76 научно-методическая и научно-исследовательская конференция Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) Секция ОНИЛ "ЦЕМЕНТ" "Цементные бетоны")
Коротков Л.И.- Филиал АО ЦНИИС НИЦ «Мосты».
5 февраля 2018
Памяти В. Г. Кенига - спортсмена, единственного в любительском спорте «Заслуженного тренера РФ», писателя, опытного и уважаемого сотрудника мостовой инспекции, основателя и первого руководителя лаборатории по контролю качества мостовых конструкций, признанного специалиста по бетонам, «Почетного транспортного строителя» и вообще прекрасного человека.
Первичную информацию о фибробетоне автор получил в самом начале работы во ВНИИ транспортного строительства (ЦНИИС), куда я в1964 году был направлен по распределению. В институте в то время была прекрасная научно-техническая библиотека, которая постоянно получала самые известные технические отечественные и иностранные журналы и научные публикации в области строительства и ,в первую очередь, транспортного строительства. Каждый понедельник устраивалась выставка новых поступлений. Кроме того сектор научно-технической информации выпускал сборник аннотаций важных статей и научных трудов из иностранных источников. Этот же сектор подготавливал и печатал сборники трудов института. Учитывая регулярные поступления в библиотеку изданий института ВИНИТИ (Всесоюзный институт научно технической информации), научные сотрудники и аспиранты были в курсе событий всех достижений в области строительства.
В одном журнале меня заинтересовала статья о применении тонких полос из фибробетона, расположенных в растянутой зоне изгибаемого железобетонного элемента мостовой конструкции в качестве внешнего дополнительного армирования для повышения трещиностойкости конструкции. В этих полосах использовалась металлическая фибра из тонкой проволоки. Кроме того, эти полосы выполняли роль дополнительного армирования для повышения несущей способности изгибаемого элемента.
Если на «Западе» фибробетон имел некоторое применение, то в Союзе эта идея не очень заинтересовала, хотя и до сих пор считается перспективным материалом в строительстве.
Это можно оправдать тем, что свойства фибробетона зависят от типа волокна, его длины и ориентации в смеси, от состава добавок, технологии производства и многих других факторов. При этом одним из главных условий эффективности использования фибробетона является обеспечение равномерного распределения фибры в бетонной матрице и его контроль, а также коррозионная стойкость фибры.
О сложности проблемы указывает НИИ26 (Балашиха, Московская обл.) - на протяжении длительного времени занимался проблемой применения фибробетона для взлетно-посадочных полос аэродромов, но однако при этом еще осталось достаточно не решенных проблем. О чем свидетельствуют последние современные публикации /1/ и последняя работа В.Г. Кенига /2/.
Перед началом строительства БАМа известный мостовик - доктор техн. наук Н.М Колоколов предложил в преднапряженных балках железнодорожных мостов заменить высокопрочную проволочную арматуру на внешнее армирование металлическим листом в развитие работ, выполняемых во Львовском политехническом институте. Однако в связи с довольно низкой прочностью металла для металлических мостов и малой изученности таких конструкций это предложение не приняли, но решили начать исследования и начинать с конструкций из обычного ненапрягаемого железобетона.
В середине 70х годов прошлого века велись серьезные работы по применению арматуры высокой прочности (классов А-IV и А-V) в изгибаемых конструкциях из обычного ненапрягаемого железобетона. Основная сложность заключалась в обеспечении трещиностойкости таких конструкций. Автор выполнил
испытания серии образцов с комбинированным армированием, состоящим из стержневой арматуры разной прочности – (от А-II до А-V) и внешнего листового. По аналогии с пластинами из фибробетона, для защиты от проникновения агрессивной среды использовалось внешнее армирование в виде корытообразных элементов из пластичной стали марки Ст3 или только одних вертикальных или горизонтальных листов.
В дальнейшей работе автор использовал это техническое решение для усиления железобетонных или деревянных ( в том числе из клееного бруса ЛВЛ- брус Югра) балок композитным материалом.
В это же время по инициативе (в то время к.т.н, а затем д.т.н. и известного специалиста) А.Л. Цейтлина при поддержке зав. лаб. д.т.н. Н. М. Колоколова в лаб. ж.б.мостов были начаты работы по исследованию и применению фибробетона в мостостроении. Исполнителем этого направления был назначен талантливый инженер Е.В. Васильев. К сожалению после завершения диссертационной работы он трагически погиб на отдыхе в тридцатилетнем возрасте. Через несколько лет его работу опубликовали в виде книги.
