О пересмотре межгосударственного стандарта «Плиты железобетонные для покрытия городских дорог»

Коллективом сотрудников НИИЖБ им. А. А. Гвоздева выполнена работа по актуализации ГОСТ 21924 «Плиты железобетонные для покрытий городских дорог. Технические условия».

Структура нормативного документа актуализированной редакции составлена на основании требований ГОСТ 1.5-2001 [1].

Актуализированный межгосударственный стандарт содержит 9 разделов и 4 приложения. Согласно первому разделу – «Область применения» – стандарт распространяется на железобетонные предварительно напряженные плиты и плиты с ненапрягаемой арматурой, изготовляемые из тяжелого бетона и предназначенные для устройства сборных покрытий постоянных и временных городских дорог под автомобильную нагрузку АК-11,5 и АК-10, и устанавливает требования к их изготовлению. Стандарт не распространяется на железобетонные плиты для внутренних автомобильных дорог промышленных предприятий, для внутрихозяйственных автомобильных дорог, а также на плиты многоразового использования для временных дорог на строительных площадках.

Стандарт пересмотрен в обеспечение требований ГОСТ 13015 [2], ГОСТ 26633 [3], ГОСТ 31384 [4].

Межгосударственный стандарт ГОСТ 21924 разработан с учетом требований Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [5], распространяется на железобетонные плиты покрытия городских дорог, предназначенные для применения в сухих и водонасыщенных грунтах, и устанавливает технические требования к бетону изделий и арматуре, к изготовлению, маркировке, приемке, транспортированию и хранению железобетонных плит для покрытия городских дорог.

Целью пересмотра ГОСТ 21924.0-84 [6], ГОСТ 21924.1-84 [7], ГОСТ 21924.2-84 [8], ГОСТ 21924.3-84 [9] является актуализация их положений в части технических условий на изготовление железобетонных плит для покрытия городских дорог в связи с обновлением нормативной базы по производству железобетонных конструкций.

При пересмотре ГОСТ [6–9] решены следующие задачи:

• откорректирована структура и положения стандарта в связи изменениями требований основополагающих стандартов ГОСТ 1.5 [1];
• уточнены требования к правилам обеспечения единства измерений в Российской Федерации, установленным Федеральным законом от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» [10] и документами уполномоченных федеральных органов исполнительной власти.

Назначением класса бетона по прочности на сжатие обеспечивается только прочность плит в зависимости от автомобильной нагрузки, что недостаточно при применении плит в сухих и водонасыщенных грунтах, при расчетной температуре наружного воздуха (средней температуре воздуха наиболее холодной пятидневки района строительства согласно СП 131.13330.2020 [11]) до минус 40 °C включительно, в грунтах и грунтовых водах с неагрессивной степенью воздействия на железобетонные изделия. Для этого установлены требования по водонепроницаемости и морозостойкости, которые опосредованно защищают бетон от коррозии. Поэтому при пересмотре стандарта назначен определенный уровень по морозостойкости и водонепроницаемости, назначен класс бетона по прочности, гарантирующий обеспечение заданных морозостойкости и водонепроницаемости.

Кроме этого, одной из задач пересмотра межгосударственных стандартов [6–9] является также установление актуальных технических требований в связи с применением новых классов арматуры для армирования плит.

В разработанной редакции стандарта пересмотрена его структура. Ряд пунктов прежней редакции стандарта исключен.

В разделе 1 «Область применения» уточнено, что плиты для покрытия городских дорог являются сборными изделиями. Плиты проектируют и изготовляют под автомобильную нагрузку АК-11,5 и АК-10 по ГОСТ 32960 [12].

В разделе 2 «Нормативные ссылки» уточнен и расширен перечень используемых стандартов.

В раздел 3 «Термины, определения и сокращения» внесен ряд редакционных изменений.

Раздел 4 «Условные обозначения» поясняет структуру маркировки плит.

Положения разделов «Технические условия» ГОСТ [6–9] сведены в один документ с образованием двух разделов: раздел 5 «Форма и основные размеры» и раздел 6 «Технические требования»; текст существенно сокращен с внесением ряда изменений.

Раздел 5 «Форма и основные размеры» содержит требования к основным геометрическим параметрам плит и монтажных приспособлений.

Раздел 6 «Технические требования» содержит перечень конструктивных и технологических требований, предъявляемых стандартами и другими нормативными документами к плитам, а также к материалам и арматурным изделиям, используемым для плит.

Уточнены требования для достижения заданных морозостойкости и водонепроницаемости бетона плит в соответствии с требованием ГОСТ 31384 [4].

Основные параметры бетона, представленные в таблице, назначены на основании требований к бетону изделий по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости с учетом класса среды эксплуатации в соответствии с требованиями [4].

