Хрупкое разрушение бетона это

Обновлено: 27.03.2024

Хрупкое разрушение бетона при пожаре наиболее опасно для несущих железобетонных конструкций. Хрупкое разрушение бетона может происходить во время всего пожара до полного разрушения конструкции. В этом случае предел огнестойкости железобетонной конструкции может быть значительно меньше требуемого из-за уменьшения размера поперечного сечения. [1]

Хрупкое разрушение бетона при пожаре в основном зависит от состава бетона, его структуры, влажности и температуры. Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре оценивается по значению критерия хрупкого разрушения F. Экспериментальными исследованиями установлено: если / 4, то хрупкого разрушения бетона не будет; если / г4, то бетон будет хрупко разрушаться. В этом случае необходимо принимать мероприятия по защите бетона от хрупкого разрушения при пожаре. [2]

Поэтому необходимо рассматривать возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре как во время строительства, так и пуска в эксплуатацию объекта и при эксплуатации сооружения в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха. [3]

При увеличении нормативной нагрузки с 0 5 до 0 8F предел огнестойкости предварительно напряженной балки со стержневой арматурой уменьшается с 1 ч 20 мин до 1 ч из-за хрупкого разрушения бетона сжатой зоны . [4]

Тяжелые бетоны плотной структуры с карбонатным заполнителем ( известняк) и весовой влажностью более 4 %, высокопрочные бетоны с заполнителем из гранита и влажностью более 3 % и легкие керамзитобетоны с влажностью более 5 % и керамзитоперлитобетоны с влажностью более 10 % при нагреве по стандартному пожару могут хрупко разрушаться. Хрупкое разрушение бетона начинается через 5 - 20 мин от начала огневого воздействия с отколом больших кусков бетона в виде взрыва от нагреваемой поверхности бетона. Отколы бетона наблюдаются на глубину 5 - 10 см от нагреваемой поверхности бетона. Преждевременное взрывообразное разрушение влажного бетона может снизить предел огнестойкости бетонной или железобетонной конструкции. Этому важному и сложному явлению уделяется большое внимание для выяснения причин его возникновения. По мнению многих специалистов, причинами такого разрушения бетона при нагреве следует считать определенное влагосодержание бетона, состав и структуру бетона, а также напряженно-деформированное состояние, вызванное давлением пара в. [5]

Хрупкое разрушение бетона при пожаре наиболее опасно для несущих железобетонных конструкций. Хрупкое разрушение бетона может происходить во время всего пожара до полного разрушения конструкции. В этом случае предел огнестойкости железобетонной конструкции может быть значительно меньше требуемого из-за уменьшения размера поперечного сечения. [6]

Хрупкое разрушение бетона при пожаре в основном зависит от состава бетона, его структуры, влажности и температуры. Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре оценивается по значению критерия хрупкого разрушения F. Экспериментальными исследованиями установлено: если / 4, то хрупкого разрушения бетона не будет; если / г4, то бетон будет хрупко разрушаться. В этом случае необходимо принимать мероприятия по защите бетона от хрупкого разрушения при пожаре. [7]

Высота сжатой зоны бетона в предельном состоянии при огневом воздействии повышается с возрастанием предварительного напряжения. С увеличением высоты сжатой зоны в крайнем сжатом волокне бетона быстрее достигаются предельные деформации сжатия. Это приводит к хрупкому разрушению бетона сжатой зоны раньше или одновременно с началом текучести продольной арматуры. [8]

Специфические черты имеет механическое поведение балок из армированных материалов. Это вызвано тем, что работа железобетонных элементов распадается на четыре стадии: 1) от начала нагружения до появления трещин в растянутой зоне бетона; 2) от окончания первой стадии до наступления текучести арматуры; 3) от окончания второй стадии до разрушения сжатой зоны бетона; 4) потеря несущей способности конструкции. В переармированных конструкциях третья стадия отсутствует и хрупкое разрушение бетона происходит сразу же по окончании второй стадии. [9]

Хрупкое разрушение бетона при пожаре в основном зависит от состава бетона, его структуры, влажности и температуры. Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре оценивается по значению критерия хрупкого разрушения F. Экспериментальными исследованиями установлено: если / 4, то хрупкого разрушения бетона не будет; если / г4, то бетон будет хрупко разрушаться. В этом случае необходимо принимать мероприятия по защите бетона от хрупкого разрушения при пожаре. [10]

1.1. При пожаре в зданиях и сооружениях, в которых применяются бетонные и железобетонные конструкции, возможно хрупкое разрушение бетона. Разрушение бетона происходит внезапно, быстро и поэтому является наиболее опасным.

1.2. Хрупкое разрушение бетона начинается, как правило, через 5-20 мин от начала огневого воздействия и проявляется как откол от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона в виде площадок площадью примерно от 1 см 2 до 0,5-1 м 2 и толщиной от 1 мм до 5 см. Разрушение бетона может продолжаться в течение всего огневого воздействия до полного разрушения конструкции.

Хрупкое разрушение бетона может сопровождаться звуковым эффектом в виде легкого хлопка, треска различной интенсивности или «взрыва». При хрупком разрушении бетона возможен разлет кусков весом до нескольких килограммов на расстояние до 10-20 м.

1.3. Хрупкое разрушение бетона при пожаре может очень быстро привести к разрушению бетонных или железобетонных конструкций. В этом случае предел огнестойкости конструкций может оказаться значительно ниже требуемого вследствие уменьшения размера бетонного сечения конструкции, уменьшения толщины или

полной ликвидации защитного слоя рабочей арматуры, а также образования сквозного отверстия. Уменьшение размера поперечного сечения несущей вертикальную нагрузку колонны или панели при их одностороннем нагреве приводит к увеличению напряжений в оставшейся части сечения как за счет снижения величины ее площади, так и за счет появления дополнительного изгибающего момента (рис. 1).

Уменьшение толщины или откол защитного слоя несущей арматуры в железобетонных балках приводит к быстрому прогреву этой арматуры до критической температуры (500-700 °С) и разрушению конструкции (рис. 2).

Уменьшение толщины ограждающей конструкции приводит к резкому увеличению температуры ее ненагреваемой поверхности до критической (180-220 °С) и в результате - к достижению предела огнестойкости конструкции.


