Header Image

МГГУ, один из старейших ВУЗов России, "попал под грабли" реформы образования. Преподаватели, студенты и специалисты горной отрасли называют это не иначе, как "рейдерским захватом".

Подробнее ...
Причины раннего разрушения бетона плит дорожного настила Печать E-mail
05.06.2017 23:02
Согласно документам, в сентябре был введен в эксплуатацию мост через реку. Подъезды к мосту были покрыты плитами дорожного настила, изготовленными и доставленными на объект с марта по июль того же года. В декабре того же года на поверхности дорожных плит было обнаружено шелушение растворной части. Начало разрушения совпало с началом применения песчано-солевой смеси для борьбы с гололёдом.
При осмотре поверхности дорожных плит в январе следующего года на подходах к мосту было выявлено частичное разрушение лицевой поверхности плит на глубину 2-3 мм. В акте от марта было указано, что разрушение бетона до арматуры обнаружено в двух плитах  на подходе к мосту. При осмотре в конце марта 48% общего количества плит имели повреждения поверхности на подходах к мосту, а разрушение лицевой поверхности бетона плит до рабочей арматуры было обнаружено в пяти плитах с левой стороны и на трёх плитах с правой стороны моста.
Наиболее массовое и глубокое разрушение бетона наблюдалось с правой стороны на подъёмах к мосту. С левой стороны на спусках разрушение плит носило единичный характер. Участкам подъездов к мосту, выложенным плитами ПДН, предшествовали дороги с полимерасфальтобетонным покрытием, которые в период гололёда интенсивно обрабатывались песчано-солевой смесью.
Описанные далее причины раннего разрушения бетона были выявлены на основании изучения документов.  
 
Краткое описание плит дорожного настила
Плита дорожная предварительно напряжённая ПДНм-Ат-V-55 имеет размеры 6х2х0,14 м. Рабочая поверхность плиты имеет рифление. Плита формуется рабочей поверхностью вниз, армируется двумя рядами (по пять в ряд) стержней предварительно напряжённой арматуры класса А-V. Натяжение арматуры на упоры выполняется с нагреванием ее электрическим током до температуры 450°С. При остывании уложенные в упоры формы стержни получают предварительное напряжение 6950 кг/см2. В поперечном направлении плиты армированы сварными сетками: в средней части - сеткой из холоднотянутой проволоки Ø5 мм из стали класса Вр I и в крайних участках - сеткой из стержневой арматуры Ø8 мм класса А III. 
Толщина защитного слоя бетона составляет 40 мм. 
Для соединения плит между собой при устройстве покрытия дорог предусмотрены закладные элементы в виде горизонтально расположенных стальных скоб, свариваемых при монтаже. Скобы устанавливаются по продольным граням плит и являются одновременно монтажными элементами для подъёма плит краном.
Для изготовления плит применяется тяжёлый бетон. Класс бетона по прочности на сжатие В 27,5. Марка бетона по морозостойкости F 300.
 
Характеристика материалов, использованных для приготовления бетона
Материалы, применявшиеся для изготовления плит ПДН в сроки поставки плит на строительство: цемент ПЦ-400 Д20 ГОСТ 10178-85, щебень ГОСТ 8267-93, фр. 5-20, песок ГОСТ 8736-93, добавка пластифицирующего и воздухововлекающего типа.
Согласно документу о качестве, цементы содержали низкое и умеренное количество трёхкальциевого алюмината, что должно было благоприятно сказаться на морозостойкости бетона. В то же время нежелательно высокое содержание минеральных добавок в цементах, применяемых для изготовления бетонов высокой морозостойкости.
Щебень имел характеристики, соответствующие требованиям к заполнителю для морозостойких бетонов, однако отдельные партии щебня не соответствовали требованиям ГОСТ 8267-93 по содержанию зёрен наибольшего размера. По содержанию зёрен пластинчатой  и игловатой формы щебень относился ко второй и третьей группе (повышенное и высокое количество).
Песок был местным и соответствоваал требованиям ГОСТ 8735-88*, хотя в разных партиях существенно отличался по влажности - от 0,5 до 3,5% по массе. В разных партиях по модулю крупности песок относился к мелким и очень мелким пескам. Различие качества песка в разных партиях требовало систематического контроля и корректировки состава бетонной смеси. Не было указано количество аморфных разновидностей диоксида кремния, растворимого в щелочах.
 
Состав и приготовление смазки для форм
Смазка для форм имела следующий состав:
- отработанное машинное масло по ГОСТ 21046-86 плотностью 0,89-0,91 г/см3 - 50 л,
- вода температурой 20-30°С - 50 л,
- мыло техническое порошкообразное - 2,5 кг.
Смазка готовилась в последовательности: в ёмкость загружали порошок мыла, заливали требуемое количество воды и перемешивали до полного растворения, переливали раствор мыла в другую ёмкость, загружали требуемое количество машинного масла и перемешивали. Готовая смазка имела плотность 0,93-0,95 г/см3. В дальнейшем смазку непрерывно перемешивали.
 
