Реконструкция железобетонных сооружений

 

Если после истечения определенного срока службы в конструкциях появятся по­вреждения, то необходима реконструкция. Повреждения появляются, когда ус­тойчивость, долговечность или внешний вид ухудшаются. Большин­ство повреждений в наружных строительных конструкциях возникают вслед­ствие коррозии. Защита от коррозии арматуры обеспечивается тогда, когда со­держащаяся в порах структуры бетона влага реагирует как основание или щелочь и показывает значение величины pH более 10 («Величина pH и защита от коррозии»). Свежий бетон вслед­ствие содержания составляющей гидрата окиси кальция (Са(ОН)₂) имеет вели­чину pH 12,5—13,5 и поэтому является высокощелочным. Свежий бетон обвола­кивает арматуру и способствует образованию на поверхности стали тонкого слоя оксида железа (Fe₂O₃), который препятствует коррозии арматуры. Этот слой ок­сида железа называют пассивным слоем. Также и при гидротации или твердении бетона образуется гидрат окиси кальция (Са(ОН)₂), что способствует сохранению щелочного действия бе­тона. Количество гидрата окиси каль­ция (Са(ОН)₂) в твердом бетоне тем больше, чем выше содержание цемен­та или класс прочности бетона.

 

Воздействие на железобетонные конструкции

 

В железобетонных конструкциях по­вреждения могут возникать как в структуре бетона, так и в арматурной стали. Причиной повреждений пре­имущественно являются погодные воздействия, которые приводят к хи­мическим и физическим воздействи­ям. Ошибки при проектировании, назначении размеров и при возведе­нии конструкций усугубляют разви­тие повреждений.

 

Химическое воздействие

 

Воздействия на конструкцию, кото­рые приводят к химическим реакци­ям, происходят в большинстве слу­чаев снаружи в течение длительного времени. Снаружи в конструкцию

проникают, например, кислотообразующие газы, как двуокись углерода (СO₂), двуокись серы (SO₂) или оксиды азота (NO_x), которые развивают свое действие в соединении с влагой воздуха. При применении солей оттаивания в бетонную поверхность могут попадать, например, брызги хлоридных растворов. Также и воздействующие на бетон субстанции из земли и воды могут иметь следствием повреждения бетона. Говорят, о химических воздействиях вообще, если действу­ющие на бетон материалы химически реагируют с цементным камнем, запол­нителем или арматурной сталью. Важными химическими реакциями при этом являются карбонатизация, реакции с хлоридами и образование ржавчины.

Карбонатизацией называется химическая реакция гидрата окиси каль­ция (Са(ОН)₂) с двуокисью углерода (СO₂) воздуха. При этом содержащаяся в воз­духе двуокись углерода (углекислый газ) проникает в поры бетона и соединяется с гидратом окиси кальция (Са(ОН)₂) цементного камня, превращаясь в СаСO₃ и воду (Н₂O).

Карбонатизация:

Са(ОН)₂   +  Н₂O  +  СO₂   ->   СаСO₃  +  Н₂0

                                                гидрат окиси         вода      углекислый      карбонат        вода

                                                                      кальция                                  газ               кальция

 

С этим процессом, который продолжается вовнутрь, связано понижение ве­личины pH до 8—9, причем щелочное действие бетона уменьшается и начинается разложение пассивного слоя. Это имеет следствием то, что защита от коррозии арматуры больше не обеспечивается (рис. «Возникновение строительных повреждений при химическом воздействии»). Карбонатизации целиком избе­жать нельзя, ее можно только отдалить, причем последняя при высоких классах прочности бетона происходит медленнее и имеет меньшую глубину проникно­вения, чем у бетонов меньшего класса прочности (рис. «График карбонатизации»). Для установления глубины карбонатизации свежие разрушения обрызгивают индикационной жид­костью, например, раствором фенолфталеина. При этом карбонатизированные части бетона не будут изменять цвет.

Хлориды попадают в бетон в большинстве случаев с солями оттаи­вания, содержащими хлор. Если на поверхности арматурной стали повы­шается хлоросодержание, то пассив­ный слой может в отдельных местах разрушиться даже при высокощелоч­ном окружении. Хлоридные соедине­ния вызывают дырчатую коррозию. Она не проявляется в отка­лывании бетона, так как она раство­ряет арматуру изнутри коррозионных отверстий (нижняя коррозия). Часто уже большая часть сечения арматуры бывает разрушена, прежде чем разрушения стано­вятся заметными. Хлоридные соединения устанав­ливаются в большинстве случаев на транспортных сооружениях, как, например, на бетонированных дорогах, монолитных мостах и в зданиях парковоч­ных гаражей. В стенах наиболее повреждается зона брызг воды от отмостки (в районе цоколя), так как содержание влаги в материале там выше. Такие об­ласти отличаются от остальных бетонных частей конструкции заметно более светлым цветом.

