О преждевременном повреждении бетона в обычных условиях.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи. На ряде объектов в климатических условиях средней полосы России отмечается повреждение фундаментных бетонных блоков в результате многократного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. Обнаруживаются такие повреждения в блоках, уложенных, как Правило, осенью и оставшихся без укрытия грунтом в состоянии незавершенного строительства фундамента. При этом котлован или углубления грунта у боковых поверхностей блоков Заполняются водой — дождевой Или от таяния снега. Часто Поверхность блока покрывается Льдом и подвергается многократному замораживанию и Оттаиванию, в том числе вмерзанию в лед. Укрытие конструкций полиэтиленовой пленкой в «случае, если нет проветривания, способствует накоплению воды i бетоне и Усугубляет разрушение. Проявляется это в виде шелушения Поверхностного слоя и снижения Прочности в глубине. В ряде Случаев блок приходит полностью в негодность. Такой результат кратковременного действия замораживания и Оттаивания, как пр'авило, обусловлен низкой морозостойкостью бетона блока, недостаточной для условий замораживания При высокой степени водонасыщения. Убедиться в этом можно, если отобрать пробу достаточно- большого размера от бе- Тона неповрежденной части и Определить в ней водопоглощение. Если оно превышает 10—12% по массе, то можно Уверенно сказать, что причина Ьазрушения — низкая морозостойкость бетона.

Наблюдения показывают, что однотипные конструкции на одном и том же объекте рзз/ху- шаются с неодинаковой скоростью. Это связано, во-первых, с различным воздействием среды на конструкции (большее или меньшее увлажнение, нагрев солнцем или его отсутствие, неодинаковое температурное поле и пр.) и, во-вторых, со значительным разбросом показателя морозостойкости бетона в конструкциях. Коэффициент вариации показателя морозостойкости может достигать 60%. Из этого следует, что необходим расширенный (по сравнению с ныне нормированным) контроль морозостойкости бетона, выполняемый оперативно. Необходима разработка методов контроля морозостойкости непосредственно в железобетонных конструкциях. В настоящее время контроль морозостойкости выполняется на специально изготовленных образцах, а сами испытания выполняются один раз в квартал и в полгода.

В распоряжении технологов на предприятиях по изготовлению бетона и изделий из него имеются простые и не требующие больших затрат способы для придания бетону достаточной морозостойкости, чтобы предупредить разрушение от размораживания в климатических условиях центра России, даже при неблагоприятных условиях увлажнения. Применение такого эффективного и проверенного средства, как химические добавки пластифицирующего и воздухововлекающего действия, резко повышает среднюю морозостойкость бетона и, что не менее важно, значительно снижает коэффициент вариации показателя морозостойкости, т.е. менее вероятным становится случайное снижение морозостойкости, повышается надежность бетона. К сожалению, до настоящего времени добавки такого типа применяются для рядовых бетонов недостаточно, и в основном там, где проявляется лишь сиюминутный эффект в виде снижения расхода цемента. В меняющейся экономической ситуации внимание к качеству, в том числе к долговечности бетона, должно усилиться, поскольку потребитель может потребовать от поставщика компенсации затрат, вызванных ранним разрушением конструкции. В то же время вопрос об экономии физических объемов цемента уходит на второй план.

Большое влияние на морозостойкость бетона оказывает режим твердения бетона. Недопустимо как высушивание бетона в процессе пропаривания, так и выход изделий из пропарочной камеры в водонасыщен- ном состоянии. При попадании таких конструкций на мороз они быстро разрушаются.

Для придания гарантированной стойкости бетону в неблагоприятных условиях, если прогнозируется возможность замораживания в воде или с обледенением, морозостойкость бетона должна быть повышена до марки F100—F200 в зависимости от класса здания по степени ответственности. Аналогичные требования должны предъявляться к бетону свай в зоне капиллярного подсоса, примерно в 30—50 см над. уровнем грунта и на таком же пасстоянии ниже его поверхности. Причина быстрого разрушения здесь та же — вода насыщает бетон в указанном слое, в особенности при ма- лофильтрующих грунтах, а также при затруднении испарения воды (высокая влажность воздуха над поверхностью грунта, покрытие бетона водо- и пароп- роницаемыми пленками и т.д.).