Рис. 1. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости несущей железобетонной панели при одностороннем воздействии огня

a - схема панели с нагрузкой (Р); б - график зависимости температуры внутри помещения п при пожаре от времени (t); 1 - панель; 2 - отколовшийся кусок бетона; t1 - предел огнестойкости панели при хрупком разрушении бетона; t2 - то же, без хрупкого разрушения бетона; - температура в помещении в момент t1; - то же в момент t2

Вследствие хрупкого разрушения бетона в ограждающей конструкции сразу или через некоторое время может появиться сквозное отверстие и конструкция не будет являться преградой распространению огня из одного помещения в другое (рис. 3 ). При появлении сквозного отверстия в конструкции достигается предел ее огнестойкости.

1.4. При пожаре очень часто начало хрупкого разрушения бетона не совпадает с разрушением всей конструкции, происходящим значительно позже. В ряде случаев, несмотря на хрупкое разрушение бетона, конструкция еще длительное время может сопротивляться воздействию огня. При этом предел ее огнестойкости может быть вполне достаточным и удовлетворять требованиям нормативных документов.

При оценке последствии хрупкого разрушения бетона при пожаре и влияния его на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций необходимо в каждом конкретном случае рассматривать возможность разрушения и предел огнестойкости каждой отдельной конструкции.

1.5. Хрупкое разрушение бетона при пожаре наиболее опасно для несущих конструкций, особенно для конструкций с небольшим поперечным сечением, воспринимающих большие нагрузки. Их преждевременное разрушение может вызвать обрушение других конструкций или здания (сооружения) в целом. Особое внимание следует обратить на возможность хрупкого разрушения бетона несущих колонн и панелей нижних этажей и подвалов многоэтажных зданий.


Рис. 2. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости несущей железобетонной балки

а - схема балки; б - график зависимости температуры внутри помещения и температуры рабочей арматуры от времени; 1 - балка; 2 - рабочая арматура; 3 - отколовшийся кусок бетона; 4 - зависимость температуры внутри помещения от времени; 5 - то же, арматуры при хрупком разрушении бетона; 6 - то же, арматуры без хрупкого разрушения бетона


Рис. 3. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости ограждающей железобетонной конструкции

а - схема ограждающей конструкции; б - график зависимости температуры внутри помещения А, где произошел пожар, от времени; 1 - потолок (перекрытие); 2 - пол; 3 - ограждающая конструкция; 4 - отколовшийся кусок бетона; А, В - помещения, которые разделяет конструкция; 7 - зависимость температуры внутри помещения А от времени; 8 - то же, при хрупком разрушении бетона; 9 - то же, на поверхности ограждающей конструкции со стороны помещения Б, когда нет хрупкого разрушения бетона

1.6. Причиной хрупкого разрушения бетона при пожаре является переход уже существующих до нагрева или вновь образовавшихся при нагреве трещин в структуре бетона из равновесного состояния в неравновесное и спонтанное их развитие (рис. 4) под действием напряжений.


Рис. 4. Схема распределения напряжений у трещины, вызывающей откол бетона при его хрупком разрушении

1 - поперечное сечение бетонного элемента; 2 - трещина; 3 - траектория движения трещины; 4 - эпюра температур; σр - растягивающие напряжения от фильтрации пара; σсж - сжимающие напряжения от неравномерного распределения температуры по толщине сечения элемента и от внешней нагрузки; h - толщина элемента

Рис. 5. Диаграмма состояния бетона

R υ T - относительные напряжения в начале образования новых трещин; R υ T - относительные напряжения в начале развития магистральных трещин; I - точка максимальных напряжения; II - точка неустойчивого состояния бетона; 1 - восходящая ветвь диаграммы состояния бетона; 2 - то же, нисходящая; 3 - деформация ребер или элементов заделки тонкостенной конструкции после перехода бетоном точки максимальных напряжений; ε1 - относительные деформации в момент появления новых трещин; ε2 - то же, в начале развития магистральных трещин, R - относительные напряжения; ε - относительные деформации

1.7. Хрупкость бетона характеризуется величиной Δ R у (рис. 5), равной разности относительных напряжений в параметрических точках О. Я. Берга * на диаграмме состояния бетона

* Берг О. Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М., Госстройиздат, 1962.

Гвоздев А. А. Структура бетона и некоторые особенности его механических свойств. - В кн.: Прочность, структура, изменения и деформации бетона. М., Стройиздат, 1978.

Δ R х = R υ Т - R о Т, (1)

где Δ R х - характеристика хрупкости бетона;

R о Т - относительное напряжение в начале образования новых трещин;

R υ Т - относительное напряжение в начале развития магистральных трещин.

Чем меньше величина Δ R х , тем больше опасность хрупкого разрушения бетона при пожаре. Следовательно, чем раньше в бетоне появляются новые трещины (т.е. чем меньше величина R о Т ), тем бетон менее хрупок.

Наиболее хрупкой составляющей бетона является цементный камень. Мелкий и крупный заполнители делают бетон менее хрупким, так как способствуют появлению мелких трещин на стадии изготовления, транспортирования и хранения конструкций и препятствуют развитию крупных магистральных трещин при загружении внешней нагрузкой (включая и собственный вес конструкции) и нагреве.

1.8. При анализе хрупкого разрушения бетона при пожаре можно использовать основные положения механики хрупкого разрушения. В этом случае характеристикой бетона при его хрупком разрушении является коэффициент псевдоинтенсивности напряжений в устье трещины (К1) равный

К΄ 1 = К 1 + b , (2)

где К 1 - коэффициент интенсивности напряжений однородного материала, Мн м -3 / 2 ;

К΄ 1 - коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, Мн · м -3 / 2 ;

b - положительная функция, учитывающая влияние заполнителей в бетоне на развитие трещины (аналогично влиянию зоны пластичности в пластичных материалах), Мн · м -3/2 .

Чем больше значение К΄ 1 , тем материал лучше сопротивляется развитию в нем трещин.

Для экспериментального определения величины К΄ 1 можно пользоваться существующей методикой *.

* Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. Изд. «Наука», М., 1974 (с. 192, табл. 4.1, п. 4);

Kiyoshl Okada and Wataru Koyanagi . Effect of aggregate on the fracture process of concrete. Proc. Int. Conf. Mech. Behav. Mater. Kyoto, 1972, vol. 4, p. 72-83.

