Author: Яковлева М.В. Фролов Е.А. Фролов А.Е.
Tags: строительство инженерных сооружений строительство строительные конструкции
ISBN: 978-9585-0389-6
Year: 2010
Text
М.В. Яковлева
Е.А. Фролов
А.Е. Фролов
Строительные
конструкции.
Подготовка,
усиление,
защита от
коррозии
Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Самарский государственный
архитектурно-строительный университет
М.В. Яковлева, Е.А. Фролов, А.Е. Фролов
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ.
ПОДГОТОВКА, УСИЛЕНИЕ,
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
Учебное пособие
Самара
2010
УДК 624. 01 (075.8)
Я 47
М.В. ЯКОВЛЕВА, Е.А.ФРОЛОВ, А.Е.ФРОЛОВ
Строительные конструкции. Подготовка, усиление, защита от кор¬
розии: учебное пособие. Самарский гос. арх.-строит. ун-т. Самара, 2010.
- 196 с.
ISBN 978-9585-0389-6
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности « Город¬
ское строительство и хозяйство» по направлению «Строительство» по спе¬
циализации «Техническая эксплуатация и реконструкция зданий и соору¬
жений».
Любое здание или сооружение - это сложная инженерная система,
состоящая из несущих и ограждающих конструкций, каждая из которых,
а также их соединения, должны находиться в работоспособном состоянии.
Для поддержания этого состояния своевременно проводят обследование,
восстановление и защиту от внешних воздействий. Этим вопросам посвя¬
щено настоящее учебное пособие, в котором изложены основные понятия
о физическом и моральном износе зданий; рассмотрены факторы, вызы¬
вающие повреждения конструкций. Большое внимание уделено коррозии
как основному фактору преждевременного износа строительных конструк¬
ций. Из практики обследований сделан вывод о состоянии конструкций,
требующих усиления; приведены фрагменты фотографий поврежденных
конструкций; даны некоторые варианты их видов из различных материа¬
лов; приведены особенности безопасного ведения работ, а также способы
защиты от коррозии и используемые при этом материалы.
ISBN 978-9585-0389-6
© Самарский государственный
архитектурно-строительный
университет, 2010
ВВЕДЕНИЕ
Построенные здания или сооружения должны быть прочными,
долговечными, комфортабельными и эстетичными, а также сравни¬
тельно дешевыми и простыми в изготовлении.
Материалы, используемые в несущих конструкциях при строи¬
тельстве зданий и сооружений, существенно различаются по своим
физико-механическим характеристикам. К ним относятся бетон и
железобетон, естественные и искусственные камни, металлический
прокатный профиль, дерево и пиломатериалы, саманные брикеты.
Каждому материалу в условиях нормальной эксплуатации объекта
предопределен конкретный срок службы.
Выбор материала зависит от многих причин: от предполагаемого
срока службы сооружения, капитальности и требований пожаробе¬
зопасности, конструктивных особенностей.
Строительные конструкции зданий и сооружений от их возрож¬
дения до предельного разрушения проходят несколько этапов: про¬
ектирования, изготовления, транспортировки, монтажа, приработки,
нормальной эксплуатации, старения и стадии разр ушения. На каж¬
дом из этих этапов могут быть допущены просчеты, отклонения от
нормативных характеристик, либо, в силу определенных причин, в
строительных конструкциях на отдельных стадиях их работы могут
возникать различные повреждения. Все это вызывает преждевремен¬
ное старение конструкций, из-за чего в зданиях и сооружениях по¬
рой могут создаваться аварийные ситуации, приводящие к разруше¬
ниям. При неблагоприятных условиях возможны нештатные ситуа¬
ции, приводящие к взрывам, пожарам, затоплениям. Существенный
ущерб состоянию конструкций приносят природные катаклизмы,
например, такие, как ураганы, землетрясения, наводнения. Все это
способствует укорочению срока службы как отдельных конструк¬
ций, так зданий и сооружений в целом.
Особенно сильно проявляется преждевременное старение кон¬
струкций на предприятиях нефтехимии и нефтепереработки. Этому
способствует наличие агрессивных агентов, действие которых уси¬
ливается при смешивании их с водой в виде водных растворов.
3
Такие предприятия отличаются большим потреблением воды. Во
время профилактического ремонта происходит ее утечка при про¬
мывке аппаратов, а также при нарушении работы запорной армату¬
ры. Периодическое замачивание несущих конструкций приводит их
к преждевременному износу.
Для обеспечения долговременной безаварийной работы строи¬
тельных конструкций ведется мониторинг их состояния, который
включает в себя наблюдение за ними, их визуальный осмотр с со¬
ставлением схем повреждений и дефектных ведомостей, инстру¬
ментальное обследование с оценкой состояния материалов кон¬
струкций, что позволяет своевременно принять меры по предот¬
вращению аварий и преждевременному старению эксплуатируе¬
мого объекта.
Современный уровень измерительной техники и развития мето¬
дов диагностики зданий и сооружений позволяет в настоящее время
дать достаточно полную и объективную оценку состояния зданий
на различных стадиях их эксплуатации, оценить работоспособность
элементов конструкций в процессе их эксплуатации для предотвра¬
щения процесса разрушения, выявить дефектные и аварийные кон¬
струкции.
С учетом фактического состояния материалов, выполняется рас¬
чет, позволяющий выявить потерю несущей способности конструк¬
ции по сравнению с проектом. Далее делается выбор наиболее опти¬
мальных вариантов усиления или, при необходимости, обосновыва¬
ется их замена. Своевременное восстановление конструкций может
сэкономить средства, отводимые на капремонт, и продлить сроки
нормальной эксплуатации как отдельных конструкций, так зданий и
сооружений в целом.
В настоящем учебном пособии рассмотрены вопросы, касающие¬
ся характера повреждений конструкций из разных материалов, осо¬
бенности усиления конструкций разного назначения, вопросы под¬
готовки и непосредственного усиления конструкций. Особое внима¬
ние уделено проблемам обеспечения безопасности проведения работ
по усилению, для чего конструкции перед усилением разгружаются,
устанавливаются страховочные опоры, подмости и страховочные
сетки, делаются ограждения опасных участков.
Цель написания данной работы - ознакомить специалистов по на¬
правлению «Строительство» с отдельными вариантами усиления,
особенностями их работы, порядком проведения усиления и подго¬
товкой конструкций к усилению, а также провести сравнительный
анализ вариантов усиления и отметить среди них наиболее опти¬
мальные.
4
Работа состоит из 6 глав: в первой дается понятие о жизнеспособ¬
ности сооружения и его фактическом состоянии; во второй рассмо¬
трены повреждения конструкций и причины, вызывающие их; в тре¬
тьей приведены сведения о коррозии и причинах ее возникновения
применительно к различным материалам; в четвертой рассмотрены
состояния конструкций с фотофрагментами, при которых требуется
усиление; в пятой главе приводятся способы усиления строительных
конструкций различного назначения из разных материалов с неко¬
торыми примерами из практики обследования и усиления; в шестой
главе даны общие понятия о защите от коррозии, приводятся совре¬
менные рецепты наиболее перспективных составов, используемых в
практике восстановительных работ. Даны рекомендации по безопас¬
ному ведению восстановительных работ строительных конструкций
и их защите.
Учебное пособие предназначено для специалистов, проходящих
переподготовку в системе профессионального образования по вос¬
становлению конструкций; может быть полезным для специалистов
и студентов архитектурно-строительных специальностей, чья дея¬
тельность связана с обследованием и усилением строительных кон¬
струкций, зданий и сооружений, а также с ремонтом и восстановле¬
нием памятников старины, являющихся культурным и историческим
наследием страны.
Особое внимание уделено вопросам безопасности ведения работ
при реконструкции, соблюдение которых позволит избежать не¬
счастных случаев и травматизма людей.
5
ГЛАВА 1
ПОНЯТИЕ О ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ СООРУЖЕНИЯ
И ЕГО ФАКТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ
1.1. Общие сведения
Все здания или сооружения предназначены для бесперебойной ра¬
боты с обеспечением функционального назначения на весь период экс¬
плуатации. Любое отклонение от нормальных условий эксплуатации
есть нарушение жизнеспособности строительных конструкций зданий
и сооружений, приводящее к преждевременному износу Поддерживать
работоспособное состояние можно на основании проводимого монито¬
ринга - постоянного наблюдения за изменениями как самих конструк¬
ций, так зданий и сооружений в целом, на основе которых следует сво¬
евременно приводить их в работоспособное состояние путем планово¬
го ремонта или усиления поврежденных конструкций.
Огромную подготовительную работу, предшествующую усилению
(восстановлению) строительных конструкций, можно изобразить в
виде схемы последовательности работ, представленной на рисунке 1.1,
работу по их восстановлению — на рисунке 1.2.
С современной точки зрения, здание или сооружение каркасно¬
го или смешанного типов - сложная техническая система, в качестве
элементов которой являются различные строительные конструкции.
Подземную часть этой системы составляют основания и фундаменты.
Несущей частью ее подземного блока являются несущие стены, стойки
каркаса и стропильные конструкции в виде балок или ферм. В качестве
элементов перекрытия и покрытия используются плиты, а ограждаю¬
щими конструкциями являются стены.
Все элементы системы должны быть надежны в эксплуатации и об¬
ладать достаточной жизнеспособностью как самих конструкций, так и
сооружения в целом, должны поддерживаться в норме контролируемые
параметры, отвечающие проектным или нормативным документам.
Одним из неотъемлемых элементов мониторинга состояния строитель¬
ных конструкций является диагностика.
6
Подпиовитепьшерабши, предшествующие
усилениюстроетельных конструщий
Рисунок 1.1 — Подготовительные работы, предшествующие усилению
строительных конструкций
Диагностика строительных конструкций
Под диагностикой подразумевается способность распознавать.
Основой диагностики является объект, который подлежит распозна¬
ванию - исследованию.
При постановке задачи устанавливаются параметры явления, ко¬
торые следует определять или контролировать.
Объектами диагностики могут быть любые технические систе¬
мы, если они находятся в двух взаимоисключающих состояниях
(исправном и неисправном) и в них имеются элементы, каждый из
которых характеризуется также различными состояниями.
Система может быть представлена любым техническим устрой¬
ством, выполняющим заданные функции.
Любая система характеризуется рядом параметров, состоящих из
1
основных и второстепенных. Первые характеризуют выполнение
заданных функций системы, вторые - внешний вид, удобство экс¬
плуатации.
Система является исправной (работоспособной! если все пара¬
метры - основные и второстепенные находятся в некоторых задан¬
ных пределах, определенных проектными или нормативными тре¬
бованиями.
Утрата работоспособности называется отказом. В определен¬
ной степени отказ условен, поскольку работоспособность элемента
определяется значениями основных параметров.
Научное направление в технике, изучающее признаки неисправ¬
ного состояния, а также методы, принципы и оборудование, при
Принятие решения по усилению
Рисунок 1.2 - Последовательность работ по выполнению усиления
8
помощи которых дается заключение о характере неисправностей
системы без ее разборки, получило название технической диагно¬
стики.
Основными понятиями, которыми оперирует диагностика, явля¬
ются критерий, параметр, метод и способ.
Критерий — признак, мерило оценки, средство, на основании ко¬
торого производится оценка.
Параметр — величина, характеризующая свойство процесса.
Метод — путь исследования, способ или совокупность способов
достижения цели для решения конкретной задачи.
В последнее время в различных отраслях техники стали приме¬
нять техническую диагностику как средство контроля качества про¬
мышленных изделий.
Техническая диагностика исследует формы проявления отказов
в технических системах, методы их обнаружения и принципы кон¬
струирования диагностических систем.
Диагностика также является отраслью строительной науки, в
частности технической эксплуатации, изучающей и устанавливаю¬
щей признаки и причины повреждений отдельных конструкций, ин¬
женерного оборудования и зданий в целом, а также способы и сред¬
ства их анализа и оценки.
Показателями состояния здания или сооружения являются следу¬
ющие основные параметры: общая и местная прочность конструк¬
ций; пространственная жесткость здания, общая и местные дефор¬
мации; влагонасыщение элементов конструкций; теплотехнические
характеристики ограждающих конструкций; тепловой режим; кор¬
розия металлических конструкций, воздухо- и влагопроницае¬
мо сть строительных конструкций и сопряжений; режимы работы
санитарно-технических, электротехнических и других систем ин¬
женерного оборудования; загазованность и степень освещенности
помещений и др.
Диагностика состояния строительных конструкций включает в себя:
- методику визуального определения износа зданий по внешним
признакам;
- методику инструментальной оценки состояния конструкций и
зданий с помощью диагностических приборов;
- методику инженерного анализа диагностических данных с це¬
лью составления заключения о техническом состоянии зданий и раз¬
работку мероприятий по их содержанию и ремонту, т.е/методику
инженерного анализа частных данных о различных параметрах и их
совокупности для установления степени и опасности повреждения
зданий или сооружения.
9
Конечной целью диагностики является обоснованное заключение
о техническом состоянии отдельных конструкций или всего здания и
его эксплуатационной пригодности, а также о том, где и в чем име¬
ются отклонения от нормы.
Диагностика в практическом представлении состоит из 3 -х раз¬
делов. Первые два включают в себя комплекс документов, мето¬
дик, параметров и приборов, позволяющих специалисту, знающему
устройство зданий и особенности их технической и технологиче¬
ской эксплуатации, объективно оценивать состояние конструкций
и зданий, сопоставлять замеренные параметры с нормативными их
значениями.
Если первые два раздела диагностики разработаны достаточно
полно для практического использования, то при дальнейшей разра¬
ботке третьего раздела необходимо обратить внимание на уточнение
критериев оценки технического состояния и эксплуатационной при¬
годности зданий, на установление нормативных значений некоторых
параметров и допустимых пределов отклонений фактических значе¬
ний, влияющих на срок службы зданий и сооружений.
Менее разработан третий, итоговый раздел диагностики, опи¬
сывающий методику сбора, хранения данных диагностики, перио¬
дической их корректировки и составления заключения о состоянии
зданий по совокупным признакам их износа; исследование матема¬
тических моделей неисправностей и отказов для выявления их влия¬
ния на общее техническое состояние. В целом третий раздел являет¬
ся составной частью разработки методов формализации программ
оценю! технического состояния объекта как системы.
Объектами технической диагностики служат цростые системы,
если они могут находиться в двух взаимоисключающих состояниях:
работоспособном и неработоспособном.
В отличие от таких систем, строительные могут иметь многообра¬
зие возможных отказов с наличием нескольких состояний с частич¬
ными отказами. Это осложняет развитие диагностики как отрасли
строительной науки.
В строительных системах отказы классифицируются либо как
частичные, с устранением которых возможна дальнейшая эксплуа¬
тация, либо как отказ ответственного элемента, приводящий к пол¬
ному отказу.
Отказы (неисправности) можно классифицировать по несколь¬
ким концепциям:
по причинам возникновения:
- внутренние - из-за недостатков конструкций;
- внешние причины воздействия;
10
по скорости проявления:
- последовательные;
- постепенные;
- внезапные;
по диапазону отказов:
- частичные;
- полные;
по значимости:
- незначительные (не ухудшающие качеств);
- значительные;
- критические (приводящие к прекращению выполнения функ¬
ций);
по сроку эксплуатаиии:
- преждевременные;
- случайные;
- износовые.
Для внедрения диагностики в строительную практику оценки тех¬
нического состояния необходимо иметь:
- методику диагностики повреждений по установленным параме¬
трам;
- критерии параметров, их нормативные значения и допустимые от¬
клонения;
- технику и приборы, указанные для проведения освидетельствова¬
ния состояния конструкций;
- методику установления категорий состояния по совокупности
физических и моральных признаков;
- обученный персонал, умеющий проводить обследования, анали¬
зировать данные, составлять заключения.
Данные материалы диагностики каждого объекта должны система¬
тизироваться по разработанной методике и храниться в архивах для соз¬
дания банка данных и последующей системы диагностики.
Ремонтно-строительная диагностика (термин, появившийся в кон¬
це прошлого века) - это также раздел технической диагностики, изуча¬
ющий дефекты зданий под действием комплекса причин, вызванных их
эксплуатацией.
Ремонтно-строительная диагностика включает в себя понятия о раз¬
личных признаках деформаций зданий, методику их выявления и
определения объемно-планировочных дефектов зданий, методику ло¬
гических рассуждений для формирования диагноза и, наконец, выдачу
рекомендаций по дальнейшему использованию здания.
В практике оценки технического состояния зданий используются
следующие основные понятия и термины:
11
Дефект - отдельное несоответствие строительной конструкции,
инженерного оборудования или их элементов и деталей требованиям,
установленным нормативно-технической документацией. Термин «де¬
фект» обычно применяется при контроле качества строительной про¬
дукции на стадии ее изготовления и монтажа.
Повреждение — состояние, заключающееся в нарушении исправно¬
сти строительной конструкции или ее части вследствие влияния внеш¬
них воздействий, превышающих уровни, установленные в нормативно¬
технической документации на конструкцию. Повреждения могут появ¬
ляться при транспортировке, монтаже или на стадии эксплуатации.
Разрушение — отрыв, разделение тела на части при приложении ме¬
ханических нагрузок или других воздействий.
Неисправность — состояние строительной конструкции, инженерно¬
го оборудования или их элементов, при котором они не соответствуют
хотя бы одному из требований, установленных нормами.
Деформация — изменения формы и размеров конструкции, а также
устойчивости (осадка, сдвиг, крен и др.), появление трещин, деструк¬
ция материала конструкции (гниль, коррозия, расслоение).
Техническое состояние - совокупность свойств здания или его эле¬
ментов, подверженных изменению при строительстве, ремонте или экс¬
плуатации, характеризуемых в определенный момент времени призна¬
ками, установленными технической документацией на это здание или
его элемент.
Работоспособность - состояние элементов зданий, характеризуе¬
мое исправностью основных параметров, обеспечивающих нормаль¬
ное выполнение ими заданных функций.
Отказ - частичное или полное нарушение работоспособности эле¬
мента здания вследствие возникновения неисправности, когда один из
основных параметров выходит за пределы установленных допусков.
Авария - обрушение, повреждение здания, сооружения в целом, его
части или отдельного конструктивного элемента, а также превышение
ими предельных допустимых деформаций, угрожающих безопасному
ведению работ и повлекших за собой приостановку строительства (экс¬
плуатации) объекта или его части.
Важнейшим средством для научно обоснованного отбора объектов
для ремонта и планирования капитального ремонта является ремонтно-
строительная диагностика, которая необходима и в тех случаях, когда
предстоит переоборудовать (реконструировать) здание или выявить его
конструктивную схему и несущую способность для новых нагрузок.
Для того чтобы заниматься ремонтно-строительной диагностикой,
надо знать правила возведения старых зданий, информацию о при¬
менявшихся в прошлом материалах и конструкциях, их уязвимые
12
места: уметь определять несущую способность старых, не поддаю¬
щихся обычным правилам расчета конструкций, знать статику со¬
оружений, понимать архитектуру.
Поверочный расчет - расчет существующей конструкции по про¬
ектным характеристикам действующих норм проектирования, а так¬
же с введением в расчет полученных при обследовании геометри¬
ческих характеристик конструкций, фактической прочности состав¬
ляющих материалов, действующих нагрузок, уточненной расчетной
схемы с учетом имеющихся дефектов и повреждений.
При сложных конструктивных схемах объекта осуществляется его
расчет в целом с учетом произошедших фактических изменений.
Знания ремонтно-строительной диагностики позволяют по опре¬
деленной системе, называемой методом объективного диагностиро¬
вания, изучать признаки неисправного состояния зданий, устанав¬
ливать категории их износа, давать обоснованные рекомендации
по капитальному ремонту, модернизации, реконструкции и прогно¬
зировать оптимальное использование зданий до момента возникно¬
вения предельного состояния.
При технической инвентаризации и переоценке основных фон¬
дов определяются показатели физического износа первой формы
снижением первоначальной стоимости, которая зависит от срока
эксплуатации объекта.
При оценке безопасной эксплуатации используют сведения о сни¬
жении первоначальных качеств, заложенные при проектировании и
возведении зданий, а именно физический износ второй формы, т.е.
невозможность строительных конструкций выполнять заданные
функции, отвечать требованиям прочности, устойчивости, влаго- и
морозостойкости и др.
Приемы диагностики позволяют установить фактическое состоя¬
ние строительных конструкций здания путем выявления дефектов и
повреждений; на основании анализа полученных результатов, дать
возможность определить, несут ли свои функции элементы зданий,
или выявить резервы для выполнения дополнительных функций.
Диагностика занимает центральное место в решении задач тех¬
нической эксплуатации строительного фонда, в инженерной оценке
технического состояния отдельных конструкций, оборудования и
зданий в целом. При диагностике повреждений должна быть учте¬
на, с одной стороны, вся специфичность материалов, изготовления,
монтажа и работы конструкций, а с другой - особенности внешних
и технологических воздействий на них с целью выявления действи¬
тельных условий их работы, определяющих факторов разрушения и
количественных их значений.
13
Для организации правильной эксплуатации всего строительного
фонда возникает другая ответственная задача - умелое использова¬
ние данных диагностики в практике технической эксплуатации для
предупреждения преждевременного износа зданий и сооружений,
обеспечения в них требуемых оптимальных условий. Для решения
этой задачи эксплуатационникам нужны знания теории защиты
строительных конструкций от износа, навыки в выявлении и обоб¬
щении характерных дефектов и повреждений конструкций, а также
в применении методов их устранения.
Выводы по усилению строительных конструкций формулируют¬
ся на основании выполненных расчетов с учетом изменения контро¬
лируемых параметров с введением в расчет полученных в результа¬
те обследования или по проектной и исполнительной документации
геометрических параметров конструкций, фактической прочности
строительных материалов, действующих нагрузок, уточненной рас¬
четной схемы с учетом имеющихся дефектов и повреждений.
Однако оценивать конструкции следует согласно критериям фак¬
тического состояния.
Критерий оиенки — установленное нормами или проектом коли¬
чественное или качественное значение параметра, характеризующе¬
го прочность, деформагивность (или другими нормируемыми ха¬
рактеристиками строительных конструкций).
1.2 Категории технического состояния
строительных конструкций
Оценивать степень эксплуатационной пригодности строительных
конструкций или зданий и сооружений можно, используя понятие
категории технического состояния. устанавливаемой в зависимо¬
сти от доли снижения несущей способности конструкций и эксплуа¬
тационных характеристик сооружения.
Оценить техническое состояние - значит, установить степень экс¬
плуатационной пригодности строительных конструкций или объек¬
та в целом на основе сопоставления фактических значений количе¬
ственно оцениваемых признаков со знанием тех же признаков, ре¬
комендуемых проектом или нормативным документом. Основными
категориями технического состояния являются следующие.
Категория технического состояния строительных конструкций,
при котором количественное и качественное значения параметров
всех критериев ее оценки соответствуют требованиям нормативных
документов (ГОСТов, ТУ, СП и др.), называется нормативным уров¬
нем технического состояния.
14
Исправное состояние — такая категория технического состояния
строительных конструкций, зданий и сооружений, которая характери¬
зуется отсутствием дефектов и повреждений, влияющих на снижение
несущей способности и эксплуатационной пригодности.
Работоспособное состояние — это состояние, при котором отдель¬
ные численно оцениваемые контрольные параметры не отвечают тре¬
бованиям проекта, норм и стандартов, но имеют нарушения, в данных
условиях не приводящие к нарушению работоспособности, а несущая
способность, с учетом имеющихся дефектов, обеспечена. Примером
может служить отклонение от нормативов деформативных параметров
или в железобетонных конструкциях могут наблюдаться небольшие от¬
клонения по трещиностойкости. Такая категория характеризуется как
работоспособная.
Ограниченно работоспособное состояние — это такое техническое
состояние строительных конструкций, при котором имеют место дефек¬
ты и повреждения, приведшие к снижению несущей способности, но при
этом отсутствует опасность внезапного разрушения, а функционирова¬
ние возможно при контроле ее состояния и условий эксплуатации.
Недопустимое состояние - такая категория технического состояния
строительных конструкций, либо зданий и сооружений, которая харак¬
теризуется снижением несущей способности и эксплуатационных ха¬
рактеристик, из-за чего возникает опасность для пребывания там людей
и существующего оборудования. В этом случае необходимо устройство
страховочных мероприятий и усиление конструкций. Наиболее серьез¬
ной категорией технического состояния строительных конструкций,
зданий или сооружений является аварийное состояние. Эта катего¬
рия характеризуется повреждениями и деформациями, при которых
дальнейшая эксплуатация недопустима и имеется опасность обруше¬
ния. В этом случае необходимо принятие срочных мер по устрой¬
ству страховок, замене конструкций или их усилению.
Категории технического состояния для конструкций из разных ма¬
териалов характеризуются разными признаками, что видно из таблиц
1.1-1.4.
Усиление представляет собой комплекс мероприятий, обеспечива¬
ющих повышение несущей способности, эксплуатационных качеств
строительных конструкций, зданий и сооружений в сравнении с факти¬
ческим состоянием или с доведением их до проектных характеристик.
1.3 Понятие о физическом и моральном износе
строительного объекта
Всякое здание и сооружение предполагается эксплуатировать
в нормальных условиях, предусмотренных нормами или проектом
15
с соблюдением технологических и бытовых условий, где должны со¬
блюдаться эксплуатационные показатели объекта, представляющие
собой совокупность технических, объемно-планировочных, санитарно-
гигиенических, эстетических и экономических характеристик объекта,
чем и определяются его эксплуатационные качества.
Однако в процессе эксплуатации жизнь вносит свои коррективы,
и их условия меняются. Здания и сооружения со временем стареют.
Этому способствует низкая степень ведения эксплуатации, несвоевре¬
менные ремонт зданий, обнаружение повреждений конструкций и их
устранение.
Для поддержания жизнеспособности сооружения должны прово¬
диться текущие и капитальные ремонты зданий в сроки, предписанные
нормативными документами.
Под текущим ремонтом понимается комплекс мероприятий, про¬
водимый с целью устранения неисправностей (восстановление работо¬
способности) элементов зданий и сооружений и поддержания нормаль¬
ного уровня эксплуатационной пригодности.
Капитальный ремонт проводится для восстановления физического
износа здания без изменения основных технико-экономических пока-
зателей. Физический износ — ухудшение технических и экономических
показателей, вызванное объективными причинами.
С течением времени постепенное отклонение основных эксплуата¬
ционных показателей здания или сооружения от современного уровня
технических требований приводит их в состояние морального износа.
Особенно четко проявляются факторы морального износа на пром-
предприятиях (химической, нефтехимической и нефтеперерабатываю¬
щей промышленности), где первостепенная роль отводится обновле¬
нию технологии с заменой технологического оборудования, а ремонту
и восстановлению несущих и строительных конструкций - второсте¬
пенная роль. В условиях капитализации строительный фонд предпри¬
ятий обеспечивается финансами по остаточному принципу, подвергая
строительные объекты чрезмерному износу - в погоне за достижением
сверхприбылей. Промышленные корпуса перестают удовлетворять со¬
временным требованиям, да и существующие поврежденные конструк¬
ции своевременно не восстанавливаются. Отсюда часто возникает си¬
туация, приводящая к авариям и разрушениям.
Для устранения этих недостатков проводится модернизация здания,
предусматривающая изменения и обновление объемно-планировочного
и архитектурного решений существующего здания старой постройки и
его морально устаревшего инженерного оборудования в соответствии
с современными требованиями, отвечающими действующим нормам,
эстетике, условиям проживания и соответствующим эксплуатацион¬
ным параметрам объекта.
16
Таблица 1.1
Категории технического состояния металлических
строительных конструкций и их характерные признаки
Категории техни¬
ческого состояния
Признаки категории состояния в зависимости
от материала конструкций
1
2
Исправное
Отсутствуют признаки, характеризующие износ конструк¬
ций и повреждения защитных покрытий.
Работоспособное
Местами разрушено антикоррозионное покрытие. На неко¬
торых участках отмечены коррозия отдельными пятнами
с поражением до 5% сечения, местные погибы от ударов
транспортными средствами и другие повреждения, приво¬
дящие к ослаблению сечения до 5%.
Ограниченно
работоспособное
Прогибы изгибаемых элементов превышают 1/150 пролета.
Имеются пластинчатая ржавчина с уменьшением площади
сечения несущих элементов до 15%, местные погнутости
от ударов транспортных средств и другие механические
повреждения, приводящие к ослаблению сечения до 15%.
Выявлена погнутость узловых фасонок ферм.
Недопустимое
Прогибы изгибаемых элементов составляют более 1/75 про¬
лета. Отмечены потеря местной устойчивости конструкций
(выпучивание стенок, поясов балок и колонн), срез отдель¬
ных болтов или заклепок в многоболтовых соединениях,
коррозия с уменьшением расчетного сечения несущих эле¬
ментов до 25% и более. Имеются трещины в сварных швах
или околошовной зоне, механические повреждения, приво¬
дящие к ослаблению сечения до 25%, отклонения ферм от
вертикальной плоскости более чем на 15 мм. Есть рас¬
стройство узловых соединений от проворачивания болтов
или заклепок; разрывы отдельных растянутых элементов;
трещины в основном материале элементов; расстройство
стыков и взаимных смещений опор.
Аварийное
Отмечены повреждения 30% площади поперечного сече¬
ния балок перекрытий, а ригелей - более 25% площади по¬
перечного сечения. Имеются участки язвенной коррозии.
Прочность перекрытий - более 1/75, а ригелей—, 1/100 про¬
лета. Есть разрывы растянутых элементов, механические
повреждения и ослабления сечения, которые составляют
более 25%, срез - более 20% болтов и заклепок в многобол¬
товых соединениях.
17
Таблица 1.2
Категории технического состояния каменных строительных
конструкций и их характерные признаки
Категории техниче¬
ского состояния
Признаки категории состояния
1
2
Исправное
Конструкции не имеют видимых деформаций и дефек¬
тов. В наиболее напряженных элементах кладки от¬
мечены вертикальные трещины и выгибы, свидетель¬
ствующие о перенапряжении и потере устойчивости
конструкции. Снижения прочности камня и раствора
не наблюдается. Кладка не увлажнена.' Горизонтальная
гидроизоляция не имеет повреждений. Потерь несущей
способности нет.
Работоспособное
Размораживание и выветривание кладки, отслоение обли¬
цовки на глубину до 15% толщины, огневое повреждение
кладки стен и столбов при пожаре на глубину не более 0,5
см (без учета штукатурки), вертикальные и косые трещи¬
ны (независимо от длины и величины раскрытия), пере¬
секающие не более двух рядов кладки. Снижение несущей
способности кладки до 15%.
Ограниченно работо¬
способное
Несущая способность снижена до 25%. Отмечены раз¬
мораживание и выветривание кладки, отслоение от обли¬
цовки на глубину до 25% толщины, вертикальные и косые
трещины в несущих стенах и столбах на высоту не более
4-х рядов кладки, наклоны и выпучивание стен и фунда¬
ментов в пределах этажа не более чем на 1/6 их толщины.
Имеют место дефекты, связанные с неравномерной осад¬
кой здания. Образование вертикальных трещин между
продольными и поперечными стенами: разрывы или вы¬
дергивание отдельных стальных связей и анкеров крепле¬
ния стен к колоннам и перекрытиям. Местное (краевое) по¬
вреждение кладки на глубину до 2 см под опорами ферм,
балок, прогонов и перемычек в виде трещин и лещадок,
вертикальные трещины по концам опор, пересекающие не
более двух рядов кладки. Смещение плит перекрытий на
опорах не более 1/5 глубины заделки, но не более 2 см.
Имеется огневое повреждение при пожаре кладки арми¬
рованных и неармированных стен и столбов на глубину до
2 см (без штукатурки). В отдельных местах наблюдается
увлажнение каменной кладки из-за нарушения горизон¬
тальной гидроизоляции карнизных свесов, водосточных
труб. Есть трещины, сколы отдельных камней цоколя,
увлажнение стен, выпучивание участков подвала, ослабле¬
ние кладки стен карнизов с выпадением отдельных камней
(местные выколы кладки). Отмечены выветривание клад¬
ки и швов на глубину 15% толщины, промерзание стен,
трещины на откосах проемов. По концам опор балок име¬
ются выколы кладки в виде лещадок на глубину до 20 мм
18
Продолжение таблицы 1.2
1
2
трещины вертикальные и наклонные, пересекающие до
двух рядов кладки. Нерегулярные трещины на внутрен¬
ней поверхности сводов раскрытием 05-1 мм.
Недопустимое
Снижение несущей способности до 50%. Имеются боль¬
шие обвалы в стенах. Произошло размораживание и выве¬
тривание кладки на глубину до 40% толщины. Отмечены
вертикальные и косые трещины (исключая температурные
и осадочные) в несущих стенах и столбах на высоту не
более 8 рядов кладки раскрытием до 5 мм. Наблюдаются
наклоны и выпучивание стен в пределах этажа на 1/6 и
более их толщины. Ширина раскрытия трещин в кладке
от неравномерной осадки здания достигает 20-30 мм, от¬
клонение от вертикали - 1/100 высоты конструкции. Про¬
изошло смещение (сдвиг) стен, столбов, фундаментов по
горизонтальным швам или косой штрабе. В конструкции
наблюдается снижение прочности камней и раствора на
30-50% или применение низкопрочных материалов. Име¬
ется отрыв продольных стен от поперечных в местах их
пересечения, разрывы или выдергивание стальных связей
и анкеров, крепящих стены к колоннам и перекрытиям. В
кирпичных сводах и арках образуются характерные тре¬
щины, свидетельствующие об их перенапряжении. На¬
блюдаются смещение плит перекрытий на опорах более
1/5 глубины заделки в стене, огневое повреждение кладки
стен и столбов достигает 5 см по глубине. В кладке есть
зоны длительного замачивания. Имеются зоны промора¬
живания и выветривания кладки и ее разрушение на глу¬
бину 1/5 толщины стен и более, трещины в цоколе, вы¬
падение камней в надземной части. Отмечены разрывы
отдельных связей, огневое повреждение кладки до 2 см
глубиной, выпучивание и отклонение от вертикали до 3
см или до 1/150 высоты помещения. Имеются выколы
кладки под концами опор на глубину до 40 мм. Выявлены
трещины на внутренней поверхности сводов стен с рас¬
крытием 1 мм и более, расшатывание и выпадение отдель¬
ных кирпичей.
Аварийное
Снижение несущей способности свыше 50%. В наиболее
напряженных конструкциях и зонах кирпичной кладки
(столбах, простенках, пилястрах) наблюдаются сплош¬
ные вертикальные трещины. Происходит расслоение
кладки по вертикали на отдельные самостоятельно
работающие столбики. Наблюдается выпучивание сжатых
и сжато-изогнутых элементов местами на величину 1/80
— 1/50 высоты конструкции. В кирпичных сводах и арках
хорошо видны трещины и деформации, свидетельствую¬
щие об их аварийном состоянии. Наблюдаются полное
коррозирование металлических затяжек и нарушение их
анкеровки. Трещины в кладке от неравномерной осадки
19
Окончание таблицы 1.2
1
2
здания достигают 50 мм и более, наблюдаются значитель¬
ные отклонения конструкций от вертикали (более 1/80
высоты конструкций). Горизонтальная гидроизоляция
полностью нарушена Кладка в этой зоне легко разбира¬
ется с помощью ломика. Камень крошится, расслаивается.
При ударе молотком по камню звук глухой. Наблюдается
разрушение кладки от смятия в опорных зонах ферм, ба¬
лок, перемычек. Происходит разрушение отдельных кон¬
струкций и частей здания. Имеются сквозные трещины в
стенах, простенках, перемычечных поясах, трещины в
столбах раскрытием более 5 мм, сдвиш в сопряжении стен
и несущих элементов перекрытий, выпадения отдельных
участков кладки, трещины на высоту более 8 рядов клад¬
ки. Произошло размораживание и выветривание кладки на
глубину более 40% ее толщины. Отмечены отклонения от
вертикали и выпучивание стен в пределах этажа более 1/9
их толщины, отрыв продольных стен от поперечных. Огне¬
вое повреждение кладки от пожара достигает 5-6 см. Име¬
ется отклонение от вертикали кирпичных столбов более 3
см или свыше 1/50 высоты помещения. В зоне опор наблю¬
даются выколы кладки на глубину до 40 мм, вертикальные
и наклонные трещины пересекают более 4-х рядов кладки;
отмечены смещение балок на опорах более чем на 1/15 глуби¬
ны заделки, разрыв и выдергивание стальных связей. Осла¬
бление кладки сводов, массовое выпадения кирпичей, нали¬
чие временных подпорок, визуально выявляемые прогибы.
Таблица 1.3
Категории технического состояния железобетонных
строительных конструкций и их характерные признаки
Категории техни¬
ческого состояния
Признаки категории состояния
1
2
Исправное
На поверхности бетона нет видимых дефектов и повреж¬
дений или имеются отдельные раковины, выбоины, во¬
лосные трещины, не свидетельствующие о снижении
несущей способности. Антикоррозионная защита за¬
кладных деталей не нарушена, поверхность арматуры
при вскрытии чистая. Глубина нейтрализации бетона не
превышает половины толщины защитного слоя. Проч¬
ность бетона - не ниже проектной, величина защитного
слоя бетона - меньше проектной до 20%; величины
прогиба и ширина раскрытия трещин не превышают-
допустимых по нормам; расчетные сопротивления
арматуры составляют не менее чем 0,95 величины, приня¬
той нормами для соответствующего класса; потерь пло¬
щади сечения рабочей арматуры нет. Антикоррозион¬
ная защита не имеет нарушений сплошности.
20
Продолжение таблицы 1.3
1
2
Работоспособное
Антикоррозионная защита железобетонных элементов
имеет частичные повреждения, на отдельных участках -
мокрые или масляные пятна, выколы. В местах с малой
величиной защитного слоя проступают следы коррозии
распределительной арматуры или хомутов, коррозия ра¬
бочей арматуры отмечена отдельными точками и пятнами;
язв и пластинок ржавчины нет; Антикоррозионная защита
закладных деталей не нарушена.
Глубина нейтрализации бетона не превышает толщины
защитного слоя. Изменен цвет бетона вследствие пере¬
сушивания, местами наблюдаются отслоение бетона
при простукивании, шелушение граней и ребер кон¬
струкций. подвергавшихся замораживанию. Прочность
бетона основного сечения элемента (за пределами за¬
щитного слоя и в сжатой зоне) - не ниже проектной;
расчетные сопротивления арматуры составляют не
менее чем 0,95 величины, принятой действую¬
щими нормами для соответствующего класса, поте¬
ря площади сечения рабочей ненапрягаемой арматуры
и закладных деталей вследствие коррозии не превыша¬
ет 5%.
Ограниченно
работоспособное
Пластинчатая ржавчина на стержнях оголенной армату¬
ры в зоне продольных трещин или закладных деталей.
Трещины в растянутой зоне бетона, превышающие их
допустимое раскрытие (в элементах ферм). Бетон в рас¬
тянутой зоне на глубине защитного слоя между стерж¬
нями арматуры легко крошится. Провисание отдельных
стержней распределительной арматуры. Уменьшенная
против требований норм и проекта площадь опирания
сборных элементов. Высокая водо- и воздухопроницае¬
мость стыков стеновых панелей. Снижение прочности
бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов до 30% и в
остальных случаях - до 20%. Потеря площади сечения
рабочей арматуры и закладных деталей вследствие кор¬
розии превышает 5%; ширина раскрытия трещин, вы¬
званных эксплуатационными воздействиями на уровне
арматуры, превышает допустимую по действующим
нормам; есть трещины в сжатой зоне и в зоне главных
растягивающих напряжений. Прогибы элементов, вы¬
званные эксплуатационными воздействиями, превыша¬
ют допустимые более чем на 30%. Глубокое раскрытие
усадочных трещин, выветривание растворов в стыках
панелей до продувания. Трещины в элементах колонн
и консолях раскрытием менее 0,5 мм, пятна ржавчины
вдоль арматурных стержней, выколы глубиной не
более защитного слоя. Отмечены смещение плит
относительно друг друга по высоте до 1,5 см, прогибы -
более 1/100 пролета, отдельные трещины в растянутой и
усадочной зонах балок и плит.
21
Окончание таблицы 1.3
1
2
Недопустимое
Выгиб колонны с трещинами в растянутой зоне до 1/200 вы¬
соты. Наклонные и вертикальные трещины с раскрытием
более 0,5 мм, отслоение участками поверхностного слоя до
50 см на глубину защитного слоя, нарушение связей между
элементами каркаса, уменьшение стальных закладных дета¬
лей из-за коррозии не более, чем на 30%. Оголение от ог¬
невого воздействия до одного арматурного стержня, измене¬
ние цвета бетона до желтого или темно-желтого. Смещение
в плитах относительно друг друга до 3 см по высоте, по¬
перечные трещины в плитах - шириной свыше 2 мм, прогиб
- не более 1/80 пролета. Отколы бетона на глубину 3-5 см на
площади до 30 см (до 10 мест), оголение4 арматуры на длине
до 40%, смещение плит на опорах глубиной до 1/5 глубины
заделки. Отмечена коррозия арматуры до 10% сечения.
