Вопросы обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности полов производственных зданий (Часть 3)

А. Горб, директор ЗАО «СК Конкрит Инжиниринг»,
советник РАЕ, член международного союза экспертов по строительным материалам, системам и конструкциям RILEM, Американского института бетона ACI и Британской ассоциации бетона CS
И. Войлоков, доцент кафедры ТОЭС
Санкт-Петербургского государственного политехнического университета

Анализ проектных решений по характеру армирования плит пола

Как было отмечено выше, долговечность промышленных полов зависит от совокупности многих факторов, и недоучет одного или нескольких из них может иметь различные, в том числе и негативные, последствия. На практике бывают случаи, когда заказчик, не всегда владея темой, предлагает подрядчику свой, якобы наилучший и широко используемый в мировой практике вариант конструкции пола. При этом такие «решения» часто почерпнуты из Интернета, рекламных брошюр производителей материалов и советов «грамотных» специалистов. Общеизвестно, что размещенные в Интернете данные в большинстве случаев являются недостоверными, содержание статей никем не рецензируется, публикации чаще всего носят информативный характер и дают представление о возможностях без разъяснения условий их достижения (не учитывают все возможные условия конкретного строительного объекта).

[b]А. Горб,[/b] директор ЗАО «СК Конкрит Инжиниринг», советник РАЕ, член международного союза экспертов по строительным материалам, системам и конструкциям RILEM, Американского института бетона ACI и Британской ассоциации бетона CS
[b]И. Войлоков,[/b] доцент кафедры ТОЭС Санкт-Петербургского государственного политехнического университета

В качестве примера рассмотрим следующую ситуацию. Многочисленная информация различных фирм-производителей стальной фибры заявляет о высокой прочности сталефибробетона, в несколько раз превышающей прочность неармированного бетона и даже железобетона. Это вводит в заблуждение как заказчиков, так и некоторых проектировщиков. Следует ли воспринимать заявления о подобной степени повышения прочности бетона при применении фибры всерьез в приложении к конкретной ситуации – устройству полов из фибробетона?

Для проведения сравнительного анализа с обычным бетоном испытывают в основном образцы сталефибробетона со следующими характеристиками:

  • бетонная матрица – песко- или мелкозернистый бетон (без крупной фракции заполнителя);
  • дозировка стальной фибры – от 1 до 3% (80–250 кг/м3 бетонной смеси) и выше.

При этом обеспечивается строгий лабораторный контроль дозировки составляющих, времени их перемешивания и тщательно соблюдаются температурные и прочие условия при изготовлении образцов.

Однако при устройстве промышленных полов характеристики сталефибробетона совершенно другие:

  • бетонная матрица – только тяжелый бетон с использованием, как правило, заполнителя крупной фракции (5–20 мм);
  • дозировка стальной фибры – 0,25–0,5% (20–40 кг/м3 бетонной смеси).

Таким образом, разница между характеристиками сталефибробетона, рассматриваемого производителями фибры в контрольных тестах, и сталефибробетона, применяемого для устройства промышленных полов, является весьма значительной. Это делает выводы, предлагаемые вниманию потребителей, в том числе в Интернете, неприемлемыми в вопросах устройства бетонных промышленных полов.

Содержание фибрового волокна в сталефибробетоне для устройства полов, как правило, в силу различных причин ограничивается и составляет величину, рекомендуемую нормативно-техническими документами [1, 2, 3]. Это содержание волокон вполне обоснованно для массового применения, так как в этом случае нет необходимости производить коррекцию бетонной смеси с учетом еще одной его составляющей (фибры). При большем содержании фибры такую коррекцию производить необходимо, однако на практике бетонные заводы неохотно идут на подобные действия и кроме этого часто не имеют соответствующих правовых оснований на производство такой фибробетонной смеси. Набравшие проектную прочность в условиях реальной строительной площадки образцы бетона из откорректированной смеси должны пройти необходимые тестовые испытания, которыми в силу различных причин не будут заниматься лаборатории бетонных заводов. Подбор состава и изготовление фибробетонных конструкций с содержанием фибры более 0,5% на практике является возможным только в заводских условиях, при наличии постоянного лабораторного контроля технических показателей бетонной смеси. Даже если теоретически какой-либо бетонный завод и решится изготовить такую сталефибробетонную смесь (с повышенным содержанием фибры), то все равно трудно получить качественную фибробетонную конструкцию, так как влияние еще одной технологической операции – транспортировки бетона – может привести к негативным последствиям. Ведь время и условия смешивания компонентов сталефибробетона строго регламентированы нормативами, при нарушении которых может произойти «комкование» фибр или их неравномерное распределение по объему бетона-матрицы.

