В.П. ТРАМБОВЕЦКИЙ, канд. техн. наук, ФГУП НИЦ «Строительство»

Рассматриваются Performance Based-методы контроля, в частности финский метод расчетного определения срока службы и других параметров конструкций из бетона. Использование данного метода позволяет с большой точностью учитывать такие специфические характеристики конструкционного расчета (особенно для конструкций из преднапряженного бетона), как повышенная прочность и плотность бетона при относительно небольшой толщине защитного слоя.

Наиболее крупные и долговременные инвестиции общества, начиная с древних времен, осуществляются, как правило, в возведение культовых зданий и объектов инфраструктуры, рассчитанных на длительное пользование, в том числе дворцов, храмов, дорог, мостов и т.д. Поэтому сегодня внимание общества должно быть обращено не только на стоимость возведения, но и на возрастающую с каждым днем стоимость их эксплуатации.

Бурно развивающееся в современном мире строительство совпадает по времени с ростом расходов на эксплуатацию и на ремонт уже существующего гигантского фонда инфраструктуры. Сегодня практически нет проблем в деле изготовления долговечного бетона как строительного материала даже для агрессивных сред. Проблема заключается в создании надежных и долговечных железобетонных конструкций и обеспечении благоприятных условий их эксплуатации. Мировая практика показывает, что решение этой проблемы представляет собой далеко не простую задачу. Но если эта задача не будет решена сегодня, то следующее поколение - а это наши дети и внуки - будет существенно ограничено в возможностях строить свое благополучное будущее, расходуя большую часть своих ресурсов на ремонт конструкций, доставшихся им в наследство от нашего поколения.

В особой мере вышесказанное относится к нашей северной стране, где условия строительства и эксплуатации сооружений являются одними из наиболее суровых в мире.

Мировой строительной наукой накоплен богатый опыт в области разработки методов проектирования составов долговечных бетонов и в изучении влияния многочисленных переменчивых природных и техногенных факторов, разрушительно влияющих на бетон. Достоверно установлено, что долговечность конструкций зависит как от соответствия характеристик и качества применяемых материалов заданным требованиям, так и от качества выполнения строительных работ. Немаловажную роль в долговечности конструкций играют и фактические условия эксплуатации, которые могут заметно отличаться от расчетных. Даже малейшие отклонения в качестве используемых материалов и технологии изготовления конструкций при эксплуатации в суровых условиях могут дать о себе знать весьма существенным снижением проектных сроков службы сооружения. Так, например, по данным O. Gjorv из Норвежского университета науки и технологий (1), замена одних цементов другими при сохранении всех остальных параметров бетонной смеси в подготовленных им опытных образцах конструкций и их испытаниях в суровых морских условиях привела почти к пятикратному (!) увеличению вероятности возникновения коррозии в арматуре. Такое же губительное влияние на вероятность проявления коррозии в арматуре оказывает непредвиденное уменьшение толщины защитного слоя бетона. Поэтому при изготовлении железобетонных конструкций особое внимание должно быть уделено как контролю качества бетонной смеси, так и контролю качества укладки бетона. В проведенных опытах было подтверждено, что бетоны на вяжущем с применением доменных шлаков в условиях суровой морской среды ведут себя наилучшим образом.

Применение одних вероятностных числовых методов подбора состав бетона оказывается недостаточным. Даже при наличии квалифицированного и мотивированного персонала возможны существенные изменения в проектных значениях толщины защитного слоя бетона из-за неверной установки фиксаторов или непредвиденного увеличения давления смеси в процессе ее укладки. Поэтому разрабатываются так называемые Performance Based-методы контроля, учитывающие как фактические условия укладки бетона, так и ее особенности (бетононасос, скользящая или переставная опалубка, укладка вручную и т.д.).

Полученные в результате контроля качества бетонной смеси и ее укладки фактические усредненные данные используются для перерасчета долговечности конструкций. По прошествии одного года эксплуатации осуществляется оценка хлоридной проницаемости высверленных или отдельно изготовленных образцов-близнецов и выполняется новый перерасчет для определения потенциальной долговечности конструкции. Даже если все выполненные измерения и поверочные расчеты подтверждают достижение проектных значений, это не гарантирует достижение заданной долговечности конструкций. По завершении процесса их изготовления владельцу или эксплуатирующей организации должна быть предоставлена инструкция по превентивной эксплуатации конструкций, где предусматривающей меры периодического контроля и реставрации защитных свойств.