Аварийное
Трещины, в том числе пересекающие опорную зону и зону
анкеровки, растянутой арматуры, «хлюпающие» трещины
в конструкциях, испытывающих знакопеременные воздей¬
ствия (вызывающие смятие бетона и др.); отход анкеров от
пластин закладных деталей из-за коррозии стали в сварных
швах или по другим причинам; деформация закладных и со¬
единительных элементов; расстройство стыков сборных эле¬
ментов с взаимным смещением последних; смещение опор,
значительные (более 1/50 пролета) прогибы изгибаемых эле¬
ментов при наличии трещин в растянутой зоне с раскрытием
более ОД мм; разрыв хомутов сжатых элементов ферм; раз¬
рыв хомутов в зоне наклонной трещины; разрыв отдельных
стержней рабочей арматуры в растянутой зоне, выпучивание
арматуры; раздробление бетона и выкрашивание заполните¬
ля в сжатой зоне. Уменьшенная против требований норм и
проекта площадь опирания сборных элементов. Выгиб ко¬
лонны, превышающий 1/200 высоты, наклонные и верти¬
кальные трещины раскрытием более 1 мм, оголение более
1 стержня с нарушением сцепления с бетоном. Трещины
по всей высоте колонны в растянутой зоне. Уменьшение
сечения закладных деталей от коррозии более чем на 30%
сечения. От огневого воздействия возникли трещины дли¬
ной более 30 см с отслоением поверхностного слоя бетона
толщиной 1-3 см по всей поверхности. Прогибы плит пере¬
крытий - более 1/80 пролета, поперечные трещины -более 3
мм. Уменьшение сечения закладных деталей на 30% и бо¬
лее, участки с язвенной коррозией. Отколы бетона от огне¬
вого воздействия на глубину 3-5 см на площади более 100 см
(более 20 мест), оголение по всей длине элемента, смещение
плит перекрытия на опорах более 1/5 глубины их заделки,
трещины по всей длине балки раскрытием более 3 мм. Про¬
гиб - более 1/40 пролета. Коррозия арматуры - более 10%
площади сечения. Местами произошли разрывы арматуры, а
также разрыв или выдергивание стальных анкерных связей.
Отмечено отслоение защитного слоя сжатой зоны на 50%
поверхности, образование трещин в виде лещадок. Проги¬
бы - более 1/50 пролета. Наблюдаются заметное искривле¬
ние горизонтальных и вертикальных линий панельных стен,
уменьшение сечения закладных деталей и связей более чем
на 30%.
22
Таблица 1.4
Категории технического состояния деревянных строительных
конструкций и их характерные признаки
Категории технического
состояния
Признаки категории состояния в зависимости
от материала конструкций
1
2
Исправное
Незначительные повреждения наружной обшивки
стен или небольшие повреждения конопатки. Мелкие
повреждения наружной обшивки щитов. Волосные
усадочные трещины в балках и накате.
Работоспособное
Продуваемость и следы промерзания стен; повреж¬
дения обшивки стен. Наружная обшивка стен места¬
ми отстала, особенно - в углах стен и в их нижней
части; венцы в некоторых местах потрескались. Не¬
значительные искривления горизонтальных линий,
гниль в нижней части щитов и местами в обвязке;
отдельные щели в стыках щитов. Большие зазоры и
щели между досками наката перекрытия, ослабле¬
ние креплений болтов хомутов, скоб; дефекты слу¬
ховых окон, стертость, в некоторых местах - выще-
пы досок пола.
Ограниченно
работоспособное
Коробление отдельных участков стен и столбов, сле¬
ды увлажнения и гнили нижних венцов стен и над
проемами, повреждение обшивки на 20% площади.
Образования щелей в стыках между щитами стен;
поражение гнилью в отдельных местах. Изгиб стой¬
ки - до 1/400 высоты, зазоры между досками нака¬
та (настила). Прогиб балок и настилов — более 1/100
пролета. Имеются поверхностное поражение
гнилью общей площадью до 5% поверхности,
незначительное превышение влажности на 10% (при
простукивании слышится чистый высокий звук), сле¬
ды протечек. Наблюдается промерзание чердачных
перекрытий. Отмечается неисправность несущих
стропильных конструкций: поверхностное пораже¬
ние деструктивной гнилью, прогиб стропил более
1/100 пролета.
Недопустимое
Обрастание мхом нижней части цоколя, коробление.
Поражение верхних слоев древесины гнилью до 10%
площади. Расслоение древесины стоек по годовым
слоям, поражение гнилью - более 10% площади сече¬
ния стойки, прог ибы - до 1/100 высоты стоек, сколы
и расщепления в узлах соединений, прогиб балок и
настилов - до 1/50 пролета. Ослабление соединений,
неплотности соединений. Сильное обмятие и зазоры
более 3 мм в рабочих поверхностях врубок. Пора¬
жение составляет до 30% площади сечения в узлах
опирания. Есть признаки присутствия насекомых -
древоточцев.
23
Окончание таблицы 1.4
1
2
Обнаружены трещины шириной до 1 мм, суммарная
длина трещин составляет до 1 м на 1 м2 поверхности.
Поражены гнилью балки более 10% площади поверх¬
ности. Ощутимая зыбкость конструкций. Отмечено
искривление конструкции более 5 мм на 1 пог.м про¬
лета конструкции.
Аварийное
Признаки разрушения деревянных элементов: при
сжатии волокон, сжатии с изгибом - образование
складки разрушения волокон древесины в сжатой
зоне; при изгибе — разрушение растянутой зоны по
древесине зубчатого стыка (для клеевой древесины)
в области действия максимального изгибающего
момента; раскрытие сквозных трещин в древесине
вблизи нейтральной оси, в опорной зоне элементов
при растяжении - разрушение древесины с образо¬
ванием защепистой поверхности, проходящей через
сечения, ослабленные зубчатыми стыками, сучками,
врезками, отверстиями и т.п.; при смятии под углом к
волокнам всех видов наблюдаются значительные де¬
формации площадки смятия; при скалывании вдоль
волокон - раскрытие сквозной трещины или разру¬
шение деревянного элемента по площадке скалыва¬
ния. Имеются искривления горизонтальных линий
стен, осадка отдельных участков здания, поражения
древесины деструктивно - коррозионной гнилью,
дереворазрушающим грибом, жуком-точилыциком.
Поражение древесины составляет более 25% венцов.
Выявлено полное нарушение жесткости сруба, отме¬
чены образование трещин, расщепления элементов
каркаса и повреждение его элементов гнилью. Име¬
ются временные крепления подпорок. Поражение
деструктивной гнилью более 20% площади попереч¬
ного сечения стоек. Отмечены продольные трещины,
разрыв волокон древесины. Наблюдаются прогибы
более 1/100 высоты стоек, наличие диагностических
признаков дереворазрушающего гриба. Поражение
гнилью составляет более 10% площади верхних сло¬
ев балок и более 30% площади их поперечного се¬
чения в узлах опирания в пролете. Прогибы балок и
настилов - более 1/80 пролета. Отмечены разрушения
врубок в конструкции.
Нередко устанавливаемое оборудование оказывается слишком
тяжелым по сравнению с существующим, и тогда без усиления и
модернизации строительных конструкций не обойтись. Без прове¬
дения тщательного и детального обследования нельзя осуществить
модернизацию. Выполнять эти работы должны сотрудники специ¬
ализированных организаций, обладающие соответствующими раз¬
24
решительными документами (сертификатами, лицензиями и др.), а
персоналу необходимо иметь большой практический опыт работы в
этом направлении.
Характерные повреждения строительных конструкций, приводя¬
щие к физическому износу, вызываются рядом причин, среди которых
- технические недоработки проекта и изготовления конструкций,
низкое качество монтажа, неучтенные проектом температурные и си¬
ловые воздействия, нарушение условий нормальной эксплуатации.
К наиболее характерному фактору при эксплуатации зданий и
сооружений обычно относится увлажнение, с течением времени
развивается коррозия материала и, как следствие, в железобетонных
конструкциях образуются трещины, в металлических уменьшается
толщина «здорового» металла.
Повышенное влагосодержание характерно для многих конструк¬
ций, контактирующих с водой как в процессе их изготовления, так
и при эксплуатации. Основными источниками поступления влаги
являются:
- структурная влага при изготовлении конструкций;
- атмосферные осадки;
- утечки и проливы из инженерных систем;
- неорганизованный водосток или нарушение целостности
покрытия;
- конденсат водяных паров воздуха при нарушении температурно¬
влажностной защиты;
^капиллярный и электроосмотический подсосы грунтовой воды.
Повышенное влагосодержание отрицательно сказывается на
эксплуатационных показателях несущих и ограждающих конструк¬
ций. С увеличением влажности возрастает коэффициент теплопрово¬
дности материала, ухудшаются его теплотехнические свойства. С из¬
менением влажности меняется объем материала (усадка-набухание),
а при многократном увлажнении расшатывается его структура и
снижается долговечность конструкций, которые практически мо¬
гут быть изготовлены из любых материалов. Неблагоприятно ска¬
зывается переувлажнение и на состоянии воздушной среды поме¬
щений, при этом она ухудшается с гигиенической точки зрения,
вызывая рост грибковых колоний. Содержание строительной влаги
в конструкциях составляет 6-12% в начальный период и при опреде¬
ленных ситуациях может увеличиваться, создавая благоприятную
обстановку для повреждений строительных конструкций и антиса¬
нитарных условий.
Моральному износу могут подвергаться и памятники старины. В
условиях глобальной капитализации всех отраслей страны, из-за не¬
25
достаточного финансирования объекты культуры приходят в упадок.
Для поддержания их в достойном виде многие из них передаются в
частные руки, при этом несмотря на то, что сохраняется и поддер¬
живается их форма, полностью меняется содержание объектов, в
них размещаются офисы и другие структуры, становясь составной
частью бизнеса.
Вопросы для самопроверки
1. Какие подготовительные работы предшествуют усилению кон¬
струкций?
2. Что включает в себя диагностика состояния строительных кон¬
струкций?
3. Что понимается под объектом диагностики?
4. Дайте основные понятия, которыми оперирует диагностика
(критерий, параметр, метод).
5. Охарактеризуйте три раздела диагностики.
6 . В чем заключается отказ в строительной системе? Дайте клас¬
сификацию по концепциям (по причинам возникновения, скорости
проявления и диапазону отказов, по значимости и сроку эксплуата¬
ции).
7. Дайте основные понятия в практике оценки технического со¬
стояния зданий.
8. Назовите категории технического состояния строительных
конструкций.
9. В чем заключается физический и моральный износ строитель¬
ных конструкций?
10. Охарактеризуйте признаки недопустимого состояния желе¬
зобетонных конструкций.
11. Перечислите признаки недопустимого состояния металли¬
ческих конструкций.
12. Каковы признаки недопустимого состояния каменных кон¬
струкций?
13. Назовите признаки аварийного состояния деревянных кон¬
струкций.
14. Перечислите признаки аварийного состояния металлических
конструкций.
15. Назовите источники поступления влаги к конструкциям.
26
ГЛАВА 2
ПОВРЕЖДЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ПРИЧИНЫ,
ВЫЗЫВАЮЩИЕ ИХ
2.1 Факторы, приводящие к нарушениям в конструкциях
Конструкции зданий и сооружений изготавливаются с определен¬
ной точностью и надлежащего качества. Все параметры строительных
конструкций регламентируются нормами и должны в наибольшей сте¬
пени удовлетворять функциональным, техническим, экономическим
и архитектурно-художественным требованиям. Требование техниче¬
ской целесообразности проектного решения подразумевает выполне¬
ние его конструкций в полном соответствии с законами строительной
механики, аэродинамики, строительной физики и др.
Внешние воздействия условно подразделяются на силовые и не¬
силовые (рис.2.1). К силовым относятся следующие нагрузки и воз¬
действия: постоянные — от собственной массы конструкций, дав¬
ления грунта на подземную часть сооружения в виде реактивного
давления; длительно действующие временные нагрузки от мебели,
оборудования, людей, снега, ветра и др.
Особые воздействия — от сейсмических явлений, взрывов, урага¬
нов, просадочности лессового или протаявшего мерзлого грунтово¬
го основания и др.
К несиловым относятся следующие воздействия: переменных
температур. вызывающих деформации конструкций или темпе¬
ратурные усилия при ограничении перемещений; атмосферной и
грунтовой влаги на материал конструкций, вызывающей изменения
физических параметров; солнечнойрадиаиии. влияющей на световой
и температурный режимы помещений; инфилътраиии наружного
воздуха. влияющего на теплотехнические свойства и температурно¬
влажностный режим помещений; химически агрессивных агентов.
способных вызвать химическую коррозию материалов конструкций;
биологические - от микроорганизмов или насекомых, разрушающих
конструкции, изготовленные из органических материалов.
27
Любые отклонения от нормируемых параметров определяются
как дефекты. В процессе эксплуатации всякие отклонения от про¬
ектных размеров, влекущие за собой искажение формы, изменение
площади поперечных сечении конструктивных элементов в резуль¬
тате механических воздействий, деструктивных изменений материа¬
лов, а также нарушения в соединениях конструкций, называют по¬
вреждениями.
у
0
Рисунок 2.1 - Внешние воздействия на здание:! - постоянные и времен¬
ные нагрузки; 2- ветер; 3- сейсмические ударные воздействия;
4- вибрация; 5- боковое давление грунта; 6- реактивное дав¬
ление грунта; 7-грунтовая влага; 8- шум; 9- солнечная радиа¬
ция; 10- атмосферные осадки; 11- атмосферные воздействия
(влажность, температура, химические примеси); 12- состоя¬
ние внутри здания (температура, влажность)
Все нарушения подразделяются на две категории:
1) дефекты и повреждения, приводящие к предаварийному состо¬
янию, при котором снижаются прочность материалов, устойчивость
и несущая способность конструкций;
2)частичное ослабление конструкций, не вызывающее наруше¬
ния их устойчивости и не угрожающее целостности здания или соо¬
ружения, со временем приводящее к снижению долговечности. Те и
другие нарушения могут быть видимыми и скрытыми.
J&.7777777777777/77777.Ш
28
Рассмотрим отдельно факторы и причины, приводящие к нару¬
шениям в конструкциях. Так, к отдельным факторам следует отне¬
сти повышенную влажность окружающей среды, температурный ре¬
жим, агрессивную среду, динамическое и статическое воздействия
внешней нагрузки и др.
Причинами, вызывающими повреждения, являются:
1) ошибки проекта и неучтенные технологические воздействия:
- агрессивные выделения (водяные, парогазовые, масляные), ко¬
торые способствуют деструктивным изменениям материалов
конструкций;
-электрофизические воздействия (блуждающие токи), вызыва¬
ющие разрушения конструкции в зоне расположения кабелей
связи;
-механические воздействия (удары напольного транспорта о
стойки каркаса, вибрация от мостового крана на стены здания
и элементы каркаса);
-нарушение в назначении материала конструкции (занижена
проектная марка материала или допущена ошибка при замене
материала);
2) дефекты при изготовлении:
- снижение класса бетона за счет неправильного подбора его со¬
става, не выдержано водоцементное отношение и др.;
- непроектное армирование по халатности изготовителя или из-
за неправильной маркировки изделия;
-малая толщина защитного слоя из-за неправильного закрепле¬
ния каркаса или из-за недостаточной проработки (вибрирова¬
ния) бетонной смеси;
-технологические трещины из-за неверно подобранного темпе¬
ратурного режима при пропаривании бетона;
3) дефекты при монтаже:
-отклонение от вертикальности колонн при ведении работ без
геодезических инструментов, при низкой квалификации ис¬
полнителей работ;
-смещение осей сопрягаемых конструкций, из-за чего могут
уменьшиться величины их опорных площадок; появление до¬
полнительных эксцентриситетов сил, что вызывает снижение
несущей способности несущих конструкций;
- нарушение последовательности монтажа, что может привести
к изменению статических схем загружения конструкций и
снижению их несущей способности;
-некачественная сварка из-за низкой квалификации сварщиков
при нарушении сварочного режима;
29
4) нарушение условий эксплуатации здания:
- перегрузка конструкции при нарушении технологического ре¬
жима, несвоевременной очистке покрытия, при определенных
условиях скопившаяся пыль может оказаться критической на¬
грузкой;
-несвоевременный ремонт конструкций способствует ухудше¬
нию их технического состояния;
-замачивание грунта в основании фундаментов под несущими
конструкциями приводит к неравномерным осадкам и появле¬
нию трещин в стенах здания;
-подработка территории вблизи существующего здания про¬
исходит тогда, когда чрезмерно заглубляют фундамент вновь
строящегося здания.
По видам повреждений наиболее часто встречаются увлажнения
конструкций, что при определенных условиях вызывает коррозию
и деструктивное изменение материалов конструкций. Чаще все¬
го повреждения появляются в виде трещин различного характера.
Увлажнение конструкций во время эксплуатации отмечается при по¬
вреждениях кровли, неудовлетворительном состоянии водоотводя¬
щего оборудования здания, при коротких карнизах. Так, нарушения
кровельного покрытия появляются при очистке крыши от снега и на¬
ледей, засор водоотводящей системы бывает при несвоевременной
очистке кровли от листьев и мусора, в результате чего образуется
подтопление атмосферными водами и происходит замачивание не¬
сущих конструкций.
Для защиты стен от увлажнения атмосферными осадками про¬
водятся конструктивные мероприятия, направленные на удлинение
коротких карнизов, ремонт и восстановление желобов, водосточных
труб и водосливов. Поверхность стен оштукатуривают или облицо¬
вывают водостойкими материалами. Покраска стен эмалевыми и ла¬
кокрасочными составами уменьшает степень замачивания конструк¬
тивных элементов и обеспечивает их дальнейшую сохранность.
Утечки из инженерных систем приводят к переувлажнению и бы¬
строму разрушению кладки стен, особенно из силикатного кирпича. В
результате проливов происходит коррозия материалов конструкций.
Увлажнение ограждающих конструкций конденсатом водяных
паров воздуха наблюдается при нарушении паро- и теплоизоляции и
переменного температурно-влажностного режима.
Степень разрушения стен зависит как от циклов замораживания и
оттаивания, так и от скорости этих процессов.
Быстрое замерзание воды с увеличением ее объема может приве¬
сти к возникновению высокого давления кристаллов льда, в то время
30
как давление кристаллизации льда при медленном замерзании не¬
значительно. Благоприятным материалом в отношении морозостой¬
кости является силикатный кирпич, обладающий высоким процен¬
том мелких и очень мелких пор, которые чаще всего не заполняются
водой и, следовательно, не могут замерзнуть.
При воздействии переменных температур на замоченные стены
здания или сооружения, а также при длительной их эксплуатации
происходит исчерпание циклов заложенной морозостойкости ма¬
териала, из-за чего его прочность резко падает, в железобетонных
конструкциях оголяется рабочая арматура, а в некоторых случаях
бетон осыпается полностью. Это можно наблюдать на примере раз¬
рушения элементов железобетонного каркаса градирни после много¬
летней ее эксплуатации. Обрушения часто не происходит из-за того,
что каркас градирни работает как статически неопределимая систе¬
ма и выход из строя отдельных элементов лишь уменьшает степень
ее статической неопределимости.
Часто стены здания после длительной эксплуатации в результате
замачивания стен и действия переменных температур получают де¬
структивные изменения кирпича.
Все стеновые камни из осадочных пород (песчаника, известня¬
ка) обладают более или менее горизонтально лежащими слоями, по
которым при добыче камня блок отделяют от скального массива. В
строительных конструкциях эти каменные блоки следует укладывать
в положение, соответствующее их природному состоянию, а имен¬
но, слоями в горизонтальном, а не в вертикальном направлении. В
противном случае выполненные конструкции окажутся менее стой¬
кими и подвергнутся разрушению в течение короткого времени.
Не менее вреден и образующийся конденсат внутри ограждаю¬
щих конструкций, который приводит к снижению их качества и за¬
висит от множества параметров: разности парциального давления
паров воздуха у противоположных поверхностей конструкций, от¬
носительной влажности и температуры воздуха внутри и снаружи
помещения, а также от плотности материала.
Существенная величина парциального давления позволяет воз¬
душному потоку достаточно свободно проникать сквозь толщу на¬
ружной стены. Замечено, что чем меньше теплоизоляция наружной
стены и больше относительная влажность воздуха в помещении
за этой стеной, тем выше опасность ее переувлажнения водяными
парами из помещения. Если же наружная поверхность стены по¬
крыта плотным паронепроницаемым материалом, то проникающий
через стену водяной пар имеет возможность конденсироваться
внутри стены, переувлажняя ее и увеличивая теплопроводность.
31
При воздействии низких температур влага внутри стены замерзает,
а образовавшийся лед приводит к образованию трещин, что легко
обнаруживается при простукивании стены.
Увлажнение капиллярным и электроосмотическим подсосом грун¬
товой влаги характерно для стен, у которых горизонтальная гидроизо¬
ляция расположена ниже отмостки или отсутствует полностью.
Механизм капиллярного увлажнения основан на действии сил
притяжения между молекулами твердого тела и жидкости (явление
смачивания). При отсутствии в материале стены гидрофобных (во¬
доотталкивающих) веществ вода смачивает стенки капилляров и
поднимается по ним.
При обследовании зданий уровень подъема грунтовой влаги в
стенах без гидроизоляции наблюдался на высоту от 1,5 до 5 м,
что существенно превышало теоретическую высоту капиллярного
подсоса.
При реконструкции зданий, рассчитанных на длительную экс¬
плуатацию (50 лет и более), радикальными методами защиты стен
от увлажнения грунтовыми водами считаются водоотведение с при¬
менением дренажа, а также восстановление или устройство новой
гидроизоляции стен.
При проектировании дренажа следует учитывать, что водопони-
жение, особенно в глинистых и пылеватых песчаных грунтах, влечет
за собой уплотнение и осадку сжимаемой толщи, а это может при¬
вести к значительным деформациям фундаментов и дополнительной
осадке зданий на осушаемой территории. В комбинации с дренажом
эффективно устройство противофильтрационных завес, выполняе¬
мых набивкой глины или нагнетанием бетона.
Гидроизоляция является надежным способом защиты подваль¬
ных стен от воздействия и проникновения капиллярной грунтовой
влаги, безнапорных и напорных грунтовых вод. При этом го¬
ризонтальная гидроизоляция препятствует капиллярному и
электроосмотическому подсосу влаги вверх по стене, а верти¬
кальная - поверхностному увлажнению и проникновению грунтовой
влаги в подвальные помещения.
При незначительных повреждениях гидроизоляция ремонти¬
руется. Если же повреждения составляют более 40%, то целесоо¬
бразна замена гидроизоляции на более эффективную. При выборе
типа гидроизоляции учитываются гидрогеологические условия экс¬
плуатации здания, категория сухости помещений и материалы ог¬
раждающих конструкций.
Ремонт и восстановление горизонтальной гидроизоляции стен
производятся инъецированием в кладку стен гидрофобных веществ
32
или закладкой нового гидроизоляционного слоя из рулонных мате¬
риалов.
Инъецирование осуществляется растворами кремния - органи¬
ческих соединений ГКЖ-10 и ГКЖ-11 через просверленные отвер¬
стия в стенах, располагаемые в один или два рада. Расстояние между
рядами принимается равным 25 см, а между отверстиями в ряду -
35-40 см. Подача раствора производится одновременно через 10-12
инъекторов (стальные трубки диаметром 25 мм), вставленных в от¬
верстия диаметром 30-40 мм и зачеканенных паклей.
Количество закачиваемого раствора для гидроизоляции зависит
от толщины и пористости материала стены, а также от высоты об¬
рабатываемой зоны.
Восстановление горизонтальной гидроизоляции стен с помощью
рулонных материалов (рубероида, гидроизол-пергамина и пр.) про¬
изводится участками длиной 1-1,5 м. Для этого с помощью отбойно¬
го молотка или других механизмов пробивают сквозные отверстия в
стене на высоту двух рядов кладки, в которые укладывают два слоя
рулонного материала на битумной мастике. Затем отверстия заделы¬
вают кирпичом на обычном цементно-песчаном растворе М75-100.
Горизонтальная гидроизоляция рулонными материалами устраи¬
вается примерно на 30 см выше планировочной отметки (отмостки
здания) и на расстоянии не менее 5 см от нижней плоскости пере¬
крытия подполья.
Свойства строительных грунтов играют существенную роль в обе¬
спечении безопасности зданий и сооружений. Под действием сил,
обусловленных нагрузкой от сооружений, строительный грунт
деформируется. Вертикальные нагрузки вызывают прежде всего
вертикальные осадки фундаментов. При росте нагрузки грунт вытес¬
няется из-под фундамента и в боковом направлении, и при достиже¬
нии значений разрушающей нагрузки фундамент оседает, причем мо¬
гут быть и боковые смещения (разрушение грунта). В зоне подземных
горных работ грунт также активно воздействует на сооружение.
Если строительный грунт под сооружением пластичный и нагру¬
жается так сильно, что в нем образуются плоскости скольжения, по
которым сопротивление сдвига (среза) грунта очень мало, то этот
грунт, подобно жидкости, может течь в боковом направлении и вы¬
пучиваться вдоль наружных стен здания, которое впоследствии
оседает в расползающийся грунт без дальнейшего роста нагрузки.
Опасность разрушения грунта увеличивается с уменьшением шири¬
ны фундамента, глубины его заложения, прочности грунта на сдвиг
(срез), а также с увеличением эксцентриситета и наклона направле¬
ния приложения нагрузки.
33
Деформации оснований часто проявляются трещинами фун¬
даментов и стен. Просадки из-за уплотнения грунта от внешней
нагрузки, его замачивания, морозные грунты, осадка из-за изме¬
нения геологических условий, подработок или отрывка траншей
- все это отражается в виде деформационных трещин кирпичных
стен, которые расчленяют здания на блоки. Расположение трещин
связано с характером деформации основания здания. При прогибе
здания из-за вымыва или просадки грунта в средней части здания
трещины расширены книзу и угасают в верхней части. При выгибе
основания трещины концентрируются у карниза. Этому способ¬
ствуют более тяжелые торцовые стены, и ослабленные проемами
продольные, наклонные трещины образуются при осадке части
здания.
Перегрузка может также происходить при использовании строи¬
тельных материалов, исключающих возможность прочной связи про¬
дольных и поперечных стен, при разной интенсивности их нагруже¬
ния. В результате образуются вертикальные трещины. Кроме того,
стены не следует ослаблять пробивкой отверстий и штраб. Нередко
явным признаком начавшегося разрушения является выпучивание
ненагруженной поверхности грунта вокруг здания.
Высокая степень влажности совместно с электрокоррозией
приводит к деструктивным изменениям материала стен, особенно
интенсивно для стен из силикатного кирпича при действии пере¬
менных температур и коррозии.
Чаще всего в кирпичных стенах из-за атмосферных воздействий
происходят намокание и выветривание стен, разрушение карни¬
зов и кровельного ковра, нарушение отмостки вокруг здания и т. д.
Повреждения от атмосферных воздействий возникают в результате
перегрузки за счет наледей, значительного отложения пыли вблизи
источников их выделения, из-за намокания стен при недостаточ¬
ном выносе карниза. Нагрузка от пыли весьма ощутима для здания:
пыль, уплотненная атмосферными осадками, достигает плотности
2000 кг/м3, т.е. дополнительно образуется 200-400 кГс/м2 покрытия,
что составляет 2 — 4 кН/м2.
Повреждения стен от химических воздействий происходят с де¬
струкцией кирпича, бетона, металла или железобетона, с поражени¬
ем древесины.
В условиях повышенной влажности и переменных температур
возникает сильная коррозия всех металлических элементов. Так, за¬
кладные детали крепления каркаса подвержены слоистой корро¬
зии, вследствие чего элементы каркаса и ограждающие кон¬
струкции оказываются в аварийном состоянии. Такие явления
34
наблюдались при обследовании элементов вентиляторной градирни,
предназначенной для охлаждения оборотной воды.
Трещины в железобетонных конструкциях эксплуати¬
руемых зданий встречаются достаточно часто, являясь следствием
ряда причин:
- трещины от внешних силовых воздействий при эксплуатации
конструкций, в том числе при изменении схемы работы во время
монтажа, перевозки, складирования;
- трещины технологические (от усадки бетона, плохого уплотне¬
ния бетонной смеси, неравномерного паропрогрева, предваритель¬
ного напряжения);
- трещины, образовавшиеся в результате коррозии арматуры;
- трещины, образовавшиеся при взрывах и огневом воздействии.
По значимости трещины можно разделить на четыре группы:
а) трещины, свидетельствующие об аварийном состоянии кон¬
струкций;
б) трещины, увеличивающие водопроницаемость бетона (в резер¬
вуарах, трубах, стенах подвала);
в) трещины, снижающие долговечность железобетонной кон¬
струкции из-за интенсивной коррозии арматуры (бетона);
г) трещины допустимые, не вызывающие опасений в надежности
конструкции (ширина раскрытия этих трещин не должна превышать
величин, указанных в СНиПах и СП).
Силовые трещины образуются перпендикулярно действию глав¬
ных растягивающих напряжений.
Усадочные трещины распределяются хаотично по поверхности
конструкции с концентрацией в местах сопряжения элементов (узлы
ферм, сопряжение полки и ребер в плитах, двутавровых балках и
т.д.). Трещины, возникшие от коррозии, проходят вдоль коррозируе¬
мых арматурных стержней.
Трещины от огневого воздействия располагаются хаотично, при
этом прочность самого бетона снижается, меняется его цвет в зави¬
симости от действующей температуры.
Кирпичная кладка, как и бетон, хорошо сопротивляется сжатию
и значительно хуже растяжению. В результате этого на растянутой
поверхности кладки задолго до разрушения появляются трещины.
Имеются также и другие факторы, способствующие образованию
трещин:
- нарушение технологии при изготовлении кирпича (некондиция);
- перегрузка кладки при недостаточной прочности кирпича и рас¬
твора;
- низкое качество кладки (несоблюдение перевязки, толстые рас¬
35
творные швы, забутовка кирпичным боем, недоучет требований ве¬
дения работ в зимнее время);
- бессистемное применение в кладке разнородных по прочности
и деформативности каменных материалов (например, глиняно¬
го кирпича совместно с силикатным или шлакоблоками) без
учета использования их по назначению (условия повышенной
влажности или работа объекта в нормальных условиях);
- отсутствие температурно-усадочных швов или недопустимо
большое расстояние между ними ( это вызывает температурные де¬
формации в виде трещин).
Повреждения от силовых воздействий чаще всего появляются в
результате статической перегрузки отдельных конструкций, в том
числе при замене технологического оборудования, а также от дина¬
мических и вибрационных воздействий, возникающих от транспорта
или оборудования, установленного с нарушением технологических
норм проектирования.
Перегрузка каркаса может возникнуть в результате ослабле¬
ния отдельных элементов, если в несущих конструкциях прореза¬
ются отверстия, срезаются отдельные части решетчатых конструк¬
ций и др.
Разрушения от силовых воздействий возникают и в результате
уменьшения сечений элементов при их изготовлении или эксплу¬
атации, а также от недоброкачественного монтажа конструкций.
Наблюдаются перегрузки покрытий от снега, наледей и различ¬
ных пылевидных выносов из источников их образования, что приво¬
дит к преждевременному износу конструкций, а порой - к авариям.
Обнаруженные дефекты и повреждения должны быть оценены с
точки зрения влияния их на прочность, жесткость и устойчивость, а
также по пригодности конструкций и узлов сопряжения к дальней¬
шей эксплуатации.
2.2 Характерные повреждения строительных
конструкций с учетом особенностей их материалов
2.2Л Характер повреждений каменных
и бетонных конструкций
Каменная кладка является неоднородным упругопластичным те¬
лом, состоящим из камней и швов, заполненных раствором. Этим
обусловливаются следующие особенности ее работы: при сжатии
кладки усилие передается неравномерно вследствие местных неров¬
ностей и неодинаковой плотности отдельных участков затвердевше¬
36
го раствора. В результате камни подвергаются не только сжатию, но
также изгибу и срезу; а загруженная каменная кладка испытывает
еще и поперечное растяжение.
Характер разрушения кладки и степень влияния многочисленных
факторов на ее прочность объясняется особенностями ее напряжен¬
ного состояния при сжатии. Разрушение обычной кирпичной кладки
при сжатии начинается с появления отдельных вертикальных тре¬
щин, как правило, над и под вертикальными швами, что объясняется
явлениями изгиба и среза камня, а также концентрацией растягива¬
ющих напряжений над этими швами.
В результате эрозии кирпичной кладки стен уменьшается рабочее
сечение несущего элемента, что приводит ее к преждевременному
износу, снижается несущая способность, появляются трещины.
При отсутствии опорных подушек под стропильными балками
или фермами образуются трещины за счет сил среза кирпичной
кладки.
В результате замачивания стен и ошибок при проектировании в
части теплотехнических мероприятий из-за появления точки росы
внутри толщи стены при периодическом замораживании происходит
ее расслоение. Выявить зону повреждений легко простукиванием
стены. В этих случаях ее следует усилить и организовать дополни¬
тельные мероприятия по повышению ее теплотехнических свойств.
В бетонных конструкциях часто под влиянием химических реак¬
ций в местах замачивания возникают высолы и в отдельных случа¬
ях происходят деструктивные повреждения поверхности бетонных
конструкций. Чаще всего это бывает из-за выветривания и выщела¬
чивания. Выветривание осуществляется при наличии воды, которая
растворяет составляющие породу вещества и доставляет их к по¬
верхности материалов. Здесь растворенные вещества при испарении
воды кристаллизируются, наслаиваются в виде налетов. Таким об¬
разом, для предотвращения выветривания необходимо максимально
ограничить доступ воды к материалу.
Кирпичные стены зданий и сооружений могут повреждаться
растущей корневой системой от близко расположенных деревьев.
Корни деревьев прорастают под стены здания и с возрастом, увели¬
чиваясь в объеме, вызывают изгибные деформации и появление
трещин в стенах.
Повреждения от силовых воздействий приводят к появлению
трещин бетона в зоне растягивающих усилий и его расслаиванию в
зоне сжимающих усилий.
К трещинам, появившимся в эксплуатационной период, относят¬
ся следующие:
37
- возникшие в результате температурных деформаций из-за от¬
сутствия или нарушений шага температурных швов;
- вызванные неравномерностью осадок грунтового основания,
что может быть связано с нарушением требований к устройству оса¬
дочных деформационных швов или проведением земляных работ в
непосредственной близости от фундаментов без обеспечения специ¬
альных мер.
2.2.2 Характер повреждений железобетонных
конструкций
В железобетонных конструкциях возникают трещины, направле¬
ние и ориентация которых зависят от действующих факторов, мест
их возникновения и условий эксплуатации.
В железобетонных конструкциях наиболее часто встречаются
следующие виды трещин: в изгибаемых элементах, работающих по
балочной схеме (балки); в растянутой зоне - возникают трещины,
перпендикулярные продольной оси, образующиеся из-за растяги¬
вающих напряжений в зоне действия максимальных изгибающих мо¬
ментов, а также трещины, наклонные к продольной оси, вызванные
главными растягивающими напряжениями в зоне одновременного
действия больших перерезывающих сил и изгибающих моментов.
Нормальные трещины имеют максимальную ширину раскрытия
в крайних растянутых волокнах сечения элемента, наклонные тре¬
щины начинают раскрываться в средней части высоты балки на ее
боковых гранях — в зоне действия максимальных поперечных сил, а
затем развиваются в сторону растянутой грани.
Образование наклонных трещин на опорных концах балок свиде¬
тельствует о недостаточной их несущей способности по наклонным
сечениям.
От коррозионного воздействия арматуры в бетоне появляется
продольная трещина вдоль арматуры, ширина раскрытия которой
тем больше, чем выше степень ее коррозии. Трещины образуются
вдоль арматуры как рабочей, так и поперечной.
На гранях колонн возникают вертикальные и горизонтальные
трещины.
Вертикальные продольные трещины на гранях колонн могут по¬
являться в результате чрезмерного изгиба стержней арматуры. Они
могут возникнуть в тех колоннах и в тех зонах, где редко поставлены
хомуты или в результате коррозии нарушена связь продольной и по¬
перечной арматур.
Горизонтальные трещины в железобетонных колоннах не пред¬
ставляют непосредственной опасности, если ширина их раскрытия
38
невелика, однако через такие трещины могут в арматуру попасть
увлажненный воздух и агрессивные реагенты и вызвать коррозию
металла. С увеличением площади коррозии может нарушиться связь
между продольной и поперечной арматурой.
Появление продольных трещин вдоль арматуры в сжатых,
элементах свидетельствует о разрушениях, связанных с потерей
устойчивости (выпучиванием) продольной сжатой арматуры из-
за недостаточного количества поперечной арматуры.
Обнаруженные трещины у торцов предварительно наряженных
элементов, ориентированные вдоль арматуры, указывают на нару¬
шение ее анкеровки. Об этом же свидетельствуют и наклонные тре¬
щины в приопорных участках, пересекающие зону расположения
предварительно напряженной арматуры и распространяющиеся на
нижнюю грань края опоры. Такое состояние считается аварийным и
требует принятия срочных мер.
Появление повреждений в виде лещадок в сжатой зоне изгибае¬
мых конструкций свидетельствует об исчерпании прочности бетона
на отдельных опасных участках.
Дефекты в виде трещин и отслоения бетона вдоль арматуры же¬
лезобетонных колонн могут быть вызваны и ее коррозионным по¬
вреждением. Если коррозия невелика и не нарушена сварка между
продольной и поперечной арматурой, то конструкция подлежит ре¬
монту и может быть рекомендована к эксплуатации.
Продольные трещины вдоль арматуры с нарушением сцепления
ее с бетоном могут быть вызваны и температурными напряже¬
ниями при эксплуатации конструкций с систематическим нагре¬
вом выше 300°С или являться следствием возникновения пожара.
Величина действующей температуры при пожаре определяется
по цвету бетона, о чем подробно изложено в своде правил [11].
Недопустимыми (аварийными) считаются прогибы изгибаемых
элементов более 1/50 пролета при ширине раскрытия трещин в рас¬
тянутой зоне, превышающей 0,5 мм. Причиной такого явления мо¬
гут быть замачивание и перегрузка плит перекрытия или покрытия.
Нарушения правил эксплуатации, полный или частичный срез
несущих элементов конструкции приводят к аварийной ситуации и
требуют ее восстановления до проектного положения.
2.2.3 Характер повреждений металлических конструкций
Повреждения металлических конструкций могут возникать
вследствие перенапряжения в них в результате принятия ошибоч¬
ных конструктивных решений, допущенных ошибок в статических
39
и динамических расчетах, недоучета снеговых, ветровых и других
нагрузок.
Ошибкой статического расчета может служить не принятый во
внимание случай односторонней снеговой нагрузки на решетчатую
стропильную ферму. Для определенных конструктивных решений
здания требуется одновременный учет полной и односторонней сне¬
говой нагрузки.
При установке стальных балок на кирпичную кладку для эко¬
номии опорных плит их исключают, опирая непосредственно на
стенку с недопустимо большими опорными участками балок, про¬
гиб которых приводит к концентрации сжимающих напряжений у
наружного края опорного участка, так что кромка стены может быть
сжата, вызывая недопустимо большую концентрацию напряжений,
превышающую прочность кладки (рис. 2.2). Такие производствен¬
ные ошибки могут привести к нарушению работы всей системы, а
также к негативным последствиям.
Для определения максимальной расчетной длины опорных
участков используют эмпирическую формулу, где длина не должна
быть больше 1/3 высоты балки и плюс 10 см.
Повреждения металлических конструкций могут возникнуть на
разных стадиях строительства и эксплуатации объекта.
7777
V
/
/
/
/
7
7
/
Q
а
РАСЧ
Рисунок 2.2 — Концентрация напряжений из-за завышения опорной зоны
40
Так, могут быть технологические нарушения при заводском изго¬
товлении металлоконструкций. Здесь первостепенную роль играют
качество сварки, постановка заклепок и болтов. При обследовании
выявляются отсутствие болтов или неполная их затяжка, наличие
сварки и ее состояние.
Сварные швы могут быть выполнены с отклонениями от действу¬
ющих технических условий и правил, с использованием электродов
не тех марок, которые предусмотрены проектом, в наплавленном
металле могут наблюдаться поры, шлаковые включения. Низкое
качество сварки обусловливается, например, недостаточной квали¬
фикацией сварщика и выполнением ее при низких отрицательных
температурах. Впоследствии в таких швах образуются трещины, ко¬
торые в итоге приводят к концентрации напряжений и ослаблению
конструкции, а в отдельных случаях - даже к их обрушению.
К недостаткам качества монтажа металлических конструкций
относятся искривление и изогнутость отдельных стержней-стоек,
раскосов, связей, пропуск болтов в ряде монтажных соединений
или слабая их затяжка, непровары и разрывы в сварке и пр. В ме¬
стах стыковки стальных конструкций с железобетонными долж¬
ны обеспечиваться прочные и надежные соединения, поэтому
при проведении обследования обращается особое внимание на
состояние опорного башмака металлической колонны, конструк¬
ция которого должна исключать застой воды в процессе эксплуа¬
тации.
Следует иметь в виду, что металлическим несущим конструкци¬
ям чаще угрожает потеря устойчивости, чем, например, железобе¬
тонным; среди них можно встретить явление выпучивания элемен¬
тов из плоскости.