В связи с отсутствием производства отечественной фибры в цехе лаборатории стали ее делать из светлой тонкой стальной проволоки общего назначения диаметром 0,4мми.
Выполненные исследования позволили предложить новое перспективное направление в конструкции дорожной одежды пролетных строений автодорожных мостов с плитой, состоящей в верхних слоях из материалов, стойких к воздействию агрессивной среды, и не требующих специальных слоев - использовали бетон с гидроизоляцией и слоями износа. Это способ предусматривает применение дисперсно-армированного (фибробетона) полимерцементного бетона.
Это предложение прошло опытную проверку на мосту через р. Днепр в г. Смоленске, где часть изготовленной фибры была использована для покрытия нескольких блоков пролетного строения вместо оклеечной гидроизоляции. Для этого использовали волокна длиной 30-40мм, которые вводили в бетон в количестве 1-2% от массы по объему, и смолу С-89 в количестве 0,8-1,5% от массы цемента/3/.
На этом мосту была впервые применена разработанная и ЦНИИСе конструкциях пролетных строений из блоков ПРК и метод монтажа на перемещающихся подмостях. Это конструктивное решение было отмечено двумя государственными премиями СССР. К сожалению эта конструкция дорожной одежды не нашла дальнейшего применения.
Наиболее продуктивным этапом развития фибробетона является период середины девяностых годов прошлого века и начала нового, и он связан с Е.А. Антроповой и В.Г. Кенигом, которые действовали независимо друг от друга. Если первая развивала опытно - теоретическое направление , то второй практическое применение стеклофибробетона с ООО «Инжсервис –МТ».
Первые публикации Е.А. Антроповой по этой проблеме появились в сборниках трудов МИИТа, где она работала в лаборатории при кафедре «Мосты и тоннели». В начале нового века работала в секторе стандартизации ЦНИИСа; благодаря ее энергии, настойчивости, глубоким познаниям и широкому кругозору, преданности «мостам», а также способности выделить новое и перспективное, было организовано производство стальной фибры на Курганском заводе металлических мостовых конструкций (на ряде Московских строительных выставок завод представлял свою фибру), выполнены экспериментальные работы и подготовлена диссертационная работа аспирантом Мелконяном, по результатам которой был разработан ГОСТ Р52751-2007 «Плиты из сталефибробетона для пролетных строений мостов)». В этом документе кроме фибры предусмотрено применение сухих смесей для ремонта (РМ-и26—разработка НИИ-26) и добавки к бетону ЦМИД -4 (ВНИИГ им. Веденева, С-Петербург, Кастыря Г.З.). В это время автор занимался долговременными наблюдениями за усиленными мостами на трассе Москва –С.-Петербург на обходе Великого Новгорода. Два раза в год проводил выезды на эти объекты. В один из таких выездов добрался до С.Петербурга , где Г.З. Кастыря безвозмездно выделила различные материалы ЦМИД объемом на весь багажник автомобиля «Волга». Затем совместно с Дмитровским заводом МЖБК была выполнена комплексная работа по определению эффективности композиций ЦМИД в мостостроении/ 4/. Оценив эффективность этого материала, Е.А. Антропова обратилась ко мне для получения его для своей работы. В результате получилось очень эффективное сочетание стальной фибры и ЦМИД -4. Если последний существенно повышал прочность бетона на сжатие и его морозостойкость, то фибра увеличивала прочность на растяжение и таким образом существенно повышала трещиностойкость.
При этом необходимо отметить, что применение фибробетона по всей плите «большая роскошь», так как основной задачей является обеспечить заделку в бетоне упоров, обеспечивающих совместную работу железобетонной плиты с металлической балкой. Поэтому более рационально ограничиться верхним слоем плиты с повышенной износоустойчивостью и отказаться от оклеечной гидроизоляции, защитного слоя бетона и асфальтобетона.
В начале второго десятилетия автор получил заказ на испытания серии изгибаемых образцов (в том числе один из фибробетона) на выносливость.
Образец с фиброй показал существенно более высокую трещиностойкость, но после появления трещин сразу наступило его хрупкое разрушение. В «обычном» железобетоне трещины развиваются медленно и даже при значительном их раскрытии образец не теряет свою несущую способность.
Автор неоднократно использовал разрушенные статической нагрузкой образцы для дальнейших их испытаний на выносливость, так как несущая способность по прочности существенно выше выносливости.
Основным недостатком фибробетона является сложность равномерного распределения фибры в бетонном массиве, а сталефибробетона – его коррозионная стойкость.
Несомненным достижением работы является введение методов контроля расслаиваемости бетона и стальной фибры и равномерности распределения фибры в бетоне.
