Характерные дефекты и повреждения бетонных и железобетонных конструкций

1. Характерные дефекты и повреждения бетонных и железобетонных  конструкций и методы их усилений.

Виды дефектов железобетонных конструкций зависят от многих факторов, основными из которых являются:

-  физико-механические характеристики железобетона, зависящие от класса арматуры и бетона;

- вид воздействия (силовое, агрессивные воды и газы, температурно-влажностный режим окружающей среды);

- вид, направление и способ силового нагружения (статическое или динамическое, сосредоточенное или распределенное);

- соответствие фактических нагрузок и воздействий расчетным;

- соответствие фактической расчетной схемы проектной;

- тип здания или сооружения и его конструктивная схема (сборное, сборно-монолитное, монолитное, этажность);

- нарушение технологии при изготовлении, транспортировке, складировании и монтаже железобетонных конструкций;

- ошибки при проектировании;

- механические повреждения;

- аварии техногенного и природного характера.

При проведении обследований технического состояния зданий и  сооружений, следует учитывать, что  дефекты железобетонных конструкций  могут носить общий характер, присущий всем железобетонным конструкциям, и  специфический, относящийся к определенным типам зданий и сооружений.

 

Независимо от типа здания, его конструктивной и расчетной  схемы общие характерные дефекты  железобетонных конструкций приведены  ниже.

При ремонте защитного  слоя бетона предусматриваются следующие  виды работ:

- заделка отдельных выколов  и раковин;

- замена или восстановление  защитного слоя (частичная или  сплошная).

При сплошной замене толщина  защитного слоя может быть увеличена, но во всех случаях должна быть не менее 3 см в свету для рабочей арматуры и не менее 2 см для хомутов и  нерабочей арматуры.

Замена защитного слоя бетона производится в тех случаях, когда его свойства, понижены, арматура поражена коррозией или защитный слой бетона отслаивается. В этих случаях  старый защитный слой подлежит полному  удалению, а арматура должна быть очищена  от ржавчины. Для укладки нового защитного слоя рекомендуется обычный бетон, но с мелкими фракциями. Железобетонные рубашки рекомендуется устраивать при значительных разрушениях поверхностного слоя бетона конструкции с целью предохранения сооружения от дальнейшего разрушения.

Для заделки незначительных по протяженности повреждений защитного  слоя применяются ручные приемы штукатурных  работ.Для нанесения бетона (раствора) используется мастерок. Уложенный раствор  примерно через час смачивают  водой, присыпают сухим цементом и заглаживают с помощью кельмы, деревянной или металлической гладилками. При этом глубина выколотых участков, подготавливаемой к ремонту поверхности, не должна сходить на нет к краю выкола, она всюду должна быть не менее 1 см. Переход места выкола к неповрежденному защитному  слою должен быть сделан ступенькой под  углом 90°.

При большом объеме работ  наиболее эффективным способом нанесения  бетонов является торкретирование, при котором достигается получение  весьма плотного прочного защитного  слоя.При подготовке поверхности  к бетонированию одиночные трещины  с шириной раскрытия свыше 1 мм разделываются в виде прямоугольника на глубину и зачеканиваются бетоном.

В местах больших отколов  бетона и обнажения арматуры устанавливают  дополнительную армирующую сетку с  размером ячеек от 2,5 до 10 см и диаметром  проволоки от 0,5 до 6 мм с прикреплением  вновь устанавливаемых сеток  к основной арматуре конструкции. Для увеличения сил сцепления между новым и старым бетоном рекомендуется применять прослойку из эпоксидно- тиоколового клея K-153. При восстановлении защитного слоя с применением эпоксидно-тиоколовой прослойки бетон должен быть уложен до потери липкости клея.