Несовершенство проведения монтажа конструкции при установ¬
ке балки с определенным эксцентриситетом меняет напряженное
состояние несущих конструкций и может вызывать их перегрузку.
В местах, где длительное время поврежденные каменные, желе¬
зобетонные или деревянные конструкции соприкасаются с метал¬
лическими, последние в ряде случаев оказываются поврежденными
коррозией, иногда со значительной потерей сечения и ослаблением
металла. Это происходит в местах замачивания, где основным фак¬
тором, способствующим преждевременному износу конструкций,
является коррозия.
Часто масса строительных конструкций (колонна, стена, опо¬
ра) умышленно или неумышленно завышается, например, при над¬
стройке дополнительных этажей или перестройке с применением
более тяжелых конструкций, большего числа стен, перегородок,
41
измененной полезной нагрузки или увеличенного числа вставок без
ясного представления о фактическом перераспределении усилий и
без анализа изменившейся статической схемы несущего каркаса, что
влечет за собой нарушение нормальной работы сооружения и неред¬
ко требует усиления конструктивных элементов.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите факторы, вызывающие нарушения в конструкциях.
2. Перечислите дефекты, возникающие при монтаже.
3 .Какие нарушения строительных конструкций возникают при экс¬
плуатации?
4. Назовите дефекты, возникающие при изготовлении строитель¬
ных конструкций.
5. Какие последствия могут вызвать постоянные замачивания кон¬
струкций?
6. Чем грозит нарушение гидроизоляции фундаментов?
7. Назовите способы восстановления гидроизоляции фундаментов.
8. Чем грозит деформация оснований под фундаментом здания?
9. Перечислите причины возникновения трещин в железобетонных
конструкциях и назовите их характер.
10. Назовите характер повреждений каменных конструкций.
11. В чем заключается характер повреждений бетонных кон¬
струкций?
12. Перечислите причины появления трещин в железобетонных
конструкциях и объясните их характер.
13. Назовите характер повреждений металлических конструкций.
14. Перечислите недостатки монтажа металлических конструкций.
42
ГЛАВА 3
КОРРОЗИЯ КАК ОДИН ИЗ ФАКТОРОВ
ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ИЗНОСА
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
3.1 Общие понятия и условия, порождающие коррозию
Под воздействием внешней агрессивной среды утрата начальных
качеств строительными материалами называется коррозией.
В неметаллических материалах строительных конструкций
явления коррозии, эрозии, суффозии могут присутствовать од¬
новременно, а при отсутствии воздействия химических процес¬
сов такие нарушения называют механической или физической
коррозией.
Коррозия (от лат. corrosion - разъедание) - самопроизвольное раз¬
рушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимиче¬
скими процессами, развивающимися на поверхности тела при его
взаимодействии с внешней средой. Наиболее четко это определение
относится к металлам.
Биоповреждение - особый вид разрушения материалов, связан¬
ный с воздействием микроорганизмов - биофакторов (бактерии, гри¬
бы, насекомые, грызуны, растения).
Условия, порождающие возможность коррозии, следующие:
• нарушение требований и правил эксплуатации, приводящее к
концентрированным воздействиям на конструкции агрессивных га¬
зов, паров, жидкостей;
• аварийные выбросы агрессивных продуктов при неудовлетво¬
рительном решении вопроса улавливания и своевременного удале¬
ния их из помещений;
• применение недостаточно стойких материалов и противокорро¬
зионных покрытий, не отвечающих степени агрессивности сред;
• повреждение и несвоевременное восстановление защитных по¬
крытий конструкций, а также отсутствие систематического наблю¬
дения за их состоянием.
43
В зависимости от вида материала, использованного в строитель¬
ных конструкциях, виды коррозии по механизму процесса разруше¬
ния несколько отличаются друг от друга.
Для бетона различают три вида коррозии:
- выщелачивание:
- кислотное разрушение в результате химических реакций за¬
мещения;
- сульфатная коррозия или кристаллизационное разрушение.
В железобетонных конструкциях коррозия может протекать так
же, как и в бетоне с возникновением коррозии IV вида - коррозия
арматуры внутри бетонного массива.
Отдельным видом является биологическая коррозия материалов,
которая в последнее время встречается в жилых, общественных зда¬
ниях и на промышленных объектах. Это результат поражения строи¬
тельных конструкций грибковой флорой (микроскопическими плес¬
невыми грибами).
Грибки в процессе своей жизнедеятельности выделяют различ¬
ные минеральные и органические кислоты (уксусную, лимонную,
молочную, муравьиную, яблочную и др.), которые взаимодействуют
с основными (щелочными) соединениями цементного камня и раз¬
рушают его, превращая в соль. Цементный камень при этом теряет
свои строительно-технические свойства.
Если коррозия не сопровождается образованием продуктов хими¬
ческих превращений, то она называется физической. Одним из ви¬
дов такой коррозии является размораживание каменных материалов,
выветривание и эрозия.
Если разрушение материала происходит с изменением его струк¬
турного состава, коррозия называется физико-химической (напри¬
мер, выщелачивание некоторых компонентов из тела бетона).
Химическая коррозия сопровождается необратимыми изменени¬
ями материала конструкций в результате взаимодействия с агрессив¬
ной средой.
Электрохимическая коррозия проявляется в металлических
конструкциях при атмосферном взаимодействии или в подземных
средах, когда разрушение металла происходит при взаимодействии
с электролитом - агрессивной средой - и сопровождается разруше¬
нием структуры в результате возникновения электрического тока на
границе металла и агрессивной среды.
Агрессивная среда по агрегатному состоянию может быть газооб¬
разной, жидкой и твердой, а чаще всего - многофазной.
Твердые частицы не агрессивны в отношении сухих материалов
конструкций, но, поскольку поверхность конструкций практически
всегда содержит влагу, на ней образуется пленка насыщенного раство¬
44
ра, которая может быть агрессивной. То же можно сказать о газовой
среде, которая, соприкасаясь с влагой воздуха, образует кислоты.
Среды подразделяют на неагрессивные, слабоагрессивные, сред¬
неагрессивные и сильноагрессивные (табл. 3.1).
Степень агрессивности среды по отношению к материалу
конструкций характеризуется двумя показателями:
- среднегодовой потерей прочности, %;
- скоростью разрушения материала, мм/год.
Таблица 3.1
Классификация степени агрессивности сред
Среда
Средняя скорость
разрушения поверхности
материалов, мм/год,
Снижение прочности
материалов в зоне корро¬
зии за год, %,
металли¬
ческих
неметал¬
лических
металли¬
ческих
неметал¬
лических
Неагрессивная (Н)
0
<0,2
0
0
Слабоагрессивная (С л)
<0,1
0,2-0,4
<5
<5
Среднеагрессивная (Ср)
0,1-0,5
0,4-1,2
5-15
5-20
Сильноагрессивная (Сил)
>0,5
>1,5
> 15
>20
В зависимости от степени агрессивности, газовые среды разделя¬
ют на четыре группы: А, В, С, D (табл. 3.2), причем агрессивность
газов возрастает от группы А до D.
Степень воздействия агрессивных сред зависит от температуры
среды, относительной влажности и пористости материала.
Таблица 3.2
Основные группы газов по степени агрессивности
Наименование
Концентрация, мг/м3, для группы газов
А
В
С
D
Углекислый газ
До 2000
Свыше 2000
-
-
Аммиак
До 0,2
0,2-20
Свыше 20
-
Сернистый ангидрид
До 0,5
0,5-10
10-200
200-1000
Фтористый водород
До 0,05
0,05-5
5-10
10-100
Сероводород
До 0,01
0,01-5
5-100
Свыше 100
Оксиды азота
До 0,1
0,1-1
5-25
25-100
Хлор
До 0,1
0,1-1
1-5
5-10 /
Хлористый водород
До 0,05
0,05-5
5-10
10-100
Примечание. При концентрации газов, превышающей пределы, указанные в гра¬
фе D, возможность применения материала для строительных конструкций следует
определять на основании данных экспериментальных исследований.
45
Оксиды азота, растворяясь в воде, образуют растворы кислот.
Степень проникновения агрессивных газов зависит от плотности
материала. В пористые материалы (например, бетон) агрессивные
газы проникают на глубину 100 и более миллиметров, а в плотные
(изверженные породы) - на 5-10 мм. Металлы коррозируют в основ¬
ном с поверхности.
Жидкие агрессивные среды могут быть в виде растворов солей,
кислот и щелочей, а также в виде животных и растительных масел,
органических соединений (бензин, бензол, ацетон, керосин и др.),
подземных вод с растворенными в них химическими элементами.
Агрессивное действие масел заключается в том, что, проникая
в тело конструкции в результате капиллярного подсоса, они соз¬
дают расклинивающее действие, нарушая структуру материала.
Наличие в масле поверхностно-активных всществ повышает агрес¬
сивность.
Степень агрессивности газовой среды для групп А-D меняется
в зависимости от влажности воздуха и с ее повышением (табл. 3.4)
она увеличивается. При наличии в агрессивной среде нескольких га¬
зов степень агрессивности принимается по наиболее агрессивному
Влияние жидких сред на материал конструкций приведено в та¬
блице 3.3.
Таблица 3.3
Степень агрессивности жидких агентов
Вид
материала
Среда
Нефть сырая/
мазут
Масло минеральное/
растительное
Органические
кислоты
Растворен¬
ный бензин
Дерево
Н
Н
Сл
Сл
Бетон
Ср/Сл
Сл/Ср
Сл
Н/Сл
Железобетон
Ср
Сл/ Ср
Ср
Сл/Н
Металл
Сл
н
Сил
Сл
Кирпич
н
н
Н
н
Строительные конструкции интенсивно коррозируют при кон¬
такте с твердой средой (солью, пылью), которая, взаимодействуя с
влагой воздушной среды, образует среду различной агрессивности
в зависимости от растворимости твердой среды и гигроскопичности
(табл.3.5).
46
Таблица 3.4
Степень агрессивного воздействия газообразных сред
на конструкции из разных материалов
Влажностный режим
помещений
Группа газов
Степень агрессивного воздействия газообразных сред
на конструкции из разных материалов
Бетон
Железобетон
Древесина
Глиняный
кирпич
Силикатный
кирпич
Металл (внутри
отапливаемого
здания)
Металл (внутри
неотапливаемо¬
го здания)
Металл на от¬
крытом воздухе
Сухой
А
Н
Н
Н
-
-
Н
Н
Сл
В
Н
Н
Н
н
Н
Н
Сл
Сл
С
Н
Сл
Н
Н
н
Сл
Ср
Ср
D
Н
Ср
Сл
Н
н
Ср
Ср
Сил
Нормальный
А
Н
н
Н
-
-
н
Сл
Сл
В
Н
Сл
Н
Н
н
Сл
Ср
Ср
С
Н
Ср
Сл
н
н
Ср
Ср
Ср
D
Сл
Сил
Ср
н
Сл
Ср
Сил
Сил
Влажный или
А
Н
Сл
н
-
-
Сл
Ср
Ср
мокрый
В
Н
Ср
Сл
н
н
Ср
Ср
Ср
С
Сл
Сил
Сл
н
Сл
Ср
Сил
Сил
D
Ср
Сил
Ср
н
Ср
Ср
Сил
Сил
Таблица 3.5
Степень агрессивного воздействия твердых сред
Влажностный
режим
помещений
Растворимость
твердых сред
в воде и их
гигро скопично сть
Степе
ных с
нь агрессивного воздействия газообраз-
зед на конструкции из разных материалов
Бетон
Железобе¬
тон
Кирпич
Дерево
Металл
глиня¬
ный
силикат¬
ный
внутри
отапл.
зданий
внутри
неотапл.
или под
навесом
Сухой
Малорастворимые
-
-
-
-
Н
н
Н
Хорошо растворимые/
малорастворимые
Н
Сл
Н
Н
Н
Н
Сл
Хорошо растворимые/
гигроскопичные
Сл
Ср
Н
Н
Сл
Сл
Сл
Нормаль¬
ный
Малорастворимые
-
-
-
-
н
Н
Сл
Хорошо растворимые/
малорастворимые
Сл
Сл
Н
Сл
Сл
Сл
Ср
Хорошо растворимые/
гигро скопичные
-
Ср
Сл
Ср
-
Ср
Ср
Влажный
или мокрый
Малорастворимые
■■
-
-
■■
н
н
Сл
Хорошо растворимые/
малорастворимые
Сл
Ср
Сл
Ср
Сл
Сл
Ср
Хорошо растворимые/
гигро скопичные
Ср*
Сил
Ср
Ср
Ср
Ср
Ср
Примечание. * Уточняется в зависимости от вида солей.
47
К малорастворимым относятся соли с растворимостью менее
2 г/л, к хорошо растворимым - свыше 2 г/л; к малогигроскопичным -
соли с относительной влажностью 60% и более, а к гигроскопичным
- менее 60%.
Биологическая агрессивность среды в виде микроорганизмов
(бактерии, микробы) является разрушителем не только древесины,
но и полимеров, каменных материалов, металла.
В строительных конструкциях одновременно возможно влияние
агрессивной среды и напряжений от действия постоянной и времен¬
ной нагрузок. Происходит коррозия конструкции под напряжением,
которая приводит к большему снижению прочности материала, чем
при отсутствии нагрузки.
3.2 Влияние характера агрессивных воздействий
и условий окружающей среды на возникновение
коррозии конструкций и их работу
При выявлении степени агрессивности среды, в которой нахо¬
дятся различные части зданий, а также при разработке антикор¬
розионной защиты, наиболее важными становятся определение
степени увлажнения и продолжительности контакта строительных
элементов с жидкими средами, изменения показателей сорбцион¬
ной влажности под воздействием пыли и газов, условия содержа¬
ния конструкций.
Атмосферные условия. Конструкции в открытой атмосфере
подвергаются воздействию осадков, агрессивных газов, аэрозолей.
Скорость распространения коррозии металла при этом зависит от
продолжительности общего увлажнения. Так, для территории РФ
она составляет от 500 до 4800 ч/год. Общая продолжительность вре¬
мени нахождения влажностной пленки на поверхности конструкции
определяется как суммарная продолжительность действия различ¬
ных атмосферных факторов (дождя, тумана, росы, и т.д.). Внутри не¬
отапливаемых зданий в результате экранирования стенами и кровлей
влияние атмосферы будет несколько уменьшено. Для отапливаемых
зданий температурно-влажностный режим зависит в основном от
характера технологического режима и главным образом отмикро-
климата_помещений.
На промышленных объектах наиболее интенсивно проявляются
высокая влажность в градирнях, где она сочетается с высокой темпе¬
ратурой, создавая идеальные условия для возникновения коррозии.
Конструкции объектов по наружному контуру существенно зависят
от атмосферных осадков.
48
Характерной особенностью атмосферной коррозии является ее
зависимость от сезонных колебаний метеорологических параметров.
Максимальный прирост коррозии наблюдается в весенне-летний и
летне-осенний периоды.
Степень агрессивного воздействия указанных физических факто¬
ров определяется количеством циклов перехода температуры через
0°С, а также суровостью климата.
Суровость климата характеризуется количеством дней при
отрицательной температуре с учетом остужающего действия ве¬
тра - градусо-дней, которые, в свою очередь, определяются как
произведение среднемесячной температуры на количество дней
в холодный период года. Необходимо выявить те элементы в зда¬
ниях и сооружениях, которые по условиям работы могут претер¬
певать многократные замораживания и оттаивания как в течение
года, так и суток (цокольные элементы). Обеспечение долговеч¬
ности таких элементов особенно важно при наличии градусо-
дней более 1500.
Состав атмосферного воздуха. Химические предприятия выделя¬
ют в атмосферу разнообразные продукты, которые имеют более 100
наименований.
Из многочисленных газов, выделяющихся в атмосферу, значитель¬
ную коррозионную опасность представляет собой сернистый газ
(S02) и серный ангидрид (S03), который соединяется в атмосфере с
парами воды, превращаясь в аэрозоль серной кислоты.
Сернистый газ S02 при растворении образует сернистую кисло¬
ту, которая малоустойчива и распадается. В воздухе под действием
кислорода S02 может переходить в S03. При солнечном освещении
процесс ускоряется.
Оксиды азота при адсорбции N02 парами воды образуют азоти¬
стую и азотную кислоты.
Хчор С12 при соединении с влагой воздуха образует хлорную
воду, обладающую окислительным действием, а также хлористый
водород (НС1), который является одним из наиболее коррозионно¬
опасных газов.
При наличии агрессивных сред помещения с повышенной
влажностью (особенно мокрые) настолько коррозионно-опасны для
строительных конструкций, что часто экономически более выгод¬
ным является не разработка сложной и дорогостоящей антикорро¬
зионной защиты, а устройство вентиляции, отопления или проведе¬
ния других мероприятий, которые бы способствовали уменьшению
влажности. Температура и влажность воздуха даже в отапливаемых
зданиях не являются постоянными во времени (табл. 3.6).
49
Таблица 3.6
Влажностный режим помещений в зимний период в зависимости
от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха
Режим помещений
Влажность, %, внутри помещений
при температуре воздуха, °С
Сухой
До 60
До 50
До 40
Нормальный
60-75
50-60
40-50
Влажный
Свыше 75
60-70
50-60
Мокрый
-
Свыше 75
Свыше 60
Если в цехах нет избыточных тепловыделений, оказывающих
влияние на микроклимат, то средние значения влажности воздуха
(рвн для проектирования защиты можно ориентировочно прини¬
мать по формуле
„ <С“Л'Г,+<,(365-Г,)
<Рвн~К' 365
где К - коэффициент, учитывающий суточные колебания влажности
для данного типа зданий;
К=1,1 до 1,5;
ОТ А 77 U **
ybh относительная влажность воздуха внутри помещении в
отапливаемый период года; Т - продолжительность отапливаемого
периода для данного района, сут;
¥нар " средняя относительная влажность наружного воздуха в
неотапливаемый период года, %, принимается согласно климатиче¬
ским данным.
Твердые среды в виде пыли и аэрозолей попадают через неплот¬
ности оборудования, при разгрузке или транспортировке сыпучих
продуктов вместе с приточным наружным воздухом, а также при
испарении растворов с повышенной температурой. Сухая пыль при
отсутствии увлажнений и при низкой относительной влажности воз¬
духа не оказывает сколько-нибудь существенного коррозионного
воздействия. Наибольшую коррозионную опасность представляют
для конструкций твердые среды, которые обладают высокой гигро¬
скопичностью.
Толщина слоя пыли на строительных конструкциях некоторых
производств может достигать 5-10 см, при этом она представляет со¬
бой не только коррозионную опасность, но и значительно увеличи¬
вает нагрузку на строительные элементы. В результате растворения
пыли конденсатом или водой образуются кислые растворы, и про¬
цессы коррозии протекают как и при действии жидких сред. По ха¬
рактеру воздействия жидких сред здания, сооружения и их элементы
условно можно разделить на несколько групп:
50
- работающие при постоянном контакте с жидкими продуктами:
наливные сооружения, технологические аппараты (типа экстракто¬
ров), каналы, лотки, приямки и др.;
- конструкции, периодически подвергающиеся проливам:
полы, плинтусы, колонны, стены;
- конструкции, которые подвергаются воздействиям жидких сред
лишь при аварийных ситуациях, связанных с «отказом» оборудова¬
ния или защиты.
При гидросмыве полов на конструкции в условиях эксплуатации
могут действовать (по степени увеличения агрессивности) следующие
жидкие среды: вода (питьевая, хозяйственная и др.), бытовые сточные
воды, производственные сточные жидкости (разбавленные водой при
уборке пола), технологические растворы. При концентрациях жидких
сред, меньших чем 1-2%, нормирование коррозионной опасности
применительно к бетону, асбестоцементу, железобетону осуществля¬
ется по нормам агрессивности воды-среды. При больших концентра¬
циях растворы считаются сильноагрессивными по отношению к бето¬
ну уже независимо от состава, т.е. как при 5, так и при 50%.
На скорость распространения коррозии влияет уровень напря¬
женного состояния конструкции.
Установлено, что скорость течения коррозионных процессов в
кислых растворах значительно увеличивается, когда напряжения в
стальных конструкциях переходят из упругой в пластическую об¬
ласть, особенно при наличии динамических нагрузок.
В наливных сооружениях с антикоррозионной защитой из штуч¬
ных футеровочных материалов расчетное сопротивление желатель¬
но принимать не более 130 МПа.
В бетонных и особенно железобетонных конструкциях уровень
напряжений оказывает существенное влияние на интенсивность фи-
зико-химических процессов. Установлено, что при растяжении увели¬
чивается проницаемость бетона, и чем выше уровень напряжений, тем
больший коррозионный эффект оказывает окружающая агрессивная
среда. Предполагается принимать ограничения для сжатых элементов
напряжения, равными 0.6Rrip, для растянутых - 0,411^.
3.3 Особенности течения коррозионных процессов
в конструкциях из разных материалов
3.3.1 Коррозия металлов
Металлы под действием различных физико-химических и био¬
логических факторов разрушаются или снижают свои потреби¬
тельские качества. Такое разрушение изделий из металлов при воз¬
действии внешней среды получило название коррозии металлов.
51
Понятие о коррозии (ржавлении) металлов известно с древнейших
времен, однако в современном понимании термин появился в 1667
г. в английском журнале. В России явление коррозии металлов (в
газовых средах и растворах кислот) исследовал М.В. Ломоносов.
Термин «коррозия» в русском языке стал известен в начале XX в,
хотя близкие по смыслу слова - ржа, ржавление - славянского про¬
исхождения.
Коррозия металлов - процесс самопроизвольный, всегда негатив¬
ный, с точки зрения промышленной практики. Иногда под термином
«коррозия металлов» понимают не только сам процесс, но и его ре¬
зультат - разрушение.
В международном стандарте ИСО 8044-1986 под термином «кор¬
розия» подразумевают физико-химическое взаимодействие между
металлом и средой, в результате которого изменяются свойства ме¬
талла и часто сопровождаются ухудшением его функциональных ха¬
рактеристик, а в отдельных случаях - включающей их технической
системы в целом.
Разрушение металлов и сплавов может происходить в результате
химического, электрохимического, биологического и радиационно¬
го или механического воздействий внешней среды. Механическое
разрушение (износ, истирание и т.д.) конструкционных металлов
связано с эрозией.
Способность металлов противостоять коррозионному воздей¬
ствию внешней среды называют коррозионной стойкостью.
Причины возникновения коррозии металлов
Основная причина коррозии металлов и сплавов - их термодинами¬
ческая неустойчивость. Термодинамика дает нам информацию о воз¬
можности самопроизвольного протекания коррозионного процесса
при конкретных внешних условиях. Термодинамическая стабиль¬
ность химического соединения определяется знаком и величиной
изменения изобарного потенциала G (при его образовании из про¬
стых веществ). Пусть G{ относится к исходным веществам, G2 - к
продуктам реакции, тогда A G= G}- G2, и если A G<0, то соединение
устойчиво в данных условиях, т.е. не подвержено коррозии. Только
оксиды Au203, AgO, Ag203 термодинамически неустойчивы при
стандартных условиях.
Скорость распространения коррозии, как и любого другого про¬
цесса, оценивается отношением величин движущей силы процес¬
са его торможения. Значения термодинамических потенциалов ме¬
таллов можно использовать для оценки движущей силы процесса,
т.е., зная значения A G, можно определить вероятность протекания
коррозии. Скорость коррозионного процесса зависит от множества
52
одновременно действующих факторов: внутренних, характеризую¬
щих природу металла, технологию его изготовления, состав сплава,
тип структуры, внутреннее напряжение, состояние поверхности и
внешних факторов, характеризующих состав агрессивной среды и
условия протекания процесса (температуру, давление, гидродинами¬
ческие условия).
Коррозионные процессы протекают на границе раздела фаз при
взаимодействии твердого вещества с газом или жидкостью. Такой
механизм взаимодействия называют гетерогенным. Простейшую
схему гетерогенного процесса можно представить себе в виде сле¬
дующих основных этапов:
- транспортировки реагирующих веществ к поверхности раздела фаз;
- химического взаимодействия;
- отвода продуктов реакции.
По степени поражения металла различают сплошную (общую) и
локальную коррозию. Сплошная коррозия, в свою очередь, может
быть равномерной и неравномерной в зависимости оттого, одинако¬
ва ли глубина поражения на различных участках поверхности. Если
при коррозии разрушается одна структура, составляющая сплава или
одна из компонентов сплава, то коррозию называют структурно-
избирательной.
При локальной коррозии разрушение сосредоточивается на
отдельных участках поверхности, и, в зависимости от разме¬
ра поражения, различают коррозию пятнами (d > h), язвенную
(d ~ h) и питтинговую (точечную, d < h). Язвенная и питтинго-
вая коррозия листового материала при сквозном проникновении
по толщине его разрушения превращается в сквозную коррозию.
Из питтинговой коррозии со временем может также развиться
подповерхностная коррозия, захватывающая слой металла, на¬
ходящийся под очень тонким (например, наклепанным) слоем,
который впоследствии вздувается и растрескивается; нитевид¬
ная коррозия, распространяющаяся в виде нитей и возникающая
чаще всего под неметаллическими покрытиями, нанесенными
на углеродистую сталь.
Принимая во внимание кристаллическую структуру метал¬
лов, различают следующие виды коррозии: межкристаллитную и
транскристаллитную. Первая проходит по наименее стойким гра¬
ницам зерен, не затрагивая зерен металла, вторая рассекает зерна
металла, проходя через них трещиной. Межкристаллитной коррозии
подвержены многие сплавы: строительные, нержавеющие высоко¬
хромистые и хромоникелевые стали, медно-алюминиевые сплавы
(дюралюмины) и др. По характеру проявления к ним близка ноже-
53
вая коррозия, разрушающая металл вдоль сварного шва, что бывает
при эксплуатации в особо агрессивных средах.
Основные виды коррозионных повреждений металла показаны
на рис 3.1.
V
штт
Рисунок 3.1 - Характер коррозионных повреждений металла: 1 - общая равно¬
мерная; 2 - общая неравномерная; 3 - струшурно-избирательная;
4 - коррозия пятнами; 5 - локальная язвенная; 6 - локальная пштин-
говая; 7 - локальная сквозная; 8 - подповерхностная; 9 - нитевидная;
10 - межкристаплитная; 11 - транскристашштная; 12 - ножевая
Классификация коррозионных процессов
Коррозионные процессы различают:
- по механизму реакций взаимодействия металла со средой;
- виду коррозионной среды;
- изменению геометрических характеристик коррозионных раз¬
рушений на поверхности или в объеме металла;
- характеру дополнительных воздействий, которым подвергает¬
ся металл одновременно с действием коррозионной среды.
По механизму реакции взаимодействия со средой коррозия метал¬
лов делится на два основных типа: химическую и электрохимическую.
По виду агрессивной среды, принимающей участие в процес¬
се разрушения металлов, различают газовую, атмосферную, в
54
растворах электролитов, подземную и коррозию в жидкостях-
неэлектролитах.
По характеру изменения поверхности металла или его физико¬
химических свойств, независимо оттого, какое происходило взаи¬
модействие со средой, коррозионные разрушения подразделяются
на виды, указанные выше.
Если коррозией охвачена вся поверхность металла, то та¬
кой вид разрушения называют общей или сплошной коррозией.
Сплошную коррозию делят на равномерную и неравномерную.
Сплошная коррозия - наименее опасный вид коррозии, так как
материал лишь незначительно теряет свои прочностные свой¬
ства (около 5%).
При местной коррозии разрушаются отдельные участки поверх¬
ности металла. Местная коррозия имеет неодинаковую степень
разрушения. Наиболее характерными видами местной коррозии
являются коррозия в виде пятен, язв, точечная и подповерхностная,
межкристаллитная и ножевая.
Коррозия в виде пятен - разрушение отдельных участков поверх¬
ности металла на сравнительно небольшую глубину.
Коррозия в виде язв отличается от коррозии в виде пятен боль¬
шей глубиной проникновения в слой металла (например, коррозия
стали в грунте).
Точечная коррозия (питтинг) связана с разрушением металла в
виде точечных поражений, перерастающих в сквозные.
Подповерхностная коррозия возникает, как правило, в тех слу¬
чаях, когда защитные покрытия (пленки, лаки и т.п.) разрушены на
отдельных участках. Именно поэтому металл разрушается преиму¬
щественно под поверхностью, и продукты коррозии оказываются
сосредоточенными внутри металла.
Один из наиболее опасных видов местной коррозии - межкристал¬
литная коррозия, которая, не разрушая зерен металла, продвигается
вглубь по их менее стойким границам. Для зоны сплавления свар¬
ных швов характерна локализованная в виде специфичных надре¬
зов ножевая коррозия.
Местная коррозия более опасна, чем сплошная.
Среди случаев коррозии, отличающихся по характеру
дополнительных воздействий, необходимо выделить следующие:
1) коррозионное растрескивание - коррозия металла,
развивающаяся в зоне действия механических напряжений;
2) коррозию при трении (эрозионную коррозию) - разрушение
металла при одновременном воздействии коррозионной среды и
сил трения;
55
3) кавитационную коррозию - разрушение металла при
одновременном коррозионном и ударном воздействии агрессивной
среды (коррозия лопастей гребных винтов).
Химическая коррозия
Химическая коррозия - процесс разрушения металла под действи¬
ем внешней среды, вступающей с ним в химическое взаимодействие.
Не сопровождается образованием электрического тока. К химиче¬
ской коррозии относят:
а) коррозию в жидкостях-неэлектролитах;
б) газовую коррозию - коррозию при контакте металла с сухими
газами при высоких температурах.
К неэлектропроводным жидким средам относятся жидкости ор¬
ганического происхождения - спирты, бензол, фенол, хлороформ,
тетрахлорид углерода, нефть, керосин, бензин и т.д. В чистом виде
органические растворители и входящие в состав нефти и жидкого то¬
плива углеводороды слабо реагируют с металлами, но в присутствии
даже незначительного количества примесей процессы взаимодей¬
ствия резко интенсифицируются. Ускоряют коррозионные процессы
находящиеся в нефти серосодержащие соединения (сероводород,
меркаптаны, а также элементарная сера). Присутствие воды увели¬
чивает коррозионную активность сырой нефти, содержащей в себе
сероводород.
Наличие растворенного в жидкости кислорода и повышение тем¬
пературы среды приводят к усилению процесса коррозии.
Металлические конструкции, работающие в среде жидкостей-
неэлектролитов, защищают от коррозии либо подбором устойчивых
в данной среде металлических конструкционных материалов, либо
нанесением специальных защитных покрытий.
Газовая коррозия - наиболее распространенный вид химической
коррозии.
Типичный случай газовой коррозии наблюдается при взаимодей¬
ствии металла с кислородом. Образующаяся на поверхности метал¬
ла оксидная пленка может защищать металл от дальнейшего окисле¬
ния. В результате адсорбции молекул кислорода поверхностью ме¬
талла, соприкасающейся с атмосферой, образуется слой оксидов. В
дальнейшем атомы кислорода диффундируют через образовавшийся
слой оксида, одновременно с этим в противоположном направлении
диффундируют ионы металла. Реагируя с кислородом, ионы метал¬
ла образуют оксид, что приводит к появлению новых слоев пленки,
т.е. к ее утолщению. По мере утолщения пленки процесс диффузии
56
будет затрудняться. Возникающая пленка будет тормозить дальней¬
шее развитие коррозионного процесса только в том случае, когда она
обладает защитными свойствами. Толщина образовавшихся пленок
обусловливается видом металла, параметрами среды и рядом других
факторов.
Чтобы оксидная пленка обладала защитными свойствами, она
должна удовлетворять следующим требованиям: быть сплошной,
беспористой; иметь хорошее сцепление с металлом и коэффициент
термического расширения, близкий к величине этой характеристи¬
ки для металла; обладать твердостью и износостойкостью. Если
образовавшаяся пленка пористая, рыхлая и имеет плохое сцепление
с металлом, то даже при условии ее инертности к данной агрессив¬
ной среде она не будет защитной.
Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с
электролитом.
Поверхность любого металла гетерогенна и состоит из множе¬
ства короткозамкнутых микроэлектродных элементов. При контакте
с раствором электролита микрокоррозионные системы элементов
начинают функционировать, что приводит к разрушению (корро¬
зии) поверхности металла. Причины, создающие гетерогенность
(неоднородность) в системе металл — электролит, различны. Среди
них можно выделить три основные причины: неоднородность ме¬
таллической и жидкой фаз и неоднородность наложения внешних
условий.
Неоднородность металлической фазы вызвана наличием
электропроводящих включений, поверхностных дефектов, неодно¬
родностью защитных оксидных пленок на поверхности металла.
Неоднородность жидкой фазы (электролита) связана с различ¬
ной концентрацией растворенного в электролите кислорода, наличи¬
ем pH отдельных зон электролита.
Неоднородность наложения внешних условий вызывается нерав¬
номерностью температуры отдельных участков поверхности метал¬
ла при контакте с электролитом либо неравномерным наложением
внешнего электрического поля.
Анодный и катодный процессы классифицируются как первич¬
ные процессы коррозии, а продукты взаимодействия называют пер¬
вичными продуктами коррозии.
При электрохимической коррозии возможно протекание вто¬
ричных процессов: взаимодействие первичных продуктов коррозии
друг с другом, с электролитом, с растворимыми в нем газами с обра¬
зованием вторичных продуктов коррозии. При этом слабораствори¬
мые вторичные продукты коррозии затрудняют доступ электролита
57
к поверхности металла и тем самым снижают скорость электрохи¬
мической коррозии.
Коррозионно-механический процесс разрушения металлов
Такой вид разрушения возникает при совместном действии растя¬
гивающих напряжений и агрессивной среды (коррозионное растрески¬
вание, происходящее из-за интенсификации локальной коррозии на
узких участках поверхности металла под действием механических на¬
пряжений). К особенностям коррозионного растрескивания относят:
а) хрупкий характер трещин;
б) направление трещин перпендикулярно растягивающим напряже¬
ниям;
в) образование межкристаллитных или транскристаллитных тре¬
щин с разветвлениями;
г) время до растрескивания, которое зависит от силы приложен¬
ных растягивающих напряжений.
Коррозионное растрескивание наступает при действии
растягивающих напряжений, при этом интенсифицируется анод¬
ный процесс в вершине микротрещины. Заключительная стадия
коррозионного растрескивания: механические напряжения превы¬
шают предел текучести, в итоге происходит разрыв металла.
Предотвратить коррозионное растрескивание можно:
а) снижая растягивающие напряжения (внутренние или внеш¬
ние);
б) удаляя из агрессивной среды вещества, способствующие кор¬
розии;
в) используя электрохимическую защиту от коррозии или приме¬
няя ингибиторы;
г) используя стойкие стали с повышенным содержанием никеля.
Атмосферная коррозия - это разрушение металлов во влажных
средах при температуре окружающей среды. При этом преобладают
электрохимические гетерогенные процессы на границе раздела фаз
(поверхность металла - тонкий слой влаги, сконденсировавшейся
на поверхности металла). На скорость распространения процесса
атмосферной коррозии влияют характер атмосферы, продолжитель¬
ность воздействия, состав металла и состояние его поверхности.
Влажность, температура и степень загрязнения атмосферы воздей¬
ствуют на качество и состав образующихся на поверхности металла
пленок влаги.
Наиболее агрессивны среды, сильно загрязненные промышлен¬
ными отходами - газами С02, S02, N02, NH3, НС1, частицами солей,
58
угольной пылью; менее активны чистые и сухие континентальные
атмосферы. О влиянии химического состава атмосферы на скорость
образования коррозии можно судить и по следующим данным: в
сельской атмосфере скорость коррозии стали составляет 100-250 г/
(м2год), а в промышленной - 450-500 г/(м2год), для цинка - соответ¬
ственно 7-20 и 40-80 г/(м2год).
В зависимости от влажности атмосферы, различают несколько
видов атмосферной коррозии: мокрую, влажную и сухую.
Мокрая атмосферная коррозия наблюдается при капельной
конденсации влаги на поверхности металла при относительной
влажности воздуха, равной 100 %. Так корродируют металлические
конструкции под действием дождя, снега, тумана, т.е. прямого по¬
падания влаги.
Влажная атмосферная коррозия возникает при влажности в атмос¬
фере ниже 100% и сопровождается адсорбционной, капиллярной и
химической конденсацией на поверхности металла. Адсорбционная
конденсация - это процесс образования тончайшего слоя молекул
воды, связанных с поверхностью металла адсорбционными силами.
В зависимости от состояния металлической поверхности, на ней при
влажности немного ниже 100% может адсорбироваться слой влаги в
несколько десятков молекулярных слоев.
Сухая атмосферная коррозия проходит при относительной влаж¬
ности ниже 60%, т.е. под действием кислорода воздуха. В этом слу¬
чае наблюдается лишь потускнение поверхности металла вследствие
образования пленки из продуктов коррозии. Процесс разрушения в
случае сухой атмосферной коррозии подобен химическому процессу
роста оксидных пленок на поверхности металла. Пленка на металле
в условиях сухой атмосферной коррозии растет очень медленно, и
рост ее быстро прекращается, однако сухая атмосферная коррозия
при появлении на металлической поверхности тончайших пленок
влаги переходит во влажную атмосферную коррозию, а при попада¬
нии брызг - в мокрую.
На скорость распространения атмосферной коррозии влияют
свойства образующихся продуктов коррозии, в частности их гигро¬
скопичность. Так, гигроскопичные продукты коррозии меди и ни¬
келя в атмосфере, загрязненной сернистыми газами, способствуют
интенсивному поглощению влаги поверхностью металла и дальней¬
шему усилению коррозии. Негигроскопичные продукты коррозии
хорошо предохраняют металл от дальнейшего разрушения.
Подземной коррозией называют коррозионные разрушения ме¬
таллических конструкций в почвах и грунтах. Грунты — одна из наи¬
более сложных по химическому составу и структуре коррозионных
59
сред. Они представляют собой твердую, жидкую, газовую и биоло¬
гическую составляющие, соотношение которых значительно изме¬
няется на отдельных участках поверхности земли. Твердая состав¬
ляющая массы почвы (грунта) состоит из минералов, образующих
пористую структуру.
Поры грунта, как правило, занимают электролиты, содержащие в
себе минеральные соли и растворенные газы.
Влажность грунта определяет скорость подземной коррозии.
Повышение влажности грунтов до 20% уменьшает омическое
сопротивление возникающих коррозионных элементов, что вызыва¬
ет увеличение коррозии. Максимальная скорость распространения
коррозии отмечается при влажности 15-25%. При дальнейшем уве¬
личении влажности происходит насыщение грунта водой, образу¬
ется сплошной слой, затрудняющий доступ кислорода к металлу и
приводящий к уменьшению скорости коррозионного процесса.
На скорость распространения коррозии влияет pH почвы. Коррозия
особенно велика в торфянистых и болотистых грунтах (рН~3).
Черноземы, содержащие в себе органические кислоты, относительно
высокоагрессивны к стали. Одна из наиболее агрессивных почв - под¬
зол. Скорость распространения коррозии стали в таких почвах в 5 раз
выше, чем в других. Необходимо отметить, что коррозионная агрес¬
сивность грунтовой среды автомобильных дорог обусловлена кислот¬
ными осадками и применением солей для очистки дорог.
Повреждения при подземной коррозии бывают обычно язвенны¬
ми или точечными (питтинги).
Коррозия под действием блуждающих токов
Блуждающими токами называют токи, ответвляющиеся от свое¬
го пути. Попадая в металлические конструкции, расположенные в
грунте, они вызывают коррозию. Источником возникновения блуж¬
дающих токов в почве служат рельсовые пути трамвайных и элек¬
трических железных дорог, в которых рельсы выполняют роль об¬
ратного проводника для тока, например, в электросварочных аппа¬
ратах, работающих от постоянного тока. Коррозия под действием
блуждающих токов особенно опасна в тех случаях, когда этот ток
постоянный.
Микробиологическая коррозия — это коррозионное разруше¬
ние металлов при воздействии микроорганизмов и продуктов их
жизнедеятельности. Микроорганизмы могут подавлять действие
ингибиторов коррозии. Бактерии вырабатывают серную, муравьи¬
ную, уксусную и другие карбоновые кислоты.
60
Микробиологическая коррозия протекает совместно с атмосфер¬
ной или подземной. В водных средах или жидкостях-неэлектролитах
результаты микробиологической коррозии аналогичны другим ви¬
дам коррозионных воздействий: общие или локальные повреждения
металлов, покрытий (металлических, полимерных и др.).
Процесс микробиологической коррозии можно разделить на
следующие стадии:
1. Транспортировка микроорганизмов из воздушной и водной
сред или из почвы на поверхность металлоконструкций или перенос
их с загрязнением поверхностей.
2. Адсорбция микроорганизмов и загрязнений на поверхности
металлов. Прочность сцепления микроорганизмов и частиц поверх¬
ности, а также характер загрязнений и условия эксплуатации машин
определяют дальнейшее развитие процесса.
3. Образование и рост колоний микроорганизмов до визуально
наблюдаемых размеров.
