Диагностика и испытание строительных конструкций, лекции. Диагностика и испытание строительных конструкций. Лекции по дисциплине Диагностика и испытание строительных конструкций Обследование зданий
 Скачать 76.42 Kb.
|
|
Методы защиты бетона эксплуатируемых конструкций при физико-химических и физико-механических агрессивных воздействиях Защита бетона эксплуатируемых конструкций осуществляется различными способами в зависимости от характера разрушительного воздействия. Классификация методов защиты приведена на рисунке 6. Подготовка бетонной поверхности к проведению ремонтно-восстановительных работ состоит в тщательной очистке разрушенных участков от посторонних включений и наслоений. Очистка может быть проведена вручную с помощью зубила и металлической щётки, механическим способом с применением вращающихся проволочных щёток или с помощью пескоструйного аппарата. Подготовленная поверхность грунтуется специальными составами, обладающими высокими адгезионными свойствами. Для этого часто используется растворная смесь из портландцемента и кварцевой муки, замешанная на воде с добавлением синтетических смол. Свежая грунтовка посыпается сухим кварцевым песком крупностью 0,2-0,7мм. В качестве грунта могут быть использованы синтетические смолы в «чистом виде». Наложение шпаклёвочной массы необходимо производить по несхватившейся поверхности грунтовки. В шпаклёвку желательно добавить кварцевый песок крупностью 0,1-0,4мм. Если поверхность ремонтируемого участка достаточно большая (0,5м и более), то целесообразно делать набрызг цементного раствора и торкретирование. Торкретирование производится растворной смесью в соотношении цемент:песок=1:3. Смесь подаётся с помощью цемент-пушки под давлением 5-6 атм. Разбрызгивающее сопло располагается на расстоянии 0,5-1 м от ремонтируемой поверхности. Торкретирование ведётся слоями, толщина каждого из которых не более 4 см. Все последующие слои можно наносить только после схватывания предыдущего. На отремонтированные участки и окружающие бетонные поверхности наносится защитный слой покрытия, вид которого обусловлен возможными агрессивными воздействиями. Эффективной защитой железобетонных конструкций от атмосферных осадков может служить их гидрофобизация или флюатирование. В первом случае бетон пропитывается на глубину 2-10мм гидрофобными (водоотталкивающими) составами на основе кремнийорганических полимерных материалов: ГКЖ-94, ГКЖ-10. Составы наносятся кистью или пульвелизатором на предварительно очищенную сухую поверхность конструкции. Во втором случае делается обработка бетона 3-7%-ным раствором кремнийфтористоводородной кислоты. При этом кремнийфтористомагний MgSiF6, реагирую с ионами кальция, образует на стенках пор и капилляров цементного камня нерастворимый защитный слой из кристаллов фтористого кальция и кремнезёма. Флюат наносится на поверхность бетона в 3-4 слоя. Интервал между нанесением слоёв обычно составляет 4 часа. Коррозия арматуры Арматура в бетоне играет исключительно важную роль, так как воспринимает растягивающее напряжение от внешней нагрузки, обеспечивая прочность конструкции, поэтому коррозия арматуры недопустима. Рассмотрим некоторые химические процессы, обусловливающие защитные и разрушительные факторы, воздействующие на арматуру. Под влиянием щелочной среды цементного бетона (pH=12,5-12,6) стальная арматура пассивируется, т.е. защищается от окисления. Однако щелочность защитного слоя бетона в результате воздействия воды и содержащихся в воздухе двуокисей углерода CO2 и серы SO2 постепенно снижается, и, если она оказывается ниже значений pH=9,5, в арматуре начинаются окислительные процессы. Последовательность образования агрессивной среды и депассивация арматуры происходит следующим образом: образование и воздействие углекислоты CO2+H2O=H2CO3, которая, реагирую с окисью кальция, содержащейся в бетоне, образует карбонат кальция и остаточную воду H2CO3CaO=CaCO3+H2O (указанная реакция протекает в течение нескольких лет, понижаю величину pH в защитном слое бетона на 2,5-4 ед.); образование и воздействие серной кислоты SO2+H2O= H2SO4, которая, реагируя с окисью кальция, образует гипс и остаточную воду H2SO4+CaO=CaSO4+H2O, (в результате этой реакции величина pH дополнительно может снижаться на 1-3ед., достигая велицины pH=6(7). Скорость депассивации арматуры зависит главным образом от толщины