Следует иметь в виду, что разрушение усиливается в тех случаях, когда накладывается несколько неблагоприятных факторов. Например, механическое повреждение верхней части сваи при забивке в результате нарушения технологии погружения, несоответствия массы сваи и молота, излишнего числа ударов, отсутствия упругой прокладки на оголовнике и др., отсутствия резерва морозостойкости бетона, насыщения бетона водой.

При забивке свай до уровня, когда торец сваи возвышается над землей на 30—60 см, вероятность повреждения сваи особенно велика.- Сочетание механических повреждений (микротрещины в бетоне) в голове сваи от забивки с высокой степенью насыщения водой в зоне капиллярного всасывания предопределяет морозную : струкцию бетона.

Неблагоприятным фактором является использование све- жеизготовленных железобетонных конструкций в предзимний и зимний периоды, особенно забивка свай, когда образующиеся при забивке трещины в бетоне ввиду низкой температуры не подвергаются самоза- лечивэнию. В отличие от этого в сваях, забитых весной или летом, самсзалечивание трещин более вероятно, в результате конструкция входит в зимний период в определенной степени подготовленной. В качестве временной защиты свай, забитых в предзимний и зимний периоды, может быть засыпка их на зиму грунтом, что сильно понизит жесткость климатических воздействий.

Отмечено много случаев повреждения конструкций, предназначенных для эксплуа- • тации в условиях систематического действия попеременного замораживания и оттаивания, — плит облицовки каналов, дорожных плит, конструкций открытых резервуаров, силосных ям, навозохранилищ и т.п. При проектировании таких конструкций марка бетона по морозостойкости нередко назначается из предположения о возможном эпизодическом воздействии влаги и температуры ниже 0°С. Неопределенность понятия "эпизодическое воздействие" позволяет" проектировщикам, пользуясь табл. 9 СНиП 2-03.11-85, назначать марки по морозостойкости F25—F50. Остается без должного внимания приведенное там же уточнение (в грунте или под водой), которое указывает, что конструкции t в этих ус-, ловиях подвергаются малому числу циклов замораживания— оттаивания (ЦЗО). Элементы конструкций, расположенные выше уровня грунта, находятся в более жестких условиях и подвергаются значительно большему числу ЦЗО.

Число таких циклов только с учетом климатических воздействий для центрального района России, по данным анализа, выполненного НИИЖБом совместно с НИИЖТом (Новосибирск), составляет от 40 до 70. Данные указаны в циклах, приведенных к стандартным по ГОСТ 10060—87, что в соответ«_1ьии с Рекомендациями НИИЖБа [1] требует применения бетонов с маркой по морозостойкости не менее F200.

Это соответствует требованиям     (табл.    9) СНиП 2.03.01-84, ще указано, что для условий работы конструкций при попеременном замораживании и •оттаивании в водонасыщенном состоянии для районов с расчетной, зимней температурой наружного воздуха от минус 20 до минус 40 С включительно следует, в зависимости от степени ответственности сооружения, принимать марку бетона* по морозостойкости не ниже F100—F200.

Вообще марки бетона по морозостойкости для отдельных сооружений должны назначаться с тщательным учетом не только климатических данных, но и конкретных, условий эксплуатации, с точки зрения возможного влажностного состояния бетона при наступлении отрицательной температуры, нагрева поверхности конструкций солнцем и других факторов, в том числе в строительный период.

Мы не останавливаемся на случаях преждевременного повреждения в результате грубого нарушения действующих технических требований к проектированию и особенно к производству работ. Неграмотное и небрежное выполнение работ ••- замораживание бетона в раннем возрасте, плохое уплотнение бетона, добавление воды в бетонную смесь перед укладкой и другие общеизвест* ные случаи брака приводят к повреждениям в кратчайший срок после возведения сооружения.

Скрытой причиной повреждения бетона могут быть и недоброкачественные материалы — цемент, заполнители, вода, химдобавки, применяемые без должной предварительной проверки качества и соответствия стандартам. Это уже тривиально и должно предупреждаться применением системы обеспечения качества.

