Американский стандарт ACI 318-19 под новые требования к строительному бетону

Американский стандарт ACI 318-19 под новые требования к строительному бетону

Момент, когда бетон произведён и размещён в проекте, обычно фиксируется завершённым этапом инжиниринга и проектирования. Поэтому коды и стандарты, используемые проектировщиками при разработке контрактной документации для проекта, на первый взгляд видятся маловажными для строителей. Но улучшения кодекса ACI 318-19 по бетонному строительству, которые касаются использования новых материалов и методов укладки, обещают способствовать внедрению передовых методов строительства. Эти передовые методы неизбежно будут стимулировать процедурные изменения для производителей и поставщиков бетона.

Новые положения строительного кодекса ACI 318-19 по бетону

В июле 2019 года Американским институтом бетона (ACI — American Concrete Institute) выпущена новейшая версия «Требования строительных норм для структурального бетона» — ACI 318-19 (файл PDF / EN). Изменения, призванные повлиять на производство и строительство бетоном, включают новые положения об использовании:

  • альтернативных цементов и цементных заполнителей,
  • торкрет-бетонов,
  • высокопрочной арматурной стали,
  • послеустановочных анкерных болтов.

Эта новая редакция Кодекса ACI 318-19 также включает обновлённые детали сейсмостойкости и определяет специфику обучения и сертификацию инспекторов.

Стандарт ACI 318-19 и процесс сертификации инспекторов
Процесс сертификации инспекторов строительства с учётом выхода новых правил, определяемых стандартом ACI 318-19 — своего рода кодексом применения бетона

Кодекс ACI 318-19, однако, не включает критерии проектирования и ожидаемые характеристики для новых альтернативных материалов. До настоящего времени не было проведено достаточного промышленного тестирования, поэтому ответственность за материал возлагается непосредственно на поставщиков материалов.

Решение на текущий момент, во всяком случае, сводится к тому, чтобы полагаться на команду разработчиков, поставщиков материалов и производителей бетона для проведения испытаний и предоставления данных об ожидаемой производительности этих продуктов.

Альтернативные цементы в строительной сфере

На бетонную отрасль США оказывалось некое давление с целью допущения альтернативы портландцементу. Мотивировалось это одним из трёх основных факторов (согласно ACI ITG-10R-18, «Руководство практиков по альтернативным цементам»):

  1. Сниженная стоимость (как первоначальная стоимость, так и стоимость жизненного цикла).
  2. Снижение воздействия на окружающую среду.
  3. Потребность в специфических свойствах, недостижимых с портландцементом.

Такое желание привело к появлению на рынке значительного количества новых материалов. Альтернативные цементы (неорганические цементы, допускающие использование в качестве полной замены портландцементов или смешанных гидравлических цементов) включают:

  • геополимеры,
  • активированные стеклообразные цементы,
  • цементы с активированной летучей золой,
  • цементы с активированным шлаком,
  • цементы на основе алюмината кальция,
  • цементы на основе сульфоалюмината кальция,
  • цементы на основе магния,
  • цемент с СО2-отверждением и другие.

Однако большинство альтернативных цементов в настоящее время не определены стандартными спецификациями материалов, например, портландцементы (ASTM C150). Поэтому в кодексе ACI 318-19 добавлены положения, разрешающие использование альтернативных цементов только в строго контролируемых условиях.

Альтернативный цемент кодексом ACI 318-19
Бетон без цемента с использованием летучей золы в качестве альтернативы цементу. Продукт вполне соответствует как химическим, так и физическим свойствам натурального цемента

После того, как специалист по дизайну определил конкретные свойства, необходимые для данного применения, поставщики материалов должны предоставить подробную информацию об ожидаемом влиянии своих продуктов на бетон. Такая информация основывается на использовании опыта работы с портландцементом в качестве эталона.

Основные свойства материала, установленные для любого альтернативного материала, применяемого в конструкционном бетоне, включают:

  • химический состав;
  • потери на прокаливание;
  • содержание воздуха в растворе;
  • крупность (или другая мера размера частиц);
  • расширение автоклава;
  • прочность на сжатие;
  • теплота гидратации;
  • сульфатостойкость;
  • другие свойства в зависимости от фактического материала.

