Представлена концепция применения сталефибробетона для ответственных конструкций мостов. Приведены результаты экспериментальных исследований и содержание нового ГОСТ 52751-2007 и оценка эффективности его применения в мостостроении.
В мае 2004 г. ведущими транспортными научно-исследовательскими институтами ОАО «ЦНИИС», ФГУП «СоюздорНИИ», ОАО «Гипротрансмост» и ГП «ВНИИЖТ» была разработана «Программа внедрения в отечественном мостостроении сталефибробетона на основе фибры производства ЗАО "Курганстальмост"». Указанная программа согласована проектными институтами и транспортными управлениями: ФГУП «Союздорпроект», ГП «Гипротрансмост», ГП «Мостостройиндустрия», ГУП «Гормост». Программа включает в себя проведение научных исследований и разработку нормативных документов, способствующие внедрению прогрессивного композиционного материала и конструкций на основе сталефибробетона отечественного производства. Для успешной реализации программы в ЦНИИС разработана концепция оптимального исследования и применения сталефибробетона, предусматривающая следующее:
1. Увеличение сцепления фибры в бетономатрице, что успешно достигается модификацией полифункциональными добавками типа водоредуцирующей 1-й группы ЦМИД-4, полиамидной азотосодержащей смолой С-89 и др.
2. Активация воды затворения с добавками путем использования РПА-технологий.
3. Двух-трехстадийная технология приготовления СФБ.
4. Использование в расчетах СФБ-конструкций деформационной модели с учетом высоких деформаций СФБ на растяжение и сжатие ( рис. 1–4).
Конструкции из модифицированного сталефибробетона (МФБ) обладают свойствами (табл. 1), позволяющими использовать их без традиционной оклеечной гидроизоляции: водонепроницаемость >W14, морозостойкость >F300 (в солях), высокая химическую стойкость против солей антиобледенителей, бόльшая трещиностойкость по сравнению с обычным бетоном В30–40 (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 свойство позволяет отказаться от традиционного ямочного ремонта проезжей части.
При устройстве проезжей части моста с использованием сталефибробетона можно уменьшить толщину асфальтобетонного покрытия примерно в 2 раза (hп = 5–6 см) за счет увеличения ударной вязкости основания из СФБ и применения отечественного мастичного битумно-резинового композиционного материала «Битрэк» (ТУ 5718-001-58528024-04), обладающего повышенной деформативностью. Такой асфальт в первом гидроизоляционном мастичном слое «Битрэк-И» повторяет деформации основания без разрушения.
На указанные выше отечественные материалы и конструкции разработан ГОСТ Р №52751-2007 «Плиты из сталефибробетона для пролетных строений мостов. Технические условия».
Стандарт распространяется на сталефибробетонные плиты для мостов под железную дорогу, с ездой на балласте и с безбалластным мостовым полотном (плиты БМП), а также плиты сталежелезобетонных пролетных строений мостов под автодорогу, позволяющие восстановить сборные изделия отечественного мостостроения благодаря применению новых материалов, технологий и методов расчета.
В частности, в стандарте разрешается использовать в расчетах по прочности нормальных сечений нелинейные деформационные модели бетона и арматуры. Это позволяет эффективно внедрять сталефибробетонные конструкции, имеющие повышенные растягивающие сопротивления и деформации растяжения, а значит, при расчете по прочности при изгибе и внецентренном сжатии конструкций можно учитывать растянутый бетон.
При использовании метода расчета элементов по нормальным сечениям на основе деформационной расчетной модели следует принимать во внимание не только условия равновесия внешних и внутренних сил в нормальном сечении, но и уравнения равновесия деформаций бетона и арматуры по высоте сечения. При этом используют диаграммы состояния сталефибробетона и арматуры f(), которые, в частности для конкретных классов бетона, получены экспериментально-теоретическим путем в ЦНИИС.
Применение указанных расчетов для реальных мостов со сталефибробетонными элементами решит проблему их трещиностойкости в условиях воздействия многократно-повторных нагрузок в сочетании с неблагоприятными климатическими факторами и агрессивными воздействиями антиобледенителей. При этом возможно обосновать снижение размеров конструктивных элементов и отказаться от традиционной оклеечной гидроизоляции при одновременном обеспечении нормативной надежности и долговечности мостовых сооружений. По данным научных разработок в США, Германии и других развитых странах, применение в проезжей части пролетных строений сталефибробетона с эффективными полифункциональными добавками позволит повысить сроки службы и межремонтные сроки элементов мостового полотна до нормативного уровня долговечности всего мостового сооружения [3]. Этим подтверждается перспективность применения композиционных материалов и технологий на основе сталефибробетона в отечественном мостостроении.
Экономические показатели предлагаемых решений помогут:
– ускорить процесс ввода в эксплуатацию моста не менее чем на 20 %, в основном за счет ускоренного набора прочности сталефибробетоном плиты и швов и отсутствия трудоемких работ по устройству оклеечной гидроизоляции;
– снизить расход материалов в плите проезжей части на 20 % за счет уменьшения толщины плиты и асфальтового покрытия, отсутствия гидроизоляции;
– снизить трудозатраты на 40 %, энергозатраты – на 20 %;
– повысить cроки службы и межремонтные сроки элементов мостового полотна не менее чем в 2,5–3 раза;
– снизить приведенные затраты на содержание мостового сооружения с учетом дисконтирования затрат и получать годовой экономический эффект в эксплуатационный период 100–150 тыс. руб. [5];
– обезопасить строительно-монтажные работы и предотвратить неблагоприятные температурно-усадочные процессы в бетоне при монолитном бетонировании, а также в процессе работы пролетного строения при ремонте в отдельных очередях под движением;
– отказаться, наконец, от «ямочного» ремонта проезжей части и улучшить плавность проезда транспортных средств, повысив тем самым безопасность движения по мосту.
Благодаря обоснованию эффективности применения новых материалов с позиции определения надежности и долговечности таких конструкций на основе разработанной с участием ЦНИИС методики [4], можно определять приоритет капитальных вложений в проектируемое сооружение и обосновывать расходы на содержание мостовых сооружений в эксплуатации.
Разработанный национальный стандарт устанавливает обязательные требования к использованию сталефибробетона в пролетных строениях мостов, что поспособствует восстановлению производства сборных конструкций мостов с повышенной грузоподъемностью, увеличенным сроком службы при обеспечении нормативной надежности в процессе строительства и эксплуатации мостов.
Автор: Е. А. Антропова } к. т. н., ОАО «ЦНИИС»
Литература:
1. Антропова Е. А., Егорушкин Ю. М., Мелконян А. С. Расчетно-экспериментальная модель работы плиты пролетного строения из модифицированного сталефибробетона // Транспортное строительство. – 2001. – № 8. – С. 9–10.
2. Антропова Е. А. и др. Использование деформационной расчетной модели сталефибробетонных конструкций мостов // Научные труды ОАО «ЦНИИС». – 2004. – Вып. № 225. – С. 208–217.
3. Использование обычного и быстротвердеющего сталефибробетона для покрытия мостового полотна // ACI Materials Journal. – 1995.
4. Методика расчетного прогнозирования срока службы железобетонных пролетных строений автодорожных мостов. – М., 2001.
5. Цернант А. А., Бегун И. А., Антропова Е. А. Оценка эффективности сталефибробетонных конструкций в эксплуатационный период // Транспортное строительство. – 2004. – № 10. – С. 31–32.