Целью любого вида армирования бетона (стержневого или фибрового) в любых конструкциях и, в частности, в полах является наиболее полное использование свойств применяемых материалов (бетона и арматуры) для повышения несущей способности и снижения веса конструкции. Прочие технические требования, такие как морозостойкость, водонепроницаемость, ударная стойкость и пожаростойкость, для ряда строительных конструкций являются определяющим фактором, но для полов производственных зданий в большинстве случаев не являются определяющими.

Учитывая относительно низкий процент содержания фибры, введенной в сталефибробетон для устройства промышленных полов, влияние ее на увеличение износостойкости поверхности пола несущественно. Более значимыми являются улучшение свойств самой бетонной матрицы (подбор состава бетона) и качественное осуществление мероприятий по уходу за бетоном в процессе его твердения. Однако с появлением на рынке большого количества типов упрочняющих покрытий, надежно защищающих бетон от воздействий абразивных нагрузок, тема повышения износостойкости поверхности за счет вариации свойств фибры и бетонной матрицы стала просто неактуальной.

Анализ экономической эффективности проектных решений

Важным условием при проектировании любой строительной конструкции является ее экономическая эффективность. В приложении к промышленным полам этот показатель можно выразить как отношение величины воспринимаемых полом нагрузок к стоимости затрат на его изготовление: чем выше это значение при сравнении различных вариантов, тем решение эффективнее. Необходимо также учитывать такой показатель, как стойкость конструкции к длительному восприятию эксплуатационных нагрузок и воздействий без возникновения значимых дефектов. Важно произвести многофакторную сравнительную оценку различных вариантов и только после этого принять обоснованное и окончательное решение.

Как показали исследования, в отдельных случаях при относительно небольших нагрузках и малосжимаемом основании (с высокой несущей способностью) обоснованным инженерным решением может являться применение сталефибробетонной конструкции пола. Для большинства же строящихся современных промышленных объектов характерны значительные нагрузки и слабое основание (с недостаточной несущей способностью), что практически исключает возможность использования в конструкциях полов сталефибробетона с малыми (до 1%) дозировками фибрового волокна, не оказывающими существенного влияния на повышение несущей способности плиты пола.

Иногда экономически эффективной является комбинированная конструкция плиты пола (фибробетонная плита с дополнительным стержневым армированием).

При проведении многофакторного технико-экономического сравнения различных вариантов конструкций пола наиболее оптимальным вариантом по эксплуатационной надежности и долговечности оказались железобетонные полы.

На ряде объектов с фибробетонными полами через несколько лет эксплуатации появились различные дефекты, среди которых можно отметить сквозные (рис. 1) и поверхностные трещины, а также коробление краев плит (рис. 2). Причины этих дефектов многочисленны, но в их основе скорее всего лежат вариативные отклонения реальных свойств грунтового основания, применяемых материалов и т. п. от свойств, предполагаемых расчетом. То есть фактически данная конструкция среди прочих вариантов армирования оказалась с течением времени наиболее склонной к возникновению повреждений; она хорошо себя проявляет только в случаях наличия в основании однородных малосжимаемых грунтов и при эксплуатационных условиях, не отклоняющихся от предусмотренных проектом.

[b]Рис. 1[/b] Сквозные структурные трещины  в бетонном полу
[b]Рис. 2[/b] Трещины и сколы при короблении углов плиты пола

Мы рассмотрели некоторые примеры некачественных проектных решений, вызывающих снижение долговечности и эксплуатационной пригодности промышленных полов. Однако, как было отмечено в начале этой статьи, долговечность бетонных полов зависит также и от качества строительства, и особенно от качества применяемых материалов, в первую очередь – бетона.

