книги / Обследование и реконструкция железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений
..pdf4. Недостаточная связь между бетоном разновременного произ водства может привести к изолированной работе элементов конст рукции, разделенных по линии стыка нового и старого бетона.
5. Возможность потери сцепления рабочей арматуры с бето ном при бетонировании монолитных железобетонных конструкций на недостаточно жесткой и зыбкой опалубке. В этом случае стерж ни арматуры во время уплотнения жесткого бетона образуют в бе тоне гнезда, диаметр которых больше диаметра самих стержней (рис. 1.5). Потеря сцепления арматуры с бетоном приводит к сни-
Рнс. 1.5. Дефект бетонирования (нарушение сцеп ления арматуры с бетоном) при использовании зыбкой опалубки
жению несущей способности и жесткости конструкции под нагруз кой.
6. Влияние низкой температуры. При понижении температуры наружного воздуха ниже 0°С процесс твердения бетона, уложенно го в этот период, значительно снижается или вовсе прекращается. У бетона, подвергнутого замораживанию в раннем возрасте, сни жается способность к росту прочности даже в условиях наступле ния положительной температуры.
Пониженная прочность монолитного бетона может служить причиной повреждений и даже'обрушений конструкций. В случае применения при зимнем бетонировании противоморозных добавок и добавок ускорителей твердения следует иметь в виду, что введе ние добавок, содержащих хлористые соли, приводит к коррозии ар матуры, а применение различных химических добавок в бетой не допускается в тех сооружениях, где возможно воздействие блуж дающих токов.
7. Влияние высокой температуры для монолитного железобето на проявляется в виде усадочных трещин, вызываемых слишком быстрым высыханием верхней поверхности бетона, а также воз можным. прекращением процесса схватывания цемента и тверде ния бетона.
21
3. Каменные конструкции
При возведении каменных конструкций в условиях строитель ной площадки могут иметь место отклонения в технологии и в пра вилах производства каменных работ, оказывающие негативное влияние на работу кладки под нагрузкой.
Отметим наиболее часто встречающиеся нарушения технологии возведения каменных конструкций:
1 . Н и з к о е к а ч е с т в о р а б о т :
отклонение от горизонтали и вертикали поверхностей, рядов кладки и углов элементов из-за слабого геодезического контроля; при допустимом отклонении по вертикали на один этаж 10 мм и не более 30 мм на все здание отмечаются отклонения в гораздо больших размерах; отклонение стен от вертикали приводит к об разованию эксцентриситета продольных усилий при снижении их несущей способности;
толщина горизонтальных и вертикальных швов в кладке превы шает допустимую толщину в 10— 12 мм; швы заполняются раство ром не полностью, что приводит в дальнейшем к перенапряжениям в конструкции, образованию трещин и возможному разрушению;
нарушение проектных требований перевязки швов и кладки как иа отдельных участках стен, так и в местах примыканий несущих пилястр к стенам или несущих поперечных стен к продольным сте нам приводит к образованию вертикальных трещин и отделению одного участка кладки от другого;
кладка столбов и узких простенков стен выполняется часто по многорядной системе перевязки в 5—6 рядов вместо требуемой трехрядной или цепной системы перевязки;
применение кирпича — половняка и кирпичного боя в несущих ответственных конструкциях, хотя это допускается только в клад ке забутовки и для малонагруженных элементов;
плохое сцепление кирпича с раствором, которое возникает по разным причинам, чаще всего в зимнее врехмя это укладка обледе невшего кирпича на неочищенную от снега поверхность; в жаркую летнюю погоду, наоборот, укладка в'дело чрезмерно сухого кирпи ча, который быстро забирает влагу из раствора и обезвоживает его. Обезвоженный раствор, .особенно цементный, практически нс имеет сцепления с кладкой и легко отделяется от кирпича, чторез ко снижает несущую способность конструкции.
