TECHNOLOGY OF BUILDING CONSTRUCTION IN THE PERMANENT FOAMED POLYSTYRENE FORMWORK AND ITS RELIABILITYON QUALITY PARAMETERS

Abstract


A study of reliability of technological system of cast-in-situ reinforced concrete building construction in permanent EPS formwork was performed. We established the causal links of formation of structural defects. Based on the analysis of field measurements and generalizations of statistic data, we determined the values of the rate of formation of structural defects, as well as an assessment of the probability of assignment on quality parameters was given.

ВведениеОдним из важнейших направлений использования энергосберегающих тех- нологий в строительстве является возведение зданий в несъемной опалубке из пенополистирола, щиты которой представляют собой теплоизолирующие и зву- копоглощающие элементы конструкций. Наряду с отмеченными особенностями указанной технологической системы представляются весьма важными показате- ли ее надежности по параметрам качества.В настоящее время в научной периодической печати представлены различные аспекты исследования технологической системы возведения монолитных зданий в несъемной опалубке. Однако ее надежность, в том числе и по показателям ка- чества, оказалась вне интересов исследователей. Это сдерживает возможности решения задач по совершенствованию технологической системы для повышения качества производимой строительной продукции.В результате натурного исследования установлены причинно-следственные связи возникновения дефектов конструкций, возведенных в несъемной пенопо- листирольной опалубке, а также дана оценка надежности технологической си- стемы по параметрам качества.Анализ состояния вопросаОдной из наиболее эффективных и современных строительных технологий является возведение зданий в несъемной опалубке. В соответствии с особенно- стями возводимых конструкций применяют несъемную опалубку в виде облицо- вочных панелей, армированных панелей, деревобетонных панелей, магнезитовых панелей, пенополистирольных пластин и др. [1-4].106Свинцов А.П., Небогатова А.В., Шумилин Е.Е. Технология возведения зданий в несъемной...Применение несъемной опалубки для возведения конструкций из железобе- тона позволяет увеличить их несущую способность и существенно снизить тру- доемкость работ [5; 6]. Считается, что значительным достоинством указанной технологической системы является минимальная потребность в строительной технике для монтажа опалубки. Один из наиболее значимых недостатков этой технологической системы заключается в сложности монтажа и выверки опалуб- ки, а также в отсутствии технических средств для надежного временного закре- пления щитов.При строительстве жилых зданий широко применяется несъемная опалубка, выполненная в виде блоков, состоящих из пенополистирольных пластин, соеди- ненных между собой перемычками, служит утеплителем ограждающих конструк- ций [7; 8]. Толщина пенополистирольных пластин составляет, как правило, от 50 до 100 мм в зависимости от требуемого сопротивления теплопередаче. Расстояние между внутренними поверхностями пластин опалубки определяется проектом и обычно составляет от 100 до 200 мм. Применение несъемной опалубки предпо- лагает монолитное строительство зданий различного назначения. В работе [9] показано, что монолитное строительство характеризуется рядом преимуществ по сравнению с другими технологиями: энергоемкость производства ниже в среднем на 30% по сравнению со сборным строительством, более низкие (на 60%) капи- тальные вложения в производственную базу и др.Возведение зданий в несъемной опалубке из пенополистирола позволяет ре- шать задачи энергосбережения в процессе их эксплуатации и создавать условия для обеспечения проектных значений температурно-влажностных условий в по- мещениях. В работах [10; 11] представлены результаты исследования влажностных характеристик железобетонных стен с несъемной опалубкой из пенополистиро- ла. Отмечено, что начальная влажность опалубки зависит от условий выполнения общестроительных и отделочных работ, а также от содержания законченных до- мов до их заселения. Установлено, что в помещениях домов, возведенных из же- лезобетона в пенополистирольной несъемной опалубке, микроклиматические условия соответствуют нормативным требованиям.На водопоглощение пенополистиролом значительное влияние оказывает про- должительность увлажнения. По данным [12], длительное (около одного года) увлажнение беспрессового пенополистирола увеличивает его влажность в 2-3 раза.В целом, технологическая система возведения монолитных железобетонных зданий в несъемной опалубке эффективна в техническом и экономическом аспек- тах. Технико-экономическая эффективность применения пенополистирольной опалубки, отмеченная в работе [8], позволяет считать эту технологию перспек- тивной для условий современного строительства.