4. Воздействие продуктов жизнедеятельности микроорганизмов
на материал конструкций (кислотное, щелочное, окислительное, фер¬
ментативное). Анаэробные микроорганизмы в почвенных средах спо¬
собны вырабатывать сероводород, углекислоту, углеводороды, щелочи
и другие химические соединения, влияя на возможность протекания
и скорость коррозии. Аэробы - микроорганизмы, способные жить и
размножаться только при наличии свободного кислорода. Анаэробы -
микроорганизмы, способные жить и развиваться при отсутствии сво¬
бодного кислорода и получающие энергию для жизнедеятельности
расщеплением органических и неорганических веществ.
5. Стимулирование коррозионного разрушения металлов и деструк¬
ции полимеров — явлений, сопутствующих биоповреждениям.
Методы защиты от биокоррозии сводятся к предотвращению
(ограничению) развития или уничтожению микроорганизмов: при¬
менение покрытий (лакокрасочных, полимерных и прочих с включе¬
ниями биоцидов), поддержание определенных атмосферных усло¬
вий эксплуатации, воздухообмен, очистка воздуха и металлических
поверхностей от загрязнений.
Оценка степени коррозионной стойкости металлов
Коррозионную стойкость металла можно оценить по следующим
показателям:
а) по изменению массы металла при коррозии, отнесенной к
единице поверхности и единице времени. Эту величину называют
массовым показателем коррозии;
61
б) по уменьшению толщины образца металла, выраженной в
линейных единицах и отнесенной к единице времени. Это показа¬
тель коррозии, характеризующий среднюю глубину разрушения ме¬
талла за единицу времени (мм/год);
в) по плотности коррозионного тока.
Для количественной и качественной оценок степени коррози¬
онной стойкости металлов по ГОСТ 13819-68 установлена десяти¬
балльная шкала коррозионной стойкости (табл. 3.7 ).
Таблица 3.7
Группы коррозионной стойкости металла
Группа стойкости
Скорость коррозии
металла, мм/год
Балл
Совершенно стойкие
<0,001
1
Весьма стойкие
0,001-0,005
2
0,005-0,01
3
Стойкие
0,01-0,05
4
0,05-0,1
5
Пониженно-стойкие
0,1 -0,5
6
0,5-1,0
7
Малостойкие
1,0-5,0
8
5,0-10,0
9
Нестойкие
10,0
10
Основные цели коррозионных исследований и испытаний вклю¬
чают в себя:
а) подбор коррозионно-стойкого материала для изготовления кон¬
кретной конструкции или ее элементов;
б) выбор эффективного способа защиты от коррозии;
в) оценку агрессивности среды;
г) анализ причин преждевременного выхода изделий из строя в
результате их коррозии;
д) прогнозирование возможных сроков эксплуатации.
Среди количественных методов исследований степени коррозии
металлов наиболее часто применяют массовый, объемный, электри¬
ческий, электрохимический.
Самый простой метод количественного испытания - массовый
(гравиметрический), который позволяет определить разность масс
образца до и после образования коррозии. Скорость течения кор¬
розионных процессов определяют по массовому показателю Кмасс.
Изменение механических свойств при испытаниях носит условный
характер: чем больше площадь начального сечения образца, тем
меньше изменение начального предела прочности. Этот вид испы¬
62
тании применим для определения механических свойств листового
материала. Измеряют предел прочности на разрыв и относительное
удлинение.
Если материал теряет после испытаний свыше 20% своих проч¬
ностных свойств, то его нельзя использовать в качестве конструкци¬
онного материала.
Определение скорости распространения коррозии по изменению
электрического сопротивления образцов основано на том, что про¬
дукты коррозии металла имеют электрическую проводимость зна¬
чительно (на несколько порядков) меньшую, чем металл, и, следова¬
тельно, коррозия будет вызывать возрастание электрического сопро¬
тивления испытуемого образца. При таких испытаниях измеряют
изменение отношения электрического сопротивления корродирую¬
щего образца к его начальному значению.
3.3.2 Особенности коррозии
каменных и бетонных конструкций
Различные структурные нарушения, происходящие в строитель¬
ных материалах (эрозия, суффозия, биоповреждения), можно отне¬
сти к понятию «коррозия», хотя механизмы данных процессов раз¬
личны. Это особенно характерно для каменных материалов.
По механизму протекания различают следующую коррозию ма¬
териала каменных конструкций:
1) физическую;
2) химическую;
3) биологическую.
Интенсивность распространения коррозии конструкций из ис¬
кусственных каменных материалов зависит от структуры материала,
степени и видов его увлажнения, а также от химического состава
воздействующей водной среды.
Скорость и характер разрушений каменных конструкций, как уже
отмечалось, зависят от структуры пор материала: кирпич сухого прес¬
сования, имея сеть капилляров и пор, сообщающихся между собой и
открытых на поверхности, быстро насыщается влагой, ускоряющей
его физическую коррозию. Кирпич пластического прессования имеет
закрытые поры, которые медленнее насыщаются влагой. Значительно
большие напряжения возникают в мелкопористых материалах, контак¬
тирующих с крупнопористыми, при замерзании в них влаги.
В швах каменной кладки использован раствор более плотного
состава, чем материал кладки, раствор в швах которой быстро раз¬
рушается и выветривается. Одновременно разрушается и кирпич
63
по кромкам в месте примыкания к раствору, так как на нем скапли¬
вается влага, не успевающая мигрировать в раствор.
Причиной разрушения каменных конструкций является также на¬
ложение на наружные стены фасадов плотных нггукатурок. Кирпич¬
ные стены, например, при нормальном режиме эксплуатации со¬
держат в себе 0,055-0,53% влаги (по массе). Наличие плотной шту¬
катурки приводит к скоплению влаги между штукатурным слоем и
наружной гранью кирпичной кладки. Плотная цементная штукатур¬
ка создает значительные напряжения из-за разности линейных тем¬
пературных расширений: линейные расширения кирпичной кладки
примерно в два раза меньше, чем в цементном растворе.
Одной из причин возникновения физической коррозии каменных,
бетонных и железобетонных конструкций является также растворе¬
ние влагой и унос с собой некоторых веществ из тела конструкций.
К этому виду относится коррозия выщелачивания. Фильтрующиеся
через конструкцию воды могут растворять и уносить с собой нахо¬
дящийся в ее материале гидроксид кальция, снижая при этом проч¬
ность материала.
Следует отметить, что если наружные стены покрыты плотной
штукатуркой из цементного раствора, то их воздухопроницаемость
снижается в 20 раз. Коэффициент линейной усадки (набухания) ма¬
териала штукатурки в 35 раз больше, чем кирпича. Кроме того, в
этом случае создаются условия для интенсивного накопления влаги
на границе «кирпичная кладка — цементная штукатурка».
Лучшими эксплуатационными параметрами обладают известково¬
песчаные растворы, у которых коэффициент воздухопроницаемости
близок к коэффициенту воздухопроницаемости каменных кладок, а в
некоторых случаях даже превышает его. Известковый раствор устой¬
чив при знакопеременных температурах, так как коэффициенты его
линейного расширения и кирпичной кладки почти совпадают.
Химическая коррозия. Накопление малорастворимых веществ у
наружной поверхности кладки происходит в результате растворения
и уменьшения их во внутренних слоях.
На поверхности конструктивного элемента появляются белые
высолы, которые свидетельствуют о том, что в материале протека¬
ют процессы растворения и выноса извести наружу в сторону более
низких температур.
Опасны для каменных и бетонных конструкций воды, содержа¬
щие в себе химически активные вещества. Наиболее распространен¬
ной коррозией бетонных и железобетонных конструкций является
кислотная коррозия. На бетон разрушительно действует угольная
кислота.
64
Биологическая коррозия материала каменных конструкций
Каменные материалы сильно разрушаются под воздействием про¬
дуктов окисления микроорганизмов: грибы, водоросли, лишайники
воздействуют продуктами метаболизма и ростом биомассы микро¬
организмов, внедряются в поры и трещины. Трещины, образовавши¬
еся в результате выветривания, становятся очагом задержания пыли,
заносимой ветром и птицами, служат дополнительным питанием
микроорганизмам. Чем крупнее поры, тем больше они удерживают
в себе влаги и органической пыли, создавая тем самым условия ро¬
ста микроорганизмов для процесса биоповреждения каменного ма¬
териала.
Бетонные конструкции активно взаимодействуют с органически¬
ми кислотами.
При большем содержании сульфатных ионов ( SC>4 250-1000 мг/л)
коррозия переходит в сульфатно-гипсовую. Сульфоалюминатная
коррозия протекает при наличии в воде сульфатов кальция, натрия,
магния. Полученное в результате реакции вещество увеличивает объ¬
ем твердой фазы в 2,5 раза, что вызывает разрушение материала.
На бетон агрессивно действуют растворы хлорида кальция. Все
хлориды, накапливающиеся в железобетонных конструкциях, уско¬
ряют процесс коррозии арматуры и закладных деталей.
Виды коррозии каменных конструкций
Последствия коррозии каменных материалов могут рассматривать¬
ся в виде физико-химических и физико-механических разрушений.
Физико-химические разрушения связаны с химическими
процессами, происходящими при взаимодействии с агрессивными
средами материала конструкций, а физико-механические связаны в
основном с процессами увлажнения, высыхания, воздействия повы¬
шенных температур и замораживания; к последнему виду разруше¬
ния можно отнести и воздействия масел и эмульсий.
Особенность изучения коррозионных процессов каменных
материалов состоит в том, что они имеют конгломератную и поли-
минеральную структуры.
Коррозионная стойкость силикатных материалов определяется
стойкостью наиболее слабого составляющего, обычно цементирую¬
щего вяжущего.
Силикатные материалы характеризуются значительной пористостью,
благодаря чему возможны увлажнение, подсос воды и фильтрация.
Предложенная полиструктурная теория композиционных
материалов состоит в выделении в единой структуре многих
65
взаимозависимых структур, прорастающих одна в другую (структу¬
ра в структуре).
В рамках теории впервые определены структурообразующие
факторы для каждого структурного уравнения.
Микроструктура присуща связующим. Свойства микрострукту¬
ры определяются явлениями, протекающими в контакте жидкой и
твердой фаз.
При совмещении связующих и крупных фракций образуются
композиты макроструктуры, свойства которой определяются соот¬
ношением заполнителя и связующим и плотностью их упаковки.
Химическое сопротивление материала — это его способность
воспринимать воздействия агрессивных сред без разрушения. Оно
обусловливается коэффициентом химической стойкости, представ¬
ляющим собой отношение прочности после выдерживания в агрес¬
сивной среде в течение определенного времени к прочности до на¬
гружения.
Коррозия природных каменных материалов зависит от свойств
горных пород, из которых они получены.
Изверженные породы отличаются хорошей кислотостойкостью и
щелочестойкостью: гранит, диорит, диабаз, базальт, андезит.
Осадочные породы (кроме обломочных) обладают высокой корро¬
зионной стойкостью: песчаники, состоящие из зерен кварцевого пе¬
ска, сцементированного кремнеземом, глинистыми материалами,
плотным известняком, состоящим из кальцита.
Конструкции из известняков менее кислотостойки, если в них
применен обычный известняк СаС02 или магнезит MgC03.
Более кислотостойки конструкции из плотных кремнистых извес¬
тняков.
Гипсовый камень CaS04>lt2H20 и ангидрит CaS04 легко разруша¬
ются под действием кислот и растворимы в воде.
Метаморфические горные породы (мрамор, гнейс, кварциты,
известняковые песчаники) реагируют на агрессивные среды по-
разному. Так, мрамор корродирует от попадания в него сернистых
газов и влаги. Образующиеся на поверхности сначала сернистая, за¬
тем серная кислоты превращают карбонат кальция в гипсовый ка¬
мень.
Вместе с тем, известковые песчаники, сцементированные окси¬
дом кремния, достаточно кислото- и щелочестойки.
Вид коррозийных процессов зависит от местоположения
конструктивного элемента и характера среды.
Свободная влага заполняет собой крупные пустоты и поры мате¬
риала и удерживается в них с помощью гидростатических сил.
66
Возрастание внутренних напряжений, вызванных расклиниваю¬
щим действием влаги, приводит к значительному снижению проч¬
ности материала.
Разрушение каменных материалов связано с одновременным воз¬
действием отрицательных температур и влаги. Замерзающая в порах
и капиллярах вода увеличивается в объеме, вызывая значительные
напряжения в материале конструкции.
Крупнопористые материалы более морозостойки. При
замораживании материала, поры которого полностью заполнены во¬
дой, могут возникнуть значительные напряжения, во много раз пре¬
восходящие прочность наиболее стойких материалов.
Можно вычислить то давление, которое оказывает замерзшая
вода на материал конструкции. При понижении температуры на 1
°С давление в порах материала каменной конструкции увеличится
на dP = 1.347 107 Па = 13,5 МПа. Следовательно, при понижении
температуры до,- 20°С в материале, поры которого полностью за¬
полнены водой, напряжения, вызванные давлением льда, достигнут
2,7 108 Па = 270 МПа. Когда же вода свободно вытекает из пор, в
которых образуется лед, тогда давление равно нулю. Давление льда
увеличивается с понижением температуры.
На долговечность каменных конструкций, кроме упомянутых фак¬
торов, влияют также попеременное увлажнение и высыхание матери¬
ала даже при отсутствии отрицательных температур. При высыхании
влаги из конструкции вода испаряется сначала из крупных пор, а за¬
тем из более мелких пор - капилляров. В абсолютно сухом воздухе
на конструкцию перестают действовать расклинивающие силы и, как
следствие, в материале возникают значительные напряжения усадки.
Скорость разрушения каменных конструкций под действием
напряжений, усадки и набухания зависит от интенсивности увлаж¬
нения и высыхания.
Причиной физической коррозии каменных, бетонных и железобе¬
тонных конструкций может быть отложение продуктов коррозии на
поверхности закладных металлических деталей, а также арматуры.
Стальная арматура и металлические детали подвергаются корро¬
зии при рН<10, особенно интенсивно она протекает при рН<5, а при
рН=14 практически прекращается, что связано с образованием на
поверхности стали защитной пленки из нерастворимого гидроксида
железа Fe(OH)3.
При переходе воды в лед объем увеличивается примерно на 9%.
Многократные изменения температуры с переходом через ноль вы¬
зывают разрушение структурных сьязей, поэтому постоянно появля¬
ются трещины, по которым идет деструктивное расслоение.
67
Коррозия керамических изделий
Обыкновенный глиняный кирпич не стоек против действия во¬
дных растворов щелочей.
Кирпичные стены разрушаются под действием кристаллогидра¬
тов, которые образуются в материале стен из растворов солей, осо¬
бенно сульфатов натрия и магния.
Разрушение кирпичных конструкций происходит при их
периодическом увлажнении и высыхании. Вместе с тем, керамиче¬
ские изделия устойчивы к воздействию кислот.
Керамические плитки, содержащие в себе алюмосиликаты, стой¬
ки против действия органических и минеральных кислот (кроме
плавиковой).
Умело обожженный черепок отличается хорошей щелочестойко-
стью. Изделия с повышенной кислотостойкостью готовят из туго¬
плавких глйн высокой пластичности.
К физической коррозии следует отнести размораживание кир¬
пичной кладки. Разрушение кирпича от размораживания выражает¬
ся расслоением тела кирпича на вертикальные пластины. Возникает
оно из-за замачивания и замораживания воды, находящейся в порах
и капиллярах материала.
Коррозия силикатного кирпича и силикатных изделий
Силикатный кирпич и изделия из силиката представляют собой
гидросиликат кальция, который является продуктом автоклавной
обработки материала, получаемого в результате взаимодействия из¬
вести и кремнезема.
При дальнейшем твердении на воздухе изделия из гидросиликата
кальция под воздействием диоксида углерода карбонизируются. При¬
сутствие в силикатных изделиях извести и углекислого кальция де¬
лает конструкции, изготовленные из силикатного кирпича и блоков,
нестойкими даже против слабых водных растворов минеральных и
органических кислот. Силикатные конструкции стойки по отноше¬
нию к щелочным агрессивным средам. Вследствие наличия в возду¬
хе и грунтовой воде веществ (оксидов, газов), образующих растворы
кислот, во влажной среде силикатные изделия быстро разрушаются.
Коррозия природных каменных материалов
Коррозионная стойкость природных каменных материалов зави¬
сит от свойств горных пород, из которых они получены. Изверженные
породы отличаются высокой кислото- и щелочестойкостью. Эти ма¬
териалы применяют в основном виде в блоках для отделки ответ¬
68
ственных сооружений и уникальных зданий, а также в качестве щеб¬
ня для бетона, при устройстве фундаментов, стен, перекрытий.
Осадочные породы отличаются высокой коррозионной стойко¬
стью. Песчаники и плотные известняки используют в виде плит и
фасонных деталей для облицовки стен, изготовления лестничных
проступей, подоконников.
К осадочным породам относятся также мраморовидные извест¬
няки, доломиты, гипс и травертин, который применяют в основном
для облицовки внутренних стен и потолков. Конструкции из извест¬
няков менее кислотостойки.
Мрамор используют в качестве облицовочного материала. Он
коррозирует с сернистыми газами и влагой. Вначале на поверхности
мрамора образуется сернистая, а затем - серная кислоты.
Конструкции из карбонатных пород — известняков, доломитов,
мрамора относительно быстрее коррозируют, чем силикатные ма¬
териалы, так как в атмосферной среде преимущественно содержатся
кислые примеси.
3.3.3 Коррозия бетонных и железобетонных конструкций
Виды коррозии представлены на рисунке 3.2.
Коррозия I вида вызывается фильтрацией мягкой воды сквозь бе¬
тон, которая вымывает гидроксид кальция Са(ОН)2 Следует учесть,
что портландцемент содержит в себе более 60% извести.
Удаление и снижение СаО в растворе приводит к разрушению
других гидратов (гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроферри¬
тов), поскольку их существование возможно в растворах гидрата
окиси кальция определенной концентрации. Внешним признаком
этого вида коррозии является белый налет на поверхности конструк¬
ции как результат выпадения в осадок растворенных солей.
Более стойким к коррозии I вида является пуццолановый
портландцемент и шлакопортландцемент с гидравлическими добав¬
ками, а также глиноземистый цемент.
Коррозия II вида развивается под действием на бетон кислот, со¬
лей, щелочей, вступающих в обменные реакции с частями цемент¬
ного камня, в результате образуются хорошо растворимые соли, вы¬
мываемые из тела бетона. Скорость коррозии возрастает с увеличе¬
нием концентрации кислоты и скорости фильтрации. Если прбдукты
коррозии на поверхности бетона слаборастворимы, не удаляются и
остаются на месте, то процесс коррозии приостанавливается, В слу¬
чае отсутствия движения кислых растворов процесс коррозии замед¬
ляется вследствие защиты поверхности продуктами коррозии.
69
Рисунок 3.2 - Виды коррозии бетона
Бетон на портландцементе разрушается при рН<4 . К более стой¬
ким к коррозии II вида относятся портландцемента, к менее стой¬
ким - пуццолановые и цементы, содержащие в себе гидрофобные
добавки. На коррозионное разрушение бетонов оказывает влияние
вид заполнителя.
Коррозию II вида вызываютрастворы щелочей высокой концентра¬
ции (более 5000 мг/л), которые при определенных температурных
условиях растворяют кремнезем, и бетон разрушается. Наиболее
агрессивны растворы едкого натра, едкого калия, аммиака.
Коррозия III вида происходит вследствие накопления в порах
бетона кристаллов солей по двум причинам: в результате химиче¬
ских реакций взаимодействия составных частей цементного камня с
агрессивной средой и из-за переноса солей, выделенных из раствора
при испарении влаги.
На начальной стадии рост кристаллов повышает прочность, а за¬
тем в стенках пор возникают высокие растягивающие усилия, при
которых структурные элементы разрушаются. Такое разрушение
при пористом бетоне и сильноагрессивной среде может наступить
быстро - через месяцы, а в плотном бетоне - через несколько лет.
Коррозия III вида способствует наличию сульфатов в грунтовой
воде, которые при взаимодействии с трехкальциевым гидроалюми¬
натом цемента образуют кристаллы.
К значительному разрушению бетона приводит и рост кристал¬
лов сульфо-алюмината кальция.
В чистом виде рассмотренные три вида коррозии встречаются
редко. Чаще всего один вид коррозии переходит в другой.
70
Наблюдается явление «выцвет солей». Речь идет о белом налете
на поверхности бетона, об образовании карбоната кальция СаСОэ из
гидроокиси кальция Са(ОН) и двуокиси углерода С02. Растворимая
в воде гидроокись кальция поднимается к наружной поверхности
строительной конструкции путем капиллярного подсоса (эффект
фитиля), осаждается там после испарения воды и затем реагирует е
углекислотой воздуха, образуя карбонат кальция. Солевой налет об¬
разуется, если вода находится между плотной опалубкой и бетоном,
на освобожденной от опалубки поверхности бетона или если она с
растворенной в ней известью течет по поверхности бетона.
Налет не влияет на качество сооружений и, в частности, на их
устойчивость, не снижает проектную прочность бетона.
Физико-механическая коррозия предполагает ухудшение свойств
бетона за счет физических явлений. Одним из видов таких измене¬
ний структуры служат замораживание и оттаивание воды в порах и
капиллярах по аналогии с кирпичной кладкой. За счет разморажива¬
ния разрушение начинается с цементного камня как более пористого
материала, в результате бетон раскрашивается.
Знакопеременные температурные напряжения при оттаивании и
замораживании бетона ослабляют связи между крупным заполни¬
телем и цементным камнем за счет большого различия в коэффи¬
циентах температурного расширения этих материалов. С увеличе¬
нием влажности бетона еще больше ослабляются связи на границе
цементного камня с заполнителем.
При замораживании бетонных конструкций возникающие про¬
цессы различаются между собой в зависимости от толщины бетона.
Замораживание массивного сооружения или ограждающей конст¬
рукции при положительной температуре, с одной стороны, проис¬
ходит с постепенным продвижением в глубь холодного фронта, к
которому будет направление миграции влаги; то же явление будет
наблюдаться при одностороннем замерзании пористого бетона - ми¬
грация влаги к холодной поверхности. В этом случае образуются
линзы льда, развивается внутреннее давление; в результате бетон
расслаивается.
Замораживание бетона тонкостенной конструкции приводит к
образованию льда с обоих поверхностных слоев, и разрушение бе¬
тона проявится в их шелушении.
Разрушение бетона из-за кристаллизации солей в результате под¬
соса и испарения минерализованных грунтовых вод такжеуотносит-
ся к физической коррозии и аналогично рассмотренному случаю
коррозии Ш вида по своим последствиям.
Коррозия бетона от масел чаще всего возникает под действием
71
органических соединений - продуктов переработки нефти, а также
минеральных и животных масел.
По механизму воздействия углеводородные нефтяные среды
рассматриваются как адсорбционно-активные при наличии в них
поверхностно-активных веществ в виде высокомолекулярных по¬
лярных смол. Скорость миграции адсорбционно-активной среды в
поровом пространстве бетона зависит от ее вязкости и от процента
заполнения пор бетона жидкой фазой. Чем суше бетон, тем быстрее
он заполняется нефтяными средами.
В нефтяных фракциях в виде машинных масел, дизельного то¬
плива, керосина и других полярных смол их содержится более 1-2%.
Бензин вовсе не имеет смол, а следовательно, он не активен по от¬
ношению к бетону.
Активность нефтяных сред возрастает при увеличении содер¬
жания полярных смол. Действие на бетон адсорбционно-активной
среды зависит от степени ее активности, напряжений в структуре
бетона и наличия микротрещин.
Разупрочнение цементного камня под действием углеводородов -
необратимый процесс из-за нарушения сплошности структуры бето¬
на; отрицательно влияет на контактную зону крупного заполнителя
и цементного камня.
Прочность промасленного бетона можно получить расчетом в за¬
висимости от начальной прочности бетона и количества лет промас-
ливания, ограниченное сроком в 7-8 лет; при более продолжитель¬
ном действии масел рекомендуется считать начальную прочность
сниженной на 2/3.
При редком попадании масла прочность практически не снижа¬
ется.
Дизельное топливо за 5-6 лет снижает прочность бетона незначи¬
тельно (менее чем в 2 раза по сравнению с минеральными масла¬
ми). Легкие нефтепродукты типа бензина практически не снижают
прочности бетона. Влияние нефтепродуктов на сцепление арматуры
с бетоном более ощутимое; керосин и дизельное топливо снижа¬
ют сцепление бетона с гладкой арматурой примерно на 50% за счет
уменьшения адгезии. Для стержней периодического профиля сила
сцепления зависит от прочности бетона и поэтому они снижаются
пропорционально прочности бетона, пропитанного этими материа¬
лами.
Для бетона, пропитанного минеральным маслом, снижение
прочности сцепления, как и самой прочности бетона, составляет 60-
70% после выдержки в течение 6-7 лет, затем процесс стабилизиру¬
ется.
72
Разрушают цементный камень и бетон масло льняное, хлопко¬
вое, рыбий жир, агрессивно действуют растворы глицерина, а также
продукция сахарного производства.
Минимальные количества сахара, составляющие 0,1% от массы
цемента, являясь токсичной добавкой, задерживают гидравлическое
твердение цемента, а при содержании сахара в воде затворения, рав¬
ном 0,6% от массы цемента, твердение полностью прекращается.
Сахар опасен также и для таких строительных растворов и бетонов,
которые еще недостаточно затвердели и обогатились углекислыми
соединениями. Сахар вместе с известью цемента образует сахараты,
которые препятствуют процессу твердения.
Разрушение бетона йз-за выщелачивания происходит относитель¬
но редко. Оно может быть в зданиях химических заводов, выпуска¬
ющих едкий натр - соду.
Биокоррозия была названа А.В. Чуйко органической коррозией.
Сам бетон не является питательной средой для живых организ¬
мов. Биоорганизмы могут поселяться на бетонной поверхности, если
она будет в контакте с воздухом и водой, содержащими пищу для
микроорганизмов (углеводороды, сера и ее соединения). Поселяясь
в порах и на поверхности в процессе жизнедеятельности, они вы¬
деляют продукты метаболизма, главными из которых являются кис¬
лоты.
Способностью разлагать силикатные минералы обладают бакте¬
рии, дрожжи, водоросли, образуемые кислоты от сильных минераль¬
ных (серная, азотная) до многоатомных органических (гуминовая,
пировиноградная). Ими выделяются и такие органические кислоты,
как уксусная, молочная, щавелевая, яблочная и др.
Наибольшей растворяющей силой обладают органические
кислоты.
Коррозионные процессы могут развиваться на большом расстоя¬
нии от места обитания биоорганизмов; процесс выделения агрессив¬
ного компонента может быть весьма отделен по времени от корро¬
зионного процесса. Например, вблизи сточных коллекторов разви¬
ваются сернокислые бактерии, питательной средой которых служит
сероводород; впоследствии образуется серная кислота, повреждаю¬
щая бетон.
К биологической коррозии следует отнести процессы коррозии
бетона в болотных водах, где агрессивные агенты (углекислота и гу¬
миновая кислота) являются продуктами разложения органических
остатков в анаэробных условиях.
Механизм биокоррозии сводится к действию кислот на бетон.
Биокоррозия обнаружена на конструкциях пищевой промышленно¬
73
сти и сельскохозяйственных сооружениях, химической и нефтепе¬
рерабатывающей промышленности, где отходы производства могут
быть агрессивными.
Деструкция бетона под воздействием микроорганизмов носит за¬
тухающий характер, снижение прочности бетона в среднем достига¬
ет 40-50% и происходит неравномерно по высоте и ширине сечения
конструкции.
Коррозионное разрушение бетона в железобетонных конструк¬
циях происходит из-за карбонизации поверхностного слоя, кото¬
рая заключается в том, что углекислый газ, растворяясь в поровой
жидкости цементного камня, образует угольную кислоту Н2СОэ,
которая взаимодействует с гидроксидом кальция с образованием
бикарбоната и карбоната кальция, происходит карбонизация бето¬
на. В результате, pH жидкой среды снижается и при pH = 8,5...9 за¬
щита арматуры от проникновения к ней агрессивных сред бетоном
не обеспечена.
Глубина карбонизации, в зависимости от вида цемента и влажно¬
сти воздуха, может составлять в год от долей до нескольких милли¬
метров. Появляется возможность коррозии арматуры, которая сопро¬
вождается образованием слоя окислов железа с увеличением объема.
Увеличение объема арматурной стали создает растягивающие усилия
в бетоне. При достижении предела прочности на растяжение в бето¬
не появляется трещина вдоль арматуры. При дальнейшем процессе
защитный слой отторгается полностью. Такое состояние железобе¬
тонных конструкций особенно характерно для зданий и сооружений,
эксплуатируемых в условиях сред с повышенной агрессией.
После появления трещин и организации доступа агрессивной
среды к арматуре начинается интенсивная коррозия металла.
В кислых средах стальная арматура сильно корродирует с
образованием растворимых продуктов коррозии; в щелочных средах
при рН>Ю коррозия представляется образованием нерастворимых
гидратов закиси железа.
Растворы едких щелочей при концентрации до 40% не разрушают
арматуру.
Солевая коррозия арматуры усиливается в присутствии сульфа¬
тов, хлоридов и нитратов щелочных металлов. Наличие карбонатов
и фосфатов способствует затуханию процесса коррозии.
Сильная коррозия арматуры вызывается воздействиями газовых
сред в виде окислов азота и хлора, особенно в присутствии влаги.
Процессы коррозии арматуры при нарушении защитных свойств
бетона опасны в заглубленных конструкциях из-за невозможности
обследования их и своевременного обнаружения в них различных
74
нарушений и возможного усиления, а также воздействий агрес¬
сивных факторов одновременно нескольких видов (физико¬
химических, микробиологических, блуждающих токов).
Растворимость цементного камня и разрушение бетона связа¬
ны с кристаллическими новообразованиями.
Кислоты растворяют избыток извести в цементе, т.е. известь,
не связанную в кислотостойкие соединения. Так как каждый це¬
мент содержит в себе известь, то кислотостойких цементов не
существует. Сильные неорганические кислоты (соляная, азотная,
серная, фосфорная и т.д.) растворяют все составляющие цемент¬
ного камня с образованием солей кальция, алюминия и железа,
а также силикагеля, в то время как слабые кислоты (например,
угольная) образуют соли только при взаимодействии с известью.
К более слабым кислотам относятся угольная, сернистая (из
дымовых газов), а также органические - гумусная, дубильная,
фруктовая, уксусная, сахарная и молочная. Молочная, уксусная и
муравьиная считаются наиболее агрессивными. Молочная кисло¬
та образуется при силосовании зеленой массы в цехах молочных
хозяйств. Сладкое молоко не влияет на состояние бетона.
Значительные разрушения, происходящие когда-то в локомо¬
тивных депо и железнодорожных туннелях из-за воздействия
дымовых газов, - редкое явление. Большую роль в образовании
таких разрушений играет сернистая кислота, входящая в состав
водяного пара (особенно много ее выделяется при сгорании бу¬
рого угля), которая затем окисляется до серной кислоты и снова
связывается с помощью свободного гидрата окиси кальция в сер¬
нокислый кальций (гипс).
Вода, содержащая в себе сульфаты кальция, магния, натрия,
аммония и, в меньшей степени, калия и алюминия, опасна для бе¬
тона и часто приводит к тяжелым повреждениям (большие трещи¬
ны, размягчение и набухание вплоть до разрушения). Сульфаты,
насыщающие поры бетона, приводят к образованию трещин
вследствие увеличения объема растущих кристаллов. Под их дей¬
ствием (давлением) разрушаются расположенные вблизи поверх¬
ности слои (эттрингит известен также под названием «цементная
бацилла»). Хлориды (соли соляной кислоты) редко служат причи¬
ной повреждений. Хлориды натрия, калия и кальция безвредны.
В качестве воды для затворения можно использовать почти
любую природную воду несмотря на то, что она редко бывает
химически чистой. Как правило, в ней содержатся собственные
вредные составляющие - угольная и серная кислоты, нитраты и
другие соли.
75
Коррозия арматуры в бетоне
Сегодня коррозия объясняется как электрохимический процесс.
У образовавшегося коррозионного элемента катод и анод должны
быть связаны электролитической проводимостью, например, через
водные растворы солей, оснований или кислот. На анод из раствора
переходят ионы железа, оставшиеся свободные ионы перемещаются
к катоду.
Постоянный электрический ток высокого напряжения опасен для
железобетона, в то время как переменный ток не оказывает на него
отрицательного влияния. Из-за электрометрических превращений в
стали образуются продукты коррозии, объем которых более чем в
два раза больше того количества металла, из которого они возник¬
ли. При этом давление достигает 270 кгс/см2 (27 МПа), что может
привести к сколам. В отдельных случаях из-за блуждающих токов,
вызванных нахождением сооружений вблизи электрифицированной
железной дороги, в железобетонных зданиях возникают коррозион¬
ные повреждения.
Для железобетона, размещенного в постоянно сухой окружаю¬
щей среде, а также под водой, коррозионной опасности практиче¬
ски не существует. Сухой окружающей средой считают нормальный
воздух помещения с относительной влажностью 35-55%. Судя по
литературным источникам, для железобетонных строительных дета¬
лей, которые в течение продолжительного времени не подвергают¬
ся доступу воздуха и не увлажняются дождевой водой или конден¬
сированной влагой, не существует коррозионной опасности даже в
науглероженных зонах бетона.
На открытом воздухе достаточно лишь относительной влажно¬
сти, т.е. 50-70% (или 80%), для того, чтобы возник процесс коррозии,
особенно во влажных помещениях.
Коррозия зависит оттого, можно ли рассматривать забетонирован¬
ные стержни арматуры полностью изолированными от окружаю¬
щей среды обволакивающим бетонным покрытием. В нормальных
условиях процесс коррозии протекает относительно медленно и
начинается он после потери бетоном защитных свойств за счет
воздействия углерода воздуха (процесс карбонизации). Его некото¬
рые авторы называют науглероживанием. Если при этом значение
водородного показателя будет для стальных стержней арматуры
ниже рН=9, то пассивирующий слой стали исчезнет: коррозионная
защита прекращается. Если глубина науглероживания бетона до¬
стигает арматуры, то возникает поверхностная коррозия с образо-
ванйем толстых отслаивающихся слоев ржавчины, которая через
некоторое время приведет к сколу бетонного покрытия. Именно
76
поэтому толщина такого покрытия должна исключать возможность
возникновения такого состояния в течение всего срока службы зда¬
ния. Образование ржавчины на арматуре может произойти и при
полном науглероживании слоя бетонного покрытия, если суще¬
ствует доступ кислорода и влаги.
Глубина нейтрализации стабилизируется по мере возрастания
плотности бетона (с нарастанием гидратации цемента) и заполнения
пор продуктами реакции.
Результаты 7-летних исследований показали следующие глубины
науглероживания (после 30 лет службы):
марка бетона оценочная глубина науглероживания за 30 лет, мм
450 До 3
350 10
250 17
150 30
Для бетонов невысокой прочности при неблагоприятных усло¬
виях не исключена возможность коррозии арматуры даже при на¬
личии рекомендованной толщины защитного бетонного покрытия
арматуры.
Для бетона класса В 12,5 глубина науглероживания за 55 лет
почти в 30% случаев составляет более чем 2 см, для бетона В20
почти в 20% наблюдений - более чем 1,5 см. Для глубины наугле¬
роживания характерен значительный разброс. Она больше для
бетона небольшой плотности с повышенными значениями В/Ц и
содержанием мелкого песка.
В качестве дальнейших мер, кроме увеличения толщины бе¬
тонного покрытия арматуры до 25 мм, рекомендуется принять
содержание цемента > 300 кг/м3, значение В/Ц < 0,5-0,7 (в зави¬
симости от условий), а также использовать портландцемент и хо¬
рошее уплотнение бетона. Применение глиноземистого и сульфа¬
тошлакового цемента менее благоприятно.
В специальной литературе опубликованы сведения о том, что
иногда местная коррозия забетонированных стержней бывает
значительней, чем равномерная эрозия незащищенных стержней,
которая, в зависимости от обстоятельств, составляет за год сле¬
дующие значения: в атмосфере больших городов - 0,05 мм; в про¬
мышленной атмосфере - 0,25 мм; в морском воздухе - 0.1 мм. Это
так называемая поверхностная ржавчина. Внешнее проявление
этой формы коррозии может быть определено как соразмерная
77
эрозия или поверхностная коррозия: элементы коррозии почти
равномерно распределены по поверхности стали. Процесс корро¬
зии железобетонных конструкций проявляется особенно сильно
на предприятиях нефтехимической и нефтеперерабатывающей
помышленности, очень богатой агрессивными агентами.
3.3.4 Коррозия деревянных конструкций
Древесина хвойных пород содержит в себе смолу и облада¬
ет большей химической стойкостью, чем древесина лиственных
пород.
Хвойные породы стойки в разбавленных растворах кислот, но
концентрированные кислоты разрушают древесину. Так, древеси¬
на выдерживает действие серной кислоты концентрации до 5%,
соляной — до 10%. Разрушительное действие проявляется при
рН> 13.
Растворы едких щелочей разрушают древесину менее интен¬
сивно, чем кисл оты.
Древесина обладает высокой устойчивостью к воздействию
водных растворов кислот и оснований и разрушается лишь при
высокой концентрации этих веществ. Разрушение деревянных
конструкций происходит из-за химической коррозии: разложение
- под действием кислот целлюлозы древесины, а также щелочей
- растворение основного цементирующего вещества - лигнина и
частично целлюлозы.
В слабощелочных растворах (рН=7-11), опасных для железо¬
бетона и стали, вызывающих их частичную коррозию, древесина
не разрушается. Сильные реагенты, например, гашеная известь,
разрушают прежде всего углеводы (смола омыляется, а лигнин
расщепляется). Нагревание ускоряет этот процесс.
При значительном давлении и одновременном действии высокой
температуры древесина быстро расщепляется в волокнистую массу,
которая используется для получения технической целлюлозы.
Свежая древесина обладает кислой реакцией с рН=3,3-6,5,
поэтому при рН=2-7 не следует ожидать активной коррозии.
Разрушение волокон начинается при рН<2 (сталь корродирует
уже при рН<5).
Благодаря содержанию смол хвойные породы древесины обла¬
дают большей химической стойкостью по сравнению с листвен¬
ными породами. Хвойные породы достаточно стойки по отноше¬
нию к действию разбавленных растворов уксусной, фосфорной,
молочной, масляной и плавиковой кислот. Соляная кислота кон¬
78
центрацией до 10% и серная концентрацией не более 5% практи¬
чески не изменяют их структуру и физико-химическое строение.
Концентрированные кислоты разрушают деревянные конструк¬
ции, особенно интенсивно - кислородосодержащие (азотную, сер¬
ную, хромовую и др.). Интенсивность разрушительного действия
увеличивается с повышением температуры кислот. Растворы ед¬
ких щелочей разрушают древесину менее интенсивно, чем кисло¬
ты. Деревянные конструкции стойки к действию растворов амми¬
ака, гидрокислот кальция, бария и растворов нейтральных солей
любой концентрации. Для повышения коррозионной стойкости
древесину покрывают стойкими лакокрасочными материалами
или пропитывают синтетическими смолами. Чаще всего исполь¬
зуют фенолформальдегидные смолы. Древесина, пропитанная
этими смолами, обладает повышенной стойкостью к действию
почти всех кислот, сернистого ангидрида, хлора, фтористого во¬
дорода и других газов.
Основными повреждениями древесины с нарушением ее струк¬
туры и свойств являются гниение и червоточина.
К признакам повреждения грибами относятся спертый гриб¬
ной запах в помещении, изменение цвета древесины, наличие
грибных образований в виде белой ваты на конструкциях, их
высыхание и растрескивание, глухой или дребезжащий звук
при простукивании.
Гниение вызывается разрушительным действием древес¬
ных грибов в условиях повышенной влажности, а также в не¬
проветриваемых помещениях.
Питательной средой для грибов служит целлюлоза древесины
(С6Н1205)п; грибы выделяют фермент - цитозу, которая приводит
нерастворимую целлюлозу в растворимое вещество - глюкозу
(СДА).
Глюкоза окисляется кислородом воздуха с образованием диок¬
сида углерода и воды.
Наиболее благоприятными для развития гниения являются
условия влажности не ниже 25% при температуре воздуха 18-
20°С, при слабой освещенности и слабом проветривании.
По внешним признакам различают два типа гнилей: коррози¬
онную и деструктивную.
Грибы, вызывающие коррозионную гниль, разрушают главным
образом лигнин клеточных стенок, не затрагивая целлюлозу.
На начальной стадии гнили имеют бледно-желтую окраску в
виде отдельных пятен или полосок в заболони. Затем пятна уве¬
79
личиваются, на них появляются штрихи вдоль волокон, наконец,
в местах выцветов древесийа становится мягкой, расщепляет¬
ся на отдельные волокна, но сохраняет вязкость, не крошйтся.
Древесина теряет массу при сохранении объема.
При деструктивной гнили разрушается целлюлоза. На началь¬
ной стадии древесина приобретает желтоватый или коричне¬
вый оттенок, затем становится темно-коричневой, покрывается
взаимно-перпендикулярными трещинами вдоль и поперек воло¬
кон, образуя как бы кубики и призмы; при этом теряется масса и
объем.
