Введение. Железобетонные конструкции относятся к числу долговечных изделий и в большинстве случаев не требуют какой-либо дополнительной защиты от воздействия внешней среды. Бетон, сам по себе достаточно прочный и стойкий к агрессивному воздействию материал, хорошо защищает расположенную в нем арматуру. Однако одной из наиболее распространенных и опасных причин разрушения железобетонных конструкций является именно коррозия арматуры, что в свою очередь считается одним из определяющих факторов, влияющих на техническое состояние изделий, а, следовательно, на их надежность, долговечность, безопасность и живучесть [1–20].
Процесс развития коррозии железобетонных конструкций может проходить по двум основным схемам [1]. Согласно первой схеме сначала происходит разрушение бетона в защитном слое, вследствие его недостаточной стойкости или в результате техногенных и запроектных воздействиях, а затем начинается коррозия самой арматуры [2, 3]. Развитие коррозионных процессов по второй схеме начинается, наоборот, с арматуры, а бетон разрушается под давлением ржавчины, образующейся на ее поверхности. Как правило, разрушение по второй схеме происходит под воздействием влажного воздуха или периодического увлажнения. Значительное циклическое воздействие суточного и сезонного изменения температуры может привести к появлению излишней влаги, которая является катализатором для всех агрессивных компонентов. Проникая сквозь поры бетона, влага может стать причиной достаточно серьезных повреждений. В зимний период объем воды при переходе в лед увеличивается, а если к этому фактору добавить разницу в коэффициентах линейного расширения компонентов бетона, то это создаст предпосылки для возникновения внутренних напряжений в бетоне, что в конечном итоге приведет к образованию трещин и, как следствие, к разрушению железобетонного изделия.
К внешним признакам коррозии арматуры в бетоне следует относить [4]: пятна ржавчины на поверхности бетона вдоль расположения стержней; трещины, ориентированные по направлению арматурных стержней; отслоение защитного слоя бетона с оголением арматуры; наличие ржавчины на поверхности арматуры. Состояние самой арматуры можно оценить по таким внешним признакам, как глубина коррозионного поражения; площадь коррозионных повреждений; характер коррозионных повреждений; толщина и плотность продуктов коррозии.
Рассмотрим проведение экспертизы промышленной безопасности на примере здания цеха ВЖС Шебекинского химического завода (рис. 1). Комплексное обследование включало определение технического состояния здания, исследование состояния конструкций, их элементов с целью выявления дефектов и разработки рекомендаций по проведению ремонта здания, обеспечению ее надежной и долговечной эксплуатации. Для оценки технического состояния конструкций здания был выполнен анализ конструктивного решения, установлены действующие на конструкции нагрузки, воздействия и условия эксплуатации, качество конструкций, материалов и соединений. При этом учтены характер, величина и опасность дефектов и повреждений, возможность их дальнейшего развития, фактическая несущая способность и надежность конструктивных элементов, их прогнозируемая долговечность, степень ответственности, физический и моральный износ и другие факторы. Основанием для проведения обследования послужило истечение сроков эксплуатации строительных конструкций.
Рис. 1. Здание цеха ВЖС Шебекинского химического завода
Методика проведения обследования. Следует понимать, что выбор методов реконструкции и восстановления эксплуатационных качеств поврежденных частей зданий зависит, прежде всего, от надлежащей оценки их технического состояния, которая базируется на основе научной диагностики. С помощью диагностики изучаются и устанавливаются признаки и причины повреждений, а также разрабатываются способы и средства для их анализа и оценок. При этом опираются на параметры технического состояния с их нормативными значениями и допустимыми отклонениями.
При данной диагностике повреждений устанавливалась, с одной стороны вся специфичность материалов, изготовления, монтажа и работы конструкций, а с другой ‒ особенности внешних и технологических воздействий на них с целью выявления действительных условий их работы, факторов, определяющих разрушения.
Для оценки износа и коррозии строительных конструкций были использованы: методика визуального определения износа здания по внешним признакам; методика инструментальной оценки состояния конструкций и здания с помощью диагностических приборов; методика инженерного анализа диагностических данных с целью составления заключения о техническом состоянии зданий и мероприятий по их содержанию, восстановлению, усилению и ремонту.
