ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
ДЕШОРМИЙ Н АВАРИЙ
зданий и сооружений
Под редакцией
канд. техн. наук В. А. Лисенко
#
КИЕВ «БУДШЕЛЬНИК» 1984

38.2
П71
УДК 624.044
Предупреждение деформаций и аварий зданий и сооружений / А. И. Работников,
A.	А. Михайлов, Б. М. Кованев и др.; Под ред. В. А. Лисенко.— К.: Буд1вельник,
1984.— 120 с.
На основе анализа проектных решений с учетом условий эксплуатации обобщены
характерные случаи деформации железобетонных сборных, монолитных, метал¬
лических и каменных конструкций зданий и сооружений и описаны мероприятия
по их устранению. Даются рекомендации по совершенствованию проектирования,
строительства и эксплуатации зданий и сооружений с целью предупреждения их
деформации и аварий.
Для инженеров-строителей, занимающихся проектированием, строительством и
эксплуатацией зданий и сооружений.
Табл. 15. Ил. 20. Библиогр.: с. 119.
Авторы: кандидаты техн. наук А. И. Работников, А. А. Михайлов, Б. М. Кованев,
B.	А. Лисенко, инженеры В. И. Мосяк, А. И. Буренин
Рецензенты: д-р техн. наук И. А. Рохлин, инж. В. С. Свиридов
Редакция литературы по специальным и монтажным работам в строительстве
Зав. редакцией иною. Н. А. Логинова
1 Работников Андрей Иванович |, Михайлов Алексей Андреевич,
Кованев Борис Михайлович и другие
Предупреждение деформаций
и аварий зданий и сооружений
Под редакцией канд. техн. наук В. А. Лисенко
Редактор А. А. Иваницкий
Обложка художника С. И. Райхлина
Художественный редактор О. Д. Васильева
Технический редактор 3. П. Золотарева
Корректор Н. Н. Басенко
ИБ № 2006
Сдано в набор 10.02.84. Подп. в печ. 21.06.84. БФ 10228. Формат 60X84Vie. Бум. тип. № 2.
Гарн. лит. Печ. выс. Уел. печ. л. 6,98. Уел. кр.-отт.7,15. Уч.-изд. л. 7,96. Тираж 12 000 экз.
Шд. № 420. Заказ № 4—1102. Цена 40 к.
Издательство «Буд1вельник». 252053, Киев-53, Обсерваторная, 25.
Киевская фабрика печатной рекламы им. XXVI съезда КПСС, 252067, Киев-67, Выборг¬
ская, 84.
3204000000—081
П	30.84
М203(04)—84
© Издательство «Буд1вельник», 1984

Глава 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ
И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
1.	Виды воздействий среды на строительную конструкцию
Строительные конструкции гражданских, промышленных и сельско¬
хозяйственных зданий находятся в достаточно сложном взаимодей¬
ствии с окружающей средой. В общем случае они подвергаются
физическим, химическим, физико-химическим и биологическим
воздействиям. Степень агрессивного воздействия газовой среды на
конструкцию определяется видом и концентрацией газов, раство¬
римостью газов в воде, влажностью и температурой; жидкой сре¬
ды — наличием и концентрацией агрессивных агентов, температу¬
рой, напором или скоростью движения жидкости у поверхности
конструкции; твердой среды (соль, аэрозоль, пыль, грунт) —дис¬
персностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью, влаж¬
ностью окружающей среды. Степень агрессивного воздействия
атмосферы воздуха на стальные и алюминиевые конструкции опре¬
деляется зоной влажности или влажностью воздуха внутри отап¬
ливаемых зданий, группой газов, характеристикой солей, аэрозолей
и пыли; жидкой неорганической среды — ее видом (природные
воды, производственные оборотные и сточные воды без очистки,
растворы неорганических кислот, щелочей, солей и др.), водород¬
ным показателем pH, концентрацией сульфатов и хлоридов, темпе¬
ратурой, скоростью движения жидкостей, насыщением воды газами;
органической среды — ее видом, концентрацией среды, темпера¬
турой.
Среды по степени воздействия на конструкции подразделяются
на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильно¬
агрессивные (СНиП П-28-73*).
Степень агрессивного воздействия сред на различные конструк¬
ции приведена в таблицах 1—7.
Разрушение бетонных, железобетонных, металлических и камен¬
ных конструкций происходит от физических, химических, физико¬
химических, биологических и специальных воздействий.
Аварией считаются случаи, когда несущие конструкции находят¬
ся в стадии разрушения с полным или частичным обрушением
элементов сооружений; аварийным состоянием — когда отдельные
элементы находятся в предельном состоянии, при котором макси-
1*
з

Таблица 1. Степень агрессивного воздействия среды на незащищенные неме¬
таллические конструкции
Степень агрессив¬
ного воздействия
Результаты эксплуатации конструкций в течение года
Снижение прочнос¬
среды
ти в зоне корро¬
Внешние признаки коррозии
зии, %
Н
0
—
Сл
5
Слабое поверхностное разрушение мате¬
риала
Ср
5—20
Повреждение углов или волосные тре¬
щины
Сил
20
Ярко выраженное разрушение материала
(сильное растрескивание)
Примечание. Здесь и далее
приняты следующие условные обозначения степени
воздействия агрессивности
среды: Н-
- неагрессивная; Сл — слабая; Ср — средняя; Сил —
сильная.
Таблица 2. Степень
агрессивного воздействия газовых сред на конструкции
Относительная влаж¬
ность воздуха помеще¬
ний, %
Зона влажности
(по СНиП 11-3-79)
Груп¬
па га¬
зов
Конструкции из
бетона
и асбес¬
тоцемен¬
та
железо¬
бетона
древеси¬
ны
кирпича
глиняного
пластическо¬
го прессова¬
ния
силикат¬
ного
60
сухая
От 61 до 75
нормальная
75
А
Н
н
Н
Н
н
Б
Н
н
н
Н
н
В
Сл
Сл
Сл
Сл
Сл
Г
Ср
Ср
Ср
Ср
Ср
А
н
н
н
н
н
Б
н
Сл
Сл
н
н
В
Ср
Ср
Сл
н
Ср
Г
Ср
Сил
Ср
н
Ср
А
н
Сил
н
н
Сл
Б
Сл
Ср
Сл
н
Ср
В
Сил
Сил
Ср
н
Ср
Г
Сил
Сил
Сил
н
Ср
Примечание. См. примечание к табл. 1.
мальные рабочие напряжения в них достигли, но не превысили
предела прочности материала, или разрушились отдельные детали
конструктивных элементов, однако обрушение конструкций не
произошло.
Основные виды разрушения бетонных и железобетонных кон¬
струкций даны в табл. 8.
4

Таблица 3. Степень агрессивного воздействия твердых сред на конструкции
Конструкции из
Относительная влаж¬
ность воздуха помеще¬
ний, %
Зона влажности
(по СНиП II-3-79)
Характеристика твердых
сред
кирпича
бето¬
на и
асбе-
сто-
цеме-
нта
желе¬
зобе¬
тона
дре¬
веси¬
ны
гли¬
няно¬
го
плас¬
тиче¬
ского
прес¬
сова¬
ния
сили¬
кат¬
ного
Н
н
н
Н
н
Сл
Сл
н
Н
н
Ср
Сил
Сл
Н
н
н
Н
Н
Н
н
Сл
Ср
Сл
Н
Сл
Ср
Сил
Сл
Сл
Сл
Н
Сл
Н
Н
Н
Ср
Сил
Сл
Ср
Ср
Ср
Сил
Ср
Ср
Ср
60
сухая
От 61 до 75
нормальная
75
влажная
Малорастворимые
логигроскопичные
Малорастворимые
Хорошо растворимые ма¬
логигроскопичные
Хорошо растворимые гиг¬
роскопичные
Малорастворимые
Хорошо растворимые ма¬
логигроскопичные
Хорошо растворимые гиг¬
роскопичные
Причины деформаций и аварийных ситуаций зданий и соору¬
жений:
1.	Перегрузки в результате неправильного учета действующих
нагрузок (происходят при накапливании снега, наледи, производ¬
ственной пыли, температурных воздействий и т. д.);
2.	Общая или местная потеря устойчивости (может быть при
недостаточном количестве или несвоевременной расстановке по¬
стоянных и временных связей, большой гибкости элементов, эк¬
сцентрической нагрузке, наличии локальных дефектов, податливо¬
сти монтажных стыков, несвоевременной или неправильной анке-
ровке опор, температурной деформации при неудачном закрепле¬
нии связей, ошибками в расчетах или в чертежах и т. д.);
3.	Ошибочные проектные решения и отступления от проекта,
необоснованная замена одних элементов другими, недостаточная
прочность, жесткость и устойчивость элементов, неудачное конст¬
руктивное решение узлов сопряжений, занижение расчетной на¬
грузки по сравнению с реальной, недооценка жесткости узлов и
т. д.);
4.	Дефекты, возникающие при изготовлении и монтаже конструк¬
ций (происходят при неправильном выполнении производственных
5

Таблица 4. Степень агрессивного воздействия воды (коррозия I вида)
Coop у
безнапорные
Показатель агрессив¬
Степень
агрессив¬
сильно- и среднефильтрующие грунты
(Кф=Э,1 м/сут); открытый водоем
ности среды
ного воз¬
действия
среды
бе
нормальной
плотности
повышенной
плотности
особоплотный
Бикарбонатная ще¬
лочность, мг-экв/л
(град)
Н
Сл
ср
Сил
1,4(4°)
1,4 (4°)...0,7 (2°)
0,7 (2°)...О
Не нормируется
0,7(2°)
0,7 (2°)...0
Не нормируется
Таблица 5. Степень агрессивного воздействия воды (коррозия II вида)
Показатели агрессивности
среды
Степень агрес¬
сивного воздей¬
ствия среды
Coop у
безна
сильно- и среднефильтрующие грунты
(Кф =0,1 м/сут); открытый водоем
бе
нормальной
повышенной
особоплот¬
плотности
плотности
ный
Водородный показатель
Н
6,5
5,9
4,9
pH
•*- Сл
6,5-6
5,9—5
4,9—4
Ср
5,9—5
4,9—4
3,9—2
Сил
5
4
2
Содержание свободной
Н
углекислоты, мг/л
Сл
Ср
Сил
Содержание магнезиаль¬
Н
1000
1500
2000
ных солей (в пересчете
Сл
1001-1500
1501—2000
2001—3000
на ион Mg2+), г/л
Ср
1501-2000
2001—3000
3001—4000
Сил
2000
3000
4000
Содержание едких щело¬
Н
50
60
80
чей (в пересчете на ио¬
Сл
51-60
61-80
81—100
ны Na^+kH), г/л
Ср
61—80
81—100
101—150
Сил
80
100
150
работ в зимнее время, неправильном порядке монтажа, некачест¬
венной сварке, увеличении нагрузки без усиления конструкций или
регулирования в них напряжений, отсутствии защиты конструкций,
работающих в агрессивных средах, устройстве непредусмотренных
проектом отверстий и пр.);
6

на бетонные конструкции
женпя
напорные
слабофильтрующие грунты, Кф=0,1 м/сут
нормаль¬
ной пло¬
тности
повы¬
шенной
особо¬
нормальной
повышенной
особоплотный
плотнос¬
ти
плотный
плотности
плотности
Не нормируется
*2 (5,6Р)
2 (5,6°)...1.07(3°
1,07(3°)
1,07(3°)	0,7(2°)
1,07 (Зр) ...0	0,,7 (2°)...0
Не нормируется
«
на бетонные конструкции
порные
слабофильтрующие грунты, Кф=0,1 м/сут
напорные
нормальной
повышенной
особоплот¬
нормальной
повышенной
плотности
плотности
ный
плотности
плотности
особоплот¬
ный
5
3,9
6,5
5,9
5,4
5—4
5—4
3,9-3
6,5-6
5,9—5,5
5,4-5
3,9-3
3,9-3
2,9—1
5,9—5,5
5,4—5
4,9-4
3
. 3
1
5,5
5
4
Не нормируется
»
2000
2500
3000
1000
1500
2000
2001—2500
2501—3000
3001-4000
1001—1500
1501—2000
2001—3000
2501—3000
3001—4000
4001-5000
1501—2000
2001—3000
3001—4000
3000
4000
5000
2000
3000
4000
80
90
100
:т
50
60
81—90
91 -100
101 UW
:и -so
51—60
61—80
91—100
101 — 120
121 170
Г»| -60
61—80
81—120
100
120
170
(И)
80
120
5.	Нарушения, допущенные при эксплуатации конструкций
(подвеска к конструкциям различного вида дополнительного обо¬
рудования, отсутствие периодического осмотра состояния конструк¬
ций, перегрузка снегом, производственной пылью, химическая, фи¬
зико-химическая и биологическая коррозия и т. д.);
7

Таблица 6. Степень агрессивного воздействия воды (коррозия III вида)
Соору
,
безна
Показатели агрессивности
среды, характеризующие
процессы коррозии III вида
Степень агрес¬
сивного воздей¬
ствия среды
сильно- и среднефильтрующие грунты
(Кф =0,1 м/сут); открытый водоем
бе
•
нормальной
плотности
повышенной
плотности
особоплот¬
ный
Содержание сульфатов
(в пересчете на ионы
SO4”"), мг/л, для:
а) портландцемента и
Н
300
400
500
шлакопортландцемента
Сл
300—400
400—500
500—800
Ср
401—500
501—800
801—1200
Сил
500
800
1200
б) сульфатостойких:
Н
3000
4000
5000
портландцемента,
Сл
3000—4000
4000-5000
5000—7000
портландцемента с
Ср
4001—5000
5001—7000
7001—10000
минеральными до¬
Сил
5000
7000
10000
бавками, шлакопорт¬
ландцемента и пуц-
цоланового цемента
Содержание хлоридов,
Н
10
16
21
сульфатов, нитратов и
Сл
10-15
16—20
21—30
др. солей и едких щело¬
Ср
16-20
21—30
31—50
чей (при наличии испаря-
Сил
20
30
50
ющих поверхностей), г/л
Таблица 7. Степень агрессивного воздействия среды (масла, нефть, раствори¬
тели) на конструкции
Среда
Конструкции из
бетона и железобетона
кирпича глиняного
пластического прессования и
силикатного
Масла:
минеральные
Сл
Н
растительные
Ср * ■
»
животные
Нефть и нефтепродукты:
сырая нефть
»
сернистая нефть
Сл
»
сернистый мазут
»
дизельное топливо
»
керосин
»
»
бензин
Н
Растворители:
бензол
Сл
ацетон
Н
8

на бетонные конструкции
жения
порные
слабофильтрующие грунты
(Кф =0,1 м/сут)
напорные
тон
нормальной
плотности
повышенной
плотности
особоплот¬
ный
нормальной
плотности
повышенной
плотности
особоплотный
300
500
600
250
400
500
300—500
500-600
600—800
250—400
400—500
500—800
501—600
601—800
801—1200
401—500
501—800
801—1200
600
800
1200
500
800
1200
3000
5000
6000
3000
4000
5000
3000—5000
5000—6000
6000-8000
3000—4000
4000-5000
5000—7000
5001—6000
6001—8000
8001—12000
4001—500
5001—7000
7001—>10000
6000
8000
12000
5000
7000
10000
10
16
21
По специальным указаниям
10—15
16-20
21—30
То же
16-20
21—30
31—50
»
20
30
50
»
6.	Повреждения в результате ползучести и вибрации (возника¬
ют вследствие усталостных разрушений, вибродинамических дейст¬
вий кранов, подвижного состава, разрушения от старения и т. д.);
7.	Дефекты оснований, на которые установлены железобетонные
конструкции (неравномерная осадка зданий и сооружений, потеря
устойчивости, пучение грунта, замачивание лессовидных грунтов,,
некачественные инженерно-геологические изыскания);
8.	Непредвиденные причины (различные обвалы, взрывы, под¬
мыв фундаментов, обрушение вышележащих конструкций, удары,
сейсмические воздействия, ураганы, наводнения).
2.	Методы обследования строительных конструкций
При рассмотрении любого здания или сооружения можно выделить
четыре группы характеристик, которые находятся в тесном взаи¬
модействии и определяют качественное выполнение и нормальную
эксплуатацию объекта: конструктивная надежность, физическая
долговечность; технологическое соответствие назначению, мораль-
9

Таблица 8. Классификация видов разрушения бетонных й железобетонных
конструкций
Вид повреждения, де¬
фекта, коррозионного
разрушения
Действующий фактор
Происходящий процесс
Трещина силовая
Трещина усадочная
Физический
Полезная нагрузка, собствен¬
ный вес, сейсмические воздей¬
ствия, неравномерная осадка,
удары волн, плавающих пред¬
метов
Неправильно подобранный со¬
став бетона, нарушение техно¬
логии изготовления
Трещина температур- Экзотермия, неудачное кон¬
ная	структивное решение (ошибки
в расположении температурных
швов и т. п.)
Откол, облом; сквоз- Удары при нарушении норм
ной пролом	эксплуатации, экстремальные
ситуации природного или про¬
изводственного характера
Выщелачивание извес¬
ти (I вид коррозии)
Растворение, сопро¬
вождаемое химиче¬
скими реакциями (II
вид коррозии)
Новообразования в
структуре бетона с
увеличением объема
(III вид коррозии)
Электрохимическая
коррозия
Газовая коррозия
Химический
Растворяющая способность
фильтрующей воды
Ионы водорода, фильтрация
кислых вод
Повышенное содержание солей
Содержание сульфатов и хло¬
ридов
Постоянный электрический ток,
«блуждающие токи», химиче¬
ские реакции
Содержание в окружающей
среде агрессивных газов
Концентрация нагрузок и
их локализация; непреду¬
смотренные расчетом пе¬
регрузки, воздействия
кратковременные и дли¬
тельные, статические и
динамические
Более интенсивная поте¬
ря влаги поверхностны¬
ми слоями по сравнению
с ядром
Температурно-временная
межкристаллическая де¬
струкция
Механическое поврежде¬
ние конструкции в ре¬
зультате кратковремен¬
ных воздействий нагру¬
зок
Растворение гидрата оки¬
си кальция и гидролиз
минералов цементного
камня
Растворение минералов
цементного камня, уси¬
ленного действием кис¬
лой среды
Переход солей в новые
кристаллогидратные фор¬
мы с увеличением объе¬
ма
Образование двуводного
гипса с расширяющим
эффектом
Электролиз компонентов
цементного камня, сопро¬
вождаемый химическим
взаимодействием со сре¬
дой
Разложение минералов
цементного камня
10

Продолжение т а б л. 8
Вид повреждения, де¬
фекта, коррозионного
разрушения
Происходящий процесс
Трещина, откол
То же
Физико-химический
Увлажнение и высыхание, со¬
провождаемое химическим вза¬
имодействием газовоздушной
среды и минералов цементного
камня
Увлажнение, коррозия армату¬
ры, закладных деталей
Совместное действие отрица¬
тельных температур и влаги
Возникновение значи¬
тельных напряжений (в
частности, усадки), со¬
провождаемое химиче¬
скими реакциями и появ¬
лениями коррозии всех
видов
Значительные растягива¬
ющие напряжения в бе¬
тоне (защитном слое) из-
за накопления продуктов
коррозии металла (ржав¬
чины)
Расклинивающее давле¬
ние льда в порах бетона,
разрушение структуры
материала, возникнове¬
ние коррозии всех видов
ная долговечность; архитектурное соответствие назначению; эко¬
номичность возведения и эксплуатации.
В процессе эксплуатации зданий и сооружений необходимо раз¬
личать: технологическую эксплуатацию зданий и сооружений и тех¬
ническую эксплуатацию, состоящую из мероприятий по поддержа¬
нию зданий и сооружений в состоянии, пригодном для бесперебой¬
ного проведения технологического процесса и сохранения требуемых
эксплуатационных качеств на заданном уровне в течение установ¬
ленного срока. Основным показателем эксплуатационной пригод¬
ности объектов является фактическая несущая способность
строительных конструкций. Она служит доминирующим фактором,
от которого зависят надежность и долговечность эксплуатируемого
объекта, и определяется физико-механическими свойствами строи¬
тельных матери.иит, прочностными, деформативными и геометри¬
ческими параметрами конструкций и характером воздействий на
них окружающей среды. Мероприятии по предупреждению дефор¬
маций и аварий зданий и сооружении связаны с обязательным
определением несущей способности строительных конструкций,
устанавливаемой с помощью эффективных средств и методов обсле¬
дования зданий и сооружений на основе использования современ¬
ных научно-технических достижений.
Диагностика повреждений может выполняться методами:
11

визуального определения степени износа здания или сооруже¬
ния по внешним признакам путем выявления, изучения, оценки,
прогнозирования с анализом причин, признаков и последствий
дефектов и повреждений;
инструментальной оценки состояния конструкций здания и со¬
оружения с помощью диагностических приборов;
инженерного анализа диагностических данных и составления
по ним заключения путем сбора, хранения и выдачи информации.
Основные этапы натурного инженерно-технического обследова¬
ния зданий и сооружений — изучение архивных документов, на ос¬
новании которых составляется историческая справка; ознакомление
с инвентаризационными планами, что помогает определить градо¬
строительное положение здания или сооружения и выявить возмож¬
ность групповой или индивидуальной реконструкции и ремонта;
установление состава и назначения помещений; детальное обследо¬
вание конструктивных элементов здания, в котором отражается
состояние отдельных^ конструкций, узлов, здания или сооружения
в целом; оценка физико-механических качеств материалов, ото¬
бранных непосредственно из конструкций, качества выполненных
работ, а также сопоставление полученных результатов с проектной
документацией и начальным состоянием сооружения; установление
степени износа материалов и конструкций, условий для дальнейшей
эксплуатации (наличие сырости, повышенной влажности, вибрации
и др.); выявление несущей способности конструкций существующего
сооружения. Необходимо охарактеризовать состояние осматривае¬
мых конструкций, степень их надежности при дальнейшей эксплуа¬
тации, установить режимы и условия работы материала, отступле¬
ния от действующих нормативных документов, недостатки при
выполнении строительно-монтажных работ. Значительное внимание
следует уделить: ослаблениям, повреждениям или аварийному со¬
стоянию конструкций; повреждению бетона и железобетона от
агрессивных воздействий окружающей среды; повреждению и кор¬
розии металлических конструкций; поражению деревянных кон¬
струкций грибковыми заболеваниями; нарушению прочности кир¬
пичных стен, столбов, пилястр, простенков, сводов, оснований;
прочности и надежности опираний сборных элементов зданий. Тре¬
буются также данные о скрытых работах, геологии и гидрогеологии
участка; производстве геодезических работ и съемке с натуры
элементов конструкций и частей зданий и сооружений; технико-эко¬
номическом обосновании принятых решений. Все перечисленные
выше мероприятия связаны с определением физико-механических
характеристик как самих обследуемых конструкций, так и строи¬
тельных материалов, из которых они изготовлены. Рассмотрим
отдельные положения более подробно.
Определение средней плотности строительных материалов. Сред¬
нюю плотность определяют по образцам, экстрагируемых из кон¬
12

струкции, правильной или/неправильной геометрической формы
в состоянии воздушно-сухом или естественной влажности.
Средняя плотность каждого образца
iuv	,
т1 — та тх •— т
Рв	Рп
где т — постоянная масса высушенного образца, кг; /Пь m2 — мас¬
сы парафинированного образца соответственно на воздухе и в воде,
кг; рв, рп — плотность воды (1000 кг/м3) и парафина (930 кг/м3).
Изучение структуры бетона. Сведения о структуре бетона мож¬
но получить методом микроскопического анализа, сущность кото¬
рого состоит в измерении линейных сечений частиц и пор в плоско¬
сти среза материала (шлифов и прошлифовок) и вычислении по
результатам их параметров структуры. Такой метод позволяет
определять объемное содержание отдельных компонентов материа¬
ла Vi, в том числе воздушных пор Пх; число частиц в плоскости
сечения щ и в единице объема N\\ суммарную площадь поверх¬
ности частиц или пор в единице объема материала Si; среднюю
/ч
хорду /; средний радиус сечений частиц (кругов) на площади р и
среднеарифметический радиус частиц на шлифе р; средний радиус
/ч
частиц по объему г и среднеарифметический радиус частиц г; сред¬
неквадратическое отклонение радиусов частиц ог; коэффициент, ха¬
рактеризующий вид функции распределения частиц по объему рг,
л
среднюю толщину перегородок между порами г; коэффициент не-
равноосности частиц Кн.
Структуру строительных материалов анализируют при помощи
универсального исследовательского микроскопа МБИ-6, оборудо¬
ванного постоянной фотокамерой и измерительным устройством
Определение прочности бетона. При этом применяются разру¬
шающие и неразрушающие методы испытания бетона. Разрушаю¬
щие предусматривают испытание образцов бетонов (кубы, цилин¬
дры, призмы) на сжатие, осспос растяжение и растяжение при
изгибе.
Определяя предел прочности тяжелого бетона при сжатии, влаж¬
ные образцы предварительно но менее 2 ч выдерживают в поме¬
щении с относительной влажностью воздуха 40—60 % при темпера¬
туре 20is° °С.
Линейные размеры образцов измеряют штангенциркулем или
металлической линейкой с погрешностью ± 1 мм.
Прочностные характеристики бетонов разрушающими методами
определяют на машинах (прессах) и установках, обеспечивающих
погрешность измерения усилия не более ±1 %, регулирование ско¬
13

рости приложения к образцу нагрузки в пределах 0,1—1 МПа/с,
поддержание на протяжении не менее 20 мин нагрузки или задан¬
ной деформации образца с погрешностью ±1 %. Машины рекомен¬
дуется применять с механическим винтовым и гидравлическим
нагружающим устройством.
Предел прочности бетона при сжатии вычисляют для каждого
образца по формуле
R=a(P/F),
где Р — разрушающая нагрузка, Н; F — средняя рабочая площадь
образца, см2; а — переводной коэффициент к прочности стандарт¬
ного образца 150X 150X 150 мм:
Кубы, мм:	Минимальное
значение а
70,7X70,7X70,7
100X100X100
150X150X150
200X200X200
300X300X300
Цилиндры, мм
71,4X143
100X200
150X300
200X400
0,85
0,91
1
1,05
М
1,16
1,17
1,2
1,24
По результатам испытаний образцов стандартного и нестан¬
дартного размера для каждой серии определяют среднюю прочность
R и коэффициент вариации v:
п
21 я*
R = —— ; ®=-| • 100 о/о,
п	R
где Ri — предел прочности отдельных образцов Данного размера
в серии, МПа; п — число образцов данного размера в серии; S —
среднеквадратическое отклонение прочности бетона в серии образ¬
цов, МПа. При испытании выбуренных из конструкции образцов-
цилиндров с отношением высоты А к диаметру d не менее 2 резуль¬
тат испытания следует умножить на коэффициент 0:
h/d 	1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1
Р 	 0,99 0,98 0,97 0,95 0,94 0,93 0,92 0,92 0,9 0,89
Неразрушающие методы испытания бетонов применяются для
оценки прочности бетонов непосредственно в изделиях и конструк¬
циях зданий и сооружений. Такие методы подразделяются на
комбинированные (скорость ультразвука и метод отскока или от¬
печатка; скорость и затухание ультразвука; скорость ультразвука
и поглощение гамма-излучения); электромагнитные (поглощение
СВЧ-волн; электромагнитная индукция); радиационные (исполь¬
14

зующие гамма-излучение); механические (отскок; отпечаток; за¬
бивка и вырывание стержня); звуковые и ультразвуковые (резо¬
нансный; ультразвуковой и импульсный; поверхностной волны).
Сведения о неразрушающих методах и методах, при которых
повреждается незначительный объем конструкций, приведен в
табл. 9.
Определение модуля упругости бетона. Статический модуль
упругости
Еб = ог/еу,
где а — напряжение; гу — упругая часть полных относительных
деформаций, определяемых при напряжении о.
Этот модуль может быть также найден через динамический мо¬
дуль упругости .Един, определяемый акустическими'методами. Па¬
раметры упругости, полученные непосредственными акустическими
измерениями, являются динамическими.
В настоящее время для бетонов разных марок предложено сле¬
дующее соотношение между статическим и динамическим модулями
упругости:
Марка бетона	£б/£Лин
150...250			0,87
250...350			0,91
350			0,95
Неизвестна	0,91
Определение влажности бетона. Влажность образца по массе
Wm = -т^~ тс • 100 %,
HIq
где тв — масса образца во влажном состоянии, кг; тс — масса
образца, высушенного до постоянной массы, кг.
Влажность образца по объему
w jr^jnс_
VpB
где V — объем обряяцл» м3;	-	-	плотность	воды,	равная 1000 кг/м3.
Сорбционную штжиогп. нчепстмх бетонов, характеризующуюся
разностью масс сухого п насыпанного парами раствора образца,
определяют на образцах размером 100X100X15 мм, выпиленных
из середины каждой испытываемом конструкции.
Определение коэффициентов паро- и воздухопроницаемости
конструкций из ячеистых бетонов. Коэффициент паропроницаемо-
сти ячеистых бетонов находят методом измерения количества паров
воды, прошедших через образец и поглощенных гелем кремнезема.
При этом используют шлифованные образцы размером 70Х70Х
ХЗО мм, выпиленные из средней части конструкции.
15

Таблица 9. Стандартизированные методы контроля прочности бетона
Метод испыта¬
Схема испыта¬
Стандарты, регламен¬
Приборы
ния
ния
тирующие методику
испытаний
УКБ-1, УКБ-1М, УК-10П,
УФ-90ПЦ, УК-16П, Бе-
тон-8-УРЦ
Отрыв со ска¬
лыванием
ГОСТ 21243—75
ГПНВ-5, ГПНС-4
ГОСТ 21690.0—77
ГОСТ 21690.1—77
КМ, ПМ, ДПГ-4
Пластической
деформации
эталонным мо¬
лотком Кашка-
рова
ГОСТ 21690.0—77
ГОСТ 21690.2—77
Эталонный молоток Каш-
карова
ГОСТ 21690.0—77
ГОСТ 21690.1—77
КМ, склерометр Шмидта
Отрыва
ГОСТ 21690.0—77
ГОСТ 21690.3—77
ГПНВ-5 с дисками
ГОСТ 21690.0—77
ГОСТ 21690.4-77
ГПНВ-5 с приспособле¬
нием «УРС»

Коэффициент паропроницаемости
S=d/R,
где d — толщина образца, мм; R — диффузионное сопротивление:
R = -^--R\
м
где Р— площадь поверхности образца, м2; Р — разность давлений
водяного пара по обеим сторонам образца, Па; М — количество
водяного пара, проникающего через образец в течение 1 ч; R' —
сопротивление притока и оттока водяного пара, м2-ч* Па/кг.
Коэффициент воздухопроницаемости при установившейся раз¬
ности давления вычисляют по формуле
I   УРвоз
Rw	tPS ’
где V — количество воздуха, м3, проходящее через образец за вре¬
мя t ч. испытания при установившейся разности давления Р, Па;
S — площадь поверхности образца, м2; рВОз — плотность воздуха,
кг/м3.
Коэффициент воздухопроницаемости вычисляют как среднее
арифметическое результатов измерений по шести образцам.
Определение прочности и качества стеновых материалов. Испы¬
тание образцов из каменных материалов производят в том поло¬
жении, в каком эти материалы работают в конструкции. При опре¬
делении предела прочности на сжатие образцов из слоистых горных
пород направление сжимающей силы должно быть перпендикуляр¬
но к направлению слоев. Пустотелый кирпич с несквозными пусто¬
тами при испытании укладывают отверстиями вниз. Кирпич глиня¬
ный обыкновенный, лицевой и пустотелый толщиной 65, 88 и 90 мм
испытывают, укладывая два целых кирпича постелями друг на дру¬
га (сплошной кирпич допускается испытывать в образцах, состоя¬
щих из двух половинок); силикатный и шлаковый сплошной кир¬
пич — в образцах из двух равных половинок; силикатный пустоте¬
лый — укладывая два целых кирпича постелями один на другой
насухо без применения цементного раствора; керамические, бетон¬
ные и природные камин правильной формы, природные камни не¬
правильной формы (рваным камень), а также крупные блоки, об¬
лицовочные плиты и архитектурные детали — в образцах-кубах или
цилиндрах, выпиленных или высверленных из целых изделий.
При необходимости испытаний изделия в сухом и влажном
состоянии отбирают от него не менее двух образцов (для каждого
вида испытаний по одному). В крупных блоках из горных пород,
высота которых превышает толщину более чем в 1,5 раза, высвер¬
ливают по два цилиндра или выпиливают по два куба: один со
стороны верхней, другой со стороны нижней граней.
2 4-1102
17

Таблица 10. Размеры образцов горной породы
Предел прочности при
сжатии, МПа
Размер ребра куба, мм
Отношение диаметра к высоте
цилиндра
0Д..4
5,1.-.20
20,1 и более
150, 200
70, 100, 150
50, 70
100/150
700/100
42,50/70
Размеры образцов определяются пределом прочности горной
породы (табл. 10).
Проверка размеров и выявление наружных дефектов изделий
и конструкций. Размеры железобетонных, бетонных и каменных
изделий и конструкций проверяют с. погрешностью ± 1 мм метал¬
лическими измерительными линейками и рулетками 2-го класса
типа PC, штангенциркулями, а также специальными металличе¬
скими калибрами и скобами. При определении отклонений от про¬
ектных размеров изделий и конструкций используют следующие
зависимости:
где L0 — проектный размер изделий; Lmax, Lmi„ — соответственно
наибольший и наименьший допускаемые размеры изделия; 6+, 6~ —
предельные допускаемые отклонения от проектного размера.
Изделие, для которого установлены предельные отклонения раз¬
меров, после устранения всех дефектов (околы бетона, наплывы,
вмятины и т. п.) на участках соприкосновения измерительных ин¬
струментов с поверхностью бетона измеряют не менее чем в трех
местах, расположенных в середине и вблизи от его краев. Отклоне¬
ния стальных закладных деталей от проектного положения в пло¬
скости и из плоскости изделия проверяют металлической линейкой.
Отклонение граней поясов ферм и балок от вертикальной плоско¬
сти проверяют, измеряя металлической линейкой наибольший зазор
между струной (шнуром), натянутой с усилием не менее 100 Н
между концами или опорами изделия, и проверяемой гранью. От¬
клонение строительных конструкций от проектного положения
в плане необходимо определять геодезической съемкой.
Внешний вид изделий и качество лицевых поверхностей, за¬
кладных деталей проверяют наружным осмотром, а размеры рако¬
вин и околов на конструкциях — металлическими измерительными
линейками или специальными калибрами.
В процессе эксплуатации зданий и сооружений в конструкциях
возникают и развиваются наиболее опасные дефекты в виде тре¬
щин, описывают которые в такой очередности: результаты визуаль¬
ного осмотра, инструментальные измерения ширины раскрытия,
зарисовка расположения трещин на планах и разрезах, наблюдение
за динамикой раскрытия трещины. Ширину трещины измеряют
18

