Требования к бетонам гидротехнических сооружений
Особенности бетона и бетонных работ в гидротехническом строительстве К гидротехническим сооружениям относят сооружения, находящиеся в воде или постоянно, или временно (периодически). Эти сооружения возводятся в самых различных условиях и помимо силовых воздействий подвергаются воздействиям воды, мороза, агрессивных сред, кавитации, увлажнению-высушиванию и т.д. Вследствие этого бетоны для гидротехнических сооружений должны обладать свойствами, отличающими их от обычных бетонов, рассчитываемых в основном на силовые воздействия.
Так, эти бетоны должны обладать такими дополнительными свойствами, как водонепроницаемость, морозостойкость, кавитационная стойкость и трещиностойкость. Выполнение этих требований обеспечивается соответствующим подбором состава бетона, специальной технологией его приготовления и технологией производства бетонных работ.
Гидротехническое строительство в нашей стране характеризуется укладкой огромных объемов бетона. Особенно большие объемы бетонных работ имеют место на гидроузлах с бетонными плотинами. Так, например, объем бетона на строительстве Братской ГЭС с бетонной гравитационной плотиной составил 4,9 млн. м3, а на строительстве Саяно-Шушенской ГЭС с арочно-гравитационной плотиной - более 9,0 млн. м3. Таким образом, одной из основных особенностей бетонных работ в гидротехническом строительстве является большой объем этих работ вследствие массивности гидротехнических сооружений и их больших размеров.
Отсюда вытекает и вторая особенность бетонных работ в гидротехническом строительстве - необходимость предусматривать в комплексе бетонных работ технологические мероприятия по обеспечению трещиностойкости и монолитности массивных бетонных сооружений. Известно, что твердение бетона идет с выделением тепла гидратации цемента, т.е. бетон в период твердения разогревается. При массивных конструкциях бетон разогревается до 40 и даже 50-60°С. Затем этот бетон подвергается внешнему воздействию температур наружного воздуха и начинает остывать до эксплуатационной температуры, причем остывание протекает неравномерно, вызывая температурные перепады и, как следствие, температурные напряжения. Технология производства бетонных работ должна обеспечить такой температурный режим в блоках бетонирования и в целом в сооружении, который не вызвал бы недопустимых температурных перепадов и трещинообразования в блоках и обеспечил монолитность этих конструкций. Поэтому в комплексе бетонных работ имеются технологические мероприятия по регулированию температуры бетонной смеси на бетонном заводе и бетона в блоках бетонирования.
Третьей особенностью производства бетонных работ в гидротехническом строительстве является необходимость обеспечения однородности бетона с требуемыми его качествами, опять же с целью повышения трещиностойкости и монолитности. Поэтому комплекс бетонных работ должен включать технологические операции по обеспечению такой однородности. Это точное фракционирование заполнителей и точное дозирование составляющих и др.
Существенной особенностью, вытекающей также из больших объемов работ, является необходимость комплексной механизации всех технологических операций и всей технологий бетонных работ, так как только комплексная механизация всех процессов с механизмами большой производительности может обеспечить укладку таких больших объемов работ с большой интенсивностью. Например, годовая укладка бетона на строительстве СаяноШушенской ГЭС составила 1200 тыс. м3/год, а месячная - 154 тыс. м3/мес.
Таким образом, как по требованиям к свойствам бетона, так и к технологии его приготовления и укладки, бетон для гидротехнических сооружений имеет значительные отличия от обычных бетонов.
Особое место в гидротехническом строительстве занимают сооружения из укатанных бетонов, позволяющих значительно повысить интенсивность работ при одновременном упрощении технологии и мер борьбы трещинообразованием.
В общем, технология бетонных работ включает в себя целый комплекс различных технологических операций и мероприятий, а именно: приготовление и хранение заполнителей, приготовление и транспортирование бетонной смеси, укладку и уплотнение бетонной смеси в блоках, уход за уложенным бетоном. Сюда же входят арматурные и опалубочные работы, подготовка блоков бетонирования и др. Каждая операция из этого комплекса имеет свое определенное влияние на качество бетона и его свойства, поэтому в целом качество и свойства бетона обеспечиваются соблюдением определенных требований именно во всей цепочке технологии бетона, а не только в какой-то одной.
Требования, предъявляемые к бетону гидротехнических сооружений
Требования к бетонам гидротехнических сооружений устанавливаются на основе анализа условий службы сооружений в соответствии с указаниями нормативных документов.
Основным при установлении требований к бетону является правильное определение комплекса внешних факторов, воздействующих на бетон гидротехнических сооружений в период строительства и последующей эксплуатации. В зависимости от характера воздействующих факторов и их интенсивности устанавливают соответствующие требования к бетону и назначают марки бетона.
Бетон подразделяют по следующим признакам:
а) в зависимости от расположения в конструкциях по отношению к уровню воды на подводный бетон, бетон зоны переменного уровня воды и бетон надводный;
б) по массивности конструкций на бетон массивный и немассивный;
в) по действию напора воды на бетон напорных и бетон безнапорных конструкций;
г) по расположению в массивных конструкциях на бетон наружной и бетон внутренней зоны.