 В зависимости от  степени развития трещин применяются  следующие способы ремонта конструкций:

- устройство защитных  пленок и покрытий, для ремонта  трещиноватых поверхностей, имеющих  трещины раскрытием до 0,2 мм;

- герметизация трещин (заполнение  их водонепроницаемыми эластичными  материалами), для ремонта конструкции,  имеющих трещины раскрытием более  0,3 мм; 

- поверхностная заделка  трещин (устройство герметизирующей  накладки, перекрывающей трещину  и усиливающей сечение с трещиной) для ремонта конструкций, имеющих  сквозные трещины с раскрытием  более 0,2 мм;

- прочностная заделка  ( омоноличивание полости трещины клеющим составом) для ремонта конструкций с трещинами раскрытием более 0,3 мм.

Покрытие ремонтируемых  поверхностей пленками предназначается  для защиты бетона и поверхности  конструкции от атмосферной и  химической коррозии. Устройство защитных пленок и покрытий осуществляется путем  окраски бетонной поверхности полимерцементными  красками или синтетическими лаками.

Герметизация трещин высоко эластичными материалами без  восстановления монолитности конструкции  предназначается для закрытия доступа  влаги и других агентов, вызывающих коррозию, к арматуре, обеспечивая  ее сохранность.

Герметизация трещин эластичными  материалами в виде мастики производится с помощью шприцев.

Прочностная заделка рекомендуется  при необходимости одновременно с ликвидацией трещин восстановить монолитность конструкции. Прочностная  заделка может быть выполнена  с помощью инъектирования эпоксидного  состава или цементного раствора в полость трещины.

До инъектирования должны быть устроены отверстия и установлены  в них ниппели, через которые  производится подача клеющего состава. После установки ниппелей трещина  по поверхности бетона герметизируется  с помощью наклейки стеклоткани, предотвращающей вытекание клеющего состава. Как правило, инъектирование должно начинаться с нижнего ниппеля.

Наиболее распространенным способом усиления конструкций является увеличение сечений путем устройства всесторонних обойм или односторонним  наращиванием. Этот способ позволяет  получить значительное увеличение несущей  способности как целых, так и  сильно поврежденных элементов. При усилении железобетонных конструкций односторонним увеличением сечения дополнительная арматура приваривается к старой при помощи отгибов, коротышей, наклонных и вертикальных хомутов. Приварку хомутов и коротышей рекомендуется производить при помощи электросварки двойными фланговыми швами.При наличии местных повреждений в виде одиночных или сконцентрированных на небольшой длине трещин производится местное усиление конструкции по одному из следующих способов:

- устройство местных хорошо  армированных хомутами, отогнутой  и продольной арматурой четырехсторонних  обойм из железобетона;

- устройство металлических  обойм из вертикальных напрягаемых  хомутов. При наличии вертикальных  или косых трещин под хомутами  располагаются продольные распределительные  уголки, охватывающие поврежденную  часть балки. Хомуты покрываются торкретбетоном по металлической сетке или обетонируются.

При усилении колонн четырехсторонняя обойма армируется продольными стержнями  и хомутами или спиральной арматурой. Обойма может быть забетонирована в  опалубке или заторкретирована; толщина  стенок при обычном бетонировании  должна быть не менее 10 см и при торкретировании - 5 см. Углы усиливаемой колонны рекомендуется  скалывать. Вверху и внизу колонны  на длине, равной наибольшему размеру  поперечного сечения колонны, шаг  хомутов уменьшается вдвое. При  наличии местных повреждений  или дефектов у колонн усиливающая  обойма может устраиваться в пределах поврежденного участка с перепуском в обе стороны на длину 50 см, но не менее большего размера поперечного  сечения.