с погрешностью ±0,05 мм при помощи измерительной шкалы, из¬
мерительной лупы, трафаретов, изготовленных из позитивной плен¬
ки размером 80X100 мм с нанесенными на ней линиями толщиной
от 0,1... 1 мм.
Динамику раскрытия трещин наблюдают так: фиксируют их
длину с последующей регистрацией роста трещин по длине и ши¬
рине; устанавливают стандартные маяки с указанием номера и даты
установки; производят инструментальные измерения ширины тре¬
щин оптическими приборами в местах, недоступных для установки
маяков и непосредственных измерений.
Прогибы при испытании конструкций в горизонтальной плоско¬
сти измеряют прогибомерами, деформации арматуры и бетона —
с помощью преобразователей или тензометров. Оценку качества
металлических изделий и конструкций следует производить по
табл. 11.
Определение герметичности стыков наружных стеновых панелей.
Коэффициент воздухопроницаемости стыков t'c, адгезию тиоколовых
герметиков к краям конструкций и относительное удлинение герме¬
тиков при разрыве еР определяют, используя прибор ИВС-2 и адге-
зиометр АГ. Воздухопроницаемость измеряют на участках стыков
с наибольшим числом дефектов, уделяя особое внимание контролю
воздухопроницаемости угловых торцовых стыков, а также местам
заделки балконных плит в горизонтальные швы; оценку дают по
худшему результату трех измерений.
Измеренный прибором ИВС-2 коэффициент воздухопроницае¬
мости стыка t'c не должен превышать нормативного значения 1НОрм,
подсчитываемого по формуле
:
н°рМ- 0> 1431/2	nbRB ’
где V — расчетная скорость ветра для данного климатического
района (не менее 5), м/с; tB — расчетная температура внутреннего
воздуха; °С; tH — расчетная зимняя температура наружного возду¬
ха, °С; п — коэффициент зависимости положения наружной поверх¬
ности ограждения по отношению к наружному воздуху; b — коэф¬
фициент качества тсшюшшмшпп наружного ограждения; RB — со¬
противление теплопоснрпяшт. м:’-"<,/Вт; М, — нормируемый тем¬
пературный перепад между и•мигр.тгурои внутреннего воздуха и
температурой внутренней ноперхпосш ограждения, °С.
Оценка температурно-влажжю поп» режима помещений. Темпе¬
ратуру воздуха в помещениях зданий и сооружений определяют
термометром: на уровне 1,5 м от пола и середине комнаты; на лест¬
ничных клетках и на первом и последнем этажах — на том же
уровне от пола площадки; в техническом подполье — в каждом из
помещений в пределах обследуемого участка. Температуру поверх¬
ностей измеряют переносным электроприбором — термощупом с
2*
19

g Таблица 11. Оценка качества металлических изделий и конструкций
Толщина
Метод „ . Размеры Расположе- Тип сварного Способ Свариваемые сварива-
контроля Виды дефекта	дефекта,	мм ние дефекта соединения сварки	материалы	емых ма¬
териалов
Наружные дефекты
Внешний ос- Наплывы, прожоги, неза- Выявляемые не- Любое Все типы Все способы Все сваривае- Не огра-
мотр и изме- варенные кратеры, подре- вооруженным сварки мые металлы ничивает-
рения	зы, наружные трещины глазом или с	и сплавы ся
шва и околошовной зоны, применением оп-
выплески, непровары кор- тических прибо-
ня шва и несоответствие ров с увеличени-
конструктивных элемен- ем не	более	10*
тов сварного шва
Краской и лю- Наружные трещины, под- 0,002—0,5 То же То же То же Стали аусте- То же
минофором	резы, поры, непровары, нитного клас-
невыявляемые внешним са,
осмотром нержавеющие
стали,	титан и
его сплавы
Магннтопо-	То же Не менее	0,100 Перпендику- Стыковые « Стали фер- Не	более 8
рошковый лярно к пото- ритного клас-
ку иамагни- са
чивания
Внутренние дефекты
Технологиче- Непровары, перегрев ме- Не ограничива- Любое — — —* Не огра-
ская проба талла шва и несплавле- ются ничивает-
ние кромок ^ ся
Металлогра- Дефекты структуры	шва То	же	То же	Все типы Все	способы Все сваривае- То	же
фический сварного соединения и зо- сварки мые металлы
ны термического влия- и	сплавы
ния, внутренние и наруж¬
ные трещины, непровары,
шлаковые и газовые
включения, несплавление
Ионизирую- Непровары, газовые	по- Не менее	0,500 Любое, кро-	То же То	же То же Не	более
щие излуче- ры, шлаковые и метал- ме трещин, 100
ния лические включения, расположен-
трещины в шве сварно-	ных под уг-
го соединения	и около-	лом не более
шовной зоне,	несплав-	5° по направ¬
ление кромок* лению цент-
v рального
луча

Ультразвуко- Трещины, непровары, Эквивалентная Перпсндику- Тоже 1о же Малоуглеро- Не менее б
вой дефекто-	газорые и шлаковые площадь	не ме- лярно к лучу	дистые	и низ-
скопии вкдйчения нее 3 мм2 прозвучива- колегирован-
ния ные стали,
алюминий и
его сплавы,
медь и ее
сплавы
Магнитнопо- Трещины, непровары, га- Трещины шири- Перпендику- Стыковые Все способы Стали фер- Не более 8
рошковый зовые и шлаковые вклю- ной не менее 0,1; лярно к пото-	сварки	ритного клас-
чения, залегающие	на остальные	дефек- ку намагничи-	са
глубине не более 5 мм	ты площадью не вани»
от поверхности шва менее 2 мм2 каж-
сварного соединения дый тт
Магнитноин- Несплошности, шлако- Площадь не ме- Перпендику- Стыковые.	Все	способы Стали	фер-	Не	более
Аукционный вые и металлические нее	2 мм2 лярно к по-	сварки	ритного клас-	20
включения**	току намагни-	са
чивания
Магннтногра- Несплошности, шлако- Площадь не ме- То же То же	Все	способы То же	Не	более
фический вые и металлические нее 8 мм2 сварки плав- 16
включен""**	лени ем
Вскоытие ТрещиньГ, непровары, Не ограничивают- Любое Все типы	Все	способы	Все сваривае- Не	огра-
газовые и шлаковые ся	кварки мые материа-	ничиваст-
включения лы и сплавы ся
Сквозные дефекты
Смачивание Свищи, прожоги, тре- Не менее 0,1 — Стыковые, Все сваривае- Не более
керосином щины, сплошные непро-	тавровые	мые стали	и 10
р вары	угловые,	их сплавы
Обдув ежа- То же Не менее 0,5 — То же — То же Не огра-
тым воздухом ничивается
Воздушного Свищи, прожоги, тре- Не менее 0.001 — — — То же То же
давления щины, сплошные непро¬
вары	_	^
Аммиаком То же Не мснсс 0,001 Люоыс — Все способы То же »
сварки плав¬
лением
Гидравличес- » То же То же В\,се типы То же Все сваривае- Не более
ким давлени- мые материа-	10
см	лы и сплавы
Поливом	Свищи,	прожоги, тре- Не менее 0,5 Любые Стыковые	Bcei способы Все сваривае- Не более
водой щины, сплошные непро- угловые сварки плавле- мые материа- 10
варЫ тавровые, (йием лы и сплавы
Поливом	То же То же То же То же	То же То же	То же
водой
Течеискате- » Не менее 0,001 «с Все типы Все способы » Не огра-
лями сварки ничивает¬
ся
ю	* Выявление трещин и несплавление кромок методом не гарантируется.
—	** Метод определяет размер и место расположения дефекта; вид дефекта	не устанавливается.

полупроводниковым термосопротивлением (предел измерения
0...90 °С, цена деления шкалы 1 °С). Для определения перепадов
температуры внутреннего воздуха и поверхности наружной стены
A tcт. пола A t„, потолка чердачного перекрытия или покрытия (для
бесчердачной крыши) A U применяют термощуп ЦЛЭМ, лаборатор¬
ный термометр, штатив.
При обследовании зданий достоверные данные показывают
приборы, регистрирующие состояние исследуемых объектов в ин¬
фракрасной области спектра.
Особого внимания заслуживают тепловизоры АГА (Швеция),
позволяющие получать термографические фотографии, по которым
можно определить распределение температурного поля на исследуе¬
мой поверхности здания, осуществить дистанционные измерения
температур любого количества точек на видимой части здания.
Составление технического заключения и оценка несущей спо¬
собности конструктивных элементов эксплуатируемых зданий и со¬
оружений. По результатам инструментальных обследований и ин¬
женерных изысканий составляется техническое заключение по
обследуемому объекту, которое должно содержать следующие ма¬
териалы: паспортные инвентаризационные данные и поэтажные
планы; характеристику существующей планировки конструкций
и оборудования; акт о техническом состоянии отдельных элементов
и частей здания, в который на основании обследования занесены
данные о состоянии отдельных элементов и конструкций с указа¬
нием перечня работ по каждому из них в процессе восстановитель¬
ных работ. В акт необходимо включать сведения о характере
дефектов и деформаций конструкций с указанием их вида, направ¬
ления, типа, размера и т. п. При этом необходимо фотофиксировать
выявленные дефекты, составлять схему и чертежи их расположе¬
ния. К акту прилагаются фотоснимки фасадов зданий и их фрагмен¬
тов; геологические и гидрогеологические материалы; обмерные
чертежи; выводы и предложения о целесообразности того или иного
вида ремонтных работ и их объемов.
Основными этапами при проведении оценки несущей способности
конструктивной системы является оценка проектных решений и не¬
сущей способности конструкций по фактическим показателям.
Такой комплексный подход позволяет выявить следующие ос¬
новные характеристики: пространственную жесткость и общую
устойчивость конструктивной системы в целом; прочность, устойчи¬
вость, жесткость и трещиностойкость отдельных элементов конст¬
руктивной системы; надежность решения узлов, стыковых сопря¬
жений и их деталей; соответствие решения фундаментов особен¬
ностям конструктивной системы здания и инженерно-геологическим
условиям строительной площадки.
Несущая способность конструктивной системы здания оцени¬
вается при расчетных сочетаниях воздействий с учетом таких
22

факторов: температурно-усадочных деформаций конструктивных
элементов здания; сжимаемости соседних, связанных между собой
элементов конструкций, выполненных из различных материалов;
перераспределения усилий за счет нелинейных неупругих длитель¬
ных деформаций материалов и конструкций; неравномерной дли¬
тельной сжимаемости грунтов основания. Исходными данными для
оценки несущей способности служат: результаты анализа проект¬
но-сметной документации; геометрические параметры натурных
конструкций; физико-механические параметры и данные о состоя¬
нии строительных материалов и изделий в конструкциях обследуе¬
мых зданий и сооружений.
При оценке фактической несущей способности обследуемого
объекта вместо нормируемых прочностных характеристик материа¬
лов конструкций используют их фактические физико-механические
характеристики, определенные по результатам измерений.
Все перечисленные инженерные мероприятия по обследованию
зданий и сооружений и оценке их состояния, направлены на свое¬
временное предупреждение деформаций зданий и сооружений
и обеспечение их надежности, которую можно оценивать тремя
основными характеристиками: вероятностью безотказной работы,
долговечностью и ремонтопригодностью строительных систем.
Практика эксплуатации зданий и сооружений показала, что
наиболее важным мероприятием в предупреждении деформаций
и аварий зданий и сооружений является своевременная оценка не¬
сущей способности строительных конструкций, выполненная на
основе эффективных средств и методов обследования зданий и со¬
оружений, а также использования современных научно-технических
достижений.
Глава 2. ПОВРЕЖДЕНИЯ И ДЕФЕКТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯ
1.	Повреждения зданий и сооружений, вызванные
неравномерной осадкой грунтов основания
Неравномерные осадки фундаментов зданий и сооружений и
вызванные ими повреждения конструкций наземной части в общем
случае обусловлены многими причинами: различиями в напласто¬
вании грунтов в пределах участка застройки, их физико-механи-
ческих свойств, просадкой или набуханием грунтов, изменением
гидрогеологических условий и т. д. Анализ поврежденных зданий,
построенных на просадочных грунтах, показывает, что произошли
они в результате ошибок проектировщиков на стадии разработки
или привязки- типового проекта либо отступлений от проекта при
строительстве и нарушений технологии производства строительно¬
монтажных работ. Ниже рассматриваются повреждения зданий и
сооружений, обусловленные только неравномерными осадками.
23

Пятиэтажное здание общежития находится на территории жи¬
лого городка курортного пансионата, застроенного пятиэтажными
общежитиями, жилыми домами, одноэтажными — торговым цент¬
ром, пожарным депо, гаражом, котельной и другими сооружениями.
Геологическое строение площадки — четвертичные отложения,
представленные лессовидными суглинками и лессами мощностью
около 20 м. По просадочности толща лессовидных грунтов отнесена
ко второму типу с величиной просадки от собственного веса более
40 см.
Проектом предусмотрены противопросадочные мероприятия для
инженерных водонесущих сетей на грунтах второго типа просадоч¬
ности; зданий и сооружений — на грунтах первого типа просадоч¬
ности.
Здание общежития двухпролетное с продольными несущими
стенами, с техническим подпольем и совмещенной крышей, разме¬
рами в плане 12X40,8 м. Его конструктивные особенности такие:
фундаменты ленточные, монолитные железобетонные; стены техни¬
ческого подполья — из бетонных блоков; стены наземной части —
четырехрядной разрядки из крупных силикальцитных блоков; пе¬
рекрытия — из многопустотных железобетонных плит. В уровне
междуэтажных перекрытий выполнены армированные швы, а пере¬
крытия над пятым этажом — сборно-монолитный железобетонный
пояс-карниз. Под зданием грунт уплотнен тяжелыми трамбовками
с эффективной зоной уплотнения до 0,5 м, а также устроена песча¬
ная подушка мощностью 0,3...0,5 м.
Обследование показало, что в угловом сопряжении наружных
стен блоки сместились из плоскости стены на 40...50 мм на участке
длиной до 6 м. В стенах образовались горизонтальные и наклонные
трещины раскрытием до 80 мм. Участок стены отклонился от верти¬
кали, и карниз поврежденного здания уперся в примыкающую
стену соседнего здания. Плиты перекрытий получили значительный
уклон в сторону продольной стены. Здесь же раскрылись швы меж¬
ду плитами перекрытий всех этажей, а в верхней зоне плит образо¬
вались поперечные трещины. За счет неодинаковых осадок про¬
дольных стен и отклонения от вертикали одной из них уменьшилась
длина опирания плит в пролете. На соседнем участке здания наблю¬
дались только трещины в швах между плитами перекрытий; дефор¬
мации стен отсутствовали.
Отрывка шурфов на вводе водопровода и выпусках канализации
показала, что они проложены в грунте, а не в лотках с контроль¬
ными колодцами, как это предусмотрено проектом. Аварийная утеч¬
ка воды произошла в месте стыка чугунных раструбных труб со
стальной трубой, выполненной в виде колена из-за того, что отвер¬
стие в стене технического подполья было расположено выше про¬
ектного положения.
Предусмотренные проектом противопросадочные мероприятия
24

для внутриплощадочных водонесущих инженерных сетей в ходе
строительства не были выполнены, а внутриплощадочные сети ка¬
нализации из-за того, что предусмотренные проектом очистные
сооружения не были построены, подключены к трем выгребным
ямам. Одна из таких ям выполнена из бетонных блоков. Ее поверх¬
ности неоштукатурены. Вертикальные и горизонтальные швы между
блоками не полностью заделаны раствором. Хозяйственные фекаль¬
ные воды свободно фильтровали в грунт через эти швы, в резуль¬
тате вымывания грунта выгребные ямы осели приблизительно на
60 см, а вокруг них образовалась осадочная воронка радиусом 50—
60 м. В осадочную воронку попали частично здания торгового
центра и теплового пункта городка, фундаменты которых претер¬
пели неравномерные осадки, а в конструкциях здания образовались
трещины.
Таким образом, ошибка проектировщиков заключается в том,
что предусмотренное уплотнение грунтов в пределах габаритных
размеров не предохранило здание от неравномерных осадок. Вода,,
растекаясь от источника, находящегося в стороне от здания, вы¬
звала просадку нижележащих, неуплотненных слоев грунта осно¬
вания. Наибольшие осадки произошли на участке, где фундаменты
соседних зданий примыкают друг к другу и где из-за взаимного их
влияния активная зона больше, чем на других участках. В данном
случае требовалась полная прорезка просадочной толщи грунтов
сваями.
Строители допустили нарушения строительных норм и правил
и значительные отступления от проекта. Из-за отсутствия актов на
скрытые работы или их несоответствия действительности довольно
трудно восстановить технологию производства работ по подготовке
основания. Вероятно, так как первое здание было уже построено,,
уплотнение грунтов основания рассматриваемого здания вблизи
существующего не производилось вообще или было проведено нека¬
чественно (проверить это предположение шурфованием не удалось,
так как песок подушки находился в водонасыщенном состоянии,
стенки шурфов оплывали, а находящиеся здесь конструкции грози¬
ли обрушением). Котлован под здание был отрыт на отметку
заложения подошвы фундаментов. После уплотнения грунта
трамбованием и оседания его поверхности строители, чтобы выйти
на проектную отметку, выполнили подсыпку из песка мощностью
0,3...0,5 м, что в грунтовых условиях второго типа строительными
нормами не разрешается. Но самым грубым нарушением является
невыполнение строителями предусмотренных проектом противопро-
садочных мероприятий при прокладке водонесущих сетей и ввод
в эксплуатацию внутриплощадочной канализации по так называе¬
мой временной схеме. Последнее обстоятельство явилось причиной
деформаций указанных выше зданий и сооружений жилого го-
,родка.
25

Строителям было рекомендовано перестроить все водонесущие
внутриплощадочные сети в строгом соответствии с проектом. Для
восстановления эксплуатационных качеств поврежденной части
здания следовало ленточные фундаменты объединить монолитной
железобетонной плитой; отклонение стены от вертикали выправить
поддомкрачиванием; трещины в стенах расшить раствором на рас¬
ширяющемся цементе; для увеличения длины опирания плит по¬
крытия на стене и ее усиления выполнить пристенную железобетон¬
ную двухпролетную раму по всей высоте стены; плиты перекрытий
на торцевом участке всех этажей усилить монолитной железобетон¬
ной плитой толщиной 6' см, армированной сеткой с ячейкой 15Х
X15 см из стали класса А-I диаметром прута 6 мм.
Здание инженерного корпуса получило значительные поврежде¬
ния вследствие неравномерных осадок фундаментов. Это здание
четырехэтажное, прямоугольное размерами в плане 18X79 м. Ос¬
новные несущие конструкции каркаса — трехпролетные (6+6+6 м)
четырехэтажные рамы и связывающие их междуэтажные перекры¬
тия из сборных железобетонных элементов. Рамы (шагом 6 м)
выполнены из сборных железобетонных элементов: колонн с кон¬
солями (по серии ИИ-62), установленными на отдельно стоящие
фундаменты, и ригелей (по серии ЙИ-63) с полками для опирания
плит. Пространственная жесткость здания обеспечивается в попе¬
речном направлении по рамной, а в продольном — по связевой
системе (работой вертикальных стальных связей). Здание разделе¬
но температурным швом на два блока длиной 24 и 54 м. Верти¬
кальные связи жесткости установлены в каждом температурном
блоке между поперечными рамами. Наружные стены устроены из
навесных легкобетонных панелей, внутренние перегородки выложе¬
ны из мелкоразмерных элементов: кирпича, гипсолитовых плит,
легкобетонных камней.
С целью установления причины возникновения повреждений
здания и его технического состояния были изучены материалы ин¬
женерно-геологических изысканий на стадии проектирования и
рабочие чертежи; обследованы основные конструктивные элементы
здания, внутренние и наружные водонесущие сети; проведено
повторное разведочное бурение, в результате которого уточнен гео-
лого-литологический разрез площадки, состояние грунтов по влаж¬
ности и консистенции, уровень грунтовых вод; пробурены скважи¬
ны для наблюдения за колебанием уровня грунтовых вод во вре¬
мени, организованы геодезические наблюдения за осадками здания
й его креном; выполнены поверочные расчеты осадок и просадок
фундаментов, а также рам с учетом неравномерных осадок опор.
В инженерно-геологическом отношении площадка представлена
чередующимися слоями лессовидных суглинков и лессов (два гори¬
зонта), обладавших в период строительства просадочными свой¬
ствами до глубины 14—15 м. В то время площадка относилась ко
26

второму типу грунтовых условий по просадочности с возможной
просадкой от собственного веса около 20 см. Однако изысканиями
это установлено не было. Авторы проекта привели величину про¬
садки по аналогии с другими площадками города с подобными
грунтовыми условиями и отнесли площадку к первому типу по про¬
садочности.
В качестве противопросадочных мероприятий проектом преду¬
сматривалось уплотнение грунта тяжелыми трамбовками в основа¬
ниях отдельно стоящих фундаментов. Судя по величине осадок,
которые получили фундаменты в последующем, уплотнение грунта
строителями не производилось.
Последующими изысканиями, проведенными перед строитель¬
ством одного из зданий на этой же площадке, зафиксировано уро¬
вень грунтовых вод на глубине 11... 11,6 м от поверхности. Следова¬
тельно, к этому времени второй горизонт лесса был полностью
обводнен. В этот период дополнительные осадки инженерного кор¬
пуса были равномерными, так как никакие повреждения не
зафиксированы.
Изысканиями в период интенсивного развития повреждений
здания установлено, что грунтовые воды поднялись и залегают по
контуру здания на различной глубине от поверхности (3,2...9,7 м).
Контрольные пробы грунта свидетельствовали о том, что замочен¬
ные грунты находятся в мягкопластичном, текучепластичном и теку¬
чем состояниях.
Построенная карта гидроизогипс показала, что источник зама¬
чивания находится в районе центральной части здания со стороны
дворового фасада. Гидравлическими испытаниями водонесущих
сетей выявлены и места утечек из теплотрассы, внутренней и на¬
ружной линий канализации. Последующие наблюдения за поло¬
жением уровня грунтовых вод по режимным скважинам свидетель¬
ствует, что после устранения аварии уровень заметно понизился.
Таким образом, неравномерное обводнение просадочных грунтов
вызвало резкое ухудшение их деформативных и прочностных
свойств и, как следствие, обусловило неодинаковую величину их
дополнительных осадок, что и послужило основной причиной по¬
вреждения здания.
По данным геодезических наблюдений установлено, что стойки
рам получили неравномерные осадки, которые вызвали значитель:
ный неравномерный по длине крон адания. Общий крен в среднем
составляет 0,0068, что в несколько раа больше допускаемого.
В конструкциях здания обрааоиалпсь различные повреждения.
В основном все стальные вертикальные связи жесткости деформи¬
рованы (потеряли устойчивость в плоскости) и в ряде случаев на¬
рушено их крепление к колоннам. Они или оторваны от закладных
деталей, или в месте установки колонн появились трещины. То же
произошло на всех этажах по швам сопряжения ребристых плит

перекрытия и покрытия, а также в местах опирания их на ригели,
то есть сдвинулся диск покрытия. Смещения плит были небольшие
и не превышали 1—2 мм. В отдельных случаях появились косые
трещины в продольных ребрах плит на опорах, в одном из пролетов
третьего этажа они прогнулись. В продольных ребрах этих плит
образовались наклонные (от опоры к полке) и нормальные (в сере¬
дине пролета) трещины. Это свидетельствует о том, что пространст¬
венная жесткость каркаса была нарушена.
В местах сопряжений стеновых панелей торцовой стены с эле¬
ментами каркаса и на прилегающих участках продольных стен
образовались трещины раскрытием до 20 мм. С наружной стороны
этих стен во многих местах отслоилась и осыпалась отделка фасада
из керамической плитки. Площадь обрушения отдельных участков
достигала 3 м2.
Почти во всех перегородках первого этажа образовались вер¬
тикальные (у колонн), горизонтальные (под ригелями) и наклон¬
ные трещины раскрытием 1...50 мм.
С целью получения исходных данных для расчета рам с учетом
неравномерных осадок опор были выполнены поверочные расчеты
осадок и просадок фундаментов стоек трех рам по характерным
осям. Выбор характерных осей определялся мощностями^просадоч-
ных слоев грунта, положением уровня грунтовых вод, действующи¬
ми нагрузками и размерами фундаментов, типом рамы. Поскольку
поперечные рамы неодинаковы (из-за размещения на четвертом
этаже актового зала) и здание претерпело значительные деформа¬
ции, геодезическими наблюдениями установить это было невоз¬
можно. Поэтому расчетные величины осадок и их неравномерность
сравнивались с результатами нивелирования нижних граней риге¬
лей и неравномерностью осадок, рассчитанной по наблюдаемому
крену здания. Как было установлено, полученные расчетом и из¬
меренные средние величины неравномерности осадок близки между
собой.
Неравномерная осадка опор привела к перераспределению уси¬
лий в рамах. Расчет железобетонной рамы с учетом неравномерных
осадок показал, что возникшие дополнительные усилия в элементах
рамы превышают расчетные. В результате образовались трещины
в штукатурном слое, узлах сопряжения ригелей с консолями колонн
и на опорных участках в отдельных железобетонных ригелях. Раз¬
рушение сварных швов не наблюдалось. Железобетонные колонны
в ряде случаев также получили повреждения: образовались гори¬
зонтальные трещины, перерезывающие всю ширину колонны в уров¬
не сопряжения ее с ригелями и на противоположной грани в нижней
части колонны в месте соединения ее со связью. Отметим, что после
уменьшения интенсивности осадки новых существенных изменений
в состоянии конструкций обнаружено не было.
Повреждения конструкций здания и возникшие дополнительные
28

усилия в элементах каркаса вызвали необходимость восстановле¬
ния эксплуатационных качеств здания и его надежности по специ¬
ально разработанному проекту, в котором предусматриваются уси¬
ление отдельных колонн, ригелей и узлов их сопряжений стальными
обоймами, восстановление вертикальных связей жесткости; пере¬
кладка, усиление или ремонт деформировавшихся перегородок;
переделка участков наружных и внутренних сетей теплотрассы и
канализации, а также ввод и выпуск всех водонесущих сетей в же¬
лезобетонных лотках с контрольными колодцами и др., что потре¬
бовало значительных затрат.
Анализируя данный случай, можно прийти к выводу, что приня¬
тые проектом противопросадочные мероприятия (уплотнение грун¬
та основания трамбованием под каждый фундамент) были явно
недостаточны. Здесь требовались свайные фундаменты, полностью
прорезающие просадочную толщу.
Аэротенк очистных сооружений. Аэротенк представляет собой
открытый прямоугольный резервуар размерами в плане 40,75Х
Х78.5 м. Он состоит из двух трехкоридорных секций, разделенных
перегородками. Ширина коридора 6 м, рабочая глубина 4,4 м, дни¬
ще— монолитное железобетонное, плоское, толщиной 0,16 м, арми¬
рованное двойной арматурой из сварных сеток. Стены и перегород¬
ки секций устроены из сборных железобетонных панелей, заделан¬
ных в паз днища. Стыки панелей наружных стен выполнены путем
сварки выпусков арматуры и последующего бетонирования стыка;
стыки панелей внутренних стен и перегородок шпоночные, в зазоры
между панелями залит цементный раствор марки 100. Для отвода
фильтруемой воды из аэротенка под днищем предусмотрен пласто-
вый дренаж с выпуском в канализацию площадки.
В основании площадки залегают лессы и лессовидные суглинки
общей мощностью 11,5 м, обладающие просадочными свойствами.
Толща грунтов отнесена ко второму типу грунтовых условий по
просадочности с прогнозируемой величиной просадки от собствен¬
ного веса грунта около 0,15 м.
Построен аэротенк по типовому проекту 902-2-100. Через два
месяца после завершения строительства, в период гидравлических
испытаний аэротенка и участка канализации, проходящего вдоль
его торцовой стены, конструкции претерпели деформации. На рас¬
стоянии 5...6 м от торцовой стены образовались сквозные трещины
раскрытием до 5 мм в днище и 15...20 мм в перегородках и стенах.
На расстоянии 10...12 м от торцовой стены в конструкциях образо¬
валась линия разлома с раскрытием трещин в стыках стеновых
панелей до 60 мм и в днище до 10... 15 мм. Причиной появления
деформаций конструкций аэротенка явилось замачивание аварий¬
ной водой просадочной толщи основания.
Типовой проект не охватывает районы с просадочными грунтами,
а проектный институт привязал его к местным условиям без изме¬
29

нений в конструктивной части. Подготовка основания или преобра¬
зование его свойств проектом тоже не предусмотрена. Противопро-
садочным мероприятием проектировщики рассматривали устройство
пластового дренажа под днищем. Между тем пластовый дренаж не
является противопросадочным мероприятием, так как не,предохра¬
няет основание сооружения от аварийного замачивания, например,
из водонесущих сетей площадки, их вводов и выпусков в аэротенк.
Наибольшую осадку претерпела торцовая стенка, со стороны ко¬
торой находились четыре выпуска опорожнения аэротенка диамет¬
ром 0,3 м каждый и отвод иловой смеси диаметром 1,5 м. После
опорожнения аэротенка было установлено, что утечка воды проис¬
ходила через некачественно выполненный стык отвода иловой смеси
с днищем аэротенка и через незачеканенные стыки линии канали¬
зации, в которую подключались выиуски из аэротенка.
Поверочные расчеты пространственной конструкции загружен¬
ного аэротенка показали, что разрушение по изгибающему моменту
наступает при длине участка замачивания основания 4 м: при
осадке торца аэротенка до 15 мм па расстоянии 5...6 м от него в
продольных стенах и перегородках должны образовываться верти¬
кальные трещины; при осадках торца до 40 мм происходит разру¬
шение стыков наружных стеновых панелей. Характер повреждений
конструкций аэротенка подтверждает данные, полученные рас¬
четом.
Таким образом, к возникновению аварийной ситуации на объек¬
те привел неучет проектировщиками требований СНиП П-15-74: не
предусмотрены подготовка основания под всеми водонесущими
сетями площадки, устройство контрольных колодцев и возможность
сброса аварийной воды; стабилизация грунтов просадочной толщи
или устройство свайных фундаментов с полной прорезкой проса¬
дочной толщи под всеми инженерными сооружениями, в том числе
и аэротенка, и др.
В данном случае наиболее целесообразное решение следующее:
устроить грунтовую подушку мощностью 1,5...2 м под плитой
аэротенка или уплотнить тяжелыми трамбовками грунт основания
на ту же глубину; конструкцию плиты принять такой, чтобы она
способна была воспринимать неравномерные осадки основания в
случае одностороннего замачивания. Необходимо также увеличить
толщину плиты и армирования, устроить ребра. Возникновению
аварийной ситуации способствовали и строители, допустившие брак
в работе.
Для восстановления аэротенка было предложено пробурить во¬
круг него дренажные скважины и направленным контролируемым
замачиванием основания при постоянном геодезическом наблюде¬
нии устранить неравномерность осадок аэротенка с последующим
усилением конструкций и инъецированием трещин защитно-кон¬
струкционным полимерраствором.
30

Резервуары для хранения воды. В 1977—1979 гг. были сооружены
на расстоянии 8 м друг от друга два резервуара для .хранения воды
вместимостью 10 тыс. м3 каждый. Оба резервуара сборно-монолит¬
ные железобетонные и имеют одинаковое конструктивное решение:
размеры в плане 48X48 м, полезная высота 4,4 м, заглубление
в грунт на 2,4 м, выступающая часть обвалована грунтом; сетка
колонн 6X3 м, плиты покрытия ребристые размером 3X6 м с опи-
ранием непосредственно на колонны и стены; стены из панелей
«сапожкового» типа, сваренные между собой с заделкой стыков
цементным раствором способом торкретирования. В уровне покры¬
тия по периметру резервуаров устроен монолитный железобетонный
пояс. Днище выполнено в виде монолитной железобетонной плиты,
под которой устроен пластовый дренаж, состоящий из слоев уплот¬
ненного грунта, бетонной подготовки, асфальтовой стяжки, щебня
общей мощностью 1 м. Под слоем дренажа в грунт основания за¬
биты 428 железобетонных свай сечением 30X30 см длиной 6 м с
расположением однорядным под стенами и кустовым (по 4 сваи
в кусте) — под колоннами.
Сваи прорезают лесс первого горизонта мощностью 4 м, обла¬
дающий просадочными свойствами, и заглублены на 2 м в лессовид¬
ный суглинок общей мощностью 3,8 м. Этот слой грунта просадоч¬
ными свойствами не обладает. Ниже залегает второй горизонт
лесса (просадочный) мощностью 2,3 м, а затем — суглинок тяже¬
лый, плотный, ненросадочный.
После завершения строительных работ во время гидростатиче¬
ских испытаний резервуаров образовались трещины в стыках сте¬
новых панелей и в плитах покрытия шириной раскрытия до 4 мм.
При этом некоторые стеновые панели отклонились от вертикаль¬
ного положения, а в узлах сопряжения стен и плит покрытия разру¬
шились сварные соединения, причем во многих узлах закладные
детали оторвались от конструкций. В монолитном железобетонном
поясе образовались поперечные трещины. В этих местах при вскры¬
тии арматуры обнаружились разрывы продольных стержней в
местах их стыковки. Эти деформации отмечены в обоих резервуа¬
рах. Кроме того, у одного из резервуаров осел угловой участок раз¬
мерами в плане 12x15 м. Здесь наблюдались трещины в днище
раскрытием до 10...15 мм и в покрытии — по швам ребристых плит
раскрытием до 100 мм. Вблизи этого участка находился выпуск
трубопровода опорожнения резервуаров, длина которого к моменту
гидростатических испытаний (заполнения резервуаров) составляла
о м; аварийный сброс воды произошел через этот колодец.
Поскольку резервуары не были обвалованы, аварийная вода,
растекаясь в пазухах котлованов, попала затем в основание фунда¬
ментов. Контрольное бурение и определение влажности грунтов
подтвердило, что в районе колодца сформировался купол грунто¬
вых вод.
3t

Причины аварии выявлены в результате анализа проектных
решений конструкций резервуаров, сопоставления исполнительских
и проектных данных, а также обследования элементов их конструк¬
ций.
Наиболее уязвимым местом конструкций сборных резервуаров
являются растянутые стыки элементов стен и покрытия, так как
стенка прямоугольного резервуара рассчитывается как балочная
плита, заделанная в днище и опирающаяся на покрытие. Следует
отметить, что по сравнению с принятым проект резервуара, напри¬
мер по типовому проекту 4-18-854 (покрытие по ригелям), является
технически более совершенным, поскольку предусматривает надеж¬
ное стыкование ригелей с колоннами и тем самым гарантирует
надлежащую передачу распора от стен на ригели и через плиты
покрытия. Резервуар по принятому проектом проще в исполнении,
имеет удобные для сваривания и обетонирования закладные детали
плит покрытия, не требует оцинкования большого числа закладных
деталей и сварных швов. Однако передача распора от стен в обоих
направлениях здесь осуществляется только через плиты покрытия
и потому надежность сооружения в целом зависит от качества за¬
кладных деталей этих плит, а также закладных деталей стеновых
панелей и их сварки. При обследовании установлено, что надежная
анкеровка закладных плит покрытия проектом не предусмотрена
(«плавающая» закладная), тогда как арматура и сварные стыки се
с закладными деталями по проекту являются расчетными (рис. 1).
Во многих плитах такие закладные детали вообще отсутствуют. Не
соответствуют рабочим чертежам и стеновые панели, закладные
детали которых оказались не приваренными к рабочим стержням
и не связанными между собой в горизонтальном направлении
(рис. 2).
На одном из стыков между стеновыми панелями была вскрыта
арматура обвязочного пояса. Здесь оказался разорванным стык
стержней, который выполнен внахлестку односторонним фланговым
сварным швом длиной около 70 мм, что в два раза меньше длины,
требуемой нормами. Остальные стержни пояса выдернулись из
бетона, что также свидетельствует о недостаточной прочности их
стыков и низкой марке бетона.
Отметим, что контроль качества работ как на предприятиях
завода-изготовителя, так и субподрядного СМУ велся неудовлетво:
рительно. Техническая документация (паспорта на изделия, акты
на скрытые работы) не отвечает реальному исполнению, что затруд¬
нило разработку эффективных мероприятий по восстановлению
резервуаров.
Расчет резервуаров на гидростатическое давление воды при от¬
сутствии обвалования дает такие действующие усилия растяжения:
в торцовом ребре плиты покрытия—76 кН; в продольном ребре
плиты покрытия — 38 кН; в обвязочном поясе при полном отсут¬
32

