4 У завдання детального обстеження входить визначення структурних і фізико-механічних ушкоджень матеріалу конструкцій, викликаних дією високих температур і різким охолодженням при гасінні пожежі. У процесі детального обстеження визначається температура нагріву поверхні конструкцій, а також оцінюється міцність бетону та арматури. Особливу увагу при обстеженні приділяють міцності матеріалів конструкцій. Міцність бетону визначається як неруйнівними методами (ультразвук, пластична деформація), так і з частковим руйнуванням тіла конструкції (відрив зі сколюванням, витяг кернів для лабораторних випробувань та ін.) Слід підкреслити, що найбільш достовірну інформацію про міцність бетону дає випробування кернів. Саме цей метод рекомендується використовувати при обстеженні відповідальних конструкцій. Показники міцності арматури встановлюють випробуванням зразків, вирізаних з конструкцій, що найбільшою мірою пошкоджених пожежею. Якщо відсутні експериментальні дані, то величину зниження міцності бетону та арматури визначають через понижуючі коефіцієнти, регламентовані нормами. Обстеження грунтів основи і фундаментів роблять при збільшенні існуючих навантажень на фундаменти або у зв'язку з нерівномірними деформаціями основи, які призвели до утворення тріщин у стінах експлуатованого будівлі. При цьому грунти досліджуються за допомогою розвідувальних свердловин і шурфів. Кількість розвідувальних свердловин встановлюється за результатами попереднього вивчення інженерно-геологічної документації, даних натурного обстеження конструкцій та конфігурації будівлі. У районах із складним інженерно-геологічними умовами, що характеризується наявністю просадних або набухають грунтів, можливістю зсувів, кількість розвідувальних свердловин збільшується, а інженерні вишукування проводяться силами спеціалізованих організацій. Додатково до свердловин обстеження грунтів основи проводиться за допомогою шурфів. Шурфи відкопує біля стін будівлі або окремо розташованих опор на 1,5 метра нижче за позначку підошви фундаменту. Кількість шурфів встановлюється в залежності від характеру пошкоджень будівлі, стану несучих стін і фундаментів. Якщо пошкодження не пов'язані зі збільшенням навантажень на основу і відсутні ознаки нерівномірне осідання фундаментів, кількість шурфів приймається не більше трьох на будівлю з застроечной площею до 1000 м 2. Кількість шурфів відповідно збільшується при складних гідрогеологічних умовах і просідаючих грунтах. Шурфи закладаються в місцях з найбільшою деформації стін і підвалів, на ділянках зі зруйнованою вимощенням, в зонах локальних підтоплень з водопровідно-каналізаційної мережі. З шурфів відбираються проби грунту для визначення фізико-механічних властивостей: вологості, щільності, кута внутрішнього тертя, питомого зчеплення і модуля деформацій. Кількість проб, необхідне для визначення нормативних та розрахункових характеристик, встановлюється в залежності від ступеня неоднорідності грунту і класу будинку. Результати інженерно-геологічних вишукувань подаються у формі звіту, де відображаються літологічний будова підстави, гідрогеологічна характеристика, результати визначення фізико-механічних властивостей грунту. До звіту додаються геологічні та гідрогеологічні карти, а також інженерно-геологічні розрізи товщі грунту (колонки свердловин). Обстеження фундаментів виробляється з тих же шурфів, з яких відбиралися проби грунту. При цьому встановлюється тип фундаменту, його конфігурація і вид застосовуваних матеріалів. Одночасно визначається глибина закладення фундаменту, а з допомогою свердління або підкопу з використанням Г-образного щупа - і ширина підошви. При обстеженні пальових фундаментів заміряється перетин паль і інтервал між ними (на 1 п.м. довжини фундаменту). Особливо ретельно оглядають вузли сполучень фундаментів з іншими конструкціями: паль з ростверком, окремих фундаментів з фундаментними балками і колонами, стрічкових фундаментів зі стінами. При виявленні у конструкції фундаментів дефектів проводиться його додаткове обстеження фізичними або механічними методами. Для визначення класу бетону зазвичай використовуються методи пластичного деформування, а для виявлення прихованих дефектів - ультразвук. Після виконання робіт з обстеження фундаменту шурф пошарово засипається грунтом, утрамбовується, а потім відновлюється вимощення. Результати обстеження фундаментів завершуються складанням технічного висновку, де наводяться дані вивчення архівних матеріалів: конструктивні зміни будівлі в період експлуатації, дати екстремальних підтоплень грунтовими водами технологічними, що сталися деформації фундаментів, зміни технологічних (експлуатаційних) навантажень та ін Крім того, представляються ескізи конструкцій фундаментів з зазначенням основних розмірів і глибини залягання, а також результати дослідження міцності матеріалу фундаменту. 