Теоретична частина

1. Обстеження бетонних та залізобетонних конструкцій

Основні дефекти та пошкодження бетонних і залізобетонних конструкцій такі:

—   тріщини і понаднормативні деформації від навантажень;

 — корозійні пошкодження бетону, арматури, закладних і з’єднувальних елементів;

 — пошкодження від навперемінного зволожування-висихання, заморожування-відтавання;

—   температурні деформації;

 — тріщини в елементах каркаса і огороджувальних конструкціях від нерівномірного осідання фундаментів;

 —   пошкодження механічні, від вогню та інше.

 Під час обстеження визначаються такі основні характеристики конструкцій:

 —   геометричні розміри;

—   прогини, нахил, осідання;

—   ширина і довжина розкриття тріщин, їх розташування і характер;

—   міцність, водопроникнення, глибина перетвореного шару бетону;

—   стан стиків та з’єднань конструкцій;

—   діаметр і розташування арматури;

—   клас арматурного прокату (беруть з конструкції не менше 2 зразків та проводять дослідження з використанням розривних машин);

 — міра пошкодження арматури, закладних і з’єднувальних елементів корозією.

У процесі детального обстеження конструкцій встановлюються:

—   міцність бетону за результатами випробувань неруйнівними методами;

 — механічні характеристики робочої арматури (границя текучості, тимчасовий опір розриванню, відносне подовшання);

—   стан антикорозійного захисту;

—   товщина захисного шару бетону до арматури;

—   ширина розкриття тріщин на поверхні бетону і на рівні арматури;

—   вид, міра і глибина корозії бетону;

—   фактичні робочі перерізи конструкцій;

—   опір теплопередачі огороджувальних конструкцій;

 — міра корозії арматури, закладних і з’єднувальних елементів, зварних швів.

 За відсутності проектної та виконавчої документації та наявності пошкоджень, що характерні для аварійно-небезпечних об’єктів, проводять суцільне обстеження конструкцій, при цьому дефекти і пошкодження визначають у кожній конструкції.

 Геометричні розміри визначають вибірково для конструкцій з незначними прогинами. Прогини конструкцій також визначають вибірково. Міцність бетону визначають для групи однотипних конструкцій

2. Класифікаційні ознаки категорій технічного стану залізобетонних конструкцій

3. Пошкодження залізобетонних конструкцій і їх причини

Не дивлячись на великий досвід монтажу і експлуатації залізобетонних конструкцій зараз дуже часто виникає необхідність усування помилок і дефектів у вже побудованих будинках, виконаних із залізобетонних конструкцій. Ці помилки і дефекти обумовлюються цілим рядом причин основними із яких є:

1. Збільшення навантажень на них в наслідок заміни або підсилення вищерозміщених конструкцій (надбудови, прибудови) або при заміні технологічного обладнання (станки, ліфти, ескалатори, крани і ін.) таким, які мають масу більшу ніж до реконструкції.

2. Втрата несучої спроможності, яка може бути спричинена:

• помилками при проектуванні

• помилками на стадії будівництва (порушення умов зберігання з/б виробів чи складових компонентів залізобетону, невідповідність проектним рішенням, розриви в бетонуванні і т.д., недостатній догляд, виробництво неякісних залізобетонних конструкцій; відхилення від технічних правил і умов монтажу конструкцій

• умовами експлуатації : вплив динамічних навантажень, наявність зовнішнього чи внутрішнього агресивного чи атмосферного середовища, протікання систем водопостачання і водовідведення, випадкові пошкодження внаслідок аварій, відсутність ізоляції огороджуючих конструкцій від дії агресивного зовнішнього середовища;

 Окрім того існують фізичні і хімічні дії, які негативно діють на конструкції. До фізичних дій на залізобетонні конструкції відносяться:

1. зовнішні статичні і динамічні навантаження;
2. внутрішнє і зовнішнє напруження;
3. високі і низькі температури, а також їх перепади;
4. зміна вологості зовнішнього середовища;
5. опромінення (ультрафіолетове, радіоактивне).

До хімічних дій на залізобетонні конструкції відносяться:

• корозія арматурної сталі;
•  руйнівна сила на бетон з зовнішньої сторони, наприклад кислот, розчинів солей, викидів газу, органічних речовин;

Окрім того зовнішні погодні умови можуть визвати напруження в конструкціях різної величини за рахунок перепаду температур і вологості зовнішнього осередку, дії талої води, що може привести до утворення тріщин.