Чтобы достигнуть желаемой долговечности бетонных полов (хотя бы 10–15 лет), бетонная смесь должна быть правильно запроектирована; не всякая бетонная смесь может быть использована при устройстве промышленных полов, а только соответствующая особым требованиям [4]. Обследованные «Конкрит Инжиниринг» бетонные полы, как прослужившие 10 и более лет и практически исчерпавшие свой ресурс, так и построенные 3–5 лет тому назад, позволяют сделать вывод, что строители не всегда ответственно относятся к контролю качества бетона и вопросам ухода за ним в период набора прочности. Во многих случаях отмечено отсутствие должного контроля при выполнении строительных работ.

Вот некоторые выводы о характере и причинах возникновения дефектов по результатам проведенных обследований объектов:

  • в полах до завершения гарантийного срока появились выбоины (рис. 3) и раковины, так как в бетонной смеси попадались обломки древесины, глинистые и другие включения;
  • при производстве работ пропущены места, где должны были быть нарезаны швы, а глубина нарезанных не соответствовала проектным требованиям, что вызвало самопроизвольное трещинообразование в виде кривых трещин с рваными краями, кромки которых со временем постепенно разрушились;
  • из-за плохого ухода за бетоном в процессе его твердения или из-за изменений в составе поставляемого бетона на поверхности полов образовывались многочисленные усадочные трещины. Интенсивное перемещение тяжелого напольного транспорта разрушало бетон вблизи таких трещин (рис. 4), его поверхность подвергалась глубокому шелушению (рис. 5), в результате чего снижалась проектная толщина бетона и, следовательно, несущая способность плиты.
[b]Рис. 3[/b] Выбоина в бетонном полу
[b]Рис. 4[/b] Сколы кромок трещины в бетонном полу

Преждевременное шелушение поверхности бетона в полах также вызывалось нарушением по различным причинам состава бетонной смеси в процессе ее приготовления (использование непроектных марок цемента, щебня или песка, недопустимое содержание примесей, нарушение водоцементного отношения, применения недопустимых добавок и пр.). Все эти дефекты и повреждения полов, возникающие по различным причинам, снижают их эксплуатационные характеристики и долговечность (способствуют преждевременному разрушению). Нарушение или изменение предусмотренных проектом режимов и условий эксплуатации полов также приводит к появлению дефектов и повреждений, снижающих их долговечность.

К таким нарушениям относятся:

  • применение агрессивных по отношению к покрытиям пола и герметикам моющих средств, а также уборочных машин с жесткими металлическими или полимерными щетками;
  • допущение присутствия на поверхности пола абразивного материала в виде твердых мелкодисперсных частиц, а также различного «наносного» мусора, особенно в местах интенсивного перемещения грузоподъемной техники. Эти непредусмотренные абразивные воздействия способствуют преждевременному истиранию упрочняющего покрытия и вследствие этого повышенному «пылению» поверхности;
  • несвоевременная замена в швах герметика, отделившегося от кромок плит;
  • несвоевременный ремонт трещин, способствующий преждевременному разрушению пола вблизи них;
  • изменение со временем гидрогеологических условий строительной площадки вследствие перекрытия устраиваемым полом значительной площади, затрудняющего естественный влагообмен грунтового основания с окружающей внешней средой и вызывающего недопустимое водонасыщение рабочего слоя грунтового основания, а в итоге – снижение его деформативных характеристик;
  • допущение превышения предусмотренных проектом нагрузок (перегруз пола). Во избежание перегруза пола необходимо при планировании изменения характера нагрузок (применение новых типов стеллажного и подъемно-транспортного оборудования) производить проверочные расчеты соответствия несущей способности пола новым условиям эксплуатации.

Таким образом, нами перечислены основные причины, вызывающие сокращение долговечности промышленных полов.