Состав бетонной смеси
Для производства плит ПДНм - Ат V-55 применялся бетон класса В 27,5. Подвижность бетонной смеси характеризовалась осадкой конуса 2-4 см. Расход материалов на 1 м3 бетонной смеси составлял:
- портландцемента ПЦ 400 Д 20: в зимнее время - 459 кг/м3, в летнее время - 418 кг/м3,
- песка - 610 кг/м3,
- щебня - 1300 кг/м3,
- воды - 130-150* л/м3,
- добавки (сухого вещества) - 0,45 кг/м3.
*первое значение - дозируемое количество воды, второе - общее количество с учётом воды, имеющейся в песке.
 
Содержание вовлечённого воздуха в бетонной смеси
Объём вовлечённого воздуха  в бетонной смеси составлял 2,35-3,2%. Такого количества вовлечённого воздуха было недостаточно для получения бетонов высокой морозостойкости.
 
Водоотделение бетонной смеси
По данным технического персонала завода-изготовителя дорожных плит водоотделение бетонных смесей наблюдалось, если содержание гранулированного шлака в цементе составляло 20% и более, что соответствует общим представлениям о свойствах цементов.
 
Элементы технологического процесса производства плит ПДН
Бетонные смеси производились в бетоносмесительном цехе. В зимнее время заполнители подогревали до температуры 5-60°С. Для обеспечения требуемой минимальной температуры бетонной смеси в зимнее время воду подогревали до 70°С. Цемент, заполнители, вода и добавки дозировались автоматическими весовыми дозаторами. Приготовление бетонной смеси производилось в бетоносмесителях принудительного действия. Материалы загружали в последовательности: крупный заполнитель, песок, цемент, вода. Раствор добавки вводили вместе с водой затворения.
Транспортирование бетонной смеси от смесителя к месту укладки осуществлялось бетоновозными телегами. Время от выгрузки бетонной смеси из смесителя до формования изделий составляло 5-7 мин. Укладка бетонной смеси осуществлялась широкополосным бетоноукладчиком с барабанным питателем, обеспечивающим дозированную укладку бетонной смеси исходя из объёма формуемого изделия. Уплотнение бетонной смеси осуществлялось вибрированием на виброплощадках ударно-вибрационного действия с вертикально-направленными колебаниями в течение от 30 с до 1 мин.
Тепловая обработка изделий производилась в пропарочных камерах ямного типа ёмкостью 9 изделий с применением режима, обеспечивающего достижение бетоном заданных распалубочной, передаточной и отпускной прочности.
Режим тепловой обработки:
- выдержка - 4 часа,
- подъём температуры до 80°С - 4 часа,
- изотермический прогрев - 8 часов,
- снижение температуры - 2 часа.
Распалубка изделий после тепловой обработки производилась после достижения бетоном передаточной прочности.
При температуре наружного воздуха ниже 0°С изделия после снятия с формовочной линии до вывоза на склад готовой продукции выдерживались в цехе не менее суток.
 
Прочность бетона
Отпускная прочность бетона плит ПДН соответствовала требованиям ТУ и составляла 80% от проектной прочности в первом и 70% во втором квартале года.
 
Истираемость бетона плит ПДН
Для испытаний приготовили образцы бетона М350. Образцы твердели 28 суток в нормальных влажных условиях и 3 суток выдерживались в сухом помещении. Средние потери массы образцов от истирания составляли 0,48 г/см2. Было сделано заключение, что бетон по стойкости к истиранию соответствовал требованиям ТУ (не более 0,7 г/см2).
 
Испытания бетона на морозостойкость
Проектная марка бетона на морозостойкость F300. Для изготовления бетона были использованы те же материалы, что и в испытании на истираемость. Испытания выполнялись по второму методу ГОСТ 10060.2.95 (замораживание при минус 20°С и оттаивание в солевом растворе) в период с апреля по июнь. Выполнялось 4 цикла замораживания и оттаивания в сутки. После 300 циклов замораживания и оттаивания потеря массы образцов составила 0,08% и снижение прочности 1,6%, что находилось в пределах требований стандарта (потеря массы не более 3% и снижение прочности не более 5%). Был сделан вывод о том, что морозостойкость бетона соответствовала марке F300. 
Имелся положительный опыт эксплуатации дорожных плит из бетона марки F300 при воздействии солей и мороза, испытанных в растворе соли (второй метод ГОСТ 10060 - базовый метод для бетона дорожных покрытий).
В рассматриваемом случае было рекомендована проверка методики испытаний на морозостойкость, в частности, замер температуры в центре образцов и ее соответствие требованиям стандарта.
 
Результаты испытаний плит
Испытывали верхнюю и нижнюю зоны плит по ГОСТ 8829-94. Плиты выдержали испытания.
 