2. Пошкодження будівельних конструкцій Пошкодження будівельних конструкцій викликаються низкою причин, серед яких - технічні недоробки виготовлення, низька якість монтажу, невраховані проектом силові і температурні дії, порушення умов експлуатації (рис. 1). Пошкодження класифікуються по виду та значущості (рис. 2). До найбільш характерних пошкоджень, що утворюються при експлуатації будівель, зазвичай ставляться зволоження, корозія матеріалу і тріщини в конструкціях, а також пошкодження, спричинені високою температурою і різким охолодженням конструкцій при пожежах. Зволоження конструкцій Підвищений вміст вологи характерне для багатьох конструкцій, що контактують з водою в процесі виготовлення і експлуатації, при цьому розрізняється п'ять видів зволоження: при виготовлення конструкцій (будівельна волога); атмосферними опадами; витоками з водопровідно-каналізаційної мережі; конденсатом водяної пари повітря; капілярним і електроосмотичного підсмоктуванням грунтової води.
Практика показує, що підвищений вміст вологи негативно позначається на експлуатаційних показниках несучих і огороджувальних конструкцій. Зі збільшенням вологості зростає коефіцієнт теплопровідності матеріалу, погіршуються його теплотехнічні властивості. Крім того, при зміні вологості змінюється обсяг матеріалу, а при багаторазовому зволоженні розхитується його структура і знижується довговічність. Несприятливо позначається перезволоження і на стані повітряного середовища приміщень, погіршуючи її з гігієнічної точки зору. Зміст будівельної вологи в конструкціях обумовлено специфікою їх виготовлення і в початковий період не перевищує таких величин: для бетонних і залізобетонних конструкцій - 6 ... 9%, для кам'яних і армокам'яних конструкцій - 8 ... 12%. Надалі при несприятливих умовах експлуатації вологість матеріалу конструкції може істотно збільшуватися. Зволоження атмосферними опадами відбувається при пошкодженнях покрівлі, незадовільному стані водовідвідного устаткування будівлі (водостічних труб, жолобів, водозливних), коротких карнизах і носить переважно сезонний характер. Для захисту стін від зволоження атмосферними опадами проводяться конструктивні заходи, спрямовані на подовження коротких карнизів, ремонт та відновлення жолобів, водостічних труб і водозливів. Крім того, поверхня стін обштукатурюється або облицьовується водостійкими матеріалами. Застосовується також фарбування стін емалевими і лакофарбовими складами. Зволоження витоками з водопровідно-каналізаційної мережі зазвичай зустрічаються в будинках з зношеним санітарно-технічним обладнанням при порушенні термінів проведення планово-попереджувальних ремонтів (ППР). Витоку призводять до перезволоження і швидкого руйнування кладки стін, особливо із силікатної цегли. Місця зволоження витоками легко виявляються при обстеженні стін по характерних плям. Зволоження витоками усувається шляхом ремонту санітарно-технічного обладнання з подальшим просушуванням конструкцій теплим повітрям. Зволоження огороджувальних конструкцій конденсатом водяної пари повітря відбувається при температурі точки роси, коли вологість повітря біля поверхні конструкції або в порах її матеріалу виявляється вище максимальної пружності пари при даній температурі і надлишок вологи переходить в рідку фазу. Механізм утворення конденсату усередині конструкції конструкції досить складний і залежить від багатьох параметрів: різниці парціального тиску парів повітря біля протилежних поверхонь конструкцій, відносної вологості і температури повітря всередині і зовні приміщення, а також щільності матеріалу. Ступінь насичення повітря парами води виражається через відносну вологість повітря φ,%, визначається за формулою: де E - максимальна пружність водяної пари при даній температурі; e - дійсна пружність водяної пари. Для середньої смуги Росії при різниці температури внутрішнього і зовнішнього повітря в січні місяці 40 0 С , . Значення відносної вологості повітря і максимальної пружності парів води становить відповідно: , , Дійсна пружність парів води становить: ; . Парціальний тиск пари на внутрішню поверхню огороджувальної конструкції (стіни): Істотна величина парціального тиску дозволяє повітряному потоку досить вільно проникати крізь товщу зовнішньої стіни. Помічено, що чим нижче теплоізоляція зовнішньої стіни і більше відносна вологість повітря в приміщенні за цією стіною, тим більша небезпека її перезволоження водяними парами з приміщення. Якщо ж зовнішня поверхня стіни покрито щільним паронепроникним матеріалом, то проникає через стіну водяна