Исследование железобетонных конструкций для ремонта и обслуживания

Почему необходимо исследовать железобетонные конструкции на предмет ремонта и обслуживания?

Бетон является одним из самых универсальных строительных материалов нашего времени. Благодаря своей текучести в самых сложных формах во влажном состоянии, а также своим характеристикам прочности, развития и долговечности в затвердевшем состоянии, бетон завоевал репутацию наиболее подходящего материала для большинства типов современных конструкций.
Хорошо известно, что заложенная в бетон арматура остается защищенной благодаря высокой щелочности бетона и, в свою очередь, обеспечивает долговечность железобетона. Бетон должен быть рассчитан на долговечность.
Но из-за многочисленных технических условий и многочисленных требований, которые необходимо соблюдать, а также в сочетании с неблагоприятными климатическими условиями, инженер на стройке сталкивается с множеством практических проблем, которые отражаются на долговечности бетона.
Поэтому это миф, что даже хороший бетон не требует обслуживания; он действительно требует периодического осмотра, обслуживания и своевременного ремонта для обеспечения проектной долговечности.
Неосведомленность владельца о содержании и ремонте конструкций приводит к пренебрежению своевременными ремонтными мерами, и последствиями являются те же проблемы, которые проявляются в большем масштабе через некоторое время, когда не только нарушается прочность и устойчивость, но и экономически затраты на восстановление изменяются многократно.
Простое пятно ржавчины на внешней стороне, если им пренебречь, приводит к растрескиванию и отслаиванию защитного покрытия, а если и дальше не уделять внимания, может привести к коррозии арматуры, даже к нарушению структурной устойчивости бетона.
Кроме того, следует отметить, что ремонт или восстановление разрушенных или поврежденных конструкций значительно отличается от проектирования новых конструкций, где неизвестные факторы либо известны, либо предполагаются. Причина разрушения должна быть точно определена, прежде чем предпринимать последующие шаги по ремонту.
Для такого ремонта необходимо использовать новейшие методы диагностики и разработки в области материалов. Это, в свою очередь, требует абсолютной компетентности как в области исследований, так и в области материаловедения. Ранняя диагностика и немедленные меры по устранению неисправности могут обеспечить гораздо более дешевые решения, чем пренебрежение ими.

Визуальные признаки и виды ремонта для железобетонных конструкций

Когда конструкция разрушена или повреждена, обычными визуальными признаками являются: трещины различных форм и размеров; пятна ржавчины или ржавчины; отслоение штукатурки и т.д.; сколы бетона; ржавая арматура, если она открыта.
Первоочередная задача – определить, является ли повреждение структурным или неструктурным. Структурный ремонт проводится для восстановления стабильности конструкции, чтобы она могла выдерживать существующие нагрузки в условиях эксплуатации. Неструктурный ремонт проводится для восстановления долгосрочной прочности, но не увеличивает несущую способность конструкции. Неструктурный ремонт или косметический ремонт, если он не проведен вовремя, может привести к разрушению конструкции.

Шаги, которые необходимо предпринять

При появлении признаков повреждения или разрушения конструкции необходимо предпринять следующие шаги:
(i) Предварительное расследование, детальное расследование
(ii) Диагностика
(iii) Составление спецификаций для ремонта
(iv) Выбор материалов
(v) Подготовка поверхности
(vi) Фактический ремонт
(vii) Периодическое обслуживание

Возможные причины разрушения структурного бетона

Прежде чем приступить к расследованию причин повреждения конструкции, необходимо понять факторы, контролирующие ухудшение состояния бетона. Знание причин и глубокое исследование могут привести только к правильному диагнозу. Существует две стадии, на которых может начаться разрушение бетона.
На первой стадии, то есть до или во время строительства, с помощью надлежащих мер можно в значительной степени остановить или свести к минимуму ухудшение состояния бетона. Однако во втором случае большинство факторов, влияющих на долговечность бетона, находятся вне нашего контроля. На этом этапе мы можем лишь предпринять меры по поддержанию и принять срочные меры по смягчению последствий.

Трещины в бетоне

В конструкциях бетон подвергается растягивающим напряжениям. Однако бетон трескается, когда эти растягивающие напряжения превышают его прочность на растяжение. Это происходит часто, и трещины становятся одним из неотъемлемых дефектов. Причин появления трещин в бетоне много.

Причины появления трещин в бетоне

Очень важно знать о причинах появления трещин. Можно утверждать, что наличие трещин не означает наличие дефектов, требующих ремонта. Сначала следует установить, являются ли трещины: (а) структурными или (б) неструктурными.