Анализ имеющейся информации 
После анализа полученной информации, были выделены позитивные и негативные факторы, способные оказать влияние на раннее повреждение бетона в уложенных плитах ПДН, а также факторы, характеризовавшие процесс разрушения бетона 
Характеристика плит. Как известно, напряжение сжатия в бетоне до уровня ниже 0,6 от предела прочности несколько уменьшает проницаемость бетона и увеличивает его морозостойкость. Класс бетона В 27,5 с большой вероятностью свидетельствовал о низкой проницаемости бетона. При выполнении этих требований морозостойкость F300 бетона дорожных покрытий (испытания по 2 или 3 методу ГОСТ 10060 в растворе соли) должна была гарантировать их долговечность.
Условия эксплуатации, характер и степень повреждения плит. Плиты доставлялись к месту укладки в период с марта по июль, т. е. часть плит была изготовлена в холодный период года, что, в принципе, могло влиять на морозостойкость бетона в конструкциях (малый период дозревания бетона после ТВО). Плиты подвергались воздействию противогололёдных солей и отрицательных температур. Разрушение бетона произошло в первый зимний период эксплуатации плит в следующей последовательности: шелушение - сколы растворной части на глубину 2-3 мм - разрушение бетона до арматуры. Отмечалась массовость явления. Характер разрушения и его скорость свидетельствовали о морозной деструкции бетона в растворе солей как основном механизме разрушения бетона. Наибольшему повреждению подвергались участки на подъездах к мосту и в меньшей степени - на съездах. На подъездах к мосту для устранения гололёда применялась песчано-солевая смесь. Разрушение бетона происходило в первую очередь на участках, подвергающиеся наиболее интенсивному воздействию солей. 
Используемые материалы. Портландцемент содержит номинально 20% минеральных добавок: граншлак и трепел. ГОСТ 10178-85 (п. 1.14) предусматривал в бетонах дорожных и аэродромных покрытий применение цементов ПЦ 400-Д20Н и ПЦ 500-Д20Н с содержанием граншлака до 15%. Недостатком щебня являлся избыток крупных фракций (в отдельных партиях) и повышенное количество зёрен пластинчатой формы. ГОСТ 26633-91 предусматривал в бетоне дорожных покрытий использование щебня с содержанием зёрен пластинчатой формы не более 25%. Использование мелких и очень мелких песков вынуждало увеличивать расход воды и цемента, что неблагоприятно сказывалось на морозостойкости бетона.
Применяемая на заводе добавка снижала расход воды затворения и тем отчасти компенсировала недостатки цемента, щебня и песка. По своим характеристикам добавка относилась к добавкам пластифицирующего и воздухововлекающего действия, однако её воздухововлекающее действие было недостаточным. В документах был указан объём вовлечённого воздуха в бетонной смеси 2,35-3,2%. Стандартом ГОСТ 26633-91 для бетона проезжей части мостовых конструкций объём вовлечённого воздуха предусмотрен 5-6%. Это могло быть достигнуто дополнительным введением эффективной воздухововлекающей добавки. Для её применения необходимо было предварительно подобрать состав бетона и испытать его на морозостойкость.
Смазка в виде водной эмульсии машинного масла при нормальном применении (без избытка) не оказывала существенного влияния на морозостойкость бетона.
Применяемый на заводе режим тепловлажностной обработки, в частности, длительность предварительной выдержки и скорость подъёма температуры мог быть оценен как удовлетворительный. 
Состав бетона, приведенный в документах, мог быть оценен как удовлетворительный, однако необходимо было ввести добавку, увеличивающую объём вовлечённого воздуха в бетонной смеси. Увеличение количества воздуха повысило бы морозостойкость бетона, сделав этот показатель более стабильным и частично компенсировал бы недостатки других исходных материалов.
 
Заключение
Основной причиной разрушения бетона являлось несоответствие реальной морозостойкости бетона жёстким условиям его эксплуатации (действию растворов солей и отрицательных температур). Известно, что присутствие солей ускоряет деструкцию бетона до 3-4 раз по сравнению с морозным повреждением бетона в отсутствии солей.
Сопоставляя характеристики исходных материалов, бетонной смеси и бетона с требованиями стандартов, следует отметить, что применяемые материалы в основном соответствовали требованиям стандартов, исключение составлял лишь объём вовлечённого воздуха в бетонной смеси. В то же время некоторые характеристики материалов находились на границе допустимых значений, что в сумме не позволяло гарантированно получать высокие марки бетона по морозостойкости.
В связи с этим было рекомендовано:
- провести дополнительные испытания бетона, изготовленного по применяемой технологии; в том числе образцов бетона из плит, уложенных в дорожное покрытие;
- с целью получения гарантированной марки по морозостойкости F300 применять эффективную комплексную добавку, содержащую пластифицирующий и воздухововлекающий компоненты. При этом объём вовлечённого воздуха должен составить 5-6%. При корректировке состава бетона учитывать особенности применяемых исходных материалов (наличие минеральных добавок в цементе в количестве до 20%, высокое содержание зёрен пластинчатой формы в заполнителе, низкий модуль крупности песка), и по возможности применять цементы и заполнители, не имеющие отмеченных недостатков.
 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.