пара має можливість конденсувати всередині стіни, переувлажнен її та збільшуючи теплопровідність. Конденсаційне зволоження запобігається шляхом раціонального конструювання стін, заснованого на виконанні вимог норм та розрахунку температурно-вологісного режиму. Так, наприклад, в будівлях, що експлуатуються в умовах помірно-вологого і сухого клімату, опір зовнішніх стін зменшується від внутрішньої поверхні до зовнішньої, при цьому пароізоляція розташовується на внутрішній поверхні стіни. Особливо це важливо при захисті від перезволоження зовнішніх стін вологих і мокрих приміщень (лазень, саун, пралень та ін.) При виборі зовнішньої обробки стін слід пам'ятати, що небезпечні як її паронепроникність, так і надмірна пористість. Якщо в першому випадку можливе перезволоження стіни конденсатом, то в другому - атмосферної вологою. Зволоження капілярним і електроосмотичного підсмоктуванням грунтової вологи характерне для стін, у яких відсутній горизонтальна гідроізоляція або коли гідроізоляція розташована нижче вимощення. Механізм капілярного зволоження заснований на дії сил тяжіння між молекулами твердого тіла і рідини (явище змочування). При відсутності в матеріалі стіни гідрофобних (водовідштовхувальних) речовин вода змочує стінки капілярів і піднімається по них. Висоту підняття води в капілярі h можна визначити за відомою формулою Д. Жюрена: , де - Радіус капіляра, см; і - Відповідно щільність води і повітря, ; - Прискорення вільного падіння, ; - Поверхневий натяг води, . У капілярно-пористих матеріалах, таких як щільний бетон, цементно-піщаний розчин або цегла, радіус капілярів знаходиться в межах: . Поверхневий натяг води при температурі складає . Якщо знехтувати щільністю повітря, то максимальна висота підйому води в капілярі за рахунок сил змочування складе приблизно 1,5 м. При обстеженні будівель підйом грунтової вологи у стінах спостерігався на висоту до 5м, що істотно перевищує висоту капілярного підсосу. Мабуть, вирішальну роль у цьому відіграє дію електроосмотичного сил. Під електроосмос розуміється спрямований рух рідини, від анода до катода, через капіляри або пористі діафрагми при накладенні електричного поля. Слід зазначити, що слабкі електричні поля завжди присутні в стінах, які відчувають перепади температури по довжині або на протилежних поверхнях (термоелектричний ефект Зеєбека). При цьому позитивні заряди (аноди) групуються головним чином у підстави стіни в зоні контакту з грунтом, а негативні (катоди) - вгорі. Розглядаючи стіни з капілярно-пористого матеріалу як своєрідну діафрагму, слід вважати, що грунтова вода за рахунок електроосмотичного сил піднімається вгору по стіні в бік катода. Так як потенціал електричного поля стіни змінюється під впливом зовнішніх факторів (перепаду температури, інтенсивної сонячної інсоляції, вологості повітря), то й величина електроосмотичного зволоження - змінна. Викладені теоретичні передумови дають підставу до застосування електроосмосу для регулювання вологості і осушення стін. Електроосмотичного осушення стін проводиться трьома способами: а) коротким (за допомогою сталевих смуг) замиканням протилежних полюсів електричного поля стіни, включаючи фундамент (пасивне осушення). Для цього сталеві смуги на зовнішній поверхні стіни розташовуються з кроком 0,3-0,5 м. Довжина смуг приймається не менше висоти зволоження стіни; б) накладеним струмом з напругою 40-60В і силою струму 3-5А. При цьому електричний струм подається від генератора постійного струму. Позитивний полюс генератора підключається до сталевої смузі, розташованій у верхній частині стіни, а негативний - до смуги, закріпленої на фундаменті. Тривалість сушіння накладеним струмом звичайно не перевищує двох-трьох тижнів [2]. В) гальванічними елементами (мідно-цинковими, вугільно-цинковими та ін.) Активний елемент (протектор) встановлюється в грунті на рівні підошви фундаменту, а пасивний - на внутрішній поверхні осушуваної стіни. Відстань між електродами гальванічних пар визначається розрахунковим шляхом на підставі даних про гальванічної активності елементів, пористості стіни, радіусі капілярів, коефіцієнті електроосмосу і питомої електропровідності води. Розрахункові формули наводяться в [8,1]. Електроосмотичного осушення стін гальванічними елементами поки не знайшло широкого застосування і знаходиться в стадії подальшої розробки та вдосконалення. При реконструкції будинків, розрахованих на тривалу експлуатацію (50 і більше років), радикальними методами захисту стін від зволоження грунтовими водами вважаються водовідведення, а також відновлення або влаштування нової гідроізоляції стін. Одним з ефективних способів відведення грунтових вод від стін підвальних приміщень і заглиблених