между соседними плитами, заполняемые легко деформируемыми материалами. Ширина зазоров шва обеспечивает свободу перемещения плит при расширении, повышении
температуры или увеличении влажности бетона. Расстояния между швами сжатия и расширения
находятся в зависимости от армирования, температурных условий эксплуатации и бетонирования.
Чтобы уменьшить влияние швов сжатия и расширения на снижение несущей способности
покрытия, в них предусматриваются стыковые соединения (штыревые или шпунтованные) для
распределения нагрузки, находящейся у шва на соседние плиты. К стыковым соединениям
предъявляют два требования: они должны допускать горизонтальные перемещения плит при
температурных деформациях и не допускать взаимных вертикальных поперечных смещений
смежных плит при воздействии эксплуатационных нагрузок, т.е. обеспечивать передачу части
нагрузок с одной плиты на другую.
Для достижения проектных характеристик бетона плиты пола большое значение имеет
назначение и выполнение мероприятий по уходу за бетоном. При положительных постоянных
температурах твердения бетона мероприятия по уходу сводятся к защите его от потери воды в
результате испарения. При твердении бетона, в результате выравнивания влажностей бетона и
окружающей среды происходит интенсивное испарение воды с поверхностных слоёв бетона.
Чрезмерно быстрое удаление воды с поверхности способно привести с серьёзным последствиям
– образованию сетки трещин, вышелушиванию и понижению прочности поверхностного слоя.
Первый из названных дефектов вызывается очень быстрой усадкой поверхностного слоя, приводящем его в напряжённое состояние по отношению к внутреннему слою, в тем большей степени,
чем больше обогащается поверхностный слой цементом в результате выделения цементного молока из бетонной смеси. Вышелушивание – следствие поверхностного высыхания, оно замедляет
твердение бетона или во всяком случае видоизменяет его характер. В поверхностном слое бетона
богатый водой раствор принимает при испарении пористую структуру. И так как гидратация с
формированием кристаллитов может продолжаться лишь в областях омываемых водой, то твёрдая структура цементного камня получается ячеистой, а если эти ячейки несколько укрупняются,
то структура приближается к зернистой. Материал получается пористым и хрупко – рассыпчатым. Происходит измельчение его в пыль и вышелушивание. Понижение поверхностной прочности происходит вследствие интенсивного испарения воды, вследствие уменьшения поверхностной влажности, при этом из нижележащих слоёв бетона к поверхности устремляется вода,
образуя направленные капилляры в теле бетона и вынося тонкие фракции песка и цемента, что
уменьшает прочностные характеристики бетона в поверхностном слое.
Для предотвращения появления вышеназванных дефектов необходимо предпринимать меры по снижению испарения воды с поверхностных слоёв бетона накрывая бетон плёночными
материалами, применения плёнкообразующих материалов и другими способами.
Стр. 5
Таким образом, процесс устройства полов является комплексным процессом, включающим
в себя инженерные изыскания, проектирование, непосредственно строительные работы и контроль качества.
Традиционно применяемые в России технологии предусматривают монолитные бетонные,
армобетонные и железобетонные полы с армированием арматурными стержнями и сварными
сетками. Возникающие при этом проблемы стоимости и сроков производства работ могут быть
решены различными способами.
Наиболее радикальным способом является технология устройства сталефибробетонных полов. Как показывает зарубежная практика, срок службы таких полов в два раза превышает срок
службы полов, изготовленных традиционным для России способом.
По мере накопления опыта и увеличения объёма применения сталефибробетона для изготовления цементнобетонных полов будут постепенно сокращаться издержки на строительство и
ремонтные работы.
Совершенствование нормативной базы, повышение контроля качества материалов и работ,
применение новых материалов и технологий, дальнейшие научные и практические исследования, позволят в будущем существенно повысить качество, сократить сроки производства работ и
избежать многих проблем, возникающих при устройстве бетонных полов.
Генеральный директор
ООО Конкрит Инжиниринг»
Горб А.М.