4. Підготовка поверхонь до ремонту

Підготовку основи бетонних і залізобетонних конструкцій для їх подальшого ремонту можна умовно розділити на підготовку бетонної поверхні та підготовку поверхні арматури. Ці стадії де в чому схожі між собою і їх метою є очищення поверхні бетону і арматури для їх міцного і надійного зчеплення з захисним шаром. Технологія підготовки робіт наведена в таблиці 1. Рекомендації і методи ремонту бетонних поверхонь детально розробляють ПВР, яких необхідно дотримуватись і виконувати.

5. Тріщини, вибоїни та відколи в конструкціях із бетону і залізобетону,

Пошкодження залізобетонних поверхонь відбувається при транспортуванні, в процесі монтажу, під час експлуатації. Наслідок таких ушкоджень - тріщини.
Своєчасне виявлення, проведення оціночної експертизи дозволить правильно встановити вид дефекту і провести ремонтні роботи, зберігши несучу здатність конструкцій.

 Перед плануванням і визначенням необхідності виконання робіт по заповненню тріщин обстежують поверхню залізобетонної конструкції.

 Тільки з врахуванням даних обстеження можливо вірно вибрати метод, матеріал і технологію заповнення тріщин.

При обстеженні тріщин необхідно звернути увагу на:

 1. вид тріщини ( поверхнева, одностороння чи наскрізна), а також наявність інших пустот;

 2. розміщення і проходження тріщин (нахилом, поздовжнє, поперечне чи радіальне);

3. ширина і глибина тріщини;

4. можливість зміни розмірів протягом деякого часу.

Тільки після проведення обстеження може бути вироблена концепція найбільш раціонального і ефективного ремонту тріщин. Визначають:

1. причини тріщиноутворення;
2. необхідність заповнення тріщин;
3. рекомендована технологія виконання робіт (в ПВР);
4. ризик подальшого можливого тріщиноутворення.

Тріщини й деформації в стінах будівель і споруд виникають унаслідок несправності фундаментів і просідання підвалин, відсутності температурних і осадових швів, промерзання стін, перенапруги стін під опорами балок і в перемичках, низької міцності матеріалів, з яких виконані стіни.

Основні види технологічних процесів усунення тріщин – це насичення і ін′єкціювання тріщин.

 В кожному окремому випадку, на кожен окремий об′єкт  в ПВР необхідно розробити, при необхідності, технологію усунення тріщин в бетонних і залізобетонних конструкціях.

Тріщини, вибоїни та  відколи в стінових панелях.

У разі відшарування поверхневого шару з/б панелей або оздоблювального покриття на глибину до 30 мм, появлення в поверхневому шарі тріщин загальною довжиною понад 10 м на 1 м2 поверхні стіни пошкоджені ділянки розчищують. Арматуру панелей очищають сталевими щітками від іржі. Захисний шар панелі відновлюють шляхом торкретування або тинькування пошкоджених ділянок зі збереженням попередньої фактури за формою й кольором. Важливо забезпечити відповідність фізико-механічних властивостей тих, що наносяться, і замінних шарів конструкцій стін. Найкращим зв’язувальним вважають саморозширювальний цемент.

Тріщини понад 0,3 мм завширшки у разі довжини понад 10 м на 1 м2 поверхні стіни розшивають металевими шпателями з видаленням іржі з оголеної арматури, продувають стисненим повітрям. Тріщини закладають розчином на розширювальних цементах.

Відколи до 15 см завглибшки і площею до 400 см2 на окремих ділянках усувають методом пробок. Пошкоджені місця розчищають до найраціональнішої геометричної форми, арматуру очищують від корозії. Підготовлену ділянку заповнюють дрібнозернястою бетонною сумішшю на цементі.

Для неармованих панелей і блоків можна використовувати збірні бетонні пробки, які встановлюють у ділянки, що ремонтуються, на розчин на одному рівні з базовою поверхнею.

У разі виявлення на внутрішній поверхні стін тріщин завглибшки 3 см і більше, а також відшаровування фактурного шару або облицювальної плитки необхідно встановити маяки. Якщо за показами маяків подальше деформування стін припинилося, то тріщини потрібно закрити розчином і матеріалом, однорідним із матеріалом стін. У разі подальшого розвитку деформацій результати спостережень доводять до відома керівництва експлуатаційної організації й уживають термінових заходів щодо тимчасового прикріплення або підсилення пошкоджених ділянок стін.