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений ( К΄ 1 ) пропорционален характеристике хрупкости бетона (Δ R х ); оба эти показателя связаны с эффективной поверхностной энергией и вязкостью разрушения бетона. Эти параметры являются характеристиками, оценивающими сопротивление бетона (как материала) хрупкому разрушению.

1.9. Хрупкое разрушение бетона является также следствием действия на него напряжений, вызванных нагревом и внешней нагрузкой и приводящих к переходу трещины из равновесного в неравновесное состояние.

При пожаре наибольшее влияние на хрупкое разрушение бетона оказывают: собственные температурные напряжения от градиента температуры по сечению элемента, напряжения от статической неопределимости конструкции, от внешней нагрузки и от фильтрации пара через структуру бетона.

1.10. Хрупкому разрушению бетона при пожаре может способствовать раскол при нагреве крупных заполнителей.

При анализе причин разрушения бетона и подборе состава бетона, который бы не разрушался при пожаре, необходимо проверить возможность разрушения крупного заполнителя по методике, приведенной в прил. 1.

1.11. Хрупкое разрушение тонкостенных элементов железобетонных конструкций при нагреве может произойти вследствие потерн устойчивости, которая связана с наличием в диаграмме состояния бетона падающей ветви. Эта потеря устойчивости происходит при жестких ребрах или элементах заделки, окружающих тонкостенный элемент, а также при местном нагреве тонкостенной конструкции, когда не нагретые участки играют роль жесткой обоймы.

Такой особый вид потери устойчивости в характерной точке II на диаграмме состояния бетона (см. рис. 5) известен из литературы *. Как правило, он сопровождается быстро протекающим хрупким разрушением материала с характерным сильным звуком, часто напоминающим взрыв.

* Dougill T. W. The relevance of the established method of structural fire testing to reinforced concrete. Applied materials research. October. 1966, p. 235-239.

Для предотвращения при пожаре хрупкого разрушения бетона тонкостенных конструкций необходимо ограничивать их толщину в соответствии с указаниями третьего раздела, настоящих Рекомендаций.

1.12. Хрупкое разрушение бетона при пожаре зависит от структуры бетона, его состава, влажности, температуры, граничных условий конструкции и внешней нагрузки, т.е. оно зависит как от материала (бетона), так и от вида бетонной или железобетонной конструкции.

1.13. Необходимо контролировать возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре и влияние его на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций, предусматривать в случае необходимости меры по борьбе с хрупким разрушением бетона и конструкции в целом.

Опасность хрупкого разрушения бетона практически может быть сведена к минимуму при выполнении специальных мероприятий.

2.1. При разработке новых составов бетонов или усовершенствовании уже существующих необходимо оценить возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре.

2.2. Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре для бетонов нормального твердения оценивается по величине критерия хрупкого разрушения ( F ), который определяется по формуле

где ασ t - коэффициент линейной температурной деформации бетона, 1/град;

E σ t - модуль упругости нагретого бетона, Мн/м 2 ;

ρ - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м 3 ;

а - коэффициент пропорциональности, равный 1,16 · 10 -2 Вт · м 5/2 /кг;

К΄ 1 - коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, Мн · м -3/2 ;

П - общая пористость, м 3 /м 3 ;

λ - коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м.град);

W э о - объемная эксплуатационная влажность бетона, м 3 /м 3 . Значения коэффициентов аσ t , Еσ , ρ, λ определяют по таблицам прил. 2 для средней температуры бетона 200-300 °С.

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений (К΄1) принимают по данным табл. 1 в зависимости от вида и количества заполнителей (для бетона на портландцементе).

Количество крупного заполнителя, %

Значения К΄1 для бетонов нормального твердения, Мн·м -3/2

1.1. При пожаре в зданиях и сооружениях, в которых применяются бетонные и железобетонные конструкции, возможно хрупкое разрушение бетона. Разрушение бетона происходит внезапно, быстро и поэтому является наиболее опасным.

1.2. Хрупкое разрушение бетона начинается, как правило, через 5-20 мин от начала огневого воздействия и проявляется как откол от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона в виде площадок площадью примерно от 1 см 2 до 0,5-1 м 2 и толщиной от 1 мм до 5 см. Разрушение бетона может продолжаться в течение всего огневого воздействия до полного разрушения конструкции.

Хрупкое разрушение бетона может сопровождаться звуковым эффектом в виде легкого хлопка, треска различной интенсивности или «взрыва». При хрупком разрушении бетона возможен разлет кусков весом до нескольких килограммов на расстояние до 10-20 м.

1.3. Хрупкое разрушение бетона при пожаре может очень быстро привести к разрушению бетонных или железобетонных конструкций. В этом случае предел огнестойкости конструкций может оказаться значительно ниже требуемого вследствие уменьшения размера бетонного сечения конструкции, уменьшения толщины или

полной ликвидации защитного слоя рабочей арматуры, а также образования сквозного отверстия. Уменьшение размера поперечного сечения несущей вертикальную нагрузку колонны или панели при их одностороннем нагреве приводит к увеличению напряжений в оставшейся части сечения как за счет снижения величины ее площади, так и за счет появления дополнительного изгибающего момента (рис. 1 ).

Уменьшение толщины или откол защитного слоя несущей арматуры в железобетонных балках приводит к быстрому прогреву этой арматуры до критической температуры (500-700 °С) и разрушению конструкции (рис. 2 ).

Уменьшение толщины ограждающей конструкции приводит к резкому увеличению температуры ее ненагреваемой поверхности до критической (180-220 °С) и в результате - к достижению предела огнестойкости конструкции.

Рис. 1. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости несущей железобетонной панели при одностороннем воздействии огня

a - схема панели с нагрузкой (Р); б - график зависимости температуры внутри помещения п при пожаре от времени ( t ); 1 - панель; 2 - отколовшийся кусок бетона; t 1 - предел огнестойкости панели при хрупком разрушении бетона; t 2 - то же, без хрупкого разрушения бетона; - температура в помещении в момент t 1 ; - то же в момент t 2

Вследствие хрупкого разрушения бетона в ограждающей конструкции сразу или через некоторое время может появиться сквозное отверстие и конструкция не будет являться преградой распространению огня из одного помещения в другое (рис. 3 ). При появлении сквозного отверстия в конструкции достигается предел ее огнестойкости.