Раздел 7 «Правила приемки» переработан в соответствии с ГОСТ 13015 [2].

В раздел 8 «Методы контроля» внесен ряд редакционных изменений.

Раздел 9 «Маркировка, транспортирование и хранение» реструктурирован и сокращен.

В Приложении А (обязательном) в графической и табличной формах представлены типы и основные геометрические размеры плит.

В Приложениях Б и В (обязательных) представлены требования по испытанию плит, указаны контрольные нагрузки при испытании плит на прочность и трещиностойкость. Кроме того, приведены схемы армирования предварительно напряженных плит и плит без предварительного напряжения.

В Приложении Г (обязательном) приведены схемы монтажно-стыковых изделий.

В текст Приложений Б, В и Г спецификации и выборки арматурной стали по ГОСТ [7–9] не включены. Процесс проектирования арматурных элементов: каркасов, сеток и отдельных арматурных элементов железобетонных плит – передан в проектные организации. В актуализированном ГОСТ нет жесткой привязки между маркой плиты и расходом, а также диаметрами арматурной стали.

Актуализированная редакция ГОСТ одобрена и рекомендована к утверждению на заседании научно-технического совета НИИЖБ им. А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство».

В ходе состоявшегося публичного обсуждения актуализированного ГОСТ получены в основном предложения редакционного характера, которые в большинстве были частично или полностью учтены.

Наибольшее количество предложений поступило от Федерального дорожного агентства (РОСАВТОДОР). Основной блок предложений о внесении изменений в актуализированный ГОСТ 21924 касался замены стандартов ГОСТ 8267 [13] на ГОСТ 32703 [14]; ГОСТ 8736 [15] на ГОСТ 32824 [16] и ГОСТ 32730 [17]. Данные предложения были отклонены в связи с тем, что в стандартах [14][16][17] отсутствует ряд требований к материалам, гарантирующим обеспечение долговечности бетонных изделий, отвечающей требованиям ГОСТ 27751 [18].

Железобетонные изделия, в частности плиты железобетонные для покрытий городских дорог, в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных как внешних (истирание поверхности бетона плит от автомобильных колес, омывание и насыщение водными растворами антиобледенителей при попеременном замораживании и оттаивании в холодное время года), так и внутренних факторов: состав бетона и качество составляющих материалов, определяющее эксплуатационные свойства бетона (морозостойкость, водонепроницаемость), химический состав цемента (в частности, содержание C₃A, определяющее вероятность возникновения сульфоалюминатной коррозии при контакте с сульфатами; содержание щелочей и т. д.), содержание аморфного кремнезема в заполнителях, которые оказывают значительное влияние на их долговечность. При этом даже небольшие отклонения от нормируемых допусков в технологии производства железобетонных изделий, изменение химико-минералогического состава используемых материалов, а также ухудшение условий эксплуатации могут привести к значительному снижению долговечности.

Наблюдения за состоянием изделий позволили выявить, что разрушения могут вызываться процессами, возникающими внутри тела бетона при взаимодействии щелочей цемента с аморфным кремнеземом, содержащимся в заполнителе. Скорость процессов внутренней коррозии и вызываемых ею изменений структуры бетона может быть различной и зависит от ряда факторов: содержание щелочей в цементе, вид реакционноспособных составляющих в заполнителях, температурно-влажностные условия их твердения и эксплуатации.

В статье [19] представлено описание процесса внутренней коррозии бетона, возникающей при взаимодействии компонентов бетона без обменных реакций с внешней средой. Наиболее распространенным процессом внутренней коррозии является взаимодействие щелочей цемента и химических добавок с диоксидом кремния из состава заполнителей реакции щелочей с кремнеземом.

В п. 4.22 ГОСТ 8269.0-97 [20] определены последовательные этапы по определению реакционной способности горной породы и щебня (гравия): «Реакционную способность (PC) горной породы, щебня (гравия) характеризуют наличием минералов, содержащих растворимый в щелочах кремнезем. Реакционную способность (PC) определяют методами: минералого-петрографическим – на стадии разведки месторождения и для оценки горных пород и щебня для использования их в качестве сырья для производства заполнителей бетонов, при этом определяют наличие потенциально реакционноспособных пород и минералов (ПРС); химическими – в случае обнаружения наличия ПРС пород и минералов для оценки количественного содержания в них растворимого в щелочах кремнезема; ускоренным с измерением деформаций бетонов – для определения возможности проявления щелочной коррозии бетонов в случае, когда количественное содержание растворимого в щелочах кремнезема превышает установленные нормативные значения; непосредственным испытанием образцов бетонов – для определения возможности проявления щелочной коррозии бетона в случае, когда относительные деформации расширения образцов бетона, определенные ускоренным методом, превышают установленные значения».