У разі появлення тріщин на зовнішній фактурі блоків або панелей, не обумовлених зниженням несучої здатності стін, необхідно встановити межі поширення тріщин, а також ступінь міцності зчеплення фактурного шару з базовим матеріалом стін за допомогою легкого простукування дерев’яним молотком.

Вибоїни та відколи на сходах.

Під час експлуатації східців зазвичай спостерігається природне зношування використовуваної частини східців і їхнє механічне пошкодження. Зношування використовуваної частини східців призводить до обламування окрайок, утворення хвилястої поверхні. Переміщення важких і громіздких предметів може спричинити утворення тріщин, вибоїн і відколів. Пошкодження східців із залізобетону або природного каменю у вигляді тріщин, відколів і вибоїн ремонтують шляхом установлення в дефектному місці вставки з монолітного бетону у вигляді «ластівчиного хвоста» (рис.1). 

Перед закладенням вирубка пошкодженого місця очищається від пилу й сміття струменем стисненого повітря та промивається водою. Відремонтовані поверхні протягом 7...14 діб необхідно захищати від механічних впливів і періодично зволожувати

Рис. 1 -  Ремонт дефектних місць залізобетонних східців монолітною вставкою у вигляді «ластівчиного хвоста»

6. Ремонт та захист поверхонь бетонних і залізобетонних конструкцій

В сучасній практиці ремонту і підсилення бетонних і залізобетонних конструкцій застосовують різні методи захисту від руйнування. Захист конструкцій від руйнування полягає:

• в зниженні дії агресивного середовища
• в підвищенні стійкості і міцності конструкцій
• у влаштуванні захисних покриттів, їх поверхонь

При ремонті і захисті залізобетонних конструкцій може бути досягнуто:

• відновлення стійкості і підвищення несучої здатності конструкцій;
• збереження (відновлення) можливості здійснити надійний захист арматури від подальшої корозії;
• відновлення чи збільшення поперечного перерізу конструкцій;
• відновлення чи збільшення опору зовнішньої поверхні бетону, від′ємним температурам, циклічності замерзання і розмерзання, дії талої води і інших агресивних середовищ, механічним діям під час експлуатації;
• відновлення і підвищення опору вогню і тривалої дії високих температур, підвищення теплозахисних якостей;
• поліпшення естетичного зовнішнього вигляду конструкції (зміна кольору, очищення від забруднення, усунення вологих місць).

 Ремонт дефектів бетонних і залізобетонних поверхонь, які експлуатуються на ″відкритому повітрі″ за технологією ремонтно-будівельних заходів можна розділити на такі основні методи:

1. оббетонування конструкції;
2. торкретування конструкції;
3. місцеве нанесення захисних матеріалів;
4. покриття поверхні захисним шаром.

 Досвід застосування захисних матеріалів, для зовнішніх поверхонь в європейських державах, виявив необхідність їх класифікувати в залежності від сфери їх використання, товщини шару і складу матеріалу.

7. Підсилення конструкцій із залізобетону

Різновидність причин, які вимагають підсилення багато в чому визначає вибір способів підсилення.

В практиці реконструкції використовують  основні способи та методи підсилення будівельних конструкцій:

•  відновлення несучої здатності будівельних конструкцій шляхом 
  • відновлення робочої площі перерізу (заробка тріщин, раковин, дефектів)
  • відновлення закладних деталей, анкерів, кріплень, і.т.д
  • захист від дії агресивного середовища, замокання
  • підвищення міцності матеріалів 
•  збільшення несучої здатності будівельних конструкцій шляхом  
  • збільшення перерізів (улаштування обойм, сорочок, нарощення, підсилення вузлів)
  • постановка додаткових опор, металевих кронштейнів, підкосів, тяжів
  • постановка додаткової горизонтальної чи шпренгельної попередньонапруженої арматури, розпірок, затяжок, хомутів.
• шляхом розвантаження конструкцій:
  • часткове (передача навантаження на іншу конструкцію)
  • повне (заміна конструкції)

7.1. Підсилення стін і колон

Залізобетонні колони підсилюються шляхом встановлення обойм, сорочок.

Обойми можуть бути:

• металевими (рис.1, а)- 
• залізобетонними (рис. 2)-  можна побачити як з усіх чотирьох , так і з трьох, двох чи навіть з однієї сторони перерізу колони.