В состав работ по обследованию вошло освидетельствование конструкций в натуре (путем осмотра, обмеров и специальных инструментальных и методов); определение свойств материалов конструкций и качества соединений; уточнение фактических нагрузок, воздействий и условий эксплуатации с оформлением обмерных чертежей, и схем, ведомостей дефектов и других необходимых материалов.
В состав работ по оценке технического состояния конструкций вошли поверочные расчеты с учетом выявленных при обследовании дефектов и повреждений, фактических свойств материалов, прогнозируемых нагрузок, воздействий и условий эксплуатации.
Оценка технического состояния конструкций включала изыскания и использование резервов несущей способности строительных конструкций на основе теоретических и экспериментальных исследований, их действительной работы и уточнения расчетных схем, нагрузок и прочностных характеристик материалов.
Основная часть. Обследование показало, что в процессе эксплуатации здание цеха не отапливалось. Ограждающие конструкции испытывали значительное циклическое воздействие суточного и сезонного изменения температуры наружного воздуха. Наружные поверхности стен и в большей степени кровля, подвергались воздействию атмосферных осадков. В результате протечек в кровле конструкции здания и как следствие постоянного их увлажнения, произошло развитие коррозионных процессов. Воздействие отрицательных температур повлекло за собой выветривание материала наружных стен с последующим их разрушением и ослаблением лакокрасочного покрытия в наружных конструкциях. Кроме того, по данным обследования строительные конструкции подвергались воздействию твердой среды в виде пыли, загрязняющей атмосферу (взвешенные вещества) и осаждающейся на наружных поверхностях конструкций, покрытий пола (рис. 2).
|
|
|
Рис. 2. Общее состояние конструкций покрытия 4 этаж
При обследовании плит перекрытия были выявлены участки замачивания конструкций с повреждением защитного слоя бетона. Ширина раскрытия продольных трещин в растянутой зоне, вызванных коррозией арматуры, составляла 1 мм. При этом коррозия арматуры доходила до 10 % от площади стержней. Бетон в растянутой зоне на глубине защитного слоя между стержнями арматуры легко крошился. Прогибы составляли белее 1/300 длины пролета (рис. 3).
Обследование балок перекрытия выявило сколы бетона, повреждение его защитного слоя, трещины и следы коррозии арматуры в растянутой зоне, прогибы более 1/300 пролета (рис. 4).
|
|
|
|
Рис. 3. Следы коррозии плит перекрытия |
Рис. 4. Следы коррозии балок перекрытия |
В рамках обследования конструкций здания был произведен расчет ребристой плиты покрытия, который показал, что существующая продольная рабочая арматура в продольных ребрах 4Ø20А300 имеет площадь поперечного сечения 12,57 см2, прочность продольных ребер обеспечена, но с учетом многочисленных повреждений плит перекрытия (около 20 %) существующая площадь поперечного сечения равна 12,57×0,8=10,05 см2. Соответственно запасов по прочности в продольных ребрах нет, они находятся на пределе исчерпания несущей способности. Плиты покрытия с повреждениями (выщелачиванием бетона, отслоением защитного слоя бетона, повреждениями продольных и поперечных ребер, коррозией арматуры и др.) подлежат усилению или демонтажу с устройством новых монолитных железобетонных участков.
Выводы. На основании проведенных расчетов [20] следует, что плиты перекрытия подлежат усилению или демонтажу с устройством новых монолитных железобетонных участков. Так же из расчетов следует, что при расположении дополнительной нагрузки на перекрытие из расчета 833 кг/м2 железобетонные тавровые ригеля и колонны не будут обладать достаточной несущей способностью и жесткостью. Необходимо произвести усиление данных конструкций по специально разработанному проекту, с учетом имеющихся уже дефектов и повреждений.
Максимально допустимая нагрузка на покрытие может составлять не более 300 кг/м2, при условии усиления и восстановления всех поврежденных строительных конструкций здания.
Целесообразнее произвести демонтаж существующего перекрытия и устройство металлической балочной клетки по специально разработанному рабочему проекту.