2. О т к л о н е н и я от п р о е к т н ы х т р е б о в а н и й : применение кирпича и раствора меньшей марки и других видов
'(например, силикатного кирпича вместо глиняного) по сравнению с предусмотренными в проекте. Это происходит при отсутствии посто янного контроля за прочностью кирпича и раствора со стороны строительных лабораторий и может привести к существенному сни жению несущей способности стен, простенков, столбов. Возможное снижение несущей способности при снижении прочности кирпича и раствора показано на рис. 1.6, а\
нарушение требований проекта при возведении армокаменных
22
а
юо%
■6
100%
Рис. 1.6. Диаграмма снижения несущей способности кирпичной кладки: а —при снижении марок кирпича и раствора; б — при нарушении правил армирования; 1 — при проектных марках кирпича и раствора; 2 — при снижении марки кирпича на одну марку; 3 — при снижении прочности кирпича на од ну марку» а раствора — на две марки; 4 — при снижении прочности кирпича и раствора на две марки; 5 — при проектном армирова нии; 6 — при пропуске одной сетки; 7 — при
пропуске двух сеток
конструкций с поперечным сетчатым армированием: чаще всего сводится к увеличению шага сеток по высоте стен и столбов сверх до пустимого, равного 40 см. На диаграмме (рис. 1.6, б) приведено снижение несущей способности кирпичной кладки при дефектах армирования;
анкерные металлические связи в углах здания или в местах примыкания внутренних стен к наружным либо вообще не уста навливаются, либо не заделываются на требуемую длину 1 м, счи тая от внутреннего угла; отсутствие связей или малая их анкеров ка приводят к образованию вертикальных трещин, отделяющих бо лее нагруженные стены от менее нагруженных;
23
отсутствие опорных железобетонных подушек в местах переда чи на кладку больших сосредоточенных нагрузок (под опорами стропильных балок и прогонов, под ребрами плит покрытия и др.) или установка опорных подушек, не содержащих арматуры, с воз можным их раздавливанием и последующим разрушением распо ложенной под ней кирпичной кладки (см. рис. 1.4);
загружение каменных конструкций постоянной нагрузкой до достижения кладкой необходимой прочности; возможность или не возможность загружения кладки до набора раствором проектной прочности, особенно при внецентренном сжатии, должно быть ого ворено в проекте и строго соблюдаться при производстве работ, так как при недостаточной прочности кладки возможно ее разру
шение. |
Н а р у ш е н и е п р а в и л |
п р о и з в о д с т в а |
р а б о т в |
3. |
|||
з и м н и х у с л о в и я х : |
|
|
применение раствора для зимней кладки методом заморажива ния без подогрева и без химических добавок, снижающих темпера туру замерзания раствора, что не позволяет раствору набрать до замерзания даже минимальную, прочность, в связи с чем в период первого оттаивания в конструкциях возникает неравномерная осад ка при резком снижении прочности кладки;
использование раствора, доставленного в самосвалах, после длительного открытого хранения раствора на строительном объек те, после разбавдения частично смерзшегося раствора дополни тельным количеством воды для придания ему пластичности;
невыполнение мероприятий по обеспечению устойчивости и уси лению несущих конструкций в период первого оттаивания во избе жание перегрузок, а также мероприятий по предупреждению пос ледствий перераспределения нагрузок на конструкции и связанно го с этим возможного появления деформаций в здании при нерав номерном оттаивании различных конструктивных элементов.
1.4. ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА РАБОТУ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИИ
1. Влияние нефтепродуктов на прочность бетона
По механизму своего воздействия на растворы и бетоны угле водородные нефтяные среды рассматриваются как адсорбционно активные, при действии которых большую роль играют содержа щиеся в них малые добавки поверхностно-активных веществ в ви де высокомолекулярных полярных смол.
В зависимости от вязкости адсорбционно-активной среды мигра ция ее в поровое пространство цементного камня или бетона осу ществляется по капиллярам различных диаметров с различной скоростью. Скорость заполнения пор и капилляров , цементного камня и бетона, свободных от жидкой фазы, достаточно велика. Цо ввиду того, что большее количество капилляров в цементном кам не и бетоне заполнено жидкой фазой, проникновение углеводород
24
ных нефтяных сред в растворы и бетоны связано с вытеснением имй водных сред жидкой фазы цементного камня из капилляров и микродефектов структуры.
Таким образом, пропитка растворов и бетонов адсорбционноактивными углеводородными нефтяными средами будет происхо дить тем быстрее, чем меньше их влажность.