ствии связей между стеновыми панелями — 76 кН (максимум).
Проектная несущая способность (при качественном выполнении
работ) такая: стыковых стержней 2 0 18 A-II по закладным дета¬
лям ЗД-1 (при условии, что ЗД-1 заанкерована надлежащим об¬
разом) торцового ребра плиты иокрытия — 137,5 кН (запас 1,8 ра¬
за); то же, для продольного ребра — 137,5 кН (запас 3,6 раза);
обвязочного пояса 6 0 18 A-II — 412 кН (запас 5,4 раза).
Рис. 1. Узлы сопряжения плит по¬
крытия резервуара:
/ - соединительные стыковые стержни
0 18AII; 2 — закладные детали плит ЗД-1;
3 — сборные железобетонные плиты покры¬
тия; 4 — колонна.
Рис. 2. Узлы сопряжения стеновых
панелей резервуара:
1 — рабочая арматура панелей; 2 — стыко¬
вые стержни 0 12Л11; 3— закладные де¬
тали панелей ЗД-2; 4 — сборные железо¬
бетонные панели «сапожкового» типа.
Приведенные данные позволяют установить наиболее вероятную
последовательность разрушения резервуаров. Из-за малой проч¬
ности закладных деталей ЗД-1, которые по проекту не связаны с
каркасами плиты покрытия, при просадке резервуара одна из них
вырывается из бетона или срезается со своих анкерных стержней
(закладные в основном срезаны). При этом возросшая в два раза
нагрузка отрывает смежную закладную деталь. Подобно цепной
реакции разрушение будет продолжаться до тех пор, пока не будет
Достигнуто равновесное состояние, то есть не произойдет отрыв
всех закладных по наиболее слабому сечению покрытия. В натуре
33

же был оторван угловой участок покрытия площадью около 100 м2,
которое перестало выполнять функции затяжки, и все растягиваю¬
щие усилия передались на обвязочный пояс. Возрастая в несколько'
раз, нагрузка на пояс в сочетании с местным изгибом, некачествен¬
ным выполнением стыков арматуры и практическим отсутствием
связей стеновых панелей между собой привела к разрывам пояса
и раскрытию швов в стенах.
Разрушающим и неразрушающим методами контроля были
определены прочность бетона стеновых панелей (ниже проектной
в среднем на 5 МПа, а в некоторых случаях — на 10 МПа) и проч¬
ность раствора стыка по глубине отбора (3; 10,8 и 14,2 МПа вместо
проектной 30 МПа). Вскрытием стыков установлено, что сцепление
наружного слоя торкретированного раствора с бетоном стеновых
панелей очень низкое. Водопоглощение материала стыков на раз¬
личных участках резервуаров колебалось от 3,6 до 12,2 % при
максимально допустимом по нормам около 4 %. Следовательно,
плотность материала стыков не обеспечивала их водонепроницае¬
мость .
Неравномерные осадки претерпел только один резервуар, и то
лишь потому, что находился в непосредственной близости от источ¬
ника замачивания, из которого в основание попало около 5000 м3
воды. При нормальной эксплуатации подобный случай исключен,
поэтому можно согласиться с проектным решением фундаментов,
то есть неполной прорезкой сваями просадочной толщи. Пластовый
дренаж предотвращал местное замачивание, а сваи прорезали верх¬
ний просадочный слой, поэтому значительные неравномерные осад¬
ки не произошли бы. Постепенное же обводнение второго горизонта
лесса привело бы к равномерной осадке всего резервуара.
Таким образом, разрушение резервуаров явилось следствием не¬
достатков проекта, брака в производстве работ и изготовлении же¬
лезобетонных конструкций.
2.	Разрушения и повреждения каменных
и железобетонных конструкций
На основе накопленного в нашей стране и за рубежом материала
по авариям зданий и сооружений из всего многообразия причин
выделены главные и даны их классификации [1, 3, 8, 10, 15, 22].
Несмотря на некоторое расхождение во мнениях экспертов, проек¬
тировщиков и эксплуатационников наиболее удачной следует при¬
знать классификацию по причинам аварий, зависящих от челове¬
ческой деятельности, к которым относятся: ошибки, связанные с
низким качеством проектирования; дефекты изготовления; дефекты
строительства; нарушение норм технической эксплуатации.
Аварии, связанные со стихийными бедствиями и атмосферными
явлениями, трудно поддающиеся учету при проектировании, могут
быть отнесены к особым видам и требуют отдельного изучения.
34

Все вышеизложенные причины объединяются одной общей —
недостаточно строгим контролем со стороны инженерно-техническо¬
го персонала как при первоначальной стадии изысканий и проекти¬
ровании, так и эксплуатации зданий и сооружений.
Приведенные ниже примеры повреждений и дефектов железо¬
бетонных и каменных конструкций взяты из практики, являются
характерными и наиболее часто встречаемыми.
Рис. 3. Обрушение здания склада минеральных удобрений:
1 — разрушенный кирпичный столб; 2 — обрушившиеся плиты покрытия: 3 — то
же, балки покрытия; 4 — то же, участок стены.
Склад минеральных удобрений состоит из двух частей: склада
ядохимикатов и склада минеральных удобрений (рис. 3). Наруж¬
ные продольные несущие стены имеют переменную толщину по вы¬
соте (38 см до отметки +1,470 и 25 см — выше этой отметки) с пи¬
лястрами сечением 39X51 см. Сечение столбов по средней оси
здания 64X64 см. По верху пилястр и столбов, являющихся опо¬
рами балок покрытия, предусмотрены железобетонные опорные
подушки. Кладка наружных стен и пилястр выполнена из кирпича
глиняного обыкновенного марки 75 на растворе марки 25; кладка
3*
35

столбов — из кирпича марки 100 на том же растворе. Столбы ар¬
мированы стальными сетками с ячейками 70X70 мм, уложенными
через три ряда кирпича. Фундаменты стен — ленточные, а стол¬
бов— столбчатого типа глубиной заложения 1,2... 1,9 м. Все фунда¬
менты бутобетонные из бутового камня марки 200 и бетона марки
100. Несущие элементы покрытия — односкатные железобетонные
балки БОС-12-За по серии ПК-01-116 вып. 1 и плиты покрытия
ПНС-10,11 по сериям ПК-01-111 и ПК-01-119. Крыша совмещенная
с покрытием из рулонных материалов по утеплителю из газосили-
ката.
Сейсмичность района строительства 8 баллов. Тип грунтовых
условий площадки по просадочности определен проектной органи¬
зацией как первый.
Здание строилось по типовому проекту. В момент аварии основ¬
ные строительно-монтажные работы были закончены, устраивалась
выравнивающая цементная стяжка по плитам покрытия. По харак¬
теру обрушения можно предположить, что оно началось со среза
кладки верхней части пилястры под балкой. Падая, эта балка сбила
кирпичный столб, что повлекло за собой обрушение балки, плит
покрытия и верхней части стены. Закладные элементы в ребрах
плит покрытия были приварены к закладным в верхних полках
балок и поэтому обрушение балки вызвало обрушение плит покры¬
тия и балок в пролете со срезом кладки верхней части пилястр и
кладки стены в пролете под опорами плит покрытия. Верхняя часть
пилястр (до отметки +4,200) срезана у всех одинаково — наклон¬
ной плоскостью среза, проходящей от внутренней грани наружной
стены до наружной грани пилястры.
Для выяснения причин аварии было обследовано место обру¬
шения, отобраны с места обрушения и испытаны образцы кирпича,
раствора кладки, бетона опорных подушек пилястр, рассмотрены
рабочие чертежи. Проверено соответствие выполненных строитель-
но-монтажных работ и проектных решений СНиПов, действовавшим
в период строительства, разработки и привязки проекта.
Анализ проекта позволил установить следующее:
при проведении изысканий на площадке пройден один шурф
глубиной 4 м и пробурены четыре скважины глубиной 6 м. Толщина
лессовых просадочных грунтов полностью не пройдена, поэтому нет
полной уверенности в том, что площадка правильно отнесена к пер¬
вому типу грунтовых условий по просадочности. Свойства грунта
основания глубже 4 м остались неизвестными. Не исключено, что
тип грунтовых условий по просадочности на площадке может ока¬
заться вторым, а от типа грунтовых условий зависит объем кон¬
структивных и водозащитных противопросадочных мероприятий;
при подготовке основания проект предусматривает только общие
указания об уплотнении грунта тяжелыми трамбовками на глубину
1,5...2 м с доведением плотности сложения грунта до 1,6 г/см3. Опыт
36

показывает, что такие неконкретные рекомендации на практике не
выполняются. Проектные решения по уплотнению просадочных
грунтов трамбовками должны содержать указания (кроме тех, ко¬
торые приведены в проекте) по оптимальной влажности грунта,
типу грунтоуплотняющей машины, необходимому числу ударов
трамбовки по одному следу, понижению уровня трамбуемой поверх¬
ности;
типовой, проект не предусмотрен для применения в районах с
просадочными свойствами. Несмотря на наличие источников зама¬
чивания (водопровод, канализация, расположенный рядом резер¬
вуар для воды), проектная организация при привязке проекта не
выполнила всех требований СНиПов;
типовой проект не пригоден для применения в районах с сей¬
смичностью выше 6 баллов, однако проектный институт не внес
в него каких-либо конструктивных изменений;
не соблюдено требование об армировании сетками участка клад¬
ки в пределах 1...1.2 м ниже опорной подушки.
При строительстве здания допущены следующие отступления от
проекта:
отсутствует температурный шов и, следовательно, пилястры,
столбы и балки покрытия по одной из осей. В стенах отсутствуют
опорные подушки, устанавливаемые под ребра плит покрытия;
опорные подушки на пилястрах и столбах выполнены из бетона,
прочность которого по данным испытаний образцов составляет
7...	10 вместо 20 МПа — прочности, предусмотренной проектом. Ар¬
мирование подушек у обрушенных пилястр отсутствует. Подушки
на пилястрах имеют уменьшенную длину за счет кирпича, установ¬
ленного на ребро по наружной грани каждой пилястры. Высота
подушки 150 вместо 220 мм по проекту;
некоторые пилястры имеют отклонения от вертикали (в плоско¬
сти стены) наружу до 45 мм, за счет чего уменьшилась длина
опирания балок покрытия;
армированный шов выполнен в виде вязаного каркаса 3 0 8
A-III с шагом поперечных стержней 500 мм и толщиной раствора
10...	12 мм вместо предусмотренных проектом шва высотой 25 мм
и арматуры 4 0 12;
по результатам испытаний кирпичи, отобранные из обрушенного
столба, имеют марку 75 вместо предусмотренной проектом марки
100. Необходимо отметить, что кирпич испытывался в том состоя¬
нии, в каком он был отобран на площадке. Влажность кирпича не
определялась, что могло сказаться на результатах испытаний в сто¬
рону уменьшения его прочности;
шаг сеток армирования столба по высоте нерегулярный — через
2,	4, 6 рядов вместо предусмотренных проектом трех рядов. Пере¬
вязка кладки пилястры со стеной осуществлена вместо перевязки
по каждому второму через 3—6 рядов.
37

Выполнены следующие поверочные расчеты: несущей способ¬
ности стены с пилястрой на фактически действовавшие в момент
обрушения нагрузки; несущей способности стены на предусмотрен¬
ные проектом расчетные нагрузки; на отрыв кладки пилястры от
фактических и полных нагрузок при проектных размерах опорной
подушки, пилястры и примененных материалах; этот же расчет
проведен для фактических нагрузок и размеров опорной подушки
и пилястры.
Установлено, что несущая способность кладки обеспечивается.
Расчеты на отрыв дали такой результат:
растягивающие напряжения в кладке пилястры под опорной
подушкой от действовавших в момент обрушения нагрузок меньше
допускаемых, но коэффициент запаса прочности небольшой и со¬
ставляет всего 1,18;
при производстве работ размеры опорной подушки были умень¬
шены за счет установки кирпича на ребро и использования его в
качестве опалубки, что привело к увеличению растягивающих на¬
пряжений в кладке под опорной подушкой до 0,314 МПа (допускае¬
мые — 0,306 МПа), вследствие этого в кладке могла образоваться
плоскость среза.
Пониженная по сравнению с проектной прочность бетона опор¬
ной подушки, отсутствие ее армирования и недостаточная перевяз¬
ка кладки пилястры со стеной также способствовали образованию
плоскости среза. К возможным факторам, повлиявшим на прочность
кладки, могут относиться и такие, как пониженная прочность рас¬
твора кладки под опорной подушкой, неполное заполнение швов
кладки раствором и повышенная влажность кирпича.
Таким образом, основными причинами среза кладки пилястры
и последовавшего затем обрушения покрытия склада, являются от¬
сутствие армирования верхней части пилястры, уменьшенные по
сравнению с проектом размеры опорной подушки, пониженная ее
прочность и отсутствие армирования.
Содержащиеся в рабочих чертежах ошибки можно разделить на
два вида: 1) типового проекта; 2) допущенные проектным инсти¬
тутом при привязке проекта к условиям строительства. Ошибки
первого вида состоят в отсутствии армирования пилястр, а второ¬
го — в отсутствии конструктивных и водозащитных мероприятий,
предусмотренных требованиями СНиПов при строительстве в рай¬
онах с сейсмичностью 8 баллов и в районах распространения про-
садочных грунтов. Вариант с кирпичными стенами этого типового
проекта вообще нельзя было привязывать к местным условиям без
коренной переработки. Если бы в проекте были предусмотрены кон¬
структивные противопросадочные антисейсмические мероприятия,
то обрушения могло и не быть. Проектные ошибки усугубились при
строительстве, когда были допущены отступления от проекта и низ¬
кое качество работ.
38

Для восстановления здания до разборки завала, возникшего от
обрушения, необходимо установить временные опоры под балки
у каждой пилястры, рассчитанные на восприятие не менее 50 %
нагрузки от конструкций покрытия. Достраивать здание можно
только после выполнения конструктивных и водозащитных меро¬
приятий, разработанных с учетом требований СНиПов.
Все построенные по этому проекту здания предусмотрено тща¬
тельно обследовать и, в случае необходимости, усилить их отдель¬
ные конструктивные элементы. Параллельно с этой работой
необходимо проверять привязку типовых проектов.
Водонапорная башня возведена по типовому проекту 901-5-24/70.
Ствол башни высотой 24 м и диаметром 6 м выложен из глиняного
кирпича пластического прессования марки 75 на цементно-извест¬
ковом растворе марки 50. Толщина стены нижней части ствола
до отметки +7,500 составляет 51 см, верхней — 38 см. На стволе
башни устроен железобетонный оголовок — кольцевая плита из
бетона марки 200, армированная 6'стержнями 0 16 А-I (фактиче¬
ски уложено 6 0 16 А-Ill). Оголовок имеет 12 закладных деталей
из листовой стали 380X200X10 мм, расположенных равномерно по
окружности и ориентированных большей стороной вдоль диаметра
башни. Фундаменты бетонные.
Разрушение ствола до отметки +7,500 произошло при первом
заполнении бака водой.
Результаты определения фактической прочности материалов
кладки ствола башни, а также ее качества показали, что применен¬
ные материалы в основном соответствовали требованиям проекта.
Количество закладных деталей, смонтированных на оголовке,
также соответствует проектному. Однако не выдержаны расстоя¬
ния между осями закладных деталей; пять из них имеют площадки
в 2,5 раза меньше проектных; детали развернуты своей большей
стороной в направлении окружности, а не по радиусу; расположены
не по середине стены, а у ее внутренней грани. Отметим, что заклад¬
ные детали в данном случае предназначены не столько для исклю¬
чения возможных горизонтальных смещений бака, сколько для
обеспечения равномерности передачи его нагрузки по всему сечению
ствола башни. Нормальная работа кладки возможна только при
устранении зазоров между закладными деталями и опорным коль¬
цом бака, что осуществляется обычно с помощью подкладок —
пластин и клиньев — и последующего обваривания стыков. Перед
заполнением бака водой он не был подклинен на закладных дета¬
лях. Опорное кольцо бака не было сварено с закладными деталями.
В соответствии с исполнительной схемой разность уровней деталей
достигает 40 мм, то есть бак находился в положении неустойчивого
равновесия. При заполнении водой он, вероятно, повернулся вокруг
оси, проходящей по закладным деталям и, следовательно, передал
на каждую из них нагрузку, равную примерно половине веса бака.
39

Для установления возможных причин разрушения башни была
проверена прочность железобетонного оголовка на смятие, причем
предполагалось, что нагрузка от бака передается на опорное кольцо
только через две закладные детали, то есть на каждую из них по
1500 кН. Расчет по СНиП Н-21-75 показал, что бетон оголовка не
способен выдержать такую большую местную нагрузку (N01 =
= 893<1500 кН).
Условия прочности кирпичной кладки на местное сжатие (смя¬
тие) для данного случая также не удовлетворяются, так как проч¬
ность кирпичной кладки составляет всего 320 кН. Кроме того,
существенное изменение в статическую работу кладки ствола могло
внести отсутствие компенсатора на напорно-разводящем стояке.
Это обстоятельство привело к тому, что стояк диаметром 400 мм
получил большую нагрузку, а вследствие внецентренности прило¬
жения опорной реакции к нижнему концу стояка (по исполнитель¬
ной схеме эксцентриситет ео=20 см) —значительный выгиб. Связи
со стенками башни сдерживают выгиб стояка, но при неблагопри¬
ятном стечении обстоятельств (например, отрыв хомута средней
связи) высвободившаяся потенциальная энергия деформации стояка
вызывает опасную ударную нагрузку на кладку: горизонтальную —
через оставшиеся связи; вертикальную — из-за разгрузки стояка.
Сила удара в этом случае весьма велика, так как масса стояка
с водой превышает 5 т, а воспринимаемая им вертикальная нагруз¬
ка — более 600 кН. Приближенный расчет показывает, что этих
ударных нагрузок вполне достаточно для разрушения перенапря¬
женной кладки ствола.
К отмеченным отступлениям от проекта, явившимся основной
причиной обрушения ствола башни, следует также добавить не сов¬
сем оправданное конструктивное решение. При соблюдении всех
требований проекта в месте изменения толщины кладки (отметка
+ 7,500) напряжение в ней только от вертикальных нагрузок без
учета проемов составляет 0,914 МПа (согласно данным типового
проекта 901-5-24/70). Расчетное же сопротивление неармированной
кольцевой кладки, выполненной из обычного (не лекального) кир¬
пича, составляет 0,78 МПа, то есть ниже на 15 %. При учете гори¬
зонтальных нагрузок и проемности это расхождение значительно
возрастает, что делает небезопасной эксплуатацию башни, выпол¬
ненной в строгом соответствии с проектом.
Таким образом, причиной обрушения кирпичной кладки ствола
башни явились отмеченные выше дефекты производства работ в со¬
четании с неудачным конструктивным ее решением.
Башня пожарного депо — прямоугольное в плане сооружение
размерами в осях 4,1X7,13 м и высотой около 20 м — по проекту
должно было возводиться из обыкновенного глиняного кирпича
марки 100 на растворе марки 50, сборных железобетонных балок
и плит покрытия. Стены до отметки +16,650 глухие, выше —
40

с большими оконными проемами, обеспечивающими хороший обзор
прилегающей территории. Угловые простенки прямоугольного сече¬
ния имеют размеры 38X78 см, Г-образного — 64X78 см. На про¬
стенки уложены железобетонные прогоны марки ПТС-60 серии
416-6-3, а по ним — плиты покрытия ПТВ 59-12 и ПТР 59-12 серии
ИИ 03-02 и две карнизные плиты КР 24-9 той же серии. Прогоны
опираются непосредственно на неармированные простенки одина¬
кового сечения без железобетонных подушек.
При возведении башни пожарного депо вместо глиняного был
применен силикатный кирпич той же марки, железобетонные про¬
гоны марки П-60 с большим сечением, плиты покрытия шириной
150 см, карнизные плиты сечением 500X8 мм.
Несущая способность таких сборных железобетонных конструк¬
ций аналогична проектным. Марка силикатного кирпича соответ¬
ствовала марке проектного глиняного кирпича. По-видимому, до¬
пуская указанные замены, строители руководствовались только
прочностными характеристиками материалов и конструкций, не
придав значения тому, что кладка из силикатного кирпича обладает
повышенной деформативностью по сравнению с кладкой из глиня¬
ного, а также увеличению массы прогона.
Кладка стен выше отметки +16,650 производилась в течение
лмтырех дней при температуре воздуха +23...+27°С. Монтаж же¬
лезобетонных конструкций выполнялся на третьи сутки после воз¬
ведения угловых простенков, на которые были уложены железобе¬
тонные прогоны. В момент монтажа четвертой (последней) плиты
покрытия произошла авария: срезалась кладка угловых прямо¬
угольных простенков под железобетонными прогонами, повлекшая
за собой обрушение прогонов вместе с плитами покрытия и кар¬
низными плитами. Почти одновременно с прямоугольными разру¬
шились и Г-образные угловые простенки.
Для установления причин обрушения и определения фактиче¬
ской прочности примененных материалов было выполнено обследо¬
вание места обрушения и взяты образцы кирпича и раствора. По
результатам испытаний установлено, что кладка стен выполнена
из кирпича марок 75 и 100. Прочность раствора, определенная по
приближенной методике, на седьмые сутки после затвердения со¬
ставила 1 МПа, что меньше нормируемой виличины на 45 %. Тол¬
щина растворных швов превысила допустимую величину на 10...
20 %• Однако основной причиной обрушения явились ошибки, до¬
пущенные на стадии проектирования.
Известно, что при нахождении площадки смятия на краю пи¬
лястры (угловой простенок идентичен стене с пилястрой) в верхней
зоне кладки возникают большие горизонтальные растягивающие
напряжения с максимальной ординатой треугольной эпюры в уров¬
не приложения местной нагрузки. Горизонтальная сила при этом
составляет 30 % вертикальной. Поэтому при укладке железобетон-
41

яых элементов по свежей кладке ее несущей способности может
оказаться недостаточно для восприятия горизонтальных усилий.
В этом случае в рабочих чертежах необходимо было либо преду¬
смотреть конструктивные мероприятия, либо сделать указания о
необходимости выдерживания кладки перед монтажом железобе¬
тонных конструкций, что не было выполнено.
Поверочными расчетами установлено, что даже в случае приме¬
нения проектных материалов в период монтажа железобетонных
конструкций несущая способность кладки на растяжение меньше
горизонтальной силы в 3,7 раза, а краевая нагрузка превышает
в 1,4 раза несущую способность кладки при местном сжатии.
К сожалению, возможность загружения кладок без выдержива¬
ния зачастую проектами не предусматривается, что и приводит к
авариям.
Обрушения верхней части пожарного депо могло и не произой¬
ти, если бы монтаж железобетонных элементов производился после
достижения раствором проектной марки. Прочность и надежность
угловых простенков обеспечивалась и в случае применения опорной
железобетонной подушки при условии армирования подопорной
части простенков независимо от вида примененного кирпича. Сле¬
довательно, возникновение аварии было обусловлено на стадии
проектирования и усугублено в процессе строительства башни пр-,
жарного депо.
Подземная бойлерно-насосная жилого дома — сооружение, пря¬
моугольное в плане, размерами по внутренним граням стен 12 X
X15 м. Пол насосной заглублен от планировочной отметки на 4,4 м.
Фундаментом служат стены, заглубленные в грунт на 0,4 м от
отметки пола. Стены устроены из бетонных блоков толщиной 0,8 м:
продольные-несущие гладкие; поперечные — с контрфорсами. Со¬
оружение разделено поперек кирпичной стеной толщиной 0,38 м на
два помещения — бойлерную и насосную. Покрытие — из ребристых
плит пролетом 12 м.
Вход в помещение предусмотрен через пристроенную без по¬
крытия лестничную клетку размерами в плане 18,63X1,35 м
с одномаршевой лестницей из сборных ступеней по бетонной под¬
готовке и утрамбованному грунту. Лестничная клетка ограждена
с трех сторон стенами (рис. 4).
На момент обследования были выполнены все стены до отметки
.3,8 м. Когда бульдозер ДЗ-54 производил обратную засыпку пазух
котлована, ограждающая стена лестничной клетки обрушилась
почти по всей длине на высоту 6 рядов блоков, считая сверху.
На месте аварии четко прослеживается призма обрушения грун¬
та. Расстояние от наружной грани продольной обрушившейся стены
до выхода плоскости скольжения на поверхность составляет 1,4...
1,6 м. Визуальное обследование обрушившейся части кладки
позволяет высказать предположение, что кладка была выполнена
42

удовлетворительно: наблюдается полное заполнение вертикальных
и горизонталь,ных швов, толщина швов находится в пределах
допустимых величин 15...20 мм, есть сцепление раствора с бло¬
ками.
Из швов обрушившейся кладки были отобраны 8 образцов рас¬
твора, возраст которых, судя по журналу работ, составлял от 3 до
15 дней. По результатам испытаний прочность раствора на момент
обрушения составляла 2,24...6,72 МПа.
По результатам рассмотрения схемы места обрушения, техноло¬
гической характеристики бульдозера и осмотра места происшествия
можно высказать предположение,
что моменту обрушения соответ¬
ствовало положение бульдозера,
когда его правая гусеница нахо¬
дилась в призме обрушения грун¬
та, а нож касался стены под углом
30°. При этом сосредоточенная на¬
грузка, приложенная ножом гори¬
зонтально к верхнему ряду бло¬
ков, могла достигнуть 100 кН. Ин¬
тенсивность равномерно распре¬
деленной нагрузки от одной гусе¬
ницы бульдозера, находившейся в
призме обрушения, соответствует
удельному давлению по подошве
гусеницы 0,047 МПа и распреде¬
лена на площади 1,5 м2.
Были выполнены поверочные
расчеты стены лестничной клетки
на устойчивость и по предель¬
ным состояниям первой группы (по несущей способности): 1) как
изгибаемого элемента на поперечную силу по неперевязанному се¬
чению; 2) на срез по неперевязанному сечению. Исходные данные:
стена работает в условиях плоского напряженного состояния,
заделана только нижним участком в грунт на глубину 0,4 м;
геометрические размеры: высота — 3,8 м, толщина — 0,8 м;
по условиям производства работ грунт засыпки слабо уплотнен,
плотность грунта — 1,5 г/см3, сцепление отсутствует;
поверхность скольжения является плоской и отстоит от верхней
грани стены на расстоянии 1,6 м (измерено на месте);
раствор кладки на момент обрушения соответствует марке 25.
Расчеты показали, что устойчивость стены и несущая способ¬
ность кладки при сделанных допущениях (ухудшающих фактиче¬
ские условия работы стены) обеспечены только при отсутствии
каких-либо дополнительных динамических и статических воздей¬
ствий.
Рис. 4. Подземная бойлерная-насос-
ная с указанием места нахождения
бульдозера в момент обрушения сте¬
ны:
/ — разрушена полностью; 2 — частично.
43

Характер обрушения свидетельствует о том, что произошла об¬
щая потеря устойчивости стены в результате дополнительных воз¬
действий, возникших при работе бульдозера по засыпке пазухи
котлована,— от удара ножа либо от его собственного веса при
расположении бульдозера в призме обрушения. Это и явилось не¬
посредственной причиной обрушения стены. Причиной, способ¬
ствующей распространению обрушения по всей длине стены, являет¬
ся ее большая свободная длина — 18,63 м при высоте 3,8 м. Следо¬
вало бы до конца засыпки пазух котлована укрепить ограждающую
стену временными креплениями по всей длине и высоте либо
смонтировать лестницу.
Рассмотренный случай показывает, что аварию может вызвать
несоблюдение требований СНиПов по технике безопасности.
Здание аудиторного корпуса с железобетонными колоннами —
полнокаркасное с навесными легкобетонными стеновыми панелями
трехпролетное (6 м + 3 м + 6 м) пятиэтажное с подвалом. Его
сборно-монолитный каркас выполнен из элементов серии ИИ-04.
В целях унификации сечения колонн всех пяти этажей приняты
одинаковыми — 0,3X0,3 м, в подвале — 0,3X0,45 м. Марка бетона
колонн: подвала, первого и второго этажей — 400; на остальных
этажах — 300. В связи с небольшим сечением колонн нижних эта¬
жей они имели высокий процент армирования (более 4 %).
После того как был смонтирован каркас, на этажах устроены
перегородки, а на первых двух этажах выполнялась подготовка под
полы и устраивалась совмещенная крыша, обнаружилось, что в от¬
дельных колоннах первого и второго этажей появились продольные
трещины с шириной раскрытия до 3 мм. К этому моменту колонны
несли только половину проектной расчетной нагрузки. При удовле¬
творительном качестве монтажа образование трещин могло быть
обусловлено пониженной несущей способностью колонн. Для опре¬
деления марки бетона колонны были испытаны на прочность нераз¬
рушающим методом с помощью ультразвукового аппарата УКБ-1м.
С целью корректировки полученных результатов из оставшихся
колонн на стройплощадке при помощи специальной буровой уста¬
новки с алмазной коронкой были взяты керны. Результаты испы¬
таний показали, что прочность бетона колонн не ниже проектной.
При выборочном вскрытии защитного слоя бетона оказалось, что
сечение и класс рабочей арматуры соответствовали проекту. Пра¬
вильность расположения стержней в сечениях колонн проверялась
прибором ИЗС-2 и стальной миллиметровой линейкой. Установле¬
но, что поперечные стержни каркасов расположены с серьезными
отступлениями от проекта. Во многих колоннах поперечная арма¬
тура не имела защитного слоя бетона и подвергалась интенсивной
коррозии. Произвольно изменен шаг поперечных стержней арматур¬
ных каркасов: вместо указанного в проекте шага 250 мм попереч¬
ные стержни поставлены на расстоянии 300...800 мм друг от друга.
44

Такое несоблюдение требований норм повлекло за собой потерю
устойчивости сжатых арматурных стержней (их выпучивание) и,
как следствие, потерю несущей способности колонн.
Восстановление и усиление колонн выполнялось путем заклю¬
чения их в пределах полезной высоты этажа в напрягаемую сталь¬
ную обойму из прокатных уголков сечением 50x4 мм, соединенных
между собой при помощи электросварки полосовой сталью сече¬
нием 30x5 мм. Расстояние между поперечными планками в свету
составляло 200 мм. Под консоли колонн к обойме приваривали уго¬
лок сечением 50X50X5 мм. Для возвращения в исходное положе¬
ние арматурных стержней, потерявших устойчивость или близких
к этому, все усиливаемые колонны были обжаты обоймой в попе¬
речном направлении. Для этого на уголки до приваривания попе¬
речных планок одевали специальные съемные струбцины, способ¬
ные обеспечить усилие обжатия не менее 10 кН на каждый тяж.
Стержни, расположенные посередине арматурного каркаса, прижи¬
мали к основному телу колонны при помощи стальных клиньев,
забиваемых в щель между планкой и гранью колонны.
Конструкции усиления от коррозии защищены путем нанесения
на подготовленную поверхность колонны цементного раствора ме¬
тодом торкретирования. Во избежание отслаивания раствора по¬
верхность колонны перед торкретированием заармирована поверх
обоймы легкой стальной сеткой.
Производственные здания со сборными железобетонными кон¬
струкциями. В сборных железобетонных балках покрытия здания
деревообделочного цеха были обнаружены вертикальные трещины
с шириной раскрытия до 0,5 мм, достигающие в отдельных местах
2/3 высоты сечения. Трещины возникли на расстоянии 1/3 длины
балки от грани опор с двух сторон балок. Особенность образовав¬
шихся трещин состояла в том, что они возникли не в середине про¬
лета, а в его третях. По проекту балки покрытия предусматрива¬
лось армировать каркасами с рабочей арматурой 3032AIII. При
этом верхний стержень должен обрываться (заканчиваться) на
расстоянии 1,85 м от торца балки. Однако при вскрытии арматуры
в месте образования трещин было обнаружено, что в каркасе ниж¬
ний рабочий стержень не доходил до торца на 2,85 м. При этом
защитный слой бетона в растянутой зоне составил в середине про¬
лета около 7 см, в третях пролета — 10 см. Уменьшение рабочей
высоты сечения балки в третях пролета снизило несущую способ¬
ность и послужило причиной образования трещин в местах обрыва
рабочих стержней (рис. 5). Появлению трещин в балке способство¬
вало также увеличение веса кровли за счет увлажнения атмосфер¬
ными водами шлакового утеплителя.
Во многих промышленных обноэтажных зданиях покрытия вы¬
полнены из мелкоразмерных плит размером 0,5X2 м с высотой про¬
дольных ребер 80 мм и полками толщиной 10...25 мм. Такие плиты
45

армированы сварными каркасами с продольной рабочей арматурой
из круглой стали диаметром 8 и 10 мм. Для армирования полок
использована стальная сетка из холоднотянутой круглой проволоки
диаметром 5 мм.
При обследовании таких зданий установлено, что плиты покры¬
тия, особенно примыкающие к вентиляционным шахтам и стенам,
разрушаются и защитный слой бетона кусками отваливается от
продольных ребер. Это создает
опасность травмирования рабо¬
чих.
Коррозия арматуры и разру¬
шение бетона вызваны системати¬
ческим замачиванием плит, кото¬
рое стало возможным из-за по¬
вреждений кровли, отсутствия за¬
щитных фартуков из кровельной
стали по периметру стен вентиля¬
ционных шахт. Руберойд прикреп¬
лен к ним лишь на битумной ма¬
стике без использования специ¬
альных крепежных деталей.
В печном отделении литейного
цеха на участке около 100 м2 из-
за аварийного состояния железо¬
бетонные мелкоразмерные плиты были демонтированы. В них на¬
блюдались значительные повреждения защитного слоя бетона
и коррозия рабочей арматуры. В данном случае разрушение плит
было вызвано интенсивной коррозией арматуры, которая стала
возможной из-за систематического воздействия на плиты раскален¬
ных газов вагранок в сочетании с замачиванием. Проникновению
атмосферных дождевых осадков внутрь кровли способствовали
разрывы рулонного ковра, а также отсутствие защитных козырьков
по периметру вагранок, вентиляционных коробов и выходов труб
технологического оборудования.
Особенно опасными представляются нагрузки от скопления про¬
изводственной пыли на кровле в местах вытяжки в литейных и в
механических цехах. Поэтому службе технической эксплуатации
зданий необходимо систематически, не реже двух-трех раз в месяц,
осматривать состояние кровли, контролировать интенсивность от¬
ложений на ней пыли, особенно в местах перепада высот, у боковых
граней и торцов фонарей, не допуская накопления слоя пыли тол¬
щиной более 5 см.
Опыт эксплуатации многоэтажных промышленных зданий пока¬
зал, что длительное промасливание минеральными маслами и
эмульсиями отрицательно сказывается на прочности и жесткости
железобетонных перекрытий. При том степень снижения прочности
Рис. 5. Схема армирования повреж¬
денной балки покрытия.
46

конструкций во многом определяется глубиной проникновения ма¬
сел. В плотных бетонах масло проникает на меньшую глубину, чем
в пористых или имеющих различные дефекты, такие как раковины,
трещины, пустоты. Минеральное масло по отношению к бетонам не
активно, но из-за большой смачивающей способности и большой
силы капиллярного поднятия способно расклинивать частицы. При
этом оно изолирует зерна цемента от воды и тем самым прекра¬
щает его дальнейшую гидратацию.
Исследования бетона, взятого на участках перекрытия, пропи¬
танных маслом, показали, что его прочность на 30—40 % ниже
по сравнению с бетоном, не подвергавшимся воздействию масла,
причем в вырезанных кернах крупный заполнитель без заметных
усилий отделялся от цементного камня, а арматура имела неболь¬
шое сцепление с бетоном.
Значительное снижение прочности и жесткости конструкций
железобетонных перекрытий, подверженных воздействию масел,
требует остановки и демонтажа оборудования, удаления промаслен¬
ных участков конструкций с последующим восстановлением или
даже полной заменой их.
Производственное здание с монолитными железобетонными кон*
струкциями, трехэтажное, трехпролетное с неполным каркасом
имеет размеры в плане 22X10 м. Его несущие наружные стены
кирпичные толщиной 0,51 м. По внутренним осям расположены
монолитные железобетонные колонны с шагом 4 м. Перекрытия
над первым и вторым этажами монолитные, ребристые с шагом
вспомогательных балок 2 м. На перекрытие второго этажа передает¬
ся полностью нагрузка от диффузоров массой по 10—12 т каждый.
Технологический процесс в цехе сопровождается выделением
пара, который непосредственно воздействует на железобетонные
конструкции, приводя к разрушению бетон и вызывая коррозию’
арматуры. В перекрытиях, особенно над вторым этажом, наблюда¬
ются участки с отслоившимся защитным слоем бетона и оголенной
арматурой, поврежденной коррозией. По образовавшимся пустотам
в перекрытиях циркулирует вода. Полы в местах примыкания диф¬
фузоров разрушены полностью. В главных и вспомогательных бал¬
ках над вторым этажом защитный слой бетона отслоился и обна¬
жил продольную рабочую арматуру, в которой из-за значительной
коррозии уменьшилась площадь поперечного сечения до 40 %. Об¬
разующиеся продукты коррозии арматуры, расширяясь, разрушили
бетон до такой степени, что во многих местах он легко разбирался
руками. В колоннах первого и второго этажей защитный слой бе¬
тона также отслоился из-за коррозии, поперечное сечение продоль¬
ной рабочей арматуры уменьшилось на 30%, хомутов — на 90—
100 %. В консолях колонн образовались наклонные трещины. Столь
значительные дефекты несущих конструкций колонн и перекрытий
сделали невозможной эксплуатацию здания.
47