Реализация любой технологии строительства находится под воздействием мно- гих и часто неуправляемых факторов, оказывающих влияние на параметры за- трачиваемых ресурсов, производительности и качества изготовляемой продукции. При возведении зданий осуществляют систематический контроль за соблюдени- ем проектных решений. Несмотря на жесткий контроль качества, полностью ис- ключить возникновение брака не представляется возможным. В настоящее вре-107Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3мя в строительстве уровень бездефектности является одним из самых низких среди всех отраслей. В этой связи повышение надежности технологических систем в части выполнения заданий по параметрам качества является актуальной науч- но-технической задачей.Анализ результатов современных исследований позволяет считать, что в общем объеме дефектов, повышающих вероятность возникновения аварий зданий и со- оружений, человеческие ошибки составляют значительную часть [13]. О значи- тельной ответственности производственного персонала за надежность функци- онирования технологической системы и качества изготавливаемой продукции говорится и в работе [14]. При возведении зданий из монолитного железобетона в несъемной пенополистирольной опалубке одним из наиболее часто возникаю- щих дефектов является нарушение геометрических параметров стен в поперечном направлении (распор). Являясь значительным, но не критическим, указанный вид дефекта приводит к возможному образованию мостиков холода. Подобные локальные дефекты служат одной из важнейших причин снижения комфортно- сти здания [15]. В местах образования таких дефектов возможно уменьшение толщины теплоизоляционного слоя. В этой связи производство строительной продукции, качество которой отвечает современным требованиям, возможно только на основе всеобщего управления качеством. Одним из важнейших эле- ментов управления качеством производимой продукции является установление научно обоснованных критериев объективной оценки надежности технологиче- ской системы.Исследования, результаты которых представлены в [16], показывают, что де- фекты, возникающие в процессе выполнения строительно-монтажных работ, служат основной причиной около 60% аварий в строительстве. При анализе при- чинно-следственных связей возникновения аварий из-за строительного брака выявлено, что соотношение между теоретической и фактической вероятностями аварии зданий и сооружений обусловливает превышение фактического риска над теоретическим значением в 10 раз [17]. Представленные методы анализа надеж- ности строительных технологических систем позволяют давать количественную оценку выполнения задания по параметрам качества изготовляемой продукции. Однако вопросы оценки показателей надежности технологической системы воз- ведения монолитных зданий в пенополистирольной несъемной опалубке не рас- сматривались в указанной работе.Особенности оценки показателей надежности строительных технологических систем, представленные в работе [18], заключаются в том, что безопасность стро- ительства, особенно линейно-протяженных объектов, может быть математически описана с использованием распределения Пуансона. Одним из наиболее эффек- тивных методов повышения надежности технологической системы является ор- ганизация ритмичной работы с исключением потерь и простоев при неожиданных отказах [19].Концепция оценки строительной технологии в аспекте ее устойчивости пред- ставлена в [20]. В работе представлены принципы, этапы и методы оценки тех- нологий, применимых в процессе достижения устойчивости в строительной от- расли. В работе [21] представлены эмпирические модели вероятностных процес-108Свинцов А.П., Небогатова А.В., Шумилин Е.Е. Технология возведения зданий в несъемной...сов в функционировании технологических систем. Показано, что существует значимая экономическая связь между научными рекомендациями и функциони- рованием технологической системы.Для повышения эффективности контроля за реализацией технологических процессов в строительстве предложено автоматизировать сбор и анализ данных с использованием компьютерной техники с соответствующим программным обе- спечением [22]. Результаты испытаний представленной системы позволили ав- торам сократить время на анализ данных при одновременном повышении точ- ности выявления дефектов по сравнению с традиционными методами.Анализ источников информации о представленных результатах исследования показывает, что технологическая система возведения зданий из монолитного же- лезобетона в несъемной пенополистирольной опалубке является решением одной из важнейших задач повышения тепловой и экономической эффективности со- временного строительства. Однако существующие методы оценки ее надежности в настоящее время разработаны не в полной мере. Это сдерживает решение задач обеспечения качества строительной продукции современным принципам кон- цепции управления качеством, изложенной в ISO-9000.Методы исследования и анализаТехнологические дефекты монолитных железобетонных конструкций, воз- веденных в несъемной пенополистирольной опалубке, выявляют в процессе ви- зуального обследования (рис. 1).Рис. 1. Выявленное отклонение поверхности потолка от проектного положенияИзмерения величин отклонений выполнены с использованием линейки и мер- ной ленты (рулетки) с ценой деления 1 мм.