При усилении железобетонных конструкций наращиванием элементов  необходимо со стороны сечения, предназначенной  для усиления, сколоть в местах приварки защитный слой бетона и обнажить продольные стержня существующей арматуры до половины их сечения. После этого поверхность бетона промывается струей воды под напором. Если по каким-либо причинам создать напор не представляется возможным, поверхность бетона после насечки зубилом и обработки щеткой продувается воздухом, чтобы на ней не осталось пыли, и промывается водой. Поверхность бетона должна поддерживаться во влажном состоянии вплоть до момента, когда на нее будет нанесен слой нового бетона. Непосредственно перед бетонированием с горизонтальных поверхностей старого бетона должны быть удалены лужицы воды. После этого поверхность бетона покрывается слоем пластичного цементного раствора состава 1:2 толщиной 1 - 2 мм. Новый бетон должен укладываться не позднее чем через 1,5 часа после укладки раствора. Обнаженные стержни арматуры должны тщательно очищаться стальными щетками, пескоструйкой и др. способом от загрязнения, ржавчины или окалины. При значительном повреждении стержней старой арматуры коррозией, пленка поражения удаляется зубилом или молотком, после чего производится очистка стальной щеткой и подварка новой арматуры. Перед бетонированием стержни арматуры окрашиваются цементным раствором 1:2 в виде плешей 1 - 2 мм. Опалубка должна конструироваться, таким образом, чтобы была обеспечена возможность постепенного ее наращивания по высоте усиливаемых балок и колонн. При конструировании опалубки должны предусматриваться необходимые зазоры и отверстия в ней, а также специальные лотки для укладки бетона и его уплотнения. Во время производства работ по усилению поврежденных железобетонных конструкции необходимо принимать меры предосторожности, обеспечивающие безопасность работы. В случае недостаточной прочности усиливаемых элементов они должны быть надежно закреплены на время усиления. За уложенным бетоном или нанесенным слоем торкретбетона должен быть обеспечен соответствующий температурно-влажностный уход.

Повреждение существующей арматуры коррозией, перенапряжение арматуры.

  

Соединения стальных арматурных стержней (рис 1).

Соединение арматурных стержней на сварке при усилении. а, б - с помощью  накладок; в - внахлестку; 1 - рабочий  стержень; 2 - стыковая накладка; 3 - сварной  шов.

Метод исправления.

Для стыка существующей и  новой арматуры усиления используются стыковые накладки или применяются  соединения внахлестку. В сварных  швах принимается: толщина шва 0,25d, ширина шва - 0,5d. Сечение стыковой накладки должно быть равнопрочным со стыкуемым  стержнем.

 

 

Усиление сборных железобетонных плит

Усиление ребер сборных  плит.(рис 2)

а - замоноличиванием дополнительных каркасов в пустотных  каналах; б - бетонированием шва между  плитами; в - односторонним наращиванием снизу; 1 - многопустотная панель; 2 - борозда, пробитая в полке вдоль пустотного канала; 3 - дополнительный арматурный каркас; 4 - монолитный бетон; 5 - усиливаемая  плита; 6 - усиление в шве; 7 - дополнительная арматура; 8 - коротыши; 9 - арматура ребер  плиты.

Дефекты. Недостаточная несущая способность, повреждения с обнажением арматуры верхней полки.

Метод исправления.

Усиление производится путем наращивания железобетоном (рис. 2 а, б) и с помощью стальной обоймы (рис. 2в). Дополнительная продольная арматура "наращиваний" связывается с существующей продольной арматурой свесов при помощи коротышей или хомутов. Бетонирование производится в опалубке с тщательным уплотнением бетона. Стальная обойма представляет собой два швеллера (4), охватывающих по бокам свесы верхней полки, прижатые к ним с помощью болтов (5). Пространство между швеллерами над верхней гранью полки тщательно замоноличивается.

Дефекты. Глубокие и значительные повреждения железобетонных конструкций с обнажением арматуры и с утратой ее сцепления с бетоном.

Рис. 3 Усиление опор сборных плит

а - усиление на средних опорах; б - усиление на крайних опорах; 1 - существующая плита; 2 - балка; 3 - металлическая балка  усиления; 4 - поперечная траверса; 5 - уголки анкера; 6 - болты анкера.