Основными техническими требованиями к бетону гидротехнических сооружений являются:
механическая прочность и предельная растяжимость (предельная относительная деформация), водонепроницаемость, морозостойкость, допустимая степень водопоглощения и линейных изменений при увлажнении и высыхании, стойкость против агрессивного воздействия воды данного состава, отсутствие вредного взаимодействия щелочей цемента с заполнителями, допустимая степень разогрева, специальные, устанавливаемые в проекте (например, стойкость против кавитационного разрушения при больших скоростях воды, стойкость против истираемости потоком воды с донными и взвешенными наносами).
Прочность бетона характеризует сопротивляемость бетона сжимающим и растягивающим напряжениям, а также его деформативность. В зависимости от гарантированной прочности бетона при сжатии, измеряемой в мегапаскалях (МПа), ГОСТ устанавливает следующие классы: В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В25; В30; В35. Эти классы по прочности на сжатие отвечают гарантированной прочности бетона в МПа с обеспеченностью q _ 0,95. Для массивных сооружений допускается q _ 0,9. Классы бетона по прочности для речных гидротехнических сооружений, как правило, устанавливаются в возрасте 180 дней. В случае сокращенных сроков строительства и быстрого ввода сооружений в эксплуатацию допускается устанавливать их в возрасте 28 и 90 дней. Для бетона морских сооружений классы по прочности устанавливаются в возрасте 28 дней.
Классы по прочности на осевое растяжение устанавливаются в тех случаях, когда они имеют главенствующие значения и контролируются на производстве. Предусматриваются следующие классы: Вz0,8; Вz1,2; Вz1,6; Вz2; Вz2,4; Вz2,8; Вz3,2.
Кроме классов бетона по прочности ГОСТ допускает в особых случаях применять показатели прочности по маркам М, характеризующим сопротивляемость бетона сжимающим и растягивающим напряжениям в кг/см2 (в соответствии с ранее существовавшей классификацией). По прочности на сжатие ранее предусматривались следующие марки: М 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 800; по прочности на растяжение: Рz 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45.
При этом между классами бетона по прочности В и марками М имеются примерно следующие соответствия: М100 соответствует В7,5; М150 соответствует В10, В12; М200 соответствует В15; М250 соответствует В20; М350 соответствует В25.
Предельная растяжимость бетона (предельная относительная деформация), характеризующая сопротивляемость бетона деформациям (например, температурным), должна быть не менее: 5-10"5 - для бетонов внутренних зон, 7-10"5 - для бетонов наружных зон.
Методы определения различных характеристик бетона по образцам в лабораторных условиях регламентируется соответствующими нормативными документами.
Водонепроницаемость бетона характеризует сопротивление бетона воздействию напоров воды. ГОСТом устанавливаются следующие марки по водонепроницаемости: W 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16. Марки устанавливаются в зависимости от напорного градиента J, определяемого как отношение максимального напора в метра к толщине конструкции в метрах, и от температуры воды tb:
Для речных гидротехнических сооружений марки бетона по водонепроницаемости устанавливают в возрасте 180 дней, для морских - в возрасте 28 дней. Для бетона внутренних зон может приниматься марка по водонепроницаемости W-2 (при соответствующем обосновании). Для конструкций морских гидротехнических сооружений марки бетона по водонепроницаемости устанавливают в зависимости от зоны расположения и типа конструкций, но не ниже W4.
1. Морозостойкость бетона - это сопротивляемость бетона воздействию попеременного замораживания и оттаивания. ГОСТ устанавливает следующие марки по морозостойкости: F 50, 75, 150, 200, 300, 400, 500. Марка по морозостойкости для речных гидротехнических сооружений устанавливается в зависимости от климатических условий района и числа расчетных циклов попеременного замораживания и оттаивания или перехода через нуль температуры воздуха в течение года, т.е.
2. Среднемесячная температура определяется по СНиП 2.01.01-82, а также по данным гидрометеорологической службы.
3. При числе циклов более 200 следует применять специальные виды бетонов или конструктивныю теплозащиту.
Срок твердения бетона по марке морозостойкости принимается равным 28 суткам, а для массивных сооружений в теплой опалубке - 60 суткам.
Стойкость бетона к агрессивной среде характеризует его сопротивляемость разрушению от действия подземных или иных вод, содержащих различные агрессивные включения. Агрессивность воды устанавливается в соответствии со специальными инструкциями. В зависимости от рода агрессивности выбирают соответствующий вид цемента, стойкий против этого воздействия, а также проводят другие мероприятия для повышения сопротивляемости воздействию агрессивной среды (повышают водонепроницаемость, плотность и др.) или в случае необходимости применяют гидроизоляцию конструкции.
Существенным требованием к бетону гидротехнических сооружений в массивных конструкциях является требование пониженного тепловыделения при твердении бетона для снижения перепадов температур и вследствие этого облегчения борьбы с трещинообразованием. Это требование обеспечивают применением соответствующего вида цемента с пониженной теплотой гидратации, тщательным подбором состава бетона с минимально необходимым расходом цемента при применении различных добавок, снижающих расход цемента. По этому показателю особенно ценным и являются укатанные бетоны с расходом цемента - 60-120кг/м3.