Для восстановления конструкций был разработан проект, где
предусмотрены усиление с временным раскреплением диффузоров,
полная разборка с последующим восстановлением новых перекры¬
тий над первым и вторым этажами, укрепление колонн железобе¬
тонными обоймами.
Производственное здание из сборных и монолитных конструкций.
Здание помольно-сырьевого цеха цементного завода трехпролетное
(два пролета по 12 и один — 18 м) каркасное с шагом колонн 6 м
и 12 м, выполненное в сборном и монолитном железобетоне. Его
длина 84 м. В основном помольном отделении расположены три
цементные и две сырьевые мельницы. Их загружают из бункеров.
Сырье подается из объединенного склада, примыкающего к цеху.
Объединенный склад сырья представляет собой крытую крановую
эстакаду высотой 19,5 м и длиной 96 м. Шаг колонн — 12 м, про¬
лет— 21,5 м. В складе установлены два грейферных крана гру¬
зоподъемностью 100 т. Со стороны помольного отделения в склад
сырья вклиниваются пять бункеров и помещение электрощитовой.
Вертикальные стены бункеров выполнены из монолитного железо¬
бетона толщиной 0,15 м, вместо 0,25 м, предусмотренных проектом.
Уровень пола склада сырья возле электрощитовой соответствует
нулевой отметке, в то время как проектом предусматривалось пол
опустить на 1,5 м ниже этого уровня. Помещение электрощитовой
имеет в плане размеры 12X6 м, расположено на участке, где, в ос¬
новном, складируется молотый ракушечник. Покрытие выполнено
монолитным ребристым с уклоном 40° в сторону склада сырья. Шаг
наклонных балок 3 м. Главная балка (сечением 0,45X1 м) длиной
12 м связана монолитно с колоннами крайнего продольного ряда
помольного отделения и располагается на отметке +9,000 от уровня
пола помещения электрощитовой. Сечение наклонных балок 0,3 X
Х0,6 м. На отметке +4,050 эти балки опирались на монолитные
железобетонные колонны сечением 0,5X0,6 м. Колонны по верху
связаны между собой продольной обвязочной железобетонной бал¬
кой сечением 0,45X0,6 м. Толщина плит монолитного покрытия
0,1 м. Ограждающие стены электрощитовой выполнены в монолит¬
ном железобетоне толщиной 0,1 м. Выше отметки +9,000 м на
главную балку опиралась кирпичная стена толщиной 0,38 м и вы¬
сотой 4,6 м, которая отделяла складское помещение от помольного
отделения.
После почти десятилетней эксплуатации произошло обрушение
наклонного покрытия электрощитовой. При осмотре разрушенных
конструкций было обнаружено следующее: в наклонных балках
и в плите полностью разрушился и выкрошился бетон, при этом
в местах, расположенных примерно в трети пролета со стороны
нижних опор, верхняя рабочая арматура выпучилась наружу,
а нижняя частично оборвалась; у опор главной балки образовались
многочисленные косые трещины шириной раскрытия 1...5 мм; в кир¬
48

пичной стене, расположенной над электрощитовой, появились мно¬
гочисленные горизонтальные трещины, приведшие к расслоению
кладки; в стене помещения электрощитовой отмечены многочислен¬
ные участки площадью 0,5... 1 м2 с полностью разрушенным и вы¬
крошенным бетоном. В аналогичном состоянии находились и стены
бункеров.
Основной причиной обрушения явилось то, что проектом не пре¬
дусматривалась отсыпка молотого ракушечника выше отметки
+ 4,050 м и, естественно, не учитывались нагрузки, возникающие
при ударах ковша грейфера о покрытие при наборе сырья. По¬
скольку оставшиеся следы молотого ракушечника прослеживались
на кирпичной кладке на отметках выше 10 м от уровня пола поме¬
щения электрощитовой, можно предположить, что нагрузки, возни¬
кающие при таком складировании сырья, были причиной разруше¬
ния железобетонных конструкций покрытия. С целью проверки
данного предположения рассчитана прочность наклонного железо¬
бетонного покрытия. В качестве исходных расчетных величин при¬
няты: фактическая высота отсыпки — 10 м от уровня пола, удель¬
ный вес молотого ракушечника — 14 кН/м3, угол естественного
откоса — 35°, угол наклона покрытия — 40°. Расчеты показали, что
железобетонное покрытие электрощитовой (в сравнении с проек¬
том) оказалось перегруженным более чем в 2,5 раза.
Другой причиной обрушения покрытия и разрушения стен как
электрощитовой, так и бункеров явилась специфика работы грей¬
ферного крана. При наборе сырья для подачи его в бункера помоль¬
ного отделения ковш грейфера систематически ударял по покрытию
и стенам. Непосредственный контакт ковша с железобетонными
конструкциями мог возникнуть при небольшом слое сырья, что и
привело к местным повреждениям бетона и его постепенному вы¬
крашиванию.
Следовательно, при проектировании складов сыпучих материа¬
лов, в которых предусматривается использование грейферных кра¬
нов, необходимо избегать устройства различных помещений, до¬
пускающих пусть даже случайное складирование на их покрытиях
сырья. В местах, где возможен контакт ковша грейфера с конструк¬
циями, необходимо предусматривать демпфирующие настилы.
В одноэтажных промышленных зданиях наиболее повреждае¬
мыми конструкциями каркаса являются подкрановые балки, по¬
скольку они непосредственно воспринимают динамические, ударные
и статические нагрузки при работе мостовых кранов. Массовый
характер разрушений в подкрановых железобетонных балках про¬
летом 6 м наблюдается в тех случаях, когда из-за перекосов моста
кранов при движении, непараллельности крановых путей и по дру¬
гим причинам возникают существенные горизонтальные нагрузки.
При обследовании одного из цехов около 70 % балок имели тре¬
щины: наклонные — в приопорной области, нормальные — в сред-
I t —1102
49

ней части пролетов. В ряде случаев трещины, как наклонные, так
и нормальные, доходили до уровня нижней грани полок таврового
уширения и меняли направление на горизонтальное. При этом гори¬
зонтальные трещины частично отрезали полку от ребра, вследствие
чего жесткость балок резко снижалась. Одной из причин такого
разрушения является неравномерность шага поперечных стержней
по их длине. В четвертях пролета они расставлены чаще, в середине
реже, то есть по аналогии с балками, загруженными статической
нагрузкой. При одновременной работе двух кранов характер изме¬
нения действия поперечной силы вдоль пролета балки меняется, что
требует иной расстановки поперечных стержней без их существен¬
ного разрежения в середине пролета. Другой причиной возникно¬
вения трещин является скручивание балок в поперечном направ¬
лении кранов. Возникающий момент нагрузки в уровне полки по¬
перек балки и приводит к образованию горизонтальных трещин
вдоль сопряжения полки со стенкой. Ремонт таких балок крайне
затруднителен, особенно в действующих цехах. Поэтому в них
лучше устанавливать металлические балки.
3.	Аварии и повреждения металлических конструкций
Обследования стальных каркасов действующих цехов промышлен¬
ных предприятий показали, что при производстве ремонтных и та¬
келажных работ элементы решетки ферм часто используются в
качестве временных опор, к которым подвешиваются или привари¬
ваются такелажные приспособления (блоки, тросы, арматурные
скрутки, кронштейны). Такие внеузловые дополнительные нагруз¬
ки, которые вызывают изгибающий момент, не учитываемый рас¬
четом, особенно опасны: происходит искривление стержней и смятие
уголков, что может послужить причиной аварии фермы. К наиболее
распространенным дефектам в отдельных элементах ферм можно
отнести вмятины, искривления стержней как в плоскости, так и из
плоскости ферм, вырезы. Наиболее опасными представляются по¬
гнутости сжатых элементов решетки, превышающие в 5—10 раз
допустимое отклонение от проектной геометрической формы и со¬
ставляющие более 50 % всех дефектов в фермах. Погнутости эле¬
ментов решетки ферм имеют место уже в начальной стадии при
изготовлении. Они вызваны недостаточной правкой металла и сва¬
рочными деформациями. Однако наибольшее количество погнуто¬
стей и вмятин происходит при погрузочно-разгрузочных работах,
складировании, транспортировке и монтаже конструкций.
В процессе эксплуатации к элементам решетки ферм часто при¬
вариваются различные кронштейны для прокладки трубопроводов,
вентиляционных коробов, электрических кабелей, не предусмотрен¬
ные проектом, что также приводит к повреждению конструкций.
Особенно опасны случаи удаления или частичного выреза отдель¬
50

ных элементов решетки ферм, наблюдаемые при прокладке ком¬
муникаций в объеме шатра.
К потере надежности и эксплуатационной пригодности строи¬
тельных конструкций приводит коррозия металла. В механических
цехах обычно скорость распространения коррозии неопасна и со¬
ставляет менее 0,1 мм в год. Так, в большинстве обследованных
механических цехов УССР площадь сечения элементов ферм умень¬
шилась за 20—30 лет интенсивной эксплуатации незначительно —
не более чем на 5 %. В цехах с агрессивной по отношению к метал¬
лам средой, например в литейных (особенно на участках зем¬
леприготовительных отделений с повышенной влажностью и
пылевыделением), за указанный срок коррозия уменьшила площадь
поперечного сечения элементов на 10... 15 %.
На предприятиях химической промышленности степень пораже¬
ния стальных конструкций коррозией такова, что за сравнительно
короткий срок (5... 10 лет эксплуатации) они становятся непригод¬
ными и подлежат замене. Как известно, из всех элементов каркаса
промышленного здания в самых тяжелых условиях эксплуатации
находятся подкрановые балки, поскольку непосредственно воспри¬
нимают статические, динамические и ударные воздействия. Поэто¬
му в подкрановых конструкциях чаще, чем в других, обнаружива¬
ются дефекты: трещины, обрывы связей балок с колоннами и тор¬
мозными конструкциями, расслабление и срез болтовых соединений,
смещение оси подкранового рельса относительно продольной оси
балок. Наиболее массовые явления — расслабление болтовых сое¬
динений (свыше 70 %), обрыв связей (свыше 30 %). В значительно
меньшей степени наблюдались срезы болтовых соединений и тре¬
щины в швах.
Обрушений или серьезных аварийных состояний подкрановых
балок, требующих незамедлительной остановки действующего цеха,
не отмечается. По-видимому, это можно объяснить тем, что такие
конструкции регулярно осматриваются при испытании и ремонте
кранового оборудования и серьезные повреждения своевременно
устраняются. Вместе с тем должное внимание не уделяется тор¬
мозным конструкциям подкрановых балок, в результате чего про¬
исходят обрывы отдельных элементов решетки тормозных ферм,
•начительные их искривления, вырезы или полное их удаление.
В аналогичном состоянии находятся и вертикальные связи по ко¬
лоннам, особенно крестовые. Эти важнейшие конструкции, пред¬
назначенные для восприятия горизонтальных составляющих крано-
ных и ветровых нагрузок, довольно часто срезают при установке
оборудования без последующего их восстановления. Бывают случаи
полного отсутствия вертикальных связей по колоннам в литейных
цехах с тяжелым режимом работы кранов.
Наименьшие повреждения в каркасах производственных зданий
имеют стальные колонны: чаще всего — вмятины, погнутости от¬
I"
51

дельных элементов, вырывы, отверстия, не предусмотренные про¬
ектом; в меньшей мере — изгибы, скрученности, отклонения от
вертикали и отсутствие отдельных элементов решетки сквозных
колонн. Наибольшее количество механических повреждений при¬
ходится на нижнюю часть колонн, особенно в цехах с большим
количеством станочного оборудования. Так, при ремонте и замене
станочного парка колонны используются как анкерные устройства.
Довольно распространенным нарушением норм технической
эксплуатации является также использование колонн в качестве
опор под навесное оборудование, не предусмотренное проектом.
Для его монтажа в колоннах делаются вырезы, высверливаются от¬
верстия, срезаются отдельные элементы решетки.
Здание вагонного депо имеет размеры в плане 24X60 м, высоту
11,63 м, шаг железобетонных колонн 6 м. Несущие элементы по¬
крытия — стальные стропильные фермы пролетом 24 м, по которым
уложены сборные железобетонные плиты размером 1,5X6 м и вы¬
полнен светоаэрационный фонарь. В качестве утеплителя использо¬
ван газобетон, поверх которого устроена асфальтовая стяжка и
трехслойный ковер из руберойда. Стены в здании самонесущие
кирпичные. Проектом предусматривалось изготовление всех несу¬
щих конструкций — стропильных и фонарных ферм, связей, плит
покрытия, сборных железобетонных бортовых плит фонарей и ко¬
лонн — в заводских условиях. Однако это требование проекта не
было соблюдено: фермы фонарей, связи, надопорные стойки и бор¬
товые плиты выполнялись на строительной площадке. При э1'ом
были допущены серьезные отступления от проекта, которые снизи¬
ли несущую способность конструкций и пространственную жест¬
кость шатра. Через год эксплуатации произошло внезапное обру¬
шение несущих и ограждающих конструкций малярного отделения
вагонного депо. При этом разрушенными оказались все 9 фонарных
ферм со связями и стальными переплетами, покрытие по фермам
и фонарям из железобетонных плит, восемь из девяти стропильных
ферм, десять железобетонных колонн, а также кирпичные стены.
Все железобетонные колонны, на которые опирались фермы, упали
или накренились внутрь здания.
Основной причиной обрушения покрытия малярного отделения
явилась потеря устойчивости сжатых поясов стропильных ферм.
Этому способствовали: неправильный выбор монтажной схемы
связей по верхним поясам ферм и вертикальных связей по конько¬
вому ряду ферм; допущенные отступления от проекта при изготов¬
лении и монтаже строительных конструкций здания; низкое качест¬
во сварки всех конструкций, изготовленных на строительной
площадке, перегрузка покрытия. Ошибка проектировщиков заклю¬
чалась в неправильном выборе системы связей по стропильным
фермам. Наличие фонарей, как известно, предполагает установле¬
ние дополнительных распорок по верхним поясам ферм, уменьшаю¬
52

щих расчетную длину верхнего пояса ферм в подфонарной части.
Как показали контрольные взвешивания железобетонных плит
утеплителя и асфальтовой стяжки, нагрузки на покрытие оказались
выше проектных на 40 %.
При производстве строительно-монтажных работ были допущены
существенные отступления от рабочих чертежей: железобетонные
колонны и фермы смонтированы без инструментальной выверки;
связи шатра и надопорные стойки изготавливались не на заводе,
а на строительной площадке; на связевых фасонках не было отвер¬
стий для болтов; связевые фасонки на фонаре не были приварены,
а только прихвачены к уголкам креста или приварены с одной
стороны фланговым швом; в местах пересечений не соединены
между собой уголки крестовых связей по фермам; связи были смон¬
тированы исключительно с помощью сварки; в надопорных стойках
не были сделаны отверстия для соединения с фермой и колонной.
Поэтому такие стойки были приварены к опорным фасонкам ферм
и колоннам, причем болты на колоннах были удалены во время
монтажа ферм. Под опорные стойки при этом подкладывались
различные прокладки из металлических пластин, арматурной стали
и проката, что ухудшило работу узла.
В опорных частях стоек фонарей отсутствовали отверстия для
монтажных болтов. Поэтому фонари к фермам приваривали, при¬
чем крайние стойки их не центрировали, хотя в проекте был показан
специальный узел центровки. К тому же, поскольку фермы фонарей
изготавливались на месте без кондукторов, они не «садились» на
верхние пояса ферм, и тогда под их стойки подкладывали обрезки
из металла, неровные пластины и даже круглые стержни.
Особую роль в конструкции фонаря играют бортовые плиты,
которые защемляют наружные стойки фонарей в продольном на¬
правлении. Однако вместо этих плит был изготовлен монолитный
пояс из армированного шлакобетона. Арматурные каркасы не име¬
ли закладных деталей и к опорным столикам не были приварены.
Замена бортовых плит фонаря поясом без соответствующего его
крепления к стойкам снизила продольную жесткость фонарной
конструкции.
Как известно, железобетонная плита покрытия должна обяза¬
тельно привариваться в трех точках. Вместе с тем обследование
показало, что и это требование не было соблюдено.
При выполнении кровельных работ также были допущены значи¬
тельные отклонения от проекта. Так, фактическая толщина асфаль¬
товой стяжки по утеплителю достигала в отдельных местах 5...6 см,
что создало дополнительную нагрузку на фермы, не предусмотрен¬
ную проектом, а если учесть, что контрольное взвешивание плит
покрытия показало увеличение их массы против нормы на 23 %, то
становятся понятными и причины, приведшие к обрушению по¬
крытия.
53

Здание литейного цеха четырехпролетное каркасное. В цеху
размещены формовочное, землеподготовительное, стержневое, пла¬
вильное и обрубное отделения. Основными несущими элементами
его покрытия являются стальные фермы со светоаэрационными фо¬
нарями, прогоны из швеллеров № 18 и 22 и мелкоразмерные желе¬
зобетонные плиты. Крыша устроена из плитного утеплителя — пе¬
нобетона толщиной от 70 до 120 мм, асфальтовой стяжки и пяти
слоев руберойда на битумной мастике.
В процессе эксплуатации литейного цеха к раскосам и поясам
ферм подвешивались и приваривались различные такелажные
приспособления, кронштейны, блоки, тросы. Это вызвало как мест¬
ные повреждения конструкций (разрывы и смятия уголков), так и
общую их деформацию. При обследовании из 58 стальных стро¬
пильных ферм цеха только две были без видимых дефектов. Во
многих случаях раскосы, стойки и пояса имели опасные выгибы
(до 100 мм) в плоскости и из плоскости ферм. Для вывода стро¬
пильных ферм из аварийного состояния после их разгрузки преду¬
сматривалось дефектные элементы решетки усилить дополнитель¬
ными уголками, однако не всегда при этом соблюдалась технология
ремонтных работ. Последнее объясняется недостаточной квалифи¬
кацией исполнителей и отсутствием должного контроля со стороны
технической службы эксплуатации зданий. Наиболее характерна
авария фермы обрубного отделения, происшедшая во время произ¬
водства работ по усилению сжатого дефектного раскоса. Ферма
просела более чем на 400 мм, однако не упала, поскольку оказа¬
лась как бы подвешенной к соседним стропильным фермам с по¬
мощью прогонов. Такая чрезвычайно опасная просадка привела
также к усложнению работы стальных прогонов и ухудшила усло¬
вия опирания железобетонных плит покрытия.
Для усиления поврежденного раскоса проектом предусматри¬
валось после разгрузки фермы приварить к нему дополнительно два
уголка 50X5 мм и установить распорки из листовой стали толщи¬
ной 10 мм. Однако во время производства работ была предпринята
попытка полной замены дефектного раскоса новым. При этом не
выполнено временное усиление и разгрузка фермы. После того как
был удален шов электросварки у нижней фасонки одного из по¬
врежденных уголков, произошла мгновенная потеря устойчивости
раскоса из плоскости фермы, в результате чего он был оторван от
фасонки; верхний и нижний пояса в аварийной панели получили
значительные искривления в плоскости фермы. Ремонтники отрезав
наиболее погнутую часть раскоса, заменили его новой вставкой.
Поскольку в результате просадки фермы ось деформированного
раскоса сместилась относительно проектного положения более чем
на 150 мм, то новую часть раскоса приварили к стальной пластине
размером 150X200X10 мм, а последняя была прикреплена сваркой
к торцу фасонки нижнего пояса.
54

Авария покрытия привела к полной остановке обрубного отде¬
ления литейного цеха. Для ввода его в эксплуатацию было произ¬
ведено временное усиление аварийной фермы с последующей раз¬
грузкой путем демонтажа кровли и плит покрытия, после чего уда¬
лены поврежденные участки верхнего и нижнего поясов вместе
с разрушенным раскосом. Затем ферма была выведена гидродом¬
кратами в проектное положение и усилена путем замены повреж¬
денных частей нижнего и верхнего поясов и раскоса новыми эле¬
ментами.
Здания с крановым оборудованием. К наиболее распространен¬
ным дефектам стальных подкрановых балок относятся обрывы
связей с колоннами в уровне верхних поясов, расшатывание и срез
болтовых соединений, недостаточная рихтовка путей. Весьма нена¬
дежными являются связи в уровне верхнего пояса подкрановых
балок с железобетонными колоннами, выполненные на хомутах без
расклинивания. В таких случаях при работе кранов недостаточно
закрепленный верхний пояс подкрановых балок получает возмож¬
ность перемещаться в опорной части в поперечном направлении. Это
вызывает скручивание балок, что приводит к расшатыванию бол¬
товых соединений и разрушению сварных швов.
В подкрановых балках важную роль по восприятию сил попе¬
речного торможения выполняют тормозные конструкции. Однако
лишь в редких случаях (из-за имеющихся дефектов) они оправды¬
вают свое назначение. Так, в главном корпусе завода радиально¬
сверлильных станков из 94 тормозных ферм только 9 находились
в удовлетворительном состоянии. В остальных были эпизодически
расставлены элементы решетки, которые к тому же, в большинстве
случаев, имели разрывы в сварных швах, причем следов ремонта
тормозных ферм не было обнаружено.
Подкрановые балки пролетом 6 м при небольшой грузоподъем¬
ности (до 50 кН включительно) в 50—60-е годы изготавливались
обычно из прокатного двутавра с верхней полкой, усиленной швел¬
лером: В таких балках обнаруживаются довольно часто разрушения
сварных швов, соединяющих швеллер с полкой подкрановой балки.
Это, естественно, приводит к снижению жесткости балок в горизон¬
тальной плоскости, уменьшает несущую способность и сокращает
нормативный срок нх эксплуатации. Причиной разрушения сварных
швов является неплотное прилегание швеллера к полке подкрано¬
вой балки.
Для кранов грузоподъемностью 200—300 кН использовались
также шпренгельные подкрановые балки длиной 6 м. Верхний пояс
таких подкрановых балок выполнен из двутавра № 45, усиленного
поверху швеллером № 30, остальные элементы — из двух уголков
сечением 120X9 мм. Шпренгель частично приварен фланговым
швом к стенке верхнего пояса, частично к фасонке, для чего в ниж¬
ней полке двутавра были сделаны вырезы. При этом расстояние
55

между сварными швами не было соблюдено, а в некоторых балках
швы пересекались. Опирание на подкрановую ветвь железобетон¬
ных колонн осуществлялось непосредственно на бетон. В ряде
случаев при рихтовке под опорную часть балки была выполнена
подливка из бетона на мелком заполнителе (в железобетонных ко¬
лоннах на консолях отсутствовали стальные опорные плиты). Каж¬
дая балка крепилась к опоре колонны двумя болтами, к смежной
балке — восьмью. На уровне верхнего пояса подкрановые балки
соединялись хомутами на болтах с надкрановой ветвью колонны.
В процессе эксплуатации кранов болтовые соединения ослабли
и подкрановые балки сместились на опоре в поперечном направле¬
нии на 15...20 мм. Отсутствие опорных стальных плит в консолях
колонн привело к выкрашиванию бетона под балками, особенно
в местах, где выполнялась подливка, и при движении кранов балки
проседали до 30 мм. В результате скручивания при поперечных
деформациях и просадок опор в фасонках и стенках балок образо¬
вались сквозные трещины длиной более 100 мм. Они также обна¬
ружены в швах, прикрепляющих швеллер к верхнему поясу
двутавра.
Аварийное состояние балок объясняется существенными отступ¬
лениями от проекта: неверно выполненным опиранием балок, нена¬
дежной их связью с колоннами с помощью хомутов, дефектами
сварки. В формовочном отделении подкрановые балки были демон¬
тированы и заменены новыми.
Подкрановые балки базисного склада сырья цементного завода,
рассчитанные на работу двух грейферных мостовых кранов грузо¬
подъемностью 100 кН, были смонтированы только после основа¬
тельной переделки брака, допущенного при их изготовлении непо¬
средственно на строительной площадке. Эти балки сварные сплош¬
ные двутаврового сечения пролетом 12 м. Их полки изготовлены
из листовой стали ВСтЗсп4 размерами 400x6000 мм, толщиной
20 мм. Они сварены но середине пролета встык. Стенки балок были
также сварены встык из 4—6 листов стали ВСтЗпс2 шириной
1240 мм, толщиной 10 мм. Для их устойчивости приварены ребра
жесткости толщиной 6 мм, расставленные равномерно по длине
балки через 1,5 м. Для опорных ребер использована сталь ВСтЗкп
толщиной 16 мм (взамен ВСтЗпсЗ толщиной 14 мм). Все сварные
швы выполнялись без разделки кромок. Это привело к тому, что
в швах оказались непровары, обнаруженные при дефектоскопии.
Поэтому конструкции пришлось переделать: пояса балок разрезать
и кромки разделать под сварку в соответствии с проектом. Сварные
швы стенок по той же причине были усилены ромбическими на¬
кладками.
Этих трудоемких переделок, приведших к существенному затя¬
гиванию сроков строительства, можно было бы избежать, выполнив
все работы в соответствии с проектом.
56

Глава 3. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ АВАРИЙ; РЕМОНТ И ЗАЩИТА
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗАЩИТНО-КОНСТРУКЦИОННЫМИ
ПОЛИМЕРРАСТВОРАМИ
1.	Определение критического состояния конструкции
при помощи ЭВМ
Строительную конструкцию при различных воздействиях и опреде¬
ленном режиме эксплуатации можно рассматривать как систему,
толюция которой описывается некоторым управляемым случайным
процессом. Его параметры могут быть вычислены по соответствую¬
щим алгоритмам с помощью ЭВМ.
Методы принятия решения основываются на принципе управле¬
ния по состоянию, которое меняется под воздействием управляющих
параметров случайным образом. Общая задача решается при по¬
мощи марковских процессов, так как процесс «работа конструк¬
ции — ремонт, реконструкция — реставрация» обладает конечным
или счетным множеством состояний и непрерывен по времени. Пе¬
реход из одного состояния в другое происходит скачкообразно в
момент, когда наступает какое-то событие, вызывающее такой пере¬
ход, причем имеется в виду квазимгновенный переход, временной
промежуток которого в каждом отдельном случае может быть
разным. Однако, исходя из соображений надежности системы и
безопасности ее эксплуатации, принимаем, что переход из одного
состояния в другое наступает спонтанно.
В истинном смысле этого слова долговечность работы строи¬
тельной системы меняется после каждого ремонта, защиты, рекон¬
струкции и т. п., то есть при наличии того или иного управляющего
параметра, так как в реальных условиях за конструкцией наблюда¬
ют и корректируют ее. Таким образом, представляется целесооб¬
разным рассматривать процесс управления строительной системой
в условиях воздействий, вводя в общее математическое описание,
кроме модели самой конструкции, диагностический zt и управляю¬
щий а,- параметры.
Строительная система (сооружение, здание, конструкция, эле¬
мент конструкции) рассматривается с конечным множеством
состояний Е. В дискретные моменты времени строительная система
наблюдается и иоднорпютон момдействию управляющих пара¬
метров, которые выбираются им некоторого конечного множества У.
Если взять управление //е К и состоянии х^Е в момент t, то в
следующий момент <+1 строительная система переходит в новое
состояние с вероятностью Q(lt\x, у), при этом улучшается со¬
стояние конструкции, повышается ее долговечность, уменьшаются
•ксплуатационные расходы W(х, у).
Необходимо выбрать наилучшее управление по критерию опти¬
мальности как математического ожидания суммарного дисконти-
57

рованного выигрыша, либо ожидания среднего за переход выигры¬
ша при t-*-оо. Эту задачу можно решать методами с различными
вариантами рекуррентных процедур типа динамического програм¬
мирования, чтобы не решать системы на каждой итерации.
Как уже указывалось, эволюция строительной системы пред¬
ставляется спонтанной не столько в смысле весьма ограниченного
во времени изменения ее состояния, сколько в фиксации этого со¬
стояния в дискретные моменты, определяемые диагностическим
параметром. Процесс, описывающий эволюцию этой системы, счи¬
таем наблюдаемым. Задача формулируется как оптимизация
стратегии технической эксплуатации строительной системы. Эта
система является стареющей и требует проведения диагностических
и управляющих мероприятий, причем понятие «стареющая» вклю¬
чает в себя следующее: на множество состояний Е системы сущест¬
вует некоторое отношение типа «лучше» или «хуже», позволяющее
однозначно различать состояния; спонтанная эволюция состояний
системы происходит монотонно в направлении их ухудшения. Про¬
цесс старения считаем случайным, а траектории этого процесса —
некоторыми монотонными функциями времени. Обычно с возраста¬
нием траектории ухудшается состояние системы (за исключением
случаев «упрочнения» бетона во времени в оптимальных темпера-
турно-влажностных условиях и ряде других), возрастает опасность
отказа. В момент же отказа траектория обрывается, то есть наблю¬
дать в дальнейшем ее не возможно.
Известно следующее формальное описание процесса старения.
Принимаем, что | — случайная величина, соответствующая дли¬
тельности времени до отказа системы. Некоторый процесс {Zft
i<= [0, оо]} описывает старение системы, если выполняются условия:
процесс Z* является случайным и траектория его обрывается в
момент отказа, что немедленно обнаруживается, траектория
Z.- не убывает по t, непрерывна справа и имеет пределы слева;
t+At14, zt-z, g>/> -p{t£<t-i-m, = Z&>t) =
= к (Z) At -|- 0 (At), где Zo — {Z„ 0 < S < <}; функция %(Z) возра¬
стает no Z. Третье условие дает вероятность отказа на достаточно
малом промежутке времени, зависящего от наблюдаемого процес¬
са. Функция A,(Z) характеризует опасность наступления отказа.
Если вместо t в третье условие ввести случайную величину соот¬
ветствующую времени работы системы до ее отказа, положив
Zt=t, то при/>{^<|<^+Д<||>-0 =k(t) At-j-O(At) можно записать
d
l-Fc (I)
где Ft (f) —функция распределения случайной иеличииы |; h(t) —
интенсивность отказов (из теории надежности), причем если %{t)
возрастает по времени t, система будет стареющей.
58

Таким образом, функция K(Z) по третьему и четвертому усло-
нпям представляет собой обобщенную интенсивность отказов ста¬
реющей системы, причем эта интенсивность исчисляется на траек¬
тории процесса Z. Сам процесс {Zt}, если он доступен наблюдению,
измерению и удовлетворяет указанным выше условиям, будет яв¬
ляться «диагностическим параметром». Эксплуатация строительной
системы (конструкции) по диагностическому параметру значитель¬
но эффективнее эксплуатации и диагностики по возрастному прин¬
ципу, основанному лишь на априорных данных о надежности систе¬
мы, так как процесс (Zt) несет больше информации о процессе
старения системы, а также учитывает влияние профилактических
мероприятий на характер эволюции системы.
Следует. отметить, что диагностический параметр не всегда
можно найти, поскольку допускается невыполнение условия моно¬
тонности траекторий. В этом случае, если выполняется требование
\>.{Zt + т/Z, = Z) > Z, то есть процесс {Zt} является субмартинга¬
лом, такой процесс можно использовать для эксплуатации старею¬
щей системы или управления и {Zt} будет квазидиагностическим
параметром.
Кроме того, в реальных сооружениях, как правило, существует
целый комплекс подсистем, достаточно сложно взаимосвязанных.
Поэтому в тех случаях, когда можно выделить несколько диагно¬
стических параметров, следует для каждой подсистемы либо выби¬
рать свой оптимальный режим эксплуатации по соответствующему
диагностическому параметру, либо решать задачу как некоторую
систему управления с несколькими уровнями иерархии с одновре¬
менной увязкой режимов эксплуатации для всей стареющей строи¬
тельной системы в целом.
Рассматривая строительную конструкцию как ремонтируемую
систему, предполагаем, что эксплуатация и профилактика ее стро¬
ятся по диагностическому параметру. Считаем при этом, что имеет¬
ся некоторая стохастическая система, состоящая из конструкцион¬
ных и защитных элементов, причем ее спонтанная эволюция в
фазовом пространстве воздействий (Е, |) описывается непрерывным
марковским процессом, так называемым наблюдаемым, который
определяется диагностическим параметром {Zt, /е[0, оо]}.
Система доступна частичному наблюдению, то есть не в каждой
временной точке, а и некотором не более чем счетном числе точек
to, ti,... За диагностическим параметр можем принимать ту или
иную существенную характеристику системы, определяющую ее
состояние и функционирование » реальных условиях различных
воздействий: например, критическая величина деформаций, про¬
ницаемость, потеря несущей способности, повреждение защитного
покрытия или косвенные факторы (воздействия) — нагрузка, агрес¬
сивность, величина волнения и т. п. Для каждого диагностического
параметра существует множество значений S на числовой оси
59

S =i[0> l]e/?+), причем, как только в некоторый момент /е[0,оо)]
значение Zt будет равняться 1, происходит отказ системы. Считаем
также, что если в момент /е[0, оо] произошел отказ, становится
известным значение Zt—Z диагностического параметра в момент
отказа. Время обнаружения величины диагностического параметра
определяется правилами организации службы эксплуатации и си¬
стемой наблюдения и измерений. Принимаем, что It, te[0, оо] —
индикаторная функция отказа такая, что
Рассмотрим новый процесс {x<te[0, оо]} с траекториями вида
xt=(ztlt), /е[0, оо], где Zt — траектория диагностического па¬
раметра. Считаем такой процесс наблюдаемым, а множество со¬
стояний этого процесса описываемым множеством вида Е = S X
X {0, 1}=[0, 1) X {0, 1}.
Обозначим Ео — множество пар вида {(Z, 0):Ze[0, 1]}; Ei —
множество пар вида {(Z, 1): Z [0, 1]}. Ясно, что Е = Е0 U Е1( Е0 П
Л Ех = 0. Таким образом, £ = £(*) = in! {f > 0 : xtе Ej \х0 = xgE0}.
Строительная конструкция подвергается контролю в некоторые
моменты [0, ос], k=0, 1,.... Согласно модели процесса с управ¬
ляемым наблюдением, моменты о* определяются рекуррентно:
Oft+i = ak -f С; С =• min (£, т), где т — период наблюдения.
Из заданного конечного множества А выбираем некоторое
управляющее воздействие в моменты контроля с* в зависимости
от состояния конструкции xgE, а также определяем период на¬
блюдения т из некоторого отрезка Т числовой оси (Тс=/?+), причем
пара ^ (а, т); аеАтеТ является управлением.
Рассматривая строительную конструкцию под воздействием
окружающей среды и характер ее эксплуатации в зависимости от
конкретных требований, задаем множество А в общем случае как
некую функцию указанных факторов. Вместе с тем из множества
А можем выделить ряд управляющих параметров, типичных для
эксплуатации строительной конструкции: а<> — конструкция не нуж¬
дается в ремонте, реконструкции, реставрации; а\ — необходимо
провести текущий (профилактический) ремонт; аг — нужны капи¬
тальный ремонт, реконструкция, реставрация; аз — требуется заме¬
нить полностью отдельные элементы или конструкцию в целом;
а4 — параметр, описывающий воздействие, которое необходимо при¬
ложить к конструкции до применения а<>, аь аг, «з с целью обеспе¬
чения непрерывности траектории наблюдаемого процесса в случае
возникновения отказа.
Имеют место параметры вида at = {а4 Д а},	/ = 0,	1, 2,3,
а значит А = {а0-, аг, а2, а3, со, аг, аз}.
60

