Значения предельно допустимых прогибов железобетонных конструкций
Дефекты бетонных и железобетонных конструкций
Обследование бетонных и железобетонных конструкций осуществляется в соответствии с требованием СНиП 2.03.01-84*«Бетонные и железобетонные конструкции».
Обнаруженные при обследовании дефекты разделяются на следующие по степени важности группы: дефекты, приводящие к снижению и потере несущей способности; частично снижающие несущую способность с изменением геометрических размеров; отклонения в геометрических размерах при сохранении несущей способности, вызывающие непригодность к технической эксплуатации.
Оценка технического состояния железобетонных конструкций по внешним признакам производится на основе определения следующих факторов:
геометрических размеров конструкций и их сечений;
наличия трещин, отколов и разрушений;
состояния защитных покрытий (лакокрасочных,штукатурок, защитных экранов и др.);
прогибов и деформаций конструкций;
нарушения сцепления арматуры с бетоном;
наличия разрыва арматуры;
состояния анкеровки продольной и поперечной арматуры;
степени коррозии бетона и арматуры.
При определении геометрических параметров конструкций и их сечений фиксируются все отклонения от их проектного положения.
Ширину раскрытия трещин рекомендуется измерять в первую очередь в местах максимального их раскрытия и на уровне растянутой зоны элемента.
Степень раскрытия трещин сопоставляется с нормативными требованиями по предельным состояниям второй группы в зависимости от вида и условий работы конструкций. Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями, проявившимися в железобетонных конструкциях в процессе изготовления, транспортировки и монтажа, и трещины, обусловленные эксплуатационными нагрузками и воздействием окружающей среды.
|
|
|
Наиболее характерными дефектами железобетонных и бетонных конструкций являются трещины. Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями, возникающими в конструктивных элементах в процессе их изготовления, транспортирования и монтажа, а также обусловленные эксплуатационными нагрузками и воздействием окружающей среды.
К трещинам, появившимся в доэксплуатационный период, относятся: усадочные, вызванные нарушением технологического режима твердения бетона; в результате резких температурных перепадов отдельных участков конструкции и напряжений, возникающих при этом; трещины технологического происхождения, возникающие в элементах сборного железобетона при изготовлении; в результате нарушений условий складирования, транспортирования и монтажа. Объем дефектов такого происхождения достаточно велик и составляет около 60 %.
|
|
|
Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, имеют следующее происхождение: возникающие в результате температурных деформаций, неправильного устройства или отсутствия температурных и деформационных швов; вызванные неравномерностью осадок грунтового основания, аварийным замачиванием грунтов, проведением земляных работ в непосредственной близости к фундаментам, динамическими нагружениями, связанными с забивкой свай, уплотнением грунта, близким расположением автотранспортных магистралей и т.п.; обусловленные силовыми воздействиями, превышающими расчетные значения. Последнее обстоятельство связано с увеличением нагрузок от надстройки зданий.
Трещины силового характера необходимо анализировать с точки зрения напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции.
В железобетонных конструкциях наиболее часто встречаются трещины в изгибаемых элементах, работающих по балочной схеме (балки, прогоны), возникают трещины, перпендикулярные (нормальные) продольной оси, вследствие появления растягивающих напряжений в зоне действия максимальных изгибающих моментов и трещины, наклонные к продольной оси, вызванные главными растягивающими напряжениями в зоне действия существенных перерезывающих сил и изгибаемых моментов (рис. 2.3).
|
|
|
| 
|
| Характерные трещины в изгибаемых железобетонных элементах, работающих по балочной схеме 1 -нормальные трещины в зоне максимального изгибающего момента; 2 -наклонные трещины в зоне максимальной поперечной силы; 3 — трещины и раздробление бетона, в сжатой зоне элемента | |
Одни и те же дефекты могут создавать условия непригодности как по несущей способности, так и по потере эксплуатационных качеств. Например, прогибы, превышающие допустимые значения, исключают нормальную эксплуатацию конструкций. В то же время снижение несущей способности приводит к аварийному состоянию. Ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси изгибаемого элемента в растянутой зоне, более 0,4 мм свидетельствует о превышении требований по второй группе предельного состояния и одновременно указывает на возможность достижения предела текучести арматурной стали, что сопряжено с потерей несущей способности конструкции.