Рис. 1 - Підсилення колони металевою обоймою: а — в період монтажу; б — проектне положення; 1 — колона; 2 — розпірки із кутиків та планок; 3 — натяжні монтажні болти; 4 — з'єднувальні планки, що приварюються після встановлення розпірок; 5 — упорні елементи

Рис. 2 - Підси­лення залізобетонною обоймою: а   - конструкція підсилень, б - ін'єкція бетонної суміші; 1 - колона, що підсилюється; 2 - залізобетонна обойма; 3 - опалубка; 4 - металевий хомут; 5 - отвори; 6 - бетононасос: 7 - фундамент; 8 - зовнішній вібратор; 9 - інвентарні підмости

Як і всі залізобетонні конструкції колони підсилють нарощенням, зі зварюванням додаткової робочої арматури через гнуті коротиші зі стержнями робочої поздовжньої арматури.

Для забезпечення адгезії існуючого бетону з новим матеріалом необхідно виконати наступне:

• виконання насічки на по­ верхні бетону;
• очищення по­ верхні від зруйнованого мате­ріалу, сміття;
• зволоження по­верхні бетону за години до початку бетонування (ка­люж на поверхні бетону бути не повинно);
• ретельне укладання та вібрування бетонної суміші;
• догляд за бетоном у період на­бирання ним міцності (зволо­ження для попередження виник­нення усадкових тріщин, недопущення заморожування матеріалу в період твердіння).

Двохвіткові колони (стійки, перемички) виробничих будівель  окрім підсилення  улаштуванням обойм підси­люються шляхом заповнення отворів у бетоні залізобетоном (рис. 3, а), влаштуванням залізобетонної обойми навколо підкра­нової частини із заповненням порожнин між вітками (рис.3 б) або встановленням розвантажуючих стійок в отворах підкранової частини (рис.3, в).

Рисунок 3 - Підсилення двовіткових колон: 1 — колона, що під­силюється; 2 — залізобетонне за­повнення порожнини; 3 — залізо­бетонна обойма з заповненням от­ворів у колоні; 4 — розвантажуючі стійки; 5 — пластини- клинці; 6 — опорні пластини

Рис. 4 - Схеми підсилення консолі колони: а - частковим обетонуванням підконсольної частини; б- обетонуванням підконсольної частини на всю висоту колони; в- установкою додаткової опори; 1- колона, що підсилюється; 2- бетон; 3- додаткова опора (металеві профілі); 4- кутик

Підкранові консолі залізобетонних колон також підсилюються шляхом установлення зовнішніх металевих елементів, які повинні компенсувати втрату несучої здатності цього елемента (рис. 5).

Рис. 5 - Варіанти підсилення підкранових залізобетонних консолей: 1 — консоль, що підсилюється; 2 — ригель; 3 — попередньо напружений тяж із гайками; 4 — сталева балка; 5 — верхні упори.

Для підсилення колон застосовують також такі методи:

• встановлення попередньонапружених хомутів  

Рис. 5.1 - Підсилення колон встановленням попередньо напружених
хомутів

• влаштуванням одно та двосторонніх розпірок

Рис 5.2 - Підсилення колон влаштуванням двосторонніх розпірок

• встановлення приставних розвантажувальних стійок

Рис. 5.3-  Підсилення колон встановленням приставних розвантажувальних стійок

•  підведення розвантажувальних стійок 

Рис.5.4 - Підсилення колон підведенням розвантажувальних стійок

• зварювання стальних кутників з робочою арматурою;

• влаштуванням дотичної арматури тощо

ПІДСИЛЕННЯ СТІН

Рис. 6 - Схема підсилення залізобетонної стінки армованим полімербетоном:1- конструкція, що підсилюється; 2- арматура; 3- полімербетон

Рис. 7 - Підсилення залізобетонної плити приклеюванням зовнішньої арматури: 1- конструкція, що підсилюється; 2- сталеві смуги

Рис. 8 - Схема підсилення стінових панелей металевими стійками:

а - розріз, загальний вигляд збоку; б- конструкція колони підсилення; 1-кутик 100×10 мм приставної колони підсилення; 2- ригель; 3- підсилений фундамент; 4- смуга 60×60 мм, l = 80 мм; 5- підбетонка; 6- кутик 63×6 мм; l = 100 мм; 7- планка-смуга 80×8 мм, l = 100 мм; 8- пластина 450×150×8 мм

7.2. Підсилення перекриттів, балок

Найпоширенішими способами підсилення залізобетонних балок, в т.ч. балок перекриття є:

• нарощення робочої арматури та їх перерізу (рис.1 - 2)

Рис. 1 - Підсилення залізобетонних балок зовнішнім армуванням:1 – залізобетонна балка; 2 – отвір; 3 – анкер (дюбель); 4 – листова арматура; 5 – полімер-розчин; 6 – кутник; 7 – швелер; 8 – паз; 9 –арматура підсилення; 10 – обмазка з полімер-розчину; 11 – залізобетонний елемент підсилення; 12 – скловолокно (графітові волокна); 13 – стальний лист; 14 – анкерна пластина

• влаштування обойм (рис. 3).

Рис. 3 - Підсилення балок залізобетонною обоймою

• улаштуванням затяжок (шпренгельні затяжки, затяжки з арм.сталі,  (рис.4)

Рис. 4 - а) Підсилення балок шпренгельними затяжками; б)  Підсилення залізобетонних балок затяжками з арматурної сталі

• розвантаження шляхом підведення додаткової опори (рис.5)

Рис. 5 - Схема підсилення балки підведенням додаткової опори: 1 - балка, що підсилюється; 2 - додатковий фундамент; 3 - додаткова опора; 4 - болти

• підсилення балки перекриття розвантажувальними конструкціями (рис.6)

Рис. 6 - Схема підсилення балки перекриття розвантажувальними конструкціями: 1 - балка, що підсилюється; 2 - металева розвантажувальна балка; 3 - тяжі; 4 - планки; 5 - опорні елементи

• створення нерозрізної системи (рис. 7 )

Рис. 7 - Підсилення балок створенням нерозрізної системи

Для підсилення залізобетонних балок використовується метод наклеювання в розтягнутій зоні шару склотканини чи полімерного покриття, що включає в себе скляні джгути (рис. 8). У якості полімерного покриття в першо­му випадку використовується епоксидно-фуранова композиція з мінеральним наповнювачем із тонко меленого кварцового піску.
Скляні джгути (рис. 8. б) являють собою вихідний продукт для отримання склопластикової арматури і складаються з набору скля­ них тонковолокнистих ниток.

Рис. 8 - Підсилення балки шляхом наклеювання: а — склотканини; б — скляних джгутів: І балка, що підсилюється; 2 — полімерне покриття із скло­ тканиною; 3 -  склотканина; 4 полімерне покриття з металевою сіткою; 5 - - металева сітка; 6 — шар полімеру, то включає скляні джгути; 7 — скляні джгути

7.3. Зовнішнє армування композитними матеріалами

Для посилення й відновлення експлуатаційної придатності залізобетонних конструкцій використовується метод зовнішнього армування композитними матеріалами: вуглепластиковими стрічками й полотнами із застосуванням клеїв, ремонтних і захисних сумішей на основі епоксидних смол.

Перевагами  композитних матеріалів є: високі міцність і модуль деформації, мала вага, технологічність, несприйнятливість до агресивних зовнішніх факторів, здатність повторювати форми підсилюваних конструкцій, витривалість.

Загальна технологічна схема відновлення експлуатаційної придатності й посилення конструкцій:

1. Очищення конструкції від продуктів корозії й деструкції бетону

2. Обробка арматури захисними сумішами, що перешкоджають корозії

3. Відновлення перерізу ушкодженого залізобетон-ного елемента

4. Наліпка вуглепластикових стрічок і полотен для відновлення несучої здатності

5. Нанесення захисних сумішей по поверхні залізобетонних елементів

Рис.1 - Ушкоджена залізобетонна плита покриття до відновлення

Рис.2 -  Відновлені плити покриття

Рис. 3 - Типове рішення посилення двох поздовжніх ребер

7.4. Підсилення монолітних залізобетонних перекриттів

Балки монолітних залізобетонних перекриттів підсилюють тими ж методами, що й збірні конструкції, а саме:
влаштуванням залізобетонних сорочок та обойм;

• нарощенням
• підведенням розвантажувальних балок на консолях та хомутах
• влаштуванням додаткової термонапруженої арматури ;
• встановленням розвантажувальних кронштейнів;
• встановленням горизонтальних затяжок та шпренгельних затяжок з
• арматурної сталі;
• шпренгельних затяжок з кутників;
• горизонтальних затяжок з кутників та швелера  тощо.