споруд є дренаж. При проектуванні дренажу необхідно враховувати, що водозниження, особливо в глинистих і пилуватих піщаних грунтах, тягне за собою ущільнення і осідання осушуваної товщі грунту, що може призвести до значних деформацій фундаментів. Додаткова осаду будівель на осушуваної території визначається з розрахунку, що кожний метр пониження рівня підземних вод відповідає збільшенню навантаження на грунт 9,8 кН / м. Для захисту підземних споруд від грунтових вод у комбінації з дренажем ефективно пристрій протифільтраційних завіс, виконуваних набиванням глини або нагнітанням бітуму. До найбільш складним і трудомістким процесам або в ремонтних роботах відносяться відновлення або влаштування нової гідроізоляції стін будівлі. Значення гідроізоляції важко переоцінити, оскільки вона є єдиним надійним способом захисту стін від впливу і проникнення капілярної грунтової вологи, безнапірних і напірних грунтових вод. При цьому горизонтальна гідроізоляція перешкоджає капілярному і електроосмотичного підсосу вологи вгору по стіні, а вертикальна - поверхневому зволоженню і проникненню вологи в підвальні приміщення. Проведення ремонтно-відновлювальних робіт з гідроізоляції будівлі передує ретельне обстеження його підземної частини, особливо стін підвальних приміщень, виконаних з бетонних блоків, бутовий або цегляної кладки і мають велику кількість швів. Обстеження проводиться при тимчасовому зниженні рівня грунтових вод шляхом їх відкачування з шурфів або голкофільтрами. Для запобігання вимивання грунту з підошви фундаментів шурфи і іглофільтри розміщуються поза підвальних приміщень. Виявлені ділянки ушкоджень гідроізоляції видаляються вручну за допомогою металевих щіток і скребків або з використанням механічних способів. При незначних пошкодженнях гідроізоляція ремонтується із застосуванням, по можливості, тих же гідроізоляційних матеріалів. Якщо пошкодження перевищують 40%, то доцільна заміна гідроізоляції на більш ефективну. При виборі типу гідроізоляції враховуються гідрогеологічні умови експлуатації будівлі, категорія сухості приміщень і тріщиностійкість огороджувальної конструкції. Ремонт і відновлення горизонтальної гідроізоляції стін може здійснюватися двома методами: ванням в кладку стін гідрофобних речовин, що перешкоджають капілярного підсосу вологи, і закладкою нового гідроізоляційного шару з рулонних матеріалів. Ін'єкція проводиться розчинами кремнійорганічних сполук ГКЖ-10 і ГКЖ-11 через отвори в стінах, що розташовуються в один або два ряди. Відстань між рядами приймається 25см, а між отворами в ряду - 35 ... 40см. Отвори діаметром 30 ... 40мм свердляться на глибину, приблизно рівну 0,9 товщини стіни. Подача розчину проводиться одночасно через 10-12 ін'єкторів (сталеві трубки діаметром 25мм), вставлених в отвори в стіні, і зачеканенних клоччям. Кількість розчину , Необхідне для гідроізоляції 1 п.м. стіни, визначається за формулою [9]: , де - Товщина стіни, м; - Висота оброблюваної зони, м (≈ 0,6 м); - Пористість матеріалу стіни,% (≈ 20%). Гідроізоляцію нежитлових приміщень можна проводити за допомогою електросілікатізаціі за методом проф. Л.А. Цебертовіча. У цьому випадку через ін'єктори подаються послідовно розчини рідкого скла і хлористого кальцію. У результаті хімічної взаємодії утворюється гель кремнієвої кислоти, що заповнюється пори в матеріалі кладки і що перешкоджає капілярного підсосу вологи. Обробка цегляної кладки стін здійснюється в полі постійного струму з градієнтом потенціалу 0,7-1В / см [9]. Відновлення горизонтальної гідроізоляції стін рулонними матеріалами (руберойдом, гідроізол-пергаміном та ін) проводиться ділянками довжиною 1-1,5 м. Для цього за допомогою відбійного молотка або інших механізмів пробиваються наскрізні отвори в стіні на висоту двох рядів кладки, в які укладаються два шари рулонного матеріалу на бітумній мастиці. Потім отвору закладаються цеглою на звичайному цементно-піщаному розчині М75-100. Для включення в роботу відновленого ділянки стіни зазор між новою і старою кладкою ретельно зачеканівается розчином, приготованому на цементі, що розширюється. Горизонтальна гідроізоляція рулонними матеріалами влаштовується приблизно на 30 см вище планувальної позначки (вимощення будинку) і на відстані не менше 5 см від нижньої площини перекриття підпілля. У будинках з підлогами по грунту, розташованими у рівні вимощення, горизонтальну гідроізоляцію стін доцільно відновлювати методом ін'єктування гідрофобних складів, розміщуючи ін'єктори на 5 см вище рівня вимощення. Корозія залізобетонних конструкцій Залізобетонні конструкції постійно піддаються впливу зовнішнього середовища, в результаті якого виникає корозія матеріалу. За характером впливів