Нормальные трещины имеют максимальную ширину раскрытия в крайних растянутых волокнах сечения элемента. Наклонные трещины начинают раскрываться в средней части боковых граней элемента — в зоне действия максимальных касательных напряжений, а затем развиваются в сторону растянутой грани.
|
|
|
Образование наклонных трещин на опорных концах балок и прогонов свидетельствует о недостаточной их несущей способности по наклонным сечениям. Вертикальные и наклонные трещины в пролетных участках балок и прогонов свидетельствуют о недостаточной их несущей способности по изгибающему моменту. Раздробление бетона сжатой зоны сечений изгибаемых элементов указывает на исчерпание несущей способности конструкции;
В плитах возникают следующие трещины:
в средней части плиты, имеющие направление поперек рабочего пролета с максимальным раскрытием на нижней поверхности плиты;
на опорных участках, имеющие направление поперек рабочего пролета с максимальным раскрытием на верхней поверхности плиты;
радиальные и концевые, с возможным отпаданием защитного слоя и разрушением бетона плиты;
вдоль арматуры по нижней плоскости стены.
Трещины на опорных участках плит поперек рабочего пролета свидетельствуют о недостаточной несущей способности по изгибающему опорному моменту.
Характерно развитие трещин силового происхождения на нижней поверхности плит с различным соотношением сторон (рис. 2.4). При этом бетон сжатой зоны может быть не нарушен. Смятие бетона сжатой зоны указывает на опасность полного разрушения плиты.
| 
|
| Характерные трещины на нижней поверхности плит а -работающих по балочной схеме при l2/l1 ³ 3; б — опертых по контуру при l2/l1 < 3; в — тоже при l2/l1 = 1; г — опертых по трем сторонам при l3/l1 £ 1,5; д — то же, при l2/l1 > 1,5 | |
В колоннах образуются вертикальные трещины на гранях колонн и горизонтальные. Вертикальные трещины на гранях колонн могут появляться в результате чрезмерного изгиба стержней арматуры. Такое явление может возникнуть в тех колоннах и их зонах, где редко поставлены хомуты.
Горизонтальные трещины в железобетонных колоннах не представляют непосредственной опасности, если ширина их невелика, однако через такие трещины могут в арматуру попасть увлажненный воздух и агрессивные реагенты, вызывая коррозию металла.
Появление продольных трещин вдоль арматуры в сжатых элементах свидетельствует о разрушениях, связанных с потерей устойчивости (выпучиванием) продольной сжатой арматуры из-за недостаточного количества поперечной арматуры.
Появление в изгибаемых элементах поперечных трещин, практически перпендикулярной продольной оси элемента, проходящей через все сечение (рис. 2.6), может быть связано с воздействием дополнительного изгибающего момента в горизонтальной плоскости, перпендикулярной плоскости действия основного изгибающего момента(например, от горизонтальных сил, возникающих в подкрановых балках). Такой же характер имеют трещины в растянутых железобетонных элементах, но при этом трещины просматриваются на всех гранях элемента, опоясывая его.
Трещины на опорных участках и торцах железобетонных конструкций, ориентированные вдоль арматуры, указывают на нарушение анкеровки арматуры. Об этом же свидетельствуют и наклонные трещины в приопорных участках, пересекающие зону расположения предварительно напряженной арматуры и распространяющиеся на нижнюю грань края опоры (рис. 2.7).
| 
|
| Трещины вдоль продольной арматуры в сжатых элементах | Трещины по всей высоте сечений элементов, изгибаемых в двух плоскостях |
| Трещины в опорной части предварительно напряженного элемента 1 — при нарушении анкеровки напряженной арматуры; 2 — при недостаточности косвенного армирования сечения на действие усилия обжатия |
Дефекты в виде трещин и отслоения бетона вдоль арматуры железобетонных элементов могут быть вызваны и коррозионным разрушением арматуры. В этих случаях происходит нарушение сцепления продольной и поперечной арматуры с бетоном. Нарушение сцепления арматуры с бетоном за счет коррозии можно установить простукиванием поверхности бетона (при этом прослушиваются пустоты).
Продольные трещины вдоль арматуры с нарушением сцепления ее с бетоном могут быть вызваны и температурными напряжениями при эксплуатации конструкций с систематическим нагревом свыше 300 °С или последствиях пожара.
В изгибаемых элементах, как правило, появлению трещин способствует увеличение прогибов и углов поворота. Недопустимыми (аварийными) можно считать прогибы изгибаемых элементов более 1/50 пролета при ширине раскрытия трещин в растянутой зоне более 0,5 мм. Значения предельно допустимых прогибов для железобетонных конструкций приведены в табл.2.14.