Методы исправления.

Усиление балок производится односторонним наращиванием сечения  со стороны растянутой зоны (рис. 3а, в). Дополнительная продольная арматура (4) связывается с существующей арматурой усиливаемой балки при помощи соединительных элементов (2) или коротышей.

Наличие в полках ребристой  плиты разрушенного на всю ее толщину  бетона или отсутствие сцепления  рабочей арматуры с бетоном, обнажение  стержней рабочей арматуры.

Усиление железобетонных балок (рис. 4).

Дефекты

Глубокие и значительные повреждения железобетонных конструкций  с обнажением арматуры и с утратой  ее сцепления с бетоном.

Методы исправления.

Усиление балок производится односторонним наращиванием сечения  со стороны растянутой зоны (рис. 4а, в). Дополнительная продольная арматура (4) связывается с существующей арматурой  усиливаемой балки при помощи соединительных элементов (2) или коротышей.

 

Рис. 5. Усиление верхней полки железобетонных балок

а - трехстороннее наращивание  верхней полки; б - наращивание полки  по верху; в - усиление стальными конструкциями; 1 - дополнительный каркас; 2 - бетон на мелком щебне; 3 - каркас набетонки, связанный  с верхней арматурой балки; 4 - швеллеры; 5 - стяжные болты; 6 - отверстие  для болта в стенке балки.

Усиление тавровой балки  стальными шпренгелями (рис. 6).

Дефекты

Снижение несущей способности  балки вследствие коррозии бетона и  арматуры.

Методы исправления.

На торцах балки устраивают анкерные устройства, к которым привариваются  расчетным сварным швом затяжки  шпренгеля. На балке в уровне затяжки  устанавливают прокладки из двух уголков. Напряжение затяжек осуществляют с помощью двух талрепов.

Усиление железобетонной балки прямоугольного сечения стальными  шпренгелями (рис. 7).

Дефекты

Снижение несущей способности  балки вследствие коррозии бетона и  арматуры.

Методы исправления.

На торцах балки (в опорных  узлах) устанавливают анкерные устройства, к которым привариваются расчетным  сварным швом затяжки шпренгеля.

Усиление растянутых элементов решетки железобетонных ферм (рис8).

 

Дефект.

Значительные повреждения  растянутых элементов ферм, снижающие  их несущую способность.

Усиление железобетонных колонн (рис. 9).

Дефекты

Снижение несущей способности  колонны в результате разрушения бетона и значительной коррозии арматуры, недостаточная несущая способность  арматуры.

Методы исправления.

Усиление производят путем  изготовления железобетонной обоймы или  наращиванием.

Для усиления по рис. 9 а, устанавливается дополнительная рабочая арматура (2) и дополнительная поперечная арматура в виде спирали (4) диаметром не менее 6 мм, при этом предварительно скалывается защитный слой, не менее чем на диаметр рабочей арматуры. Расстояние между витками спирали в осях принимается 50 - 70 мм. Спираль охватывает всю рабочую арматуру усиления, и существующую продольную арматуру колонны. После установки арматуры колонну бетонируют в опалубке или с помощью торкретирования.

Усиление железобетонных колонн стальной обоймой (рис. 10).

Дефект. Снижение несущей способности колонн при различных повреждениях.

Метод исправления.

Усиление осуществляют с  помощью преднапряженных распорок, (рис. 10а) которые включаются в совместную работу с усиливаемой колонной, что позволяет осуществлять контроль за степенью их состояния. В этом случае следует предусматривать мероприятия по обеспечению устойчивости покрытия и технике безопасности. Изготовляют распорки из уголков. С помощью крепежных болтов (3) устанавливаются уголки (2) на колонну. Установку их производят с перегибом в середине высоты, упирая верхние и нижние концы в достаточно прочные конструкции (фундаменты, балки перекрытия). На концах уголков устраиваются упоры (4).