В процессе возведения и эксплуатации зданий и сооружений на конструкции может оказываться воздействие различных внешних факторов. Эти воздействия неизбежно ведут к возникновению различных трещин и повреждений, причем при наличии некоторых из них дальнейшее использование конструкций недопустимо. Иногда эти явления могут происходить из-за несоответствия требованиям процесса производства и монтажа конструкций или ошибок еще на стадии проектирования.
В таких случаях требуется как можно скорее принять решение o том, возможно ли использование конструкции в дальнейшем или утвердить какие-либо мероприятия по усилению этих конструкций. Для этого обычно проводится оценка и выявление причин возникновения дефектов, устанавливается фактическая прочность и несущая способность поврежденной конструкции, a также определяется прочность и жесткость элементов конструкции для того, чтобы выявить, какой именно способ усиления конструкции подойдет в данном конкретном случае, если эти действия помогут продлить срок эксплуатации здания или сооружения. Единой методики обследования зданий и сооружений на выявление повреждений не существует, потому необходимо прибегать к общему способу, который будет наиболее точно и в полной мере характеризовать поврежденные элементы.
Ключевые слова: дефекты, железобетонные конструкции, обследование, усиление бетонных конструкций, эксплуатация зданий и сооружений.
На протяжении своего существования бетон испытывает различные по характеру и интенсивности механические, физические и химические воздействия, которые могут отрицательно влиять на его прочностные характеристики и, прежде всего, на способность арматуры сопротивляться коррозионному воздействию. [1] Из бетона и железобетона изготовлено большинство элементов зданий и сооружений. В процессе эксплуатации на них оказывают влияние механические нагрузки, вибрации, осадки. Безопасность и устойчивость сооружения зависят от технического состояния конструктивных элементов. Возникшие дефекты могут серьёзно повлиять на долговечность здания и могут возникать так называемые дефекты конструкций. Под дефектом строительной конструкции понимается любое отклонение, которое не соответствует нормированным значениям, установленным проектными данными или утвержденным государственными стандартами. Изделия должны соответствовать требованиям по прочности, жесткости и трещиностойкости, установленным в рабочей документации. [2] Дефектами являются: отклонения в качественных показателях бетона, изменение толщины защитного слоя, отклонения в геометрических размерах конструкций, a также их узлов и соединений. Формируются дефекты по определенному перечню причин:
— при изготовлении железобетонной конструкции;
— при монтаже готовых конструкций;
— при эксплуатации железобетонных конструкций(воздействие каких-либо внешних воздействий).
Если рассматривать в частности причины возникновения дефектов в железобетонных конструкциях, то среди них можно выделить самые распространенные, a именно:
— на этапе проектирования допущена ошибка в предварительном расчете нагрузок на конструкцию;
— некорректно осуществлена оценка состояния грунтового основания под конструкцией;
— при производстве железобетонных конструкций использовалось некачественное сырье;
— неверно подобран материал по характеристикам: морозостойкость, влагостойкость, прочность и др.;
— при монтаже нарушен технологический процесс производства строительных работ: нарушен температурный режим проведения работ, наблюдаются отклонения от проектного положения конструкций(смещен горизонт, отклонения по вертикали и прочее);
— выполнено больше предусмотренного проектом количества отверстий в конструкции (уменьшение сечения элементов);
— коррозия вследствие воздействия агрессивной биологической среды;
— железобетонная конструкция была повреждена при перевозке.
Что касается ошибок при выборе материала для производства железобетонных конструкций нормативами установлено следующее: если в процессе контроля было установлено отклонение от требований (несоответствие), необходимо принять соответствующие меры для обеспечения функционирования конструкции согласно проекту. [3]
Каждая из вышеперечисленных причин или их совокупное воздействие может привести к разрушению железобетонной конструкции. Это обуславливает сильную необходимость в проведении мероприятий по выявлению и устранению повреждений строительных элементов.
Рис. 1. Трещина в железобетонной конструкции
Рис. 2. Разрушение участка стены от вибрационных воздействий
Государственных стандартов на классификацию дефектов железобетонных конструкций не разработано, поэтому их условно подразделяют на две обобщающие группы:
— поверхностные — повреждения, находящиеся непосредственно на внешней поверхности конструкции, такие как усадочные трещины, пустоты, поврежденные участки защитного слоя, неровности, пятна от инородных веществ и т. д.;
— внутренние — повреждения конструкции, образующиеся внутри элементов такие, как пустоты, оголение арматуры, нарушения целостности швов.
Также существуют дополнительные классификации железобетонных конструкций без привязки к виду поврежденной конструкции:
— по виду дефекта;
— по длительности эксплуатации конструкции до момента возникновения дефекта;
— по причине появления дефекта;
— по степени влияния дефекта.