розрізняють хімічну, електрохімічну і механічну корозію. Слід зазначити, що межа між хімічною та електрохімічної корозією часто буває умовною і залежить від багатьох параметрів навколишнього середовища. При хімічній корозії відбувається безпосереднє хімічну взаємодію між матеріалами конструкції і агресивним середовищем, що не супроводжується виникненням електричного струму. Хімічна корозія може бути газової і рідкої, однак в обох випадках відсутні електроліти. При електрохімічної корозії корозійні процеси протікають у водних розчинах електролітів, у вологих газах, в розплавлених солях і лугах. Характерним є виникнення електричних струмів як результату корозійного процесу, при цьому в арматурі та закладних деталях одночасно протікають окисний і відбудовний процеси. Механічна корозія (деструкція) має місце в матеріалах неорганічного походження (цементний камінь, розчинна складова бетону, заповнювач) і викликається напругами всередині матеріалу, що досягають межі його міцності на розтяг. Внутрішні напруження в пористій структурі матеріалу виникають внаслідок різних причин, серед яких кристалізація солей, відкладення продуктів корозії, тиск льоду при замерзанні води в порах і капілярах. У композиційних матеріалах, характерним представником яких є бетон, внутрішні напруження в зоні контакту заповнювач - цементний камінь виникає при різких змінах температур в результаті різних коефіцієнтів лінійно-температурного розширення. З-за обмеженого обсягу навчального посібника питання корозії бетону і арматури в залізобетонних конструкціях розглядається в тезисної формі. Для більш поглибленого вивчення даного питання слід використовувати спеціальну літературу [10]. Корозія бетону Бетон, як штучний конгломерат, за складом вихідних матеріалів досить довговічний і не потребує спеціального догляду, якщо експлуатується в нормальних температурно-вологісних умовах і відсутності агресивного середовища. У таких умовах працює відносно невеликий клас конструкцій, розташованих усередині житлових і громадських будівель або ж у спорудах, що експлуатуються в теплих і сухих кліматичних районах. Розрізняються три види фізико-хімічної корозії. Корозія I виду. Зовнішнім її ознакою є наліт на поверхні бетону в місці випаровування або фільтрації вільної води. Корозія викликається фільтрацією м'якої води крізь товщину бетону і вимиванням з нього гідрату окису кальцію: Ca (OH) 2 (гашене вапно) і CaO (негашене вапно). У зв'язку з цим відбувається руйнування й інших компонентів цементного каменю: гідросилікатів, гидроалюмінатом, гідроферритами, так як їх стабільне існування можливе лише в розчинах Ca (OH) 2 певної концентрації. Описаний процес називається вилуговуванням цементного каменю. За результатами досліджень [2] вилуговування з бетону 16% вапна призводить до зниження його міцності приблизно на 20%, при 30%-ном вилуговуванні міцність знижується вже на 50%. Повне вичерпання міцності бетону настає при 40-50%-ної втрати вапна. Слід враховувати, що якщо приплив м'якої води незначний і вона випаровується на поверхні бетону, то гідрат окису кальцію не вимивається, а залишається в бетоні, ущільнює його, тим самим припиняючи його подальшу фільтрацію. Цей процес називається самозалічування бетону. Корозії I виду особливо піддані бетони на портландцементі. Стійкими виявляються бетони на пуцолановому портландцементі і шлакопортландцементі з гідравлічними добавками. Корозії II виду. Характерним для корозії II виду є хімічне руйнування компонентів бетону (цементного каменю і заповнювачів) під впливом кислот і лугів. Кислотна корозія цементного каменю обумовлена хімічним взаємодією гідрату окису кальцію з кислотами: а) соляної: Ca (OH) 2 +2 HCl = CaCl 2 + H 2 O; б) сірчаної: Ca (OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + H 2 O; в) азотної: Ca (OH) 2 + H 2 NO 3 = Ca (NO) 3 + H 2 O, в результаті чого Ca (OH) 2 руйнується. При фільтрації кислотних розчинів через товщу бетону продукти руйнування вимиваються, його структура робиться пористої, і конструкція втрачає несучу здатність. Таким чином, швидкість корозії зростає із збільшенням концентрації кислоти і швидкості фільтрації. Впливу вуглекислоти на бетон неоднозначно. При малій концентрації С O 2 вуглекислота, взаємодію з вапном, карбонізует її, тобто Ca (OH) 2 + H 2 O З 3 = Ca З O 3 +2 H 2 O Утворюється в результаті хімічної реакції карбонат кальцію Ca З O 3 є малорозчинних, тому концентрації його на поверхні оберігає бетон від руйнування в зоні контакти з водним середовищем, збільшує його фізичну довговічність. При високій концентрації С O 2 вуглекислота реагує з карбонатом, перетворюючи його в легкорозчинний бікарбонат Ca (H З O 3) 2, який при фільтрації агресивної