Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
Белгородская область, Россия
ГРНТИ 67.11 Строительные конструкции
ББК 385 Строительные конструкции
Одной из наиболее распространенных и опасных причин разрушения железобетонных конструкций является коррозия арматуры, что в свою очередь считается одним из определяющих факторов, влияющих на техническое состояние изделий, а, следовательно, на их надежность, долговечность и безопасность. В статье авторы рассматривают проблемы коррозии арматуры, выявленные при проведении экспертизы промышленной безопасности на примере здания цеха ВЖС Шебекинского химического завода. Основанием для проведения обследования послужило истечение сроков эксплуатации строительных конструкций. 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 опас-ность 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.
техническое состояние, оценка надежности, коррозия арматуры
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.
1. Алексеев С.Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне. 2-е изд. перераб. и допол. М.: Стройиздат, 1968. 231 с.
2. Колчунов В.И., Губанова М.С. Напряженно-деформированное состояние нагруженного и коррозионно-поврежденного железобетона в зоне наклонных трещин // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. 2016. № 2(42). С. 11-22.
3. Клюева Н.В., Колчунов В.И., Губанова М.С. Критерий прочности нагруженного и коррозионно поврежденного бетона при плоском напряженном состоянии // Жилищное строительство. 2016. № 5. С. 22-27.
4. Кириллов В.С. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах. М.: Наука, 1971. 196 с.
5. Травуш В.И., Колчунов В.И., Клюева Н.В. Некоторые направления развития теории живучести конструктивных систем зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 3. С. 4-11.
6. Колчунов В.И., Клюева Н.В., Андросова Н.Б., Бухтиярова А.С. Живучесть зданий и сооружений при запроектных воздействиях: монография. М.: изд-во АСВ, 2014. 209 с.
7. Колчунов В.И., Федорова Н.В. некоторые проблемы живучести железобетонных конструктивных систем при аварийных воз-действиях // Вестник НИЦ Строительство. 2018. № 1 (16). С. 115-119.
8. Мирсаяпов И.Т., Тамразян А.Г. К разработке научных основ теории выносливости железобетонных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2017. № 1. С. 50-56.
9. Мирсаяпов И.Т., Тамразян А.Г. К расчету железобетонных конструкций на выносливость // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 11. С. 19-23.
10. Алферов Д.Л. Причины аварий зданий и сооружений // ТехНадзор. 2013. № 6 (79). С. 78-81.
11. ГОСТ Р 53006-2008 Оценка ре-сурса потенциально опасных объектов на основе экспресс-методов. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2009.
12. ГОСТ Р 53778-2010 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. М.: Стандартинформ, 2010.
13. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций зданий и сооружений по внешним признакам. М.: ЦНИИПромзданий, 2001.
14. Чернышева Е.В., Серых И.Р., Статинов В.В., Чернышева А.С. Актуальные проблемы промышленной безопасности // Zbornik radova: visoka tehnička škola strukovnih studija. Niš. Serbia. 2016. December. Pp. 164-165.
15. Дегтярь А.Н., Серых И.Р., Пан-ченко Л.А., Чернышева Е.В. Остаточный ресурс конструкций зданий и сооружений // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2017. № 10. С. 94-97.
16. Дегтярь А.Н., Серых И.Р., Чер-нышева Е.В., Панченко Л.А. Экспертиза про-мышленной безопасности здания насосной нефтебазы Белгородской области с целью оценки ее остаточного ресурса // Безопасность в строительстве: матер. III Междунар. науч.-практ. конф., (Санкт-Петербург, 23-24 ноября 2017 г.), СПб.: изд-во СПбГАСУ, 2017. С. 41-45.
17. ГОСТ 31384-2008 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования. М.: Стандартинформ, 2010.
18. СП 13-102-2003 Правила об-следования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. М.: Госстрой Рос-сии, ГУП ЦПП, 2004.
19. СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции. М.: Госстрой СССР, 1989.
20. Отчет № 22-18 ЗИС от 15.04.2018 г. по результатам освидетельствования строительных конструкций здания цеха ВЖС, 2018. 70 с.