защитного слоя бетона и степени агрессивности среды. Нормы [4] регламентируют эти величины также с учётом показателя проницаемости бетона [4, табл. 1] и типа арматурной стали [4, табл. 10]. Виды коррозии арматуры Коррозия арматуры может быть вызвана разными неблагоприятными факторами, обусловливающими химическое и электрохимическое воздействие. К ним относятся растворы кислот, щелочей, солей, влажные газы, природные и промышленные воды, а также блуждающие токи. В кислотах, не обладающих окислительными свойствами (соляная кислота), стальная арматура сильно корродирует в результате образования растворимых в воде и кислоте продуктов коррозии, причём с увеличением концентрации соляной кислоты скорость коррозии возрастает. В кислотах, обладающих окислительными свойствами (азотная, серная и др.), при высоких концентрациях скорость коррозии, наоборот, уменьшается из-за пассивации поверхности арматуры. Скорость коррозии арматуры в щелочных растворах при pH>10 резко снижается из-за образования нерастворимых гидратов закиси железа. Растворы едких щелочей и карбонаты щелочных металлов практически не разрушают арматуру, если их концентрация не превышает 40%. Солевая коррозия арматуры зависит от природы анионов и катионов, содержащихся в водных растворах солей. В присутствии сульфатов, хлоридов и нитратов щелочных металлов, хорошо растворимых в воде, солевая коррозия усиливается. И, наоборот, присутствие карбонатов и фосфатов, образующих нерастворимые продукты коррозии на анодных участках, способствует затуханию коррозии. На интенсивность солевой коррозии арматуры влияет кислород, который окисляет ионы двухвалентного железа и понижает перенапряжение водорода на катодных участках. С повышением концентрации кислорода скорость коррозии увеличивается. Рассматривая воздействие газов, следует особо отметить агрессивность окислов азота NO, NO2, N2O и хлора Cl, которые в присутствии влаги вызывают сильную коррозию арматуры. Практика обследования железобетонных конструкций, соприкасающихся с грунтом, указывает на частные случаи разрушения арматуры блуждающими токами, которые появляются из-за утечек электроэнергии с рельсов электрифицированных железных дорог, работающих на постоянном токе, или других источников. В месте входа тока в конструкцию образуется катодная зона, а в месте выхода - анодная, или зона коррозии. Опыты показывают, что блуждающие токи распространяются на десятки километров в стороны от источника, практически не утрачивая силы тока, которая может достигать сотни ампер. Расчёты с использованием закона Фарадея показывают, что ток силою всего в 1-2А, стекая с конструкции, в течение года может уносить до 10кг железа. Обычно скорость разрушения арматуры блуждающими токами заметно превышает скорость разрушения от химической коррозии. Опасной для конструкции считается плотность тока При анализе агрессивных воздействий на железобетонные конструкции учитываются факторы, сопутствующие коррозии арматуры, и, кроме того, разрабатываются соответствующие защитные мероприятия. Требования к армированию конструкций, работающих в агрессивной среде В соответствии с рекомендациями [4] не допускается использование в предварительно-напряжённых конструкциях, эксплуатируемых в сильноагрессивных газообразных и жидких средах, стержневой арматуры класса A-V и термически упрочнённой арматуры всех классов. Нельзя также применять проволочную арматуру класс B-II, Bp-II и стержневую классов A-V, Aт-IV в конструкциях из бетона на пористых заполнителях, эксплуатируемых в агрессивной среде, если не предусмотрены специальные защитные покрытия. Оцинкованная арматура рекомендуется к применению только в тех случаях, когда невозможно обеспечить требуемую плотность бетона и толщину защитного слоя. Восстановление эксплуатационных качеств конструкции с корродированной арматурой Образование продуктов химической коррозии на арматуре увеличивает её объём, вследствие чего бетон защитного слоя механически разрушается. Это выражается в появлении волосных трещин по направлению арматурного стержня. Со временем трещины раскрываются, бетон защитного слоя отслаивается, и корродированная арматура оголяется. Для восстановления эксплуатационных качеств необходимо с помощью металлической щётки или пескоструйного аппарата очистить арматуру от ржавчины и оценить степень её коррозии. Если коррозией повреждено