[b]Рис. 5[/b] Шелушение поверхности бетонного пола

Выводы

Долговечность промышленных полов зависит прежде всего от качества проектных решений, соблюдения технологии выполнения строительных работ и качества применяемых строительных материалов, что продемонстрировано на наглядных примерах, приведенных в данной статье. Вот почему желательно и важно поручать создание пола профессиональной специализированной организации, имеющей достаточный опыт работ, применяющей современные технологии и способной не только организовать строительство, но и обеспечить разработку обоснованных проектных решений, своевременно произвести необходимые испытания предназначающихся для строительства материалов, обеспечить текущий контроль их качества, и в целом – надежность решений на всех этапах создания пола. Заказчик строительства должен понимать, что экономия от привлечения организации с низким профессиональным уровнем может обернуться многократно превышающими начальную сметную стоимость финансовыми затратами на исправление дефектов пола, сопутствующих работе таких строителей.

Литература

1. РТМ-17-01-2002. Руководящие технические материалы по проектированию и применению сталефибробетонных строительных конструкций. М.: ГУП НИИЖБ, 2002.

2. РТМ-17-03-2005. Руководящие технические материалы по проектированию, изготовлению и применению СФБ конструкций на фибре из стальной проволоки. М.: ГУП НИИЖБ, 2005.

3. СП 52-104-2006. Сталефибробетонные конструкции. М.: ГУП НИИЖБ, 2006.

4. Горб А.М. Вопросы обеспечения качества бетона для изготовления промышленных полов. М.: Склад и техника, № 2, 2010.

5. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований зданий и сооружений. М.: НИИОСП, 2004.

Вопросы обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности полов производственных зданий (ч. 2)
Вопросы обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности полов производственных зданий (ч. 2)

При расчете несущих конструкций полов производственных зданий проектировщики часто используют различные модели грунтового основания, не всегда обосновывая свой выбор в пользу той или иной модели. Известно, что принятые модели основаны на различных гипотезах и при расчете полов необходимо использовать такую модель, которая наиболее полно отвечает характеру работы данного грунтового основания в условиях конкретной строительной площадки, конструкции плиты и характеру планируемых и предусмотренных техническим заданием нагрузок и воздействий.

Вопросы обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности полов производственных зданий (ч. 1)
Вопросы обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности полов производственных зданий (ч. 1)

Долговечность промышленного пола – это его свойство сохранять эксплуатационную пригодность в течение определенного, обычно нормируемого периода, фактически до наступления предельного технического износа, при котором затрудняется или полностью исключается его проектная эксплуатация. Указанный нормируемый период предусматривает в том числе обязательное проведение мероприятий по поддержанию требуемых технических характеристик эксплуатируемых полов (плановые обследования состояния и систематический уход), а также выполнение необходимых плановых, непредвиденных и капитальных ремонтов. Другими словами, долговечность промышленного пола – это определенный различными нормативами и техническими условиями срок его службы, или время нормальной эксплуатации, в течение которого обеспечивается реализация запланированных технологических процессов конкретного строительного объекта.

Вопросы повышения эксплуатационной надежности швов в бетонных полах производственных зданий
Вопросы повышения эксплуатационной надежности швов в бетонных полах производственных зданий

Одним из важнейших среди устанавливаемых нормативно-техническими документами показателей, отражающих текущее состояние и прогнозирующих долговечность и эксплуатационную надежность промышленных полов, является степень сохранности температурно-усадочных швов. При организации технической эксплуатации здания этому вопросу следует уделять особое, повышенное внимание вне зависимости от специфики условий производств.

Основные экономические показатели и эффективность современных складов
Основные экономические показатели и эффективность современных складов

Вместе с развитием предпринимательства в России постоянно повышается спрос на современные эргономичные и экономичные складские комплексы. На данный момент активно растет потребность именно в современных складах класса А, где можно обеспечить высокий уровень механизации и автоматизации операций, однако их предложение в РФ невелико и не может удовлетворить складывающейся конъюнктуре рынка.

WESP: эффективные решения для складских комплексов (Интервью с основателем компании WESP Ашотом Секояном)
WESP: эффективные решения для складских комплексов
Интервью с основателем компании WESP Ашотом Секояном