Требования к горным породам отражены в п. 4.8.2 ГОСТ 8267 [13]: «Щебень и гравий должны быть стойкими к воздействию окружающей среды. Щебень и гравий, предназначенные для применения в качестве заполнителей для бетонов, должны обладать стойкостью к химическому воздействию щелочей цемента. Стойкость щебня и гравия определяют по минералого-петрографическому составу исходной горной породы и содержанию вредных компонентов и примесей, снижающих долговечность бетона и вызывающих коррозию арматуры железобетонных изделий и конструкций».

В стандарте ГОСТ 32703 [14] присутствуют ссылки на ГОСТ 33031-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Определение минералого-петрографического состава» [21] и ГОСТ 33050-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Щебень и гравий из горных пород. Определение реакционной способности горной породы и щебня (гравия)» [22], в которых представлены указания в виде выборочных цитирований из ГОСТ 8269.0-97 [20], не раскрывающих полноту исследований в области оценки реакционной способности горной породы и щебня.

Аналогичное указание есть в стандарте на песок ГОСТ 8736 [15] п. 4.2.14 «Песок, обогащенный песок и фракционированный песок, предназначенные для применения в качестве заполнителей для бетонов, должны обладать стойкостью к химическому воздействию щелочей цемента». В ГОСТ 32730 [17] и ГОСТ 32824 [16] данные требования отсутствуют.

Кроме того, требования ГОСТ 26633 [3] к материалам для бетонов, в частности указанные для щебня по ГОСТ 8267 [13] и песка по ГОСТ 8736 [15], должны выполняться и для бетона дорожных изделий, поэтому исключить из актуализированного ГОСТ 21924 стандарты ГОСТ 8267 [13] и ГОСТ 8736 [15] при действующей нормативной базе не представляется возможным.

В НИИЖБ им. А. А. Гвоздева проведены исследования с целью оценки возможности использования щебня по ГОСТ 32703 [14] для производства бетонов общегражданского строительства [23]. Авторы отмечают, что «Потенциальной проблемой может быть использование в составах бетонных смесей щебня по ГОСТ 32703 с избыточным содержанием зерен фракции < 5 мм совместно с крупными песками и песками повышенной крупности, однако подобный риск существует и при использовании щебня по ГОСТ 8267. Необходимо подчеркнуть, что результаты настоящей работы получены при сравнении между собой бетонов, изготовленных с использованием щебней с примерно равным содержанием зерен пластинчатой и игловатой формы. Контроль этого показателя при использовании щебня по ГОСТ 32703 должен осуществляться с повышенным вниманием, с учетом рисков недооценки показателя при использовании метода рассева на щелевидных ситах, особенно фракций с малым размером зерен».

Вопросу влияния крупного заполнителя на модуль упругости бетона уделено внимание в работе И. П. Павловой [24]. Экспериментальным исследованиям закономерностей влияния размерно-геометрических параметров щебня на потенциал сопротивления бетонов разрушению посвящена работа А. И. Макеева и Е. М. Чернышова [25].

Статья С. А. Зенина, К. Л. Кудякова и О. В. Кудинова [26] посвящена экспериментальным исследованиям оценки влияния крупного заполнителя по ГОСТ 32703 [14] на прочностные и деформативные свойства железобетонных конструкций в сравнении с железобетонными конструкциями, выполненными из бетона на крупном заполнителе по ГОСТ 8267 [13]. Авторы пришли к выводу, что замена крупного заполнителя, изготовленного по ГОСТ 8267, на заполнитель, изготовленный по ГОСТ 32703, в изгибаемых железобетонных конструкциях практически не оказывает влияния на прочность нормальных и наклонных сечений. Экспериментальные значения прогибов при нагрузках, приближенных к разрушающим, имеют расхождение 13–23 %, при этом прогибы образцов со щебнем по ГОСТ 32703 не превышают аналогичных значений у образцов со щебнем по ГОСТ 8267.

Авторы приведенных статей едины в том, что исследования в области прочности и деформативности бетона при различных подходах к нормированию инертных заполнителей следует продолжить. Ввиду многофакторности в решении поставленной задачи, а именно в оценке влияния инертных заполнителей бетона на его прочность и деформативные свойства, следует выполнить ряд НИОКР, охватывающих всю гамму проблем для применения щебня и гравия по ГОСТ 8267 [13] или ГОСТ 32703 [14], песка по ГОСТ 8736 [15] или ГОСТ 32730 [17]. Исследования должны поставить точку в этом вопросе: либо объединить область их применения (и ряд стандартов упразднить), либо дать четкие границы применимости каждого.

Представляется, что актуализированный ГОСТ 21924 будет способствовать более качественному проектированию и изготовлению железобетонных плит для покрытия городских дорог.