Особое внимание следует обратить на качество цементов. Присутствие большого количества щелочей (более 1%)» наличие минеральных добавок, особенно нефелинового шлама, трепела, опоки понижает морозостойкость бетона на таких цементах Известны случаи резкого понижения морозостойкости бетона как результат применения загрязненного щебня. Зерна карбонатного заполнителя бывают покрыты вязкой трудноудаляемой оболочкой из увлажненной каменной пели, что вызывает снижение сцепления щебня с растворной частью бетона и его морозостойкость.

Есть еще одна сравнительно новая и коварная причина повреждения бетона, которая в настоящее время привлекается (правда, зачастую безосновательно) для объяснения быстрого повреждения бетона — это "внутг енняя" . коррозия бетона вследствие взаимодействия некоторых видов заполнителя и компонентов цемента 42 ]. В результате взаимодействия соединений щелочных металлов — натрия и калия (в дальнейшем мы для краткости будем говорить о "щелочах") с заполнителями., содержащими реакционноспособный кремнезем, возможно образование на контакте заполнителя с цементным камнем набухающего геля, что приводит к внутренним напряжениям в бетоне и в конечном счете к растрескиванию бетона.

Процесс идет при обычной температуре медленно, и трещины обнаруживаются через длительные сроки, как правило годы. Иногда начало разрушения проявляется через десять и более лет [3 ]. Разрушение по этой причине возможно при сочетании повышенного содержания щелочей в цементе- и наличии аморфного кремнезема в заполнителе. Наиболее опасными минералами являются опал и халцедон, а также кремнезем в виде микрокристаллического кварца, в особенности" с нарушенной структурой кристаллической решетки, некоторые виды песчаников. Внутренняя коррозия как причина повреждения уверенно устанавливается, если повреждение конструкций проявляется в виде сетки трещин с приуроченными к ним белыми гелеобразными выделениями. Для этого коррозионного процесса обязательно увлажнение конструкций и достаточно длительный срок — годы — до появления видимых результатов.

Можно отметить случаи, когда повреждение конструкций по более простым причинам неосновательно приписывается внутренней коррозии, и тем самым мероприятия по устранению повреждений и прогноз дальнейшего' состояния конструкций направляются по ложному пути. В сомнительных случаях необходимо тщательное и.непростое исследование образцов поврежденного бетона — петрографически на наличие новообразований на контакте заполнителя с цементным камнем, петрографическим и химческйм методами — определение содержания в заполнителях потенциально реакционноспо- собного кремнезема и содержания в цементе щелочей и непосредственно — определением деформаций образцов бетона на применяемых или намеченных к применению материалах. Эти испытания выполняются в специализированной лаборатории. Меры защиты- от уже начавшегося процесса внутренней коррозии очень ограниченны и могу т включать: защиту конструкций от увлажнения, усиление иу. и, в дальнейшем; полную замену. Основные меры состоят в профилактических действиях, основанных на исключении сочетания высоко щелочного цемента или добавок соединений щелочных металлов — натрия и калия (поташ, нитрит натрия, сульфат, хлорид натрия или калия и др.) и заполнителя с породами, содержащими потенциально реакциснноспо- собныи кремнезем.

В практике строительств.; встречаются и другие случаи преждевременного повреждения бетона конструкций. Например вследствие неправильной или недостаточной изоляции конструкций от воды и хлеридных растворов. -Известно морозное разрушение конструкций теплиц при неправильном расположении пароизоляции, коррозия стальной арматуры в железобетонных опорах линий освещения и связи вследствие обрызгивания растворами солей яри движении автомобилей, коррозия железобетонных конструкций автомобильных мостов вследствие  затекания хлоридных растворов на • незащищенные поверхности. Исключить возможность таких повреждений — неотложная задача инженеров-проектировщиков, технологов и строителей.

Сектор коррозии бетона НИИЖБа исследует поврежденные железобетонные конструкции, проводит анализ и испытания бетона на морозо- и коррозионную стойкость и выдает заключение о причинах повреждения, способах восстановления конструкций и прогноз дальнейших сроков службы.

Разрыв каждой такой растянутой связи создает мгновенный сжимающий удар с гигантской силой, равной предельному усилию в этой связи. Каскад таких разрывов порождает ударные волны сжатия и приводит к лавинообразному росту трещин, который, в свою очередь, порождает сплошную серию разрывов и новых ударов в вершинах растущих микро- и макротрещин.