Управляющий параметр аеА меняет положение наблюдаемой
траектории из точки Z>0(ZeS) в некоторую другую точку Z' (0^
<:Z'<Z) случайным образом. При этом будем считать, что во время
действия управляющего параметра строительная конструкция от¬
ключена от экплуатационного режима тем или иным способом:
непосредственная защита конструкции, разгружающее устройство,
включение внутренних резервов конструкции (особенно для пара¬
метра ai).
В этом случае, не снижая общности, можно считать, что качест¬
венные переходы состояния системы под действием управляющих
параметров аеА происходят мгновенно.
Множества состояний Е и управлений У заданы; необходимо
определить переходную функцию Q и непосредственные выигрыши
<о. Когда произошел отказ и соответственно обрыв траектории ди¬
агностического параметра, происходит отключение строительной
конструкции от эксплуатационного режима тем или иным способом:
стихийно — перераспределением напряжений, включением в работу
резервных элементов, заранее заложенных в проект; планово-пре-
дупредительными мероприятиями — разгрузка перенагруженных
элементов, защита агрессивно разрушаемых элементов и т. п. Вто¬
рой способ более предпочтителен и более часто встречается. Мо¬
мент наступления отказа — не обязательно авария или катастрофа:
в период осмотра или при. непрерывном контроле за состоянием
конструкции обнаруживается такой момент, когда диагностический
параметр приближается к точке отказа. В этот момент система
превентивных мер обеспечивает мгновенный переход из состояния
Ei в Ео, а затем, после проведения необходимых управляющих фак¬
торов, переход к новому состоянию, отличному от Ео.
Исходя из вышеизложенного, определяем Q как функцию со¬
стояния лсеЕ и управления i/еУ с выполнением условий существо¬
вания диагностического параметра. Так как управляющий параметр
реализуется дискретно, то переходную функцию Q целесообразно
строить как суперпозицию двух переходных функций, описываю¬
щих мгновенные переходы от Ео в новое состояние, отличное от Ео,
в момент <=0 под воздействием аеА и переходы процесса на полу¬
интервале (0, т]. Считаем также, что задана переходная функция
q(t; IZ), ZeS диагностического параметра {Z<} при выполнении
указанных выше условий. Строя переходную функцию Q, следует
учитывать, что наблюдаемый процесс отличается от диагностиче¬
ского параметра, так как представляет собой этот параметр {Zt}
и индикаторную функцию отказа {/<}. Кроме того, задавая вероят¬
ности возникновения отказа, необходимо обеспечить выполнение
условий <| </ + A*|Zo, Zt=Z, %>t) = P{t<%< t + At\Zt=
— Zj | > t) = X (Z) At + 0 (At), где Z‘0 = {Zs, 0 < 5 < 2}. Задаем
условную функцию распределения случайной величины | =
61

= | (Z) соответствующей длительности времени до отказа при ус¬
ловии, что в начальный момент /=0 имело место значение ZeS
диагностического параметра, то есть функции распределения вида
Ъ (t\Z) = P{t<t\Z0 = Z}.
Принимаем (&, с] а [0, 1] = S, обозначим г°м ={(&,	с],	0}е	£ и
Г(6,С] = {(b,	с), 1} ее, где е — а-алгебра подмножеств Е.	Г°	и	Г1	—
подмножества из е, соответствующие состояниям при отсутствии
и наличии отказа. Q (/, Г | х), х еЕ, Гее — переходная функция на¬
блюдаемого процесса {*<}.
Если зафиксировано некоторое начальное состояние х0 = х = {Z,
0} <=Е0, то
Q (*; г(б.с] |л:) = Р {л:,(=Г<м | х0 = х) =
= P{Zt, It)<={b, с], 0} | (Z0, I) = (Z0, 0)} =
= P{Zt<=(b, с], Z(Z)>t\Z,=Z}
из определения условной вероятности (вероятность события В, при
условии, что уже произошло событие А)
Q (/; г®6>с11 х) = р {zt<=(b, с] | z0 =	(Z) >t)P{Z0 = z,
l(Z)>t=q	c)\Z)P{\(z)>t) = q(t; (*, c]2)[l-Fe(/|Z)]
и имея переходную функцию q диагностического параметра и функ¬
цию распределения F\ (t\Z), можно задать переходную функцию Q,
описывающую переходы из множества Ео в Е'о.
Переходная функция, описывающая переходы из Ео в Ei (при
*0 = *<=Е0),
Q(t, r<V. 11 -v') - Р {.V/ ел Г<ь.с| |	= х) =
= P{Z„ //)е{(b, с, 1}|ад	(Z, 0)} =
= P{Zt(=(b, с], l(Z)<t\Z0 = Z).
Мы указывали, что отказ наступает не в тот момент, когда
происходит аварийное разрушение строительной конструкции, а
тогда, когда по правилам эксплуатации здания или сооружения оно
выводится из состояния эксплуатационного режима, то есть значе¬
ние диагностического параметра и сам обрыв немедленно фикси¬
руются, а	значит, что если %<t, Zs = Zj для	всех S :	тогда
Q (*; г|м \x)=P{Zt<=(b, с], г (Z) < *1 Z, ■	/.)/ Р {Zs f- (b, с]\l = S
о
Zo=Z}dF, (S|Z) = I q(S, (b, c\\Z)dFt (ВД.
62

Рассматривая обе переходные функции совместно, получаем пе¬
реходную функцию для процесса выхода конструкции из режима
•ксплуатации и возвращения в него—Q(t; Г(б,с1*), хеЕ0—в виде:
Необходимо еще учесть переходы под воздействием управлений
v — (а, г), ае Е, те Т и их вероятности.
В том случае, когда произошел обрыв траектории диагностиче¬
ского параметра, то под воздействием а'.е А [aj.=(o; Д а')] происхо-
|.ит «склеивание», мгновенный переход из Ei в Ео и затем мгновенно
it EV, значит для того, чтобы задать переходную функцию, описы¬
вающую переходы под действием аеА, достаточно задать вероят¬
ности переходов на множествах ЕоХЕ'о.
Переходная функция, описывающая мгновенные переходы под
воздействием аеА, имеет вид:
Так как управление i/еУ — это пара у= (а, т), где теТ — период
наблюдения, то переходную функцию управляющего процесса опре¬
деляем на отрезке [0, т]; она является суперпозицией двух пере¬
ходных функций, описывающих мгновенные переходы под воздей¬
ствием аеА в момент f=0, переходы процесса {я*} на полуинтер¬
вале (0, т] и имеет структуру
fQ(*; Т\х, a),t< т;
Q(t; Г|лг, y) — Q(t; Г|лг, (а, т)) = | переходная функция управления
[не определена при t> т,
Если конструкция работает (отказа нет), она рентабельна
(приносит доход, прибыль и т. п. с интенсивностью v>0 в единицу
времени). Использование упрлнлшощсго воздействия аеА (ремонт,
усиление, вывод из эксплу.тпщии и т. п.) сопровождается убытка¬
ми, связанными с простоями, кпрлтлмп на ремонтные мероприятия
п т. п.
Функция выигрышей <а(х, у) <о (х, а, х) представляет собой
разность между прибылью и убытками на промежутке между мо¬
ментами обследования и вывода конструкции из режима эксплуа¬
тации.
Примем d(x, а, т) — прибыль па промежутке C=min (|, т) между
моментами контроля, причем v=const и £ = 1(х, а), а значит d(x, а.
о
где Q (t; Г|*, а) = Q (t; Y\Z, I) а = ) Q (t; Г|и) dQ ([и, Z)\Z, I) a.
о
63

яг) — v£ (л, а, т) = v min {%(х, а, т). Так как £ — величина случайная,
то прибыль характеризуется математическим ожиданием:
d(х, а, г) = M{d(x, а, т)} = vM {£ (х, a, t)} = v£(x, а, т).
Убыток, начисляемый в промежутках между контролями, состоит
из элементов г (*, а, т) = с0 -+- с, (а) + с2 (х, а, т), где с0 — убытки
(штраф) за вывод из режима эксплуатации; С\ {а) —убытки за ре¬
монт (управляющее воздействие), аеА; с2(х, а, т) =yP{| <т| х, а,
= Y J Q(dZ | х, а, т); у — штраф, начисляемый при возникновении
Ej
отказа;)* Q(dZ\х, а, т) —вероятность возникновения отказа на пе-
риоде т.
1аким образом, функция выигрышей имеет вид
/ ч /	ч d (ху а, т) — г (*, л, т)	г (дг, а, т)
io(x, у)=<о(х, а, т) = -		\	=v	—	тг	Г •
£ (х, а, т)	С (*, а, т)
Все элементы, необходимые для описания строительной кон¬
струкции как стареющей системы, получены, и теперь для решения
задачи оптимизации управления работоспособностью такой систе¬
мы можно воспользоваться рекуррентными процессами.
Прежде всего необходимо до процедур синтеза оптимальной
стратегии убедиться в существовании такой стратегии. При обосно¬
вании рекуррентных процедур в нашем случае (конечных множеств
состояний и управлений) исходим из факта, что оптимальная стра¬
тегия существует.
Постановка задачи для управления системы (£, л) — вве¬
дем функционалы вида:
Ф(й. Чо) = Е “(S,. Vt)’ (So. Ло) = 2 Р'»(&/. У,Ъ
t-о	t -о
где р — коэффициент дисконтирования р(0<р<1), учитывающий
изменение состояния (вернее степени изменения) во времени.
Обозначим Vp (я) (х) = НтМ*Фр (go Ло) = ИтМ* 2	Ut)
п	п	/«= О
стратегия лгеЕ, где математическое ожидание берем в соответствии
с конечномерными распределениями типа
Р(£о = *о. т)ое=Ро, ^еГх	 £„<=ГЯ, ч„<ИУ-
= [ n0(dy\x0) J Q (dxj\x0, у0)..-\ Q(dx„\x„, //	 а„.ь y„-i) X
Ро	Г,	Г,
X $nn(dyn\x0, у0,..., х„).
*4

Функционал Vр (я) — дисконтированный «выигрыш». Средний
шлигрыш» будет в виде функционала вида
П
Ф(я)(*) = Нт — У] ш Iх* Уд’ Х(= Е-
п Я -{- 1 X
Л=0
Решение задачи лежит в отыскании оптимальной стратегии: для
Гц — с дисконтированием, для © — без дисконтирования.
Для обоснования класса рекуррентных процедур обозначим:
V — пространство ограниченных вещественных функций с нормой
|| U I/ = max | U (х) | для оператора Fp = Fp (я) такого, что
Fp (я)V(х) = ш(я)(х) + PQ(я)V(х), хеЕ,
где линейный монотонный оператор Q = Q(n) действует на U по
следующему правилу:
Q (я) U (*) = 2 U (Z) Q* [х, Z\n(x)], *еЕ,
где Q*(х, г\ я) — элементы переходной матрицы Q* .
На пространстве V вводим оператор Uр вида UpV= таxF$(f)U
с теми лее свойствами, что и оператор Fp, но t/p V > Fp К.
Функция о будет решающей, если
t/p У = Fp (а) К = max Fp (/) V.
Пусть фиксирована некоторая решающая функция я и целое
число т^О. Вводим оператор Lp"* = £рш,(я) вида
lf\n)V = U 9F$(n)V
при т—0 Lpm) = Кр и оператор Грт) = Грт)(<г, я) вида
гГ V = L^m) V — Fp (я) Fp1 — (я) К,
а решающую функцию а принимает такую, что
L^m) V = U? F? (я) У = Fp (a) Fp1 (it) V.
Если стационарная стратегия эксплуатации п°° удовлетворяет
уравнению ГртУр (я") О, то она оптимальна, следовательно, для
построения оптимизационной процедуры целесообразно использо¬
вать оператор ГР(т). Рассматринан усеченные нестационарные стра¬
тегии я*о. дисконтированный нынгрыш
М«о)(*) =МП" i	Ук-t),
I- о
который можно определить рекуррентным способом с помощью
оператора F:
^ (4) = Fp (щ) Ур (4Л V, (я0) = 0.
4-1Ю2	65

Для обоснования оптимизационных процедур в соответствии с
алгоритмом усовершенствования стратегии Коварда рассмотрим
усеченные L™ — порожденные нестационарные процессы вида
^1	^	i	•	•	•	t	It • • м Ok—1, * * * , 01» • ■ м	*
(m+1)	Tni+i)	(m+1)
Если такая стратегия выбирается с помощью оператора Lf из ре¬
куррентного соотношения, то
Vl+l (<rf+1) = L\m) Vk9 (of) = Щ Ff (a*) V\ (erf);
Vj(ai) = Vpf/?(<x0); V?(a„)^0.
При этом tip (ak) Vt(oi) = V$+1 (ot+, g? aft
где a* = a/,,, ak.
m
Известно, что последовательность стратегии {0*1, k=\, 2, ...}
слабо сходится к некоторой стационарной стратегии о*, если су¬
ществует предел lim Vp (af) = Vp (а*); при этом учитываем, что по-
Л-*оо
следовательность {of, k = 1, 2,...} сильно сходится к некоторой ста¬
ционарной стратегии о", если, начиная с некоторого номера £<оо,
все решающие функции a*, k^k0 совпадают с решающей функци¬
ей а.
Пусть <хж — Lpm)—порожденная решающая функция такая, что
^(a) = i/p]/p(a) = Fp(a1K)l/p (о),
и пусть ог~ = (<уж> аж,...)— стационарная стратегия, составленная
из решающей функции ож; тогда Vp (а) = Vp (о^) .
На основании теоремы, согласно которой, если {о*} — последо¬
вательность стационарных стратегии, счютнстетвующих £5т) (по¬
рожденным решающими функциям a*. k—l, 2, ...), то в этой после¬
довательности Ур (оптимальная стратегия) обеспечивается при ко¬
нечном 6*<оо, и можно обосновать оптимизационную процедуру.
Она состоит в вычислении векторов Vp (af) и остановке процедуры
в момент К*, когда lim || Гр”Ур || = О, а в качестве этого момента
к
принимается момент T=inf {А": ЦГр’У'р ||—0}, так как нельзя с уве¬
ренностью утверждать, что |j rp*Vp || =0 для всех к>т, нужны до¬
полнительные условия для отыскания момоитл, при котором дости¬
гается Vp (оптимальная стационарная стр;ттпм), для чего строим
оценки для разности
Vp (a“ — Vp (аТ),
где Vp—оптимальная стратегия; Lрт)— порожденная стратегия.
66

Если {0*1} — последовательность L™ — порожденных нестацио¬
нарных стратегий, и {V* а*} — последовательность дисконтирован¬
ных выигрышей, то
V*+> (<jf+‘) > (ak о% <rf) > Vf** (о* of) > ... > VI (of),
где УГК<Т1)=/гГЫ^(^)
" Vk9<[Fp (ak)]mV$ < V$+\ *=1,2...,
а отсюда при m->oo
Vp ■< Vp (Ok) i/ft—l ^ i/fc Т/ /„°°\ ^ I/*
t7 / ~v ^	| — Vt < VP <	(ak)< yP •
Vp (o*) < yp
Введем обозначения: 1 —вектор, все компоненты которого равны 1;
<р*1 —вектор, компоненты которого равны <р*. Тогда для вектора 1
Ф* = || V* — Vp-11| = max | Ур (*) — Ур-1 (*) | при т = 0;
<pft = ||Vp*-V(p(*-1)>m)||, где у^~1,,т) - [Fp (о*_1)]'пУр_1 при т>0.
Для вектора фЛ= 1
Ф* = min (V* (х) — 1/р-1 (л:)) т = 0;
X
Щ = min (Vp* (X) - Ир(*-,)т) (х)) т > 0.
X
Введем также векторы £/* и Uk вида:
Uk = Vl~l + 7-^- ф/г 1;
^==ур“1 + тзр-^1-
Если для некоторого в>0 выполнено неравенство ф*—ф*^е (1 — Р),
то Lp*— порожденная стационарная стратегия (yPi в) — оп¬
тимальная. Если моменты к„. ti 1, 2, ... таковы, что || Гр^Кр"!! = 0
и || r|jm) Vp*"—Ч| / <>, то момент г Int п : || Г|"°Кр || = 0; (ф* ~9к) <
^ ея(1—р)} конечен п достигнете»! либо Vp, либо (Vp , ет) (опти¬
мальные стратегии, где кг- мннчеиио vn, при котором выполняется
условие, определяющее момент ч) и мы приходим к классу рекур¬
рентных процедур, зависящих от пирометра т=0,1.
Эти процедуры выполняются т;п<: если выполнено к итераций
процедуры и вычислен вектор иынгрышей Vp =Vp (erf) из рекур¬
рентного соотношения, то алгоритмы решения задачи оптимизации
имеют вид:
1.	Вычислить Vp+I= Lp<OT)Vp перейти в 2;
5*	67

2.	Проверить условие|| Гр У*||=0, если «ДА» — перейти в 3, если
«НЕТ» — в 6;
3.	Вычислить гк = Ц Грт)У*-11| если k=l, то принять е=0, пе¬
рейти в 4;
4.	Вычислить
Ф*н = max | Vl+l (х) - Vfm (х) |
X
И	/
Фа+1 = min (Fp+1 (х) — V^,m) (х),
-	X
где
l/^W = [Fp(aft)]muP.
5.	Проверить условие ф*+1— ф*+1<(1—Р) еи. Если «ДА» оста¬
новить алгоритм. Если «НЕТ», перейти в 6.
6.	Принять k=k+\ и перейти в 1.
Приведенный пример предназначен для оптимизации парамет¬
ров строительных конструкций. Подобные алгоритмы применяются
в различного рода автоматизированных системах (АСУ). Задачи
оптимизации стратегии эксплуатируемых строительных конструкций
наиболее эффективно решаются на ЭВМ ЕС-1020.
2.	Эффективные материалы на основе продуктов органического
синтеза для работ по ремонту и усилению
строительных конструкций
Продукты органического синтеза в виде полимеррастворов, мастик,
клеев, покрытий, адгезионных прокладок, паст и их комбинаций все
шире применяются при выполнении ремонтных работ и усилении
строительных конструкций. Основные из них — поливинилацетали,
кремнийорганические соединения, фурановые смолы, фенолфор-
мальдегидные смолы, полиамиды, полиуретаны, полиэфиры, эпок¬
сидные смолы, наириты, акриловые смолы, тиоколы, каучуки, сти-
ролы.
В ответственных сооружениях используют полимеррастворы на
основе полиэфирных, фурановых и особенно эпоксидных смол.
С целью удешевления и улучшения свойств в их состав добавляют
в различных сочетаниях указанные выше полимерные материалы.
Эпоксидные смолы выгодно отличаются от других синтетических
смол, например фенольных, акриловых, полтфнриых; отвердевают
при любых рабочих температурах (в зависимости от тина отверди-
теля); имеют малую усадку, не выделяют летучие вещества, ограни¬
чена переориентация (фенольные выделяют коду, отсюда значи¬
тельная усадка; акриловый и полиэфирные переходят в желеобраз-
68

ное состояние со значительной перегруппировкой); большинство из
них имеют низкую вязкость, что облегчает технологию их приготов¬
ления и подбор оборудования; имеют высокую адгезионную проч¬
ность, объясняющуюся спецификой химической структуры — нали¬
чием полярных гидроксильных и эфирных групп; обеспечивают
высокие показатели стойкости к агрессивным воздействиям щелочей,
кислот, органических растворителей; их основные свойства можно
регулировать за счет оптимального подбора рецептуры; обладают
хорошими диэлектрическими свойствами, эластичностью, антифрик¬
ционными свойствами, полной нетоксичностью в отвержденном со¬
стоянии (применяются в системах водоснабжения и пищевой про¬
мышленности) .
Эпоксидные смолы, компаунды, клеи, используемые в качестве
базовых компонентов для полимеррастворов в строительстве, при¬
ведены в табл. 12.
В нашей стране наиболее часто применяются аминные отверди-
тели эпоксидных смол, например, полиэтиленполиамин (ПЭПА),
представляющий собой смесь диэтилентриамина, триэтилентетра-
мина и ряда высших аминов. Такие отвердители обеспечивают по¬
вышение стойкости полимерраствора, в. частности, эвтектическая
смесь метафенилондиамина и полиметиленфениленаминов с добав¬
кой 2 % салициловой кислоты (продукт ЭС-42 (ТУ В-83-67)).
Кроме указанных, рекомендуется к применению аминосланце¬
вый отвердитель АСФ-10 (ТУ 38-3099-76). Он позволяет значитель¬
но снизить вязкость состава без ухудшения его свойств. Компози¬
ции, изготовленные на его основе, могут наноситься на влажные
поверхности и отверждаться при температуре до — 5 °С. Следует
отметить также аминофенольный отвердитель УП-583 (ТУ
15П-514-66) — продукт поликонденсации формальдегида и фенола
с диэтилентриамином, который является- одновременно и «сшиваю¬
щим» агентом, и катализатором реакции. Модифицированные ами¬
ны УП-0633М, ДТБ-2 могут быть рекомендованы для получения
составов типа замазок.
Из аминных отвердителей также успешно используют диэти-
лентриамин (ДЭТА), а также ортооксифенил-метиленэтилендиамин
(АФ-1, АФ-2) (ТУ 294-70). Для ускорения отверждения рекомен¬
дуется отвердитель .VII 017 ('ГУ 1511-734-71) —раствор аминоаддук-
та смолы ЭД-22 » ичОьпкс диэтилентриамина, а также высокоак¬
тивные отвердители УП-(ИйГ/. При получении теплостойких поли-
меррастворных составов эффск пиши эпоксидно-титаносодержащие
отвердители: этиленгликольфталагппаиат (ЭГФТ), этиленгликоль-
гексагидрофталаттитанат (ЭПТФТ) и этиленгликольсебацинатти-
танат (ЭГСТ) вместе с катализаторами УП-605/5 и УП-606/2. Они
отличаются пролонгированной жизнеспособностью, что позволяет
их успешно применять в условиях жаркого климата и при повы¬
шенных технологических температурах для реконструкции дей-
69

Таблица 12. Эпоксидные смолы, компаунды, клеи для строительства
Тип базового компонента,
клея
Физико-механические характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура, %
Область применения
ЭД-20 (ЭД-5)
(ГОСТ 10587—76*)
ЭД-16 (ЭД-6)
(ГОСТ 10587—76*)
ЭД-22 (ГОСТ 10587—76*)
Э-40 (ТУ 6-10-077-70)
ЭД-24 (ТУ 11-1-71)
Азотосодержащая ЭА
(ТУ 6-05-1190-76)
ЭЦ (ТУ 6-05-1190-76)
УП-613 (ТУ 6-05-595-75)
Эпоксидные смолы
Вязкая прозрачная жид-	1а, б,	г, к;	2а,	б,	е,	к
кость от светло- до темно-
коричневого цвета, плот¬
ность 1150...1160 кг/м3, вяз¬
кость 12... 14 Па*с при 25°С,
массовое содержание эпок¬
сидных групп 20...22Д лету¬
чих 2, общего хлора 1,5
Высоковязкая от светло-	1а,	б,	г, к;	2в,	г,	д, ж,
желтого до коричневого цве-	з
та, плотность 1170...
...1180 кг/м3, вязкость 100
Па-с при 50 °С, массовое со¬
держание эпоксидных групп
14... 18, летучих 1, общего
хлора 0,75
Низковязкая жидкость про- 1а, б, г, к; 2а, б, е, к
зрачная от светло-желтого
до светло-коричневого цве¬
та, вязкость 9... 13 Па*с при
25 °С, эпоксидных групп 22,
летучих 1, общего хлора 1
Вязкая прозрачная жидкость 1а, б, г, д, к; 2в, г, д,
желтого цвета, вязкость 60 ж, з
Па*с по ВЗ-4 при 20°С,
эпоксидных групп 16—21,
летучих 10
Низковязкая слабоокрашен-
ная прозрачная жидкость,
вязкость 7,5 Па*с при 25°С
эпоксидных групп 23...25, ле¬
тучих 0,2
Низковязкая жидкость от
светло-желтого до коричне¬
вого цвета, вязкость 360
МПа*с при 25°С, эпоксид¬
ных групп 21—30, общего
хлора 2,5
Ниэковязкая жидкость, про¬
дукт конденсации циануро-
вой кислоты с эпихлоргид-
рином, эпоксидных групп 30,
содержание летучих 1,4
Вязкая жидкость от сипло-
коричневого до коричшчшго
двета, плотность 1150...
...1200 кг/м3, вязкость 9...
16 Па*с при 40°С, эпоксид*
ных групп 6...9
1а, б, г, д, к; 2а, в, г,
д, ж, з
1а, б, г, к; 2а, б,е, к
1а, б, г, к; 2а, б, е, к
1г, к; 2, п, г, ж, з
70

Продолжение табл. 12
Тип базового компонента,
клея
Физико-механические характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура, %
Область применения
)поксиноволачная смола
!i«M» (ТУ 6-05-202-74)
»ТФ (ТУ 6-05-516-75)
Алкнлрезорциновая ЭИС-1
(ТУ 38-1091-76)
Алифатическая ЭФГ
(ТУ 6-05-1747-76)
Алифатическая ЭТФ-10
(ТУ 6-05-1747-76)
Алифатическая МЭГ-2
(ТУ 6-05-1645-73)
Алифатическая ДЭГ-1
(ТУ 6-05-1645-73)
Алифатическая ТЭГ-1
(ТУ 6-05-1645-73)
1а, б, г, к; 2а, б, к
1а, б, г, к; 2а, б, е, к
Низковязкая смола желтого
цвета, плотность 1100...
...1200 кг/м3, вязкость 800...
2000 МПа • с, эпоксидных
групп 17
Продукт взаимодействия
эпихлоргидрина и трифенола
в щелочной среде, эпоксид¬
ных групп 19,5 летучих — не
более 1
Продукт конденсации эпи-	1г;	2в,	г,	д,	ж,	з
хлоргидрина и сланцевых
алкилрезорцинов, эпоксид¬
ных групп 13, вязкость 900...
1300 Па-с при 50°С по
ВЛЖ-2, летучих не более 2
Подвижная жидкость от	1а,	б,	к; 2а,	б,	ж, к
светло-желтого до коричне¬
вого цвета, вязкость 800
МПа-с, эпоксидных групп
23,	летучих — не более 2
Смесь алифатической смолы То же
ЭЭТ-1 и фенилглицидиново-
го эфира ЭФГ, низковязкая
жидкость от светло-желтого
до коричневого цвета, эпок¬
сидных групп 22, летучих —
не более 2,5
Продукт конденсации эпи- »
хлоргидрина и этиленглико-
ля, низковязкая жидкость
светло-коричневого цвета,
эпоксидных групп 28...33, ле¬
тучих — не более 2,5
Продукт конденсации эпи- 1г; 2а, б, м
хлоргидрина и диэтиленгли-
КОЛИ, ПП.1КОШ1 МКШ1 жидкость
от с иегло желтого до корич-
iieiiom цнг in, эпоксидных
rpyii.ii iM, летучих — не бо¬
лее 2
Продукт конденсации эпи- »
хлоргидрина к триэтилен- '
гликоля, шшкпиизкая жид¬
кость светло-желтого —
светло-коричневого цвета,
эпоксидных групп 19, лету¬
чих — не более 2,5
71

Продолжение табл. 12
Тип базового компонента,
клея
Физико-механические характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура, %
Область применения
Алифатическая ТЭГ-17
(ТУ 6-05-1645-73')
Фурано-эпокеидная
ФАЭД-2Г
\ЭД-20 (ТУ 59-02-039.13-
78)
Циклоалифатическая
УП-632 (ТУ 6-05-72-76)
Циклоалифатическая
УП-636 (ТУ 6-419-70)
Галогенсодержащая УП-614
Галогенсодержащая УП-631
1а, к; 2в, г, ж, з, л
1г, ж; 26, в, г, е, з
Низковязкая жидкость свет- 1 г; 2а, б, м
ло-желтого — светло-корич-
невого цвета, эпоксидных
групп 15...19, летучих — не
более 2,5
Композиция на основе смо¬
лы ФАЭД-20 (отличается
повышенной влагостойко¬
стью) .
Диэпоксид на основе тетра-
гидробензилового эфира тет-
рагидробензойной кислоты,
вязкость 200...600 МПа • с,
эпоксидных групп 27...29, ле¬
тучих— не более 1,5
Жидкость желтого цвета, То же
вязкость 400...500 Па-с,
эпоксидных групп 18...20
Динамическая вязкость при »
40 °С не более 160 Па-с,
эпоксидных групп 6...9, орга¬
нического хлора 18...20, по¬
ниженная горючесть отвер¬
жденных композиций
Эпоксидных групп 9, орга- 1г, ж; 26, в, г, е, з
нического брома 45...48, по¬
ниженная горючесть отверж¬
денных композиций
Модифицированные эпоксидные смолы, компаунды, клеи
К-115, К-168, К-201
(ТУ 6-05-1251-75)
К-293 (ТУ 6-05-1251-75)
К-176 (ТУ 6-05-1251-75)
Эпоксидиановыс смолы
ЭД-20 и ЭД-16, модифици¬
рованные олигоэфиром
МГФ-9, плотность 1150—
1200 кг/м3, вязкость 6...
...7 Па-с при 25 °С, эпок¬
сидных групп 15... 19
Эпоксидиановая смола, мо¬
дифицированная дибутил-
фталатом, эпоксидных групп
12... 14, время желатинизации
30 мин
Эпоксидиановая смоли
ЭД-20, модифициром.'ишли
дибутилфталатом, шшкшть
3,6 Па-с при 20 °С, эпоксид¬
ных групп 17...20, врем и жо-
латинизации 160 мин
1а, б, г, к; 2а, б, е, к
(ЭД-20)
1а, б, г, к; 2в, г, д, ж,
з	(ЭД-16)
1а, б, г, к; 2а, б, е, к
‘Го же
72

Продолжение табл. 12
Тип базового компонента,
клея
Физико-механические характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура, %
Область применения
КДЖ-5-20 (ТУ 6-05-1251 -75)
КДЖ-5-40 (ТУ 6-05-1251-75)
К-153А, К-153Б, К-153С
(ТУ 6-05-1584-77)
Оксилин 5-А (ТУ П-631-68)
ЭБФ-18
КДА, КДА-2
(ТУ6-05-1380-76)
УП-644 (ТУ 6-05-71-73)
УП 544 (ВТУ 189-6-66)
УП-599 (ТУ 11-211-69)
У П-236 (ТУ 11-268-70)
Эпоксидная смола
ЭД-20, модифицированная
алифатической смолой
ДЭГ-JI, плотность ИЗО...
...1140 кг/м3, вязкость 2,5
Па-с по ВЗ-4 при 20 °С,
эпоксидных групп 18...21,
время желатииизации 90 мин
Смола ЭД-20, модифициро¬
ванная смолой ДЭГ-Ж,
плотность 1110 кг/м3, эпок¬
сидных групп 16...20, время
желатинизацип 80 мин
Смола ЭД-20, модифициро¬
ванная олигоэфиром МГФ-9
и тиоколом, плотность
1180—1200 кг/м3, эпоксид¬
ных групп П...17
Эпоксидная смола, плот¬
ности 1240... 1330 кг/м3, низ-
кость 1,6... 15 Па*с, эпоксид¬
ных групп 10—17, общего
хлора 0,2; отвержденный
продукт близок к эластоме¬
рам
Боросодержлщая эпоксид,
ная смола
Жидкость низковязкая,
эпоксидных групп 21, лету¬
чих — не более 1,5
Смола УП-612, модифициро¬
ванная полнпропиленглико-
лем; низковязкая жидкость,
эпоксидных групп 17,5...19,5,
летучих —не более 1,5
Эпоксифенолфурфурольная
смола, твердый томно-корич-
пепмй продукт, плотность
1200 кг/м:\ нюкепдпых
I руин 12... 14, летучих 2
«r'ini пмгрднкарбоново-
I о 1М1П1ПД11 нплспгликольсс-
бацпмаш с Д.’*>Г-1, вязкая
том in» к»>р и ч I нимм жидкость,
эпоксидных I руин (»...8,5, ле¬
тучих 2
Смесь смол .VII 546 и ЭА
(20:80), ииакаи жидкость
темно-корнчисмого цвета,
вязкость 30 Па-с по ВЗ-1
(20 °С), эпоксидных групп
30, летучих 1,5
1а, б, г, к; 2а, б, е, к
1 г, е, к; 2а, б, д, е, к
То же
1а, в, г; 2а, б, д, ж, к
1а, б; 2а, б, и, к
1а, б, г, д, к; 2в, г, д
ж,	з
1а, б, г, д, к; 2в, т, д,
ж,	з
То же
73

Продолжение табл. 12
Тип базового компонента,
клея
Физико-механические характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура, %
Область применения
УП-506А (ВТУ 5-400-69)
Т-404 (ТУ 11-364-64)
Т-10 (ТУ 11-301-62)
Т-111 (ТУ 549-67)
ЭК-3, кЪмпаунд
ЭЗК-6, компаунд
ЭЗК-11
1а, б, г, д, к; 2в, г, д,
ж, з
1а, б, г, д; 2в, г, е, ж,
з
Смола ЭД-20 с адициновой
кислотой, прозрачная вязкая
жидкость красного цвета,
эпоксидных групп 7...10, ле¬
тучих 1
Эпоксидная смола, модифи¬
цированная полисилоксана-
ми, вязкая жидкость корич¬
невого цвета, вязкость 25...
..40 Па-с при 20 °С, эпок¬
сидных групп 141
Эпоксидная смола, модифи- То же
ц<ированная кремнийорганн-
ческими Смолами, вязкая
жидкость светло-коричнево¬
го цвета, эпоксидных групп
12,5... 14, летучих 3
Продукт модификации эпок- »
сидной смолы полиорганоси-
локсанами, вязкая жидкость
темно-коричневого цвета,
эпоксидных групп 12... 14
Смола ЭД-16, отвердитель, 1а, г, е, к, в; 2в, г, д,
наполнитель пылевидный е, ж, з
кварцевый песок, термостой¬
кость по Мартенсу 120 °С,
разрушающее напряжение
при растяжении 35 МПа
Смола ЭД-20, полиэфир То же
МГФ-9, полнэтилснполнамин
и пылевидный кварцевый пе¬
сок, плотность 1520 кг/м8,
теплостойкость 82 °С, разру¬
шающее напряжение при
сжатии 110 МПа, при изги¬
бе 90. МПА, коэффициент
линейного расширения
38* 10“6К“1
Композиция на основе »
ЭД-16, бутилакрила, касто¬
рового масла, молотого
талька, пылевидного кварце¬
вого песка, гексаметнлеидичь
мина, плотность 1400 кг/м:|,
коэффициент линейного рас¬
ширения 40«10“6К~|,
= 135 МПа, усадка при от¬
верждении 1,6 %
74