Значения предельно допустимых прогибов железобетонных конструкций
| Элементы конструкций | Предельно допустимые прогибы |
| 1. Балки | l/500 |
| 2. Перекрытия с плоским потолком и элементы покрытия, при пролетах, м: | |
| l < 6 | l/200 |
| 6 £ l £ 7,5 | 3 см |
| l > 7,5 | l/250 |
| 3. Перекрытия с ребристым потолком и элементы лестниц при пролетах, м: | |
| l < 5 | l/200 |
| 5 £ l £ 10 | 2,5 см |
| l > 10 | l/400 |
| 5. Навесные стеновые панели (при расчете из плоскости) при пролетах, м: | |
| l < 6 | l/200 |
| 6 £ l £ 7,5 | 3 см |
| l > 7,5 | l/250 |
| Примечание. | |
Определение и оценку состояния лакокрасочных покрытий железобетонных конструкций следует производить по методике, изложенной в ГОСТ 6992-68. При этом фиксируются следующие основные виды повреждений: растрескивания и отслоения, которые характеризуются глубиной разрушения верхнего слоя (до грунтовки), пузыри и коррозионные очаги, характеризуемые размером очага (диаметром), мм. Площадь отдельных видов повреждений покрытия выражают ориентировочно в процентах по отношению ко всей окрашенной поверхности конструкции (элемента).
Эффективность защитных покрытий при воздействии на них агрессивной производственной среды определяется по состоянию бетона конструкций после удаления защитных покрытий.
В процессе визуальных обследований производится ориентировочная оценка прочности бетона. В этом случае можно использовать способ простукивания, который основан на простукивании поверхности конструкции молотком массой 0,4-0,8 кг непосредственно по очищенному растворному участку бетона или по зубилу, установленному перпендикулярно поверхности элемента. При этом для оценки прочности принимаются минимальные значения, полученные в результате не менее 10 ударов. Более звонкий звук при простукивании соответствует более прочному и плотному бетону.
При наличии увлажненных участков и поверхностных высолов на бетоне конструкций определяют величину этих участков и причину их появления.
Результаты визуального осмотра железобетонных конструкций фиксируют в виде карты дефектов, нанесенных на схематические планы или разрезы здания, или составляют таблицы дефектов с рекомендациями по классификации дефектов и повреждений с оценкой категории состояния конструкций.
Железобетонные конструкции постоянно подвергаются воздействию внешней среды, в результате которого возникает коррозия материала. По характеру воздействий различают химическую, электрохимическую и механическую коррозию. Следует отметить, что граница между химической и электрохимической коррозией часто бывает условной и зависит от многих параметров окружающей среды.
При химической коррозии происходит непосредственное химическое взаимодействие между материалами конструкции и агрессивной средой, не сопровождающееся возникновением электрического тока. Химическая коррозия может быть газовой и жидкой, однако в обоих случаях отсутствуют электролиты.
При электрохимической коррозии коррозионные процессы протекают в водных растворах электролитов, во влажных газах, в расплавленных солях и щелочах. Характерным является возникновение электрических токов как результата коррозионного процесса, при этом в арматуре и закладных деталях одновременно протекают окислительный и восстановительный процессы.
| 
|
| 
|
Механическая коррозия (деструкция) имеет место в материалах неорганического происхождения (цементный камень, растворная составляющая бетона, заполнитель) и вызывается напряжениями внутри материала, достигающими предела его прочности на растяжение. Внутренние напряжения в пористой структуре материала возникают вследствие разных причин, среди которых кристаллизация солей, отложение продуктов коррозии, давление льда при замерзании воды в порах и капиллярах. В композиционных материалах, характерным представителем которых является бетон, внутренние напряжения в зоне контакта заполнитель – цементный камень возникает при резких сменах температур в результате разных коэффициентов линейно-температурного расширения.
Коррозия бетона.Бетон, как искусственный конгломерат, по составу исходных материалов достаточно долговечен и не нуждается в специальном уходе, если эксплуатируется в нормальных температурно-влажностных условиях и отсутствии агрессивной среды. В таких условиях работает относительно небольшой класс конструкций, расположенных внутри жилых и общественных зданий или же в сооружениях, эксплуатируемых в тёплых и сухих климатических районах.
Различаются три вида физико-химической коррозии.
