Допустимая глубина разрушения бетона за 50 лет эксплуатации

Достаточно отметить, что интенсивность разрушения при появлении первых признаков коррозии возрастает по зависимости, пропорциональной квадрату времени. Поэтому своевременное проведение предупредительных ремонтов позволяет приостановить либо существенно снизить скорость разрушения.

Обеспечить долговечность арматуры в бетонах возможно повышением плотности самих бетонов, уменьшением их проницаемости, путем введения ингибирующих и уплотняющих добавок.

Статистическая оценка состояния железобетонных конструкций крупнопанельных зданий показывает, что наибольшей интенсивности разрушения подвержены конструктивные элементы, имеющие непосредственный контакт с атмосферными воздействиями: наружные стены; балконы, парапетные плиты, а также стыковые соединения, подверженные периодическому замачиванию. В реальных условиях эксплуатации зданий долговечность конструктивных элементов существенно ниже нормативных значений. Так, для многих конструкций при сроке эксплуатации 30 лет образовались дефекты, существенно снижающие их несущую способность и эксплуатационную надежность.

Транспортирование сборных конструкций в ряде случаев вызывает образование дефектов в виде трещин, сколов, загрязнения наружных поверхностей. Условиями транспортирования предусматривается расположение конструктивных элементов в положении, близком к проектному. Так, для балочных конструктивных элементов следует предусматривать опирание на две опоры. Для плит перекрытий, наружных стеновых панелей, панелей внутренних стен и других плоскостных элементов - размещение на упругие элементы по всей плоскости опирания, а их транспортирование - в наклонном положении на спецсредствах (панелевозах, плитовозах и т.п.).

На качество перевозок существенное влияние оказывают состояние дорог, скорость транспортирования, демпфирующие свойства автотранспортных средств.

Рассматривая систему «дорога - транспортное средство - перевозимая конструкция», легко видеть, что при снижении качества дорог в виде выбоин и других препятствий существенно возрастают коэффициент динамичности и, как следствие, передача импульсивных воздействий на транспортируемую конструкцию. Момент передачи сопровождается ударными воздействиями, приводящими к возникновению дополнительных напряжений прежде всего в зоне опирания конструкции.

При совпадении собственных частот колебаний системы и транспортируемой конструкции возникает явление резонанса, что способствует в значительной степени увеличению динамических нагрузок. Это приводит к возникновению очагов местных деформаций и напряжений, превышающих расчетные значения, и образованию трещин, сколов и других дефектов.

На рис. 2.16 приведены графики зависимости коэффициента динамичности от качества дорог и скорости движения транспортного средства. При нормированном значении коэффициента динамичности 1,5 наблюдается его превышение в определенном диапазоне скоростей. Значительные превышения возникают при наезде на некоторые препятствия (трамвайные пути, люки колодцев, выбоины и т.п.).

Рис. 2.16. Динамические параметры транспортирования сборных железобетонных конструкций автотранспортом
I, II, III - классы дорог; 1,2 - изменение коэффициента динамичности при наезде транспортных средств на предприятия

Как показали статистические исследования, 4-6 % перевозимых сборных железобетонных конструкций получают повреждения различной степени. Максимальное их число возникает из-за плохого качества приобъектных дорог.

Складирование конструкций. Отступление от технологических требований при складировании сборных железобетонных изделий приводит к возникновению напряжений, превышающих сопротивление бетона, и образованию трещин. Основными причинами являются: слабая подготовка основания, дающая просадки грунта различной интенсивности; несимметричное расположение прокладок между складируемыми элементами; нарушение расчетной схемы опирания, превышение нормативной высоты штабелей и т.п.

Длительное хранение конструктивных элементов на приобъектном складе приводит к коррозии закладных деталей и выпусков арматуры.

Одними из важных причин частичной потери эксплуатационных свойств конструкций являются замачивание атмосферными осадками и попеременное воздействие отрицательных температур (рис. 2.17). Это приводит к первоначальному образованию центров разрушения в виде микротрещин, которые со временем распространяются на значительные площади конструкций.

Рис. 2.17. Изменение прочности бетона конструкций в зависимости от степени увлажнения и воздействия отрицательных температур
1 - конструкция защищена от атмосферных осадков; 2 - увлажнение составляет до 20 %; 3 -насыщена атмосферными осадками при температуре до 0 °С; 4 -то же, -5...-10 °С; 5 -то же, -10...-15 °С; 6 -то же, -20...-25 °С

Интенсивное замачивание конструкций стенового ограждения способствует снижению как теплотехнических, так и физико-механических характеристик панелей стен.

Агрессивное воздействие среды является причиной снижения несущей способности железобетонных конструкций и их разрушения, когда восстановительные работы либо невозможны, либо требуют больших материальных затрат. Снижение эксплуатационного срока службы отмечается при увлажнении и знакопеременном температурном воздействии, а для заглубленных конструкций фундаментов - воздействии агрессивных сред при отсутствии достаточной гидроизоляции (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Снижение несущей способности железобетонных конструкций при агрессивном воздействии среды и отрицательных температур
1 - конструкция внутренних частей зданий при нормальной эксплуатации; 2 - то же, при нарушении эксплуатационного режима; 3 -конструкция наружных стен; 4, 5, 6 - конструкции, подверженные увлажнению и знакопеременным температурным воздействиям; 7 - заглубленные конструкции фундамента при воздействии агрессивных сред

Дефекты на стадии монтажа конструкций. Дефекты, связанные с монтажом элементов зданий, являются наиболее частыми и значимыми. При использовании преимущественно свободного метода монтажа происходит поэтажное накопление погрешностей, которые в совокупности существенно снижают эксплуатационные характеристики и надежность зданий.