води вимивається з бетону, істотно знижуючи його міцність. Таким чином, швидкість руйнування бетону, з одного боку, залежить від товщини карбонизовані шару, а з іншого - від припливу розчину вуглекислоти. У реальних конструкціях процес корозії бетону оцінюється за результатами аналізу продуктів фільтрації: якщо у фільтраті виявляється бікарбонат Ca (H З O 3) 2, то це свідчить про розвиток корозії. Безпечним для бетону вважається розчин вуглекислоти з вмістом З O 2 <15 мг / л і швидкістю фільтрації менше 0,1 м / с. Слід зазначити, що при концентрації розчинів кислот вище 0,0001 N, практично всі цементні бетони, за винятком кислототривких, швидко руйнуються. Однак при цьому більш стійкими виявляються бетони щільної структури на портландцементі. Стійкість бетонів в кислотному середовищі також залежить від виду заповнювачів. Менш схильні до руйнування заповнювачі силікатних порід (граніт, сієніт, базальт, піщаник, кварцит). Лужна корозія цементного каменя відбувається при високій концентрації лугів і позитивній температурі середовища. У цих умовах розчиняються складові цементного клінкеру (кремнезем і полуторні оксиди), що і викликає руйнування бетону. Більш стійкими до лужної корозії є бетони на портландцементі та заповнювачах карбонатних порід. До особливо агресивних середовищ, що викликає корозію II виду, слід віднести: а) вільні органічні кислоти (наприклад, оцтова, молочна), що розчиняють кальцій; б) сульфати, що сприяють утворенню сульфоалюміната кальцію або гіпсу; в) солі магнію, знижують міцність з'єднань, що містять вапно; г) солі амонію, руйнівно діють на композити, що містять вапно. Крім названих хімікатів шкідливими для бетону є рослинні і тваринні жири та олії, оскільки вони, перетворюючи вапно в м'які солі жирних кислот, руйнують цементний камінь. Корозія III виду. Ознакою кристалізаційної корозії III виду є руйнування структури бетону продуктами кристаллообразования солей, що накопичуються в порах і капілярах. Кристалізація солей може йти двома шляхами: а) хімічною взаємодією агресивного середовища з компонентами каменю; б) підсмоктуванням ззовні соляних розчинів. І в тому і в іншому випадках кристали солі випадають в осад, кальматірую (заповнюючи) порожнечі в бетоні. На початковому етапі це позитивний процес, що веде до ущільнення бетону та підвищення його міцності. Проте в подальшому продукти кристалізації настільки збільшуються в обсязі, що починають рвати структурні зв'язки, приводячи до інтенсивного утворення тріщин і численним локальним руйнуванням бетону. Визначальним чинником кристалізаційної корозії є наявність у водних розчинах сульфатів кальцію, магнію, натрію, здатних при взаємодії з трьохкальцієвим гидроалюмінатом цементу утворювати кристали. Отже, до більш стійким до корозії III виду слід відносити такі бетони, в яких використані цементи з низьким вмістом трьохкальцієвого алюмінату, а саме: у портландцементі - до 5%, в пуцолановому і шлакопортландцементі - до 7%. Фізико-механічна деструкція (руйнування) бетону при періодичному заморожуванні і відтаванні характерна для багатьох конструкцій, незахищених від атмосферних впливів (відкриті естакади, шляхопроводи, опори ЛЕП та ін.) Руйнуючих факторів при заморожуванні бетону у водонасиченому стані кілька: кристалізаційне тиск льоду; гідравлічний тиск води, що виникає в капілярах внаслідок віджимання її із зони замерзання; розходження в коефіцієнтах лінійного розширення льоду і скелета матеріалу тощо Поступове руйнування бетону при заморожуванні відбувається внаслідок накопичення дефектів, що утворюються під час окремих циклів. Швидкість руйнування залежить від ступеня водонасичення бетону, пористості цементного каменю, виду заповнювача. Більш морозостійкі бетони щільної структури з низьким коефіцієнтом водопоглинання. Вплив виробничих масел (нафтопродуктів) на міцність бетону неоднозначно. Руйнівно діють на бетон тільки ті нафтопродукти, які в значній кількості містять поверхнево-активні смоли [3]. До них відносяться всі мінеральні масла, дизельне паливо. У той же час бензин, гас, вазелінове масло практично не знижують міцності бетону, однак, як і інші нафтопродукти, зменшують зчеплення бетону з гладкою арматурою зменшується приблизно на 50%. Міцність промасленого бетону при вільній фільтрації мінерального масла можна визначити за формулою [3]: , де - Тривалість просочення маслом, м: - Початкова міцність бетону, МПа. Якщо час просочення більше 8 років, міцність бетону слід приймати на рівні 1 / 3 від початкової. При періодичному попаданні масел на конструкцію (1-2 рази на рік) міцність промасленого бетону слід підраховувати за формулою . Формула справедлива при дії олії протягом 25-30років. У більш пізні