Продолжение табл. 12
Тип базового компонента,
клея
Физико-механнческие характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура. %
Область применения
>:*К-12	Композиция на основе	1а, г, е,	к, в;	2в, г, д,
ЭД-20, стирол, двуокись ти- е, ж, з
тана, гсксаметилсндиамин,
плотность 1500 кг/м3, аНзг=
=85 МПа, коэффициент ли¬
нейного расширения 35-10~6
К-1, усадка при отвержде¬
нии 0,5 %
ЭЗК-7	Смола ЭД-20, касторовое	То же
масло, бутилметакрилат, пы¬
левидный кварцевый песок,
гексаметилси диамин,	плот¬
ность 1600 кг/м3, коэффици¬
ент линейного расширения
34* 10"вК* \ о„„=77 МПа
ЭПН-20	Смола ЭД-20, плагтифика-	1а, г, к;	2д, к
тор--жидкий каучук
СКА-26-1, 11Э1IA, кварцевый
песок, белая сажа
К-54/6 (ТУ 6-05-1079-76)	Композиция на основе смо- 1 г, к; 2в, з
лы ЭД-20, модифицирован¬
ной полиэфирной смолой
ПН-1, вязкость по ВЗ-1 900 с
при 20 °С, Гм0=65, (Тсж =
= 100... 110 МПа, жесткость
по Бриннелю 180...220 МПа
К-139 (ТУ 8-05-1079-76) На основе смолы ЭД-20, мо- То же
дифицированной карбокси-
латным каучуком, вязкость
по ВЗ-1 при 20 °С 800 с,
а,, = 40...60 МГ1а, <Trmr-"j
- 70 МПа, <1„и «45...55
МПа, ни1'рдогн. но Ьрипнс-
.ню 1Г>() МПа
УП-5-122АТ, УП-5-122АТ-1 Вялкосм. но 1П 4	пои 20°С	Композиции холодно¬
му 6-05-1816-77)	15...18 мин, о,, ■ .'10/25 МПа,	го отверждения для
Осж=50/20 МПа,	а„„.=	монтажа сигнальных
= 56/53 МПа	огней и кабеля в по¬
крытиях в условиях
воздействия силовых,
ч	вибрационных и тем¬
пературных нагрузок,
минеральных масел
75

Продолжение табл. 12
Тип базового компонента,
клея
Физико-механические характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура, %
Область применения
РК-1	Композиция на основе акри-	1а, б, г, д, к; 2в, ж, з, л
лированной смолы ЭД-20,
минерального наполнителя,
тиксотропной добавки и бу-
тилметакрилата; характери¬
зуется длительным сроком
сохранения свойств (более
6 мес) и ускоренным режи¬
мом отверждения (до 2 мин)
при температуре от —6 до
+ 125°С, <тР=36 МПа
УП-5-148	Композиция на основе эпок-	1а, б, к; 26, в, д, и, л
сидной смолы, отверждае¬
мой на холоде, от —60 до
+65 °С, плотность 1100...
. 1300 кг/м3
УП-5-161	Низковязкий компаунд на	1а, б, д, ж, и; 2а, б, в,
основа эпоксидиановой смо- д, е, з, и
лы ЭД-20, ди- и полиглици-
диловых эфиров и других
добавок. Отверждается при
низких температурах; вяз¬
кость по ВЗ-4 при 50 °С
16 с, аИЗг=115 МПа, усад¬
ка при отверждении 0,05 %
УП-5-162-2	Компаунд характеризуется 1а, в, ж; 2в, г, д, е, ж,
высокой деформационной з, и
теплостойкостью, водостой¬
костью; Траб от —60 ДО
+ 100 °С, o’ р = 54 МПа,
п„,|.=- 78 МПа, водопогло-
1 цен не 0,05 %
УП-5-191-2	Пнзковязкий компаунд без 1а, в, ж; 2а, в, г, д, е,
растворителя, вязкость по ж, и
ВЗ-4 при 23 °С 240 с,
полное отверждение при
23 °С 72 ч, Траб от —60 до
+ 120 °С, аР=40...50 МПа,
Осж=== 60...70 МПа, {Тизг=:
=60...70 МПа
УП-592-15	Композиция на основе смо- 1а, б; 26, г, д, и, л
лы УП-563. Характеризуется
повышенными физико-меха-
ническими свойства ми при
предельном водонасьпщ пни;
вязкость по ВЗ-4 при Г>0°С
90 С, Траб от (И) до
+ 140 °С, аР=13 Ml hi, отно¬
сительное удлинениг при
разрыве при — 50 °С 4,5...
...6 %, при +20 °С 45%
76

Продолжение табл. 12
Тип базового компонента,
Физико-механические характе¬
клея
ристики, химические свойства,
Область применения
рецептура, %
>ЗК-25, ЭК-11
ЭК-54
ВК-9 (ВИАМ 958-69,
ОСТ 90143—74)
ВК-16 (ТР 24-942)
КЛН-1 (ВИАМ 940-68)
Э5-1, Э6-1С
УП-5-171 (ТУ 6-05-241-8-71)
УП-5-177
(ТУ 6-05-241-31-74)
Композиции на основе смо- 1г, д, е; 26, в, г
лы ЭД-20, наполнителей
(кварц, слюда) и других до¬
бавок; плотность
1500/1360 'кг/м3, Траб от —60
до +100 6С
Композиция на основе эпок- 1г, д, е; 26, в, г
сидных-смол ЭД-20, ЭД-8,
7раб°С от —50 до +155°С,
7М= 145/135/145°С, а„ =
= 35/32/45 МПа
Вязко-текучая серая масса; 2в, ж, з
смола ЭД-20, полиамид
ПО-ЗОО, продукты ЛТМ-3 и
АДЭ-3, асбест намельченный,
не содержит растворителя,
Осди— 5... 13 МПа, <т0||г -19..
...24 МПа
Кори'111(‘пая паста; жоксид- 1а, б, е, ж; 2в, г, м, 3
пая смола, полтфириая смо¬
ла, отвердитель, водо-, вла-
го-, масло-, бензостоек, не
содержит растворителя,
ТРаб= от —60 до +250 °С,
аСл1» = 2...8 МПа, iToiii^
= 10...15 МПа
Вязкая желтая масса; смола 1а, е, ж; 26, г, с, ж и
ЭД-20, тиокол, смола ДЭГ-1,
полиэтиленполиамин; сухой
остаток 99 %, Граб= от—60
до +80 °С, асдв=9,81 МПа,
а0бр= 14,7... 19,6 МПа
Прозрачные вязкокоричне- 1а, д, е; 26, г, е, ж, и
вые жидкости; смолы ЭД-20
или ЭД-16, ди бути лфта лат,
иолтфир МГФ-?), слюда, по-
лп'П'плгпполнампп, ия.шость
4,1» 11;I -«* (fin наполнителя),
I	|ип> <> I <i(> до +80°С,
От|.	М./И.	!!),(;	МПа
Белая мной; флгксиГжлизи- 1а; 2в, г, з
рованиаи шоксидиая компо¬
зиция, отигрдинмп», Осдв =
= 9,81 Ml la, о		24,5
Тиксотроппая чгрпо-корич- 1а, г, д, е, ж; 2в, ж, и
невая паста; люксидная
смола, маршаллит, отверди¬
тель УП-5-179, другие до¬
бавки, асдв^-Г),88...6,86 МПа
77

Продолжение табл. VJ
Тип базового компонента,
клея
Физико-механические характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура, %
Область применения
«ЭПО» (ТУ 3800072)
ЭЛ-19
ЭПЦ-1
ПЭД-Б (ВТУ 11-283-62)
ФЭП (ТУ 6-05-251-01-71)
ПН-Э
(ТУ НИИПМ П380-64)
ИПК-КС-11-2
(МРТУ 6-05-1275-69)
ГИПК-123
(ТУ 6-05-251-42-75)
Коричневая масса, модифи- 1а, г, д; 2а, б, д, ж, и,
цированная смола ЗИС-1, к
полиэтиленполиамин, вяз¬
кость адгезива 16...40 Па*с,
отвердителя 2,2...3,3 Па-с
(вискозиметр «Реотест»)
Вязкая масса, смола ЭД-20, 1е, ж; 2в, ж
полиамид Л-19, полиэтилен-
полиам-ии, не содержит рас¬
творителя, Траб от —60 до
+70 °С
Жидкость от светло-желто- 1а, б, д; 26, в, д, и, к
го до коричневого цвета;
смола ЭД-20, отвердитель,
ПОЛИЭфир МГФ-9, Траб от
—40 до +60 °С, <тСДв= 11,76
МПа
Смола ЭД-20, перхлорвини- 2а, б, ж
ловая смола, растворитель
полиэтиленполиамин, вяз¬
кость 50с (ВЗ-4), Траб от
—40 до +50 °С
Белая жидкость; перхлорви- 1а, б, з; 2в, л
ниловая, эпоксидная, фенол-
форм альдегидная смола,
ТЮ2, аэросил, ацетон.
Влагостоек от 20 до 50 °С
Желтая или светло-коричне- 1а, б, г, з; 2в, з, л
паи жидкость;	раствор
гусшчсшшшпго I1BX и ци-
клогексаиоле и	толуоле,
пластифицированной днбу-
тилфталатом и	СКН-2В,
совмещенной с ЭД-20; поли-
этиленполиамин; условная
вязкость 150 с
Коричневая жидкость; эпок- 1в, г; 26, д
сидная, перхлорвиниловая,
фенолформальдегидные смо¬
лы, ацетон; условная вяз¬
кость 100...120 с (ВЗ-1)
Коричневая жидкость; чнок 1а, г, к; 2г, е, з, и
сидная смола, бутадиенакри-
лонитрильный каучук, ком¬
паунд К-153, полиамид,
гексаметилендиамнн; услон-
ная вяакость 54с (кружка
ВМС)
78

Продолжение табл. 12
Тип базового компонента,
клея
Физико-механические характе¬
ристики, химические свойства,
рецептура, %
Область применения
ОК-50П (ГОСТ 14887-69
Н024Я9-58)
IIK-10- (инструкция ВИАМ Непрозрачная желтая жид- 1а, г; 2а, б, к
822-66)	кость; смола ЭД-16, пер-
хлорвиниловая смола, дибу-
тилфталат, ацетон, этил аце¬
тат; условная вязкость 18...
22 с (ВЗ-1)
Прозрачная свстло-жслтая 1а, б, к; 2в, д, и, л
жидкость; раствор эпоксид¬
ной смолы г)Д-20 в эпнхлор-
гидрине, полптпикчшолиа-
мин, вязкость 2...5 Па-с
Примечание. Рекомендуется применят!» н .шписимости от: 1) вида воздействий:
а — водная среда; б — отрицательные температуры (до • 40 °С); в — повышенные темпера¬
туры; г— щелочная среда; д —кислая среди; е -технические масла; ж — горюче-смазочные
м’атериалы; з — кавитация; и — радиационные и»wflcnimi; к — вибрация; 2) конструктив¬
ных решений и технологических операций при ремонте, усилении и монтаже: а — ииъекци-
ровании трещин, полостей, каналом; б- добетниронинне с адгешонной обмазкой; в —ре¬
монт отколов и раковин шпаклеиочнмм полимеррпеглором; г омоиоличпианис элементов
конструкций при монтаже; д — приклеиипиии элементом усилении с различными коэффици¬
ентами линейного расширении; е- инкерошеп прмшурм; ж- тампонаж; :»—- изготовление
клей-лакетов промышленным способом; и бессиирочиые соединении пыпускоп арматуры;
к — клееболтовые соединения; л- ноднодиые работы; м модифицирующий агент.
ствующих установок. Промышленные отнерднтели гексаметилен-
диамин (ГМДА), метафенилендиамин (МФДЛ) могут быть успеш¬
но использованы при отверждении смол ЭД-20, ЭД-16,	ЭД-22
особенно в сочетании с полиэфируретанакрилатиыми олигомерами
Д-10ТМ и Д-20ТМ (пластификаторами). Находят также примене¬
ние высокоактивные аминные отвердители УП-0616, УП-0620, амин-
ные отвердители с пониженной токсичностью УП-0619, УП-0622 (ок-
сиэтилированные полиамины), а также аминные отвердители
УП-0618, УП-0623, УП-5-138, УП-5-139. В условиях работы поли-
мерраствора при повышенной влажности и температуре рекомен¬
дуется отвердитель АМ-14. Отечественной промышленностью выпу¬
скаются и могут использоваться также нелетучие продукты взаимо¬
действия диацетоиакпиламнда о дм н но.ниаминами ДАА-Г-1,
ДАА-Г-2, ДАЛ-П-1, ДЛЛ-11-2, ДАЛ Д, отнерднтели каталитического
действия 1)-2Г>.Ч, Г> ;М0, II 101, Г»()2Ш1, 1(210, К-270, К-310 (прак¬
тически нетоксичны), они рииимш серии УП-605 и УП-606.
В полимеррастворах одним in иажпеиншх составляющих, орга¬
низующих микро- и макроструктуру, япляются наполнители. Ус¬
ловно их можно классифицнронпи. следующим образом: по хими¬
ческому составу—минерального и органического происхождения;
по форме — изометрические и не имеющие формы; по размерам —
мелкодисперсные, крупнодисперспые; но фазовой структуре — одно¬
фазные, полифазные; по стойкости кислотоустойчивые, щелоче¬
стойкие, водоотталкивающие, упипсрсальные (табл. 13).
79

Таблица 13. Физико-механические и структурные свойства наполнителей
Вид напол¬
нителя
ч
С
а*
Я
«в
Л5
и 6Г
81
а 5
<и *
0Q О.
НЯ
о
ч
в .
"S
8§о
К
«Si
SRh
>5 Gffl
fi .
— £ *>
Я? Я 7
Si8°
о. 5 о L>
«*6*2 2
5-0*0
Sa« к
O OS S
H * S я
ч
tf*
о 5
£ «
со aa
X £
Ьч с
Алюминий
2,72
30-150
а, в
0,64-1,12
109,2-226,8
56-66
г, д, з, н
Медь
8,91
30-150
в
6,4-8,0
331,8—382,2
43
д, з
Железо
7,8
30-150
в
5,6-7,2
33,6-63,0
20—35
Д, з, и
Сталь
7,76
30-150
в
5,6-7,2
33,6-63,0
20-30
Д, з, и
Кремнекис¬
лый алюши
ний
2,58
0,55—7,3
в
0,64—1,6
2,52
5-51
ж, к, л, М,
Окись алюми¬
ния
3,99
30-150
а
1,28-1,6
33,6
17,8
3, м
Окись сурьмы
5,62
30-50
в
1,28-1,6
—
и
Титанат
бария
5,52
30-50
в
1,28-1,6
40,6—48
е, з
Двуокись
кремния
(коллоидная)
2,6
0.015—
б, в
0,0352—0,064
1.344
0,38—3,3
ж, л
Двуокись
кремния
2,6
0,020
80—100
в
1,28-1,6
1,344
1,3-3,3
к, л, м
Углекислый
кальций
2,93
1-50
в
0,96—2,56
3,0
25,2
1,3-2,3
л, м, н
Сернокислый
кальций
2,96
20-50
в
0,64—0,96
0,672
л, м
Окись железа
5,2
20-50
в
4,0—4,8
—,

3, н
Слюда
3,4
10-80
а
1,28-1,6
0,672
45.7-68.6 з, к
Карбид
кремния
3,1
30-2500
б, в
1,6—2,24
7,8
16,8-46,2
е, м
Тальк
2,7
30-50
а, в
1,28—1,6
1,0
1,68
—
ж, к, л, м,
н, о
ж, и, л, н, о
Окись титана
4,26
30-50
в
1,2—1,36
, 63,0
18-23,4
Кварц
2,6
20-300
в
1,28—1,92
6,7
1,344
1,3
е, и, л, м, о
Кремнекис¬
лый цирконий
4,7
1-30
в
1,28-1,44
33,6
7,6
ж, и, о
Песок кварце¬
вый
2,63—
50—103
б, в
1,28—1,92
6-7
1,344
1,3-3,2
е, ж, и, л,
Каолинит
2,65
2,58
100—2100
а, в
2,58—2,60
1 (2-
2,5)
м, о
к, л, м, о
Наждак
Маршаллит
2,60
4,0
2,61
200—104
50-2800
б, в 4,0
а, б, в, 1,29-1,7
9,0
5-6
1,764
1.4-3,1
е, к, м, о
к, л, м, о
Графит
2,26
5-45
а
0,64—1,12
117,6—201,6 1,5—10,0
Д, н, о
* а — пластинчатая форма,
б — близкая к сфере, в
— различная, г
— повышение проч-
ности, д — повышение теплопроводности, е — повышение абразивной прочности, ж — прида¬
ние тиксотропности, з — повышение электропроводности, и — антипирен, к — повышение
влаго- и химстойкости, л — снижение стоимости, м — выравнивание коэффициента линейного
расширения, н — окрашивание, о — снижение усадки.
Наполнителей может быть в 3...4 раза, а в ряде случаев — в
7...8 раз больше, чем базового компонента, что значительно снижа¬
ет стоимость полимерраствора. В то же время правильный выбор
наполнителя позволяет получить ЗКП с заранее заданными свой¬
ствами, регулировать их структурные параметры.
Наполнители:
аглопорит молотый — материал, получаемый агломерацией топливных шлаков,
золы, глинистых пород. Состоит из стекловидной фазы, содержащей вкрапления
кристаллов кварца, полевых шпатов, магнетита, фаялита, муллита, анортита;
80

асбест — волокнистый материал, содержащий водные силикаты магния, двух-
к трехвалентного железа, натрия, кальция с примесями алюминия, калия, никеля,
марганца;
аэросил марки 175 и 300 (МРТУ 6-01-60-66) — высокодисперсный синтетиче¬
ский диоксид кремния, содержащий до 0,1 % примесей Fe203, А120з, ТЮ2, придает
гиксотропные свойства и ускоряет твердение;
белая сажа марки У-333 (ВТУ 4XJI-1-115-59);
боратовая руда молотая — омарит, дотолит, индерит, индерберит, курнаковий,
колеманит;
глина — водные алюмосиликаты; оксиды А1203, Si02, Н20, Fe203, FeO, MgO,
СаО, КгО, N20. Частицы — чешуйки размером 0,01 мм (50 %), 0,001 мм (не менее
25 %);
глиноземистый цемент — 80 % минерала СаО • А1203, в состав также входят
5СаО • ЗА1203, 2СаО - А1203 • Si02, 4СаО • А1203 • Fe03 • СаО • ТЮ2;
глиноземистый портландцемент — ЗСаО • Si02, 2СаО • Si02, ЗСаО • А1203,
4СаО • А1203, Fe203, а также Na2S04, K2S04, MgO и др.;
гранитная мука — плотность 1,4... 1,6 г/см3, поверхностная плотность 2600...
3000 см2/г;
доломит — CaMg(C03)2 или СаС03 • MgC03 (ji = 184,41); состав, %: СаО
30,41; MgO —21,86; С02 —47,73; Са — 21,73; Mg—13,19; С—13,02; 0 — 52,06),
тригональная сингония, бесцветные кристаллы ромбоэдрического и призматическо¬
го габитуса, плотность 2,85 г/см3, твердость — 3,5...4;
керамзит молотый — пористый строительный материал, получаемый обжигом
легкоплавких глин; состоит из минералов — метакаолинита, муллита, корунда
н т. п.;
каолинит — А1203 • 2Si02 • 2Н20. Кристаллы имеют вид псевдогексагональных
чешуек, часто изогнутых в форме червеобразных агрегатов с наложением слоев,
как в слюдах, плотность 2,58...2,6 г/см3, твердость 1 (2...2,5), нерастворим в кисло¬
тах;
лесс — однородная тонкозернистая, обычно неслоистая рыхлая горная порода
из мельчайших зерен кварца (в пылевидных и песчаных фракциях до 80...95 /о),
глины, карбоната кальция с примесью гидроксида железа, слюды, полевых шпатов
и других силикатов, вулканического стекла и т. д.;
маршаллит — тонкодисперсная кварцевая горная порода: пылевидные углова¬
тые неокатанные зерна кварца с небольшой примесью более крупных зерен квар¬
ца, глинистых частиц, полевых шпатов; содержание кварца 90...95 %, размер час¬
тиц 0,01 мм, по технологическим свойствам подобен молотому кварцу или квар¬
циту;
наждак — смесь корунда (глинозем А1203) с кварцем, гематитом^ плотность
4 г/см3, твердость 9, не растворяется в воде, хлорной, серной и азотной кислотах,
слабо растворяется в щелочах;	л л (	,
песок кварцевый — Si02 (Si — 46,74; О — 53,26 %), плотность 2,63...2,65 г/см ,
твердость 6...7, почти не растворяется в воде, азотной и серной кислотах;
силикагель — обезвоженный и прокаленный гель диоксида кремния;
тальк — 3MgO • 4SiO-. • И«*0, плотность 2,7...2,82 г/см3, в кислотах не разла¬
гается, габитус кристаллом; чешуйки, гексагональные листочки.
Пигменты и кратки:
минеральные — оксиды или соли различных металлов: белые (мел и известь), се¬
рые (цинковая пыль и алюмшшемли мудра), черные (сажа, графит), желтые, оран¬
жевые, красные (РЬСгО* • wPbSO*, PbCr04 • PbO, CdS • CdSi, HgS, сурик, охра),
зеленые, синие, фиолетовые (Сг203, Сг203 • п • Н20, лазурь, ультрамарин), корич¬
невые (сиена, марганцевая краска);
органические — желтый 5К, оранжевый 2Ж, ярко-красный 4Ж, голубой и
зеленый фталоцианиновый, рубиновый СК, бордо СМ, бирюзовый, красный ЖБ;
6 4—1102	81

дневные флуоресцентные — твердые растворы органических люминофоров и
их смесей с красителями в металинотолуолсульфамидформальдегидной смолс
краснофиолетовые, пурпурные, розовые, красные, оранжевые, желтые, зеленые,
бирюзовые, бесцветные с голубой флуоресценцией.
Растворители, которые применяются в строительстве и промы¬
шленности, делятся на группы: углеводородные (алифа'тйческие,
ациклические, ароматические, нефтяные); кетоны; эфиры; галоген¬
содержащие; прочие.
Для олигоэпоксидных полимеррастворов применяют также реак¬
ционноспособные разбавители, содержащие моноэпоксидные и
низковязкие эпоксидные смолы (табл. 14).
При создании полимеррастворов используют псевдопластичность
и тиксотропность. Для уменьшения оседания пигментов и наполни-
Таблица 14. Разбавители для эпоксидных полимеррастворов
Компоненты
Параметры растворимости,
(МДж/м3)1/2
Радиус сфе-
6
8*
°р
8а
римости
(МДж/м8]
21,4
18,8
9,2
5,3
10,6
10,2
19,2
17,3
5,1
6Д
8,0
11,2
25,9
19,0
12,2
12,2
16,9
8,8
23,9
19,4
8,2
11,2
13,9
14,3
24,7
19,0
12,6
9,6
15,9
8,6
19,6
19,0
6,5
6,3
12,2
10,2
19,6
18,0
5,5
5,5
8,0
8,2
24,7
19,4
9,2
13,1
15,3
9,6
18,0
16,9
3,1
3,7
4,7
5,3
22,0
14,3
14,Э
8,8
16,7
11,2
20,6
18,2
6,1
7,8
9,8
9,2
21,4
19,0
8,8
4,1
10,0
9,6
20,8
16,7
1,6
11,6
6,5
11,8
18,8
18,0
5,1
2,4
5,7
7,8
23,0
19,0
10,2
8,2
13,1
10,0
22,4
17,3
8,8
11,2
14,3
9,8
22,4
19,2
9,2
7,1
11,6
6,5
17,4
15,9
2,0
7,1
7,3
8,2
18,0
17,3
3,1
3,1
4,3
6,9
23,1
18,8
10,2
8,6
12,9
8,2
20,0
17,5
6,1
4,1
7,3
7,1
22,0
18,8
4,3
8,8
10,8
10,8
25,5
18,0
14,3
11,2
18,2
12,2
18,4
17,7
3,7
3,7
Г>,1
7,1
23,1
18,4
8,2
11,2
13,9
13,1
26,7
19,2
10,8
15,1
18,6
10,8
20,8
20,0
7,Г)
4,3
8,8
8,6
23,5
17,3
11,2
11,2
15,9
9,6
Алкид кокосовый с содержанием
фталевого ангидрида 34 %
Алкид тощий
Ацетат целлюлозы
Г ексаметоксимеламин
Изоцианат блокированный фено¬
лом
Канифоль
Кумароноинденовая смола
Мочевиноформальдегидная смола
Нефтяной битум
Нитрат целлюлозы
Пентоэритритовый эфир канифоли
Акрилонитрил-бутадном опы й ала -
стомср
Полиамид
Пол и бутадиен
Поливинилацетат
Поливинилбутираль
Поливинилхлорид
Полиизобутилен
Полиизопрен
Полиметилметакрилат
Полистирол
Полиэтилметакрилат
Полиэфир для полиуретанов (де-
смодур)
Стирол-бутадиеновый эластомер
Фенолформальдегидная новолач-
ная смола
Фенолформальдегидная резольная
смола
Хлорированный полипропилен
Эпоксидиановая смола
82

гелей необходимо создать структуру, препятствующую течению при
малых напряжениях сдвига. Так, в случае применения бентонита
или аэросила оптимальный эффект может быть достигнут после
предварительной обработки тиксотропного наполнителя пояр-
мыми растворителями. Для разбавленных растворов, например
адгезионных обмазок (полимеррастворы до 1 %), зависимость при¬
веденной вязкости т|пр от концентрации определяют уравнением
Хаггинса, причем константа Хаггинса характеризует взаимодей¬
ствие полимера с растворителем. Как правило, защитно-конструк-
ционные полимеррастворы являются высококонцентрированными
растворами, вязкость которых повышается за счет укрупнения над¬
молекулярных образований и соответственно структурирования и
отклонения от ньютоновского характера течения.
Следует также учитывать летучесть растворителя, так как от
этого параметра зависит не только регулирование жизнеспособно-,
сти и применения тех или иных способов нанесения, но и возник¬
новение дефектов в полимеррастворе (высокая летучесть), сниже¬
ние эксплуатационных характеристик (пониженная летучесть и
удерживание растворителя п ЗКГ1).
Наполнители и пигменты существенно влияют на характер по¬
ведения растворителей. Так, чешуйчатые и мелкодисперсные напол¬
нители (аэросил, молотый носок, глины, алюминиевая пудра
и т. д.) увеличивают количество остаточного растворителя. Харак¬
тер диффузии растворителя носит вначале вид обратной пропорци¬
ональности плотности наполнителя, а затем, по достижении некоей
критической точки,— прямой зависимости, что обусловлено, по-ви¬
димому, ухудшением структуры полимерраствора, ее дефектностью.
Как правило, полимеррастворы, в частности на базе эпоксидных
олигомеров, подвергаются модификации и пластификации.
Эпоксидные смолы, взаимодействуя с модификаторами через
активные атомы водорода, образуют гетерополимеры. В качестве
пластификаторов могут использоваться виниловые смолы с первич¬
ными пластификаторами типа днбутнлфталат или джжтилфталат;
виниловые эфиры нафтеновых кислот, виниловые группы которых
вступают по нзаимодеистипе е i ндроксмльпымп группами эпоксид¬
ной смолы; поли эфирные смолы, мили (фиракрилатиые и полиэфир-
малеинатные смолы марки III 1.1, Ml Ф !), ТМГФ-11, ТМГ-3,
ТМГ-13, МГФ-1, ДМФ-1, ГФ О; и юпшншиыс эфиры и полиуретано¬
вые, кремнийорганические, аирцлммые * молы. Низкомолекулярные
каучуки, используемые в качесшг пластификаторов, прививают
молекулы каучука к эпоксидным мненьям н образуют гибкие попе¬
речные связи, например CKII-IO I, C.I1K-26-1 (ТУ 38-10316-70),
СКД-1 (МРТУ 38-3 № 186-66). Фенолы н фенольные смолы вво¬
дятся как нереакционноспособные разбавители с аминными отвер-
дителями, причем фенольные смолы как резольного, так и новолач-
ного типа, используемые в смеси с нолифункциональными амина¬
6*
83

ми, дают возможность получать составы «холодного» отверждения
при значительном ослаблении экзотермического эффекта. Для сни¬
жения стоимости и улучшения физико-механических свойств ком¬
позиции применяют битум и каменноугольные смолы (битумы
марок БН-Ш, БН-IV), сланцевые смолы (ТУ 38-9-12-67), кубовые
остатки ректификации сырого бензола, фурфуролацетоновый моно¬
мер (смолы типа ФАЭД), фуриловые смолы ФЛ-1, ФЛ-2. В каче¬
стве пластификаторов вводятся также дибутилфталат, дибутил-
себацинат, тиоколы жидкие НВТ и НВБ (СТУ 55-541-67). Перс¬
пективными модификаторами можно считать алифатические смо¬
лы ДЭГ-1 и ТЭГ-1.
Для увеличения адгезионной прочности, повышения водонепро¬
ницаемости полимерраствора и увеличения его долговечности сле¬
дует применять поверхностно-активные добавки: ДАБМ — хлорид
диметилалкилбензила аминной фракции Ci7—С2о; АБДМ — хлорид
алкилбензилдиметиламмония фракции Сю—С^; бероль-спин 656—
оксиэтилированный полиамин; алкамон ОС-2 — смесь бензосуль¬
фонатов метилдиэтиламинометильных производных диэтиленгли-
колевых эфиров высших эфирных спиртов; бероль-виско-3-1 —окси¬
этилированный алифатический полиамин.
Обработка наполнителя силаном благотворно влияет на стаби¬
лизацию свойств в условиях высокой влажности, в воде и агрес¬
сивных средах. Для этих целей успешно применяются органосили¬
катные материалы: силаны (тетраметилсиланы, тетрахлорсиланы,
дихлорсиланы, дихлорбромсиланы, триметилхлорсиланы, тетра-
этоксилан и т. п.); трихлорсиланы, деметоксиланы, диметилхлор-
силаны; дисиланы, силоксаны, силозаны, силитианы (дисилоксаны,
гексаметилдисилоксаны, октахлортрисилоксаны, дисилозаны, три-
силтианы). Наиболее важными из них являются силаны (замещен¬
ные триалкоксисилапы). Они обладают способностью связывать
органический базовый компонент с неорганическим наполнителем.
Аппрет используется для предварительной обработки наполнителя
либо вводится в защитно-конструкционные полимеррастворы (ЗКП)
по методу интегральной смеси. Различные силановые аппреты с
различными органофункциональными группами следует применять
с определенными смолами. В настоящее время разработаны много¬
функциональные органосиликаты, которые универсальны в приме¬
нении (ТУ 88-633-12205-16-01-78 «Композиции органосиликатные»).
Особенно эффективны органосиликаты в ЗКП, содержащих кислот¬
ные и нейтральные наполнители (двуокись кремния, стекло, карбид
кальция). Рационально также аппретиронать ими тальк, порошок
железо, каолин, маршаллит, глину, наждак. 11с; дают эффекта при¬
менение силанов для карбоната кальция, графита. Следует реко¬
мендовать для аппретирования наполнителей н ЗКП следующие
органосилоксаны: винилбензилсилан, амипопронилтриэтоксисилан,
аминопропилтриметоксисилан, глицидоксинронилтриметоксисилан,
84

этилтриметоксисилан, хлорпропилтриметоксисилан, аминопропил-
триэтоксисилан, этилтриметоксисилан, глицидоксипропилтримето-
ксисилан. Особенно эффективен хлорпропилтриметоксисилан.
В качестве аппретов могут быть рекомендованы, например, для
эпоксидных составов — метилхлорфенилдиметоксисилан, для эпок-
си-полиэфирных—метилхлорметилдиэтоксисилан или метилфенил-
диметоксисилан.
Подбор рецептуры полимеррастворов, пригодных для примене¬
ния в конкретных условиях, осуществляется путем сочетания ком¬
понентов, описанных выше [12, 13, 14], в зависимости от требова¬
ний к физико-механическим и технологическим свойствам.
3.	Усиление, реконструкция и ремонт строительных
конструкций полимеррастворными композициями
Методы восстановления несущем способности и ремонта конструк¬
тивных элементов с использованием защитно-конструкционных
полимеррастворов основаны на использовании высоких клеящих,
прочностных и физико-химических свойств полимеррастворных ком¬
позиций. Применение полимеррастворов позволяет в ряде случаев
повысить эффективность традиционных способов усиления, а также
предложить новые решения, обеспечивающие эксплуатационную*
надежность восстановленных конструкций.
Выбор способов усиления и ремонта конструктивных элементов
зданий и сооружений производится с учетом: характера работы
конструкций и схем приложения нагрузок; состояния конструкций,
причин, характера и степени возможности дальнейшего развития
трещин и деформаций; фактических размеров конструкций и их
сечений, прочности материала к моменту усиления; фактической
несущей способности усиливаемых конструкций, определяемой
расчетом; условий производства- работ и характера работы конст¬
рукции после усиления.
Известны два способа усиления: без изменения и с изменениехм
статической схемы и напряженного состояния усиливаемых кон¬
структивных элементов.
Защитно-конструкционные полимерраетворы используются при
первом способе, прсдуемаiрипаюшем повышение несущей способ¬
ности конструкции в целом плп усиление ее отдельных частей за
счет увелйчения поперечною сечении и введения дополнительной
арматуры. В таких случаях усиление может быть выполнено: путем
заполнения полимерраствором трещин, что обеспечивает равнопроч¬
ное соединение поврежденных частей конструкции; соединением
отдельных элементов полимеррап вором; посредством установки
дополнительной арматуры в теле конструкции на полимеррастворе;
приклеиванием листового металла или стеклоткани; устройством
обойм, рубашек, наращивания. Элементы конструкций, усиление
85

которых выполнено одним из приведенных способов, рассчитыва¬
ются как монолитные, так как полимерраствор, обладающий высо¬
кими адгезионными связями, обеспечивает совместность работы
конструкции с элементами усиления.
Усиление обоймами, рубашками, односторонним и двухсторон¬
ним наращиванием применяется при необходимости значительного
повышения несущей способности конструкций.
При увеличении сечений конструкций бетоном равнопрочность
омоноличивания достигается устройством адгезионной обмазки из
полимерраствора, обеспечивающей надежную связь нового бетона
с материалом конструкции. На прочность соединения значительное
влияние оказывает степень подготовки поверхности, которая долж¬
на быть прочной, сухой и чистой. Подготовка поверхности конструк¬
ции, заключающаяся в удалении цементной пленки, рыхлого и не¬
прочного материала, может осуществляться химическим либо меха¬
ническим способом.
В общем случае усиление конструкций обоймами, рубашками,
наращиванием состоит в последовательном выполнении работ по
подготовке поверхности, установке дополнительной арматуры, на¬
несению адгезионной обмазки из полимерраствора и укладке бето¬
на с обязательным его уплотнением.
Такие конструктивные решения, как обоймы, рубашки, наращи¬
вание применяются при усилении фундаментов, стен, центрально и
внецентренно сжатых колонн, изгибаемых элементов (ригелей,
балок и плит перекрытий и покрытий).
Бетонные и железобетонные ленточные фундаменты (рис. 6, а)
можно укрепить, выполнив одно- или двустороннее наращивание
бетона по всей их длине либо в местах повреждений. Связь нового
бетона со старым обеспечивается адгезионной обмазкой, нанесен¬
ной на боковую поверхность фундамента, а также металлическими
анкерными связями, устанавливаемыми в предварительно высвер¬
ленные отверстия в фундаменте на полимеррастворе.
Столбчатые фундаменты эффективно усиливать рубашками
(рис. 6, б). В этом случае рубашки устраивают поверх существую¬
щих фундаментов и армируют замкнутой горизонтальной армату¬
рой и перпендикулярными стержнями, устанавливаемыми в верти¬
кальных плоскостях. Рабочей арматурой фундаментных рубашек
являются нижние горизонтальные стержни, площадь сечения
которых определяется расчетом. Над фундаментными рубашками
в пределах нижней части колонны устанавливают обоймы.
Увеличения несущей способности центрально сжатых колонн
(каменных, железобетонных) можно достичь при помощи железо¬
бетонных обойм (рис. 6, в). Они устраиваются замкнутыми, благо¬
даря чему плотно охватывают усиливаемый элемент со всех сторон.
Толщина обоймы определяется расчетом; конструктивно она зависит
от способа устройства, армирования и величины защитного слоя.
86

Рис. 6. Усиление конструкций зданий и сооружений:
а — ленточных фундаментов наращиванием; б — столбчатых фундаментов рубашкой;
в, г, д — колонн железобетонной обоймой наращиванием; е — столбов антиударными
накладками; ж, з, и — изгибаемых элементов железобетонной обоймой, рубашкой, на¬
ращиванием; 1 — бетон наращивания; 2 — вклеенные стержни; 3 — адгезионная об¬
мазка ЗКП; 4 — железобетонная обойма; 5 — новый бетон; 6 — колонна; 7 — анти¬
ударные усиливающие металлические накладки; 8 — балка.