Для нефтяных сред низколетучих фракций, таких, как машинное масло, дизельное топливо, сернистый керосин и др., характерно наличие в их составе небольшого количества высокомолекулярных серо- и азотосодержащих полярных смол, остающихся в средах после их очистки. Для обеспечения маслянистости, придающей ди зельному топливу и маслу липкость и цвет, количество полярных смол в их составе находится в среднем от 1 до 2%. Количество по лярных смол в сернистом, керосине составляет доли процента.
Таким образом, активность углеводородных сред по отношению к бетону характеризуется наличием в их составе полярных групп, вследствие чего, бензин, не имея в своем составе полярных смол, яв ляется инактивной средой по отношению к бетону.
Активность нефтяных сред по отношению к бетону возрастает по мере увеличения в их составе количества полярных смол (до определенного оптимального предела) и располагается в следую щем порядке: сернистый керосин, дизельное топливо и машинное масло.
Углеводородные нефтяные среды при длительной фильтрации их через бетон не вызывают набухания стенок капилляров, вслед ствие чего максимальные коэффициенты фильтрации незначитель но отличаются от минимальных коэффициентов лишь за счет об разования адсорбционных слоев на стенках капилляров.
Длительное пребывание растворов и бетонов в адсорбционно активной среде в зависимости от степени активности среды и сте пени напряженного состояния материала приводит к адсорбцион ному понижению прочности.
действие на растворы и бетоны адсорбционно-активных нефтя ных' сред зависит от скорости проникания среды в бетон, степени ее активности, напряженного состояния в структуре, возникающе го в процессе структурообразования и определяющего возможнос ти. образования микротрещин. Эффект разупрочнения цементного камня и бетона под действием углеводородных нефтяных сред вс» времени является необратимым процессом вследствие нарушения сплошности контактов в структуре. Скорость миграции нефтяных сред в бетоне зависит от его влажности.
Легкие нефтепродукты (бензин и керосин) в течение первых 6 лет воздействия не снижают первоначальную прочность бетона. Дизельное топливо за это же время снижает прочность бетона не значительно. Минеральные масла (за исключением вазелинового) уменьшают прочность бетона практически одинаково. На рис. 1.7 показано снижение прочности бетонов состава' 1 : 2 : 4 с различны ми водоцёментными отношениям^ при выдерживании их в индуст риальном масле. Снижения прочности бетона, выдержанного в те-
Время воздействия минеральных масел на бетон, ц
Рис. 1.7. Снижение прочности бетонов под воздействием мине
рального масла: 1 — в /ц = 0 ,4 ; 2 — В/Ц =0,5; 3 — В /Ц = 0,6: |
4 — |
В/Ц=0,7 |
|
чение 6 лет в вазелиновом масле, не наблюдается. |
на кон |
Наиболее отрицательно минеральные масла влияют |
тактную зону растворной части бетона с крупным заполнителем, а также на контактную зону цементного камня и мелкого запол нителя, поэтому для изготовления бетона, на который в процессе эксплуатации возможно попадание минеральных масел, рекомен дуется применять составы с повышенным содержанием цемента.
Экстренное определение прочности промасленного бетона ре комендуется осуществлять по формуле
II Л)
где t — продолжительность воздействия минеральных масел на бетон, годы; Ro — первоначальная прочность бетона, МПа; 0,1 — ко
эффициент, показывающий интенсивность снижения прочности во времени при обильном попадании масла на бетон.
Формулу можно применять в течение 7—8 лет после 'начала пропитки бетона маслами. В более продолжительные сроки воз действия масел на бетон прочность его ориентировочно следует считать 1/3 первоначальной. Использовать формулу рекомендуется при обильном попадании масел на бетон и железобетон (постоян ное просачивание масел через конструкции, скопление их на пере крытиях, частые проливы и т. п.).
При периодическом попадании масел на конструкции (1—2 раза в*год) прочность промасленного бетона определяется по формуле
Я ,и=Яо(1—0,023*). |
(1.2) |
Формула справедлива при воздействии •►масел в течение 25—30 лет. В более продолжительные сроки прочность рекомендуется принимать равной 1/3 первоначальной.
26
При однократной пропитке бетона маслами или очень редком попадании их на бетой (раз в 5— 10 лет) можно считать, что проч ность практически не снижается.