Коррозия I вида. Внешним ее признаком является налёт на поверхности бетона в месте испарения или фильтрации свободной воды. Коррозия вызывается фильтрацией мягкой воды сквозь толщину бетона и вымыванием из него гидрата окиси кальция: Ca(OH)2 (гашёная известь) и CaO (негашёная известь). В связи с этим происходит разрушение и других компонентов цементного камня: гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроферритов, так как их стабильное существование возможно лишь в растворах Ca(OH)2 определённой концентрации. Описанный процесс называется выщелачиванием цементного камня. Выщелачивание из бетона 16% извести приводит к снижению его прочности примерно на 20%, при 30%-ном выщелачивании прочность снижается уже на 50%. Полное исчерпание прочности бетона наступает при 40-50%-ной потере извести.
Следует учитывать, что если приток мягкой воды незначительный и она испаряется на поверхности бетона, то гидрат окиси кальция не вымывается, а остаётся в бетоне, уплотняет его, тем самым прекращая его дальнейшую фильтрацию. Этот процесс называется самозалечиванием бетона.
Коррозии I вида особо подвержены бетоны на портландцементе. Стойкими оказываются бетоны на пуццолановом портландцементе и шлакопортландцементе с гидравлическими добавкими.
Коррозии II вида. Характерным для коррозии II вида является химическое разрушение компонентов бетона (цементного камня и заполнителей) под воздействием кислот и щелочей.
Кислотная коррозия цементного камня обусловлена химическим взаимодействием гидрата окиси кальция с кислотами:
а) соляной: Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+H2O;
б) серной: Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+H2O;
в) азотной: Ca(OH)2+H2NO3=Ca(NO)3+H2O,
в результате чего Ca(OH)2 разрушается.
При фильтрации кислотных растворов через толщу бетона продукты разрушения вымываются, его структура делается пористой, и конструкция утрачивает несущую способность. Таким образом, скорость коррозии возрастает с увеличением концентрации кислоты и скорости фильтрации.
Влияния углекислоты на бетон неоднозначно. При малой концентрации СO2 углекислота, взаимодействую с известью, карбонизует её, т.е.
Ca(OH)2+H2СO3=CaСO3+2H2O
Образующийся в результате химической реакции карбонат кальция CaСO3 является малорастворимым, поэтому концентрации его на поверхности предохраняет бетон от разрушения в зоне контакты с водной средой, увеличивает его физическую долговечность.
При высокой концентрации СO2 углекислота реагирует с карбонатом, превращая его в легкорастворимый бикарбонат Ca(HСO3)2, который при фильтрации агрессивной воды вымывается из бетона, существенно снижая его прочность.
Таким образом, скорость разрушения бетона, с одной стороны, зависит от толщины карбонизированного слоя, а с другой – от притока раствора углекислоты.
В реальных конструкциях процесс коррозии бетона оценивается по результатам анализа продуктов фильтрации: если в фильтрате обнаруживается бикарбонат Ca(HСO3)2, то это свидетельствует о развитии коррозии. Безопасным для бетона считается раствор углекислоты с содержанием СO2 < 15 мг/л и скоростью фильтрации менее 0,1 м/с.
Следует отметить, что при концентрации растворов кислот выше 0,0001N, практически все цементные бетоны, за исключением кислотоупорных, быстро разрушаются. Однако при этом более стойкими оказываются бетоны плотной структуры на портландцементе.
Стойкость бетонов в кислотной среде также зависит от вида заполнителей. Менее подвержены разрушению заполнители силикатных пород (гранит, сиенит, базальт, песчаник, кварцит).
Щелочная коррозия цементного камня происходит при высокой концентрации щелочей и положительной температуре среды. В этих условиях растворяются составляющие цементного клинкера (кремнезём и полуторные окислы), что и вызывает разрушение бетона. Более стойкими к щелочной коррозии являются бетоны на портландцементе и заполнителях карбонатных пород.
К особо агрессивным средам, вызывающим коррозию II вида, следует отнести:
а) свободные органические кислоты (например, уксусная, молочная), растворяющие кальций;
б) сульфаты, способствующие образованию сульфоалюмината кальция или гипса;
в) соли магния, снижающие прочность соединений, содержащих известь;
г) соли аммония, разрушающе действующие на композиты, содержащие известь.
Помимо названных химикатов вредными для бетона являются растительные и животные жиры и масла, так как они, превращая известь в мягкие соли жирных кислот, разрушают цементный камень.
Коррозия III вида. Признаком кристаллизационной коррозии III вида является разрушение структуры бетона продуктами кристаллообразования солей, накапливающихся в порах и капиллярах.