Структурные трещины в основном возникают из-за:

(i) Ошибки при проектировании напряжений
(ii) Ошибки при строительстве
(iii) Превышение нагрузок в условиях эксплуатации по сравнению с расчетными нагрузками
(iv) Осадки
(v) Непредвиденные физические повреждения, такие как пожары и взрывы
(vi) Опускание участка арматуры на второй стадии коррозии.

Неструктурные трещины в основном возникают из-за:

(i) Трещины при пластической усадке – быстрое испарение воды
(ii) Растрескивание при усадке при высыхании
(iii) Пластическое растрескивание при оседании – оседание бетона в опалубке
(iv) Растрескивание при тепловом сжатии – изменение теплоты гидратации
(v) Растрескивание из-за плохого качества изготовления
(vi) Реакция щелочного заполнителя
Внимательное наблюдение за трещинами дает очень ценную информацию, не только позволяющую установить причину их появления, но и являющуюся основным ориентиром при выборе материала.

Важные моменты, которые следует отметить в трещинах:

(i) Характер трещин – вертикальные, горизонтальные или диагональные
(ii) Ширина трещины
(iii) Движения в трещине – тепловые колебания. Динамические или движущиеся нагрузки
(iv) Влага в трещине
(v) Грязь в трещине.
Трещины, вызванные коррозией арматуры, обычно следуют вдоль линии или арматуры.

Предварительное обследование и детальное обследование конструкций из РСС

Целью обследования является, прежде всего, определение степени повреждения или разрушения, является ли повреждение структурным или неструктурным, а также выяснение причин такого определения.
Поскольку, если не будет установлена причина разрушения, меры по устранению последствий не будут иметь смысла, так как необходимо устранить именно причину, а не внешний вид поврежденной конструкции.

Исследование бетонных конструкций проводится с целью установления:

(a) является ли бетон карбонизированным
(b) высокий ли уровень хлоридов
(c) глубина карбонизации и глубина покрытия
(d) степень коррозии
(e) текущая несущая способность конструкции
(f) Являются ли дефекты локализованными или имеют общую площадь
(g) внешний вид трещин и их типы
(h) совпадают ли проектные и эксплуатационные нагрузки.
Важная информация должна быть получена о возрасте конструкции, типе конструкции, допущениях при проектировании конструкции, текущих условиях нагрузки, проводились ли ремонтные работы и их долговечность.
Исследования для ремонта конструкций должны включать в себя полуразрушающие и неразрушающие испытания. Результаты испытаний должны быть перепроверены, прежде чем осуждать бетон.

Диагностика железобетонных конструкций

Диагностика – это интерпретация результатов, полученных в ходе исследований. Интерпретация требует глубоких знаний и опыта в этой области и должна выполняться квалифицированными инженерами.

Спецификации методов ремонта железобетонных конструкций

Поскольку область ремонта и обслуживания является специализированной, очень важно, чтобы для проведения ремонтных работ были разработаны соответствующие спецификации. Спецификации должны включать в себя:
(a) материалы для ремонта
(b) расчеты дополнительного усиления для ремонта конструкции
(c) материалы для инъектирования трещин
(d) рекомендации по подготовке поверхности
(e) этапы ремонтных работ
(f) меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при использовании материалов, а также процедуры отверждения и т.д.
(g) Надзор и контроль качества на объектах

Выбор материалов для ремонта бетона

Выбор материала зависит от типа ремонта.

При выборе материала следует руководствоваться следующими моментами:

(a) Существующая поверхность и возможности сцепления
(b) Прочность требуемых ремонтных материалов
(c) безусадочные характеристики материала
(d) температура при нанесении и температура эксплуатации.
Для полного ремонта могут потребоваться два отдельных типа материалов – один тип для заполнения трещин, а второй – для косметического ремонта. При выборе материалов также необходимо учитывать экономические соображения.

Подготовка поверхности поврежденного бетона

Этот этап является очень важным, но обычно ему не уделяется должного внимания. Многие системы, включающие надлежащие технические условия и правильный выбор материалов, терпят неудачу из-за неправильной предварительной обработки и пренебрежения надлежащей подготовкой поверхности.
Не вдаваясь в конкретные детали, в целом, бетонную поверхность следует проверить на наличие пустот с помощью молотка. Все рыхлые части должны быть сбиты зубилом и молотком. Арматура должна быть обнажена примерно на 50 мм в обе стороны от ржавой арматуры.
Сталь должна быть очищена подходящими механическими или другими методами. Поверхности должны быть прочными и очищенными от масел и жиров, чтобы обеспечить надлежащее сцепление последующих слоев.