Древесина может разделяться и по типу смешанной гнили, ког¬
да повреждается и лигнин, и целлюлоза с одинаковой скоростью.
Другая группа грибов (плесневые и окрашивающие в синий
цвет) развивается на древесине влажностью 50-100% при темпера¬
туре 20-25°С. После высыхания действие грибов прекращается.
Поражение этими грибами практически не изменяет техниче¬
ских характеристик материала. Однако начальное их развитие мо¬
жет быть средой для возникновения сильно разрушающих древе¬
сину домовых грибов; началом поражения служит наличие грифа
гриба, который можно увидеть на срезах пораженной древесины
под микроскопом. Для этого на пораженные места наносят кап¬
ли 10%-ного раствора азотно-кислого серебра; через несколько
часов они окрашиваются в красно-бурый цвет, а древесина — в
светло-коричневый.
Имеются и другие лабораторные методы определения зара¬
женности деревянных конструкций грибами. Для уточнения вида
гнили отбираются для анализа пробы 15x10x5 см, причем при от¬
боре не следует нарушать грибные образования на поверхности и
слои загнившей древесины. Образцы упаковывают в полиэтиле¬
новую пленку и направляют в лабораторию для микробиологиче¬
ского анализа.
Вопросы для самопроверки
1.В чем заключается понятие «коррозия»?
2. Перечислите виды коррозии металлических конструкций.
3. Назовите причины коррозии металлических конструкций.
4. Назовите виды коррозии железобетонных конструкций.
5. Дайте понятие первичной защиты от коррозии материалов стро¬
ительных конструкций.
6. В чем заключается вторичная защита от коррозии?
80
7. Назовите причины, вызывающие коррозию железобетонных
конструкций.
8. Перечислите наиболее уязвимые участки металлических кон¬
струкций, подверженных коррозии.
9. Расскажите о коррозии конструкций, выполненных из камен¬
ных материалов.
10. Что представляет собой коррозия деревянных конструкций?
11. Чем отличается коррозия от биоповреждений?
12. Какая коррозия является более опасной - местная или сплош¬
ная?
13. Укажите разницу между химической и электрохимической
коррозией.
14. Перечислите виды коррозии бетонных конструкций.
15. Какие последствия вызывает коррозия арматуры в железобе¬
тонных конструкциях?
81
ГЛАВА 4
СОСТОЯНИЕ КОНСТРУКЦИЙ, ТРЕБУЮЩЕЕ УСИЛЕНИЯ
4.1. Необходимость ремонта
Долговечность зданий и сооружений характеризуется временем, в
течение которого их эксплуатационные качества сохраняются на за¬
данном в проекте или нормах уровне. Она определяется сроком служ¬
бы несменяемых при капитальном ремонте конструкций. Различают
физическую и моральную, или технологическую долговечность.
Физическая долговечность определяется параметрами (прочно¬
стью, тепло- и звукоизоляцией, герметичностью и др.) несущих и
ограждающих конструкций.
Моральная долговечность зависит от соответствия здания по за¬
нимаемым площадям, благоустройству, архитектуре и своему функ¬
циональному назначению.
Кроме того, существует понятие оптимальной долговечности, т.е.
срока службы здания, в течение которого экономически целесообраз¬
но его восстанавливать. Затем наступает срок, когда затраты на вос¬
становление превышают стоимость строительства нового здания.
При проектировании материалы и конструкции выбираются с уче¬
том ожидаемых природных и технологических условий. Однако на
практике при эксплуатации сооружения эти условия могут меняться
или не учитываться полностью, примененные материалы могут не
соответствовать ГОСТу и, в результате, суммарные воздействия этих
факторов приводят объект к преждевременному износу.
Рациональная эксплуатация сооружения - задача весьма сложная
и специфичная. Предотвратить преждевременный износ зданий и
сооружений могут правильное техническое обслуживание и своев¬
ременный ремонт.
При несвоевременном ремонте, проведенном после окончания ре¬
монтных сроков, повреждения и отказы возникают очень быстро.
Техническое обслуживание зданий и сооружений представляет
собой непрерывный динамический процесс, реализацию комплекса
организационных и технических мер по надзору, уходу и всем видам
82
ремонта для поддержания их в исправном состоянии в течение не
менее заданного срока службы.
Существуют понятия поддерживающего, непрерывного и капи¬
тального ремонтов. Поддерживающие ремонты производятся по го¬
довым планам-графикам, составленным на основании технических*
осмотров зданий, расписанным по срокам и утвержденным руковод¬
ством предприятий. Для зданий и сооружений проводятся три вида
осмотров: общий или сезонный, полугодовой; частичный отдельных
конструкций и внеочередной, например, при смене начальника объ¬
екта. В нормативных документах приводятся максимальные сроки
устранения неисправностей. Например, кровля имеет свищи в от¬
дельных местах. Срок устранения данной неисправности составляет
одни сутки. Повреждения водосточных труб, воронок и колен лик¬
видируются за пять суток Ремонт стен и фасадов, нависающих и те¬
ряющих связь со стенами, а также устранение выпадения отдельных
кирпичей осуществляется в течение одних суток и т.д.
Таблица 4.1
Периодичность капитального ремонта промышленных
зданий в нормальных и агрессивных условиях эксплуатации
№
п/п
Характеристика здания
Периодичность капитальных
ремонтов, годы
в нормальных усло¬
виях эксплуатации
эксплуатация в
агрессивной или
влажной среде
1
Каркас железобетонный или ме¬
таллический, заполнение каркаса
каменными материалами
20
15
2
Стены каменные из штучных кам¬
ней или крупноблочные, колонны
и столбы железобетонные или кир¬
пичные, перекрытия железобетон¬
ные
15
10
3
То же, что в п. 2, но с деревянными
покрытиями
12
10
4
Стены облегченной каменной клад¬
ки, колонны и столбы кирпичные
или железобетонные, перекрытия
железобетонные
12
10
5
Стены облегченные каменной
кладки, колонны и столбы кирпич¬
ные или деревянные, перекрытия
деревянные
10
8
6
Стены деревянные, рубленые из
бруса или бревен
10
8
7
Стены деревянные каркасные и
щитовые, а также глинобитные
8
6
83
Время проведения капитального ремонта производственных зда¬
ний определяется нормами. Так, в зависимости от конструктивных
особенностей, можно воспользоваться таблицами 4.1 и 4.2, рекомен¬
дованными в свое время постановлением бывшего Госстроя СССР
№ 279 от 20 декабря 1973 г.
Таблица 4.2
Периодичность капитального ремонта конструктивных
элементов промышленных зданий при динамических воздействиях
№
п/п
Наименование
конструктивных
элементов
Периодичность капитального ремонта, годы
для нормаль¬
ных условий
эксплуатации
для эксплуатации
в агрессивной
среде и при
переувлажнении
для экс¬
плуатации при
вибрационных и
других динами¬
ческих нагруз¬
ках
1
2
3
4
5
1
Фундаменты:
железобетонные и
бетонные
50-60
25-30
15-20
бутовые и кирпич¬
ные
40-50
20-25
12-15
деревянные стены
10-15
8-12
10-12
2
Стены:
каменные из штуч¬
ных материалов
20-25
15-18
12-15
каменные облегчен¬
ной кладки
12-15
8-12
10-12
деревянные рубле¬
ные
15-20
12-15
15-18
деревянные каркас¬
ные и щитовые
12-15
8-12
10-12
глинобитные
8-10
6-8
6-8
3
Колонны:
металлические
50-60
40-45
40-50
железобетонные
50-60
40-45
35-40
кирпичные
20-25
15-18
12-15
4
Фермы:
металлические
25-30
15-20
20-25
железобетонные
20-25
15-20
15-20
деревянные
15-20
12-15
12-15
5
Перекрытия:
железобетонные
20-25
15-18
15 20
84
Окончание таблицы 4.2
деревянные
15-20
12-15
12-15
1
2
3
4
5
6
Кровля:
металлическая
10-15
5-8
10-12
шиферная
15-20
15-20
12-15
рулонная
8-10
8-10
8-10
7
Полы:
металлические
20-25
-
15-20
цементные и бетон¬
ные
5-8
2-5
4-5
керамические
15-20
12-15
10-12
дощатые
8-10
6-8
6-8
паркетные
8-10
6-8
8-10
с линолеумным по¬
крытием
5-6
5-6
5-6
8
Проемы:
переплеты металли¬
ческие
30
20
25
переплеты деревян¬
ные
15
10
12
двери
10
10
10
ворота
8
8
8
9
Внутренняя штука¬
турка
15
10
6
10
Штукатурка фасадов
10
10
6
11
Ценгральное ото¬
пление
15
12
10
12
Вентиляция
10
5
8
13
Водопровод, кана¬
лизация и горячее
водо снабжение
15
12
12
14
Электроо свещение
15
12
12
15
Гидроизо ляционные
и антикоррозийные
покрытия
8-10
4-6
6-8
Проведение плановых и капитальных ремонтов позволяет прод¬
лить жизнеспособность сооружения, оптимизировать сроки эксплу¬
атации (рис. 4.1).
85
Время естественного износа
• I
о
лг
го
ZD
■ гэ
ГР
• I
си
ZT
ZD
ГО
=3
В-
несущей способности
1Сак правило, необходимость в усилении зданий и сооружений
бывает вызвана результатом нарушения условий их нормальной экс¬
плуатации, стихийными бедствиями, возникновением нештатных
ситуаций, приводящих к изменениям в основаниях с появлением
осадок, трещин и других деформаций в отдельных конструкциях и
в здании в целом.
Усиление несущей способности конструкций по способам уси¬
ления можно разделить на три группы: первая — устройство новых
заменяющих или разгружающих конструкций; вторая — восстанов¬
ление конструкций, у которых несущая способность снизилась в
процессе эксплуатации; третья — повышение несущей способности
конструкций, для которых в процессе эксплуатации предусматрива¬
ется существенное увеличение внешних нагрузок.
При выборе способа усиления конкретной конструкции необходи¬
мо учитывать минимальные сроки остановки действующего произ¬
водства или производство безостановочное, где усиление приходится
проводить в условиях действующего производства. Следует учиты¬
вать суммарную продолжительность работ, возможность передачи на
усиленные конструкции рабочей нагрузки; минимальную трудоем¬
кость работ и квалификацию исполнителей; технологичность, просто¬
ту проводимых работ по усилению конструкций с учетом требований
производства и техники безопасности; максимальное использование
имеющихся в наличии материалов, изделий, механизмов; экономию
70
40
20
Рисунок 4.1 - Оптимизация срока службы сооружения
4.2. Усиление конструкций при потере ими
Полный U3IIOC / «д| КйиЬая естественного износа
/ КриЬая износа с учет
Разрушение / многократного ремон
ом
та
ПоЬреж^б^ие
Восс
таноЬление износа за сче
п ремонта |
CpDK службы
зЭания, гоЗы
86
средств и основных материальных ресурсов (стали, цемента и др.);
надежность и долговечность решений по усилению конструкций с
учетом условий эксплуатации объекта и окружающей среды (агрес¬
сивность, пожароопасность, сейсмоопасность).
Усиление конструкций первой группы способов целесообраз¬
но применять при небольших участках повреждений конструкций
перекрытий или при значительной потере конструкцией несущей
способности, которую практически нельзя восстановить, или если
по технологическим соображениям не допускается уменьшение га¬
баритов производственных помещений, не позволяет технологиче¬
ское оборудование.
Существующие конструкции заменяются новыми, воспринимаю¬
щими на себя всю полезную нагрузку в тех случаях, когда несущая
способность существующих конструкций составляет менее 50%
или когда несущие конструкции подверглись коррозии (бетона, ста¬
ли) и дальнейший процесс приостановить невозможно. Частичное
разгружение элементов, например, при разгрузке плит перекрытий,
второстепенных и главных балок, ригелей, подкрановых балок и
прочего применяется в случае, когда с разгружаемой конструк¬
ции необходимо снять только часть полезной нагрузки. Характерной
особенностью этих конструкций является то, что перераспреде¬
ление усилий в разгружаемой и разгружающей конструкциях проис¬
ходит пропорционально их жесткостям, и обязательным условием
является их совместная работа.
Определить же потерю несущей способности конструкции мож¬
но после обработки результатов обследования и их тщательного
анализа.
Любое принятие решения об усилении - непростая задача, так как
не может быть шаблонных решений, ведь каждый случай уникален и
имеет свои индивидуальные особенности.
Тип конструкции и проектные параметры следует устанавли¬
вать при изучении предоставленной заказчиком технологической
документации. Фактические параметры и повреждения определя¬
ются при визуальном осмотре с проведением обмерных работ, а
фактические прочностные характеристики - с помощью инстру¬
ментальных замеров. Эта часть работ позволяет произвести рас¬
чет несущей способности конструкций по проекту и, с учетом по¬
вреждений, Оценить остаточную несущую способность. Если же
поставить задачу по восстановлению конструкций до проектных
размеров, то расчетными параметрами для проектирования усиле¬
ния конструкций является величина образовавшихся потерь вну¬
тренних усилий.
87
Одновременно проводят статический расчет конструкции, для
чего анализируют действующие нагрузки, статическую схему, опре¬
деляют максимальные внутренние усилия статического расчета.
Если эти усилия оказались больше несущей способности конструк¬
ций, то рекомендуется усиление.
Способы усиления первой группы, например, при постановке
промежуточных жестких и упругих опор, зачастую приводят к изме¬
нению расчетной схемы конструкции и требуют проверки расчетом,
что подробнее рассматривается в пункте 4.4.
Ко второй группе могут быть отнесены способы усиления, вы¬
званные необходимостью восстановления сооружения или конструк¬
ций в связи с их отказом в период эксплуатации (потеря устойчиво¬
сти отдельных его элементов, появление трещин, повышение дефор-
мативности) или необходимостью продления срока эксплуатации
сооружения, например, при коррозии отдельных элементов. Область
применения второй группы способов усиления охватывает элемен¬
ты надземных конструкций, выполненные из различных материалов
(железобетона, стали, камня, дерева). Для обеспечения безопасности
работы объекта важно своевременно восстановить за счет усиления
фундаментов и укрепить основания под зданиями и сооружениями.
Третья группа способов усиления связана с необходимостью
увеличения несущей способности конструкций в зависимости от
возрастания на них технологических нагрузок или необходимости
усиления сооружения в целом. При этом особое внимание уделяется
обеспечению пространственной работы всего здания или сооруже¬
ния, надежной связи между элементами здания и повышенной не¬
сущей способностью самих элементов, что и определяет область их
применения.
Решение о целесообразности восстановления объектов может
быть принято на основе аналитической оценки и технического состо¬
яния деформированного объекта с учетом фактического состояния
конструкций, срока службы и соответствия объекта действующим
нормативным документам, в том числе в части размещения совре¬
менных технологических линий, для которых предназначен объект,
а также в результате обоснования экономической целесообразности
проведения ремонтно-восстановительных работ.
Все части зданий с конструкциями, для которых характерна поте¬
ря устойчивости, т.е. остаточные деформации в них представля¬
ют опасность, и они, как правило, не могут быть использованы для
эксплуатации, подлежат частичной или полной разборке (сносу). К
числу таких критических состояний относятся следующие: полное
смещение перекрытия с одной из опорных площадок при опирании
88
по трем или четырем сторонам; отклонение вертикальных несу¬
щих конструкций или выгиб их на 1/6 ширины элементов; значи¬
тельные перекосы этого сооружения, превышающие нормативные
параметры.
В случае сноса следует установить порядок и способ разборки
поврежденных конструкций и частей зданий, а при необходимости и"
отключить от здания инженерные сети. Решая вопрос о сносе, нужно
учитывать опасность дальнейшего распространения разрушений, а
также возможность повреждения соседних зданий и загромождения
проездов и дорог.
Усиление существующей конструкции, т.е. увеличение ее не¬
сущей способности путем наращивания, приводит к совместной
работе усиливаемой конструкции и конструкции усиления,
включая их в работу пропорционально жесткостям. Наращивание
применяется для усиления железобетонных конструкций как моно¬
литных, так и сборных. Арматурные стержни должны быть диаме¬
тром, равным 10 мм и более. Наращивание может быть исполь¬
зовано в элементах металлической конструкции или выполненных
из другого материала.
Усиление изгибаемых элементов взамен наращивания обой¬
мами допускается только в случае их значительного повреждения,
например, при коррозии арматуры, поскольку степень коррозии
изгибаемых элементов зависит от величины защитного слоя, диаме¬
тра продольной и поперечной арматуры, а также от условий содер¬
жания. При этом увеличивается деформативность. Сама же величи¬
на прогиба зависит от назначения конструкции, пролета, материала,
величины нагрузки.
4.3. Усиление конструкций при изменении нагрузок
без изменения статической схемы
Способы усиления элементов конструкций удобнее рассматри¬
вать, связывая их с материалом. Железобетонные стойки при уве¬
личении прикладываемых нагрузок целесообразно усиливать за
счет наращивания поперечного сечения из того же материала в виде
железобетонной обоймы. Расчет обоймы ведется на восприятие до¬
полнительной нагрузки. Непременным условием является совмест¬
ная работа старого и нового бетона, для этого вскрывают арматуру
существующей стойки и к ней через коротыши приваривают стерж¬
ни нового каркаса. Шаг коротышей не должен превышать размера
большей стороны сечения; делают насечки на старом бетоне и про¬
мывают поверхность. Затем устанавливают опалубку и заливают
89
бетоном с тщательным уплотнением. Перед проведением усиления
конструкция максимально разгружается. С нее снимают технологи¬
ческие аппараты, если есть такая возможность, в противном случае
осуществляют частичную разгрузку за счет опорожнения аппаратов.
Статическая схема при этом не меняется.
Железобетонные изгибаемые элементы (балки, ригели, плиты пе¬
рекрытий и покрытий) усиливают без изменения статической схемы
наращиванием снизу или сверху сечения. Обращают большое вни¬
мание на совместность работы старого и нового бетона, где по их
контакту возникают касательные напряжения, приводящие к сдви¬
гающим усилиям. Для обеспечения совместной работы усиленной
ч
конструкции соединяют на сварке старый и новый каркасы, нара¬
щивают опалубку и бетонируют с тщательной проработкой бетона.
Наращиваемый слой железобетона включается в работу вместе с
усиливаемой конструкцией после полной загрузки. Усилие в изги¬
баемых элементах распределяется пропорционально жесткостям но¬
вого и старого слоев бетона.
Наращивание применяется для усиления железобетонных кон¬
струкций как монолитных, так и сборных. Диаметр арматурных
стержней усиления определяется расчетом и принимается равным,
не менее 10 мм.
Усиление изгибаемых элементов взамен наращивания обойма¬
ми допускается в случае их значительного повреждения (коррозия
арматуры, бетона), а толщина укладываемого слоя зависит от диа¬
метра арматуры и защитного слоя и, как правило, составляет около
100 мм. Дальнейшее увеличение укладываемого слоя утяжеляет кон¬
струкцию и в этом случае лучше применить металлическую обойму.
Иногда для повышения несущей способности усиливаемых изгибае¬
мых элементов наращиванием оказывается достаточным лишь уве¬
личить количество продольной рабочей арматуры. Для этого снима¬
ют на отдельных участках защитный слой на глубину 0,5 диаметра
и через коротыши из арматуры длиной 50-100 мм приваривают до¬
полнительную арматуру. Коротыши ставятся в сжатой зоне не реже,
чем через 500 мм, в растянутой - через 300-1000 мм в зависимости от
действующих нагрузок. Применение разнородных материалов меня¬
ет статическую схему, превращаясь в статически неопределимую си¬
стему. Такие системы будут представлены в следующей главе.
По данным зарубежных исследователей Рохаса, Кристобо, Айарса,
ремонт считается целесообразным, если его стоимость не превыша¬
ет 50% от расходов по ее замене в крупных общественных зданиях, и
30% - в небольших жилых. Причем стоимость ремонта жилых домов
не должна превышать 80% остаточной стоимости строения.
90
При увеличении эксплуатационных нагрузок усиление метал¬
лических стоек изгибаемых балок ведется без изменения статиче¬
ской схемы работы за счет увеличения поперечного сечения путем
приварки к усиливаемому элементу различных стержней (круглых,
квадратных) или в виде прокатных профилей. Перед усилением кон¬
струкции максимально разгружаются. Привариваются стержни уси¬
ления к усиливаемой конструкции прерывистым швом.
В случаях, когда невозможно охватить конструкцию со всех сто¬
рон (колонна стоит вплотную у стены), нередко ее усиливают ру¬
башкой. Если усиливается только локально поврежденный участок,
то рубашку необходимо завести на неповрежденные части конструк¬
ции не менее длины анкеровки рабочей арматуры, пяти толщин сте¬
нок рубашки, ширины грани и не менее 500 мм.
К способам усиления без изменения статической схемы рабо¬
ты конструкций можно отнести нанесение торкретбетона, который
одновременно увеличивает их несущую способность и выполняет
защитные свойства. Торкретбетон работает эффективно, если при
дальнейшей эксплуатации сооружений исключены всевозможные
протечки. В противном случае в местах неплотного примыкания
торкретбетона к усиливаемой конструкции возникают зоны актив¬
ной коррозии арматуры, продукты которой способны разорвать за¬
щитный слой торкрета.
Другим примером усиления может быть оклейка конструкции
различными материалами: металлическими листами, углепластико¬
выми материалами, эпоксидными смолами и др. В этом случае не¬
обходимо применять эффективные клеи, которые сохраняют свои
свойства в течение длительного времени.
4.4. Усиление конструкций при изменении
статической схемы их работы
Конструкции усилений, которые не замоноличиваются и явля¬
ются для усиливаемой конструкции разгружающими системами,
следует рассматривать как самостоятельные конструкции или кон¬
структивные системы, где усиливаемый конструктивный элемент
является частью этой системы.
Совместная работа разгружающей системы и усиливаемого эле¬
мента обеспечивается предварительно-напряженными связями (на¬
прягаемыми термическим, механическим и другими способами), а
также за счет клиньев, распорок, подбетонки, подчеканки, в резуль¬
тате чего разгружается усиливаемая конструкция. Конструкция уси¬
ления должна воспринять на себя не менее 30% нагрузки.
91
За счет введения дополнительных элементов меняется началь¬
ная статическая схема усиливаемых элементов, а их расчет ведется
с учетом действительного напряженного состояния. Усиливаемые
конструкции рассчитываются на предельное состояние первой груп¬
пы; расчет по второй группе предельных состояний рекомендуется
для особо ответственных конструкций: резервуаров, конструкций,
работающих в агрессивных условиях, при действии динамических
нагрузок.
Примером может служить усиление монолитного железобетонно¬
го перекрытия, у которого оказалась недостаточной несущая способ¬
ность самой плиты. Устранить этот недостаток можно путем введе¬
ния дополнительного поперечного ребра, выполненного в монолит¬
ном варианте. Полка плиты, ранее работавшая по балочной системе,
будет работать как плита, опертая по контуру (рис. 4.2).
Центрально сжатые металлические или железобетонные стойки
каркаса, усиливаемые дополнительными элементами, вводимые в
работу за счет создания предварительного напряжения, при их обжа¬
тии также меняют схему работы. Такие элементы рассчитывают на
восприятие полной нагрузки или на совместное восприятие с уси¬
ливаемой конструкцией, расчет которой проводится по статически
неопределимой схеме.
н /
цм
\
Рисунок 4.2 — Усиление монолитного железобетонного перекрытия допол¬
нительными балочными элементами: 1 — существующее пере¬
крытие; 2 - балка усиления; 3 — арматурный каркас новой бал¬
ки; 4 - отверстия в плите, через которые заполняется бетон
92
При значительных разрушениях опорной зоны изгибаемых эле¬
ментов (балки, плиты) устраивают выносные опоры, уменьшая рас¬
четный пролет и тем самым разгружая конструкцию. Выноска опор
может применяться на 1/4 - 1/6 пролета. В качестве разгружающих
элементов применяются металлические балки или раскосные фермы
(рис. 4.3 и 4.4).
При частичном повреждении элементов фермы или при необ¬
ходимости устройства светового аэрационного фонаря устраивают
дополнительную фонарную ферму, как показано на рисунке 4.4, б.
После введения этой фермы в работу меняется статическая схема ра¬
боты системы. Такие изменения должны быть выполнены на основе
расчетов.
При поврежденном участке приопорной части балки усилить
ее можно, применяя предварительно-напряженный разгружающий
кронштейн. Конструкция частично вывешивается на временные
опоры с помощью встречных клиньев, после чего устраиваются ого¬
ловки и выполняется предварительное натяжение самих тяжей. Это
осуществляется либо с использованием термонагрева, либо с помо¬
щью натяжных болтов.
1
Рисунок 4.3 - Усиление ригелей с помощью выносных опор: 1 - кЬлонна;
2 - ригель; 3 - фундамент; 4~ обойма; 5 ^ швеллер; 6 - подкос;
7 - затяжка; 8 - плиты; 9 — опорная рамка
93
Рисунок 4.4 - Усиление стропильных ферм с изменением статической схе¬
мы работы: а - до усиления; б - после усиления; 1 - колон¬
на; 2 - ферма статически определимая; 3 - стойка средняя;
4 - стойка крайняя; 5 - раскос; 6 - элемент верхнего пояса
При эксплуатации встречаются случаи, когда изгибаемые эле¬
менты, работающие как свободно опертые балочные системы, в ре¬
зультате творения рук человека, начинают работать как неразрезные
многопролетные. Это оказывается возможным в тех случаях, когда
над опорой конструкции объединяются по верхнему поясу сварны¬
ми пластинами, что меняет статическую схему их работы и вызыва¬
ет перераспределение усилий. При дальнейшей работе конструкции,
если верхней арматуры оказывается недостаточно, то в верхней ча¬
сти опорной зоны появляются трещины.
Изменение статической схемы работы конструкции в пределах
перекрытия может оказать влияние на перераспределение усилий в
рамной конструкции сооружения, что должно быть проверено рас¬
четом.
При необходимости к такому приему прибегают сознательно для
перераспределения усилий в системе с целью размещения дополни¬
тельной нагрузки на сооружение.
В этом случае для перераспределения усилий разрезные балки
переводят в неразрезные, усиливая надопорную зону для восприя¬
тия отрицательного момента. Аналогичным образом можно изме¬
нить статическую схему работы плит, как показано на рисунках 4.5
и 4.6.
94
Рисунок 4.5 - Усиление ребристых плит перекрытий многоэтажных про¬
изводственных зданий с переводом их работы по неразрезной
схеме: 1 - замоноличивающий слой бетона; 2 - дополнитель¬
ная арматура; 3 - связующая шпилька; 4 - арматура плиты
Рисунок 4.6 -Усиление балки дополнительной предварительно напряженной
арматурой (комбинированные затяжки): 1 - усиливаемая бал¬
ка; 2 - горизонтальные затяжки; 3 - шпренгельные затяжки; 4
- подкладка; 5 — коротыши; 6 - уголок анкера горизонтальных
затяжек; 7 — вертикальные анкерные стержни; 8 — натяжной
болт; 9 - шайба; 10 - швеллер анкера шпренгельных затяжек;
11 - отверстие, заделываемое после установки анкера
При больших повреждениях изгибаемых элементов рамных кон¬
струкций каркаса здания используют шпренгельную систему, выпол¬
95
ненную из следующих элементов: прокатных профилей, стержневой
арматуры, с применением арматурных прядей (см. рис. 4.6).
Для усиления растянутой зоны балочной конструкции и перерас¬
пределения усилий вводят комбинированные затяжки с передачей
усилий на специальные анкерные устройства.
4.5. Примеры состояния конструкций,
требующих усиления
Многочисленные обследования зданий и сооружений на опасных
производственных объектах позволили выделить наиболее интерес¬
ные случаи и представить в данном разделе ряд фрагментов состоя¬
ния конструкций, требующих усиления. Периодическое заморажи¬
вание и оттаивание приводят к исчерпанию заложенного цикла по
морозостойкости и осыпанию бетона (рис. 4.7 и 4.8).
Рисунок 4.7 - Замачивание железобетонных конструкций
После многих лет эксплуатации элементы градирни перестали
выполнять свои функции, обрушения каркаса не произошло, так
как он работает как статически неопределимая система.
96
Рисунок 4.8 — Общий вид состояния железобетонного каркаса градирни
Постоянный контакт конструкций с водой, агрессивная среда, за¬
мораживание и оттаивание ослабляют структуру бетона и приводят
к разрушению (рис. 4.9).
Рисунок 4.9 - Состояние конструкций бассейна градирни
В условиях замкнутого пространства, при повышенной влажно¬
сти и высокой температуре создаются благоприятные условия для
коррозии металлических закладных деталей градирни (рис. 4.10).
97
Рисунок 4.10 — Коррозия закладных деталей
Усиленная железобетонная стойка металлической обоймой пол¬
ностью разрушена коррозией, так как не соблюдались требования
нормальной эксплуатации (рис. 4.11).
Рисунок 4.11— Сквозная коррозия сквозного элемента усиления
Из-за сильной коррозии арматуры ригеля появились трещины, кото¬
рые со временем расслоили бетонный массив вдоль продольной рабочей
арматуры (рис. 4.12). Защитный слой бетона полностью разрушен.
98
Рисунок 4.12 - Размораживание бетона ригеля перекрытия
В результате длительной эксплуатации отстойников промышлен¬
ного предприятия, разрушен бетон отделки с образованием промоин
и провалов в железобетонной защите (рис.4.13).
Рисунок 4.13 — Разрушение облицовки чаши отстойника
Влияние химических примесей, постоянное замачивание бетона,
наличие электромагнитного поля привели конструкции в аварийное
состояние (рис. 4.14).
99
Рисунок 4.14 - Аварийное состояние железобетонных элементов отстойника
При установке технологического аппарата рабочие производят
несанкционированную вырубку части балки, ослабляя ее несущую
способность (рис. 4.15).
Рисунок 4.15 - Вырублена часть железобетона по высоте балки
Отсутствие опорной подушки под фермой приводит к поврежде¬
нию пилястры продольной трещиной, что требует ее усиления (рис.
4.16).
100
Рисунок 4.16 - Отрыв пилястры под опорой фермы
В одном из производственных цехов нефтехимии нарушена
связь продольной и поперечной арматуры конструктивного элемен¬
та. Поверхностный слой бетона получил деструктивные изменения
и на отдельных участках осыпался (рис.4.17).
Рисунок 4.17 - Коррозия рабочей арматуры ригеля
Плиты покрытия производственного здания подвергались пе¬
риодическому замачиванию, из-за коррозии арматуры защитный
слой бетона осыпался на значительном участке, сцепление арматуры
101
с бетоном нарушено, что привело к преждевременному износу. При
таких неполадках возможно обрушение (рис.4.18).
Рисунок 4.18 — Коррозионное разрушение ребер плит
В результате динамического воздействия вентиляционной систе¬
мы и работающего кранового оборудования, в стене образуются тре¬
щины (рис. 4.19 ).
Рисунок 4.19 - Внутренняя стена производственного здания. Трещины в
стене в результате динамического воздействия вентиляцион¬
ной системы и работающего кранового оборудования
102
4.6. Материалы, используемые при ремонте
и реконструкции
Для ремонта и усиления строительных конструкций нашли при¬
менение следующие материалы. «Эпомакс Л-10» - двухкомпонент-.
ный эпоксидный состав (смола и отвердитель) для склеивания мето¬
дом инъекции трещин с раскрытием 0,5-3 мм. Он обладает превосхо¬
дной адгезией к бетону и стали, а также высокой прочностью: до 70
МПа - на сжатие, до 63 МПа - на изгиб и до 3 0 МПа - на растяжение.
Хорошие результаты получаются при нанесении материала на влаж¬
ную поверхность. «Эпомакс Л-10» отвечает требованиям ASTM С
881-90 и может применяться также в качестве клея для анкеровки
новой арматуры в существующих бетонных элементах. Перед упо¬
треблением в смолу добавляется отвердитель (4:1) и смесь переме¬
шивают в течение 5 минут.
Место ремонта очищают, вставляют инъекгоры через каждые 20
см, трещину заделывают эпоксидной замазкой «Эпомакс-ЕК». После
полимеризации замазки начинают инъекцию «Эпомакс-10» с одной
стороны и проходят постепенно по всей длине трещины. После по¬
лимеризации необходимо снять инъекторы, заделать отверстия.
Расход составляет 1,1 кг/л пустоты. Работопригодность состава - 45
минут при температуре 25 °С.
Для склеивания трещин с шириной раскрытия 0,1-1 мм приме¬
няют состав «Эпомакс-20» с прочностью на сжатие, равной 70 МПа.
Для склеивания трещин с шириной раскрытия, превышающей 3 мм,
используют двухкомпонентный эпоксидный состав (1:5) с прочно¬
стью на сжатие, равной 100 МПа. Он применяется как клей бетон-
металл и «старый бетон» - «новый бетон». Работают этим составом
так же, как описано выше. Расход его составляет 1,5 кг/л пустоты.
Если необходимо выровнять поверхность, то применяют «Мегакрет-
40» или «Мегакрет-10» для шпаклевки замазкой «Эпомакс-ЕК».
В качестве эффективной рабочей арматуры для усиления желе¬
зобетонной конструкции используют углеродные холсты «Мегареп-
250». В этом случае прочность на растяжение составляет 3800 МПа,
модуль упругости -235000 МПа, ширина холста - 60 см, длина - 5
м, средняя толщина -0,11 мм. Холст изготавливают из непрерывных
углеродных волокон, уложенных в одном направлении. Затем про¬
питывают и приклеивают к поверхности конструкции эпоксидным
клеем «Эпомакс-ЛД», в комбинации с которым образуется структура
с очень высокими механическими характеристиками. В результате,
усиливаются элементы несущих конструкций. Соединение обладает
целым рядом преимуществ: имеет легкую массу, химически и корро-
103
зионно стоек; не стареет, не влияет на форму и геометрию усиливае¬
мой конструкции; проведение работ не требует тяжелого оборудова¬
ния, установки стоек к деформациям.
Применяется «Мегарэп - 200» в сочетании с «Эпомакс-ЛД» в сле¬
дующих случаях:
- необходимо увеличить нагрузки на строительные конструк¬
ции;
- имеются повреждения несущих конструкций объекта;
- необходимо изменить статическую схему работы конструк¬
ций;
- требуется исправить ошибки при проектировании и строи¬
тельстве.
К недостаткам следует отнести необходимость защиты от солнеч¬
ных лучей специальными покрытиями, гипсскартонными листами;
ломкость волокон при сгибании углеродного холста, который может
быть применен для устройства обжимного бандажа колонн, попереч¬
ного сечения балок в виде сплошного бандажа или отдельных полос
с интервалом.
Для композитных лент - пластин типа «Мегаплейт» может ис¬
пользоваться двухкомпонентный эпоксидный клей-паста «Эпомакс-
ПЛ» с прочностью на сжатие, равной 700 МПа, на разрыв - 20 МПа,
с модулем упругости — 6400 МПа. Состав остается работоспособ¬
ным в течение 45 минут при температуре +20°С.
«Мегаплейт» - эпоксид-углеродные ленты-пластины для вы¬
полнения структурного усиления несущих конструкций. Это жест¬
кие высокопрочные ленты, которые применяются для усиления ба¬
лок и других элементов несущих конструкций. Ленты изготовлены
из непрерывных углеродных мононаправленных волокон, залитых
в эпоксидную матрицу. Прочность на растяжение составляет 3100
МПа, модуль упругости равен 170000 МПа.
Обладает малой массой, стойкостью к коррозии, большой хими¬
ческой и высокой стойкостью к деформациям, простотой в испол¬
нении.
Применяется для увеличения прочности на изгиб бетонных и де¬
ревянных балок, а также плит и стен в случаях:
- необходимости увеличения эксплуатационных нагрузок;
- повреждения несущих элементов по разным причинам;
- исправления ошибок при проектировании и строительстве.
Допускается пересечение и склеивание лент «Мегаплейт» с угле¬
родными холстами.
Стандартным типом ленты «Мегаплейт» является лента НР-3000,
но она может быть и других типов, указанных в таблице 4.3.
104
Типы лент «Мегаплейт»
Таблица 4.3
Наименование
Ед.
изм.
НР2000
НР2500
НР3000
НМ200
НМ250
ТНМЗОО
Удельный вес
г/см3
1,54
1,61
1,61
1,56
1,61
1,8
Прочность
на растяжение
МПа
2000
2500
3100
3300
2500
1500
Модуль упругости
ГПа
155
165
170
200
260
310
Деформации
при разрыве
%
1,3
1,5
1,9
1,65
0,95
0.48
Прочность при
межслоевом
сдвиге
МПа
81
77
77
79
79
65
Для усиления ограждающих стен и обеспечения совместной ра¬
боты многослойных блоков с внутренним утеплением применяют
гибкие связи круглого поперечного сечения диаметром от 4—х до 7,5
мм с песчаным покрытием для лучшей связи с раствором шва клад¬
ки. Обозначаются и расшифровываются связи следующим образом:
маркировка БПА-300-4-2П — базальтопластиковая арматура; 300 —
длина связи; 4 - диаметр; 2П - два песчаных анкера. Связи обладают
высокой прочностью, не подвержены коррозии. Разрушающая сила
при растяжении составляет 37400 Н, при изгибе - 1100 Н.
Связи используются при изготовлении сборных железобетонных
трехслойных панелей типа «Сэндвич».
Для обеспечения антикоррозионной защиты арматуры широко
применяется ферросил. Он же используется как клеящий слой меж¬
ду «старым» и «новым» бетоном».
Ферросил - красно-коричневого цвета, на цементной основе, об¬
ладает прочностью на сжатие, равной 32±5 Н/мм2, прочностью на
изгиб — 7±2 Н/мм2. Количество требуемой воды для затворения со¬
ставляет 27% от массы материала. Свежеразведенным раствором
можно работать в течение 1 часа при температуре 20°С. На наноси¬
мой поверхности не должно быть отслоений, пыли, смазки. Толщина
наносимого антикоррозионного слоя не должна превышать 1 мм.
Следующий слой наносится после высыхания предыдущего.
При использовании ферросила в качестве клеящего слоя нужно
помнить, что толщина его должна быть около 2 мм. Новый раствор
может наноситься до тех пор, пока его предыдущий слой еще све¬
жий.
105
Вопросы для самопроверки
1. Что понимается под долговечностью зданий?
2. Какими параметрами определяется физическая долговечность
конструкций и сооружений?
3. Чем характеризуется моральная долговечность?
4. Что такое оптимальная долговечность конструкций?
5. Что представляет собой периодичность капитального ремон¬
та каркаса здания в нормальных условиях эксплуатации?
6. Что представляет собой периодичность капитального ремон¬
та каркаса здания в агрессивных условиях эксплуатации?
7. При каких условиях несущие конструкции заменяются
новыми?
8. Что следует учитывать при выборе способа усиления кон¬
струкций?
9. Что делать с частями зданий, имеющих характерные при¬
знаки потери устойчивости?
10. Приведите примеры усиления конструкций без изменения
статической схемы.
11. Приведите примеры усиления конструкций с изменением
статической схемы работы.
12. Назовите наиболее уязвимые места потери прочности кон¬
струкции каркаса градирни.
13. Назовите новые материалы, применяемые при ремонте, ре¬
конструкции и усилении конструкций.
14. Какие материалы применяют для надежного соединения
«старого» и «нового» бетона?
15. Назовите преимущества углепластикового армирования.
106
ГЛАВА 5
СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ.
ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
Восстановить работоспособность строительных конструкций
возможно различными способами в зависимости от их типа, условий
работы, материалов, из которых изготовлены несущие конструкции
(рис. 5.1).
К несущим строительным конструкциям относятся фундаменты,
элементы каркаса (стойки, ригели), стены, балки и фермы покрытий,
плиты покрытий и перекрытий.
Многие конструкции имеют аналогичные причины и характер
повреждений, поэтому у них много общих способов восстановле¬
ния. На схеме (рис. 5.1) представлены основные из них.
Рисунок 5.1 - Способы восстановления строительных конструкций
107
Одними из главных несущих элементов здания или сооружения
являются фундаменты, а также основания, на которых они установ¬
лены. От их надежности зависит безопасность всего сооружения в
целом.
5.1. Усиление фундаментов
Восстановить работоспособность строительных конструкций
подземной части сооружений можно по направлениям, указанным
на схеме (рис. 5.2). Виды усиления оснований и фундаментов при¬
ведены на этой же схеме.
Рисунок 5.2 - Виды усиления подземной части зданий (основание-
фундамент)
Устройство подпорных шпунтовых стенок. При строительстве
новых зданий и сооружений важным вопросом является сохранение
работоспособности смежных зданий. При наличии разности отме¬
ток подошвы фундаментов нового и старого зданий целесообразно
устройство стенки из металлического шпунта, который для укрепле¬
ния фундамента существующего здания забивается в грунт (рис. 5.3).
После этого отрывается котлован и возводится новый фундамент.
108
Усиление основания. При недостаточной несущей способности
грунтов основания целесообразно применять его усиления путем
цементации или силикатизации в зависимости от типа грунтовых
напластований. Для проведения таких работ используется соответ¬
ствующее оборудование, установленное по спецтехнологии.