Формулы (1.1) и (1.2) предполагают линейную зависимость, по казанную на рис. 1.7 пунктирной линией, в период 7 лет, по истече нии которого снижение прочности бетона прекращается.
При воздействии' на пропитанный маслом бетон динамических воздействий с частотой «= 100 . . . 1000 циклов в 1 мин и с раз личными коэффициентами асимметрии разрушение наступает на 1—3 порядка быстрее по сравнению с непропитанным.
2. Влияние воздействия нефтепродуктов на сцепление арматуры с бетоном
Сцепление бетона с арматурой периодического профиля уменьчальные сроки воздействия минерального масла с последующей его стабилизацией.
Сцепление бетона с арматурой периодического профиля умень шается значительно медленнее. Однако к 6—7 годам выдержива ния образцов в масле сила сцепления полностью стабилизируется, при этом потеря силы сцепления достигает 60%.
На рис. 1.8 представлены зависимости сцепления от времени хранения образцов в масле и других видах нефтепродуктов.
Р1ндустриальное масло И-30 и компрессорное 12м снижают сцепление бетона с арматурой практически так же, как и масло И-20.
Бензин и керосин не уменьшают сцепления бетона с арматурой периодического профиля. Однако керосин снижает сцепление бе тона с арматурой гладкого профиля почти на 50%, а дизельное топливо —■на 17% со стержнями периодического профиля и на 53% — со стержнями гладкого профиля.
Кинетика потери прочности бетона во времени качественно сог ласуется со снижением сцепления бетона с арматурой при дли тельном воздействии минеральных масел. Ослабление сцепления арматуры периодического профиля с промасленным бетоном обус ловлено снижением прочности бетона. Этим объясняется и то, что потеря сцепления со стержнями периодического профиля происхо дит значительно медленнее, чем промасленного бетона с гладкими стержнями. При воздействии бензина и керосина сцепление бето на с арматурой периодического профиля не уменьшается, так как указанные нефтепродукты не влияют на прочность бетона. Незна чительная потеря сцепления бетона, пропитанного дизельным топ ливом, с арматурой периодического профиля объясняется тем, что оно снижает прочность бетона примерно в 2 раза меньше, чем ми неральные масла. Сцепление бетона, пропитанного дизельным топ ливом или керосином, с гладкой арматурой падает в 2 раза.
Все минеральные масла влияют на потерю сцепления бетона с арматурой периодического профиля практически, одинаково, так как сцепление в данном случае зависит от прочности промасленно-
27
а
Рис. 1.8. Влияние нефтепродуктов на сцепление бетона с арма турой: а — в зависимости от времени хранения образцов в масле; б — от вида нефтепродукта н времени; 1 — стержни периодического профиля; 2 — гладкие стержни; 3 — снижение прочности бетона; 4, 5,
6 — образцы с арматурой периодического профиля под воздействием, |
|||||
соответственно, |
бензина, |
керосина, |
дизельного топлива; |
7, 8, 9 — то |
|
же с гладкой |
арматурой; |
т СцсР |
разрушающее среднее |
касательное |
|
напряжение на контактном слое между арматурой |
и |
бетоном |
го бетона, а все масла снижают прочность бетона в одинаковой степени.
Стабилизация сцепления наблюдается к 6—7 годам выдержи вания, а снижение сцепления достигает 60—70%.
Оценку прочности сцепления пропитанного маслом бетона с арматурой периодического профиля в зависимости от времени мож но выполнять по формуле
I Uc*= T°cntl |
0,It), |
(1.3$ |
где т мсц — прочность сцепления |
промасленного |
бетона с армату |
рой периодического профиля в соответствующее |
время; т°сц — |
первоначальная прочность сцепления (перед пропиткой маслом); 0,1 — коэффициент интенсивности снижения прочности сцепления во времени-при обильном попадании масла на конструкцию; t —•
продолжительность воздействия минеральных масел на конструк цию (в годах). Формула (1.3) справедлива в течение 7—8 лет пос ле начала воздействия масел:
В более отдаленные сроки прочность сцепления промасленного бетона с арматурой ориентировочно следует принимать равнойод ной трети от первоначальной.