Кристаллизация солей может идти двумя путями:
а) химическим взаимодействием агрессивной среды с компонентами камня;
б) подсосом извне соляных растворов.
И в том и в другом случаях кристаллы соли выпадают в осадок, кальматирую (заполняя) пустоты в бетоне. На начальном этапе это позитивный процесс, ведущий к уплотнению бетона и повышению его прочности. Однако в последующем продукты кристаллизации настолько увеличиваются в объёме, что начинают рвать структурные связи, приводя к интенсивному трещинообразованию и многочисленным локальным разрушениям бетона.
Определяющим фактором кристаллизационной коррозии является наличие в водных растворах сульфатов кальция, магния, натрия, способных при взаимодействии с трёхкальциевым гидроалюминатом цемента образовывать кристаллы. Следовательно, к более стойким к коррозии III вида следует относить такие бетоны, в которых использованы цементы с низким содержанием трёхкальциевого алюмината, а именно: в портландцементе – до 5%, в пуццолановом и шлакопортландцементе – до 7%.
Физико-механическая деструкция (разрушение) бетона при периодическом замораживании и оттаивании характерна для многих конструкций, незащищённых от атмосферных воздействий (козырьки, балконы, лоджии). Разрушающих факторов при замораживании бетона в водонасыщенном состоянии несколько: кристаллизационное давление льда; гидравлическое давление воды, возникающее в капиллярах вследствие отжатия ее из зоны замерзания; различие в коэффициентах линейного расширения льда и скелета материала и пр.
Постепенное разрушение бетона при замораживании происходит вследствие накопления дефектов, образующихся во время отдельных циклов. Скорость разрушения зависит от степени водонасыщения бетона, пористости цементного камня, вида заполнителя. Более морозостойки бетоны плотной структуры с низким коэффициентом водопоглащения.
Коррозия арматуры.Арматура в бетоне играет исключительно важную роль, так как воспринимает растягивающее напряжение от внешней нагрузки, обеспечивая прочность конструкции, поэтому коррозия арматуры недопустима.
| 
|
Рассмотрим некоторые химические процессы, обусловливающие защитные и разрушительные факторы, воздействующие на арматуру.
Под влиянием щелочной среды цементного бетона (pH=12,5-12,6) стальная арматура пассивируется, т.е. защищается от окисления. Однако щелочность защитного слоя бетона в результате воздействия воды и содержащихся в воздухе двуокисей углерода CO2 и серы SO2 постепенно снижается, и, если она оказывается ниже значений pH=9,5, в арматуре начинаются окислительные процессы.
Последовательность образования агрессивной среды и депассивация арматуры происходит следующим образом:
образование и воздействие углекислоты
CO2+H2O=H2CO3,
которая, реагирую с окисью кальция, содержащейся в бетоне, образует карбонат кальция и остаточную воду
H2CO3CaO=CaCO3+H2O
(указанная реакция протекает в течение нескольких лет, понижаю величину pH в защитном слое бетона на 2,5-4 ед.);
образование и воздействие серной кислоты
SO2+H2O= H2SO4,
которая, реагируя с окисью кальция, образует гипс и остаточную воду
H2SO4+CaO=CaSO4+H2O,
(в результате этой реакции величина pH дополнительно может снижаться на 1-3ед., достигая велицины pH=6(7).
Скорость депассивации арматуры зависит главным образом от толщины защитного слоя бетона и степени агрессивности среды.
Виды коррозии арматуры
Коррозия арматуры может быть вызвана разными неблагоприятными факторами, обусловливающими химическое и электрохимическое воздействие. К ним относятся растворы кислот, щелочей, солей, влажные газы, природные и промышленные воды, а также блуждающие токи.
В кислотах, не обладающих окислительными свойствами (соляная кислота), стальная арматура сильно корродирует в результате образования растворимых в воде и кислоте продуктов коррозии, причём с увеличением концентрации соляной кислоты скорость коррозии возрастает.
В кислотах, обладающих окислительными свойствами (азотная, серная и др.), при высоких концентрациях скорость коррозии, наоборот, уменьшается из-за пассивации поверхности арматуры.
Скорость коррозии арматуры в щелочных растворах при pH>10 резко снижается из-за образования нерастворимых гидратов закиси железа. Растворы едких щелочей и карбонаты щелочных металлов практически не разрушают арматуру, если их концентрация не превышает 40%.
Солевая коррозия арматуры зависит от природы анионов и катионов, содержащихся в водных растворах солей.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 2223; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!