Математическая обработка результатов измерений выполнена по известным методикам статистического анализа. Это позволило получить значения площадей дефектов с надежностью γ = 0,90.Величины общей площади поверхностей конструкций стен и перекрытий при- няты по данным проектной документации.109Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3Статистически значимые данные дефектов и проектные значения площадей поверхностей возведенных конструкций использованы для оценки надежности технологической системы по параметрам качества.Строительная технологическая система представляет собой совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, пред- метов производства, производственного и управленческого персонала, предна- значенную для выполнения в регламентированных условиях производственных операций и технологических процессов для производства и реализации строи- тельной продукции.Одним из важнейших показателей надежности строительной технологической системы является вероятность выполнения задания по параметрам качества. Оценку надежности по параметрам качества производят с учетом следующих кри- териев:несоответствие одного из показателей качества строительной продукции требованиям проектной и нормативной документации;несоответствие параметров или режимов реализации операций или строи- тельных процессов технологическим картам;несоответствие контролируемых параметров операций и строительных про- цессов нормативам, регламентированным проектной и нормативной докумен- тации.Важно отметить, что при оценке надежности по параметрам качества изготов- ляемой строительной продукции за критерий отказа следует принимать только параметры, не соответствующие уровню, регламентированному проектной и нор- мативной документацией.В соответствии с ГОСТ 27.203-83 вероятность выполнения задания по пара- метрам качества определяется по формулеPwj(T) = P{Wj  W0j}, (1)где Wj , W0j - соответственно, фактическая и допустимая частота выявленных дефектов в партии по j-му параметру.Частота выявленных дефектов определяется по формулеW = d(T ) ,N (T )(2)где d(T) - количество дефектов в партии изделий; N(T) - общее количество изделий в партии, изготовленной за наработку Т.Наработка Т может измеряться в единицах времени, циклах функционирова- ния или единицах изготовленной продукции.Обследование выполнено на основе метода однократной выборки по брако- вочному уровню. Допустимое значение частоты выявленных дефектов принято W0 = 0,02. Минимальное значение вероятности выполнения задания по параме- трам качества (гарантированное значение вероятности безотказной работы) при- нято Рβ = 0,90.110Свинцов А.П., Небогатова А.В., Шумилин Е.Е. Технология возведения зданий в несъемной...Анализ надежности строительной технологической системы по показателям качества монолитных железобетонных конструкций, возводимых в пенополи- стирольной несъемной опалубке, позволил получить объективные показатели с обеспеченностью не ниже γ = 0,90.Результаты и их обсуждениеТехнология возведения монолитных железобетонных конструкций в несъем- ной пенополистирольной опалубке характеризуется относительной новизной для строительства в России. Одной из особенностей возводимых конструкций явля- ется то, что несъемная пенополистирольная опалубка служит одновременно те- плоизолятором и звукопоглотителем. На строительном рынке России представ- лены разные виды несъемной пенополистирольной опалубки [3; 18].Благодаря высоким теплоизолирующим свойствам пенополистирола возве- денные здания в несъемной опалубке характеризуются повышенной теплоэф- фективностью. В связи с тем, что ограждающие конструкции зданий должны иметь термическое сопротивление, отвечающее нормативным требованиям те- пловой защиты зданий, их качество должно быть под постоянным контролем. Контроль качества производимой строительной продукции является обязатель- ным, так как при реализации любой строительной технологии возможно воз- никновение дефектов. На рисунке 2 представлен фрагмент возведенной стены с дефектами, вызванными распором и расхождением щитов опалубки.Рис. 2. Внешний вид повреждений возведенной монолитной железобетонной стены в несъемной пенополистирольной опалубкеТакой дефект не является критическим, но подлежит обязательному устране- нию. Расхождение щитов опалубки вызвано увеличением толщины бетонной части стены и обусловливает уменьшение толщины теплоизоляционного слоя из пенополистирола. Уменьшение теплоизолирующего слоя сопряжено с возмож- ностью промерзания стены в зимний период эксплуатации здания. Для устране- ния дефектов подобного рода приходится срезать значительную часть пенополи- стирольной опалубки с учетом необходимости обеспечения проектного верти-111Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3кального положения стены без аномальных неровностей. На рисунке 3 представлен фрагмент стены со снятым слоем пенополистирольной опалубки.