А что же все-таки фиксируют нам сейсмические приборы?

Поскольку изгибные разрушения при землетрясениях отсутствуют, то, стало быть, там нет и резонансных колебаний грунта. В связи с этим осмелимся предположить, что приборы, будучи одномассовыми осцилляторами, фиксируют вовсе не колебания грунта, а лишь свои собственные колебания, вызванные мгновенными ударными импульсами в грунте, которые не могут быть зафиксированы ими. Это допущение позволяет наиболее правдоподобно объяснить загадочное отсутствие изгибных разрушений при. землетрясениях.

Признав исходно колебательную природу сейсмических разрушений, ее авторы и сторонники подтвердили свою доктрину, обнаружив собственные колебания использованных ими приборов, возбужденные ударными волнами. Эти колебания, естественно, лежали примерно в том же частотном диапазоне, что и собственные колебания зданий (от 0,1 до 2,0 с). Но они вынуждены были истолковать их как колебания грунта, которые якобы резонируют с собственными колебаниями зданий. Иными словами, "истинность" колебательной докт]5ины была доказана в результа.е самозаблуждения

Если бы изначально была принята не колебательная, а ударно-волновая доктрина, то использовались бы не сейсмометры, а мембранные датчики, способные фиксировать ускорения грунта в тысячи g, и наверняка были бы обнаружены ударные волны.

Следует подчеркнуть, что в сейсмических расчетах не выполнена обязательная для подобных процедур проверка в прямой прочностной задаче. Для ее выполнения нужно было всего лишь сопоставить теоретический (ожидаемый) и реальный механизм разрушения зданий и их элементов. Тем не менее эта простая операция так и не была проделана. Сейсмики не учли, что в процессе строго прочностного расчета мы заранее закладываем в конструкцию схему ее разрушения, которая уже не может быть нарушена.

Именно эта оплошность не позволила заметить глобальную ошибку в исходной доктрине. Когда мы сделали указанную проверку, то выяснили, что она не сходилась ни в одном сейсмическом прочностном расчете, ибо ожидаемые и реальные механизмы разрушения всегда не совпадали, как было доказано выше.

В заключение можно кратко сформулировать предлагаемые нами общие принципы универсальной сейсмозащиты зданий от воздействия ударных волн сдвига.

1. Достижение минимума площади поперечного сечения в связях между фундаментом и зданием и обеспечение неразрушимости этих связей от волнового среза и иных воздействий.

  1. Локализация больших напряжений в малой контактной зоне, где легко обеспечить ее неразрушимость.
  2. Обеспечение сейсмоизо- ляции зданий от ударных волн за счет перераспределения напряжений с малой площади сечения связей на большую площадь сечения мощного и массивного защитного элемента, за счет плавного увеличения площади поперечного сечения вертикальных несущих элементов.
  3. Обеспечение изоляции здания от ударных волн за счет создания нескольких скачков в площади поперечного сечения в фундаментной плите или в вертикальных элементах первого этажа.
  4. Обеспечение минимальной энергии, воспринимаемой зданием при землетрясениях, за счет специальной конструкции фундамента или первого этажа.
  5. Обеспечение необ- рушимости всех несущих элементов зданий при образовании в них любых трещин за счет сохранения способности к восприятию собственного веса при возможных разрушениях.

Внедрение в практику сейсмического строительства конструкций, где реализованы эти принципы, позволит полностью исключить сейсмические разрушения.

Сооружений, т.е. длительность срока, в течение которого сохраняется эксплуатационная пригодность конструкций. Непосредственная связь качества и долговечности подтверждается многолетней практикой строительства и экс-* плуатации. В последние годы наблюдаются массовые случаи преждевременного повреждения даже такого в принципе стойкого материала, как бетон и железобетон, который не горит, не гниет и не ржавеет. Случаи появления дефектов в железобетонных конструкциях стали массовыми и, к сожалению, повторяются в самых "обычных условиях и при коротких сроках эксплуатации.

Особенное беспокойство вызывают участившиеся случаи появления повреждений уже в процессе строительства до начала и в первый год эксплуатации.

