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

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).

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.

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.

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.

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.