Уширение подошвы фундамента. В тех случаях, когда при прове¬
дении технических расчетов напряжения под подошвой фундамен¬
та превышают расчетное сопротивление грунта основания, следует
проводить уширение фундамента после осуществления необходи¬
мых расчетов. Конструкция фундамента приведена на рисунке 5.4.
ГГ"^' WWW y/Vj Vf g
Jmm
НШН
|R* ъл
%ф ■ , 4
г
Шиш
£ ft*
Рисунок 5.3 - Примыкание ленточных фундаментов к существующему зда¬
нию: 1 - фундаменты существующего здания; 2 - фундамент
пристраиваемого здания; 3 -разъединительная шпунтовая
стенка; 4 - анкер
Рисунок 5.4 - Увеличение опорной площади с предварительным обжатием грун¬
та: 1-усиливаемый фундамент; 2-элементы уширения (железобе¬
тонные блоки); 3-зоны обжатого грунта; 4-анкеры из арматурной
стали; 5-отверстия для анкеров, заполняемые цементно-песчаным
раствором по окончании работ; 6-щели, закрывающиеся по¬
сле поворота блоков и заполняемые мелкозернистым бетоном;
7-гидравлические домкраты (от 2-х до 4- х штук); 8-зона, под¬
лежащая бетонированию
109
В этом случае может также использоваться устройство сплош¬
ной (или прерывистой) плиты на шпонках (рис. 5.5).
Рисунок 5.5 - Устройство сплошной (прерывистой) плиты на шпонках:
1-усиливаемый ленточный фундамент; 2-сплошная (прерыви¬
стая) плита; 3- пазы, устраиваемые в фундаментных стенах;
4-кирпичная кладка; 5-рабочая арматура плиты усиления;
6-поверхность фундамента, подготовленная к бетонированию;
7-отметка пола первого этажа
При закреплении поврежденного бутового фундамента можно уши¬
рить его, как показано на рисунке 5.6, а железобетонный фундамент
стаканного тиля vcwthtk по схеме, изображенной на писунке 5.7.
4
1 5 1 , в
Рисунок 5.6 - Увеличение опорной площади и закрепление бутового фун¬
дамента: 1-усиливаемый фундамент; 2-приливы из бетона;
3-металлические балки; 4-стяжные болты; 5-кирпичная ко¬
лонна; 6-арматура; 7-металлические штыри; 8-штрабы в ко¬
лонне; 9-зоны уплотненного грунта
110
Рисунок 5.7 - Увеличение опорной площади с помощью устройства
железобетонной рамы: 1-усиливаемый столбчатый фунда¬
мент; 2-опорная рама из монолитного железобетона, устраи¬
ваемая по периметру существующей подошвы фундамента;
3-арматура усиления; 4-сколы по периметру подошвы уси¬
ливаемого фундамента; 5-железобетонная колонна; 6-зоны
уплотненного грунта
Уширение фундамента проводят по следующей схеме:
- отрывают траншею не ниже подошвы фундаментов;
- вскрывают арматуру существующего фундамента;
- уплотняют грунты рядом с существующим фундаментом;
- приваривают новый каркас;
- устанавливают опалубку;
- укладывают бетон на участке усиления, а затем обрабатывают
бетон вибратором;
- увлажняют бетон до набора прочности, затем снимают опа¬
лубку;
- делают обратную засыпку грунта;
- восстанавливают пол первого этажа.
Восстановление гидрозащиты (изоляции) фундамента. При об¬
следовании фундаментов из шурфов после длительной эксплуата¬
ции зданий и сооружений оказывается нарушенной вертикальная
или горизонтальная гидроизоляция. Это приводит к тому; что проис¬
ходит подсос грунтовой воды с замачиванием конструкций цоколь¬
ных и первых этажей. Высокая влажность помещений приводит к
возникновению грибковых колоний, многие из которых являются
вредными для людей. Для исключения такого влияния грибковых
повреждений восстанавливают гидроизоляцию.
Для восстановления вертикальной гидроизоляции осуществля¬
ется отрывка фундаментов, очищаются боковые поверхности стен
(при ленточном фундаменте) от грязи и пыли и наносится гидроизо¬
ляционная обмазка. В отдельных случаях делают глиняный замок.
ill
Устройство горизонтальной гидроизоляции выполняется захват¬
ками по 1,5 -2 м. В стене выбирается штраба глубиной на 0,5 В
выше отметки земли, но ниже уровня пола первого этажа. На ниж¬
нюю поверхность наносится гидроизоляция, после чего штраба за¬
делывается с применением расширяющегося цемента, и переходят в
шахматном порядке на новый участок.
Устройство выносных фундаментов. В процессе проведения обсле¬
дования зданий и сооружений часто оказывается, что существующий
фундамент частично разрушен и расчетом доказано, что несущая спо¬
собность его недостаточна. Для восстановления работоспособности фун¬
дамента делают его усиление, прибегая к выносному варианту, согласно
которому устраиваются дополнительные выносные фундаменты.
В их качестве могут быть использованы буронабивные сваи,
которые устраивают с одной (рис. 5.8) или двух сторон (рис.5.9),
например, для ленточного фундамента. В фундаменте в створе но¬
вых свай пробивают отверстие, через которое пропускают металли¬
ческую или железобетонную балку с опиранием на буронабивные
сваи. Нагрузка от стены частично передается на балку путем под¬
домкрачивания и подклинки. После удаления домкрата отверстие за¬
полняют кирпичной или каменной кладкой с применением раствора
на расширяющемся цементе.
Рисунок 5.8 - Передача части нагрузок от перекрытия на буронабивные сваи:
1-усиливаемый фундамент; 2-железобетонное межэтажное
перекрытие над подвалом; 3-монолитная железобетонная бал¬
ка; 4-металлическая колонна; 5-металлические подкладки;
6-буронабивная свая
112
При усилении железобетонного фундамента нередко используют
буровые установки. Просверливают в свесах подушки отверстия и
в образовавшийся канал инъецируют цементно-песчаный раствор
(рис. 5.10).
Рисунок 5.9 - Усиление фундамента с помощью буронабивных свай:
1 - блоки фундамента; 2 - подушка; 3 — буронабивные сваи;
4 - отверстие в фундаментном блоке; 5 — железобетонная бал¬
ка; 6 — отверстие, которое зачеканивается раствором на рас¬
ширяющемся цементе
4
Рисунок 5.10 - Передача нагрузки от стены на буроинъекционные сваи:
1-усиливаемый ленточный фундамент; 2-буроинъекционные
(корневидные) сваи, устраиваемые через плитную часть уси¬
ливаемого фундамента; 3-конусные отверстия в плитной части
фундамента, устраиваемые после инъекции цементно-песчаного
раствора; 4-кирпичная стена; 5-траншея, заполняемая грунтом
после устройства стыка сваи с плитной частью фундамента
113
Разгрузка несущих подземных конструкций зданий и сооруже¬
ний. После детального обследования технического состояния стро¬
ительных конструкций и проведения технических расчетов может
оказаться, что несущая способность фундаментов недостаточна.
Самым простым мероприятием для ликвидации этого может стать
разгрузка, т.е. частичное снятие нагрузки. Если снять аппараты не¬
возможно, так как не позволяет технология производства, то это де¬
лается с помощью устройства, показанного на рисунке 5.11.
а 1
Рисунок 5.11 - Передача части нагрузки от колонны на основание:
1-усиливаемый фундамент; 2-железобетонная колонна;
3-элементы усиления фундамента; 4-металлические раскосы;
5-металлическая балка; 6-металлическая обойма; 7-арматура
колонны; 8-оголенный от защитного слоя участок колонны;
9-зоны уплотненного грунта
В случае, если по техническим показателям снижение нагрузки
противопоказано, то делают временные крепления, устраивают под¬
порки, подвески с изменением (уменьшением) пролетов и расчетных
схем, а также со смещением дополнительных опор.
5.2. Восстановление работоспособности стен
Следующими, весьма важными элементами здания или сооруже¬
ния, являются стены. В зависимости от степёнй и характера повреж¬
дений, стены должны быть приведены в работоспособное состояние
с помощью различных мероприятий. Основные из них даны на ри¬
сунке 5.12.
114
Рисунок 5. 12 - Способы обеспечения работоспособности стен
Разгрузка стен. Необходимость разгрузки несущих стен возни¬
кает тогда, когда после проведения расчетов несущая способность
стен на действующие нагрузки оказалась недостаточной. Нагрузка
на стену передается через балки и плиты. Разгрузить стены можно
за счет снятия нагрузки с перекрытий, а также конструктивной за¬
меной железобетонных перекрытий или покрытий на более легкие
конструктивные материалы. Иногда вместо фундаментов под вре¬
менные опоры используются балочные клетки из шпал или деревян¬
ных пластин.
Разгрузить стены можно также путем устройства промежуточных
опор, устанавливаемых на собственных фундаментах. На рисунке
5.13 показан вариант устройства на своих фундаментах страховоч¬
ных опор, подводимых под балки. Их разгрузка осуществляется с
помощью металлических встречных клиньев, которые обваривают
после их забивки.
При выходе стены из плоскости, когда полученное выпучивание
составляет 1/50 высоты этажа, принимаются меры по их исправ¬
лению с1 помощью стяжки противоположных стен (рис.5.14) или
устройства подпорок (рис.5.15), в качестве которых используются
кокггрфорсы, устраиваемые на самостоятельных фундаментах.
115
Узел ©
Л
“ТП
-ч
ч
Рисунок 5.13 - Разгрузка стен и перекрытий дополнительными опо¬
рами на самостоятельных фундаментах: 1 - стена;
2 - плита перекрытия; 3 - новый фундамент; 4 - стойка;
5 — встречные клинья; 6 — прокладка
I-I
ч
^77"Ж
тяг
Рисунок 5.14 - Установка металлических тяжей в случае выпучивания стен:
1-выпучивающаяся стена; 2-покрытие; 3-тяжи; 4-отверстия в
стенах (после установки тяжей заполнить цементно-песчаным
раствором); 5-траверса из швеллера; 6-натяжная муфта;
7-трещины в стене; 8-межэтажное и чердачное перекрытия
1-1
Т777""777 777 ' X W~"TW‘
Рисунок 5.15 — Установка контрфорсов: 1-стены, отклонившиеся от верти¬
кального положения; -покрытие; 3-контрофорсы из кирпича
и бетона или из труб и прокатных профилей; 4-трещины в
стене; 5-стена; 6-фундаментные блоки; 7-распределительный
элемент; 8 — стяжные болты
116
В качестве элементов контрфорсов могут применяться трубы,
бревна, железобетонные или кирпичные стенки. В верхней части
стены размещается распределительный элемент из уголков или
швеллеров, которые крепятся к стене стяжными болтами.
Крепление стен. Как известно, стены большой высоты в здани¬
ях каркасной системы необходимо крепить к колоннам каркаса с
определенным шагом по высоте. В процессе эксплуатации элементы
крепления коррозируют или выдергиваются из расшатывающейся
кладки. На таких участках в стенах появляются трещины. Избежать
дальнейшего их раскрытия удается за счет крепления стен к стойкам
рам с помощью специальных хомутов и накладок через 2,5-2 м по
высоте ( рис.5.16).
и
Рисунок 5.16 — Крепление стен к колоннам каркаса здания при образовав¬
шемся большом зазоре между ними: 1 — стена; 2 - железобе¬
тонная колонна; 3 - отверстие в стене; 4 - короткий уголок;
5 — планка; 6 — стяжной болт Ml6 с гайками; 7 — набор про¬
кладок
Из-за перегрузки перекрытия или при недостаточной площади
опирания плит происходит скол участка стены. Способ усиления по¬
врежденного участка показан на рисунке 5.17.
117
£
Ш7ЖЖ1Я
>//////г
Рисунок 5.17 - Усиление стены в зоне опирания плиты: 1-стена; 2-трещина;
3-плита перекрытия; 4-отверстие для пропуска болта;
5-штраба; 6-швеллер; 7-болт; 8-уголок; 9-встречные клинья
Частичная перекладка стен. При эрозионном повреждении участ¬
ков стены более 40% ее толщины необходима ее перекладка. Перед
этим следует выполнить страховочные мероприятия, устанавить
стойки или временные леса, предохраняющие разбираемый уча¬
сток от обрушения, после чего выбирается поврежденная кладка.
Поверхность в зоне контакта новой и старой кирпичных кладок сле¬
дует очистить от крошки старого кирпича и пыли, промыть и выло¬
жить новую кладку. Для включения в работу новой кладки верхний
ряд ее расклинивают со старой кладкой и затирают раствором, либо
зачеканивают шов раствором на расширяющемся цементе.
Металлическая обойма. При длительной эксплуатации несущей
кирпичной стены появляются значительные деформации, в резуль¬
тате которых образуются трещины. Чаще всего такие трещины воз¬
никают в простенках между окнами. Они вертикального или наклон¬
ного характера, а причинами их появления могут быть либо пере¬
грузки, либо недостаточная прочность кладки стен.
Кроме того, от промораживания стен, не отвечающих теплотех¬
ническим требованиям, происходит их расслаивание по толщине.
Зоны расслаивания легко обнаруживаются простукиванием стены
после удаления штукатурного слоя. При ударе молотком по ней она
издает глухой, дребезжащий звук.
Для восстановления работоспособности таких простенков целе¬
сообразно использовать усиление с помощью металлической обой¬
мы. На рисунке 5.18 приведена схема такого усиления. Делается
это в следующей последовательности. Убирают оконные блоки.
Подготавливают простенок к усилению, для чего легким посту¬
киванием молотка удаляют куски поврежденной кладки, а также
слабые участки кирпичей. Затем восстанавливают простенок до
проектных размеров с применением цементно-песчаного раство¬
ра марки не ниже 200. Согласно проекту, выполняют заготовки
металлоконструкций, устанавливают по углам простенка верти¬
кальные уголки, плотно обжимают с кладкой простенка струбци¬
нами, после чего к ним приваривают планки, устанавливаемые
по толщине простенка, а затем вдоль него приваривают стяжные
хомуты, обжимаемые попарно с наружной и внутренней сторон.
Попарное обжатие стержней производят с помощью специального
приспособления, показанного на рисунке 5.19. Их положение фик¬
сируют с помощью монтажных элементов. По высоте стены между
смежными парами обжатых стержней к уголкам приваривают от¬
дельные планки. Шаг крепежных элементов по высоте простенка
не должен превышать толщины стены. Если имеется широкий про¬
стенок, то расстояние между вертикальными элементами усиления
не должно быть более 1-1,5 м. В качестве промежуточного элемен¬
та могут быть использованы вертикальные пластины, скрепленные
между собой шпильками или болтами, пропущенными сквозь тол¬
щу стены.
Рисунок 5.18 — Усиление простенка металлической обоймой: 1 — про¬
стенок; 2 - уголок; 3 — боковая планка; 4 — стяжные хомуты
012-14 мм ;прямые — обозначены пунктиром, сплошной лини¬
ей - после обжатия; 5 - фиксатор положения стяжных хомутов;
6 - планки сеч. 100 х 6 мм установить после обжатия всех
стяжных хомутов
119
Рисунок 5.19 - Ключ для создания предварительного напряжения в прово¬
лочной арматуре: 1 — проволока; 2 - ключ
Часто, наряду с вертикальными трещинами, встречаются повреж¬
дения в виде скола опорной зоны стены или пилястры в местах опи-
рания перемычек или стропильных конструкций. В таких случаях
оконные проемы усиливаются металлическими рамами из уголков и
пластин, как показано на рисунке 5.20.
Рисунок 5.20 — Усиление простенка металлической обоймой: 1 - кирпич¬
ная стена; 2 - оконный проем; 3 - простенок; 4 - уголки про¬
дольные; 5 - длинная поперечная планка; 6 — короткая планка;
7 - коротыш уголка; 8 - уголки оконного проема
120
Известно, что добиться разрушения материала при трехсторон¬
нем сжатии не удается, следовательно, прочность и несущая способ¬
ность простенка (пилястры) будут зависеть от мощности попереч¬
ных элементов и надежности их сварки с вертикальными уголками.
Размеры сечений элементов усиления подбираются с помощью рас¬
чета . Для сохранения эстетического восприятия выполненного уси¬
ления необходимо заглубить в штрабу элементы усиления, а после
окончания работ по усилению следует нанести защитное покрытие.
Метод усиления бетонной обоймой или рубашкой. При больших
эрозионных повреждениях стены (выветривание химическое или
электрохимическое воздействие) на глубину от 0,5 до 1,0 кирпича
целесообразно применение железобетонной обоймы. На подготов¬
ленную поверхность усиливаемого участка стены насверливают от¬
верстия, в них пропускают стержни (рис.5.21) или устанавливают
штыри в шахматном порядке с ячейкой 500x500 мм.К штырям кре¬
пят металлическую сетку вязальной проволокой, затем устанавли¬
вают скользящую опалубку, в которую заливают бетонную смесь и
тщательно уплотняют. Минимальная толщина укладываемого бето¬
на составляет 60 мм. Взамен монолитного бетона может быть пред¬
ложен торкретбетон, укладываемый послойно.
3
I-I
л
Е|
. А А
ЙЬ й А Ь
а .л .
п
* /А
■
шя
и
\///
щ
г
■ С
\
\
г
5
LH
Рисунок 5.21 — Устройство железобетонной обоймы: 1 — усиливаемая стена;
2 - арматурные стержни -10 мм; 3 - хомуты-связи - 10 мм;
4 — отверстия в стене; 5 — арматурные сетки, привязанные к
арматурным стержням; 6 - бетон обоймы
121
В отдельных случаях применяют предварительно напряженную
обойму (рис.5.22). С обеих сторон стены пропускают попарно в
двух направлениях прямые стержни. Их положение закрепляют
стяжными болтами через металлические пластины. После затяжки
болтов стержни попарно сжимают, а их положение фиксируют спе¬
циальными сжимами. Арматурные сетки приваривают к стержням,
после чего стену штукатурят цементно-песчаным раствором или по¬
крывают торкретбетоном.
I: -1
SL
О
V
Рисунок 5.22 — Устройство предварительно напряженной обоймы:
1-усиливаемая стена; 2-металлические пластины с отверстия¬
ми для тяжей; 3-тяжи-связи; 4-отверстия в стене для тяжей;
5-арматурные стержни, приваренные к пластинам и попарно
стянутые; 6-сжимы; 7-арматурные сетки, привязанные к стерж¬
ням; 8-ппука1урка из цементно-песчаного раствора
Нередко можно встретить местные повреждения облицовки
стены. Для предотвращения дальнейшего разрушения и придания
поверхности стены эстетического вида такие участки восстанав¬
ливают с помощью новой вставки с перевязкой со старой клад¬
кой (рис5.23) или с закреплением новой облицовки на штырях
(рис.5.24).
122
Рисунок 5.23 — Замена поврежденной облицовки путем перевязки с суще¬
ствующей кладкой: 1 - существующая кладка стены; 2 - но¬
вая облицовка, перевязанная с существующей кладкой стены
(существующая отслоившаяся облицовка на величину более
20 мм удалена); 3 - поврежденный участок стены на глубину
до 0,5 кирпича; 4 - граница заменяемой облицовки
~7
2
4
. .6
Рисунок 5.24 - Замена поврежденной облицовки путем крепления сталь¬
ными связями с существующей кладкой: 1 - кладка стены;
2 - новая облицовка (старая, отслоившаяся облицовка удале¬
на); 3 - высверленные отверстия диаметром 20-30 мм на глуби¬
ну 250-300 мм через 500 мм по высоте и 1000 мм по горизонта¬
ли; 4 - связи из стержней периодического профиля диаметром
10-14 мм, длиной 350-400 мм; 5 - цементно-песчаная паста;
6 - арматурная сетка в горизонтальных швах
123
В том случае, когда стена имеет одностороннее повреждение, она
может быть усилена односторонней рубашкой в такой последова¬
тельности: подготовка стены, насверливание отверстий под штыри,
их забивка, установка металлической сетки с креплением ее к шты¬
рям вязальной проволокой, нанесение торкретбетона.
Металлические пояса для усиления стены с трещинами. При на¬
личии вертикальных трещин в стене, после того как надежно укре¬
плен фундамент, для исключения дальнейших деформаций стены
устраивают металлические пояса (рис.5.25 и 5.26). В качестве эле¬
ментов пояса используют прокатный швеллер или металлическую
полосу, либо стержневую арматуру.Устанавливают такие элементы с
наружной и внутренней сторон. Для соблюдения эстетического вида
швеллер или полосу помещают в штрабу. В стене просверливают
сквозные отверстия для пропуска болтов и закрепления элементов
пояса. В отдельных случаях усиления наружных стен устанавлива¬
ют горизонтальные тяги с децентрирующими элементами (рис.5.27).
Для обеспечения жесткости здания под перекрытиями устанавлива¬
ются связи - распорки (рис.5.28). Местные усиления участков стены
с повреждениями осуществляют с помощью накладок из швеллеров
или полосовой стали на болтах и шпильках (рис.5.29).
Рисунок 5.25 - Устройство металлических напряженных поясов с наруж¬
ной стороны здания в штрабе и в карнизе: 1 - эксплуатируемое
здание; 2 - трещины; 3 - стальные тяжи; 4 - стяжные муфты;
5 - прокатный профиль из уголка 150 х 150; 6 - сварочный шов;
7 - штраба в стене для тяжа, заполненная цементно-песчаным
раствором; 8 - промежуточный карниз из цементно-песчаного
раствора
124
Рисунок 5.26 - Устройство напряженных поясов с внутренней стороны зда¬
ния: 1 - эксплуатируемое здание; 2 - трещины в стенах здания;
3 - стальные тяжи с гайками; 4 - металлические пластины;
5 - стяжные муфты; 6 - отверстия в стенах, которые заделыва¬
ются раствором после установки и натяжения тяжей; 7 - гайка
для натяжения тяжей; 8 - фиксирующий костыль
Рисунок 5.27 - Установка горизонтальных тяг с децентрирующими элемен¬
тами по углам (А.с. №947364): 1-стены усиливаемого здания;
2-опорные элементы в виде Г-образных неравноплечных рам
(устанавливают по углам здания); 3-центрирующие элементы;
4-распределительные плиты; 5-тяги в сборе
125
Рисунок 5.28 - Установка поэтажных связей распорок: 1-стены;
2-перекрытия; 3-связи-распорки из прокатного металла
(швеллер, уголок); 4-тяж с резьбой, приваренный к связям-
распоркам; 5-шайба; 6-гайка для натяжения; 7-отверстия в
стенах (после установки тяжей и связей-распорок заполнить
цементно-песчаным раствором)
И
'Ж'
ди
□ □ о*
□ пип
□ □ □ □
"7^ ////// //У У//
Рисунок 5.29 - Установка металлических накладок: 1-деформированное
здание; 2-трещины в стенах здания; 3-накладки из полосы или
Швеллеров; 4-накладки из металлических пластин; 5-стяжные
болты; 6-штраба для установки пластин, заделываемая рас¬
твором; 7-отверстия в стенах для болтов (зачеканитъ раство¬
ром после установки болтов)
126
Железобетонные пояса. Для усиления стен с трещинами и повы¬
шения жесткости здания прибегают к устройству железобетонных
поясов непосредственно на месте. Разбирается кладка до нужной
отметки, сечение пояса принимается, как правило, прямоугольно¬
го сечения шириной, равной ширине стены, высотой 300-400 мм.
Пояс армируют пространственным сварным каркасом из стерж¬
невой арматуры, затем устанавливают опалубку и заливают бе¬
тоном. После набора прочности укладывают кирпичную кладку
стены.
Усиление стен скобами применяют при небольших и средних
деформациях. В каменной кладке при температуре выше 10°С и
ширине раскрытия трещин 5 мм и более для их заполнения при¬
меняют полимерцементные растворы, а при необходимости - ско¬
бы (рис. 5.30).
Рисунок 5.30 - Усиление кладки скобами: 1 — стена; 2 - трещина; 3 - скоба;
4 - засверленные отверстия;5 — заполнение полимерраствором
Технология производства работ по инъецированию трещин поли-
мерцементными растворами в перегородках и в швах кладки состоит
в следующем: вдоль трещины проклеивается липкая лента с встро¬
енными шайбами; заполнение осуществляется после инъецирования
трещин эпоксидными клеями и полимеррастворами. Инъецирование
127
ведется до появления полимерцементного раствора в вышера-
сположенной шайбе, и в течение 3-5 минут достигнутое давле¬
ние поддерживается для полного заполнения всех сообщающих¬
ся трещин, после чего нижняя шайба перекрывается деревянной
заглушкой и приступают к инъецированию трещины через сле¬
дующую шайбу и так далее до полного заполнения всей трещи¬
ны. Шайбы отбиваются через несколько часов после завершения
инъецирования.
Наряду с восстановлением монолитности поврежденных
конструкций применяют эпоксидные полимеррастворы для уси¬
ления отдельных элементов и здания в целом, обеспечивая на¬
дежную связь между отдельными элементами. При этом новые
железобетонные или стальные элементы склеиваются с суще¬
ствующими элементами с помощью полимеррастворов с про¬
кладкой стеклосетки, стеклоткани или устройства армирован¬
ных шпонок, заполняемых полимерраствором.
Организация проема. При эксплуатации зданий и сооружений
нередко возникает потребность в организации проема во вну¬
тренних или наружных стенах. Работы по организации проема
существенно зависят от его требуемых размеров, толщины стен
и материала, из которого выполнена стена. Основное требова¬
ние при устройстве проема - обеспечение безопасного ведения
работ.
Организация проема в кирпичной стене с повреждениями про¬
изводится в следующей последовательности: делается разметка,
удаляются слабые участки кладки; организуются штрабы для
установки швеллеров; сверлятся отверстия в стене для пропуска
болтов. Швеллеры устанавливаются на место и закрепляются
болтами. Болгаркой намечаются границы проема, затем разби¬
рается кладка до намеченных границ. Устанавливаются уголки
в проеме, плотно прижимаются к кладке стены струбцинами и
привариваются планки. В нижних углах проема устанавливают
уголковые коротыши и приваривают фиксирующие пластины на
штырях с гайками, затем наносят защиту (рис. 5.31).
128
no H
Рисунок 5.31 - Устройство проема в поврежденной стене: 1 - стена;
2 — трещина; 3 — швеллер №14; 4 — болт с гайками Ml2;
5 - уголок №14; 6 - планки сечением 100x8; 7 - пластина;
8 - уголок №10, коротыш; 9 - накладка
129
5.3 Усиление колонн
В условиях действующего производства нередко оказываются
поврежденными консольные части колонн. На замоченных участках
рабочая арматура сильно повреждена, утеряна связь продольной и
поперечной арматур, наблюдается оголение консоли с уменьшением
проектных размеров сечений.
В таких случаях усиливают консоли колонн несколькими спосо¬
бами. Один из способов усиления осуществляется предварительно
напряженными тяжами (рис. 5.32).
а)
В)
1—1
10
Рисунок 5.32 - Усиление коротких консолей: a - тяжами; б - хомутами;
1 - усиливаемая консоль; 2 - опорные элементы; 3 - наклад¬
ные упоры; 4 - предварительно напряженный тяж; 5 - гайка;
6 - упоры из швеллеров; 7,8 - окаймляющие уголки; 9 - пред¬
варительно напряженные хомуты; 10 - стяжной болт
Из практики обследования известно, что после многолетней экс¬
плуатации колонны испытывают местные повреждения. Так, обна¬
жаются их стыковые соединения, что приводит при замачивании к
коррозии арматуры и бетона. Восстановление стыкового соединения
выполняют с устройством железобетонной обоймы (рис. 5.33).
130
Рисунок 5.33 - Усиление стыка колонн железобетонной обоймой: 1 - колон¬
на; 2 — плита; 3 — монолитный участок; 4 — арматурная сетка;
5 — бетон обоймы; 6 — новая монолитная плита; 7 — рабочая
арматура
При периодическом замачивании возникает коррозия рабочей ар¬
матуры. От нее в бетоне колонн появляются продольные трещины.
Наиболее эффективным способом усиления при таком повреждении
является устройство металлической обоймы (рис. 5.34), которая хо¬
рошо показала себя в условиях пожара.
Для устройства металлической обоймы удаляют слабый бетон,
выполняют заготовки усиления, заделывают раковины до проект¬
ных размеров. Устанавливают вертикальные уголки усиления, об¬
жимают струбцинами, после чего приваривают планки к уголку
одним концом, элемент разогревают горелкой. Затем приваривают
второй конец планки. После усиления на конструкцию наносят за¬
щитное покрытие.
При больших повреждениях колонн каркаса или при необхо¬
димости увеличения действующей нагрузки усиление произво¬
дят с помощью дополнительных несущих элементов (например,
швеллеров или уголков). Подбор этих элементов осуществля¬
ется с помощью расчета, в зависимости от величины потери
несущей способности. Для совместной работы существующей
колонны и металлического усиленця делается предварительное
обжатие усиления за счет придания последней определенной
конфигурации (рис.5.35).
131
i
I"*!
l
Рисунок 5.34 — Усиление железобетонной колонны металлической обоймой:
1 — колонна; 2 — уголки усиления; 3 — планки; 4 — поперечная
планка с шагом не более меньшей стороны сечения
Рисунок 5.35 — Усиление колонны с помощью дополнительных элементов:
1 - колрнна; 2 — элемент усиления, уголок; 3 - уголки рас¬
порок (стойки); 4 — соединительные планки; 5 — централь¬
ная планка для натяжения болтов в месте перегиба распорок;
6 — распорка в проектном положении; 7 — механизм обжатия;
8 - фиксирующая накладка; 9 - отверстия для болтов
132
5.4 Усиление несущих изгибаемых линейных
конструкций и элементов
Для усиления стропильных балок рекомендуются шпренгелъные
затяжки из прокатных профилей. Для надежного включения шпрен--
геля в работу балки создается его предварительное напряжение.
Шпренгельная затяжка состоит из двух боковых уголков, которые
крепятся к анкерным устройствам, устанавливаемым по торцам бал¬
ки на цементном растворе. Предварительное напряжение шпренгеля
осуществляется путем взаимного стягивания горизонтальных эле¬
ментов нижнего пояса с помощью специальных болтов.
Нижняя горизонтальная часть шпренгеля может быть также вы¬
полнена из двутавра или швеллера. В этом случае предварительное
напряжение шпренгеля осуществляется с помощью натяжных вин¬
тов путем оттягивания двутавра от балки или с помощью домкра¬
та. Винты должны быть в местах перегиба тяжей. После затяжки
болты приваривают к нижнему поясу шпренгеля для исключения их
раскручивания.
Вместо болтов могут использоваться гидродомкраты, устанавли¬
ваемые в местах перегиба тяжей. В качестве шпренгеля применяется
также арматурная сталь (рис. 5.36).
■I.
Рисунок 5.36 - Усиление железобетонной балки покрытия шпренгелем:
1 - усиливаемая балка; 2 - шпренгель; 3 - анкерное устройство;
4 - опорный швеллер; 5 — пакет металлических прокладок;
6 - домкрат
133
Фиксация предварительного напряжения осуществляется забив¬
кой встречных клиньев или отрезков полосовой стали. После выпол¬
нения усиления все металлические детали окрашивают защитным
лаком или эмалью.
Железобетонные изгибаемые балки, ригели и подкрановые балки
усиливают практически проверенными способами. Один из них - на¬
ращивание сечения конструкции. При этом усиливаемую конструк¬
цию увеличивают по высоте или ширине. Особенностью способа
является восприятие касательных напряжений, действующих в пло¬
скости контакта старого и нового бетона, дополнительной армату¬
рой, привариваемой к арматуре усиливаемой конструкции.
Предполагается совместная работа усиливаемой конструкции
и конструкции усиления с перераспределением усилий пропор¬
ционально жесткостям. Наращивание применяется для усиления
как сборных железобетонных конструкций, так и монолитных.
Арматурные стержни используются диаметром, равным 12 мм и бо¬
лее ( рис.5.37).
1
Рисунок 5.37 - Усиление железобетонной балки покрытия односторонним
наращиванием снизу: 1 - усиливаемая балка; 2 - арматура;
3 - дополнительная арматура; 4 - соединительные элементы;
5 - обетонка
134
Работы выполняют втакойпоследовательности. Подготавливается
поверхность в зоне усиления, для чего удаляется слабый бетон, де¬
лается насечка в здоровом ядре бетона; в нужных местах снимается
защитный слой для приварки коротышей или «уток» - специальных
соединительных элементов. Выполняются заготовки. Поверхность
участка усиления промывается водой; привариваются коротыши
к существующей арматуре, к коротышам - новая арматура. Далее
устанавливается опалубка и заливается мелкозернистый бетон с
тщательным уплотнением и увлажнением до полного набора проч¬
ности бетона. Бетон применяется не ниже класса В25. Вместо бето¬
нирования может использоваться торкретбетон, который наносится
слоями по 20-25 мм до проектной толщины.
В случае значительного повреждения арматуры и бетона кон¬
струкций рекомендуется усиление металлическими обоймами.
Усиление железобетонной балки представлено на рисунке 5.38
Рисунок 5.38 - Усиление ригеля металлической обоймой: 1 — ригель;
2 - колонна; 3 - уголки нижнего пояса; 4 - уголки верхне¬
го пояса; 5 — планка нижнего пояса; 6 - планка верхнего
пояса усиления; 7 - прямые стержни-хомуты (пунктиром);
8 - стержни-хомуты после обжатия; 9 - монтажный элемент
для фиксации хомутов; 10 — боковые пластины (приваривают¬
ся после обжатия всех хомутов)
Выполнение усиления металлической обоймой осуществляется в
следующей последовательности. По верхней и нижней плоскостям
135
балки прокладывают продольные элементы из уголков, которые
объединяют поперечными планками в верхнем и нижнем поясах
обоймы. Оба пояса плотно прижимают к бетону балки и к уголкам
приваривают прямые стержни - хомуты. Стержни попарно, одно¬
временно с двух сторон балки, обжимают специальным ключом,
создавая совместную работу усиления и усиливаемой конструкции.
Обжатые стержни фиксируют специальным монтажным элементом.
Предподготовка конструкций перед усилением заключается в том,
что ее очищают от слабого бетона легким постукиванием молотка,
затем наносят насечки на контактную поверхность; арматуру очи¬
щают от коррозии до металлического блеска; потом ее промывают
водой, заделывают раковины до проектных размеров. Выполняют
заготовки, монтируют пояса, приваривают прямые стержни, обжи¬
мают их попарно, после окончания обжатия стержней между каждой
соседней парой приваривают пластины. После этого металлокон¬
струкции окрашивают.
Усиление узлов стропильной фермы обоймами на болтовых сое¬
динениях представлено на рисунке 5.39.
Рисунок 5.39 - Усиление средних и опорных узлов ферм: 1 - усиливаемый
элемент; 2 - прокладки из уголков; 3 - опорные поперечные
уголки; 4 - предварительно напряженные болтовые затяжки;
5 - соединительные планки
136
Железобетонные фермы, имеющие локальные повреждения, вос¬
станавливаются путем местного усиления. Усиление сжатых поясов
ферм производят путем установки металлических обойм из ли¬
стового или прокатного профиля (уголков и швеллеров). Усиление
нижнего пояса ферм осуществляют предварительно напряженными
затяжками, анкерные устройства которых на концах фермы вы¬
полняют из пластин толщиной 12-20 мм, подкрепленных ребрами.
Для включения затяжек в работу ферм в них необходимо создавать
предварительное напряжение. Анкерные устройства должны плотно
прилегать к опорным частям ферм, для чего при монтаже на торцы
наносят слои раствора.
Растянутые раскосы фермы усиливают предварительно напря¬
женными затяжками, крепление которых к узлам фермы осущест¬
вляется с помощью упорных уголков или специальных деталей. К
концевым участкам затяжек приваривают коротыши с резьбой.
Металлические обоймы сжатых элементов ферм включаются в ра¬
боту за счет распорных сил, возникающих при приложении к ферме
внешних нагрузок, и, таким образом, разгружается поврежденный
узел; усиление поврежденного элемента происходит за счет обжа¬
тия элементов усиления с креплением на сварке, болтах, заклепках.
Фрагменты усиления показаны на рисунке 5.40.
‘•х :•
:,Ж: | . :
шж::,
: :> Ш&- ■
■?¥ '■?-<? i Ц -
ш .
/#/■••••
. .X- '-jijf: yv
■■: X.
.>• ,KV . '
■Z4U' "
•v-
4.
S,
m
Рисунок 5.40 - Усиление элементов ферм с напряжением: 1 - сжатый пояс;
2 - предварительно напряженные затяжки; 3 — элементы ан¬
керных устройств
137
При повреждении второстепенных балок железобетонного пере¬
крытия их усиление может быть организовано за счет устройства
выносных опор и уменьшения расчетного пролета.
Конструкции кронштейнов собираются из двух отдельных частей
(рис. 5.41). После их установки верхние концы растянутых тяжей
сваривают над опорой накладками. По нижнему поясу создают свя¬
зи для общей устойчивости нижнего пояса с помощью специальных
опорных накладок.
з
\
$
\
\ \
/...4/.. * vv\
X* д i
V»w yiW VWrt Wh4>.4^0>>
yy
4 2
Рисунок 5.41 - Усиление второстепенных балок предварительно напряжен¬
ными разгружающими кронштейнами: 1 - усиливаемая балка;
2 - уголки нижнего пояса кронштейна;3 - тяжи кронштейна;
4 - соединительные планки; 5 — прокладка, устанавливаемая
после напряжения кронштейна; 6 - подвески; 7 - стык тяжей;
8 - подкладка; 9 - опорные накладки; 10 - отверстия, заделы¬
ваемые асфальтом; 11 - набетонка
В тех случаях, когда возникает необходимость в проведении ра¬
бот по усилению без снятия временной нагрузки, можно воспользо¬
ваться решением, предусматривающим установку дополнительной
138
предварительно напряженной арматуры. В качестве дополнитель¬
ной напряженной арматуры может использоваться горизонтальная,
шпренгельная или сочетание той и другой.
Увеличить несущую способность второстепенной железобе¬
тонной балки можно за счет приварки к рабочей ненапряженной
арматуре дополнительных стержней (рис. 5.42). В этих случаях
скалывают защитный слой на небольших участках в приопор-
ных зонах, где напряжения в арматуре усиливаемой балки незна¬
чительны. Рабочую арматуру зачищают. К обнаженной рабочей
арматуре приваривают коротыши, диаметр которых больше тол¬
щины защитного слоя, при этом не следует срезать стержни по¬
перечного армирования или хомуты. К коротышам приваривают
арматурные стержни усиления. Если натяжение производят тер¬
мическим способом, то стержни усиления прикрепляют в проект¬
ном положении с помощью временных фиксаторов, количество
которых устанавливают с таким шагом, чтобы исключить прови¬
сание под действием собственной массы. Стержни должны быть
максимально прямолинейными. Один конец стержня приварива¬
ют к коротышу, а другой - остается свободным. Стержень нагре¬
вают до расчетной температуры. Свободный конец прижимают к
коротышу и приваривают, поддерживая постоянную расчетную
температуру до конца сварки. Коротыши желательно располагать
рядом с одним из хомутов со стороны пролета для исключения
выпучивания стержней. Усиленный участок балки покрывает¬
ся торкретбетоном. При механическом натяжении стержней оба
конца их приваривают к ненапряженной рабочей арматуре и ис¬
пользуют стяжные болты либо специальный ключ, а положение
стержней в напряженном состоянии фиксируется на сварке с по¬
мощью специальной монтажной планки.
При установке шпренгельной напряженной арматуры ее концы
крепятся по торцам балок. Натяжение производят механическим
или термическим способами. Для исключения провисания под
действием собственной массы стержни усиления закрепляют с
помощью временных подвесок (стержни не должны иметь прови¬
саний). При усилении балок шпренгельной арматурой ее натяже¬
ние осуществляют механическим способом, т.е. завинчиванием
специальных натяжных винтов (стяжная муфта) или кладкой в
зазор между балкой и анкером арматуры усиления большего ко¬
личества встречных клиньев.
139
Б)
. L У/.
"Узел А
тст
Рисунок 5.42 - Усиление второстепенной балки дополнительной пред¬
варительно напряженной арматурой: а - термическим спо¬
собом; б - механическим способом; 1 - усиливаемая балка;
2 - арматура балки; 3 - дополнительная предварительно на¬
пряженная арматура; 4 - коротыш; 5 - стяжная муфта; 6 -
главная балка
5.5 Усиление железобетонных плит
Пустотные железобетонные плиты междуэтажных перекрытий,
имеющие повреждения, при необходимости увеличения действую¬
щей нагрузки усиливают дополнительной арматурой, площадь кото¬
рой определяют расчетом. Для этого вскрывают верхнюю часть пу¬
стотного отверстия и устанавливают дойолнйтельный каркас (рис.
5.43), состоящий из продольных рабочих стержней и поперечной ар¬
матуры. Поверхность существующего бетона плиты очищают от сла¬
бого бетона, увлажняют, по верху панели укладывают сетку, которую
скрепляют с вертикальными каркасами усиления вязальной проволо¬
140
кой или сваркой. Усиливаемые каналы заполняют бетоном до проект¬
ной отметки, бетон уплотняют виброинструментом и увлажняют до
набора им прочности. Класс бетона должен быть не ниже В25.
4 5
г г
■Ж.