Раннее повреждение наблюдается в железобетонных фундаментных блоках и плитах перекрытия в зданиях школ, сельских домов культуры, спальных корпусах, хозяйственных постройках (гаражи, бойлерные) пансионатов, бетонных фундаментах садовых домиков, железобетонных блочных и свайных фундаментах жилых домов, железобетонных конструкциях трибун стадионов и т.п. во многих городах центральных, северных и северо-западных областей России.

Сведения, накапливающиеся в лаборатории коррозии и долговечности железобетонных конструкций НИИЖБа, позво-

© 1-м. Иванов, НК. Розсмталь. ГА Чехиии, 1994

ляют провести анализ наиболее часто встречающихся повреждений и .указать на их причины И способы устранения.


Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи. На ряде объектов в климатических условиях средней полосы России отмечается повреждение фундаментных бетонных блоков в результате многократного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. Обнаруживаются такие повреждения в блоках, уложенных, как Правило, осенью и оставшихся без укрытия грунтом в состо- 1 янии незавершенного строительства фундамента. При этом котлован или углубления грунта у боковых поверхностей блоков Заполняются водой — дождевой Или от таяния снега. Часто Поверхность блока покрывается Льдом и подвергается многократному замораживанию и Оттаиванию, в том числе вмерзанию в лед. Укрытие конструкций полиэтиленовой пленкой в «случае, если нет проветривания, способствует накоплению воды i бетоне и Усугубляет разрушение. Проявляется это в виде шелушения Поверхностного слоя и снижения Прочности в глубине. В ряде Случаев блок приходит полностью в негодность. Такой результат кратковременного действия замораживания и Оттаивания, как пр'авило, обусловлен низкой морозостойко- 'хггью бетона блока, недостаточной для условий замораживания При высокой степени водонасы- *цения. Убедиться в этом можно, если отобрать пробу достаточно- большого размера от бе- Тона неповрежденной части и Определить в ней водопогло- Iцение. Если оно цревышает 10—12% по массе, то можно Уверенно сказать, что причина Ьазрушения — низкая морозостойкость бетона.

Наблюдения показывают, что однотипные конструкции на одном и том же объекте рзз/ху- шаются с неодинаковой скоростью. Это связано, во-первых, с различным воздействием среды на конструкции (большее или меньшее увлажнение, нагрев солнцем или его отсутствие, неодинаковое температурное поле и пр.) и, во-вторых, со значительным разбросом показателя морозостойкости бетона в конструкциях. Коэффициент вариации показателя морозостойкости может достигать 60%. Из этого следует, что необходим расширенный (по сравнению с ныне нормированным) контроль морозостойкости бетона, выполняемый оперативно. Необходима разработка методов контроля морозостойкости непосредственно в железобетонных конструкциях. В настоящее время контроль морозостойкости выполняется на специально изготовленных образцах, а сами испытания выполняются один раз в квартал и в полгода.

В распоряжении технологов на предприятиях по изготовлению бетона и изделий из него имеются простые и не требующие больших затрат способы для придания бетону достаточной морозостойкости, чтобы предупредить разрушение от размораживания в климатических условиях центра России, даже при неблагоприятных условиях увлажнения. Применение такого эффективного и проверенного средства, как химические добавки пластифицирующего и воздухововлекающего действия, резко повышает среднюю морозостойкость бетона и, что не менее важно, значительно снижает коэффициент вариации показателя морозостойкости, т.е. менее вероятным становится случайное снижение морозостойкости, повышается надеж-

29

ность бетона. К сожалению, до настоящего времени добавки такого типа применяются для рядовых бетонов недостаточно, и в основном там, где проявляется лишь сиюминутный эффект в виде снижения расхода цемента. В меняющейся экономической ситуации внимание к качеству, в том числе к долговечности бетона, должно усилиться, поскольку потребитель может потребовать от поставщика компенсации затрат, вызванных ранним разрушением конструкции. В то же время вопрос об экономии физических объемов цемента уходит на второй план.

Большое влияние на морозостойкость бетона оказывает режим твердения бетона. Недопустимо как высушивание бетона в процессе пропаривания, так и выход изделий из пропарочной камеры в водонасыщен- ном состоянии. При попадании таких конструкций на мороз они быстро разрушаются.