терміни міцність бетону слід приймати на рівні 1 / 3 від початкової. Методи захисту бетону експлуатованих конструкцій при фізико-хімічних і фізико-механічних агресивних діях Захист бетону експлуатованих конструкцій здійснюється різними способами залежно від характеру руйнівного впливу. Класифікація методів захисту наведена на малюнку 6. Підготовка бетонної поверхні до проведення ремонтно-відновлювальних робіт полягає в ретельному очищенню зруйнованих ділянок від сторонніх включень і нашарувань. Очищення може бути проведена вручну за допомогою зубила та металевої щітки, механічним способом із застосуванням обертових дротяних щіток або за допомогою піскоструминного апарату. Підготовлена поверхня грунтується спеціальними складами, що мають високі адгезійні властивості. Для цього часто використовується розчинна суміш з портландцементу і кварцової муки, замішана на воді з додаванням синтетичних смол. Свіжа грунтовка посипається сухим кварцовим піском крупністю 0,2-0,7 мм. В якості грунту можуть бути використані синтетичні смоли в «чистому вигляді». Накладення шпаклювальної маси необхідно проводити за несхватівшейся поверхні грунтовки. У шпаклівку бажано додати кварцовий пісок крупністю 0,1-0,4 мм. Якщо поверхня ремонтується ділянки досить велика (0,5 м і більше), то доцільно робити набризк цементного розчину і торкретування. Торкретування проводиться сумішшю розчину у співвідношенні цемент: пісок = 1:3. Суміш подається за допомогою цемент-гармати під тиском 5-6 атм. Розбризкують сопло розташовується на відстані 0,5-1 м від ремонтованої поверхні. Торкретування ведеться шарами, товщина кожного з яких не більше 4 см. Усі наступні шари можна наносити тільки після схоплювання попереднього. На відремонтовані ділянки і навколишні бетонні поверхні наноситься захисний шар покриття, вид якого обумовлений можливими агресивними діями. Ефективним захистом залізобетонних конструкцій від атмосферних опадів може служити їх гідрофобізація або флюатированием. У першому випадку бетон просочується на глибину 2-10мм гідрофобними (водовідштовхувальними) розчинами на основі кремнійорганічних полімерних матеріалів: ГКЖ-94, ГКЖ-10. Склади наносяться кистю або пульвелізатором на попередньо очищену суху поверхню конструкції. У другому випадку робиться обробка бетону 3-7%-ним розчином кремнійфторістоводородной кислоти. При цьому кремнійфторістомагній MgSiF 6, реагую з іонами кальцію, утворює на стінках пор і капілярів цементного каменю нерозчинний захисний шар з кристалів фтористого кальцію та кремнезему. Флюат наноситься на поверхню бетону в 3-4 шари. Інтервал між нанесенням шарів звичайно становить 4 години. Корозія арматури Арматура в бетоні грає виключно важливу роль, так як сприймає розтягуюче напруга від зовнішнього навантаження, забезпечуючи міцність конструкції, тому корозія арматури неприпустима. Розглянемо деякі хімічні процеси, що зумовлюють захисні і руйнівні фактори, що впливають на арматуру. Під впливом лужного середовища цементного бетону (pH = 12,5-12,6) сталева арматура пасивується, тобто захищається від окислення. Однак лужність захисного шару бетону в результаті дії води і що містяться в повітрі двоокису вуглецю CO 2 і сірки SO 2 поступово знижується, і, якщо вона виявляється нижче значень pH = 9,5, в арматурі починаються окислювальні процеси. Послідовність освіти агресивного середовища і депассівація арматури відбувається наступним чином: освіта та вплив вуглекислоти CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3, яка, реагую з окисом кальцію, міститься в бетоні, утворює карбонат кальцію і залишкову воду H 2 CO 3 CaO = CaCO 3 + H 2 O (Зазначена реакція протікає протягом декількох років, знижують величину pH в захисному шарі бетону на 2,5-4 од.); освіта та вплив сірчаної кислоти SO 2 + H 2 O = H 2 SO 4, яка, реагуючи з окисом кальцію, утворює гіпс і залишкову воду H 2 SO 4 + CaO = CaSO 4 + H 2 O, (В результаті цієї реакції величина pH додатково може знижуватися на 1-3ед., Досягаючи веліціни pH = 6 (7). Швидкість депассіваціі арматури залежить головним чином від товщини захисного шару бетону і ступеня агресивності середовища. Норми [4] регламентують ці величини також з урахуванням показника проникності бетону [4, табл. 1] і типу арматурної сталі [4, табл. 10]. Види корозії арматури Корозія арматури може бути викликана різними несприятливими факторами, що обумовлюють хімічне та електрохімічне вплив. До них відносяться розчини кислот, лугів, солей, вологі гази, природні і промислові води, а також блукаючі струми. У кислотах, що не володіють окисними властивостями (соляна кислота), сталева арматура сильно кородує в результаті утворення розчинних у воді і кислоті продуктів корозії, причому