 

 

Ржавчина возникает, когда на арматурную сталь воздействуют кислород и влага. При образо­вании ржавчины происходит увеличение объема, которое ведет к откалыванию защитного слоя бе­тона (см. рис. «Возникновение строительных повреждений при химическом воздействии»).

 

 

 

 

Ообразование ржавчины:

2Fe +     1,5O₂     + Н₂O -> 2FeO(OH)

                                                          железо      кислород        вода      гидроокись железа

Объем ржавчины примерно в 2,5 раза больше, чем арматурной стали.

 

Физическое воздействие

 

Физические воздействия имеют своей причиной погодные условия, или они возникают от непред­виденных физических воздействий или непредви­денных механических нагрузок на конструкции.

Экстремальные температуры, а также резкая смена температур приводят к деформациям. В осо­бенности воздействие мороза в промокших конст­рукциях является причиной напряжений, которые еще более усиливаются воздействием солей оттаи­вания.

Также и усадка, и ползучесть бетона могут при­водить к изменению формы. Осадки, колебания влажности воздуха и ветер относятся также к фи­зическим воздействиям. Если вызванные ими де­формации не будут погашены соответствующими деформационными швами или слоями скольжения, то возникнут повреждения. Также и большие прогибы стройных конструкций, а также осадка основания сооружения могут привести к повреждениям. Большин­ство повреждений влияют на плотность и толщину защитного слоя бетона. Ме­ханические воздействия в конструкциях проявляются в виде износа.

 

Ошибки при производстве строительных работ

 

Повреждения железобетонных конструкций могут быть вызваны также за счет ошибочного проектирования и плохого качества производимых работ, например, за счет:

• Некомпетентного решения опор, швов и слоев скольжения;
• Применения бетона со слишком высоким значением w/z и с недопустимым содержанием воды;
• Несоблюдения предписанного защитного слоя бетона;
• Ошибки при укладке, уплотнении и последующем уходе за бетоном.

 

Коррозия арматуры

 

Коррозия арматуры наступает, когда вследствие прогрессирующей карбонатизация пассивный слой на поверхности арматуры полностью или частично растворяется. Из-за слишком малого или поврежденного защитного слоя бетона, обусловленного физическими воздействиями трещин в поверхности бетона или вследствие слишком пористого бетона, в него могут проникать разрушительные соли, такие, как, например, хлориды, и достигать арматуры, вы­зывая ее разрушение. Кроме того, туда могут проникать влажность и кислород, что приводит к ржавлению арматуры.

 

Проектирование мероприятий по реконструкции

 

Основой планирования мероприятий по реконструкции является обследование состояния конструкции. Сюда относится оценка состояния здания, а также ис­пытания конструкции в натуре и в лаборатории.

Оценка состояния зданияраспространяется на определение мест загрязнений, промоканий, высолов, выветривания, разложения структуры ма­териала, изменения окраски от ржавчины, откалываний бетона, коррозии арма­туры, мест разрушений структуры бетона, пустот, повреждений швов и поростание растениями.

Исследования на сооружении могут представлять собой, например, испытания близких к поверхности слоев на плотность, влагосодержание, поверх­ностную прочность, прочность на отрыв, глубину карбонатизации, установление защитного слоя бетона и положения арматуры, а также испытание на содержание хлора. При наличии трещин исследуют возникновение трещин, их положение, распространение, картину трешинообразования, ширину и глубину трещин.

Лабораторные испытания требуют отбора проб. С помощью буро­вых кернов могут быть точно установлены свойства бетона, а также вредные при­меси и нарушения структуры бетона. В большинстве случаев ограничиваются ос­вобождением арматуры от остатков бетона в конструкции, очисткой их от ржав­чины и определением оставшегося поперечного сечения. Выбор защитных мероп­риятий и мероприятий по приведению в порядок конструкции и санирующих материалов должен быть согласован с картиной повреждений (табл. «Мероприятия по приведению в порядок конструкций при различных картинах повреждений»).

 

 

Методы приведения в порядок конструкций (санирование)

 

Мероприятия по санированию в зависимости от картины повреждений подраз­деляются на защита по бетону и санирование бетона, причем могут использоваться различные методы. Мероприятия по приведению в порядок кон­струкций, при которых необходимо наносить новые материалы, требует хороше­го сцепления со старым бетоном.