Спецификации материалов в этой и предыдущих версиях кодекса ACI 318-19 применимы только к гидравлическому цементу, который определяется как цемент, установленный и затвердевающий в результате химической реакции с водой.

Однако многие альтернативные цементы не зависят от химической реакции с водой. Стандарты для цементов применяются к цементному материалу, рассматриваемому отдельно или в строительном растворе, а не к смесям, которые могут считаться конструкционным бетоном.

Соотношение водоцементных материалов

Для негидравлических материалов соотношение между водоцементными материалами и такими свойствами, как прочность и долговечность, может быть не таким, как для портландцементного бетона. Этот момент имеет значение для проектирования, производства, определения прочности бетона.

Стандартизация ACI 318-19 по американски испытания на прочность
Испытания бетона на прочность становятся необходимой процедурой при производстве материала и ведении строительства согласно новому кодексу ACI 318-19

От поставщиков может потребоваться проведение лабораторных и полевых испытаний для оценки воздействия материала на смесь, включая:

  • термическое растрескивание;
  • приживаемость к месту;
  • силу;
  • стабильность объёма;
  • свойства упругости;
  • ползучесть;
  • проницаемость;
  • коррозию металлов;
  • реакции с заполнителями;
  • устойчивость к замерзанию и оттаиванию, воздействию химикатов или высоких температур.

Производителям бетона необходимо доказать, что бетон, изготовленный из альтернативных цементов, способен показывать стабильность во время дозирования, транспортировки, укладки. Бетонные смеси, изготовленные с использованием альтернативного цемента, также требуют проведения испытаний, определяющих, как следует изменить производство. Например, соображения должны включать:

  • критерии безопасности;
  • хранение материалов;
  • дозирование смеси;
  • совместимость с примесями и способность поглощать воздух;
  • время смешивания и ограничения по времени в смесительном барабане;
  • испытание свойств свежего и затвердевшего бетона.

Структурный дизайн и производительность также должны быть надлежащим образом проверены, в том числе:

  • осевая, сжимающая, изгибная, сдвиговая и скручивающая прочность;
  • максимальное напряжение и стресс-отношения;
  • свойства изменения объёма (сушка, термическая обработка, оползание и усадка);
  • модуль упругости;
  • связь подкрепления;
  • сопротивление деформации бетона и арматуры.

Альтернативные заполнители бетонной смеси

В дополнение к замене портландцемента альтернативными цементами, другой стратегией повышения устойчивости бетона является включение в смесь переработанных материалов. Как и в случае обработки альтернативных цементов, кодекс ACI 318-19 допускает использование измельченного гидроцементного бетона (переработанного заполнителя) в структурной бетонной смеси. Однако для этого требуется одобрение лицензированным специалистом по проектированию и должностным лицом здания.

Новый американский стандарт ACI 318-19 и переработка бетона
Допускается применение измельченного переработанного бетонного заполнителя в структурной бетонной смеси, если этот вариант одобрен лицензированным специалистом

В этом случае поставщик также обязан показать, что бетон, использующий альтернативные заполнители, отвечает всем проектным требованиям к свойствам конструкции и долговечности. При этом критерии и категории характеристик аналогичны приведённым выше значениям для альтернативных цементов. Кроме того, требуется показать, что совокупное предложение будет постоянным в течение всего срока реализации проекта.

После того, как данные для конкретного продукта или процесса сгенерированы, эти данные должны быть применимы ко многим другим обстоятельствам. Более подробную информацию о методах испытаний можно найти в ITG-10.1R-18. Отчёт об альтернативных цементах ITG-10, руководство для практиков, предоставляет информацию для тех, кто хочет внедрить альтернативные цементы, и обсуждает доступные в настоящее время и появляющиеся альтернативные цементы.

Другие новые строительные материалы

С выпуском кодекса ACI 318-19, использование торкретирования впервые явно рассматривается кодексом ACI 318-19. Новое содержание разработано путём обновления соответствующих положений «Международного строительного кодекса» при участии Американской ассоциации торкретирования и Комитета 506 ACI по торкретбетону. В будущем эти стандарты должны регулировать использование торкретирования.