более 50% площади сечения арматурного стержня, то повреждённый участок вырезается и производится его замена на новый, равноценный по площади стержень, привариваемый электродуговой сваркой. При площади менее 50% повреждённый участок не вырезается, а на него наваривается дополнительный стержень усиления, компенсируемый разрушенное сечение. На все оголённые участки арматуры наносится защитное покрытие из эпоксидной смолы, обладающей хорошей адгезией к бетону и стали. Хорошей защитой арматуры также является послойное нанесение торкретбетона толщиной слоёв 1-1,5см, приготовленного на смеси цемент: песок=1:2 (1:3) и наносимого на обрабатываемую поверхность с расстояния 1-1,2 м. Характеристики бетонного покрытия (плотность бетона, толщина защитного слоя), независимо от способа нанесения покрытия, должны соответствовать показателям и требованиям, представленным в таблицах 3 и 4. Таблица № 3. Требования к бетону конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах
Таблица № 4. Требования к плотности и толщине защитного слоя бетона
Трещины в железобетонных конструкциях Трещины в железобетонных конструкциях эксплуатируемых зданий встречаются достаточно часто, являясь следствием ряда причин. Они могут возникать как от силового воздействия на конструкции, так и в результате температурных и усадочных напряжений в бетоне. Ввиду большого разнообразия, трещины обычно разделяются по следующим признакам: причине возникновения: а) трещины от внешних силовых воздействий при эксплуатации конструкций Т; б) трещины от силового воздействия при неправильном складировании, перевозке и монтаже конструкций Тм; в) трещины от силового воздействия при обжатии бетона предварительно-напряжённой арматурой То; г) трещины технологические (от усадки бетона, плохого уплотнения бетонной смеси, неравномерного паропрогрева, жесткого режима тепловлажностной обработки бетона) Ту; д) трещины, образовавшиеся в результате коррозии арматуры, Тк; значению: а) трещины, указывающие на аварийное состояние конструкции; б) трещины, увеличивающие водопроницаемость бетона (в резервуарах, трубах, стенах подвала); в) трещины, снижающие долговечность конструкции из-за интенсивной коррозии арматуры; г) трещины «обычные», не вызывающие опасений в надёжности конструкции (ширина раскрытия «обычных» трещин не должна превышать величин, указанных в [5, табл. 21]). Исследуя характер распространения и раскрытия видимых трещин, в большинстве случаев можно определить причину их образования, а также оценить степень опасного состояния конструкции. Трещины от силового воздействия обычно располагаются перпендикулярно действию главных растягивающих напряжений. Основные виды «силовых» трещин представлены в табл. 5. Усадочные трещины в плоских конструкциях распределяются хаотично по объёму, а в конструкциях сложной конфигурации концентрируются в местах сопряжения элементов (узлы ферм; сопряжение полки и ребёр в плитах, двутавровых балках и т.д.). Трещины от коррозии проходят вдоль корродируемых арматурных стержней. Таблица № 5 Трещины в железобетонных конструкциях
Трещины в плитах перекрытий Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи обнаружения трещин в железобетонные перекрытиях промышленных зданий, которые, как правило, работают в сложных условиях, испытывая технологические перегрузки, ударные и вибрационные воздействия, разрушающее влияние технических масел и других агрессивных сред, что приводит к их быстрому износу, а следовательно, и появлению трещин. Как видно из рис.8, характер трещин, обусловленных силовым воздействием, зависит от статической схемы плиты перекрытия: вида и характера действующей нагрузки, способов армирования и соотношения пролётов. При этом трещины располагаются перпендикулярно главным растягивающим напряжениям. Причинами широкого раскрытия «силовых» трещин обычно является перегрузка плиты, недостаточное количество рабочей арматуры или неправильное её размещение (сетка смещена к нейтральной оси). Если ширина раскрытия трещин превышает 0,3мм, плиты усиливаются методом наращивания с дополнительным армированием. В местах приложения больших сосредоточенных сил усиливается зона, воспринимающая нагрузку, для чего используются различные распределительные устройства (стальные листы, балки, густоармированная набетонка и пр. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||