Рис. 3. Фрагмент стены со снятым слоем пенополистирольной опалубкиУстранение дефектов указанного типа приводит к увеличению себестоимости строительной продукции. В связи с этим представляется целесообразным вы- полнить анализ дефектов для выявления причинно-следственных связей, а так- же для оценки эксплуатационной надежности технологической системы, что по- зволит предложить мероприятия по ее повышению.На рисунке 4 представлен фрагмент наружной стены, подготовленной к на- чалу отделочных работ.Рис. 4. Фрагмент наружной стены с дефектом, «зачищенным» заподлицоИзвестно, что теплопотери через ограждающие конструкции во многом за- висят и от качества строительных работ. Технологические дефекты могут приве- сти к увеличению теплопотерь здания, несмотря на тщательно обоснованные проектные решения. В этой связи задачи обеспечения качества строительной112Свинцов А.П., Небогатова А.В., Шумилин Е.Е. Технология возведения зданий в несъемной...продукции целесообразно рассматривать в комплексе с надежностью строитель- ной технологической системы.В настоящее время для исследования различных аспектов надежности техно- логических систем, применяемых в строительстве, используют систему стандар- тов «Надежность в технике». В соответствии с ГОСТ 27.004-85 технологическая система - совокупность функционально взаимосвязанных средств технологиче- ского оснащения, предметов производства и исполнителей для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процес- сов или операций.Надежность строительной технологической системы представляет собой свой- ство системы выполнять функции обеспечения заданных показателей качества строительной продукции, производительности и экономичности в регламенти- рованных условиях производства строительно-монтажных работ, хранения и экс- плуатации технологического оснащения, хранения и использования строительных материалов и конструкций, а также функционирования производственного и управленческого персонала соответствующей профессии и квалификации. Одним из направлений оценки надежности строительных технологических систем яв- ляется ее определение по параметрам качества производимой продукции. В ре- зультате анализа журналов производства работ и дефектных ведомостей установ- лено, что надежность технологической системы по параметрам качества возве- дения зданий из монолитного железобетона в несъемной пенополистирольной опалубке в значительной степени зависит от ее конструктивного решения и от способа укладки бетона.Расхождения щитов опалубки вызваны разрывом стяжек по действиям сил распора от укладываемого и уплотняемого бетона. В процессе обследования уста- новлено, что наиболее часто разрыв стяжных стержней происходит при укладке бетона посредством бетононасоса. При использовании бетононасоса производ- ственный персонал допускает укладку бетона с большей толщиной слоя, чем пред- усмотрено в технологической карте. Кроме того, прочность материала стяжного стержня имеет важное значение. Установлено, что при стальных стяжных стерж- нях расхождения щитов опалубки не наблюдается ни при укладке бетона по схе- ме «кран-бадья», ни при его укладке посредством бетононасоса.В рамках выполненного исследования установлено, что частота выявленных дефектов пенополистирольной несъемной опалубки изменяется от 0,016 до 0,025 при среднем значении 0,019. Вероятность выполнения задания по параметрам качества составляет в среднем Pkj = 0,946. По условию исследования минимальное значение вероятности безотказной работы технологической системы принято Рβ = 0,90. Следовательно, указанная строительная технологическая система воз- ведения зданий из монолитного железобетона в пенополистирольной несъемной опалубке может быть характеризована как соответствующая заданному уровню надежности.ЗаключениеВозведение зданий из монолитного железобетона с использованием пенопо- листирольной несъемной опалубки является одной из наиболее перспективных113Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3строительных технологических систем. Высокие теплоизолирующие и звукопо- глощающие свойства пенополистирола позволяют использовать щиты опалубки как неотъемлемые элементы возводимых конструкций. В процессе функциони- рования технологической системы возникают дефекты не критического харак- тера. Наиболее значимые дефекты образуются в виде расхождения щитов опа- лубки при укладке бетонной смеси. Ненадлежащее устранение указанных дефек- тов или их сокрытие под отделочным слоем может создать условия для промерзания наружных стен в холодный период года.В результате натурных исследований и анализа дефектных ведомостей уста- новлено, что строительная технологическая система возведения зданий в пено- полистирольной несъемной опалубке характеризуется высокой надежностью по параметрам качества.

A P Svintsov

Peoples’ Friendship University of Russia

Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

A V Nebogatova

Peoples’ Friendship University of Russia

Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

E E Shumilin

Peoples’ Friendship University of Russia

Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

Views

Abstract - 254

PDF (Russian) - 241


Copyright (c) 2016 Свинцов А.П., Небогатова А.В., Шумилин Е.Е.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.