Высокопрочная арматура является ещё одним существенным достижением, описанным в кодексе ACI 318-19. Нынешние строительные нормы и правила строительной индустрии США ограничивают прочность арматуры, основанную на десятилетних исследованиях. При этом большая часть арматуры, используемой в бетонном строительстве в США, относится к классу 60.

Однако прогресс в металлургии привёл к производству арматуры, которая почти в два раза сильнее, чем была несколько десятилетий назад. Эта более прочная арматура способна переносить гораздо большее напряжение, но может также не обладать некоторыми свойствами более слабых сталей, такими как минимальное деформационное упрочнение и удлинение.

Современный арматурный материал в стандарте ACI 318-19
Новым кодексом ACI 318-19 повышаются требования к используемому арматурному материалу в составе строительного бетона. Особенное внимание кодекс уделяет для случаев сейсмического строительства

Признавая это, кодекс ACI 318-19 включает новые требования к свойствам материалов из высокопрочных сталей. Ожидается, что многочисленные обновления в новом кодексе, посвященные высокопрочным арматурным стержням, будут поддерживать использование этих стержней в конструкционных бетонных конструкциях. За счёт этого ожидается  снижение заторов в сильно укрепленных элементах, улучшение размещения бетона и экономия времени с трудозатратами.

Пост-установленные бетонные винтовые анкеры все чаще используются вместо дюбелей или литых анкеров, и этот тип анкеров теперь признан в кодексе ACI 318-19. В документе также содержится положения для сдвига наконечников, которые представляют собой стальной элемент, приваренный к опорной плите. Срезные проушины обычно используются у основания колонн для передачи больших сдвиговых усилий на фундамент.

Новые конструкции и детализация для сейсмостойкости

Американский кодекс ACI 318-19 повышает ограничения на указанную прочность арматуры в системах с перегородками и в специальных моментных рамах. Новый стандарт допускает усиление класса 80 для некоторых специальных сейсмических систем и больше не позволяет использовать арматуру класса 40 в сейсмических применениях.

Стены сдвига могут использовать арматуру в классах 60, 80 или 100. В специальных моментных рамах можно использовать классы 60 или 80. Обручи и стремена в специальных сейсмических системах, используемых для поддержки вертикальной арматурной стали, имеют более узкое заданное расстояние, чтобы предотвратить изгиб вертикальных стержней.

Землетрясение в Нортридже (Калифорния) в 1994 году, а также недавние землетрясения в Чили и Новой Зеландии привели к исследованиям, направленным на улучшение сейсмического проектирования. Стандарты ACI 550, разработанные для улучшения отклика сборных железобетонных мембран и соединений, теперь упоминаются в ACI 318-19. Сюда относятся новые требования к проектированию и детализации мембран из сборного железобетона, в частности, соединений между сборными железобетонными элементами.

Арматурные связи в строительстве согласно стандарту ACI 318-19
Предпочитаемым материалом в большинстве случаев строительства новый кодекс определяет арматуру классом от 60 и выше. А для специальных моментных рам обязательно 60 — 80

Другие изменения в новом кодексе ACI 318-19, которые касаются сейсмического проектирования, являются требованиями к граничным элементам специальных структурных стен. Речь идёт о граничных элементах, обычно встречающихся по краям стены, углам или отверстиям. Такими элементами обеспечиваются продольное или поперечное усиление для удержания бетона, плюс обеспечивается продольная опора стержня.

В то время как предыдущие стандарты допускали использование поперечин с 90-градусными крюками на одном конце, стандарт ACI 318-19 указывает, что все поперечины для специальных граничных элементов теперь должны иметь крючки 135 градусов на обоих концах.

Новые положения также ограничивают соотношение сторон обручей в граничном элементе, ограничивают места сращивания коленей вблизи предполагаемых зон пластиковых шарниров. Новые положения требуют, чтобы некоторые стены удовлетворяли минимальным требованиям продольного армирования, с целью избежать хрупкого разрушения недостаточно армированных стен.

Разъяснение требований к сертификации

На момент публикации, стандартом ACI 318-19 определяются программы обучения для инспекторов и монтажников, а также перечисляются требования к сертификации. Теперь всем инспекторам потребуется пройти сертификацию, если имеется соответствующая программа сертификации.


При помощи информации: ArchitectMagazine