JL
ж.
r.ttzzrz
Рисунок 5.43 - Усиление плит дополнительной арматурой: 1 — усиливаемая
плита; 2 — вырубленная полка плит для установки каркаса;
3 - каркас усиления; 4 — арматурная сетка; 5 — монолитный
бетон; 6 — бетон заполнения пустот; 7 — контактная плоскость
сопряжения старого и нового бетона; 8 - стена; 9 - опорная
часть плиты
Вместо арматурного каркаса может использоваться жесткая арма¬
тура в виде двутаврового профиля (рис. 5.44). Порядок подготовки
усиления аналогичен изложенному выше.
4 :
д
, , , ,,.Л . о Ж ^ о ■
4.;^. Д Ч,.:У*
^гг*~ь~~гггг**гг> ~
«w
.»/•
.V.V.V^VAV.VAW/>A,>A%WAWAVAW.VA,.*.| •
Рисунок 5.44 - Усиление плит установкой металлических прокатных
балок в пустоты с последующим их обетонированием:
1 - усиливаемые плиты; 2 - вырубленные полки плиты для
размещения двутавров; 3 - двутавр усиления; 4 - арматурная
сетка; 5 - бетон замоноличивания; 6 - стена; 7 - дополнитель¬
ный слой бетона
141
Усиление ребристых железобетонных плит при повреждении
ребер в опорной зоне предусматривает устройство выносных опор
(рис. 5.45) в виде разгружающих двухконсольных балок из прокат¬
ных швеллеров.
1-1
\/ / / / / / / ///////
V / W /у
Рисунок 5.45 - Усиление ребер плит установкой двухконсольных балок из
швеллеров с опорными столиками: 1 - усиливаемые плиты;
2 - балка (ферма); 3 - двухконсольные разгружающие балки из
швеллера; 4 - опорные столики из уголка, приваренные к раз¬
гружающим балкам; 5 - ребра жесткости; 6 - металлические
пластины-клинья для включения разгружающих балок в рабо¬
ту (после забивки клиньев их следует сварить между собой и
с опорным столиком)
В ряде случаев под опорные части ребер плит подводят разгру¬
жающие балки, закрепленные на выносных металлических консо¬
лях. Сами консоли устраивают либо по верхнему поясу фермы, либо
непосредственно в сжатой зоне балки (рис. 5.46).
УЗЕЛ "А"
УЗЕЛ "Б"
3 f
г1
[II
J
/'J
N
■з
1 1 II ~ЛЛ
1
Рисунок 5.46 - Усиление ребер плит выносными разгружающими балками:
1 — верхний пояс фермы; 2 - плита; 3 — разгружающие балки;
4 - металлическая консоль; 5 - соединительная пластина; 6 -
встречные клинья; 7 - балка; 8 - колонна
142
При смещении площадки опирания плиты из-за ошибок на мон¬
таже обеспечить нормальное опирание плиты позволяет устройство
дополнительной опоры, как показано на рисунке 5.47.
Рисунок 5.47 - Устройство дополнительной опоры при смещении площад¬
ки опирания ребристой плиты: а - на сварке; б - на болтах;
1 - балка; 2 - плита; 3 - швеллер; 4 - уголок; 5 - прокладка;
6 - болт
При повреждении ребер плит в пролетной части целесообразно
применять металлический разгружающий пояс (рис. 5.48).
Согласно расчету, подбирают номер швеллера. За границу по¬
врежденного участка он заводится на величину не менее высоты
плиты. Крепится швеллер на болтах. Подготовительные работы
по усилению выполняют в следующей последовательности: дела¬
ют заготовки металлоконструкций усиления (швеллеров, пластин,
болтов с гайками Ml 6); удаляют слабый бетон легким постукива¬
нием молотка; очищают арматуру от коррозии; заделывают рако¬
вины на ребрах плиты до проектных размеров; шов между плитами
расчищают и устанавливают продольные уголки, просверливают в
заданных местах отверстия в швах между продольными ребрами
143
смежных панелей; сверху панелей устанавливают пластины, снизу
- швеллер; закрепляют на болтах; заполняют раствором и затяги¬
вают гайки. Зачеканивают зазоры цементно-песчаным раствором.
Металлоконструкции усиления покрывают защитным составом.
Гайки после обжатия обваривают.
I
*
!Р^"Г II II ^
+1 г«--Й- II
WTJ'\
6
3
г
f I
тп-лг
4к—У-
кю
н
■й—ц, щ,
г-е
г з
Рисунок 5.48 - Усиление плиты установкой разгружающих металлических
элементов: 1 — плита усиления; 2 - уголок; 3 - шайба; 4 - направ¬
ляющий швеллер; 5 - восстановленная поверхность ребра;
6 — в засверленные отверстия установить болтовое соединение
с гайками; 7 — заполнение раствором; 8 — гайки; 9 — стяжка из
мелкозернистого бетона; 10 - ригель
Более эффективным способом усиления ребристых плит является
усиление металлической обоймой (рис. 5.49). Верхний пояс выпол¬
няется из полосовой стали, нижний — из швеллера ребрами вверх. На
болтовых соединениях объединяют пояса в случае, когда по услови¬
ям производства в цехах запрещена сварка. Если таких ограничений
нет, то соединения устраивают с помощью прямых хомутов с крепле¬
нием на сварке и последующим попарным их обжатием. Подготовка
к усилению аналогична рассмотренному примеру на рисунке 5.38.
После заделки раковин просверливают в полке плиты отверстия для
пропуска болтовых хомутов.
144
Рисунок 5.49 — Усиление железобетонной плиты металлической обоймой:
а — обойма с креплением на болтах; б — обошла, с креплени¬
ем на стяжных хомутах; 1 - усиливаемая плита; 2 - швеллер
№22; 3 - полоса сечением 8x250 мм; 4 - болт с гайкой М16;
5 — мелкозернистый раствор М 200; 6 — прямые стяжные хому¬
ты (сплошной линией после обжатия); 7 — монтажная Деталь
для закрепления положения хомутов; 8 - трещины
Верхний и нижний пояса усиления устанавливают на место, плот¬
но прижимают к бетону струбцинами, закрепляют на болтах, гайки
затягивают, после натяжения хомутов гайки обваривают. Перед об¬
жатием хомутов в швеллер укладывают цементно-песчаный раствор
толщиной 2-3 см, после обжатия хомутов производят оформление
скосов и наносят защитное покрытие.
В случаях, когда на плитах установлено оборудование и пробивка
сквозных отверстий в панелях затруднена, для усиления конструк¬
ции используют разгружающие балочные конструкции (рис. 5.50,
а) в виде двутаврового профиля. Опорная часть выполняется специ¬
альной конфигурации с укреплением опорной площадки на ригеле.
Балки крепят попарно с каждой стороны ребра. Если торцевые по¬
перечные ребра установлены по всей высоте плиты, то для пропуска
опорных частей балок вырубают отверстия в торцевых ребрах, а для
удобства монтажа разгружающую балку выполняют из двух частей,
которые сваривают между собой на монтаже с помощью сварки.
Для включения металлической балки в работу под поперечные ребра
подводят клиновые прокладки или набор металлических пластин.
Рисунок 5.50 - Усиление сборных ребристых плит: а - подведением сталь¬
ных балок с подклиниванием их к поперечным ребрам;
б — шпренгелем; 1 — усиливаемая плита; 2 - балка; 3 — под-
пружная балочка; 4 - стальная балка; 5 - опорные и под¬
кладные детали; 6 — шпренгель; 7 — подкладка из швеллера;
8 — клиновидные прокладки
146
Если поврежденная плита доступна сверху, то ее можно усилить
с помощью шпренгельной системы, где в качестве напрягаемого
элемента используется стержневая или прядевая арматура (рис: 5.50,
б). В полке плиты пробивают отверстия, устанавливают опорные
и закладные детали, за которые и заводится шпренгель; натяжение
может осуществляться с помощью стяжных болтов по аналогии е
балочными конструкциями.
При необходимости увеличения несущей способности конструк¬
ций плит, опертых по контуру, их часто восстанавливают шпренгель¬
ной системой, элементы которой устанавливаются в диагональном
направлении. Пространственный шпренгель подвешивают в углах к
несущим элементам контура с помощью четырех болтов и четырех
траверс (рис. 5.51).
Рисунок 5.51 - Усиление сборной плиты, опертой по контуру пространствен¬
ным шпренгелем: 1 - усиливаемая плита; 2 - элемент несущего
контура; 3 - пространственный шпренгель; 4 - верхний пояс;
5 - нижний пояс; 6 - промежуточные стойки; 7 - центральная
стойка; 8 - болты для подвески щпренгеля; 9 - передаточные
траверсы
147
Верхние пояса шпренгеля должны быть плотно притянуты к ниж¬
ней поверхности усиливаемой плиты. Включение в совместную ра¬
боту производится с помощью предварительного напряжения ниж¬
них поясов механическим или термомеханическим способами. Все
работы по монтажу и предварительному напряжению можно выпол¬
нять без разгружения усиливаемой плиты.
В безбалочных перекрытиях часто оказываются поврежденными
капители, которые восстанавливают с помощью шпренгельной си¬
стемы, выполненной из прокатных профилей (рис. 5.52).
Рисунок 5.52 - Усиление капители безбалочного перекрытия с помощью
предварительно напряженного шпренгеля: 1 - колонна; 2 - ка¬
питель; 3 - плита безбалочного перекрытия; 4 - железобетон¬
ная опорная обойма; 5 - нижняя обвязка шпренгеля; 6 - под¬
косы; 7 - верхняя обвязка шпренгеля
Работы рекомендуется производить в следующей последова¬
тельности: забетонировать опорную обойму на колонне, установить
нижнюю обвязку и приварить к ней подкосы, установить верх¬
нюю обвязку, нагреть ее и в нагретом состоянии приварить к ней
подкосы. При остывании элементы верхней обвязки укорачивают
и создают предварительное обжатие в подкосах. Площадь сечения
уголковых обвязок и подкосов, размеры опорных обойм, температу¬
ру нагрева верхней обвязки следует определять исходя из величины
нагрузки, которую должно воспринять усиление. Расчетные усилия
в элементах пространственного шпренгеля следует определять как
в пространственной статически определимой ферме — на действие
заданной величины нагрузки.
148
5.6 Усиление поврежденных перемычек
В процессе эксплуатации несущая способность перемычек сни¬
жается, появляются деформационные трещины. Для восстановле¬
ния начальной несущей способности конструкции необходимо уси¬
лить проем с помощью металлической рамы из уголкового профиля.-
Стойки из уголков закрепляют в стене с помощью специальных ан¬
керов (рис. 5.53). Усиление выполняется в такой последовательно¬
сти. Выставляют страховочные опоры. Зачищают поверхности кон¬
такта бетона и уголков, раковины заделывают цементно-песчаным
раствором; заготовки элементов усиления устанавливают на место,
обеспечивая плотное прилегание уголков к материалам стены струб¬
цинами и распорками. В насверленные отверстия вставляют анкер¬
ные болты или специальные анкеры. Обваривают уголки рамы по
линии контакта уголков. Если наружные и внутренние уголки на¬
ходятся в одной плоскости, то их объединяют сварными планками.
Затем на металлоконструкции наносят защитное покрытие.
Рис. 5.53 - Установка металлической рамы в проемах под перемычкой:
1 - усиливаемая перемычка; 2 - трещины в перемычке; 3 - на¬
кладки из уголка, устанавливаемые на цементно-песчаном
растворе; 4 - стойки из уголка; 5 - анкеры для крепления сто¬
ек; 6 - сварка
149
В случае, когда необходимо усилить поврежденную перемычку
или пробить проем в стене, необходимо усилить участок стены ме¬
таллическими накладками на стяжных болтах. Для этого на месте
установки накладок выставляют страховочные опоры под кирпич¬
ную перемычку, в стене пробивают штрабу с одной и другой сторо¬
ны, высверливают отверстия в стене для пропуска стяжных болтов,
устанавливают на место швеллеры, временно закрепляют на болтах,
затягивают гайки до отказа и обваривают их. К швеллерам привари¬
вают сетки и оштукатуривают. Трещины зачеканивают паклей, смо¬
ченной в цементно-песчаном растворе.
Чтобы пробить проем, сначала проводят аналогичные работы по
установке швеллерных накладок, а затем уже приступают к пробив¬
ке проема. Вертикальные откосы формируют с помощью камнерез¬
ных дисков с использованием «болгарки» (рис. 5.54).
Z
\
fillip:
1
Л
_Л .
Рисунок 5.54 - Усиление перемычек тяжами из полосовой стали: 1 - усили¬
ваемая перемычка; 2 - трещины в перемычке; 3 — уголки усиле¬
ния перемычки; 4 - уголок усиления стенового проема; 5 - уго¬
лок коротыш; 6 - анкерные болты; 7 - подвеска
150
При усилении перемычки, если позволяет высота проема, в стене
вырубают штрабы и устанавливают под перемычкой металличе¬
ские или железобетонные балки. Для передачи нагрузки от стены
пространство между перемычкой и балкой забивают металлически¬
ми пластинами и цементно-песчаным раствором на расширяющемся
цементе (рис. 5.55).
Рисунок 5.55 - Усиление перемычек с помощью установки металлических
или железобетонных балок: 1 - усиливаемая перемычка;
2 - трещины в перемычке; 3 - балки усиления из двутавра
(или железобетонные); 4 - цементно-цесчаный раствор;
5 - штукатурка по сетке
В случаях, когда для усиления перемычки используют прокатные
профили большой гибкости (например, уголки), то для уменьшения
деформации прогибов уголки укрепляют дополнительными тяжами
из полосовой стали, которые фиксируют к стене на неповрежденном
участке (рис. 5.56.). На элементы усиления наносят защитное по¬
крытие, стену на участках усиления покрывают штукатуркой.
151
Рисунок 5.56 — Усиление перемычек тяжами из полосовой стали: 1 - уси¬
ливаемая перемычка; 2 - трещины в перемычке; 3 - накладки
из уголка, устанавливаемые на цементно-песчаном растворе;
4 - тяжи из полосовой стали; 5 - крепежные болты; 6 - анкер¬
ные болты; 7 - зазоры и отверстия в бетоне (после установки
болтов зачеканиваются раствором); 8 -стена
5.7 Усиление конструктивных деревянных элементов
Деревянные конструктивные элементы обладают положительны¬
ми свойствами: легкостью механической обработки, прочностью,
простотой соединений, надежной адгезией с клеями, что значитель¬
но упрощает восстановление эксплуатационных качеств и примене¬
ние способа по усилению конструктивных элементов. Деревянные
конструктивные элементы усиливают методами замены повреж¬
денных элементов новыми, подведением дополнительных элемен¬
тов для увеличения сечения, устройством дополнительных опор.
Деревянные конструкции усиливают деревянными пиломатериала¬
ми, металлическими элементами сортамента или пластмассовыми
152
деталями. Перед усилением конструкций производят антисептиро-
вание для защиты древесины от биоповреждений. Чаще усиливают
изгибаемые деревянные балки вблизи опор и в пролете. У опор уси¬
ливают балки при помощи брусчатых накладок (рис. 5.57).
Рисунок 5.57 — Замена концов балок при помощи накладок: а — выше;
б - ниже балок; 1 - усиливаемая балка; 2 - накладка с верх¬
ним расположением; 3 — накладка с нижним расположением;
4 — подкладки; 5 — ниша; 6 - болт
Если нет возможности увеличить габариты балок, то опорную
часть усиливают боковыми накладками в одном уровне с высотой
балки или с помощью металлических протезов (рис. 5.58) из стерж¬
невой или профильной стали. Величину b определяют расчетом в за¬
висимости от нагрузки и длины участка поврежденной части балки.
Рисунок 5.58 — Усиление опорной части балки металлическим протезом:
1 - усиливаемая балка; 2 - отрезок швеллера; 3 — опорный
элемент металлического протеза; 4 — металлический протез
(ферма); 5 - ниша
153
В пролетной части реже встречаются повреждения деревянных
балок и5 в случаях усиления, применяют конструктивные решения
по типу, приведенному на рисунке 5.59.
ЖТ/Г7/Г17/
Рисунок 5.59 - Способы усиления деревянных балок в пролете: а — метал¬
лическими накладками; б — накладками с боков на гвоздях;
1 — балка; 2 — швеллер; 3 - уголок; 4 — планка; 5 — болт с гай¬
кой; 6 - накладки; 7 — гвозди; 8 — опора
Растянутые элементы деревянных конструкций часто усиливают
при помощи нагельных металлических элементов (рис. 5.60).
Рисунок 5.60 — Усиление растянутого элемента с помощью накладок:
1 — растянутый элемент; 2 — накладки; 3 — болт с гайкой;
4 - нагель
154
Деревянные конструкции, работающие на сжатие, могут быть
подвержены выпучиванию, которое создает дополнительные на¬
пряжения в сжатом элементе, что может привести к разрушению
конструкции из-за ранней потери устойчивости. Выпучивание
элемента часто происходит из-за высокой гибкости стержня.
Возможен способ усиления путем нашивки на гвоздях досок-
накладок со стороны сжатого волокна (рис. 5.61) с последующим
креплением на болтах, пропущенных через просверленные отвер¬
стия.
Рисунок 5.61 - Усиление сжатых элементов с помощью дополнитель¬
ных накладок: 1 - рабочая стойка; 2 - накладка; 3 - болты
с гайками
Нередко деревянные конструкции имеют настолько силь¬
ные повреждения, что их ремонт и усиление становятся неце¬
лесообразными и требуется замена их новыми конструкциями.
Предпочтение отдают способу, когда новую конструкцию возво¬
дят рядом со старой, последняя затем демонтируется. у
Чердачные деревянные конструктивные элементы оказывают¬
ся часто наиболее поврежденными участками, например, стро¬
пильные конструкции, мауэрлат. Поражаются гнилью концы стро¬
пил и мауэрлата либо элементы деревянных стропильных ферм в
1
155
местах постоянного замачивания. Способы усиления стропиль¬
ных конструкций предложены на рисунке 5.62, а элементы дере¬
вянных ферм - на рисунке 5.63.
Рисунок 5.62 - Способы усиления стропил: а - при загнивании конца стро¬
пильной ноги; б - при загнивании мауэрлата; в - при увеличе¬
нии уклона кровли
156
7777771
Т*
r/*srsfss//*
2-2
Рисунок 5.63 - Способы усиления элементов деревянных ферм: а - опор¬
ного узла стальным протезом; б - опорного узла стальными
тяжами; в - разорванной стойки стальными тяжами
157
5.8 Усиление металлических конструкций
Металлические стойки каркаса первого этажа, а также несущие
балки для защиты от огневого воздействия либо обетонируют,
либо обмуровывают кирпичной кладкой. В контактной зоне об¬
разуются непроветриваемые пазухи - идеальное место дляiicoppo-
зии. В двутавровых профилях самыми тонкими элементами их яв¬
ляются стенки, и именно они повреждаются коррозией в полной
мере, которая доходит до сквозных отверстий. Вскрытие в местах
замачивания конструкции подтверждает эту версию. Полки дву¬
тавров значительно массивнее и меньше подвержены коррозии.
Именно поэтому двутавровые балки следует усиливать приваркой
полосовой стали вдоль колонны с обеих сторон.
Для проведения работ разгружают перекрытие, вскрывают за¬
щитное покрытие и зачищают полки до чистого металла. В за¬
висимости от величины повреждения, усиливается стойка на по¬
врежденном участке или по всей высоте этажа.
В случае повреждения полок двутавровых стоек, усиливают
поврежденные участки с помощью дополнительных металличе¬
ских элементов, в качестве которых могут применяться полосо¬
вая сталь, стержневая арматура или прокатный профиль (уголки,
швеллеры, двутавры). Площадь дополнительной арматуры усиле¬
ния определяется с помощью расчета.
Ниже приводятся возможные варианты усиления сжатых стоек
металлического каркаса (рис. 5.64).
Усиление может быть обусловлено снижением несущей спо¬
собности конструкции или предполагаемыми изменениями дей¬
ствующих нагрузок и принимается с учетом степени поврежде¬
ния и величины остаточной несущей способности конструкции.
Определяется расчетом и выбирается вариант с учетом степени
повреждений, условий выполнения, времени исполнения.
Вариантами усиления могут быть следующие: без изменения
статической схемы, с помощью разгружающих элементов, с из¬
менением расчетной схемы. На рисунке 5.65 представлены вари¬
анты усиления металлических балочных элементов.
158
0>
б)
А>
У
е)
з)
и)
С
-X
в)
ж)
4F
таг*
ly
к).
Рисунок 5.64 - Возможные варианты усиления стержневых элементов кар¬
каса: а, б, е, г, ж, к - при повреждении полок; в, д, з, и - при
повреждении стенок
Широкое применение в промышленном строительстве получили
металлические фермы. Характерными их повреждениями являются
погибы элементов, надрезы и даже вырезка отдельных элементов
при монтаже оборудования или вентиляционных систем. Устранение
погибов ведется приваркой пластин или стержней на поврежден¬
ном участке с припуском на недсформированный участок (рис.
5.66). Нередко встречаются случаи выхода элементов из плоскости
действия нагрузок. Такие элементы фермы усиливают с помощью
устройства дополнительной решетки, а в отдельных случая^, для
увеличения жесткости элемента, усиливают дополнительным бру¬
сом (рис. 5.67), тем самым увеличивают устойчивость рабочего эле¬
мента.
159
о)
б)
< i«t.
I .)<*<■ им ^аД
г
J
2-г
5
... ..
у-
■=у-
п
7
L
в)
Рисунок 5.65 — Усиление металлических балок: а — без изменения статической
схемы; б - с изменением статической схемы;, в - с разгружаю¬
щими элементами; 1 - усиливаемая балка; 2 — ригель; 3 - лист
усиления; 4 - сварка; 5 - упорный элемент; 6 - упор; 7 - пнтрен-
гель; 8 - нижняя косынка; 9 - верхняя косынка; 10 - труба;
11 — металлический хомут
160
Рисунок 5.66 — Исправление погнутых элементов дополнительной наклад¬
кой: а — листовой сталью; б — отдельными стержнями
Усиление ферм следует проводить в случае невозможности прав¬
ки и местной вставки или при перегрузке элементов. При увеличе¬
нии нагрузок или недостаточной несущей способности элементов
усиление ферм можно осуществить подведением разгружающих
элементов, если подферменное пространство позволяет это выпол¬
нить по производственным условиям (рис. 5.68,а). Если же усиление
не может быть подведено по низу фермы, то можно использовать
вариант вантовых связей (рис. 5.68, б) или воспользоваться устрой¬
ством фонаря (рис. 5.68, д). Варианты усиления стропильных ферм
дополнительными шпренгельными фермами (рис. 5.68, в) или пред¬
варительно напряженной затяжкой (рис. 5.68, г).
Если усиление сжатого элемента пояса перечисленными выше
приемами затруднено, то оно может быть выполнено с помощью
устройства шпренгеля (рис. 5.68,в).
а
Рисунок 5.67—Усиление металлической фермы, имеющей выгиб раскоса из
• плоскости: а — устройство дополнительной решетки;, б — уси¬
ление прогнутого раскоса фермы брусьями для увеличения
устойчивости
162
в)
1,
Рисунок 5.68 - Усиление ферм дополнительными элементами с изменением
статической схемы за счет: а - разгрузочных балок; б - ван¬
товых связей; в - устройства дополнительных шпренгелей;
_ г - устанавливающей предварительно напряженной затяж¬
кой; д - вйючения фонаря в общую работу фермы; 1 - фер¬
ма; 2 - разгрузочная балка; 3 - выносные опоры; 4 - подкос;
5 - дополнительная опора; 6 - подвески; 7 - дополнительные
шпренгели; 8 - затяжка; 9 - фонарь
: .и*
163
5.9 Примеры выполненных усилений конструкций
После проведения детального обследования, выполненных рас¬
четов по оценке остаточной несущей способности, выбора вариан¬
та усиления и разработки рабочих чертежей проводится реализация
предложенного варианта. Некоторые реализованные решения по
усилению несущих строительных конструкций объектов промпред-
приятий представлены на рисунках 5.69-5.74.
Рисунок 5.69 - Вариант усиления элементов рамного каркаса металличе¬
ской обоймой на одном из предприятий нефтехимического
производства (уголки, планки, стержни-хомуты)
Рисунок 5.70 - Фрагмент усиления ребристых железобетонных плит перекры¬
тия металлической обоймой (швеллер, полоса, болты с гайками)
164
Рисунок 5.71 - Восстановление несущей способности ригеля после пожара с
помощью установки металлической поддерживающей рамы
Рисунок 5.72 - Усиление опорной части железобетонного ригеля за счет вы¬
носной разгружающей опоры (раскосная труба, часть ригеля
усилена металлической обоймой)
165
Рисунок 5.73 - Усиление стен металлическими накладками
Рисунок 5.74 - Усиление железобетонных конструкций монолитным желе
зобетоном с заменой арматуры
166
Вопросы для самопроверки
I.Что собой представляют шпунтовые стенки и где они при¬
меняются?
2. Назовите последовательность работ при уширении фунда¬
мента.
3. В каких случаях делают выносные фундаменты?
4. Когда и как производится разгрузка стен?
5. В каких случаях осуществляется перекладка стен?
6. Назовите разновидности устройства обойм несущих стен и
перечислите ,000,их особенности.
7. Чем отличается бетонная рубашка от бетонной обоймы?
8. В каких случаях устраиваются железобетонные пояса в
зданиях?
9. Что такое усиление колонн металлической обоймой и за счет
чего достигается ее совместная работа с конструкцией?
10. Меняет ли статическую схему работы конструкции шпрен-
гельная система усиления балок?
II. Приведите пример усиления железобетонной балки без из¬
менения статической схемы работы.
12. Какие варианты усиления железобетонных плит Вы може¬
те назвать?
13. Перечислите положительные свойства деревянных кон¬
струкций, упрощающих усиление.
14. Приведите примеры усиления металлических стоек без
изменения и с изменением статической схемы их работы.
15. В каких случаях проводят усиление металлических ферм?
167
ГЛАВА 6
МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ
Для увеличения долговечности сооружений и снижения экс¬
плуатационных расходов, связанных с коррозионными процесса¬
ми, применяются два направления: первичная и вторичная защиты.
Первичная защита предусматривает:
- выбор объемно-планировочных и конструктивных решений (в
части назначения сечения), направленных на снижение воздействий
окружающей агрессивной среды;
- применение выбранных строительных материалов, отвечающих
данным условиям среды с повышенной коррозионной стойкостью;
- уменьшение интенсивности газо- и пылевыделения благодаря
использованию герметичного оборудования, а также улавливание
выбросов в атмосферу.
Вторичная защита включает в себя дополнительные элементы
конструкций в виде защитных покрытий:
- лакокрасочных;
- оклеечных изоляций;
- облицовочных покрытий и футеровок;
- штукатурных покрытий;
- уплотняющих пропиток и др.
Защитные мероприятия зависят от степени и вида агрессивности
среды, а также от типа материала конструкции.
6.1 Защита от коррозии каменных
и бетонных конструкций
Защита осуществляется разными способами в зависимости от
характера воздействий.
Применительно к элементам зданий и сооружений наибольшие
возможности по увеличению химической стойкости за счет первич¬
ной защиты заложены в бетоне. Выбор типа цемента, повышение
плотности бетона, подбор заполнителей, ограничение трещиностой-
кости и нормирование величины защитного слоя - мероприятия, в
168
результате которых возможно повысить коррозионную стойкость
конструкций.
Первичные Вторичные
Рисунок 6.1 - Методы защиты бетонных и каменных конструкций от раз¬
рушения
Стеновые конструкции из искусственного камня укрепляются
прокладкой металлических сеток, укладываемых в горизонтальных
швах. Долговечность конструкции обусловливается качеством при¬
меняемых растворов и бетонов.
В условиях сульфатной коррозии может также использоваться бе¬
тон на низкоаллюминатном цементе. Основным фактором, опреде¬
ляющим химическую стойкость бетона, является его плотность. Для
конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах, плотность
бетона является таким же важным показателем, как прочность при
расчете на~механические воздействия.
Зат счет снижения водопотребности и улучшения пластичности
смеси при использовании добавок можно значительно увеличить
плотность бетона, повысить его морозостойкость, а путем введения
169
добавок - ингибиторов коррозии стали - улучшить защитные дей¬
ствия бетона по отношению к арматуре.
Величина раскрытия трещин зависит от процента армирования,
прочности бетона, величины напряжения в арматуре, жесткости
стыков, анкеровки и т.д. Однако во всех случаях она увеличивается
при росте напряжений и деформаций. С увеличением ширины рас¬
крытия трещин возрастает скорость депассивации и проникновения
агрессивных ионов. Ускорение коррозии арматуры в зоне трещины
может происходить в результате_проникновения агрессивных про¬
дуктов.
При небольшом раскрытии трещин (0,05-0,1 мм) в газовоздуш¬
ной среде возможна их кольматация в результате заполнения про¬
дуктами коррозии бетона или пыли. В сильноагрессивных средах
предельная величина раскрытия трещин не должна превышать
0,05 мм. Для арматуры ненапряженных конструкций, работающих
в атмосфере цеха при сохранении защитного слоя, наличие трещин
шириной раскрытия до 0,25 мм не представляет сколько-нибудь се¬
рьезной опасности.
Химически стойкие бетоны применяются в строительных
конструкциях многих производств, подвергающихся особенно тя¬
желым эксплуатационным воздействиям: периодическим проливам
кислот, щелочей, растворов солей, увлажнению водой при повышен¬
ных температурах, значительным механическим, в том числе вибра¬
ционным нагрузкам.
Кислотоупорные бетоны в настоящее время используются для не-
армированных конструкций или при наличии только конструктив¬
ной арматуры: фундаменты под оборудование, блоки для футеровки,
плиты для полов, арки и своды, работающие на сжатие. Работы по
улучшению свойств кислотостойких композиций на жидком стекле
привели к новой модификации бетона - полимерсиликатбетона.
В процессе воздействия кислот на такой бетон происходит не¬
которое самоуплотнение за счет кольматации пор при контакте
концентрированных кислот с введенными добавками.
Защитный слой толщиной 25-40 мм, отсутствие трещин, правиль¬
но подобранный состав могут обеспечить сохранность арматуры на
весь период эксплуатации сооружения.
В качестве вторичной защиты для бетона, асбоцемента, кирпича
и других капиллярно-пористых материалов применяются лаки или
эмали. Лаками называются пленкообразующие материалы, пред¬
ставляющие собой раствор полимерных (или олигомерных) смол в
летучих растворителях. В процессе образования покрытия раство¬
ритель постепенно испаряется.
170
Шпатлевки предназначены для исправления дефектов, связанных
с наличие^ неровностей на поверхности. Они характеризуются вы¬
сокой степенью наполнения. Используются шпатлевки в антикорро¬
зионной защите строительных конструкций весьма редко, в основ¬
ном для исправления дефектов в бетонных поверхностях, вызван¬
ных наличием пор и раковин. При этом защитные свойства системы
снижаются.
Для уменьшения пористости в условиях агрессивных сред нано¬
сят многослойные покрытия, в которых каждый последующий слой
более чем на 30-50% перекрывает поры нижележащего. С повыше¬
нием степени агрессивности среды количество защитных слоев уве¬
личивается до 10-12. Свойства лакокрасочных покрытий определя¬
ются не только пористостью.
Для бетонных, асбоцементных и других конструкций требования
по подготовке поверхности заключаются в ограничении ее сорбци¬
онной влажности (до 4%) и поверхностной пористости (не более
5%), отсутствии пыли, жировых пятен, раковин и т.д.
Одним из видов вторичной защиты является нанесение на
строительные конструкции составов, придающих им свойства не
смачиваться водой - так называемые гидрофобизация и флюатиро-
вание. Гидрофобные покрытия применяют в основном для обра¬
ботки пористых поверхностей (бетон, пенобетон, керамзитобетон).
Гидрофобные покрытия на основе метилсиликонатов натрия отлича¬
ются повышенной морозо- и химической стойкостью. Недостатком
гидрофобизации является необходимость восстановления покрытий
через 1 -3 года. При гидрофобизации бетон пропитывается на глу¬
бину 2-10 мм гидрофобными (водоотталкивающими) составами на
основе кремнийорганических полимерных материалов: ГКЖ-94,
ГКЖ-10. Составы наносятся кистью или пульверизатором на пред¬
варительно очищенную сухую поверхность конструкции.
В случае флюатирования делается обработка бетона 3-7%-ным
раствором кремнийфтористоводородной кислоты. При этом крем-
нийфтористомагний MgSiF6, реагируя с ионами кальция, образует на
стенках пор и капилляров цементного камня нерастворимый защит¬
ный слой из кристаллов фтористого кальция и кремнезема. Флюат
наносится на поверхность бетона в 3-4 слоя. Интервал между нане¬
сением слоев обычно составляет 4 часа.
Для антикоррозионной защиты применяют профилированный
полиэтилен^низкой плотности. Лучший способ защиты профили¬
рованным полиэтиленом - крепление его к поверхности в процес¬
се бетонирования железобетонных конструкций. Применяется он
и для защиты монолитных сооружений, например, резервуаров.
171
Полиэтиленовые листы с одновременным пригрузом укладывают в
свежеприготовленный бетон, в процессе схватывания которого осу¬
ществляются механические закрепления ребер-анкеров. Полиэтилен
является весьма стойким пленочным материалом.
6.2 Защита железобетонных конструкций
от агрессивных воздействий
Надежность бетонных и железобетонных конструкций, предна¬
значенных для эксплуатации в агрессивной среде, их коррозионная
стойкость обеспечиваются средствами первичной и вторичной за¬
щиты.
Величина защитного слоя - один из важнейших показателей
долговечности железобетонных конструкций. В условиях средне-
и сильноагрессивных сред для бетонов нормальной и повышенной
плотности защитный слой принимается не менее 20-25 мм в газовых
и 30-35 мм в жидких средах.
Значительную опасность представляют собой трещины для кон¬
струкций с предварительно напряженной арматурой, поэтому луч¬
шей защитой является проектирование предварительно напряжен¬
ных конструкций с арматурой, имеющей плотный слой бетона без
трещин.
К мерам первичной защиты бетонных и железобетонных
конструкций относятся следующие:
- соблюдение требований по назначению защитного слоя;
- применение материалов (бетона и арматуры) повышенной
коррозионной стойкости;
- использование добавок, повышающих коррозионную стойкость
бетона и его защитную способность по отношению к стальной арма¬
туре;
- снижение проницаемости бетона с помощью различных техно¬
логических приемов.
К мерам вторичной защиты бетонных и железобетонных
конструкций относятся следующие:
- оклеечная изоляция из листовых и пленочных материалов;
- облицовки и футеровки штучными или блочными изделиями
из керамики, шлакоситалла, стекла, каменного ли тья, природного
камня;
- штукатурные покрытия на основе цементных, полимерных
вяжущих, жидкого стекла, битума;
- уплотняющая пропитка поверхностного слоя бетона конструк¬
ций химически стойкими материалами.
172
Требования к железобетону при первичной защите
В одной железобетонной конструкции не должны применяться
цементы различных видов.
Повышение коррозионной стойкости железобетонных конструк¬
ций в агрессивных средах может достигаться применениями хими¬
ческих добавок, повышающих коррозионную стойкорть и защитную,
способность бетона по отношению к стальной арматуре. При ис¬
пользовании добавок следует руководствоваться «Пособием по при¬
менению химических добавок при производстве сборных железобе¬
тонных изделий и конструкций» (М.: Стройиздат, 1987), «Каталогом
выпускаемых в СССР добавок для бетонов и строительных раство¬
ров» (М., 1986).
В зависимости от вида коррозионного воздействия агрессивной
среды, с целью повышения стойкости конструкции необходимо при¬
менять следующие добавки:
- для повышения морозостойкости бетона - воздухововлекаю¬
щие, пластифицирующие-воздухововлекающие, газообразующие,
гидрофобизирующие- воздухововлекающие, гидрофобизирующие-
газовыделяющие;
- для повышения стойкости бетона при воздействии солей, в том
числе в условиях капиллярного подсоса и испарения - те же, что и
для повышения морозостойкости, гидрофобизирующие, суперпла¬
стификаторы, пластифицирующие и уплотняющие;
- для повышения непроницаемости бетона - уплотняющие,
суперпластификаторы, пластифицирующие, пластифицирующие-
воздухововлекающие, гидрофобизирующие-воздухововлекающие,
воздухововлекающие;
- для повышения защитного действия по отношению к стальной
арматуре - ингибиторы коррозии стали.
Вторичная зашита от коррозии
Защита от коррозии поверхностей бетонных и железобетонных
конструкций предусматривается со стороны непосредственного воз¬
действия агрессивной среды и осуществляется:
- лакокрасочными покрытиями - при действии газообразных и
твердых сред (аэрозоли);
- лакокрасочными толстослойными (мастичными) покрытиями -
при действии жидких сред;
- оклеечными покрытиями — при действии жидких сред, в грунте
в качестве непроницаемого подслоя в облицовочных покрытиях;
- облицовочными покрытиями, в том числе из полимербетонов
- при действии жидких сред, в грунтах, в качестве защиты от меха¬
нических повреждений оклеечного покрытия;
173
- пропиткой (уплотняющей) химически стойкими материалами -
при действии жидких сред; в грунтах;
- гидрофобизацией - при периодическом увлажнении водой
или атмосферными осадками, образовании конденсата, в качестве
обработки поверхности до нанесения грунтовочного слоя под лако¬
красочные покрытия.
Лакокрасочные, оклеечные и облицовочные покрытия в соответ¬
ствии с их защитными свойствами подразделяются на четыре груп¬
пы (защитные свойства групп покрытий повышаются от первой к
четвертой).
Необходимость защиты поверхностей конструкций, группы
применяемых покрытий и примерная их толщина приведены в та¬
блице 6.1.
Таблица 6.1
Условия применения защиты железобетонных конструкций
Среда
Степень
агрессивного
воздействия среды
Группы покрытий (над чертой) и толщина
всех покрытий (под чертой), мм
лакокрасочных
оклееч-
ных
облицовоч¬
ных
обычных
толстослой¬
ных
мастичных)
Газообраз¬
Слабоагрессивная.
1*;И*
-
-
-
ная,
Среднеагрессивная.
0,1-0,15
твердая
Сильноагрессивная
III**
-
-
-
0,15-0,2
IV
-
-
-
0,2-0,25
Жидкая
Слабоагрессивная
-
II
-
II
Среднеагрес-сивная
1-1,5
Сильноагрессивная
-
III
III-IV
III
1.5-2,5
-
IV/2,5-5
IV
IV
Примечания:
* Покрытия группы следует применять при наличии требований к отделке.
**Покрытия группы необходимо использовать в среде при наличии газов группы В
и при влажном и мокром режимах помещений (или во влажной зоне), а также для
защиты внутренней поверхности ограждающих конструкций из легких и ячеистых
бетонов.
* * * Толстослойные (мастичные) покрытия могут применяться при наличии твер¬
дой агрессивной среды в виде сыпучих минеральных солей и агрессивных грунтов
выше уровня грунтовых вод.
174
Не допускается применение в жидких органических средах (мас¬
ла, нефтепродукты, растворители) лакокрасочных покрытий, рулон¬
ных, листовых материалов, а также композиций герметиков на осно¬
ве битума.
К числу химически стойких лакокрасочных материалов отно¬
сятся эпоксидные, эпоксидно-фенольные, перхлорвиниловые и на
сополимерах винилхлорида, хлоркаучуковые, на основе хлорсуль-
фированного полиэтилена, хлорнаиритовые, тиоколовые.
Требуемую толщину покрытия следует стремиться получать
нанесением наименьшего числа слоев, но не менее двух (для обе¬
спечения перекрытия микропор).
Наружные боковые поверхности подземных конструкций зданий
и сооружений (фундаментов, тоннелей, каналов, коллекторов и т.п.),
а также ограждающих конструкций подвальных помещений (стен,
полов), подвергающихся воздействию агрессивных грунтовых и
производственных вод, защищаются, как правило, мастичными,
оклеечными или облицовочными покрытиями.
При использовании рулонной изоляции для защиты боковых
поверхностей последнюю необходимо заводить под подошву фун¬
дамента.
При наличии водорастворимых солей более 1 % массы грунта для
районов со средней месячной температурой самого жаркого месяца,
превышающей 25°С, при средней месячной относительной влажно¬
сти воздуха менее 40 % необходимо устройство гидроизоляции всех
поверхностей фундаментов. Для цокольной части зданий, эксплуа¬
тируемых в указанных условиях, следует принимать бетон марки по
водонепроницаемости не менее W6.
Для подошвы бетонных и железобетонных фундаментов нужно
предусматривать устройство подготовки и изоляции, стойкой к воз¬
действию агрессивной среды. Для защиты подошв фундаментов,
расположенных в уровне агрессивных грунтовых вод (с учетом воз¬
можности их повышения), необходимо предусматривать:
- в кислых слабо- и среднеагрессивных средах - устройство щебе¬
ночной подготовки толщиной 100-150 мм из плотных изверженных
пород с последующей укладкой слоя кислотостойкого асфальта, а в
сильноагрессивных кислых средах - дополнительно по кислотостой¬
кому асфальту наклеивать 2 слоя рулонной изоляции с последующей
укладкой слоя кислотостойкого асфальта;
- в сульфатных слабо- и среднеагрессивных средах — устройство
щебеночной подготовки толщиной 100-150 мм с проливкой горя¬
чим битумом с последующей подготовкой из бетона или цементно¬
песчаного раствора или слоя горячей асфальтовой мастики, а для
175
сильноагрессивных сульфатных сред - подготовку из бетона или
цементно-песчаного раствора на сульфатостойком портландце¬
менте.
При наличии в производстве жидких агрессивных сред бетон¬
ные и железобетонные фундаменты под металлические колонны и
оборудование, а также участки поверхностей других конструкций
должны выступать над уровнем пола не менее, чем на 300 мм.
В случае невозможности выполнения данного требования долж¬
но предусматриваться обетонирование нижних участков колонн на
высоту не менее 300 мм выше уровня пола с защитой от попадания
агрессивных сред отгибом вверх рулонной изоляции пола на высо¬
ту 300 мм. Изоляция фундаментов и пола должна быть сплошной и
единой.
Участки поверхностей конструкций, где невозможно техно¬
логическими мероприятиями избежать облива или обрызга агрес¬
сивными жидкостями, должны иметь местную дополнительную за¬
щиту оклеечными, облицовочными или другими покрытиями.
6.3 Защита деревянных конструкций
Защитой от биоповреждений деревянных конструкций слу¬
жат конструктивные мероприятия и создание необходимого
температурно-влажностного режима.
Кроме того, часто бывает необходима химическая обработка дре¬
весины, которая в основном проводится во время строительства, а
впоследствии - во время ремонтов.
Основным мероприятием, предотвращающим загнивание
древесины, является организация проветривания и предупреждение
попадания сырости.
Противопоказанным для древесины может стать гидроизоляция,
если она плотно облегает конструкцию и исключает ее проветрива¬
ние, нельзя обвертывать толем или рубероидом торцы концов балок,
вводя их в гнезда кирпичной кладки, нужно создавать при этом к
ним свободный доступ воздуха.
Независимо от конструктивных решений по защите деревян¬
ных конструкций в первую очередь устраняются места протечек
и причины, вызывающие их. При очаговых повреждениях в опорах
прогнившая древесина вырезается с захватом здоровых участков на
40-50 см. Поверхностная гниль удаляется с зачисткой до здоровой
по внешнему виду древесины с нормальным цветом и прочностью.
Перед удалением частей конструкций, пораженных дерево-
разрушающимй грибами, производится их опрыскивание 10%-м
176
водным раствором медного или железного купороса, в том числе и
здоровой древесины.
Все неорганические засыпки и смазки, прилегающие к повреж¬
денным грибом элементам, а также верхний слой земли толщиной
до 10 см в подполье при поражении древесины дереворазрушаю¬
щими грибами удаляют.
В старых зданиях хорошей защитой древесины могут служить
концы балок, опирающихся в гнезда кирпичных стен, которые
обмазывались смолой, за исключением торцов, чтобы не препят¬
ствовать сушке и проветриванию. В некоторых сооружениях концы
балок обертывались войлоком или пергамином, скрепляемым дран¬
ками, прибитыми гвоздями. Для доступа воздуха гнезда в стенах
устраивались с зазором, а балки помещались на деревянные про¬
кладки.
Лаги следует укладывать на бетонную поверхность по гидроизоля¬
ционной подкладке в несколько слоев, а также необходимо в примыка¬
ниях пола к стенам предусматривать зазоры шириной 1...2 см и закры¬
вать щелевыми плинтусами. В полу следует сделать отверстия, прикры¬
ваемые решетками, для циркуляции воздуха под настилом пола.
Химическая обработка древесины. Выполнение специальных мер
по ликвидации жуков-точильщиков и различных грибов в древесине
нужно производить в летнее время года как в наиболее благоприят¬
ный период для просушивания деревянных конструкций и их анти-
септирования, а также обеззараживания засыпок.
Следует учитывать, что противожучковый ремонт дает наиболь¬
ший эффект именно весной или летом, так как в это время личинки
жуков подходят к поверхности пораженной древесины, а осенью и
зимой они уходят глубоко в древесину и становятся малодоступны¬
ми для воздействия на них инсектицидов.
Заменяемые детали должны антисептироваться еще до укладки
их в конструкцию, при этом не допускается какой-либо последую¬
щей подтески, острожки, опиловки, так как именно эти места впо¬
следствии окажутся доступными разрушителям древесины.
Применяемый антисептик не должен понижать прочности
древесины, проникать в нее на требуемую глубину, не вызывать кор¬
розии металла, применяемого совместно с древесиной, не окраши¬
вать ее или только слабо окрашивать, не вымываться водой, а так¬
же не выделять при эксплуатации зданий и сооружений каких-либо
вредных веществ или неприятных запахов.
-Втубину проникновения антисептика определяют по изменению
цвета проб древесины, взятых пустотелым буром или при помощи
индикаторов.
177
Материалы, применяемые для защиты деревянных конструкций
и изделий, подразделяются на влагозащитные, к которым относятся
лаки и эмали, антисептические, используемые для защиты древеси¬
ны от биологических повреждений, и огнезащитные - от возгора¬
ния.
Антисептики используются в виде водных растворов и паст,
получивших довольно широкое распространение в практике строи¬
тельства и ремонта. К наиболее распространенным антисептикам
относятся фтористый натрий и различные химические препараты на
основе буры, сернокислой меди, хлористого цинка и др.
Антисептические пасты различаются по маркам: 200 и 100 - на
основе фтористого натрия и 300 и 150 - на базе буры. Марка свиде¬
тельствует о содержании сухого вещества антисептика в граммах на
1 м2 обрабатываемой поверхности.
Антисептики могут быть приготовлены также на нефтепродуктах
и легких маслах, где в качестве растворителя применяются зеленое
масло, уайт-спирит, керосин, мазут. Есть специальные маслянистые
антисептики, к которым относятся масло каменноугольное, антра¬
ценовое, сланцевое и др. Все они имеют резкий запах, окрашивают
древесину в темный цвет и поэтому внутри жилых, общественных и
производственных зданий не применяются, за исключением чердач¬
ных перекрытий.
Защитные покрытия могут производиться следующим образом:
1) обмазкой поверхности кистями;
2) опрыскиванием из краскопульта;
3) погружением заготовленных деталей на определенное время в
раствор антисептика;
4) антисептированием по способу горячей и холодной ванн;
5) сухим антисептированием.
Обмазку кистями рекомендуется производить при обработке
небольших площадей. Пасту-концентрат разводят водой до рабочей
консистенции (на 100 весовых частей пасты берут 80 весовых ча¬
стей воды) и наносят на обрабатываемую поверхность равномерным
слоем, желательно за два раза. Между первой и второй обмазками
устраивается перерыв для впитывания антисептика и просыхания
древесины. Перед использованием антисептика следует его подо¬
греть.
Антисептирующие пасты рекомендуется применять для кон¬
струкций, которые могут увлажняться в условиях повышенной
влажности, причем деревянные конструкции в местах соприкосно¬
вения с грунтом, бетоном, камнем надлежит дополнительно защи¬
щать гидроизоляционными материалами. Пасты могут также ис¬
178
пользоваться и для заполнения трещин в деревянных конструкциях
с целью предохранения их от загнивания.
При обмазке кистями антисептик проникает в древесину на
незначительную глубину, всего лишь на 1-2 мм.
Обработка больших площадей древесины производится
опрыскиванием ее водными растворами антисептиков из краско¬
пульта, что дает возможность жидкости, поступающей под давле¬
нием, лучше проникать в древесину. Опрыскивание следует произ¬
водить за два раза с интервалом между ними не менее двух часов
при температуре 18 -20°С. В зимнее время антисептические раство¬
ры подогреваются до температуры 40 -50°С, а обработка древесины
производится при температуре не ниже -10°С.
При способе погружения в раствор антисептика заготовленных
деревянных элементов и материала их выдерживают в растворе в
течение 1-2 часов. Пропитка получается более качественной, анти¬
септик глубже проникает в древесину и равномерно покрывает все
части элемента. Этим способом антисептируется не только древеси¬
на, но и конопаточные материалы — пакля и войлок. Температура
водного раствора антисептика, в который погружается древесина,
должна быть не ниже 60°С.
Антисептированйе по способу горячей и холодной ванн
заключается в том, что сначала заготовленные элементы погружа¬
ются в горячий водный или маслянистый раствор с температурой не
ниже 90 -95°С на 2 -4 часа в зависимости от сечения пропитываемых
элементов и их влажности, а затем их переносят в ванну с холодным
раствором того же состава с температурой не выше 35°С, где они
выдерживаются в течение 3 -4 часов. Уровень раствора должен быть
выше древесины на 8 - 10 см.
Сухое антисептирование заключается в нанесении сухого
антисептика. Для этой цели применяют фтористый натрий, имею¬
щий вид белого порошка, который предварительно смешивают с
увлажненными опилками (или влажным песком) при объемном со¬
отношении 1:10 и наносят на древесину слоем 1 -2 мм.
6.4 Защита металлоконструкций от коррозии
В строительстве используется обычная сталь, которую приходит¬
ся защищать от коррозии уже в изделиях.
Различают методы защиты от коррозии конструкций, работа¬
ющих в атмосферных условиях, и конструкций, находящихся в
почвенной среде. Защиту конструкций осуществляют либо сни¬
жением агрессивного действия среды, либо изоляцией металла
от нее.
179
Первый метод (первичная зашита) - снижение агрессивного
действия среды - эффективен при условии, что среда замкнута и
изолирована. Примером может служить удаление агрессивных ком¬
понентов из воздуха помещений путем вентиляции.
Второй метод (вторичная зашита) - изоляция металла от среды
- весьма распространен и не только в атмосферных условиях, но и в
заглубленных сооружениях.
Первичная защита включает в себя весь комплекс мероприятий,
позволяющих обеспечить химическую стойкость и долговечность
как отдельных элементов, так и зданий и сооружений в целом без
их дополнительной изоляции от непосредственного контакта с окру¬
жающей средой.
Стали повышенной коррозионной стойкости 10 ХСНД, 15 ХСНД,
10 ХНДП могут применяться без защиты в слабоагрессивных сре¬
дах. Значительный экономический эффект от первичной защиты
может быть получен за счет использования принципа концентра¬
ции материала и проектирования сечений оптимальной формы.
Принцип концентрации материалов состоит в выборе конструкций,
периметр которых должен быть минимальным при условии равной
площади поперечного сечения и соответственно несущей способно¬
сти. Чем меньше удельная поверхность контакта элементов с агрес¬
сивной средой, тем соответственно меньше коррозионные потери.
Наибольшую (при одинаковой площади сечения) стойкость будут
иметь толстостенные элементы. С увеличением шага колонн и вели¬
чины пролета долговечность металлоконструкций также возрастает.
Конструкции с замкнутыми сечениями, например, трубы в 1,5 - 2
раза более долговечны по сравнению с такими же конструкциями из
спаренных уголков.
К вторичной защите относятся лакокрасочные покрытия как
наиболее распространенный метод защиты, поскольку имеют ряд
преимуществ: простота нанесения на поверхность различной кон¬
фигурации, более низкая стоимость, возможность осуществления
периодических ремонтов при эксплуатации, большой выбор цвето¬
вых решений. Существуют различные группы лакокрасочных мате¬
риалов в зависимости от условий эксплуатации: атмосферостойкие,
ограниченно атмосферостойкие, химически стойкие, термостойкие
и др.
Для защиты зданий и сооружений от коррозии применяют
следующие виды лакокрасочных материалов: битумные и масляно-
битумные, перхлорвиниловые и на сополимерах вйнилхлорида,
эпоксидные, на основе хлорсульфированного полиэтилена. Для ме¬
таллоконструкций используют глифталевые, фенолформальдегид-
180
ные, фосфатирующие грунтовки. Лакокрасочное покрытие включа¬
ет в се§я пленкообразующие - различные типы смол (перхлорвини-
ловые^ .эпоксидные, битумные и др.).
Лакокрасочные материалы имеют несколько разновидностей,
отличающихся как составом, так и защитными свойствами (грун¬
товка, эмаль, лак, шпатлевка). Грунт представляет собой суспензию-
из пленкообразующих пигментов, наполнителей, растворителей и
пластификаторов. Основное назначение грунта - обеспечить адге¬
зию металла с последующими слоями лакокрасочных материалов.
Отдельные виды грунтовок обладают протекторными, фосфатирую-
щими или ингибирующими свойствами.
Существенного отличия между красками и эмалями нет. При
лакокрасочной защите на поверхности конструкции образуются
сплошные тонкослойные пленки, обладающие высокой химической
стойкостью, низкой диффузной проницаемостью в газовых средах.
При увеличении толщины в пленке возрастают внутренние
напряжения, снижается адгезия и прочность, в то время как прони¬
цаемость мало изменяется. Установлено, что критическая толщина
эпоксидных покрытий на металлической поверхности составляет
100-120 мкм, перхлорвиниловой - 180 мкм.
Металлические конструкции, поступающие с заводов-
изготовителей, должны быть как минимум с грунтовочным слоем.
Окончательная окраска металла производится на строительной пло¬
щадке лишь теми лаками и эмалями, которые сочетаются с грунтов¬
кой. Стальные конструкции должны иметь степень очистки не ниже
второй, когда при визуальном осмотре окалина и ржавчина не об¬
наруживаются. Такая очистка может быть при дробеструйной, пе¬
скоструйной или дробеметной обработке. Лишь под покрытия на
основе битумных материалов допускается третья степень очистки,
при которой не более чем на 5% поверхности имеются пятна и поло¬
сы сцепленной окалины, точки ржавчины, видимые невооруженным
глазом.
В условиях, когда выполнить очистку металлоконструкций до
третьей и тем более второй степени не представляется возможным,
например, при защите от коррозии реконструированных зданий, а
также для малоответственных металлоконструкций (площадки для
обслуживания оборудования, лестницы и др.), применяется окраска
непосредственно по ржавчине. Последнюю предварительно обраба¬
тывают специальными составами, так называемыми преобразовате¬
лями или модификаторами ржавчины. С помощью преобразовате¬
лей продукты коррозий превращаются в плотный слой, обладающий
адгезией с основным металлом. Толщина слоя продуктов коррозии не
181
должна превышать 80-120 мкм. При пластовой ржавчине необходима
предварительная очистка щетками. По обработанной преобразовате¬
лем поверхности наносятся химически стойкий грунт и покрытие.
Преобразователи ржавчины пока не являются эквивалентной заме¬
ной лакокрасочных покрытий - они используются лишь как один из
методов подготовки поверхности металлических конструкций, когда
другие виды очистки невыполнимы.
Для защиты конструкций, постоянно эксплуатирующихся в
условиях воздействия жидких агрессивных сред, например, раство¬
ров кислот или щелочей, с целью увеличения толщины и повышения
механической прочности применяют армированные лакокрасочные
покрытия. В качестве армирующего материала используют стекло¬
ткань, стеклорогожу, стеклосетку, а также хлориновую или уголь¬
ную ткань. В зависимости от состава среды, они должны, так же как
и лакокрасочный материал, обладать соответствующей химической
стойкостью.
Покрытия на основе эластомеров осуществляются непосред¬
ственно нанесением на металлическую поверхность толстослой¬
ных (до 3 мм) бесшовных и химически стойких составов на основе
различных материалов. Высокая химическая стойкость позволяет
использовать эластомеры вместо штучных футеровочных материа¬
лов типа кислотоупорного кирпича или плитки.
Листовые ши рулонные покрытия для защиты от коррозии без
дополнительной футеровки применяют в весьма ограниченном ко¬
личестве. Футеровка противостоит коррозионным воздействиям,
температурным колебаниям, влиянию концентрированных кислот
и щелочей.
Как правило, для защиты строительных конструкций использу¬
ется комбинированная футеровка, включающая в себя (со стороны
агрессивной среды) наружный слой из штучных химически стойких
материалов — кислотоупорный кирпич, плитки, блоки, прослойку,
на которую укладывают штучные материалы; непроницаемый хими¬
чески стойкий подслой из рулонных, армированных лакокрасочных
материалов или эластомеров.
Свободная влага заполняет крупные пустоты и поры материала и
удерживается в них с помощью гидростатических сил.
Возрастание внутренних напряжений, вызванных расклиниваю¬
щим действием влаги, приводит к значительному снижению проч¬
ности материала.
Стальная арматура и металлические детали подвергаются корро¬
зии при рН<10, особенно интенсивно она протекает при рН<5, а при
рН=14 практически прекращается, что связано с образованием на
182
поверхности стали защитной пленки из нерастворимого гидроксида
железа Fe(OH)3.
При переходе воды в лед объем увеличивается примерно на 9%.
Многократные изменения температуры с переходом через ноль вы¬
зывают разрушение структурных связей в строительных конструк¬
циях, поэтому постоянно появляются трещины, по которым идет
расслоение. В качестве профилактики коррозии рекомендуется сво¬
евременное удаление воды с конструкций.
6.5 Покрытия на основе торкрет-растворов
Торкретирование (механизированное пневмонанесение много¬
компонентных силикатных композиций) позволяет получить хими¬
чески стойкое защитное покрытие и резко повысить производитель¬
ность труда.
Опыт эксплуатации оборудования и сооружений Воскресенского
ПО «Минудобрения», Березниковского и Солигорского калийных
комбинатов, Новомосковского ПО «Азот», химзавода им. Войкова,
газоходов Тольяттинской ТЭЦ, Горьковского автозавода и других
подтверждает перспективность применения данного способа за¬
щиты.
Состав торкрет-раствора, мас.ч.: тонкомолотый наполнитель—
31,5; кварцевый песок — 63; кремнефторид натрия — 5,5; жидкое
стекло — 20 -25.
Покрытие на основе торкрет-раствора обладает прочностью на
сжатие 15 -20 МПа, на растяжение -5-6 МПа, устойчиво в кислых
агрессивных средах. Улучшения свойств покрытия достигают введе¬
нием в состав уплотняющих добавок.
. Водостойкость повышают введением гидрофобных термо¬
пластичных материалов: инден-кумароновой и ацетоноформаль-
дегидной смол АЦФ-3, гидрофобизирующей жидкости ГКЖ-94.
Плотность увеличивают введением фурилового спирта или смеси
фурилового спирта и водорастворимой фенолформальдегидной смо¬
лы резольного типа ФРВ в соотношении 7:3.
НИИЖБ для повышения прочности, плотности и химической
стойкости торкрет-покрытия рекомендует использовать продукт по¬
ликонденсации полиэфиров ортокремневой кислоты. При этом обе¬
звоживается жидкое стекло, повышается кремнеземистый модуль,
уменьшается щелочность, образуются новые полимерные соеди¬
нения сложного химического состава, откладываемые в микропорах
и капиллярах, тем самым не давая стенкам смачиваться и исключая
проникание агрессивных сред.
183
Для снижения текучести и повышения трещиностойко сти в со¬
став торкрет-растворов вводят антифиллитовый или хризолитовый
асбест.
Улучшение свойств торкрет-покрытий достигается также при ис¬
пользовании калиевых силикатов, а также твердых гидросиликатов
щелочных металлов.
Нанесение торкрет-растворов производят по подготовленным
бетонной и металлической поверхностям. Для повышения при¬
липания кислотоупорных торкрет-растворов, отвердение которых
осуществляется с помощью кремнефторида натрия, с бетонных
поверхностей необходимо снять цементную пленку и обрабо¬
тать поверхность 10 %-м раствором щавелевой кислоты. Такой
обработки не требуется при использовании торкрет-раствора на
основе порошкообразного силиката калия, твердеющего за счет
формамида. При работе с металлической поверхностью по¬
крытие рекомендуется наносить по предварительно приваренной
сетке - рабице.
Существует ряд разработанных торкрет-установок. Наиболее
приемлемыми являются усовершенствованная машина марки
СБ-67 (для больших объемов работ) производительностью 50... 100 м2/ч
и унифицированный малогабаритный пневмоагрегат, работающий
в режиме четырехступенчатой производительности (10...40 м2/ч).
Принципиальные вопросы по нанесению торкрет-растворов с по¬
мощью перечисленных установок решены ВНИИКом и Ростовским
Промстройниипроектом.
Установлено, что оптимальным условием качественного нанесе¬
ния покрытий из полимерсиликатных составов является использо¬
вание сухого способа. когда затворение сухой смеси жидкостными
компонентами происходит на входе в насадку. Оптимальная общая
толщина наносимого покрытия составляет 25 - 30 мм, толщина
слоя за один проход—10 мм при диаметре частиц наполнителя 6-8
мм, время выдержки первого слоя равно 16 - 24 ч. Твердение покры¬
тия должно происходить при температуре окружающего воздуха не
менее 10°С и относительной влажности не более 60%. Срок твер¬
дения составляет 28 суток. При эксплуатации покрытия при темпе¬
ратуре выше 100°С его необходимо предварительно просушить при
температуре 100 - 120°С с подъемом температуры до 10°С/ч. Общая
продолжительность сушки покрытия толщиной 30-40 мм при повы¬
шенной температуре составляет трое суток.
Одним из условий получения высокого качества покрытия яв¬
ляется соблюдение размера факела распыления, равного 15-20 см.
Уменьшение данного размера приводит к опыливанию уклады¬
184
ваемой смеси, а увеличение до 50 — 60 см — к резкому увеличению
отскока (в 1,5-2 раза) и снижению на 15-20% физико-механических
показателей покрытия.
6.6. Техника безопасности при производстве
антикоррозионных работ
Выполнение работ по защите оборудования и строительных кон¬
струкций зданий и сооружений от коррозии связано во многих слу¬
чаях с использованием токсичных, огневзрывоопасных материалов
(растворителей, органических смол, отвердителей, силикатных на¬
полнителей и т. д.) и требует самого тщательного соблюдения правил
техники безопасности, промсанитарии и пожарной безопасности.
Все антикоррозионные работы на производственных объектах
должны выполняться в строгом соответствии с ППР, которые раз¬
рабатываются специализированными организациями.
ППР должны включать в себя мероприятия, обеспечивающие
максимальную механизацию работ, применение передовых мето¬
дов труда, расчет вентиляции и освещения, обеспечение безопасных
условий труда, особенно при производстве работ с легколетучими и
токсичными материалами, меры по защите рабочих, расчет лесов и
подмостей, мероприятия по обеспечению работ в зимних условиях.
При совмещении работ, например, по химической защите и мон¬
тажных, обязательно должен оформляться наряд-допуск с преду¬
преждением смежных организаций и производиться запись в жур¬
нале совмещенных работ.
Вновь поступающие рабочие допускаются к исполнению своих
обязанностей только после прохождения медицинского осмотра и
инструктажа по вопросам безопасности труда:
- непосредственно на рабочем месте - осуществляется произ¬
водителем работ или мастером один раз в квартал.
Проверяется наличие у рабочих средств индивидуальной защиты,
в том числе спецобуви и спецодежды, касок, перчаток (хлопчатобу¬
мажных и резиновых), респираторов и т. д. Их знакомят с основными
правилами безопасного выполнения работы, местонахождением безо¬
пасных зон, проходов, пожарных и медицинских пунктов, правилами
работы на лесах и подмостях, расположением ближайших питающих
рубильников, способами и правилами их отключения и т. д.
Рабочему выдается удостоверение, а результаты проведения ин¬
структажа и проверки знаний заносятся в специальный журнал.
К работам с токсичными материалами, содержащими бензол, то¬
луол, дихлор-этан, стирол, бензин и другие, а также к монтажным,
185
погрузочно-разгрузочным, сварочным и работам по обслуживанию
транспортных и грузоподъемных механизмов допускаются люди не
моложе 18 лет.
При производстве антикоррозионных работ широко используют
материалы, содержащие в себе растворители. Прежде всего, это
относится к лакокрасочным материалам (эпоксидным, перхлорвини-
ловым и др.), доведение до рабочей вязкости которых производится
ацетоном, толуолом, этилацетатом, растворителями Р-5, Р-4 и т. д.
Основой герметиков 51-Г-10 и 51-Г-17 является раствор термоэла-
стопласта ДСТ-30 в бутилацетате.
Битумные составы опасны не только из-за содержания в них рас¬
творителей, но также и потому, что загорается сам битум. К горючим
материалам относится также сера.
Работы с легколетучими токсичными материалами должны
быть обеспечены приточно-вытяжной вентиляцией во взрывобезо¬
пасном исполнении. Вентиляция должна включаться за 30 мин до
начала работы и выключаться через 1 ч по ее окончании.
Категорически запрещаются в зоне 25 м курение и любые работы,
могущие вызвать искрообразование.
Перемешивание клеевых композиций должно осуществляться
деревянным веслом, емкости должны быть пластмассовые, алюми¬
ниевые или оцинкованные; электрифицированные инструменты и
механизмы должны быть заземлены, ободки волосяных кистей —
обмотаны прорезиненной лентой; не допускается наличие спичек,
металлических лестниц, обуви с металлическими гвоздями и под¬
ковами.
Освещение аппаратов и закрытых сооружений должно произво¬
диться с помощью переносных низковольтных ламп напряжением
не выше 12 В на длинных шнурах, снабженных взрывобезопасной
арматурой и защищенных сетчатыми колпаками.
Во время приготовления битумного лака (праймера) смешивание
битума с бензином необходимо производить на расстоянии не менее
50 м от места разогрева, при этом при использовании холодного би¬
тума бензин следует вливать в емкость с раздробленным битумом,
затем массу перемешивают деревянным веслом, а при использова¬
нии горячего битума, разогретого не более чем до 70°С, его вливают
в емкость с бензином с помощью черпака на длинной ручке малыми
порциями.
Все шире применяются составы на основе эпоксидных и других
органических смол с заменой растворителей нелетучими раз¬
бавителями «Этилсиликата-32», окисленного скипидара, фури-
лового спирта, сланцевого дистиллята и т.п.
186
Рабочие, приготавливающие замазки, а также выполняющие фу-
теровочные работы, должны быть обеспечены спецодеждой, респи¬
раторами, очками, перчатками.
Закрытые помещения, аппаратура и сооружения при приготов¬
лении и применении органических замазок (особенно арзамит-
замазки и замазки фуранкор) должны быть оборудованы приточно¬
вытяжной вентиляцией; освещение аппаратов должно производить¬
ся с помощью переносных ламп во взрывобезопасном исполнении
напряжением не выше 12 В.
Необходимо осуществлять строгий контроль химического со¬
става воздуха в указанных помещениях, не допуская превыше¬
ния предельно допустимых концентраций вредных веществ, пре¬
дусмотренных санитарными нормами.
Леса, подмости и другие приспособления для выполнения анти¬
коррозионных работ на высоте должны быть инвентарными и из¬
готовляться по типовым проектам.
Не допускается скопление на настилах людей в одном месте.
Стойки, рамы, опорные лестницы и прочие вертикальные элемен¬
ты лесов должны быть установлены по отвесу и раскреплены
связями в соответствии с проектом.
С целью обеспечения пожарной безопасности необходимо насти¬
лы пропитывать огнестойким материалом — антипиреном.
Настилы на лесах и подмостях должны иметь ровную поверх¬
ность с зазорами между досками не более 5 мм. Соединение щитов
внахлест допускается только по их длине, причем концы стыкуемых
элементов должны быть расположены на опоре и перекрывать ее не
менее чем на 20 см в каждую сторону. Настилы лесов и подмостей
должны быть ограждены.
На лесах и подмостях должны быть вывешены плакаты со схе¬
мами размещения и величиной нагрузок, допускаемых на эти леса и
подмости. Металлические леса должны быть заземлены.
При производстве пескоструйных работ необходимо оградить
место работы и вывесить предупредительные знаки и надписи.
Работая с пескоструйными аппаратами, необходимо строго соблю¬
дать правила безопасной эксплуатации сосудов, работающих под
давлением.
187
Вопросы для самопроверки
I. Для чего производится защита строительных конструкций
от коррозии?
' 2. В чем заключаются меры первичной защиты строительных
конструкций?
3. В чем особенность вторичной защиты строительных кон¬
струкций?
4. С какой целью при изготовлении железобетонных конструк¬
ций используются добавки?
5. Какие параметры обеспечивают повышенную коррозионную
стойкость железобетонных конструкций?
6. Как защитить от биоповреждений деревянные конструк¬
ции?
7. Как влияет на деревянные конструкции гидроизоляция, если
она плотно облегает конструкцию и исключает проветривание?
8. Для чего делаются в полу отверстия, прикрытые решет¬
кой?
9. Для чего делается химическая обработка древесины и в
какое время?
10. На какой основе изготавливаются антисепгирующие пасты
и как они различаются помаркам?
II. Перечислите методы нанесения защитных покрытий.
12. Какие виды защиты от коррозии используются для метал¬
лических конструкций?
13. Что представляет собой торкретпокрытие и чему равна
минимальная толщина одного слоя?
14. Кем разрабатывается lillF на проведение антикоррозион¬
ных работ?
15. Какие средства индивидуальной защиты людей использу¬
ются при проведении антикоррозионных работ на строительных
конструкциях?
188
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предприятия нефтехимии и нефтепереработки отличаются боль¬
шим водопотреблением. Очень часто после длительной эксплуата¬
ции встречаются случаи заводнения промплощадок промышлен¬
ными водами. В результате износа технологического оборудования
появляются протечки запорной арматуры, редкий несвоевременный
ремонт зданий и в частности кровли приводит к протечкам воды на
несущие конструкции каркаса. А потому главными причинами пре¬
ждевременного износа являются протечки воды, замачивания грун¬
тов основания и конструкций, коррозия стальных и железобетонных
конструкций.
Так как наиболее существенной причиной повреждений кон¬
струкций является замачивание основания зданий и сооружений, а
деформации, вызванные неравномерной осадкой основания, приво¬
дят к большим повреждениям стен, конструкций и их сопряжений,
поэтому безопасность работы всего сооружения зависит от техниче¬
ского состояния основания, которому следует уделить значительное
внимание. Необходимо следить за участками постоянного замачи¬
вания, обеспечивая водоотведение в случаях заводнения. Эти места
наиболее уязвимы с точки зрения деструктивных изменений мате¬
риалов и являются причиной преждевременного износа.
Выполненные расчеты с учетом фактического состояния кон¬
струкций и фактических характеристик материалов создают базу
для расчета выбранного типа и разработки принятого варианта уси¬
ления.'
Из опыта обследования и восстановления многочисленных объ¬
ектов разного назначения установлено, что наиболее эффективным
способом усиления железобетонных конструкций является метал¬
лическая круговая обойма, выполненная из прокатных элементов,
стержневых хомутов и металлических пластин (планок).
Величина дополнительной воспринимаемой нагрузки определя¬
ется не только количеством продольных поясов усиления, но хому¬
тов и планок, а также в значительной степени величиной обжатия
усиливаемого элемента. Известно, что если создать трехстороннее
189
обжатие образца материала, то добиться его разрушения практически
невозможно, при отсутствии же обжатия поперечных хомутов или
пластин усиление совершенно неэффективно. Металлоконструкции
усиления в этом случае создают лишь дополнительную нагрузку на
усиливаемый элемент.Именно поэтому и количество дополнитель¬
ной арматуры, и степень обжатия хомутов должны быть определены
расчетом, с тем, чтобы предлагаемая конструкция усиления была
проста в исполнении, прочна и экономически эффективна.
Сравнить эффективность методов усиления позволил жизненный
опыт. Так, на одном из нефтехимических предприятий произошел
пожар. Из-за того, что площадь повреждения была велика, а восста¬
навливать все предстояло в короткие сроки, объект был поделен на
несколько участков, где занимались усилением здания разные спе¬
циализированные организации. Одна из них предложила и вопло¬
тила в жизнь усиление колонн и ригелей металлической круговой
обоймой. На другом участке усиление аналогичных конструкций
было произведено подведением разгружающих металлических ба¬
лок двутаврового профиля со свободным опиранием их на ригели с
подклинкой под поврежденные конструкции для введения их в рабо¬
ту. Усиление при стандартных условиях эксплуатации функциони¬
ровало нормально. Цех был введен в эксплуатацию.
После восстановления прошло два года, и вновь возник пожар.
Разгружающие металлические балки от возникшей температуры
скрутило, превратило в груду искореженного металла, не пригодно¬
го для дальнейшего использования, в то время как металлическая
круговая обойма из прокатных уголков и стержневых хомутов по¬
бывала в пожаре и вышла из него невредимой.
При нагревании элементы усиления удлинились под действием
температуры, но не потеряли форму за счет достаточной жесткости
самого железобетонного элемента. После пожара элементы усиле¬
ния остыли, вернулись в начальное положение и обжали железобе¬
тонный элемент. Усиление продолжало функционировать, сохраняя
свое назначение.
Долговечность усиленных конструкций гарантируется только при
условии обеспечения благоприятных условий дальнейшей эксплуа¬
тации. Проливы любого происхождения должны быть исключены, в
противном случае, дальнейшего развития коррозии не остановить.
Так, на одном из промпредприятий нефтехимии конструкции риге¬
лей были усилены металлической обоймой. В дальнейшем удалить
проливы из технологического оборудования не удалось. Коррозия
продолжалась. Образовавшиеся продукты ее создавали такие боль¬
шие растягивающие напряжения, что планки цо сварке оторвались,
190
вследствие чего было нарушено функциональное назначение усиле¬
ния, а конструкции перешли в предаварийное состояние.
Неоднократно наблюдались случаи, когда усиление конструкций
в растянутой зоне осуществлялось приваркой дополнительной про¬
дольной арматуры; со временем в условиях продолжающихся про¬
течек соединения расслаивались по шву сварки, тем самым наруша¬
лась работа усиления. Хотя организовать нормальную эксплуатацию
в условиях устаревшего оборудования довольно сложно, тем не ме¬
нее, это условие должно выполняться заказчиком. Только так можно
добиться долговременной безопасной работы несущих конструкций
промпредприятий.
Опыт показывает, что на практике имеются многочисленные слу¬
чаи нарушений в виде несанкционированной вырубки бетона и ча¬
сти рабочей арматуры несущих конструкций. Это происходит при
установке нестандартного оборудования, которое не вмещается в су¬
ществующие габариты посадочных мест. Ремонтники не согласуют
свои действия со строителями, в результате чего ослабляются кон¬
струкции перекрытия и в ряде случаев приводят к предаварийной
ситуации.
Аналогичные ситуации наблюдаются и в металлических кон¬
струкциях, когда частично вырезают связи, надрезают элементы
ферм или удаляют полностью элемент, тем самым меняется стати¬
ческая схема работы фермы в целом. Все это приводит к нештатным
ситуациям.
На производстве должна функционировать система технадзора,
курирующая не только оборудование и технологию производства, но
и непосредственно строительные конструкции. Такие отделы долж¬
ны быть укомплектованы грамотными специалистами - строителями
и все действия в цехах по строительной части должны быть с ними
согласованы.
191
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ВСН 53-86(р). Правила оценки физического износа жилых
зданий.-М., 1987.
2. ГОСТ 31384-2008 Защита бетонных и железобетонных кон¬
струкций от коррозии. - М.: МТКС, 2009.
3. ГОСТ 9.602 — 2005. Единая система защиты от коррозии.
Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии.
-М., 2005.
4. РОСТ Р 52804-2007 Защита бетонных и железобетонных кон¬
струкций от коррозии. Методы испытаний. — М.: Стандартинформ,
2008.
5. МГСН 2.09-03 Защита от коррозии бетонных и железобетон¬
ных конструкций транспортных сооружений: пособие к МГСН. -
М., 2004.
6. МГСН 2.08-01 Защита от коррозии бетонных и железобетон¬
ных конструкций жилых и общественных зданий. - М., 2003.
7. СНИП II-22-8L Каменные и армокаменные конструкции. -
М.: Стройиздат, 1983.
8. СНИП П-23-81.* Стальные конструкции. - М.: Стройиздат,
1989.
9. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.
- М.: Госстрой, 1989.
10. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от кор¬
розии. — М.: Стройиздат, 1986.
11. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строитель¬
ных конструкций зданий и сооружений. - М.: Госстрой России,
2004.
12. Пособие по применению химических добавок при произ¬
водстве сборных железобетонных изделий и конструкций. - М.:
Стройиздат, 1986.
13. Рекомендации по обследованию и оценке технического со¬
стояния зданий. - М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 1988.
14. Бондаренко С. В., Санжаровский Р.С. Усиление железобетон¬
ных конструкций при реконструкции зданий. - М., 1990.
192
15. Каталог выпускаемых в СССР добавок для бетонов и строи¬
тельных растворов. - М., 1986.
16. Леонович С. Вопросы технологии усиления строительных
конструкций.- М., 2004.
17. Мальганов А. И., Плевков B.C., Полищук А.И. Усиление
железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений. -
Томск, 1989.
18. Онуфриев Н. М. Новые примеры усиления и исправления же¬
лезобетонных конструкций—Л., 1974.
19. Онуфриев Н. М. Усиление железобетонных конструкций про¬
мышленных зданий и сооружений. — Л., М., 1965.
20. Перкинс Ф. Железобетонные сооружения. Ремонт, гидроизо¬
ляция и защита. - М., 1980.
21. Реконструкция промышленных предприятий: справочник
строителя/ под ред. В. Д. Топчия и Р. А. Гребенкина. - М.: Стройиздат,
1990.
22. Физдель И.А. Дефекты бетонных и каменных сооружений и
методы их устранения. - М., 1953.
23. Хило Е. Р., Попович Б.С. Усиление железобетонных кон¬
струкций с изменением расчетной схемы и напряженного состояния.
-Львов, 1976.
24. Чемпион С. Дефекты и ремонт бетонных и железобетонных
сооружений. —М., 1967.
193
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
Глава 1 Понятие о жизнеспособности сооружения
и его фактическом состоянии 6
1.1 Общие сведения 6
1.2 Категории технического состояния строительных конструкций 14
1.3 Понятие о физическом и моральном износе строительного объекта 15
Вопросы для самопроверки 26
Глава 2 Повреждения конструкции и их причины 27
2.1 Факторы, приводящие к нарушениям в конструкциях 27
2.2 Характерные повреждения строительных конструкций с учетом
особенностей их материалов 36
2.2.1 Характер повреждений каменных и бетонных конструкций 36
2:2.2 Характер повреждений железобетонных конструкций 38
2.2.3 Характер повреждений металлических конструкций 39
Вопросы для самопроверки 42
Глава 3 Коррозия как один из факторов преждевременного износа строительных
конструкций 43
3.1 Общие понятия и условия, порождающие коррозию 43
3.2 Влияние характера агрессивных воздействий и условий окружающей
среды на возникновение коррозии конструкций и их работу 48
3.3 Особенности коррозионных процессов в конструкциях из разных
материалов 51
3.3.1 Коррозия металлов 51
3.3.2 Особенности коррозии каменных и бетонных конструкций 63
3.3.3 Коррозия бетонных и железобетонных конструкций 69
3.3.4 Коррозия деревянных конструкций 78
Вопросы для самопроверки 80
Глава 4 Состояние конструкций, требующее усиления 82
4.1 Необходимость ремонта 82
4.2 Усиление конструкций при потере ими несущей способности 86
4.3 Усиление конструкций при изменении нагрузок без изменения
статической схемы 89
4.4 Усиление конструкций при изменении статической схемы их работы 91
4.5 Примеры состояния конструкций, требующих усиления 96
4.6 Материалы, используемые при ремонте и реконструкции 103
Вопросы для самопроверки 106
Глава 5 Способы усиления конструкций. Их преимущества и недостатки 107
5.1 Усиление фундаментов 108
5.2 Восстановление работоспособности стен 114
5.3 Усиление колонн 130
5.4 Усиление несущих изгибаемых линейных конструкций и элементов 133
5.5 Усиление железобетонных плит 140
5.6 Усиление поврежденных перемычек 149
5.7 Усиление конструктивных деревянных элементов 152
5.8 Усиление металлических конструкций 158
5.9 Примеры выполненных усилений конструкций 164
Вопросы для самопроверки 167
194
Глава 6 Методы защиты от коррозии 168
6.1 Защита от коррозии каменных и бетонных конструкций 168
6.2 Защита железобетонных конструкций от агрессивных воздействий 172
6.3 Защита деревянных конструкций 176
6.4 Защита металлоконструкций от коррозии 179
6.5 Покрытия на основе торкрет-растворов 183
6.6 Техника безопасности при производстве антикоррозионных работ 185
Вопросы для самопроверки 188
Заключение 189
Библиографический список 192
Учебное издание
М.В. ЯКОВЛЕВА, Е.А.ФРОЛОВ, А.Е.ФРОЛОВ
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ.
ПОДГОТОВКА, УСИЛЕНИЕ,
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
Редактор В.Ю. Любаева
Технический редактор Л.Н. Давыдова
Корректор П.А. Полянсков
Подписано в печать 14.12.10.
Формат 60x90 1/16 . Бумага офсетная. Печать оперативная.
Уч.-изд. 12,25. Усл.печ. 11,39. Тираж 50 экз. Заказ № 653.
Самарский государственный архитектурно-строительный университет
443001 Самара, ул. Молодогвардейская, 194.
Отпечатано в типографии АНО «Издательство СНЦ РАН»
443001, Самара, Студенческий пер., За
тел.: (846) 242-37-07
195