1.4. При пожаре очень часто начало хрупкого разрушения бетона не совпадает с разрушением всей конструкции, происходящим значительно позже. В ряде случаев, несмотря на хрупкое разрушение бетона, конструкция еще длительное время может сопротивляться воздействию огня. При этом предел ее огнестойкости может быть вполне достаточным и удовлетворять требованиям нормативных документов.

При оценке последствии хрупкого разрушения бетона при пожаре и влияния его на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций необходимо в каждом конкретном случае рассматривать возможность разрушения и предел огнестойкости каждой отдельной конструкции.

1.5. Хрупкое разрушение бетона при пожаре наиболее опасно для несущих конструкций, особенно для конструкций с небольшим поперечным сечением, воспринимающих большие нагрузки. Их преждевременное разрушение может вызвать обрушение других конструкций или здания (сооружения) в целом. Особое внимание следует обратить на возможность хруп кого разрушения бетона несущих колонн и панелей нижних этажей и подвалов многоэтажных зданий.

Рис. 2. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости несущей железобетонной балки

а - схема балки; б - график зависимости температуры внутри помещения и температуры рабочей арматуры от времени; 1 - балка; 2 - рабочая арматура; 3 - отколовшийся кусок бетона; 4 - зависимость температуры внутри помещения от времени; 5 - то же, арматуры при хрупком разрушении бетона; 6 - то же, арматуры без хрупкого разрушения бетона

Рис. 3. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости ограждающей железобетонной конструкции

а - схема ограждающей конструкции; б - график зависимости температуры внутри помещения А, где произошел пожар, от времени; 1 - потолок (перекрытие); 2 - пол; 3 - ограждающая конструкция; 4 - отколовшийся кусок бетона; А, В - помещения, которые разделяет конструкция; 7 - зависимость температуры внутри помещения А от времени; 8 - то же, при хрупком разрушении бетона; 9 - то же, на поверхности ограждающей конструкции со стороны помещения Б, когда нет хрупкого разрушения бетона

1.6. Причиной хрупкого разрушения бетона при пожаре является переход уже существующих до нагрева или вновь образовавшихся при нагреве трещин в структуре бетона из равновесного состояния в неравновесное и спонтанное их развитие (рис. 4 ) под действием напряжений.

Рис. 4. Схема распределения напряжений у трещины, вызывающей откол бетона при его хрупком разрушении

1 - поперечное сечение бетонного элемента; 2 - трещина; 3 - траектория движения трещины; 4 - эпюра температур; σр - растягивающие напряжения от фильтрации пара; σсж - сжимающие напряжения от неравномерного распределения температуры по толщине сечения элемента и от внешней нагрузки; h - толщина элемента

Рис. 5. Диаграмма состояния бетона

R υ T - относительные напряжения в начале образования новых трещин; R υ T - относительные напряжения в начале развития магистральных трещин; I - точка максимальных напряжения; II - точка неустойчивого состояния бетона; 1 - восходящая ветвь диаграммы состояния бетона; 2 - то же, нисходящая; 3 - деформация ребер или элементов заделки тонкостенной конструкции после перехода бетоном точки максимальных напряжений; ε1 - относительные деформации в момент появления новых трещин; ε2 - то же, в начале развития магистральных трещин, R - относительные напряжения; ε - относительные деформации

1.7. Хрупкость бетона характеризуется величиной Δ R у (рис. 5 ), равной разности относительных напряжений в параметрических точках О. Я. Берга * на диаграмме состояния бетона

* Берг О. Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М., Госстройиздат, 1962.

Гвоздев А. А. Структура бетона и некоторые особенности его механических свойств. - В кн.: Прочность, структура, изменения и деформации бетона. М., Стройиздат, 1978.

Δ R х = R υ Т - R о Т, (1)

где Δ R х - характеристика хрупкости бетона;

R о Т - относительное напряжение в начале образования новых трещин;

R υ Т - относительное напряжение в начале развития магистральных трещин.

Чем меньше величина Δ R х , тем больше опасность хрупкого разрушения бетона при пожаре. Следовательно, чем раньше в бетоне появляются новые трещины (т.е. чем меньше величина R о Т ), тем бетон менее хрупок.

Наиболее хрупкой составляющей бетона является цементный камень. Мелкий и крупный заполнители делают бетон менее хрупким, так как способствуют появлению мелких трещин на стадии изготовления, транспортирования и хранения конструкций и препятствуют развитию крупных магистральных трещин при загружении внешней нагрузкой (включая и собственный вес конструкции) и нагреве.

1.8. При анализе хрупкого разрушения бетона при пожаре можно использовать основные положения механики хрупкого разрушения. В этом случае характеристикой бетона при его хрупком разрушении является коэффициент псевдоинтенсивности напряжений в устье трещины (К1) равный

К΄ 1 = К 1 + b , (2)

где К 1 - коэффициент интенсивности напряжений однородного материала, Мн м -3 / 2 ;

К΄ 1 - коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, Мн · м -3 / 2 ;

b - положительная функция, учитывающая влияние заполнителей в бетоне на развитие трещины (аналогично влиянию зоны пластичности в пластичных материалах), Мн · м -3/2 .

Чем больше значение К΄ 1 , тем материал лучше сопротивляется развитию в нем трещин.

Для экспериментального определения величины К΄ 1 можно пользоваться существующей методикой *.

* Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. Изд. «Наука», М., 1974 (с. 192, табл. 4.1, п . 4);

Kiyoshl Okada and Wataru Koyanagi . Effect of aggregate on the fracture process of concrete. Proc. Int. Conf. Mech. Behav. Mater. Kyoto, 1972, vol. 4, p. 72-83.

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений ( К΄ 1 ) пропорционален характеристике хрупкости бетона ( Δ R х ); оба эти показателя связаны с эффективной поверхностной энергией и вязкостью разрушения бетона. Эти параметры являются характеристиками, оценивающими сопротивление бетона (как материала) хрупкому разрушению.

1.9. Хрупкое разрушение бетона является также следствием действия на него напряжений, вызванных нагревом и внешней нагрузкой и приводящих к переходу трещины из равновесного в неравновесное состояние.

При пожаре наибольшее влияние на хрупкое разрушение бетона оказывают: собственные температурные напряжения от градиента температуры по сечению элемента, напряжения от статической неопределимости конструкции, от внешней нагрузки и от фильтрации пара через структуру бетона.

1.10. Хрупкому разрушению бетона при пожаре может способствовать раскол при нагреве крупных заполнителей.