Сечение продольной рабочей арматуры обойм определяют также
расчетом, поперечное армирование конструируют замкнутым.
Если необходимо увеличить несущую способность внецентренно
сжатой колонны, ее можно усилить одно- или двухсторонним нара¬
щиванием (рис. 6, г, д). Наращивание выполняется по всей длине
колонны, а при необходимости местного усиления — в пределах
отдельных наиболее перегруженных участков. Величину наращива¬
ния обычно задают, а сечение дополнительной арматуры опреде¬
ляют расчетом.
Дополнительная арматура приваривается к основной (для ар¬
мированных конструкций) с помощью коротышей, наклонных
стержней или хомутов. Для неармированных конструкций (кирпич¬
ные, каменные колонны) хомуты следует закреплять с помощью
полимерраствора в отверстиях, высверленных в конструкции с ша¬
гом, соответствующим шагу хомутов.
Железобетонные усиливающие обоймы устраиваются в опалуб¬
ке либо методом торкретирования.
Расчет прочности центрально-сжатых каменных, бетонных и
железобетонных колонн, усиленных железобетонными обоймами,
по СНиП П-21-75 и СНиП Н-22-81 производится из условия:
при расчете конструкций из кирпичной кладки
3\х ^
1+[д, 100
N < ф/пдл	)	Fк + m6Rnp,o6Fo6 + /?а.с.об Fa.д
(1)
2Fx (h + b) Л лп
где	ji	=	—100;
hbs
при расчете железобетонных колонн
N < my [(/?nPF6 + Ra.cFа) -I- m6R„p.o6Fo6 + /?а.с.об Fa.fl].	(2)
Учитывая, что обойма усиления центрально сжатых элементов ар¬
мирована в пределах 1 %, то есть
Fa. д = 0,01 Fo6,	(3)
расчетные формулы (1) и (2) примут вид:
N < <p/n„
|mKR Н ^	—Joo"j F* + Fo6 (m6Rnp.o6 Ч" 0,01/^а.с.об)J ; (4)
N < m<p l(RnpF6 +Ra.cFa) + F0t (m6R„p.об + 0,01/?а.с.Об)],	(5)
где N — продольная сила; FK — площадь сечения усиливаемой
кладки; Ft — площадь сечения усиливаемой железобетонной колон¬
ны; F06 — площадь сечения бетона обоймы; Fa — площадь сечения
продольной арматуры; FaB, — площадь сечения дополнительной ар¬
матуры обоймы; Fx — площадь сечения хомутов; R — расчетное
сопротивление сжатию кирпичной кладки; R„р — расчетное сопро¬
тивление бегона осевому сжатию; Rnр.об — расчетное сопротивле¬
88

работы
ние бетона обоймы осевому сжатию; Ra.с—расчетное сопротивление
продольной арматуры сжатию; Ra.СОб — расчетное сопротивление
сжатию дополнительной арматуры обоймы; Ra.п — расчетное сопро¬
тивление поперечной арматуры обоймы; <р — коэффициент продоль¬
ного изгиба; тдл — коэффициент, учитывающий влияние длитель¬
ного воздействия нагрузки; тк — коэффициент условий
кладки, принимаемый тк= 1 для
кладки без повреждений и тк —
= 0,7— для кладки с трещинами;
те — коэффициент условий работы
бетона, равный 1 при передаче на¬
грузки на обойму и наличии опоры
снизу; 0,7 — при передаче нагрузки
на обойму и отсутствии опоры сни¬
зу; 0,35 — без непосредственной пе¬
редачи нагрузки на обойму; ц —
процент армирования хомутами; s —
расстояние между хомутами (s^
^ 15 см).
Площадь сечения бетона обоймы
усиления Fob может быть определе¬
на по следующим расчетным фор¬
мулам:
для кирпичной кладки
N : _"?+
ф/Пдл
Рис. 7. Расчетная схема усиления
колонн железобетонной обоймой
на полимеррастворной адгезион¬
ной обмазке.
Fee-
«‘б^лр.об + °.01Ла.соб
для железобетонной колонны
N
Ров —
/Яф
(*п/б
(6)
(7)
тб^пр.об + 0>°^а.с.об
расчетная толщина монолитной железобетонной обоймы (рис. 7)
d = У(Ь h)2 4- 4Fo6 — (b h)	(g)
Площадь сечения продольной арматуры обоймы определяется по
формуле (3).
Прочность усиленных конструкций проверяется по формулам
(1) и (2) с учетом полученных при расчете сечений бетона обоймы
и арматуры.
Пример расчета усиления колонны. Требуется запроектировать усиление обой¬
мой железобетонной колонны, на которую будет действовать продольная сила
N=1150 кН с малым эксцентриситетом (е0^еСЛ| /о<20А); коэффициент усло¬
89

вия работы бетона обоймы тб| = 0,85. Первоначальное сечение колонны bXh =
= 25X25 см; ее расчетная длина /0 = 4 м; марка бетона 150, /?пр = 7 МПа;
арматура 4 0 14 класса А-I, Fa — 6,16 см2, /?ас = 210 МПа.
При расчете принимаем марку бетона обоймы 200, Rnр.об = 9 МПа; дополни¬
тельная арматура выполнена из стали класса A-II, R*.с.об = 270 МПа. Конструк¬
тивно задаемся толщиной обоймы d = 5 см; тогда b\ — hi = b + 2d = 25 + 2Х
Х5=35 см (см. рис. 7). Определяем l0/bi = 400/35= 11,4. В соответствии со
СНиП И-21-75 т = 1, поскольку b = 35 > 20 см; <р = 0,87. Определяем пло¬
щадь сечения бетона обоймы, армированной продольной арматурой:
Шф ~	+	^a.cfa)
F0 б =	 ;
тб^пр.об “Ь^»^^а.с.об
с учетом численных значений величин, входящих в эту формулу, F06=729, см2.
Находим 'требуемую толщину железобетонной обоймы
, VW+WT4F^-(b + h)
	i	•
Подставляя в нее численные значения, получаем d = 5,9 см. Принимаем толщину
обоймы d = 6 см. Определяем площадь сечения продольной арматуры обоймы
Ft.a — 0,01; Foe = 0,01 Х744 = 7,5 см2. Принимает 40 16 класса A-II с F».д =
=8,04 см2.
Проверяем прочность усиленной колонны при /0/6j=400/37 = 10,8; т= 1;
Ф = 0,875'
N = fitф [(^„pFg +	+ m6Rnp.o<fo6 "Ь ^а.с.об^а.д1>
с учетом численных значений N = 1184 кН > 1150 кН.
В процессе эксплуатации зданий от ударов при перемещении
грузов, движении внутрицехового транспорта, автотранспорта воз¬
можны повреждения, сколы углов и граней колонн. Предотвраще¬
ние повреждений и одновременное усиление колонн можно обеспе¬
чить приклеиванием на полимеррастворе по углам колонн и столбов
антиударного обрамления из металлических уголков (рис. 6, е).
Перед приклеиванием поверхность металла очищают от продуктов
коррозии и обезжиривают. На время твердения полимерраствора
уголки плотно прижимают к поверхности конструкции.
В зависимости от характера повреждений ремонт и усиление
изгибаемых конструкций (ригелей, балок, плит) можно выполнять
различными способами (рис. 6, ж, з,и).
Усиление железобетонных балок рубашкой производится в виде
незамкнутой с одной стороны обетонки. Рубашки армируются про¬
дольной и поперечной арматурой. Сечение рабочей арматуры ру¬
башек, устанавливаемой в растянутой зоне конструкции, определя¬
ется расчетом. Поперечная арматура выполняется в виде отдель¬
ных стержней или открытых хомутов. Принципы устройства обойм,
рубашек, наращиваний для усиления балок такие же, как и при
усилении колонн.
90

Несущую способность балок можно повысить увеличением коли¬
чества продольной арматуры, которая омоноличивается полимер-
раствором в специально выполненных пазах (рис. 8, д). Дополни¬
тельная арматура устанавливается в растянутой зоне на всю длину
конструкции либо на расчетную длину при локальном усилении.
Полимерраствор, надежно закрепляя арматуру в штрабе, обеспечи¬
вает ее совместную работу с материалом конструкции. Количество
дополнительной арматуры
определяется расчетом, как
для монолитной конструк¬
ции.
Рве. 8. Усиление конструкций зда¬
ний и сооружений.
а,	г —балок по наклонным сечениям;
б,	в — плит перекрытия наращиванием
бетона сверху или снизу; д, е, ж, з —
изгибаемых элементов установкой до¬
полнительной арматуры на полимер-
растворе, приклеиванием листового ме¬
талла, стеклоткани; 1 — приклеивае¬
мые металлические пластины; 2 —
трещины в железобетонных конструк¬
циях; 3 —вклеенные на ЗКП арматур¬
ные коротыши; 4 —плита перекрытия;
5 — адгезионный слой ЗКП; 6 — бал¬
ка; 7 —слой нового бетона; 5 —допол¬
нительная арматура для восприятия
опорного момента; 9 — усиливаемая
балка; 10 — вклеенная на ЗКП допол¬
нительная арматура; II — вклеенные
стержни; 12 — лист металла; 13 — ан¬
керы; 14 — стеклоткань, приклеенная
на ЗКП.
Расчет железобетонных балок, усиленных обоймами, рубашка¬
ми, наращиванием или вклеиванием в тело конструкции дополни¬
тельной арматуры на полимеррастворе, производят как для балок
с увеличенным сечением бетона и арматуры (рис. 9). Обычно тол¬
щиной обоймы или наращивания в растянутой зоне элемента зада¬
ются.
Количество дополнительной арматуры определяют по формул*
^а.д —	т— 1 /~ —-В.	(9;
где
А =
FtR» — Rnpb (Ао "Ь ao)
0,5Яа
n_ 2(M-FaRth0)Rnpb ^
73	*	.	t
do;
(и:
M — изгибающий момент; /?а — расчетное сопротивление продоль¬
ной арматуры растяжению.
91

Величину сжатой зоны железобетонного сечения определяют
по формуле
*a(fa+W	(12)
bRnp
Если существующая арматура (Fa) расположена на расстоянии
более 0,5 (Л—х) от растянутой грани усиленного сечения, в форму¬
лах (10) — (12) для этой арматуры принимается расчетное сопро¬
тивление 0,8 /?а*
Пример расчета усиления балок. Требуется рассчитать усиление прямоуголь¬
ной сборной железобетонной балки перекрытия с размерами 6 X Л = 20 X 50 см
и пролетом 600 см. Балка рассчитана на нагрузку q = 28000 Н/м. После усиления
балка должна воспринять нагрузку q = 50000 Н/м. Балка изготовлена из бетона
марки 200, /?Пр = 9 МПа; продольная арматура 4 0 18 класса А-Ш, Fa =
= 10,17 см2, /?а = 340 МПа; арматура в сжатой зоне 2 0 12 класса A-II, F'a =
= 2,26 см2; ^а.с = 270 МПа; а = 3 см; а' = 3 см; h0=47 см. Установлено, что
бетон балки и арматура не имеют повреждений.
Проводим проверочный расчет по прочности, принимая расчетные характери¬
стики бетона и арматуры по СНиП 11-21-75. Определим несущую способность
балки по моменту
М = Rnpbx (Л, -0,5*) + Ra cFa (А, -а’),
где
с учетом численных значений л:=15,8 см и [Af] = 138 • 103 Н • м.
При нагрузке q = 28000 Н/м
qP 28 000 • 62
М = “V =			= 126 • 103 Н • м < [М] = 138 • 103 Н • м.
8 8
Условие прочности по моменту удовлетворяется.
Максимальный изгибающий момент, который должна воспринять балка после
усиления,
ql2 50 000 • 62
А! = -V =	г	= 225 • 103 Н • м.
8	8
Балку усиливают железобетонной обоймой из бетона марки 200 (рис. 10).
При расчете принимаем толщину обоймы усиления в растянутой зоне балки
и по боковым граням 8 см* в сжатой зоне — 5 см. Следовательно, размеры уси¬
ленной балки 6 = 20+8*2 = 36 см; /* = 50+8+5=63 см; /*0=47+5 = 52 см;
а0=8 см; а=3 см.
Необходимое количество дополнительной арматуры /^.д рассчитываем по фор¬
муле (9) с учетом значений А и В, полученных по формулам (10) и (11).
При подстановке численных значений получим: А = —94; В = 357 и Fa д =
= 4 см2.
Принимаем 4 стержня 0 12 класса A-III (/7а.д=4,52 см2). В сжатой зоне
конструктивно принимаем 2 стержня 0 12 класса A-II (Fa = 2,26 см2).
Проверяем правильность применения формул при расчете по условию
0,5(Л — х) = 0,5(63—15,8) = 23,6 > 8 см. Следовательно, формулы (9—11) при¬
менены правильно.
Аналогично может быть выполнен расчет усиления балки рубашкой, нара¬
щиванием в растянутой зоне.
92

Надежная рекомендация применения защитно-конструкционных
полимеррастворов для ремонта и усиления различных конструкций
зданий и сооружений должна базироваться на всестороннем знании
свойств восстановленных или усиленных конструкций. При этом
важна оценка эксплуатационных характеристик конструкций как
при кратковременном, так и длительном действии нагрузки. С этой
целью проведены работы по определению прочностных и деформа-
тивных характеристик железобетонных балок, восстановленных
после разрушения с использо¬
ванием полимеррастворов.
Разрушения балок характе¬
ризовались частичным выка¬
лыванием бетона сжатой зоны
и появлением наклонных тре¬
щин, идущих от мест разруше- ]
ния к опорам- Методы восста¬
новления монолитности разру¬
шенных железобетонных балок Рис. 9. Расчетная схема усиления желе-
выбирались в соответствии с зобетонных изгибаемых элементов,
характером повреждений.
В зависимости от метода ремонта и применяемых при этом ма¬
териалов железобетонные балки подразделялись на две группы.
Балки первой группы омоноличивались только полимеррастворами
в такой последовательности: нанесе¬
ние на поверхность бетона адгезион¬
ной обмазки (в состав композиции
вводился цемент), заполнение повре¬
ждений в виде отколов высокона-
Рис. 10. Конструктивная схема усиления
балки железобетонной обоймой на полимер-
растворе (к примеру расчета):
П	9
/ —Fa= 2,26 см2 (2 0 12 АI); 2 - Fa = 2,26 см2
(2 0 12 АН); 3 — /^=10,17 см2 (4 0 18AIII); 4 ~
/^а.д “4,52 см2 (4 0 12 МП).
полненным полимерраствором (наполнители — кварцевый песок и
цемент), инъецирование или заливка трещин с контролем полноты
их заполнения.
Восстановление повреждений балок второй группы осуществля¬
лось добетонированием разрушенных мест бетоном на цементном
вяжущем; при этом на ремонтируемую поверхность до бетонирова¬
93

ния также наносилась адгезионная обмазка. Трещины заполнялись
полимерраствором.
Проведенные работы показали, что использование защитно-кон¬
струкционных полимеррастворов позволяет осуществить полное
восстановление несущей способности поврежденных конструкций с
обеспечением надежности их эксплуатационных характеристик во
времени.
Для повышения несущей способности изгибаемых элементов
может быть использован также метод приклеивания листового ме¬
талла или нескольких слоев стеклоткани в растянутой зоне и на
боковых поверхностях конструкции (см. рис. 8). В этих случаях на
прочность клеевого соединения значительное влияние оказывает
степень подготовки поверхностей бетона и металла. Они обязатель¬
но должны быть очищены и обезжирены. Эффективность этого спо¬
соба существенно повышается при устройстве анкерных связей,
обеспечивающих дополнительное соединение листового металла с
бетоном конструкции и восприятие сдвигающих усилий. Анкерные
связи, приваренные к листу, закрепляются на полимеррастворе в
отверстиях, предварительно рассверленных в бетоне.
Изгибаемые элементы по наклонным сечениям усиливаются
установкой дополнительной поперечной арматуры на полимерраст¬
воре, приклеиванием металлических пластин, стяжных хомутов
(см. рис. 8). Арматура устанавливается в борозды, подготовленные
на боковой поверхности конструкции, и омоноличивается полимер¬
раствором, обеспечивающим совместность ее работы с усиливаемой
конструкцией. Трещины герметизируются полимерраствором.
Арматурные стержни и металлические пластины перед установ¬
кой очищаются от продуктов коррозии, снижающих адгезию поли¬
мерраствора к металлу. Поверхности арматурных коротышей обра¬
батываются механическим или химическим способом.
Железобетонные плиты перекрытий можно усиливать наращи¬
ванием. Наиболее целесообразно устройство набетонки сверху.
В этом случае дополнительную арматуру устанавливают сверху,
как надопорную арматуру неразрезных плит. Толщину наращива¬
ния выбирают такой, чтобы пролетной арматуры было достаточно
при возросшей нагрузке. При невозможности усиления плит нара¬
щиванием сверху можно производить наращивание снизу. Обычно
такое наращивание выполняется торкретированием с постановкой
дополнительной арматуры, которую приваривают через коротыши
к существующей арматуре плиты. В обоих случаях связь между
новой и усиливаемой плитой обеспечивается устройством адгезион¬
ной обмазки из полимерраствора.
На поверхности конструкций зданий (фундаменты,, колонны,
балки, плиты и т. п.) по различным причинам могут образовывать¬
ся такие повреждения, как раковины, выколы, отколы. Эти дефекты
достаточно просто, а главное, надежно могут быть устранены с по¬
94

мощью полимеррастворов (рис. 11, а, б). Ремонт поврежденных
конструкций, связанных с отколами и раковинами крупных разме¬
ров, производится путем нанесения при помощи кисти адгезионной
обмазки на ремонтируемую поверхность с дальнейшим добетониро-
ванием повреждений бетоном или раствором.
Конструкции с мелкими отколами можно отремонтировать нане¬
сением полимерраствора непосредственно на бетонную поверх¬
ность, подготовленную соответ¬
ствующим образом.
Достаточно распространен¬
ным видом повреждений стен,
балок, плит перекрытий и дру¬
гих конструкций являются
трещины. Заделка трещин це¬
ментными растворами малоэф¬
фективна. Применение же по¬
лимерраствора обеспечивает
Рис. 11. Ремонт и усиление конструк¬
ций зданий и сооружений:
а, б —ремонт отколов; в —ремонт и уси¬
ление трещин в стенах; г, д, е — усиление
перемычек каменных зданий; / — адгези¬
онная обмазка ЗКП; 2 — новый бетон; 3 —
полимерраствор; 4 —инъекция трещин по-
лимерраствором; 5 — заливка трещин по-
лимерраствором; 6 — клинчатая перемыч¬
ка; 7 — вклеивание арматурного стержня,
в—арка; Р —лучковая перемычка; 10 —
закрепление тяги на ЗКП; 11 — инъециро¬
вание полимерраствора.
равнопрочное (силовое) соединение расчлененных трещиной участ¬
ков конструкций (рис. 11, в).
Инъекция трещин полимерраствором осуществляется после со¬
ответствующей подготовки их и герметизации. Полимерраствор
подается под давлением через нагнетательные трубки (ниппели)
поверхностного пли глубинного типа, поставленные с шагом, зави¬
сящим от глубины и ширины раскрытия трещины. Для предупреж¬
дения возможного дальнейшего раскрытия трещины рекомендуется
установка в пазах (штрабс) дополнительной поперечной арматуры
с соответствующей расчетной длиной анкеровки в обе стороны от
трещины. Длина анкеровки (/анк) определяется в зависимости от
расчетных характеристик материала конструкции.
Железобетонные перемычки усиливают приклеиванием к ниж¬
ней грани двух уголков или дополнительной арматуры с ее после¬
дующим оштукатуриванием. Некоторые способы усиления рядовых,
95

клинчатых и арочных перемычек каменных зданий показаны на
рис. 11, г, д, е.
При заделке трещин железобетонных и каменных конструкций
методом инъецирования учитываются положения СНиП II-21-75 и
СНиП И-22-81 (этот метод распространяется на все три категории
трещиностойкости). Нагрузки при расчете отремонтированных
железобетонных конструкций по образованию трещин, их раскры¬
тию или закрытию принимаются по табл. 15.
Таблица 15. Расчет отремонтированных железобетонных конструкций по об¬
разованию трещин, их раскрытию или закрытию
Категория
требований
Нагрузки и коэффициент перегрузки п, прини¬
маемый при расчете
к трещино¬
стойкости
по раскрытию трещин
железобетон¬
ных констру¬
кций
по образованию
трещин
кратковремен¬
ному *
длительному
по закрытию
трещин
Первая	Постоянные, длитель-	—
ные и кратковремен¬
ные нагрузки при
п> 1 *
Вторая	Го же (расчет произ-	Постоянные,
водится для выясне- длительные и
ния необходимости кратковремен-
проверки по кратко- ные нагрузки
временному раскры- при п— 1
тию трещин и по их
закрытию)
Третья	Постоянные, длитель-	То же
ные и кратковремен¬
ные нагрузки при
п— 1
Постоянные и
длительные на¬
грузки при
п— 1
Постоянные
и длитель¬
ные нагруз¬
ки при п— 1
* Коэффициент перегрузки п принимается такой же, как и при расчете ца прочность.
Указанные категории требований относятся к нормальным и
наклонным по отношению к продольной оси элемента трещинам.
Во избежание раскрытия продольных трещин необходимо прини¬
мать конструктивные меры (установка соответствующей попереч¬
ной арматуры, приклеивание при помощи полимерраствора наруж¬
ной арматуры или металлических пластин), а для предварительно
напряженных элементов, кроме того, сжимающие напряжения в
бетоне в стадии предварительного обжатия должны быть ограни¬
чены требованиями СНиП Н-21-75.
Категории требований к трещиностойкости железобетонных кон¬
струкций в зависимости от условий их работы и вида арматуры, а
также величины предельно допустимой ширины раскрытия трещи¬
ны приведены в табл. 1а СНиП Н-21-75.
96

Нередко эксплуатация конструкции невозможна только потому,
что появились или раскрылись трещины, хотя несущая способность
ее еще далеко не исчерпана. В этом случае необходимо вернуть
утраченную монолитность. Если предупреждение аварийного со¬
стояния осуществляется усилением различными накладками и обой¬
мами, то заделке трещин придается второстепенное значение: ее
расчищают и зачеканивают цементным раствором. Когда же по¬
вреждение выражается только в появлении или раскрытии трещин,
их инъецируют защитно-конструкционными полимеррастворами.
При этом, как правило, инъецирование применяется в сочетании
с усилением с целью восстановления несущей способности конструк¬
ции, пришедшей в предельное состояние первой группы, а также и
как самостоятельный метод в тех случаях, когда в конструкции
из камня и бетона произошло образование трещин, их чрезмерное
или длительное раскрытие, и наступило предельное состояние вто¬
рой группы.
Перед инъецированием необходимо осуществить следующие ме¬
роприятия: обследование конструкции (сооружения, элемента),
проверочные расчеты, установление причин возникновения трещин,
выбор метода восстановления или усиления, определение макси¬
мально допустимого давления при инъецировании, пробные работы,
составление проекта инъекционных работ. Следует установить, ка¬
кой вариант восстановления применить: инъецирование и заливку
трещин, тампонаж; усиление без инъецирования; инъецирование с
усилением. В тех случаях, когда наряду с трещинами в растянутом
бетоне имеются признаки опасных напряжений в сжатой зоне, по¬
явление или развитие трещин вызывает или увеличивает вибрацию
и отрицательно влияет на технологический процесс. Избыточное
давление при инъецировании может вызвать опасные последствия
из-за наличия недопустимых напряжений в растянутой арматуре,
пересеченной трещинами, а удалить с конструкции часть нагрузки
на период инъецирования невозможно; поэтому наряду с восста¬
новлением необходимо увеличить несущую способность конструк¬
ции, то есть произвести инъецирование с усилением. После выбора
варианта восстановления конструкции следует определить рецеп¬
туру состава полимерраствора, способ инъекции и тип инъекторов,
а также выбрать буровое, камнерезное, насосное и электросиловое
оборудование.
Полимеррастворы, применяемые для инъецирования, подразде¬
ляются на три группы: 1) ньютоновские жидкости (динамический
коэффициент вязкости г] =й=0, предельное напряжение сдвига т=0,
максвелловское время релаксации Т=0); 2) ненаполненные поли¬
меррастворы на основе олигомеров со значительным содержанием
разбавителя: обычно используются при инъецировании (пропитке)
развитых поверхностей конструкции с большим количеством волос¬
ных трещин; 3) структурные жидкости (т^О; т<>=^0; оо).
71/2 4-1102
97

Ненаполненные или слабонаполненные полимеррастворы хоро¬
шо инъецируют трещины, обеспечивая сближение упруго-деформ а -
тивных характеристик материала конструкции и полимерраствора,
а также его пониженную усадку. Вместе с тем они требуют тща¬
тельной дозировки и выдержки под давлением_для лучшего запол¬
нения трещины. Неньютоновские жидкости 0t¥=0, т0¥=0, ТФ0),
применяются в исключительных случаях, например тампонаж тре¬
щин при наличии напорных вод и т. п. Их вводят методом выдавли¬
вания.
В зависимости от вязкости составов полимеррастворы можно
разделить на четыре группы:
1)	0,1...3,5 Па-с. Эти клеи можно приготовлять как вручную,
так и в специальных клеесмесителях. Нанесение их на поверхности
также не вызывает особых затруднений и может быть осуществле¬
но самыми различными способами: вручную, методом заливки,
пистолетами, воздушным или бескомпрессорным распылением
и т. п.;
2)	3,5... 10 Па-с. Приготовление этих клеев в обычных клеесме¬
сителях затруднительно из-за частой очистки оборудования, поэто¬
му требуется специальное оборудование. Нанесение на поверхности
таких компаундов возможно как вручную, так и механически; не¬
желательно применять их в качестве инъецирующих составов;
3)	10...25 Па-с. Приготовление клеев этой группы возможно
только в специальных смесителях и в сравнительно небольших ко¬
личествах. Для нанесения их на поверхности при помощи распылк-
вающих устройств применяются специальные устройства;
4)	25...80 Па-с и выше. Эти клеи целесообразно приготовлять
вручную небольшими порциями. Наносят их на поверхности шпате¬
лем, кельмой, лопаточкой и т. п.
Ремонт строительных конструкций проводят следующими спосо¬
бами. Предварительно размытые трещины на горизонтальных по¬
верхностях заливают полимерраствором (с вибрированием или без
него). Глубинные вертикальные и наклонные трещины непосредст¬
венно инъецируют ЗКП путем нагнетания состава из шприца
(рис. 12, а) или баллона (рис. 12, в), соединенного гибким шлангом
с инъектором. Инъекторы могут быть поверхностного типа, которые
приклеиваются на трещине (рис. 12, г), крепятся при помощи ваку¬
умного приспособления (рис. 12, д) или распорного устройства
(рис. 12, е)\ глубинные — вклеиваемые (рис. 12, б); самозаклини-
вающие (рис. 12, в). Инъекторы на участке устанавливаются один
от другого на расстоянии 40...60 см, а при извилистой трещине на
20...40 см. Участки трещины между инъекторами расчищают, про¬
мывают, просушивают, а затем шпаклюют. Поело отвердения шпа¬
клевочного состава к первому инъектору (рис. 12, а) присоединяют
подающий шланг и производят нагнетение до появления полимер¬
раствора в соседнем инъекторе; при этом первый инъектор закры¬
98

вается заглушкой и аналогичный процесс повторяется через второй
инъектор и т. д.- Во избежание появления воздушных пустот и
«непроклея» после окончания инъецирования в среднем из каждых
трех инъекторов (ниппелей) поддерживается в течение 8...10 мин
постоянное давление.
Эффективность инъекции определяется в конечном счете сопро¬
тивлением конструкции раскрытию отремонтированных трещин
Рис. 12. Способы инъецирования полимеррастворов:
а — при помощи ручного шпрнца-инъектора конструкции ОИСИ (инъекторы поверхностные);
о — с использованием баллона (инъекторы глубинные); в — с помощью мобильной инъек¬
ционной установки (инъекторы глубинные самозаклинивающиеся); г — при циркулирующем
полимсррастворе, д — с вакуумным креплением; е — с применением распорного устройства;
/ — рукоятка; 2 — цилиндр; 3 — полимерраствор; 4 — спираль элекгрообогрева; 5 — баллон
с инертным газом; 6 — манометр; 7 — баллон с полимерраствсром; 8 — мобильная инъекци¬
онная установка; 0 —прижимная гайка; 10, // — трещины в конструкции; 12 — упругая
прокладка; /5 —инъектор перфорированный глубинного типа; 14 — шланг циркулирующей
подачи полимерраствора; /5 — инъекторы поверхностного типа; 16 — шланг подачи полимер¬
раствора; /7 — шланг к вакуум-насосу; /8 —упорная конструкция (перекрытие, стена); 19 —
винтовое распорное устройство штанги; 2С — прижимная плита; 21 — упругая прокладка;
22 — изолирующая прокладка; JV? 1...3 — инъекторы поверхностного типа; №4, б —то же,
глубинного типа.
при последующей эксплуатации. Так как прочность рекомендуемых
полимеррастворов всегда на 10...30 % выше прочности бетона са¬
мых высоких марок, то в случае гарантированного заполнения тре¬
щины обеспечивается и надежность работы полимеррастворного
шва.
99

4.	Конструкции стыков
Надежность эксплуатируемого объекта в значительной мере зави¬
сит от тщательной проработки конструктивного решения стыков
сборных элементов, из которых смонтировано сооружение. Однако,
несмотря на многолетний опыт применения сборного железобетона,
проблема надежного и эффективного соединения сборных элементов
не может считаться полностью решенной. В зарубежной и отече¬
ственной практике сборного строительства имеется достаточно мно¬
го примеров частичного и даже полного разрушения конструкций
из сборного железобетона, причиной которых была неудовлетвори¬
тельная конструкция стыка.
Опыт обследования зданий и сооружений с целью предотвра¬
щения деформаций и аварий показал, что стыки основных элемен¬
тов целесообразно оценивать по двум признакам: 1) по располо¬
жению стыкуемых элементов (вертикальные и горизонтальные);
2) по расположению стыкового соединения в стойках (межъярус¬
ные стыки колонн, стыки колонн с фундаментами).
Стыки вертикальных элементов по сравнению со стыками гори¬
зонтальных находятся, как правило, в более сложных условиях
работы. Условно их можно объединить в три группы.
Стыки с опиранием железобетонных элементов без выпусков ар¬
матуры. В практике строительства широкое распространение полу¬
чили стыки колонн со стальными оголовками (рис. 13, а). В про¬
цессе монтажа колонна устанавливается на центрирующей метал¬
лической прокладке, и стальные обоймы смежных элементов соеди¬
няются приваркой арматурных накладок. Шов между торцами
колонн зачеканивается раствором, а вокруг стальных обойм на
высоту стыка бетонируется защитный слой.
Одной из разновидностей стыка является соединение колонны с
плоским металлическим оголовком, имеющим горизонтальный лист
и ребра (рис. 13, б). При этом приваривают продольную арматуру
к оголовку изнутри, а к нижнему оголовку — тонкую центрирующую
прокладку. Оголовки вначале скрепляются болтами, а после вывер¬
ки свариваются по контуру плит.
Более экономичен стык без контурных ребер (рис. 13, в). Он
состоит из металлических плит, заанкерованных короткими арма¬
турными стержнями, не связанными с каркасом колонн. После
установки монтируемого элемента на тонкую металлическую про¬
кладку плиты сваривают по контуру.
На рис. 13, г показана конструкция стыка, в котором к про¬
дольной арматуре внутри сечения элемента приварен металличе¬
ский стакан, а к нижнему стакану прикреплена тонкая центри¬
рующая прокладка. После установки верхнего элемента торцовые
плиты стаканов свариваются по контуру.
Надежен стык с металлической обоймой и толстой центрирую-
100

Рис. 13. Примеры конструктивных решений стыков без выпусков арма¬
туры.
101

щей прокладкой (рис. 13, д). В этой конструкции нормальные силы
не только воспринимаются металлической центрирующей планкой,
но и передаются с бетона на бетон благодаря зачеканиванию рас¬
твором образующейся полости. При этом продольная арматура и
соединительные накладки, воспринимающие изгибающий момент в
сечении стыка, привариваются к металлической обойме снаружи.
На рис. 13, е изображен стык колонны со смешанной передачей
•усилий. Он выполняется с неполным металлическим оголовком из
легких рамок, сваренных между собой по периметру. Металличе¬
ская рамка приваривается к рабочей арматуре и заключает торец
в обойму из полосовой стали.
В стыке, показанном на рис. 13, ж, торцы стыкуемых элементов
обрамлены выступающими уголками, приваренными к стержням
продольной арматуры. Стыкование элементов производится сваркой
уголков через накладки и заливкой образовавшейся полости через
отверстия, предусмотренные для этого в теле колонны.
В каркасах зданий тепловых электростанций нашли применение
стыки с приторцованными бетонными поверхностями. По периметру
пристыковой зоны сопрягаемых элементов образуются гнезда, в ко¬
торых размещаются выпуски рабочей стержневой арматуры
или к выпускам рабочей арматуры привариваются пластины. Со¬
единяются элементы непосредственно опиранием приторцованных
бетонных поверхностей и сваркой выпусков рабочих стержней
(рис. 13, з).
Оценивая рассмотренные стыки, необходимо отметить следую¬
щие их недостатки:
необходима зачеканка шва между торцами элементов, что обыч¬
но трудно осуществить и трудно контролировать. На практике швы
во многих случаях оказываются заполненными бетоном или раство¬
ром только частично, что нарушает четкую передачу усилий и соз¬
дает неопределенность работы соединения;
отсутствует полный контакт между сборными элементами с ме¬
таллическими оголовками по всей площади центрирующей проклад¬
ки. Из-за неточности изготовления элементов колонны контакт
часто осуществляется только по одному из краев прокладки. Кон¬
центрация больших сжимающих напряжений под центрирующей
планкой ведет к пластическим деформациям бетона;
нужна индивидуальная маркировка монтажных элементов ко¬
лонн, так как используемая технология изготовления колонны не
обеспечивает высокой точности монтажа элементов;
необходимо бетонирование по арматурной сетке для защиты
стальных деталей от коррозии, в связи с чем требуется тепловая
обработка стыков в зимнее время года;
недостаточно надежна защита закладных деталей от коррозии.
Стыки с опиранием железобетонных элементов и с выпусками
арматуры. В настоящее время широко применяются соединения ко¬
102

лонн, в которых торцам элементов придается сферическая форма,
а по углам в соответствующих гнездах в бетоне выпускаются стерж¬
ни рабочей арматуры (рис. 14,ча). Сферические поверхности торцов
обеспечивают центрирование передаваемых усилий.
Отсутствие плотного примыкания сфер колонн и возникновение
трещин в зоне стыка заставило отказаться от сухого опирания по
всей сфере колонн. Поэтому было предложено часть вогнутой сфе¬
ры срезать по краям (рис. 14, б) с инъекцией щели, образующейся
между торцами колонн до замоноличивания гнезд бетоном. В этих
условиях стыкование сферических поверхностей, хотя и усложняю¬
щих изготовление колонн, становится более рациональным.
НИИЖБ разработал способ замоноличивания стыков колонн с
угловой (рис. 14, в) или боковой (рис. 14, г) подрезками для вы¬
пуска рабочей арматуры. При этом концы элементов колонн усили¬
ваются поперечными сварными сетками, а торцы выполняются
плоскими с центрирующей стальной прокладкой или бетонной пло¬
щадкой. После установки колонн выпуски арматуры соединяются
ванной сваркой в разъемных медных формах.
ЦНИИпромзданий применил на практике конструкцию плоского
железобетонного стыка элементов колонны с подрезками по углам,
в которых размещены выпуски продольной арматуры с последую¬
щей сваркой их арматурными накладками. Стыкование торцов эле¬
ментов колонн выполняется при помощи заранее изготовленных
круглых клиновидных армоцементных прокладок (рис. 14, д).
Рассматриваемые далее стыки относятся к бессварочным, при¬
менение которых находится еще в производственно-эксперименталь¬
ной стадии. Их принципиальная схема представлена на рис. 14, е,
ж и основана на анкеровке выпусков арматуры одного из стыкуе¬
мых элементов в гнезда другого.
Представляет интерес «штепсельный» стык, где односторонний
выпуск арматуры верхнего элемента входит в профилированную,
слегка коническую выемку нижнего элемента колонны; выемки и
зазор между торцами заполняются раствором. Во Франции приме¬
няются «сотовые» стыки колонн (выполненные с выпуском арма¬
туры из нижнего элемента) и «муфтовые» стыки. Оригинально
решение «дюбельного» стыка, позволяющего соединять не только
вертикальные, но и горизонтальные элементы (ригели, балки
и т. п.).
Анализ данной группы стыков позволил выявить такие общие
недостатки: элементы колонн со сферическими торцами необходимо
изготовлять с повышенной точностью; сложно строго соблюдать
расстояния между торцами (такие стыки не позволяют компенси¬
ровать неточности по длине элементов); трудно создавать и сохра¬
нять выемки данной конфигурации в торце нижнего элемента, не¬
обходимо раскреплять монтируемые элементы колонн; усложнена
технология монтажа сборных элементов в связи с необходимостью
юз

Рис. 14. Примеры конструктивных решений cimkoii с иыпусками ар¬
матуры.
104

инъецирования полости, образовавшейся в стыке; центрирующая
прокладка при неточном изготовлении элементов колонны вызывает
значительную концентрацию сжимающих напряжений; добетониро-
вание сечения стыка удорожает производство работ при монтаже.
Стыки элементов, вставляющиеся один в другой (стаканного
типа), наиболее часто применяют при стыковании фундамента с
колонной. Таким способом были смонтированы каркасы двух цехов
Челябинского металлургического завода (рис. 15, а). К внешней
стороне стенок стакана из листовой стали толщиной в 12 мм (высо¬
та 140...200 мм) приваривали выпущенные из колонны концы арма¬
туры длиной 60..-120 мм. Колонна устанавливалась на слой раство¬
ра, уложенный на дно стакана, а затем сваривали закладные
детали.
Металлический стык со сваркой закладных деталей (накладок)
используется для стыкования сборных колонн, в частности его ва¬
риантом является стык в незамкнутом стакане с бороздами на
поверхности нижнего элемента и колонны (рис. 15, б).
Стык в стакане с вертикальными стенками (рис. 15, г) выпол¬
няется глубокой посадкой ствола колонны в стакан нижнего эле¬
мента.
Широкое применение получило более простое решение стыка
стаканного типа, показанное на рис- 15, д. Надежными являются
стыки с установочными заплечиками (рис. 15, е) и боковыми при¬
ливами (рис. 15, ж), однако эти элементы усложняют как изготов¬
ление колонн, так и технологию их установки.
При строительстве турбинного зала одной из электростанций в
Англии для сопряжения колонн с фундаментом был применен стык
стаканного типа (рис. 15, з); стороны основания низа колонны
имели зубчатые выступы, увеличивающие несущую способность
колонны до включения в работу бетонной заделки стыка. На дне
стакана по рискам разбивочных осей закреплялся штырь, на кото¬
рый при установке колонны надевалась муфта, заделанная в то¬
рец колонны при ее изготовлении. После выверки и временного
закрепления колонны стык бетонировался с тщательным вибриро¬
ванием.
Рассмотренной группе стыков присущи такие недостатки: сложно
изготавливать нижнюю часть колонны, а также фиксировать их в
проектное положение способом штырь-муфта; трудно обеспечивать
монтажную устойчивость в незамкнутом стакане; элементы нужно
изготавливать с очень высокой точностью; нижнюю часть колонны
необходимо тщательно пригонять и центрировать в гнезда нижнего
элемента, что очень нетехнологично; большие потери времени в
период между замоноличиванием и загружением колонны.
Приведенная оценка конструкций основных стыков сборных вер¬
тикальных элементов многоэтажных каркасов не является исчер¬
пывающей. Однако даже из этого краткого обзора следует, что
8 4—1102
105

Рис. 15. Примеры конструктивных решений cthkod стаканного типа.