Следует отметить, что аналогичные или подобные вероятностные методы подбора составов бетона и правила проектирования долговечных конструкций все чаще находят практическое применение во многих странах мира. В частности, немецкая компания Hering Bau in Gurbach была привлечена для сооружения в Англии нескольких пассажирских железнодорожных платформ из бетона шириной 3 м и общей длиной 540 м. В задании на изготовление заказа был указан срок службы сооружения – 120 лет. Кроме того, в задании были оговорены требования к бетону по величинам сопротивления замораживанию-оттаиванию при одновременном действии солей-антиобледенителей. В запроектированном компанией составе бетона в качестве вяжущего использовалась испытанная заранее смесь помолотых раздельно портландцементного клинкера с доменным шлаком в пропорции 60:40.

Опыт стран с похожим или близким к российскому климатом чрезвычайно для нас полезен. С этой точки зрения весьма интересен опыт Финляндии, где строительство из бетона является одним из наиболее распространенных видов строительства. В связи с членством Финляндии в ЕС национальные нормы страны были ревизованы в 2004 г., с тем чтобы соответствовать требованиям европейского стандарта EN 206-1 «Бетон» (2). Однако ранее действовавшие в стране нормы проектирования конструкций из бетона были заметно более строги и совершенны по сравнению с положениями стандарта EN 206-1, поэтому финская сторона в соответствии с правилами Евросоюза в качестве национального приложения к стандарту избрала свой метод оценки срока службы несущих конструкций из бетона. Данное приложение основано на финских национальных нормах проектирования (3) и содержит альтернативные возможности оценки срока службы упрощенным табличным методом или более продвинутым расчетным путем.

Если в стандарте EN 206-1 базовым является срок службы в 50 лет для несущих конструкций из бетона, но при этом имеется возможность задаться и альтернативным 100-летним сроком, то финская практика предусматривает возможность расширения границ этой альтернативы до 200 лет. Финское национальное приложение к стандарту предусматривает возможность использования оценки срока службы в 50 и 100 лет упрощенным табличным методом, но для альтернативного диапазона в 50-200 лет используется продвинутый расчетный путь, причем предусматривается возможность учета процессов замораживания-оттаивания с одновременным воздействием противоледных химических реагентов. Срок службы конструкций из бетона определяется заказчиком (владельцем), и для рядовых зданий и сооружений он составляет обычно 50 лет. Для некоторых объектов заказывается более длительный, 100-летний срок службы. Но это вызывает удорожание проекта в связи с усложнением состава бетонной смеси, увеличением толщины защитного слоя и введением более строгого контроля качества производства работ. Срок же службы в 200 лет принимается исключительно для монументальных зданий и сооружений.

Накопленная с 2005 г. практика применения расчетного определения сроков службы бетонных конструкций табличным и более продвинутым расчетным методом в соответствии с национальным приложением к стандарту EN 206-1 выявила достаточную сложность последнего способа. Однако разработанные финскими специалистами некоторые вспомогательные материалы существенно упростили его применение и сделали его использование значительно более доступным.

Финский метод расчетного определения срока службы конструкций из бетона является весьма точным и позволяет учитывать даже некоторые специфические особенности конструкционного расчета. Среди них повышенная прочность и плотность бетона, особенно для конструкций из преднапряженного бетона, который сочетает в себе указанные повышенные характеристики при относительно небольшой толщине защитного слоя.

В течение ряда последних лет в строительном мире, особенно в США, серьезно обсуждается проблема внедрения в практику стандартизации и нормирования философии Performance Based. Не обошло это модное веяние и технологию бетона. Традиционные требования ( specifications) к бетону и его составу привычно обозначаются термином Prescriptive или предписывающие (обязательные). Наряду с основными требованиями к бетону (уровень надежности, качества, долговечности и т.д.) в Prescriptive одновременно даются правила проектирования состава, которым нужно следовать. Новая философия строительства учитывает фактические условия как изготовления бетона, так и эксплуатации конкретных конструкций из него. В Performance Based Specifications определены конструктивные требования к материалу, а проектировщик и изготовитель бетона сами выбирают и несут ответственность за подбор состава, способы укладки и принимаемые фактические условия эксплуатации бетонных конструкций таким образом, чтобы удовлетворить заданные клиентом требования. Один из таких новаторов, J.C. Terroba, творящий в Калифорнии, разработал процесс изготовления подобного бетона iCrete, который позволяет получать материал прочностью до 100 МПа при экономии до $50 за 1 м3. Этот бетон может служить не менее 100 лет. Такая технология уже находит применение в практике, в частности в Нью-Йорке при строительстве одного из высотных зданий модного архитектора F. Gehry (4).

Библиографический список:

1. Durability and service life of concrete structures. «BFT International», № 6, 2009, pp. 26-32.

2. EN 206-1:2000. Concrete – Part 1.

3. Concrete Association of Finland. Concrete Code, 2004, 263 pp.

4. Engineering News Record ENR, February 9, 2009, p. 30.