При анализе причин разрушения бетона и подборе состава бетона, который бы не разрушался при пожаре, необходимо проверить возможность разрушения крупного заполнителя по методике, приведенной в прил. 1 .

1.11. Хрупкое разрушение тонкостенных элементов железобетонных конструкций при нагреве может произойти вследствие потерн устойчивости, которая связана с наличием в диаграмме состояния бетона падающей ветви. Эта потеря устойчивости происходит при жестких ребрах или элементах заделки, окружающих тонкостенный элемент, а также при местном нагреве тонкостенной конструкции, когда не нагретые участки играют роль жесткой обоймы.

Такой особый вид потери устойчивости в характерной точке II на диаграмме состояния бетона (см. рис. 5 ) известен из литературы *. Как правило, он сопровождается быстро протекающим хрупким разрушением материала с характерным сильным звуком, часто напоминающим взрыв.

* Dougill T. W. The relevance of the established method of structural fire testing to reinforced concrete. Applied materials research. October . 1966, p . 235-239.

Для предотвращения при пожаре хрупкого разрушения бетона тонкостенных конструкций необходимо ограничивать их толщину в соответствии с указаниями третьего раздела, настоящих Рекомендаций.

1.12. Хрупкое разрушение бетона при пожаре зависит от структуры бетона, его состава, влажности, температуры, граничных условий конструкции и внешней нагрузки, т.е. оно зависит как от материала (бетона), так и от вида бетонной или железобетонной конструкции.

1.13. Необходимо контролировать возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре и влияние его на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций, предусматривать в случае необходимости меры по борьбе с хрупким разрушением бетона и конструкции в целом.

Опасность хрупкого разрушения бетона практически может быть сведена к минимуму при выполнении специальных мероприятий.

2.1. При разработке новых составов бетонов или усовершенствовании уже существующих необходимо оценить возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре.

2.2. Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре для бетонов нормального твердения оценивается по величине критерия хрупкого разрушения ( F ), который определяется по формуле

где ασ t - коэффициент линейной температурной деформации бетона, 1/град;

E σ t - модуль упругости нагретого бетона, Мн/м 2 ;

ρ - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м 3 ;

а - коэффициент пропорциональности, равный 1,16 · 10 -2 Вт · м 5/2 /кг;

К΄ 1 - коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, Мн · м -3/2 ;

П - общая пористость, м 3 /м 3 ;

λ - коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м.град);

W э о - объемная эксплуатационная влажность бетона, м 3 /м 3 . Значения коэффициентов аσ t , Еσ , ρ, λ определяют по таблицам прил. 2 для средней температуры бетона 200-300 °С.

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений (К΄1) принимают по данным табл. 1 в зависимости от вида и количества заполнителей (для бетона на портландцементе).

Количество крупного заполнителя, %

Значения К΄ 1 для бетонов нормального твердения, Мн·м -3/2

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ЗАЩИТЕ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПРИ ПОЖАРЕ

Рекомендованы к изданию решением секции теории бетона и железобетона Ученого совета НИИЖБ Госстроя СССР.

Рекомендации содержат основные положения по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре. Рассмотрены причины этого вида разрушения, методы оценки хрупкости бетона при нагреве; приведена методика проверки возможности хрупкого разрушения бетона, бетонных и железобетонных конструкций при пожаре, а также технологические и конструктивные мероприятия по их защите от хрупкого разрушения.

Предназначены для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций.

В последние годы при пожарах все чаще наблюдается хрупкое разрушение бетона в бетонных и железобетонных конструкциях. Объясняется это тем, что в строительстве шире стали применяться конструкции из бетонов повышенной прочности или прошедших тепловлажностную обработку, с тонкостенными и предварительно-напряженными элементами.

В связи с этим в нашей стране (в НИИЖБ, ВНИИПО, НИПИсиликатобетон, ВНИИстром, МИСИ) и за рубежом были проведены значительные экспериментальные и теоретические исследования по изучению хрупкого разрушения бетона при пожаре.

Рекомендации разработаны на основании результатов этих исследований НИИЖБ Госстроя СССР (доктором техн. наук профессором К.Д.Некрасовым, канд. техн. наук В.В.Жуковым и инж. В.Ф.Гуляевой).

Целью настоящей работы является оказание помощи специалистам при разработке новых видов бетонных и железобетонных конструкций, в которых возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре была бы уменьшена или исключена. Рекомендации могут быть использованы также для анализа причин хрупкого разрушения бетона при огневых испытаниях и при пожаре.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. При пожаре в зданиях и сооружениях, в которых применяются бетонные и железобетонные конструкции, возможно хрупкое разрушение бетона. Разрушение бетона происходит внезапно, быстро и поэтому является наиболее опасным.

1.2. Хрупкое разрушение бетона начинается, как правило, через 5-20 мин от начала огневого воздействия и проявляется как откол от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона в виде лещадок площадью примерно от 1 см до 0,5-1 м и толщиной от 1 мм до 5 см. Разрушение бетона может продолжаться в течение всего огневого воздействия до полного разрушения конструкции.

Хрупкое разрушение бетона может сопровождаться звуковым эффектом в виде легкого хлопка, треска различной интенсивности или "взрыва". При хрупком разрушении бетона возможен разлет кусков весом до нескольких килограммов на расстояние до 10-20 м.

1.3. Хрупкое разрушение бетона при пожаре может очень быстро привести к разрушению бетонных или железобетонных конструкций. В этом случае предел огнестойкости конструкций может оказаться значительно ниже требуемого вследствие уменьшения размера бетонного сечения конструкции, уменьшения толщины или полной ликвидации защитного слоя рабочей арматуры, а также образования сквозного отверстия.

Уменьшение размера поперечного сечения несущей вертикальную нагрузку колонны или панели при их одностороннем нагреве приводит к увеличению напряжений в оставшейся части сечения как за счет снижения величины ее площади, так и за счет появления дополнительного изгибающего момента (рис.1).


Рис.1. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости несущей железобетонной панели при одностороннем воздействии огня

а - схема панели с нагрузкой (); б - график зависимости температуры внутри помещения ( при пожаре от времени (); 1 - панель; 2 - отколовшийся кусок бетона; - предел огнестойкости панели при хрупком разрушении бетона; - то же, без хрупкого разрушения бетона; - температура в помещении в момент ; - то же в момент

Уменьшение толщины или откол защитного слоя несущей арматуры в железобетонных балках приводит к быстрому прогреву этой арматуры до критической температуры (500-700 °С) и разрушению конструкции (рис.2).