Самая главная опасность возникновения дефектов состоит в том, что они могут запускать так называемую «цепную реакцию». Это означает, что повреждение возникшее на начальном этапе эксплуатации здания впоследствии может привести к образованию последующих повреждений. Важным моментом в данном случае является то, что дефекты могут возникать на различных этапах работы конструкции.
В железобетонных конструкциях может иметь место значительное по характеру многообразие трещин. При этом трещины во многих случаях не только допустимы, но и свидетельствуют о нормальной работе конструкций. В целом же ряде случаев трещины являются признаком неблагополучного состояния конструкций, в результате изменения условий работы их элементов и сечений. Расчет железобетонных конструкций по раскрытию трещин производят из условия, по которому ширина раскрытия трещин в конструкции от различных воздействий не должна превышать предельно допустимых значений, устанавливаемых в зависимости от требований, предъявляемых к конструкции, условий ее эксплуатации, воздействия окружающей среды и характеристик материалов с учетом особенностей коррозионного поведения арматуры [4].
Необходимо различать трещины технологического происхождения, трещины, возникающие при транспортировании, складировании, монтаже, а также появляющиеся в процессе эксплуатации. Нарушение режима эксплуатации оказывают серьезное влияние на ускорение износа, снижение надежности и долговечности здания [5]. Технологические трещины возникают при резком режиме прогрева, а также при неодинаковой температурной деформации металлической формы и свежего бетона, либо в свежем бетоне при раннем снятии конструкции с формы. Обычно они возникают в местах увеличения толщины конструкции либо в узлах пересечения ее элементов. Особенно опасны технологические трещины в зоне анкеровки предварительно-напряженной арматуры, что может привести к порете ее сцепления с бетоном. Трещины и другие дефекты, вызванные неправильной транспортировкой, складированием и монтажом можно распознать, если они располагаются на тех участках конструкций, где они не могут образоваться под действием эксплуатационной нагрузки, например, поперечные трещины в сжатых элементах.
Рис. 3. Измерение размера трещины c помощью специального шаблона
В рамках моего исследования меня больше интересует такой вид повреждения, как трещины. Они в свою очередь подразделяются на несколько видов. Характерными являются трещины в изгибаемых элементах, то есть балках. В таком случае они бывают перпендикулярные к продольной оси элемента, трещины появившиеся в зоне действия максимальных изгибающих моментов, трещины, которые расположены под углом к основной продольной оси балки, трещины появляющиеся под действием растягивающих напряжений. Следующий вид — это трещины в предварительно напряженных балках. Появление таких трещин сигнализирует o серьезных недоработках и нарушений, поскольку y такого вида конструкций еще на стадии производства показатели трещиностойкости значительно повышены. Еще существуют трещины, появление которых связано c потерей конструкцией устойчивости арматурного каркаса. Они как правило образуются вдоль продольно сжатой арматуры и свидетельствуют o недостаточной частоте поперечных стержней в теле железобетонного элемента. Нередким явлением является также появление трещин в узлах железобетонных ферм. Это происходит из-за сосредоточения напряжений разного характера в точках узловых сопряжений. К тому же из-за больших усилий воспринимаемых конструкцией железобетонных ферм часто возникают трещины в поясах от растягивающих напряжений. Самую большую опасность представляют трещины, образующиеся в плитах перекрытия и сборных панелях, поскольку возникновение таких повреждений на растянутой поверхности плит сразу предупреждает об опасности полного разрушения конструкции плиты. Если рассматривать такие конструкции на промышленном предприятии, там основными причинами возникновения трещин можно выделить вибрационные нагрузки и влияние агрессивных сред (масел, технических жидкостей, едких растворителей и т. д.). Такие трещины всегда образуются перпендикулярно плоскости, в которой действуют растягивающие напряжения.
Таким образом, можно сделать вывод, что многообразие видов и подразделений дефектов и трещин железобетонных конструкций невероятно велико. И каждый из этих видов опасен и нуждается в обнаружении и ликвидации, чтобы предотвратить разрушений конструкций из железобетона, a соответственно зданий и сооружений, частью которых они являются.
Литература:
- Дефекты бетонных конструкций. Руфферт Г. Стройиздат, 1987.
- ГОСТ 13015–2012 Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Дата введения 01.01.2014 г.
- ГОСТ Р 57359–2016/EN 13670:2009 Конструкции бетонные. Правила изготовления.
- СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52–01–2003 (с Изменением N 1)
- Обследование и испытание зданий и сооружений. Козачек В. Г., Нечаев Н. В.
