Развитие некоторых методов устранения дефектов монолитных конструкций

В статье авторы предлагают рассмотреть новые способы ремонта монолитных железобетонных конструкций.

Ключевые слова: дефекты, железобетонные конструкции, ремонт, релаксация, упругие деформации.

Несмотря на кризисные явления в строительной отрасли объемы монолитного домостроения пока серьезно не сократились. Но вместе с активным применением железобетонных конструкций при строительстве объектов различного назначения также фиксируется рост проблем, связанных с образованием дефектов конструкций, приводящих к нарушению их работоспособности [1, 2]. Это можно объяснить комплексом взаимосвязанных причин: несовершенством проектных решений, нарушением технологий, применением некачественных материалов, низкой квалификацией рабочих. Но так или иначе всё упирается в пресловутый «человеческий» фактор и стремление сэкономить на всём, поэтому не вызывает сомнений, что проблемы такого рода очень тяжело искоренить. Но в любом случае вопросы разработки новых и развития традиционных способов устранения дефектов будут сохранять свою актуальность в современном строительстве. Необходимо также понимать, что основным критерием при выборе способа устранения дефектов должен, в первую очередь, быть экономический фактор. И рассматривая различные варианты восстановления конструкции, требуется должным образом оценить множественность допущений, влияющих на конечный результат.

Так, например, не всегда достаточно просто привести конструктивный элемент в пригодное к эксплуатации состояние, так как зачастую возникают потребности в сохранении их эстетических характеристик, что, несомненно, приводит к дополнительным затратам. Поэтому в некоторых случаях, даже при небольших дефектах, требуется проводить полный демонтаж с заменой целого элемента, если это представляется возможным. Очевидно, что способ полной замены конструкции будет оптимальным только в случае отсутствия квалифицированных специалистов, потому как работы по устранению дефектов монолитного домостроения становятся все технологичнее, что требует как теоретических знаний, так и обширного практического опыта в данной сфере.

Так или иначе, рассматривая в одной из работ [3] примеры устранения дефекта монолитной конструкции, связанного с появлением непроектного, холодного шва бетонирования, был произведен анализ способа, примененного европейскими коллегами. А именно, замена бетона на участке колонны, не соответствующем требованиям по несущей способности конструкции, путем выемки композиционного материала с последующей его заменой. Очевидно, что при заливке получившейся области для компенсации усадки бетона применялась смесь с саморасширяющимся компонентом, а для повышения адгезии нового материала к «зрелому» бетону в работу вовлекли технологию инъецирования микроцемента через трубопроводы малого диаметра.

В развитие предлагаемого ранее способа возникла идея отказа от способов устранения дефектов, требующих замену бетона в небольшой части конструкции. А именно, применение такого типа опалубки, которая позволила бы создать дополнительное избыточное давление в заливаемой области целью компенсации усадочных деформаций бетона, вызванных контракцией цементного камня при гидратации и наборе прочности [4]. В этом случае можно отказаться от применения саморасширяющихся компонентов и от необходимости дополнительного инъецирования.

Авторами статьи под руководством к. т.н. Жаворонкова М. И. и совместно с коллективом сотрудников кафедры ТСМиМ СПбГАСУ были проведены предварительные исследования и предложена рабочая гипотеза. Гипотеза заключается в том, что если обеспечить в бетонной смеси в ремонтируемой зоне конструкции избыточное давление, то расширение бетонной смеси может компенсировать ее усадку.

Очевидно, что при ремонте конструкции, которая по итогу должна являться целым элементом, вопрос усадки бетона стоит особенно остро. На первом этапе был поставлена цель подтвердить, или опровергнуть предлагаемую гипотезу.

Для решения поставленной задачи была собрана лабораторная установка, позволяющая определять деформации укладываемой в форму смеси в зависимости от прилагаемой внешней нагрузки. По результатам проведенных экспериментов было выявлено, что смесь имеет отчетливую способность к релаксации внутренних напряжений после снятия внешней нагрузки. Это можно объяснить тем, что до определенной нагрузки деформация развивается по упругой зависимости, в «сдавливаемой» области имеются т. н. механическое напряжение. Возможно, что именно это свойство сможет компенсировать усадку бетона. Стоит отметить, что во время опыта применялась не только обычная цементно-песчаная смесь, но и смесь с введением воздухововлекающей добавки MicroAir 114, изготавливаемой концерном BASF. Предполагалось, что смесь с вовлеченным воздухом будет обладать большей упругостью. Однако, получилось определить, что воздухововлечение не является эффективным инструментом управления релаксационной способностью смеси.

Таким образом, в дальнейшей работе предполагается определить, насколько в действительности упругие деформации, создаваемые строго рассчитанной нагрузкой, смогут компенсировать усадку бетона. Говоря о «предельной нагрузке», подразумевается то напряжение, которое будет развиваться от максимального давления, но без нарушения герметичности опалубки. На данном этапе пока трудно спрогнозировать, как поведет себя опалубка в реальных построечных условиях, возможно, потребуется разработка нового типа опалубки, но так или иначе сейчас можно определить рациональные области монолитного строительства, где предлагаемая технология будет целесообразна для применения. Возможно, такая система сможет применяться не только при ремонте отдельных участков конструкций, но и при заливке целых массивных элементов. В таком случае нет ограничений, связанных с изначальной конструкцией, и можно говорить о повышении предельной нагрузки за счет более проработанной опалубки.

Если вернуться к общей теме ремонта конструкций, то необходимо еще раз подчеркнуть, что важную роль играет адгезия между слоями старого и нового бетона, и, как показывает феноменологическая модель, предложенный метод позволит обеспечить данный показатель за счет лучшего проникновения новой смеси и обжатия в уже затвердевшую поверхность. Разумеется, работая над приведением колонны в нормативное работоспособное состояние с помощью замены какого-то участка, можно будет прибегнуть не только к упругим деформациям смеси, но и к некоторым допустимым перемещениям частей колонны, что дает еще больше возможностей при производстве ремонтных работ.

Очевидно, что предлагаемый способ малоизучен, но на первый взгляд имеет некоторый потенциал и возможно, если это окажется удобным в применении, более экономически выгодным по сравнению с традиционными технологиями ремонта конструкций. В настоящее время на кафедре технологии строительных материалов и метрологии СПбГАСУ ведутся полномасштабные исследования, результаты которых позволят подтвердить (или уточнить) рассматриваемую в настоящей статье рабочую гипотезу.

Литература:

1. Пухаренко Ю. В., Староверов В. Д., Герасименко А. А. Повышение безопасности и качества строительных материалов на основе оценки опыта и деловой репутации предприятия // Строительные материалы. 2019. № 5. С. 3–8.
2. Герасименко А. А., Астапенкова Д. Д. Круглосуточный мониторинг как элемент государственного строительного надзора // Сборник материалов I научно-практического форума «SMARTBUILD». 2018. С. 214–218.
3. Козлов, М. В. Некоторые дефекты монолитных железобетонных конструкций и способы их устранения // Молодой ученый. 2019. № 18 (256). С. 119–121.
4. Волженский А. В. и др. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1979.