Рис.2. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости несущей железобетонной балки

а - схема балки; б - график зависимости температуры внутри помещения и температуры рабочей арматуры от времени; 1 - балка; 2 - рабочая арматура; 3 - отколовшийся кусок бетона; 4 - зависимость температуры внутри помещения от времени; 5 - то же, арматуры при хрупком разрушении бетона; 6 - то же, арматуры без хрупкого разрушения бетона

Уменьшение толщины ограждающей конструкции приводит к резкому увеличению температуры ее ненагреваемой поверхности до критической (180-220 °С) и в результате - к достижению предела огнестойкости конструкции.

Вследствие хрупкого разрушения бетона в ограждающей конструкции сразу или через некоторое время может появиться сквозное отверстие и конструкция не будет являться преградой распространению огня из одного помещения в другое (рис.3). При появлении сквозного отверстия в конструкции достигается предел ее огнестойкости.


Рис.3. Влияние хрупкого разрушения бетона на предел огнестойкости ограждающей железобетонной конструкции

а - схема ограждающей конструкции; б - график зависимости температуры внутри помещения , где произошел пожар, от времени; 1 - потолок (перекрытие); 2 - пол; 3 - ограждающая конструкция; 4 - отколовшийся кусок бетона; , - помещения, которые разделяет конструкция; 7 - зависимость температуры внутри помещения от времени; 8 - то же, при хрупком разрушении бетона; 9 - то же, на поверхности ограждающей конструкции со стороны помещения когда нет хрупкого разрушения бетона

1.4. При пожаре очень часто начало хрупкого разрушения бетона не совпадает с разрушением всей конструкции, происходящим значительно позже. В ряде случаев, несмотря на хрупкое разрушение бетона, конструкция еще длительное время может сопротивляться воздействию огня. При этом предел ее огнестойкости может быть вполне достаточным и удовлетворять требованиям нормативных документов.

При оценке последствий хрупкого разрушения бетона при пожаре и влияния его на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций необходимо в каждом конкретном случае рассматривать возможность разрушения и предел огнестойкости каждой отдельной конструкции.

1.5. Хрупкое разрушение бетона при пожаре наиболее опасно для несущих конструкций, особенно для конструкций с небольшим поперечным сечением, воспринимающих большие нагрузки. Их преждевременное разрушение может вызвать обрушение других конструкций или здания (сооружения) в целом. Особое внимание следует обратить на возможность хрупкого разрушения бетона несущих колонн и панелей нижних этажей и подвалов многоэтажных зданий.

1.6. Причиной хрупкого разрушения бетона при пожаре является переход уже существующих до нагрева или вновь образовавшихся при нагреве трещин в структуре бетона из равновесного состояния в неравновесное и спонтанное их развитие (рис.4) под действием напряжений.


Рис.4. Схема распределения напряжений у трещины, вызывающей откол бетона при его хрупком разрушении

1 - поперечное сечение бетонного элемента; 2 - трещина; 3 - траектория движения трещины; 4 - эпюра температур; - растягивающие напряжения от фильтрации пара; - сжимающие напряжения от неравномерного распределения температуры по толщине сечения элемента и от внешней нагрузки; - толщина элемента

1.7. Хрупкость бетона характеризуется величиной (рис.5), равной разности относительных напряжений в параметрических точках О.Я.Берга* на диаграмме состояния бетона


, (1)

где - характеристика хрупкости бетона;

- относительное напряжение в начале образования новых трещин;

- относительное напряжение в начале развития магистральных трещин.

* Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М., Госстройиздат, 1962.

Гвоздев А.А. Структура бетона и некоторые особенности его механических свойств. - В кн.: Прочность, структура, изменения и деформации бетона. М., Стройиздат, 1978.


Рис.5. Диаграмма состояния бетона

* - относительные напряжения в начале образования новых трещин; * - относительные напряжения в начале развития магистральных трещин; I - точка максимальных напряжений; II - точка неустойчивого состояния бетона; 1 - восходящая ветвь диаграммы состояния бетона; 2 - то же, нисходящая; 3 - деформация ребер или элементов заделки тонкостенной конструкции после перехода бетоном точки максимальных напряжений; - относительные деформаций в момент появления новых трещин; - то же, в начале развития магистральных трещин; - относительные напряжения; . ** - относительные деформации

* Соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

** Брак оригинала. - Примечание изготовителя базы данных.

Чем меньше величина , тем больше опасность хрупкого разрушения бетона при пожаре. Следовательно, чем раньше в бетоне появляются новые трещины (т.е. чем меньше величина ), тем бетон менее хрупок.

Наиболее хрупкой составляющей бетона является цементный камень. Мелкий и крупный заполнители делают бетон менее хрупким, так как способствуют появлению мелких трещин на стадии изготовления, транспортирования и хранения конструкций и препятствуют развитию крупных магистральных трещин при загруженни внешней нагрузкой (включая и собственный вес конструкции) и нагреве.

1.8. При анализе хрупкого разрушения бетона при пожаре можно использовать основные положения механики хрупкого разрушения. В этом случае характеристикой бетона при его хрупком разрушении является коэффициент псевдоинтенсивности напряжений в устье трещины () равный


, (2)

где - коэффициент интенсивности напряжений однородного материала, Мн·м;

- коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, Мн·м;

- положительная функция, учитывающая влияние заполнителей в бетоне на развитие трещины (аналогично влиянию зоны пластичности в пластичных материалах), Мн·м.

Чем больше значение , тем материал лучше сопротивляется развитию в нем трещин.

Для экспериментального определения величины можно пользоваться существующей методикой*.

* Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. Изд. "Наука", М., 1974 (с.192, табл.4.1, п.4);

Kiyoshi Okada and Wataru Koyanagi. Effect of aggregate on the fracture process of concrete. Proc. Int. Conf. Mech. Behav. Mater. Kyoto, 1972, vol.4, p.72-83.

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений () пропорционален характеристике хрупкости бетона (); оба эти показателя связаны с эффективной поверхностной энергией и вязкостью разрушения бетона. Эти параметры являются характеристиками, оценивающими сопротивление бетона (как материала) хрупкому разрушению.