Для придания гарантированной стойкости бетону в неблагоприятных условиях, если прогнозируется возможность замораживания в воде или с обледенением, морозостойкость бетона должна быть повышена до марки F100—F200 в зависимости от класса здания по степени ответственности. Аналогичные требования должны предъявляться к бетону свай в зоне капиллярного подсоса, примерно в 30—50 см над. уровнем грунта и на таком же пасстоянии ниже его поверхности. Причина быстрого разрушения здесь та же — вода насыщает бетон в указанном слое, в особенности при ма- лофильтрующих грунтах, а также при затруднении испарения воды (высокая влажность воздуха над поверхностью грунта, покрытие бетона водо- и пароп- роницаемыми пленками и т.д.).

Следует иметь в виду, что разрушение усиливается в тех случаях, когда накладывается несколько неблагоприятных факторов. Например, механическое повреждение верхней части сваи при забивке в результате нарушения технологии погружения, несоответствия массы сваи и молота, излишнего числа ударов, отсутствия упругой прокладки на оголовнике и др., отсутствия резерва морозостойкости бетона, насыщения бетона водой.

При забивке свай до уровня, когда торец сваи возвышается

над землей на 30—60 см, вероятность повреждения сваи особенно велика.- Сочетание механических повреждений (микротрещины в бетоне) в голове сваи от забивки с высокой степенью насыщения водой в зоне капиллярного всасывания предопределяет морозную : струкцию бетона.

Неблагоприятным фактором является использование све- жеизготовленных железобетонных конструкций в предзимний и зимний периоды, особенно забивка свай, когда образующиеся при забивке трещины в бетоне ввиду низкой температуры не подвергаются самоза- лечивэнию. В отличие от этого в сваях, забитых весной или летом, самсзалечивание трещин более вероятно, в результате конструкция входит в зимний период в определенной степени подготовленной. В качестве временной защиты свай, забитых в предзимний и зимний периоды, может быть засыпка их на зиму грунтом, что сильно понизит жесткость климатических воздействий.

Отмечено много случаев повреждения конструкций, предназначенных для эксплуа- • тации в условиях систематического действия попеременного замораживания и оттаивания, — плит облицовки каналов, дорожных плит, конструкций открытых резервуаров, силосных ям, навозохранилищ и т.п. При проектировании таких конструкций марка бетона по морозостойкости нередко назначается из предположения о возможном эпизодическом воздействии влаги и температуры ниже 0°С. Неопределенность понятия "эпизодическое воздействие" позволяет" проектировщикам, пользуясь табл. 9 СНиП 2-03.11-85, назначать марки по морозостойкости F25—F50. Остается без должного внимания приведенное там же уточнение (в грунте или под водой), которое указывает, что конструкции t в этих ус-, ловиях подвергаются малому числу циклов замораживания— оттаивания (ЦЗО). Элементы конструкций, расположенные выше уровня грунта, находятся в более жестких условиях и подвергаются значительно большему числу ЦЗО.

Число таких циклов только с учетом климатических воздействий для центрального района России, по данным анализа, выполненного НИИЖ-

Бом совместно с НИИЖТом (Новосибирск), составляет от 40 до 70. Данные указаны в циклах, приведенных к стандартным по ГОСТ 10060—87, что в соответ«_1ьии с Рекомендациями НИИЖБа [1] требует применения бетонов с маркой по морозостойкости не менее F200.

Это соответствует требованиям (табл. 9) СНиП 2.03.01-84, ще указано, что для условий работы конструкций при попеременном замораживании и •оттаивании в водонасыщенном состоянии для районов с расчетной, зимней температурой наружного воздуха от минус 20 до минус 40 С включительно следует, в зависимости от степени ответственности сооружения, принимать марку бетона* по морозостойкости не ниже F100—F200.

Вообще марки бетона по морозостойкости для отдельных сооружений должны назначаться с тщательным учетом не только климатических данных, но и конкретных, условий эксплуатации, с точки зрения возможного влажностного состояния бетона при наступлении отрицательной температуры, нагрева поверхности конструкций солнцем и других факторов, в том числе в строительный период.

Мы не останавливаемся на случаях преждевременного повреждения в результате грубого нарушения действующих технических требований к проектированию и особенно к производству работ. Неграмотное и небрежное выполнение работ ••- замораживание бетона в раннем возрасте, плохое уп- -лотнение бетона, добавление воды в бетонную смесь перед укладкой и другие общеизвест* ные случаи брака приводят к повреждениям в кратчайший срок после возведения сооружения.