зі збільшенням концентрації соляної кислоти швидкість корозії зростає. У кислотах, що володіють окисними властивостями (азотна, сірчана тощо), при високих концентраціях швидкість корозії, навпаки, зменшується через пасивації поверхні арматури. Швидкість корозії арматури в лужних розчинах при pH> 10 різко знижується через утворення нерозчинних гідратів закису заліза. Розчини їдких лугів і карбонати лужних металів практично не руйнують арматуру, якщо їх концентрація не перевищує 40%. Сольова корозія арматури залежить від природи аніонів та катіонів, що містяться у водних розчинах солей. У присутності сульфатів, хлоридів і нітратів лужних металів, добре розчинних у воді, сольова корозія посилюється. І, навпаки, присутність карбонатів і фосфатів, що утворюють нерозчинні продукти корозії на анодних ділянках, сприяє загасанню корозії. На інтенсивність сольовий корозії арматури впливає кисень, який окисляє іони двовалентного заліза і знижує перенапруження водню на катодних ділянках. З підвищенням концентрації кисню швидкість корозії збільшується. Розглядаючи вплив газів, слід особливо відзначити агресивність окислів азоту NO, NO 2, N 2 O і хлору Cl, які в присутності вологи викликають сильну корозію арматури. Практика обстеження залізобетонних конструкцій, що стикаються з грунтом, вказує на приватні випадки руйнування арматури блукаючими струмами, які з'являються з-за витоку електроенергії з рейок електрифікованих залізниць, що працюють на постійному струмі, або інших джерел. У місці входу струму в конструкцію утворюється катодна зона, а в місці виходу - анодна, або зона корозії. Досліди показують, що блукаючі струми поширюються на десятки кілометрів в сторони від джерела, практично не втрачаючи сили струму, яка може досягати сотні ампер. Розрахунки з використанням закону Фарадея показують, що струм силою всього в 1-2А, стікаючи з конструкції, протягом року може відносити до 10кг заліза. Зазвичай швидкість руйнування арматури блукаючими струмами помітно перевищує швидкість руйнування від хімічної корозії. Небезпечною для конструкції вважається щільність струму При аналізі агресивних впливів на залізобетонні конструкції враховуються фактори, супутні корозії арматури, і, крім того, розробляються відповідні захисні заходи. Вимоги до армуванню конструкцій, що працюють в агресивному середовищі Відповідно до рекомендацій [4] не допускається використання в попередньо-напружених конструкціях, експлуатованих в сільноагрессівних газоподібних і рідких середовищах, стержневої арматури класу A - V і термічно зміцненої арматури усіх класів. Не можна також застосовувати дротяну арматуру клас B - II, Bp - II і стрижневу класів A - V, A т-IV в конструкціях з бетону на пористих заповнювачах, які експлуатуються в агресивному середовищі, якщо не передбачені спеціальні захисні покриття. Оцинкована арматура рекомендується до застосування тільки в тих випадках, коли неможливо забезпечити необхідну щільність бетону і товщину захисного шару. Відновлення експлуатаційних якостей конструкції з корродированою арматурою Освіта продуктів хімічної корозії на арматурі збільшує її обсяг, внаслідок чого бетон захисного шару механічно руйнується. Це виражається в появі волосяні тріщини по напрямку арматурного стрижня. З часом тріщини розкриваються, бетон захисного шару відшаровується, і корродированою арматура оголюється. Для відновлення експлуатаційних якостей необхідно за допомогою металевої щітки або піскоструминного апарату очистити арматуру від іржі і оцінити ступінь її корозії. Якщо корозією пошкоджено понад 50% площі перетину арматурного стрижня, то пошкоджену ділянку вирізається і проводиться його заміна на новий, рівноцінний за площею стрижень, що приварюється електродуговим зварюванням. При площі менше 50% пошкоджена ділянка не вирізається, а на нього наварюєш додатковий стрижень посилення, що компенсується зруйноване розтин. На всі оголені ділянки арматури наноситься захисне покриття з епоксидної смоли, що володіє хорошою адгезією до бетону і сталі. Доброю захистом арматури також є пошарове нанесення торкретбетону товщиною шарів 1-1,5 см, приготованого на суміші цемент: пісок = 1:2 (1:3) і наноситься на оброблювану поверхню з відстані 1-1,2 м. Характеристики бетонного покриття (щільність бетону, товщина захисного шару), незалежно від способу нанесення покриття, повинні відповідати показникам і вимогам, представленим у таблицях 3 і 4. Таблиця № 3. Вимоги до бетону конструкцій, що експлуатуються в агресивних середовищах Щільність бетону | Умовне позначення | Показники, що характеризують щільність бетону |
|
| марка бетону по водонепроникності | водопоглинання,%, за масою | водо-цементне відношення, не більше |
|