Прогнозирование долговечности сталефибробетонных пролетных строений и новый ГОСТ

Представлена концепция применения сталефибробетона дляответственных конструкций мостов. Приведены результаты экспериментальныхисследований и содержание нового ГОСТ 52751-2007и оценка эффективностиего применения в мостостроении.

В мае 2004 г. ведущими транспортными научно-исследовательскимиинститутами ОАО «ЦНИИС», ФГУП «СоюздорНИИ», ОАО «Гипротрансмост» и ГП «ВНИИЖТ»была разработана «Программа внедрения в отечественном мостостроениисталефибробетона на основе фибры производства ЗАО "Курганстальмост"».Указанная программа согласована проектными институтами и транспортнымиуправлениями: ФГУП «Союздорпроект», ГП «Гипротрансмост», ГП«Мостостройиндустрия», ГУП «Гормост». Программа включает в себя проведениенаучных исследований и разработку нормативных документов, способствующиевнедрению прогрессивного композиционного материала и конструкций на основесталефибробетона отечественного производства. Для успешной реализации программыв ЦНИИС разработана концепция оптимального исследования и применениясталефибробетона, предусматривающая следующее:

1. Увеличение сцепления фибры в бетономатрице, что успешнодостигается модификацией полифункциональными добавками типа водоредуцирующей 1-йгруппы ЦМИД-4, полиамидной азотосодержащей смолой С-89 и др.

2. Активация воды затворения с добавками путем использованияРПА-технологий.

3. Двух-трехстадийная технология приготовления СФБ.

4. Использование в расчетах СФБ-конструкций деформационноймодели с учетом высоких деформаций СФБ на растяжение и сжатие (рис. 1–4).

Конструкции из модифицированного сталефибробетона (МФБ)обладают свойствами (табл. 1), позволяющими использовать их безтрадиционной оклеечной гидроизоляции: водонепроницаемость >W14, морозостойкость>F300 (в солях), высокая химическую стойкость против солейантиобледенителей, б?льшая трещиностойкость по сравнению с обычным бетономВ30–40 (прочность на сжатие выше в 1,6 раза, на растяжение – в 2,6–3,4 раза,адгезия – 5–6 МПа), ускоренный процесс нарастания прочности, а главное –возможность управлять процессом появления и развития трещин. Последнее свойствопозволяет отказаться от традиционного ямочного ремонта проезжей части.

При устройстве проезжей части моста с использованиемсталефибробетона можно уменьшить толщинуасфальтобетонного покрытияпримерно в 2 раза (hп = 5–6 см) за счет увеличения ударной вязкости основанияиз СФБ и применения отечественного мастичного битумно-резиновогокомпозиционного материала «Битрэк» (ТУ 5718-001-58528024-04), обладающегоповышеннойдеформативностью. Такой асфальт в первом гидроизоляционном мастичном слое«Битрэк-И» повторяет деформации основания без разрушения.

На указанные выше отечественные материалы и конструкцииразработан ГОСТ Р №52751-2007 «Плиты из сталефибробетона для пролетных строениймостов. Технические условия».

Стандарт распространяется на сталефибробетонные плиты длямостов под железную дорогу, с ездой на балласте и с безбалластным мостовымполотном (плиты БМП), а также плиты сталежелезобетонных пролетных строениймостов под автодорогу, позволяющие восстановить сборные изделия отечественногомостостроения благодаря применению новых материалов, технологий и методоврасчета.

В частности, в стандарте разрешается использовать в расчетахпо прочности нормальных сечений нелинейные деформационные модели бетона иарматуры. Это позволяет эффективно внедрять сталефибробетонные конструкции,имеющие повышенные растягивающие сопротивления и деформации растяжения, азначит, при расчете по прочности при изгибе и внецентренном сжатии конструкцийможно учитывать растянутый бетон.

При использовании метода расчета элементов по нормальнымсечениям на основе деформационной расчетной модели следует принимать вовнимание не только условия равновесия внешних и внутренних сил в нормальномсечении, но и уравнения равновесия деформаций бетона и арматуры по высотесечения. При этом используют диаграммы состояния сталефибробетона и арматуры s ®f(e), которые, в частности дляконкретных классов бетона, получены экспериментально-теоретическим путем вЦНИИС (рис. 1) [1, 2].

а

б

Рис. 1. Диаграммы деформирования модифицированногосталефибробетона класса В50: а – для фибробетона по I и II предельнымсостояниям; б – для бетона (затемненная зона) и фибробетона по II предельномусостоянию

Применение указанных расчетов для реальных мостов состалефибробетонными элементами решит проблему их трещиностойкости в условияхвоздействия многократно-повторных нагрузок в сочетании с неблагоприятнымиклиматическими факторами и агрессивными воздействиями антиобледенителей. Приэтом возможно обосновать снижение размеров конструктивных элементов иотказаться от традиционной оклеечной гидроизоляции при одновременномобеспечении нормативной надежности и долговечности мостовых сооружений. Поданным научных разработок в США, Германии и других развитых странах, применениев проезжей части пролетных строений сталефибробетона с эффективными полифункциональнымидобавками позволит повысить сроки службы и межремонтные сроки элементовмостового полотна до нормативного уровня долговечности всего мостовогосооружения [3]. Этим подтверждается перспективность применения композиционныхматериалов и технологий на основе сталефибробетона в отечественноммостостроении.

Экономические показатели предлагаемых решений помогут:

– ускорить процесс ввода в эксплуатацию моста не менее чемна 20 %, в основном за счет ускоренного набора прочности сталефибробетономплиты и швов и отсутствия трудоемких работ по устройству оклеечнойгидроизоляции;

– снизить расход материалов в плите проезжей части на ~20 % за счет уменьшения толщины плиты иасфальтового покрытия, отсутствия гидроизоляции;

– снизить трудозатраты на ~40%, энергозатраты – на 20 %;

– повысить cроки службы и межремонтные сроки элементовмостового полотна не менее чем в 2,5–3 раза;

– снизить приведенные затраты на содержание мостовогосооружения с учетом дисконтирования затрат и получать годовой экономический эффектв эксплуатационный период 100–150 тыс. руб. [5];

– обезопасить строительно-монтажные работы и предотвратитьнеблагоприятные температурно-усадочные процессы в бетоне при монолитномбетонировании, а также в процессе работы пролетного строения при ремонте вотдельных очередях под движением;

– отказаться, наконец, от «ямочного» ремонта проезжей частии улучшить плавность проезда транспортных средств, повысив тем самымбезопасность движения по мосту.

Благодаря обоснованию эффективности применения новых материаловс позиции определения надежности и долговечности таких конструкций на основеразработанной с участием ЦНИИС методики [4], можно определять приоритеткапитальных вложений в проектируемое сооружение и обосновывать расходы насодержание мостовых сооружений в эксплуатации.

Разработанный национальный стандарт устанавливаетобязательные требования к использованию сталефибробетона в пролетных строенияхмостов, что поспособствует восстановлению производства сборных конструкциймостов с повышенной грузоподъемностью, увеличенным сроком службы приобеспечении нормативной надежности в процессе строительства и эксплуатациимостов.