Для повышения зависимости от коррозии стали применять фибру из нержавеющей стали, что существенно увеличило ее стоимость. Следующим шагом стало использование фибры из композиционных материалов.
Особое место занимает стеклофибробетон- композиционный материал, состоящий из цементно-песочной матрицы, армированной отрезками (фибрами) щелочностойкого стекловолокна. Кроме стекловолокна применялись и другие композитные материалы. Так автор проводил экспериментальные работы с базальтом – тканный материал, ламели и фибра. На основе результатов этой работы были подготовлены рекомендации по применению базальта для усиления железобетонных пролетных строений мостов, утвержденные Минтрансом РФ.
Эти материалы отличаются стойкостью к коррозии и долговечностью при высокой прочности при воздействии различных механических воздействий.
Особая роль в использовании фибробетона на стройках Москвы принадлежит В.Г. Кенигу - содействие исследованиям и продвижение продукции ООО «Инжсервис –МТ», которое в России является одним из лучших по производству изделий из стеклофибробетона. Эта организация производит тонкие пластины из стеклофибробетона , которые успешно применяются в качестве неизвлекаемой опалубки. Они выпускают специальные профили, в том числе и корытообразные. Такое конструктивное решение существенно снижает трудоемкость работ и повышает трещиностойкость конструкции, не снижая ее надежность по сравнению с конструкцией, полностью армированной фиброй. Отличительной особенностью этих изделий является успешная проверка образцов из их материала на требования по морозостойкости, хотя специальные добавки не применялись /см. 2/. Эту особенность отметил В.Г. Кениг, что позволило использовать стеклофибробтон для водоотводных лотков на МКАД и в других сооружениях...
Повышения морозостойкости обычно добиваются закрытием проникновения воды в капилляры бетона воздухововлекающими и газообразующими добавками или микронаполнителями. Однако положительный результат возможно получить и повышением сопротивления бетона растяжению, которое добиваются различным армированием - в данном случае фиброй.
ООО «Инжсервис –МТ» начинал свою деятельность в цеху Силикатненского завода ЖБИ, где начинал свою творческую деятельность В.Г. Кениг в качестве инспектора Мостовой инспекции. Там же начиналась и его спортивная карьера. Там же рядом с заводом он постоянно проживал. С самого начала своей работы он отличался особой любознательностью и инициативой.
Несмотря на довольно длительную историю развития фибробетона до сих пор не определена область его рационального применения. Автор вспоминает мероприятие в институте «Гипротрасмост» в середине нулевых годов, где руководство «Мостоиндустрии» и исполнители исследований фибробетона из ЦНИИСа буквально навязывали главным инженерам проектов продукцию Курганского завода, которая не имела спроса. Однако проектировщики , понимая все преимущества фибробетона, не могли найти необходимости его применения. В настоящее время в некоторых проектах предусматриваются переходные полосы деформационных швов из фибробетона. Однако при незначительных объемах таких работ это решение становится обузой для строителей. Автор в 2015г разрабатывал технологический регламент на производство таких работ на одном из объектов ЗАО «Строймостмонтаж». Сложность разработки заключалась в том, что, кроме упоминания «фибробетон» никакой информации не было.
В связи с широким распространением температурнонеразрезных конструкций мостов монолитные надопорные участки выполняются из фибробетона.
Однако самым эффективным решением остается не нашедшее в свое время предложение ЦНИИСа о замене оклеечной гидроизоляции на покрытие из фибробетона /см. 3/. Если выравнивающий слой бетона выполнять из фибробетона (а это значительные объемы работ), то отпадет необходимость в гидроизоляции, защитном слое бетона и в асфальтобетоне.
Список литературы.
1.Л.И. Дворкин, В.В. Житовский, Ю.А. Стесюк и др.
Проектирование составов фибробетона с использованием эксприменталь- статистических модели. Технологии бетонов, № 11-12.2016.
2. . В.Г. Кениг, А.А Савельев. Пути повышения морозостойкости мостовых конструкций. 74 Научно-методическая и научно-исследовательская конференция, Секция ОНИЛ «Цемент» «Цементные бетоны», МАДИ, 2016).
3. Захаров Л.В., Колоколов Н.М., Цейтлин А.Л. Сборные неразрезные железобетонные пролетные строения мостов. /Под редакцией Н.М. Колоколова- М.Транспорт.
4.Л.И. Коротков, Зайцева С.В. Оценка эффективности применения композиций ЦМИД в мостостроении. «Проблемы качества бетона и железобетона в транспортном строительстве». Труды ЦНИИС, вып. № 209,М. 2002.