1.5. ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО СРОКА ВОЗВЕДЕНИЯ ИЛИ ПЕРЕРЫВАВ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ОБЪЕКТОВ БЕЗ НАДЛЕЖАЩЕЙ КОНСЕРВАЦИИ КОНСТРУКЦИЙ НА ИХ ПОСЛЕДУЮЩУЮ РАБОТУ
При длительном (многолетнем) сроке возведения или при пере рыве в строительстве объектов незащищенные строительные кон струкции подвергаются атмосферным и климатическим воздейст виям.
Основными негативными, факторами, влияющими на состояние конструкций, являются осадки в виде дождя и снега и поперемен ное воздействие положительных и отрицательных температур.
Наибольшее повреждение железобетонные и каменные конст рукции при этом получают на незавершенном строительстве при отсутствии на объекте кровельного покрытия, в этом случае кон струкции при дожде замачиваются на всех этажах здания, а высы хание их продолжается длительное время.
Для железобетонных конструкций, оставленных при перерывах в строительстве без надлежащей защиты и консервации, характер ны следующие повреждения:
коррозия открытых стальных закладных деталей (при длитель ном увлажнении коррозии подвергаются даже оцинкованные зак ладные детали);
коррозия выходящих наружу из изделий выпусков арматуры в местах расположения стыков элементов и последующее распрост ранение коррозии по арматурным стержням вглубь бетона;
коррозия арматуры в сетках и каркасах, расположенных у ниж них граней элементов вследствие просачивания воды сквозь толщу бетона до арматурных стержней при длительном замачивании вер хней поверхности конструкций;
29
развитие усадочных трещин, расположенных обычно вдоль ар матурных стержней, по ширине их раскрытия и глубине проник новения в бетон вследствие разрушения бетона в зоне трещин изза увеличения объема воды, попавшей в трещину, при замерзании, а также при последующем развитии коррозии арматуры; при дли тельном увлажнении и многоцикловом замораживании и оттаива нии защитный слой бетона вдоль усадочных трещин разрушается;
многократное замораживание и оттаивание увлажненного бе тона (особенно на верхней горизонтальной поверхности) приводит к деструктивным процессам сначала по поверхности (шелушение, образование лещадок), а потом и в толще сечения;
коррозия бетона, проявляющаяся в вымывании мягкой дожде вой водой растворимой составляющей части цементного'камня — гидрата окиси кальция и последующем снижении его прочностных характеристик. Внешним признаком коррозии данного вида явля ется появление на наружной поверхности железобетонного или бе тонного элемента белых хлопьев (это наиболее характерно для мо нолитного бетона, имеющего обычно меньшую степень уплотнения);
образование трещин в бетоне стенок каналов и технологичес ких пустот при попадании в них и последующем замерзании там воды от дождя и таяния снега (в практике строительства известны многочисленные случаи такого повреждения многопустотных плит перекрытий, когда в пустоты плит сквозь отверстия для монтаж ных петель проникала вода и, увеличиваясь в объеме при замер зании, разрывала бетон по нижней поверхности изделий);
биологическое повреждение бетона, возникающее при прорас тании на увлажненной и загрязненной поверхности семян различ ных грибков, мхов, трав и даже кустарников и древесных пород, за несенных туда ветром, с разрушением бетона их корневой системой; повреждение бетона £а счет воздействия на него агрессивной
воздушной среды и кислотных осадков.
Повреждения каменных конструкций, оставленных без консер вации при длительном перерыве в строительстве, вызываются теми же причинами и факторами, чт-о и для железобетонных конструкций.
При этом наиболее часто встречаются такие повреждения: разрушение поверхностных слоев кладки под воздействием по
переменного замораживания и оттаивания при значительном их увлажнении атмосферными осадками; замачивание вертикальных плоскостей кладки недостроенных стен происходит из-за отсутст вия водоотвода с кровли или отсутствия карнизной части стены, а также при косых дождях;
выветривание и разрушение кирпича и растворных швов; развитие микро- и макротрещин в материалах каменной клад
ки за счет температурных воздействий окружающей среды; повреждение камней и раствора в швах каменной кладки за
счет развития корневой системы низших и высших представителей флоры (мхи, лишайники, травы, кустарники);
повреждение материалов каменной кладки при агрессивном воздействии окружающей воздушной среды и кислотных осадков.
30