Скрытой причиной повреждения бетона могут быть и недоброкачественные материалы — цемент, заполнители, вода, химдобавки, применяемые без должной предварительной проверки качества и соответствия стандартам. Это уже тривиально и должно предупреждаться применением системы обеспечения качества.

Особое внимание следует обратить на качество цементов. Присутствие большого количества щелочей (более 1%)» наличие минеральных добавок, особенно нефелинового шлама, трепела, опоки понижает морозостойкость бетона на таких цементах Известны случаи резкого понижения морозостойкости бетона как результат применения загрязненного щебня. Зерна карбонатного заполнителя бывают покрыты вязкой трудноудаляемой оболочкой из увлажненной каменной пели, что вызывает снижение сцепления щебня с растворной частью бетона и его морозостойкость.

Есть еще одна сравнительно новая и коварная причина повреждения бетона, которая в настоящее время привлекается (правда, зачастую безосновательно) для объяснения быстрого повреждения бетона — это "внутг енняя" . коррозия бетона вследствие взаимодействия некоторых видов заполнителя и компонентов цемента 42 ]. В результате взаимодействия соединений щелочных металлов — натрия и калия (в дальнейшем мы для краткости будем говорить о "щелочах") с заполнителями., содержащими реакционноспособный кремнезем, возможно образование на контакте заполнителя с цементным камнем набухающего геля, что приводит к внутренним напряжениям в бетоне и в конечном счете к растрескиванию бетона.

Процесс идет при обычной температуре медленно, и трещины обнаруживаются через длительные сроки, как4правило, 'Годы. Иногда начало разрушения проявляется через десять и более лет [3 ]. Разрушение по этой причине возможно при сочетании повышенного содержания щелочей в цементе- и наличии аморфного кремнезема в заполнителе. Наиболее опасными минералами являются опал и халцедон, а также кремнезем в виде микрокристаллического кварца, в особенности" с нарушенной структурой кристаллической решетки, некоторые виды песчаников. Внутренняя коррозия как причина повреждения уверенно устанавливается, если повреждение конструкций проявляется в виде сетки трещин с приуроченными к ним белыми гелеобразными выделениями. Для этого коррозионного процесса обязательно увлажнение конструкций и достаточно длительный срок — годы — до появления видимых результатов.

Можно отметить случаи, когда повреждение конструкций по более простым причинам неосновательно приписывается внутренней коррозии, и тем самым мероприятия по устранению повреждений и прогноз дальнейшего' состояния конструкций направляются по ложному пути. В сомнительных случаях необходимо тщательное и.непростое исследование образцов поврежденного бетона — петрографически на наличие новообразований на контакте заполнителя с цементным камнем, петрографическим и химческйм методами — определение содержания в заполнителях потенциально реакционноспо- собного кремнезема и содержания в цементе щелочей и непосредственно — определением деформаций образцов бетона на применяемых или намеченных к применению материалах. Эти испытания выполняются в специализированной лаборатории. Меры защиты- от уже начавшегося процесса внутренней коррозии очень ограниченны и могу т включать: защиту конструкций от увлажнения, усиление иу. и, в дальнейшем; полную замену. Основные меры состоят в профилактических действиях, основанных на исключении сочетания высокощелочного цемента или добавок соединений щелочных металлов — натрия и калия (поташ, нитрит натрия, сульфат, хлорид натрия или калия и др.) и заполнителя с породами, содержащими потенциально реакциснноспо- собныи кремнезем.

В практике строительств.; встречаются и друг„е случаи преждевременного повреждения бетона конструкций. Например вследствие неправильной или недостаточной изоляции конструкций от воды и хлеридных растворов. -Известно морозное разрушение конструкций теплиц при неправильном расположении пароизоляции, коррозия стальной арматуры в железобетонных опорах линий освещения и связи вследствие обрызгивания растворами солей яри движении автомобилей, коррозия железобетонных конструкций автомобильных мостов вследствие затекания

 

хлоридных растворов на • незащищенные поверхности. Исключить возможность таких повреждений — неотложная задача инженеров-проектировщиков, технологов и строителей.