Фактические методы ремонта бетонных конструкций

Фактический ремонт зависит от типа повреждения конструкции – структурного или неструктурного. Шаги в обоих случаях совпадают и в основном одинаковы. Необходимо тщательно соблюдать основы гражданского и строительного проектирования, иначе те же проблемы проявятся в большем масштабе.
В случае структурного ремонта необходимо выполнить следующие шаги:
(a) заделка трещин в конструкции подходящими материалами
(b) укрепление конструкции с помощью гинирования
(c) косметический ремонт при необходимости или на небольших участках
(d) нанесение поверхностных покрытий
В случае неструктурного ремонта этапы следующие:
(a) Заделка трещин для прекращения утечки воды и т.д.
(b) косметический ремонт
В случае бетона, загрязненного хлоридами, ремонт может быть проведен только двумя способами:
(a) Обеспечение полного инертного барьера вокруг всей арматуры
(b) Прибегнуть к катодной защите.

Периодическое обслуживание железобетонных конструкций

Периодические осмотры очень важны, так как они позволяют обнаружить повреждения на очень ранних стадиях, и их можно немедленно устранить. Периодические осмотры должны проводиться для исключения следующих случаев.
(i) Появление трещин
(ii) Появление ржавых пятен
(iii) Отслаивание бетона
(iv) обнажение арматуры
(v) Утечки воды через тело бетона
(vi) Утечки воды через сантехническую арматуру
(vii) Рост мха, грибка и растений на влажных поверхностях
(viii) Отслоение штукатурки и строительных растворов
(ix) Степень износа красок и поверхностных покрытий.
Своевременное устранение этих дефектов может привести к экономии средств и увеличению срока службы сооружений. Инспекции могут проводиться квалифицированными инженерами один раз примерно в три года и документироваться. Владельцы должны быть предупреждены о необходимости сообщать о повреждениях или ухудшениях при первом же их появлении.
Наружные краски служат не только для декоративных целей, но и обеспечивают дополнительную защиту бетона, заделывают мелкие трещины и препятствуют проникновению воды и кислорода в тело бетона, тем самым снижая скорость коррозии.

Меры предосторожности при ремонте, обслуживании и восстановлении бетонных конструкций

Несмотря на то, что в процессе строительства возникают дефекты, которые негативно влияют на долговечность бетона, все же возможно отлить хороший бетон, который может иметь длительный срок службы при минимальном обслуживании, если соблюдать некоторые основные и не очень сложные меры предосторожности.
(a) В конструкторском бюро должна быть выполнена надлежащая детализация, чтобы показать детали армирования и т.д. в местах соединения, где имеется скопление арматуры. Форма должна быть спроектирована не только для выравнивания, но и для расчета стоек и т.д.
(b) На стройплощадке должна быть сделана надлежащая опалубка, арматура должна быть выровнена с помощью правильно спроектированных постоянных кожухов с использованием распорок из прутков.
(c) Бетон должен иметь надлежащий уровень просадки для обеспечения текучести в форме. Соотношение вода/цемент должно строго соблюдаться. Смесь должна быть разработанной с оптимальным количеством цемента, учитывая, что количество цемента требуется не только для прочности, но и для долговечности. Для замешивания бетона следует использовать заполнители, не содержащие хлоридов, и питьевую воду.
(d) Необходимо оптимальное вибрирование для надлежащего уплотнения. В случае сомнений избыточная вибрация лучше, чем недостаточная.
(e) Опалубка должна быть удалена после набора надлежащей прочности. Соты и трещины должны быть заделаны сразу после этого, так как промедление может привести к заполнению швов и т.д. грязью, маслом и т.д.
(f) Обязательным условием является правильное отверждение. Отверждение с помощью мембранообразующих отверждающих составов защищает бетон даже на начальных стадиях.
Из вышеизложенного следует, что меры предосторожности лучше, чем лечение. Надлежащий контроль на строительных площадках со стороны квалифицированных инженеров имеет важное значение. Следует строго придерживаться кодексов практики.
Диагностика и интерпретация данных исследований должны анализироваться опытными инженерами. Выбор материалов требует не только глубоких структурных знаний, но и знаний материаловедения.
Знание ограничений или недостатков материалов будет лучшим руководством для лица, принимающего решение, нежели преимущества и высокие заявления.
Ремонт следует рассматривать как систему, а работу поручать опытным компаниям. Необходимо проводить периодические осмотры и своевременно устранять мелкие дефекты. Следует отказаться от краткосрочной экономии ради долгосрочных последствий.
Правильное и своевременное обслуживание является залогом прочности бетона и долговечности конструкций.

• Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
• Этапы ремонта повреждений бетона в железобетонных конструкциях.
• Ремонт и восстановление бетонных конструкций при разрушениях и дефектах бетона.
• Коррозия стальной арматуры в бетоне – причины и защита.
• Наплавка бетона – ремонт бетонного пола или поверхности тротуара.
• Какие существуют методы ремонта трещин в бетоне?.
• Виды разрушений в гибких дорожных покрытиях, их причины и методы ремонта.