Защита поверхностейпроизводится путем заполнения трещин с по­мощью пропитки (без давления) эпоксидной смолой или путем инъекций (под давлением) эпоксидной смолой или цементным клеем, путем импрегнирования (не образующей пленки гидрофобизации), запечатывания (поры в бетоне час­тично закрываются) и покрытия слоем материала (покрытие тонким слоем тол­щиной d < 1 мм или покрытие толстым слоем по грунтовке 1 мм < d < 5 мм).

Санирование неглубоких отдельных повреждений производится с применением метода шпаклевки, т.е. точечного улучшения поверхностей реконструкционным раствором (рис. «Рабочие швы при методе шпаклевки»). Метод шпаклевки, называемый также методом замены бетона, требует хорошего сцеп­ления со старым бетоном и защиты поверхностей.

Санирование взаимосвязанных повреждений производит­ся с помощью поверхностного нанесения слоя раствора или бетона, например, из торкретбетона, на увлажненный старый бетон. Нанесение может происходить в несколько слоев от 3 до 5 см толщи­ной. В заключение наносится слой тонкого раство­ра и поверхностная защита (см. рис. «Санирование строительной конструкции»). Последую­щий уход также необходим.

 

 

Проведение санирования

 

Санирование, в особенности транспортных соору­жений, должно ответственно производиться специ­альными предприятиями согласно указаниям, DalStb «Защита и санирование бетонных конструкций», ZTB-SIB «Дополнительные технические указания и предписания по защите и санированию бетонных конструкций» и ZTV-RISS «Дополни­тельные технические условия договоров и указа­ния по заполнению трещин в бетонных строитель­ных конструкциях».

 

Подготовка основания

 

Подготовка основания в значительной части (см. рис. «Рабочие швы при методе шпаклевки») состоит из:

• Очистки бетонных поверхностей и удаления oстатков краски и выравнивающих слоев, а также растительной поросли;
• Обивания поверхности бетона на местах пустот и местах с пониженной прочностью;
• Удаления слоев с пониженной прочностью, как, например, цементных шламов;
• Удаления вредоносных частей бетона, например, карбонизированного бетона и бетона с высоким содержанием хлоридов;
• Освобождения от бетона корродированных стер­жней арматуры;
• Освобождения открытой арматуры от ржавчины;
• Очистки основания от рыхлых частичек и пыли.

 

Для этих работ имеются различные способы, как, например, очистка под высоким давлением, очистка струей воды под давлением, пескоструй­ная обработка, очистка струей воздуха в смеси кварцевого песка и воды под давлением, очистка струей воздуха с металлическими шариками, фре­зерование, обработка долотом и огневая обработ­ка поверхностей.

После окончания подготовительных работ ос­нование необходимо проверить, соответствует ли оно свойствам, необходимым для предусмотренных мероприятий по санированию. Могут требоваться, например, следующие свойства.

• Бетон должен соответствовать примерно классу прочности С25/30.
• Прочность на отрыв должна приблизительно составлять 1,5 Н/мм².
• Поверхность должна быть прочной и умеренно шероховатой.

 

Восстановление коррозионной защиты

 

Для защиты от коррозии необходимо освободить арматуру, очистить ее от ржав­чины и предварительно обработать. Освобождение производится за один рабо­чий шаг с подготовкой основания. Освобождение от ржавчины может производиться только механи­чески вручную, с помощью пескоструйной обра­ботки или обработки струей воды под высоким дав­лением. Особенно тщательно следует освобождать от ржавчины места перекрещивания арматуры. Хло­риды удаляются с помощью очистителя высокого давления. При освобождении от ржавчины повер­хность стали должна обрабатываться таким обра­зом, чтобы она соответствовала степени чистоты со­гласно DIN 55928, т.е. выглядела бы металлически блестящей. Сразу же после удаления ржавчины сле­дует нанести слой коррозионной защиты.

Если коррозионная защита должна обеспечи­ваться, как в бетонном строительстве, плотным щелочным слоем бетона, то покрытия специальным антикоррозионным слоем арматуры не требуется. Этот слой бетона может наноситься, например, как слой торкретбетона (рис. «Нанесение торкретбетона»).

Если коррозионная защита производится путем покрытия антикоррозионным слоем арматуры, то его необходимо наносить по меньшей мере в два слоя. Для покрытия применяются материалы на ос­нове эпоксидной смолы, а также связанные цемен­том шламы с добавками синтетических смол.

На выбор имеются многочисленные продукты и системы. Указания производителей должны со­блюдаться, в особенности должны выдерживаться заданные граничные значения температуры и влажности. Большинство методов требуют обеспе­чения мостика сцепления между старым бетоном и наносимым слоем бетона и реконструкционного раствора.