Сектор коррозии бетона НИИЖБа исследует поврежденные железобетонные конструкции, проводит анализ и испытания бетона на морозо- и коррозионную стойкость и выдает заключение о причинах повреждения, способах восстановления конструкций и прогноз дальнейших сроков службы.


фектной породы. Разрыв каждой такой растянутой связи создает мгновенный сжимающий удар с гигантской силой, равной предельному усилию в этой связи. Каскад таких разрывов порождает ударные волны сжатия и приводит к лавинообразному росту трещин, который, в свою очередь, порождает сплошную серию разрывов и новых ударов в вершинах растущих микро- и макротрещин.

А что же все-таки фиксируют нам сейсмические приборы? Поскольку изгибные разрушения при землетрясениях отсутствуют, то, стало быть, там нет и резонансных колебаний грунта. В связи с этим осмелимся предположить, что приборы, будучи одномассовыми осцилляторами, фиксируют вовсе не колебания грунта, а лишь свои собственные колебания, вызванные мгновенными ударными импульсами в грунте, которые не могут быть зафиксированы ими. Это допущение позволяет наиболее правдоподобно объяснить загадочное отсутствие изгибных разрушений при. землетрясениях.

 

Признав исходно колебательную природу сейсмических разрушений, ее авторы и сторонники подтвердили свою доктрину, обнаружив собственные колебания использованных ими приборов, возбужденные ударными волнами. Эти колебания, естественно, лежали примерно в том же частотном диапазоне, что и собственные колебания зданий (от 0,1 до 2,0 с). Но они вынуждены были истолковать их как колебания грунта, которые якобы резонируют с собственными колебаниями зданий. Иными словами, "истинность" колебательной докт]5ины была доказана в результа.е самозаблуждения

Если бы изначально была принята не колебательная, а ударно-волновая доктрина, то использовались бы не сейсмометры, а мембранные датчики, способные фиксировать ускорения грунта в тысячи g, и наверняка были бы обнаружены ударные волны.

Следует подчеркнуть, что в сейсмических расчетах не выполнена обязательная для подобных процедур проверка в прямой прочностной задаче. Для ее выполнения нужно было всего лишь сопоставить теоретический (ожидаемый) и реальный механизм разрушения зданий и их элементов. Тем не менее эта простая операция так и не была проделана. Сейсмики не учли, что в процессе строго прочностного расчета мы заранее закладываем в конструкцию схему ее разрушения, которая уже не может быть нарушена.

Именно эта оплошность не позволила заметить глобальную ошибку в исходной доктрине. Когда мы сделали указанную проверку, то выяснили, что она не сходилась ни в одном сейсмическом прочностном расчете, ибо ожидаемые и реальные механизмы разрушения всегда не совпадали, как было доказано выше.

В заключение можно кратко сформулировать предлагаемые нами общие принципы универсальной сейсмозащиты зданий от воздействия ударных волн сдвига.

1. Достижение минимума площади поперечного сечения в связях между фундаментом и зданием и обеспечение неразрушимости этих связей от волнового среза и иных воздействий.

2. Локализация больших напряжений в малой контактной зоне, где легко обеспечить ее неразрушимость.

3. Обеспечение сейсмоизо- ляции зданий от ударных волн за счет перераспределения напряжений с малой площади сечения связей на большую площадь сечения мощного и массивного защитного элемента, за счет плавного увеличения площади поперечного сечения вертикальных несущих элементов.

4. Обеспечение изоляции здания от ударных волн за счет создания нескольких скачков в площади поперечного сечения в фундаментной плите или в вертикальных элементах первого этажа.

5. Обеспечение минимальной энергии, воспринимаемой зданием при землетрясениях, за счет специальной конструкции фундамента или первого этажа.

Обеспечение необ- рушимости всех несущих элементов зданий при образовании в них любых трещин за счет сохранения способности к восприятию собственного веса при возможных разрушениях.

 

Внедрение в практику сейсмического строительства конструкций, где реализованы эти принципы, позволит полностью исключить сейсмические разрушения.


Нашли неточность, аошибку в тексте?

Выделите текст и нажмите
Ctrl + Enter и напишите вашу версию текста.
Спасибо.

Мы бесплатно разместим статьи, тексты, книги, публикации

ekologiyastati.ru@gmail.com