1.9. Хрупкое разрушение бетона является также следствием действия на него напряжений, вызванных нагревом и внешней нагрузкой и приводящих к переходу трещины из равновесного в неравновесное состояние.

При пожаре наибольшее влияние на хрупкое разрушение бетона оказывают: собственные температурные напряжения от градиента температуры по сечению элемента, напряжения от статической неопределимости конструкций, от внешней нагрузки и от фильтрации пара через структуру бетона.

1.10. Хрупкому разрушению бетона при пожаре может способствовать раскол при нагреве крупных заполнителей.

При анализе причин разрушения бетона и подборе состава бетона, который бы не разрушался при пожаре, необходимо проверить возможность разрушения крупного заполнителя по методике, приведенной в прил.1.

1.11. Хрупкое разрушение тонкостенных элементов железобетонных конструкций при нагреве может произойти вследствие потери устойчивости, которая связана с наличием в диаграмме состояния бетона падающей ветви. Эта потеря устойчивости происходит при жестких ребрах или элементах заделки, окружающих тонкостенный элемент, а также при местном нагреве тонкостенной конструкции, когда ненагретые участки играют роль жесткой обоймы.

Такой особый вид потери устойчивости в характерной точке II на диаграмме состояния бетона (см. рис.5) известен из литературы*. Как правило, он сопровождается быстро протекающим хрупким разрушением материала с характерным сильным звуком, часто напоминающим взрыв.

Появление трещин в фундаменте

Рисунок 1. Вид трещин на бетонном фундаменте

Бетон является наиболее востребованным конструкционным материалом. Занимая первое место по объемам производства, он используется только для нужд строительства, что объясняется высокой прочностью и низкой пластичностью, а также комплексом наиболее подходящих для этой сферы эксплуатационных характеристик. Как и любой другой материал, бетон подвержен воздействию разрушающих факторов, что требует проведения специальных мероприятий по защите конструкций уже на этапе изготовления смеси и заливки ЖБК. При выборе марки материала, метода укладки и других особенностей технологического процесса необходимо учитывать те условия, в которых будет эксплуатироваться здание или сооружение, чтобы предотвратить его разрушение. Для этого важно понимать причины и механизмы возможного разрушения бетона.

При эксплуатации на ЖБИ и ЖБК действует множество факторов, которые условно можно разделить на следующие группы:

    , возникающие в результате взаимодействия различных веществ (компонентов бетона, воды и растворенных в ней веществ, газов); (температурные перепады, циклическое замораживание и оттаивание бетонной массы и усадочные процессы, развивающиеся как в процессе заливки бетона, так и со временем); (удары, истирание, вибрационные и другие нагрузки); , возникающие как вследствие естественных процессов, так и в результате неправильного монтажа опалубки, несоответствия характеристик бетона нормативным показателям или ошибок при заливке ЖБК.

Часть из указанных групп факторов является объективной реальностью, поэтому должна учитываться при проектировании конструкций, разработке режимов их монтажа, эксплуатации, защиты и ремонта. Обычно мероприятия по их предотвращению, устранению и минимизации прописаны в СНиПах и другой нормативно-технической документации, например, морозостойкость бетона для изготовления ЖБИ и ЖБК изначально выбирается с учетом условий их эксплуатации.

Другая часть причин имеет случайный характер, например, проявляется вследствие несоблюдения технологии производства и доставки бетона, нарушений в процессе выполнения строительных работ, просчетов при проведении изысканий. В этом случае на первый план выходит оперативность и правильность диагностики разрушений, что позволяет вовремя выполнить ремонтные или защитные работы и продлить срок службы или повысить надежность эксплуатации конструкции.

Химические факторы

В процессе эксплуатации железобетонных конструкций в воздушной среде, на них значительное влияние оказывают все кислые газы. Поскольку основным содержащимся в воздухе веществом этого класса является углекислота (концентрация CO2 на несколько порядков выше концентрации прочих кислых газов), то ее принято считать основным фактором воздействия. Диоксид углерода, взаимодействуя в присутствии влаги с компонентами бетона (продуктами гидратации извести, в частности, Ca(OH)2), вызывает образование карбоната кальция (СaCO3) и H2O по следующей реакции:

Существуют и другие механизмы взаимодействия углекислоты с разными продуктами реакции. Но, в целом, этот процесс можно охарактеризовать, как интенсивный, из-за высокой способности бетона к поглощению влаги и углекислоты из атмосферы и диффузии и капиллярного их переноса в объем материала. Следует учесть, что на первом этапе процесс карбонизации можно рассматривать, как положительный, поскольку образующийся карбонат кальция имеет меньшую растворимость, чем гидроксид кальция, что приводит к повышению прочности бетона. Так как СaCO3 стремится закупорить имеющиеся поры, то процесс проникновения газов вглубь конструкции замедляется.

С другой стороны, глубоко проникшая карбонизация приводит к нежелательным последствиям. При определенных условиях из-за интенсивного выщелачивания развиваются процессы коррозии арматуры, увеличивается ее объем, появляются избыточные напряжения, и, как следствие, трещины и сколы бетона. После этого процесс еще больше интенсифицируется и требует немедленных мер по ремонту конструкции. Диагностика разрушений бетона, вызванных воздействием карбонатов, осуществляется посредством цветового теста с использованием фенолфталеина. Некарбонизированный бетон в результате нанесения на поверхность 1% раствора фенолфталеина краснеет, а цвет карбонизированного не меняется.

Выщелачивание бетона происходит по аналогичному механизму, но требует присутствия влаги с растворенными в ней углекислотой и другими агрессивными компонентами. В результате цементный камень разрушается, и конструкция теряет прочностные свойства. Диагностика выщелачивания бетона производится визуальным методом, при котором контролируется разрушение цементного камня. При воздействии сульфатов происходит образование внутри структуры бетона продуктов реакции (гипса, таумаситов и эттригидов), которые, увеличиваясь в объеме, вызывают возникновение напряжений и разрушение матрицы. Диагностику таких явлений проводят в лабораторных условиях путем изучения дифрактограммы.

Диагностика процесса карбонизации бетона

Рисунок 2. Процесс определения карбонизации бетона

Разрушение хлоридами происходит в условиях воздействия морской воды, антиобледенителей и солей. Хлор, проникая до уровня арматуры, растворяет пассивирующую пленку оксидов железа, запуская процесс коррозии. На скорость проникновения хлоридов влияет их концентрация, влажность и проницаемость бетона. После начала процесса коррозии, как и в предыдущих случаях, из-за появления новых путей проникновения агрессивных веществ происходит нарастающее разрушение бетона. Критическая концентрация хлоридов прямо пропорциональна показателю рН бетона, что позволяет связать механизм разрушения с воздействием карбонатов и обеспечить комплексную защиту конструкций.