стыкам, применяемым в настоящее время, присущи следующие об¬
щие недостатки, которые приводят к деформациям конструкций и
создают аварийные ситуации: отсутствует четкость в передаче уси¬
лий одного элемента на другой; возникает необходимость в корро¬
зионной защите металлических закладных деталей сопрягаемых
элементов; необходим перерыв между замоноличиванием и загру-
жением элемента.
Если последние два недостатка снижают только эффективность
и надежность применяемых стыковых соединений, то первый часто
приводит к тому, что стыки становятся слабым местом конструк¬
ции и теряют все функции по обеспечению прочности, жесткости и
пространственной неизменяемости каркаса здания. Наиболее часто
возникают дефекты стыков и в связи с тем, что рамка из уголков
крепится слабыми и короткими анкерами, часто применяются цен¬
трирующие пластины без заполнения зазоров раствором или це¬
ментным тестом, пластины под давлением вызывают образование
значительных местных напряжений. Нередко встречаются примеры,
когда анкеры привариваются к середине металлических оголовков,
что препятствует восприятию действующих моментов и приводит к
ослаблению пристыковой зоны. Соединения колонн нередко оши¬
бочно выполняют в виде деформированных выпусков арматуры с
дополнительным стягиванием стержней для их сварки и как нахле-
сточное соединение, в связи с чем требуется дополнительное усиле¬
ние стыка.
Очевидно, для предотвращения деформаций зданий и сооруже¬
ний необходимо использовать более эффективные (или традицион¬
ные) способы усиления стыков каркаса. При этом используют за-
кладные клей-пакеты. Клей-пакет представляет собой клеевой
агент, выполненный в виде прокладки заданных геометрических
размеров из высоконаполненной клеевой композиции на основе
жидких олигомерных смол. Одним из основных свойств клеевой
прокладки является способность ее деформироваться в момент
использования и, тем самым, создавать условия для перераспреде¬
ления местных концентрированных напряжений. Применение скле¬
ивающих агентов такого типа позволяет:
создавать клеевое соединение, не уступающее существующим
неразъемным в традиционном исполнении, обеспечивающее корро¬
зионную стойкость и герметичность швов без применения специ¬
альных мероприятий:
осуществлять склеивание и усиление строительных конструкций
из любых строительных материалов с заданной и регулируемой
продолжительностью процесса омоноличивания;
упростить и индустриализовать технологию омоноличивания
стыков сборных элементов при их усилении;
устраивать сопряжения сборных железобетонных конструкций
с равномерной передачей усилий с одного элемента на другой, что
8*
107

способствует полному использованию их прочностных возможностей
при действии статических и динамических нагрузок;
не нарушать структуру материала пристыковой зоны сопрягае¬
мых и усиливаемых элементов.
Склеивающие прокладки предназначаются для омоноличивания
и усиления горизонтальных стыков сборных железобетонных кон¬
струкций. В вертикальных стыках сборных конструкций их целесо¬
образно применять в случае обеспечения обжатия с удельным дав¬
лением 0,05 МПа. Склеивающими прокладками омоноличивают и
усиливают стыки с опиранием железобетонных элементов без вы¬
пусков арматуры, с опиранием железобетонных элементов с выпус¬
ками арматуры, вставляющихся друг в друга (стаканного типа),
комбинированного типа (рис. 16).
Расчет склеивающих прокладок при усилении стыков железо¬
бетонных конструкций производится на этапе использования кон¬
струкций, так как именно в этот момент формируются контактные
зоны узла сопрягаемых поверхностей, которые в дальнейшем ока¬
зывают существенное влияние на несущую способность каркаса
здания или сооружения. При расчете прокладки, которая распола¬
гается между элементами, рассматриваются две основные схемы:
1)	один из элементов имеет ровную контактную поверхность, а
другой — поверхность с выпуклостями и впадинами (рис. 17, а);
2)	каждый из элементов имеет неровную контактирующую по¬
верхность (рис. 17, в).
В качестве примера рассмотрим усиление стыка с неровными
контактирующими поверхностями. Примем такие обозначения: Q —
площадь контакта; Д2 — оператор Лапласа; ^ (г) и t|?2 (z) — две
функции с линейно независимыми производными, описывающие
характер изменения нормальных перемещений точек прокладки
(вдоль оси г) по ее толщине: W (х, у, z) = Wt (х, у) ^ (z) +	(х, у)
’Ы2); Ън(х, у)> Sв(х, у)—функции, характеризующие нижнюю
и верхнюю поверхности контакта; Р — передаваемое через стык
усилие; qH (х, у), qB (х, у) — нормальные напряжения, возникаю¬
щие на нижней и верхней поверхностях контакта; 6Н, бв — величи¬
ны вдавливания штампов нижнего и верхнего элементов в проклад¬
ку; Н — толщина склеивающей прокладки; hB, h„ — расстояния
между наиболее выступающими точками верхней и нижней поверх¬
ностей контакта элемента и точкой, расположенной на «дне» -ее
самой глубокой вогнутой части; Е„р— модуль упругости прокладки;
v Пр— коэффициент Пуассона прокладки; К, Т — коэффициенты,
характеризующие реологические свойства полимерраствора; тн,
яш тв, пв — постоянные, характеризующие углы наклона к горизон¬
тальной плоскости нижней и верхней контактирующих поверхно¬
стей; рп, q«, рв, <7в — постоянные, характеризующие криволиней-
ность параболических контактирующих поверхностей по отношению
к горизонтальной плоскости; S — площадь горизонтального сечения
108

штампа; макс qv, макс qB, мин qtt, мин qe — экстремальные значения
(величины) давления, возникающие на нижней и верхней поверх¬
ностях контакта.
Штампы (рис. 17, г)—одинакового размера 2аХ2Ь, имеют па¬
раболические торцовые поверхности: верхний штамп|в(л:, у)—рвх2+
-f qBy2 \ нижний штамп £н (х, у) = рих2 + qay2;
s- + т{р^+
+-щ-I-8249 (р,+ «.)+ 8035 (ft+ «,)];	03)
Р
+ 4- (Рна2 + ЯФ2) +
92KS 3
+	I8035(Л + ?•>-8249(Рн +qa)\;
40i\
макс qB =	К	[47	(ръа2	+	qJP)	+	45	(р„а2 + qHb2)];
мин qB =		j- К [47 (рва2 + qBb2 + 45 (риа2 + qnb2)];
макс <7„ = -J- + y К [45 {рва2 + qBb2) + 47 (рна2 + qHb2)],
мин qH = -|	1- К (рва2 + qBb2) + 47 (рна2 + qnb2)\.
Согласно условию, вес склеиваемых элементов Р=10 кН; сече¬
ние элементов 2а X 2Ь = 60X40 см2; торцовая поверхность верхнего
элемента имеет параболическую формулу A#ib=0,6 см; АН^ь =
=0,4 см; торцовая поверхность нижнего элемента имеет параболи¬
ческую форму Д#1н = 0,4 см, Д#2н=0,5 см; коэффициент Пуассона
и модуль упругости склеивающей прокладки в момент усиления
vnp—0,35; £Пр=0,42 МПа; толщина прокладки Н—3,5 см.
Е0 -- —^	= 0,476 МПа; v0 = —	= 0,535;
0	1	—	0,352	0	1	-0,35
К =	М76	= о 0063 т = . 0,476 . 3,5	=	о	000656
30 (1 - 5352) - 3,5	1680	(1 + 535)
С учетом вычисленных коэффициентов <7В = 0,0015 '/см;
=0,00044 '/см; «7„=0,001 ‘/см; рн=0,00055 '/см, по уравнениям (13)
получаем бв= 1,003 см; 6Н=0,986 см. Условия 6=6Н + 6В<# выпол-
109

няются. По (13) вычисляем величины макс ^ = 0,574 МПа;
макс <7н = 0,574 МПа; мин^в = 0,025 МПа; мин<7н = 0,025 МПа.
Обеспечение надежности полимеррастворных стыков и соедине¬
ний. Стыки, омоноличенные полимеррастворами, имеют несомнен¬
ное преимущество перед сухими стыками, выполненными с приме¬
нением цементных растворов. Высокопрочные полимеррастворы
обеспечивают равнопрочные соединения бетонных элементов и не¬
которое увеличение прочности
стыка. Вместе с тем полимеррас-
творные швы увеличивают общую
деформативность конструкций
как при кратковременном, так и
длительном действии нагрузки;
Рис. 16. Примеры
стыков сборных
элементов с при¬
менением склеива¬
ющих прокладок:
а — с опиранием эле¬
ментов без выпусков
арматуры; б — то же,
с выпусками армату¬
ры; в —стаканного типа; г — комби¬
нированного типа; / — сопрягаемые
элементы; 2 — склеивающая проклад¬
ка; 3 — рабочая арматура; 4 — гнезда
для1анкеровки арматуры.
Рис. 17. Расчетные схемы стыков с клей-
пакетами (к примеру расчета).
с увеличением толщины шва предельные деформации сжатия уве¬
личиваются (рис. 18, а). Однако установлено, что достаточно тон¬
кие клеевые швы (1...2 см) незначительно влияют на деформатив¬
ность составных конструктивных элементов.
При применении полимеррастворов для омоноличивания стыков
110

железобетонных конструкций либо в качестве конструкционных ма¬
териалов необходимо учитывать их ползучесть. Характер изменения
деформаций ползучести полимеррастворов еп(0 с достаточной сте¬
пенью точности может быть описан теоретическими выражениями,
применяемыми в линейной теории ползучести бетонов, так как
структура полимерраствора близка по своей физической сущности
структуре бетона. Связь между напряжениями и деформациями при
одноосном напряженном состоянии может быть выражена фор¬
мулой
t
=	+	т‘» +j JfL[-sV + CftT)] *•<14)
где t — момент времени, для которого определяется деформация;
Т| — момент приложения нагрузки (возраст материала в момент
загружения); т — момент приложения элементарного приращения
напряжения; C(t, т) —мера ползучести материала, то есть дефор¬
мация ползучести в момент t от действия единичного напряжения,
приложенного в момент времени т.
Степень соответствия экспериментальным данным расчетных
деформаций и напряжений зависит от того, насколько удачно вы¬
браны аналитические выражения для ее наследственных функций,
в частности для меры ползучести C(t, т). Известно аналитическое
выражение, где мера ползучести C(t, т) задается в виде
С(t, т) = <р(т) — ф (t)- Д (т)	,	(15)
где ,a>v>0; 0<А2<1; <р(т) и Д(т) —функции старения, мо¬
нотонно убывающие с увеличением возраста полимерраствора т
к моменту времени загружения.
Функция ф(т) представляет собой предельную деформацию пол¬
зучести при t-+ оо, вызванную единичным напряжением, приложен¬
ным в момент т, то есть С(оот) =<р(т).
Графики изменения значений функций ф(т) и Д(т), построенные
по экспериментальным кривым меры ползучести C(t, т) полимер¬
раствора для различных возрастов загружения, представлены на
рис. 18, б. Экспериментальная кривая ф(т) может быть аппрокси¬
мирована суммой экспоненциальных функций вида
Ф (*) = Фо +	+ f2e-^ ,	(16)
где фо — предельное значение меры ползучести C(t, т) полимер¬
раствора, загруженного в наиболее зрелом возрасте; <pi и q>2. Pi и
р2 — опытные параметры.
Функция Дт отражает изменение значений весьма быстро нате¬
кающей вслед за мгновенным загружением образца части его де¬
формации ползучести. Графически изменение величины Д(т) изоб-
111

ражается монотонно убывающей кривой, с увеличением т (см.
рис. 18, б). Аппроксимация опытной кривой Д(т) может быть вы¬
полнена аналогично аппроксимации кривой <р(т) суммой экспонен¬
циальных функций вида
Д (т) = Д0 + A1e_e,T + Aze~a‘*,	(17)
где До — величина быстро натекающей деформации ползучести по¬
лимерраствора, загруженного в наиболее зрелом возрасте; Ai и
Д2, aj и а2— параметры, подби¬
раемые из опыта.
Значения функций <р(т) иД(т),
подобранные из условия лучшего
приближения теоретических кри¬
вых к экспериментальным, тако¬
вы:
Ф (т) = (24,9 + 1 ^-о-озезт _
— 45е-°'113т) • 10-5 МПа-1 ;
Д (Т) = (5 + 45е-0'03т) • 10-5 МПа-'.
Как видно из рис. 18, б, точ¬
ность полученной аппроксимации
опытных кривых ф(т) и Д(т)
вполне удовлетворительна.
Функция t|)(f) в уравнении
(15) представляет собой разность
функций ф(*) и Д (t):
ц> (0 = ф (0—А (0-
Для аппроксимации опытных
кривых C(t, т) выражением (15)
после определения параметров,
входящих в функции ф(т) и Д(т),
были подобраны параметры а, у
и Аг; а=5 (сут)-1; y=0,12 (сут)-1;
А2=0,8.
При подстановке значений па¬
раметров а, у и А2 выражение
(15) примет вид
C(t, т) = Ф(т) — г|)(^)Х
eo,i2t_0>8
Рис. 18. Подбор параметров шва и
характеристик полимерраствора в за¬
висимости от физико-механических
свойств ЗКП и составных конструк¬
ций при длительном действии нагруз¬
ки:
1 — по опыту; 2 — по расчету.
х
/еО,12т_0>8Ч
\ во.ш_0 8 )
А(т)е~5«-'К (18)
Как следует из рис. 18, в, на котором представлены эксперимен¬
тальные и теоретические кривые меры ползучести С (t, т) полимер¬
раствора, загруженного в различном возрасте, аппроксимация
опытных кривых, выполненная по уравнению (18), вполне удовле¬
творительна.
С увеличением уровня напряжений деформации ползучести по-
112

лимерраствора увеличиваются, при этом в интервале напряжений
до 0=0,32 R„p наблюдается линейная зависимость между напря¬
жениями и деформациями. Деформации ползучести полимерраство¬
ра носят затухающий характер; наиболее интенсивное развитие
деформаций наблюдается в начальный период после загружения.
Значительное влияние на деформации ползучести оказывают
также состав полимерраствора и возраст композиции, то есть сте¬
пень ее отвержденности. Наибольшими деформациями ползучести
обладают ненаполненные композиции; введение наполнителя
(кварцевого песка) в количестве до 600 мас.ч. на 100 мас.ч. эпок¬
сидной смолы снижает деформации ползучести в 3...10 раз. При
увеличении возраста полимерраствора к моменту приложения на¬
грузки с 10 до 100 сут удельные деформации ползучести полимер¬
раствора уменьшаются более чем в 3 раза (см. рис. 18, в).
Практика проведения мероприятий по усилению деформирован¬
ных и аварийных конструкций показала, что 90 % работ связано
с омоноличиванием существующих поврежденных конструкций
с элементами усиления. Особое значение при этом приобретает
проблема создания равнопрочных и водонепроницаемых стыков,
где анкеровка или соединение арматурных стержней с помощью
высокопрочных полимеррастворов и самого материала конструкций
имеет первостепенное значение. Рассмотрим примеры соединения
арматуры более подробно. Клеевое соединение арматурных стерж¬
ней принципиально может осуществляться следующими способами:
соединением	арматуры	встык; закреплением	арматуры в	металли¬
ческой соединительной	муфте (клеемуфтовый	стык);	соединением
арматуры с помощью металлических накладок; закреплением арма¬
туры в бетонной штрабе (клеештрабный стык) (рис. 19).
Расчет стыков арматуры, выполненных с применением полимер¬
растворов, выполняется на основании общепринятых положений.
По прочности стык должен удовлетворять условиям:
tf</?aFa; (19) NKRMF«; (20)
(21) (22)
где	Fcnp„ = ndlmK и	(23)
по условиям деформаций
®пл <-' ®пл •	(24)
В формулах (19) — (24) приняты следующие обозначения: N —
продольная сила; Ra — расчетное сопротивление арматуры растя¬
жению; Fa — площадь сечения арматуры; RM — расчетное сопротив¬
ление муфты; FM — площадь сечения муфты; /?£5 — расчетное сопро¬
тивление полимерраствора срезу по контакту арматура — ПОЛИМер-
ГкСЦ
раствор; R„„—расчетное сопротивление полимерраствора сцепле¬
нию по контакту обойма — полимерраствор; FSa — площадь среза
по контакту арматура — полимерраствор; F£5 — площадь сцепления
113

по контакту обойма — полимерраствор; d — диаметр арматуры;
рш — внутренний периметр соединительной обоймы (штрабы);
/анк — длина заделки стержня в обойме (штрабе);	—	предель¬
ные относительные деформации полимерраствора.
Приведенные условия прочности записаны для случая закреп¬
ления в обойме (муфте) арматуры периодического профиля. При
расчете закрепления гладкой арматуры в формуле (21) должно
быть заменено на Rnn.
Рис. 19. Конструктивные решения полимеррастворных соединений арматурных
стержней:
а — соединение арматуры встык; б — клеемуфтовый стык; в — соединение арматуры с по¬
мощью металлических накладок; г — клеештрабный стык.
Отечественный и зарубежный опыт усиления строительных кон¬
струкций показал, что наиболее эффективным способом соединения
арматуры является использование высокопрочных защитно-кон¬
струкционных полимеррастворов в клеемуфтовом и клеештрабном
стыках.
В соединительную муфту, заполненную полимерраствором, могут
заводиться как два стержня с противоположных сторон, так и один.
В последнем случае соединительная муфта должна быть равнопроч¬
но сварена одним концом с арматурным стержнем каркаса.
С целью изучения надежности работы усиливаемых элементов
рассматриваемая конструкция стыка подвергалась испытаниям по
определению его несущей способности в зависимости: от длины
анкеровки стержня в соединительную муфту; от диаметра стыкуе¬
мой арматуры; от величины зазора между стержнем и соединитель¬
ной муфтой. Кроме того, изучалось смещение загруженного конца
заанкеренного стержня под действием постоянной нагрузки.
114

Испытаниями установлено, что при закреплении стержней арма¬
туры периодического профиля в соединительную муфту на длину
/анк^З d напряжения в арматуре достигают расчетных значений
(по СНиП П-21-75); при /анк^5 d напряжения превышают предел
текучести. Анкеровка же стержней на глубину /анк^7,5 d приводит
к разрыву стержня, при этом диаметр арматуры не оказывает
существенного влияния на несущую способность соединения.
Расчет клеемуфтовых стыков можно проводить по формуле (21).
тс d2
С учетом формул (19), (23) и Fa —	запишем
4
R,-^- < RnUdliHK,
ИЛИ
<25>
Формула (25) позволяет рассчитать необходимую длину закреп¬
ления арматуры в соединительной муфте в зависимости от расчет¬
ных характеристик арматуры и полимерраствора.
На несущую способность клеемуфтового стыка арматуры прак¬
тически не влияет величина зазора между соединительной муфтой
и стержнем. Так, испытаниями стыков с одинаковой длиной анке-
ровки установлено, что при увеличении зазора от 1 до 9 мм пре¬
дельные растягивающие напряжения в арматуре и скалывающие
напряжения в полимеррастворе снижаются примерно на 18 %.
Изучение стыков арматуры показало, что характер изменения
смещений на загруженном конце стержня в зависимости от длины
анкеровки остается постоянным для различных уровней напряже¬
ний. Наиболее значительные деформации сдвига наблюдаются при
длине анкеровки менее 5 d. Увеличение длины закрепления с 2,5 d
до 5 d приводит к уменьшению деформации сдвига примерно в два
раза.
Аналогичные результаты получены при загружении стыков по¬
стоянной во времени нагрузкой. Для стыков с длиной анкеровки
2,5 da в пределах всего периода испытания наблюдался непрерыв¬
ный рост деформаций сдвига. При длине анкеровки 5 rfa деформа¬
ции сдвига по абсолютной величине оказались незначительными,
а приращение деформаций не наблюдалось уже после 15 мин вы¬
держки под нагрузкой. Для стыков с /анк>7,5 da смещения незна¬
чительные — в пределах точности измерительных приборов. Следо¬
вательно, критической по деформации сдвига при кратковременном
и длительном действии нагрузки следует считать анкеровку стержня
в соединительную муфту на длину менее 5 da.
Таким образом, для равнопрочного заанкерования арматурного
стержня в металлическую муфту длина зоны анкеровки, независимо
от диаметра арматуры, должна находиться в пределах 7,5... 10 da.
115

При этом стык удовлетворяет как условиям прочности, так и усло¬
виям деформативности, а разрыв арматурного стержня происходит
вне зоны анкеровки стержня.
Опыт проведения работ по анкеровке арматуры в бетонную
штрабу показал, что прочность заделки зависит как от прочности
закрепления арматуры в полимеррастворе, так и от прочности бе¬
тона при воздействии скалывающих усилий, возникающих на гра¬
нице бетон — полимерраствор. Так как прочность бетона на скалы¬
вание значительно ниже R'р, то прочность клеевого закрепления
арматуры в штрабе, в основном, обусловливается работой материа¬
ла штрабы на срез. Следовательно, условие прочности может быть
выражено формулой
N<RlpF?.	(26)
С учетом формулы (19) при Fep = рш1авк = (Ь + 2h) /аНк и Fa= -2—
можно записать
или
< ЯбР {b 4- 2h) l„
4
l	" ~> Rand2	i<yj\
8HK 4/?gP (b + 2ft) ’	1	}
где RбР — расчетное сопротивление бетона срезу; F§р—площадь
среза по контакту бетон — полимерраствор; b — ширина штрабы;
h — глубина штрабы.
Для разработки надежных рекомендаций по усилению деформи¬
рованных конструкций была проведена экспериментальная провер¬
ка указанных расчетных положений. Изучались клеештрабные сты¬
ки с различной длиной заделки арматурных стержней в бетонной
штрабе при ее постоянном периметре (рш = 6 d). Для бетона марки
200 и арматуры класса A-III при заданных параметрах штрабы
установлено, что при закреплении арматурного стержня в штрабе
на длину 15 d напряжения в арматуре вне зоны заделки достигают
расчетных значений; при заделке больше 20 d напряжения в арма¬
туре превышают предел текучести. Таким образом, для равнопроч¬
ного закрепления арматуры оптимальная глубина заделки нахо¬
дится в пределах 10... 15 d при периметре бетонной штрабы 6...9 d.
Одно из основных требований, предъявляемых к сборным желе¬
зобетонным емкостным сооружениям,— прочность и водонепрони¬
цаемость стыков. Нарушение герметичности стыков, их водопро¬
ницаемость могут привести к аварии сооружения в целом.
Рекомендуемые конструкции бессварочных полимеррастворных
стыков, разработанные с учетом применения типовых стеновых па¬
нелей, предусматривают равнопрочное омоноличивание бетона в
116

стыках, соединение арматуры обвязочной балки и клеевое сопряже¬
ние горизонтальной арматуры в зоне стыка (рис. 20). Непрерыв¬
ность горизонтальной арматуры в стыках обеспечивается закреп¬
лением на полимеррастворе соединительных арматурных стержней
в теле железобетонных конструкций. При этом арматуру можно
соединять методом клеевого закрепления равнопрочных соедини¬
тельных стержней в штрабе (шпонках) стеновых панелей (клее-
штрабной стык) либо методом клеевого закрепления арматурных
коротышей в металлических соединительных муфтах, приваренных
к концам стыкуемой армату¬
ры (клеемуфтовый стык).
Диаметр и класс соедини¬
тельных стержней должны
соответствовать диаметру и
классу арматуры стеновых
панелей. Как отмечалось ра¬
нее, длина равнопрочного
клеевого закрепления арма¬
туры в бетонной штрабе
(/анк) зависит от марки бе¬
тона, сечения штрабы, диа¬
метра и класса арматуры.
С учетом используемой в
строительстве емкостных со¬
оружений типовой номенкла¬
туры стеновых панелей дли- £ис- 20- пРимеРы конструктивных решений
бессварочных полимеррастворных стыков,
на клеевого закрепления ар-	е
матуры в штрабе находится в пределах (10... 15) d при периметре
штрабы (Э...6) d (d — диаметр арматуры). При этом обеспечива¬
ются вклеивание соединительной арматуры на уровне горизон¬
тальной арматуры стеновых панелей и необходимая толщина за¬
щитного слоя. Длина клеевого закрепления соединительного стерж¬
ня в муфте должна быть не менее 7,5... 10 d.
Количество и размещение по высоте стыка соединительных
стержней зависит от характера работы и типа стеновых панелей.
При применении стеновых панелей консольного типа соединитель¬
ные стержни устанавливаются только посредине каждой из них.
В резервуарах с панелями балочного типа, а также в углах и ме¬
стах примыкания поперечных стен количество соединительной ар¬
матуры в стыке должно соответствовать количеству расчетной
горизонтальной арматуры стеновых панелей. Соединение горизон¬
тальной арматуры обвязочной балки стеновых панелей может быть
выполнено сваркой выпусков арматуры, оставляемых в процессе
изготовления панелей; либо сваркой закладных деталей либо ме¬
тодом клеевой анкеровки арматуры (клеемуфтовый стык). Преду¬
смотренные в верхней и нижней частях стеновой панели закладные
117

детали служат для крепления монтажных приспособлений, исполь¬
зуемых для обжатия клеевого стыка в процессе установки кон¬
струкций, и временного крепления стеновых панелей в проектном
положении.
Технология устройства полимеррастворных стыков состоит в по¬
следовательном выполнении ряда операций: подготовки торцовых
поверхностей стеновых панелей, подачи панели к месту установки,
приготовления полимерраствора, нанесения его на сопрягаемые по¬
верхности, установки панели в проектное положение, обжатия
клеевого шва, сварки монтажных закладных деталей, омоноличи-
вания полимерраствором шпонок с установкой соединительной
арматуры.
Омоноличивание стыков панелей полимсррастворными компо¬
зициями производится по мере монтажа конструкций. Обжатие
стыка, осуществляемое с помощью инвентарных тяжей либо стяж¬
ных болтов, выполняется сразу после нанесения на торцы панелей
полимерраствора и установки панели в проектное положение.
Омоноличивание полимерраствором соединительной арматуры
в шпонках панелей может производиться как по мере монтажа
конструкций, так и после окончания монтажных работ по возведе¬
нию стен. При монтаже стеновых панелей, соединение арматуры
которых выполняется по типу клеемуфтового стыка, перед нанесе¬
нием полимерраствора на торцовые поверхности необходимо про¬
вести заполнение полимерраствором соединительных трубок. После
окончательной установки панелей в проектном положении произ¬
водится замоноличивание паза днища бетоном на мелком щебне.
Следует отметить, что в отличие от традиционного решения
применение бессварочных полимеррастворных стыков наряду с обес¬
печением равнопрочности, водонепроницаемости и водостойкости
сооружения позволяет значительно упростить и технологию мон¬
тажных работ. При этом отсутствуют иго «мокрые» процессы, свя¬
занные с обетонироваиисм и торкретированием стыком; по требуется
устройства опалубки; частично или полностью исключаются свароч¬
ные работы; уменьшается трудоемкость и ускоряются темпы мон¬
тажных работ. Кроме того, полимерраствор обеспечивает стойкое
антикоррозионное покрытие арматурных стержней.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бойко М. Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуатацион¬
ных качеств здания.— Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние. 1975.— 334 с.
Воробьев В. А., Андрианов Р. А. Технология полимеров.— М.: Высш. шк., 1980.—
303 с.
Высокопрочные полимеррастворы для омоноличивания железобетонных конструк¬
ций/А. Д. Ексарев, Л. А. Игонин, В. А. Лисенко и др.— В кн.: Труды координа¬
ционных совещаний по гидротехнике. Л.: Энергия. Ленингр отд-ние, 1972, вып.
24,	с. 25-28.
Грюнау Э. Б. Предупреждение дефектов в строительных конструкциях.— М.:
Стройиздат, 1980.— 215 с.
Липатов Ю. С. Межфазные явления в полимерах.-—К.: Наук, думка, 1980.—
260 с.
Лысова А. И., Шарлыгина К. А. Реконструкция зданий.— Л.: Стройиздат. Ле¬
нингр. отд-ние, 1979.—304 с.
Металлические конструкции: Техн. эксплуатация / Под общ. ред. М. М. Сахнов-
ского. — К.: Буд1вельник, 1976. — 225 с.
Микульский В. Г., Козлов В. В. Склеивание бетона.— М.: Стройиздат, 1979.—
126 с.
Онуфриев Н. М. Исправление дефектов изготовления и монтажа сборных желе¬
зобетонных конструкций промышленных зданий.— Л.:	Стройиздат. Ленингр.
отд-ние, 1971.— 159 с.
Пату роев В. В. Перспективы применения в строительстве полимербетонов.— В кн.:
Исследование бетонов с применением полимеров. М.: Стройиздат, 1980, с. 3—6.
Рекомендации по применению защитно-конструкционных полимеррастворов для
консервации и реставрации памятников и исторических зданий из камня и бето¬
на / ОИСИ —М.: Стройиздат, 1982.— 96 с.
Рекомендации по применению новых типов защитно-конструкционных полимер¬
растворов для ремонта при реконструкции строительных конструкций предприя¬
тий по переработке продуктов моря.— М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1983.— 27 с.
Рекомендации по применению защитно-конструкционных полимеррастворов при
реконструкции и строительстве гражданских зданий.— М.: Стройиздат, 1983. —
150 с.
Рибицки Р. Повреждения и дефекты строительных конструкций.— М.: Стройиздат,
1982.—432 с.
Руководство по эксплуатации строительных конструкций производственных зда¬
ний промышленных предприятий.— М.: Стройиздат, 1981.— 56 с.
Соломатов В. И. Полимерцементные растворы и пластобетоны.— М.: Стройиздат,
1967.— 183 с./
Физдель И. А. Дефекты и методы их устранения в конструкциях и сооружени¬
ях.— М.: Стройиздат, 1970.—174 с.
Фрейдин А. С. Прочность и долговечность клеевых соединений.— М.: Химия,
1971.— 272 с.
Шкинев А. Н. Аварии на строительных объектах, их причины и способы предуп¬
реждения.—М.: Стройиздат, 1976.—375 с.

Оглавление
Глава 1. Взаимодействие строительной конструкции и окружающей	среды	3
Лисенко В. А., Мосяк В. Я.
1.	Виды воздействия среды на строительную конструкцию ....	3
2.	Методы обследования строительных конструкций		9
Глава 2. Повреждения и дефекты строительных конструкций	23
Работников А. И., Кованев Б. М., Михайлов А. А.
1.	Повреждения зданий и сооружений, вызванные неравномерной осадкой
грунтов основания	23
2.	Разрушения и повреждения каменных и железобетонных конструкций	34
3.	Аварии и повреждения металлических конструкций	50
Глава 3. Предупреждение аварий; ремонт и защита строительных конст¬
рукций защитно-конструкционными полимеррастворами	57
Лисенко В. А., Буренин А. И., Мосяк В. И,
1.	Определение критического состояния конструкций при помощи ЭВМ	.	57
2.	Эффективные материалы на основе продуктов органического синтеза для
работ по ремонту и усилению строительных конструкций	68
3.	Усиление, реконструкция и ремонт строительных конструкций полимер-
растворными композициями	«85
4.	Конструкции стыков	100
Список литературы	119
Работников А. И. и др.
П71 Предупреждение деформаций и аварий зданий и сооруже¬
ний /А. И. Работников, А. А. Михайлов, Б. М. Кованев и др.;
Под ред. В. А. Лисенко.— К.: Буд1вельник, 1984,— 120 с., ил.—
Библиогр.: с. 119.
На основе анализа проекткых решений с учетом условий эксплуатации обобще¬
ны характерные случаи деформации железобетонных сборных, монолитных, металли¬
ческих и каменных конструкций зданий и сооружений п описаны мероприятия по их
устранению. Даются рекомендации по совершенствованию проектирования, строитель¬
ства и эксплуатации зданий и сооружений с целью предупреждения их деформации
и аварий. Предназначена для инженеров-строитслей, занимающихся проектированием,
строительством и эксплуатацией зданий и сооружений.
„ 3204000000—081
п	—3084	38.2+38.6
М203(04)—84