Основными причинами погрешностей являются: отклонения геометрических размеров конструкций от проектных значений; отклонения в разбивке осей внутренних и наружных стен; колебания отметок монтажного горизонта, непостоянная толщина швов; невертикальность установки конструктивных элементов. Совокупность указанных причин приводит к накоплению погрешностей, значения которых могут оказывать определенное влияние на устойчивость здания и его эксплуатационные характеристики.

Невертикальность смонтируемых конструкций может быть представлена следующей зависимостью

где A₁, A₂, А₃-передаточные отношения. При высоте элемента Н и установке верхних связей на высоте A₁= A₂ = А₃ = Н/h, п -число этажей; ∆^HB - суммарная погрешность отклонения, h -уровень расположения монтажно-выверочного оснащения (струбцин или подкосов), h = 1,7- 1,8 м.

Здесь первое слагаемое учитывает погрешности элемента нижележащего этажа, второе - влияние неточности установки низа элемента; третье - погрешности, возникающие на данном этаже.

Поэтажное отклонение верха элементов приведено на рис. 2.19, где рассмотрены два варианта установки внутренних несущих перегородок: а -влияние погрешностей в установке низа элемента на поэтажное накопление погрешностей; б -то же, распределение погрешностей при фиксации низа конструкций на их накопление по высоте. При монтаже элементов первого этажа свободным методом путем совмещения оси элемента с разбивочной осью погрешность положения низа элемента относительно базовой оси составит

где -погрешность в положении разбивочной оси, вызванная линейными измерениями; - погрешность установки элемента относительно разбивочной оси.

Рис. 2.19. Влияние погрешностей при монтаже внутренних и наружных панелей стен
а -при установке низа элемента на их накопление по высоте; 6 -то же, при фиксации низа элемента; в -отклонения наружных стеновых панелей при нарушении уровня монтажного горизонта и геометрических размеров панелей

Отклонение верха элемента под влиянием погрешности положения его низа, а также погрешностей, возникающих на данном этапе, составит

Для элементов второго этапа погрешность положения его верха составит

Таким образом, имеется полная возможность вычисления погрешностей с заданным пределом, обеспечивающим геометрическую неизменяемость и устойчивость здания. По имеющимся данным отклонений вертикальных конструкций первого этажа путем расчета погрешностей устанавливается положение верха конструктивных элементов, что позволяет компенсировать накопление погрешностей (положение элементов I, II). При неучете компенсации погрешностей монтажа (положение III) суммарное отклонение от вертикали верхней части конструкции может привести к возникновению дополнительного момента сил М с плечом А.

На рис. 2.19,в приведена технологическая схема возникновения погрешностей отклонения наружных стеновых панелей при нарушении уровня монтажного горизонта и геометрических размеров панелей. Результатом являются отклонения параметров швов и стыковых соединений. Это обстоятельство приводит к нарушению эксплуатационных характеристик стыков и вызывает их негерметичность.

Анализ используемых конструкций стыков показал, что максимальные погрешности отклонений наблюдаются в стыках со сваркой закладных деталей. При этом особое влияние оказывает процесс стыковки панелей перекрытий. Выполнение сварных соединений приводит к возникновению деформаций, существенно влияющих на геометрическое положение всех конструктивных элементов, входящих в стык.

Статистические данные обследования панельных пятиэтажных зданий первых массовых серий свидетельствуют о том (рис. 2.20), что максимальный процент дефектов относится к наружным стенам, балконам, козырькам и парапетным плитам (70 %), внутренним стенам (60 %), фасадным поверхностям и стыкам (30 %). В меньшей степени (4- 10 %) подвержены дефектам другие конструктивные элементы.

Рис. 2.20. Распределение дефектов 5-этажных панельных зданий, % числа обследованных

Как правило, большая степень повреждений относится к вышележащим этажам, что объясняется увеличением суммарной погрешности при монтаже конструкций и более интенсивными нагрузками атмосферного воздействия. Сопоставительный анализ распределения повреждений по этажам 5- и 9-этажных зданий (рис. 2.21) подтверждает тенденцию их роста с увеличением этажности.

Рис. 2.21. Распределение повреждений и дефектов по этажам панельных зданий
1 - пятиэтажные жилые дома; 2 - девятиэтажные жилые дома

Основными причинами появления и развития дефектов являются: температурные деформации панелей; быстрое старение и потеря эластичности герметиков; превышение допусков при изготовлении конструкций и монтаже; неравномерные осадки здания; увлажнение материала заполнения стыков и потеря его свойств вследствие попеременного замерзания и оттаивания.

Низкая долговечность и наличие дефектов выступающих железобетонных конструкций, козырьков, балконных и парапетных плит являются следствиями нарушения уклона, неорганизованного отвода атмосферных осадков, отсутствия герметика между панелью стены и верхней поверхностью балконной плиты и т.п.