Для диагностики разрушения хлоридами используются несколько методов. Путем химического анализа устанавливается их весовая концентрация в цементе. Также диагностика производится при помощи цветового теста или анализа дифрактограммы в рентгеновском спектре. Наиболее доступным методом является цветовой тест, состоящий в обработке бетона раствором нитрата серебра и флуоресцеина и последующем контроле изменения цвета. При разрушении сульфатами бетон приобретает светло-розовую окраску, а при отсутствии этого процесса — темную.

Еще одним химическим механизмом разрушения бетона является взаимодействие щелочей цемента и заполнителей. В состав некоторых заполнителей входит реакционноспособный кремнезем, реагирующий со щелочами и солями натрия и калия с образованием геля, который в присутствии влаги или воды расширяется, разламывая окружающий бетон. В результате образуются силикаты гидратированного калия и натрия с большим объемом, что приводит к появлению трещин на поверхности бетона, подрыву его участков и вспучиванию. На скорость реакции влияет уровень влажности, а так процесс замерзания и оттаивания бетона. Признаки реакции щелочей цемента и заполнителей бетона определяются при помощи цветового теста или визуально. В последнем случае диагностируется набухание и упорядоченное паутинообразное растрескивание. Цветовой тест проводится при помощи кобальтинитрита натрия, позволяя выявить гель по окрашиванию в желтый цвет.

Физические факторы

Из физических факторов, влияющих на прочность бетона, следует выделить усадку и негативные температурные условия.

Усадка делится на два вида:

  • пластическая — наблюдается в пластичной стадии, то есть во время или в первые дни после укладки бетона, и обусловлена быстрым выделением содержащейся в нем влаги. При этом на его поверхности материала образуются провалы, микротрещины или трещины;
  • гигрометрическая — происходит в первые месяцы после схватывания бетона.

Основным методом борьбы с пластической усадкой является укрывание свежеуложенного бетона слоем водонепроницаемой пленки, нанесение материалов, создающих защитную пленку, или орошение водой на протяжении нескольких суток. Избежать гигрометрической усадки позволяет использование добавок, снижающих водоцементное соотношение (В/Ц).

Цикл замерзания и оттаивания — процесс проникновения воды внутрь бетона, ее последующего замерзания с увеличением объема и создание напряжений в теле конструкции. Для предотвращения таких явлений требуется уменьшение капиллярной микропористости на стадии производства бетона за счет добавления воздухововлекающих добавок и морозостойких заполнителей, что позволяет обеспечить оптимальное соотношение В/Ц.

В результате высоких температур также возможно разрушение бетона. В частности, этот процесс может быть обусловлен разными коэффициентами термического расширения арматуры и бетона, разрывом заполнителя с вяжущим, быстрым остыванием материала при тушении пожара водой и другим факторами.

Механические факторы

Эрозия бетонной конструкции

Рисунок 4. Механическое воздействие на бетон

К механическим факторам относятся:

  • истирание за счет регулярного воздействия твердых абразивных частиц, пешеходных и механических нагрузок. Стойкость к истиранию увеличивается за счет повышения водоцементного соотношения или путем насыщения верхнего слоя бетона специальными полимерами или цементами с твердыми добавками;
  • ударное разрушение в результате интенсивных ударов, передвижения механических транспортных средств. Повышения ударостойкости можно добиться применением более прочного бетона, схемой армирования и правильным подбором шовного герметика;
  • выветривание или эрозия за счет воздействия ветра, воды или обледенения, вызывающего оголение поверхности бетона до заполнителя. Если в результате визуального контроля обнаружился процесс эрозии, необходимо обеспечить своевременный ремонт и защиту поверхности бетонной конструкции.

Истирание и ударное разрушение бетона можно предотвратить на этапе разрушения бетона путем правильного выбора состава и методов защиты. Борьба с эрозией состоит в своевременной диагностике и ремонте ЖБК и ЖБИ.

Основные виды дефектов

Из основных видов дефектов отметим следующие явления, связанные с технологическими факторами:

  • наплывы возникают из-за недостаточной подгонки опалубки, проливов или неквалифицированной укладки бетона;
  • выступы на поверхности образуются при использовании неправильной установленной или недостаточно жесткой опалубки;
  • полости в объеме бетона формируются при зависании смеси на опалубке или арматуре, на месте технологических швов или при преждевременном схватывании уложенных ранее слоев;
  • раковины появляются из-за скопления воздуха или воды у поверхности конструкции, при недостатке раствора, плохом уплотнении смеси или ее повышенной жесткости;
  • усадочные трещины возникают при недостаточном уходе за свежеуложенным бетоном;
  • конструктивные и технологические трещины проявляются из-за повреждения ЖБК в результате транспортировки, монтажа, защемления и воздействия эксплуатационных нагрузок.

Методы ремонта повреждений

По степени влияния на несущую способность конструкции выделяют несколько групп повреждений и, соответственно, мероприятий по их ремонту или компенсации. Наиболее «легкими» считаются дефекты, не влияющие на прочность конструкции (пустоты, поверхностные раковины, выбоины, трещины, разрушение поверхностного слоя). Они не требуют срочного ремонта, но должны быть устранены в плановые сроки для предотвращения дальнейшего развития или образования новых мелких трещин. В этом случае обязательно необходимо обеспечить защиту конструкции от воздействия внешних разрушающих факторов.

При диагностике повреждений, снижающих долговечность и надежность конструкции (пустот, сколов и раковин с оголением арматуры, глубинной или поверхностной коррозии бетона), необходимо в безотлагательном порядке провести мероприятия по их устранению. В частности, производится заделка пустот и трещин, удаление рыхлого и корродирующего слоев бетона и последующее нанесение специальных материалов.

При обнаружении повреждений, снижающих несущую способность конструкции (наклонных, горизонтальных трещин в объеме несущих конструкций, пустот в сжатых зонах, трещин в сопряжениях плит и др.), производится срочный ремонт. В большинстве случаев ликвидация таких дефектов требует разработки индивидуального проекта.

Читайте также: