Дефекты бетонных и железобетонных конструкций. Причины, как устранить.

В данной статье попробуем разобрать основные причины возникновения дефектов в железобетонных изделиях и конструкциях, как их можно избежать, а также наиболее распространение способы устранения. Отдельно обратим внимание на время появления дефектов, поскольку это поможет правильно определиться с тем, что произошло именно в Вашей ситуации.

Трещины от пластической усадки или осадки бетона.

Возникают на стадии первоначального набора прочности бетона. На производстве это время тепловлажностной обработки (ТВО), либо в течение первых суток после распалубки. При производстве монолитных работ – обычно в первые 3-7 суток после заливки.

Причиной возникновения является усыхание бетонной смеси. При потере влаги бетон уменьшается в размере, что провоцирует появление небольших, хаотично расположенных трещин на плоских поверхностях, например, плитах. В случае сильноармированной конструкции возможно появление усадочных трещин вдоль рабочей арматуры.

В общем случае эти трещины не оказывают существенного влияния на работу конструкции и в большинстве случаем могут быть залечены инъектированием, либо просто  замазаны ремонтным составом.

Для предотвращения появления подобных трещин рекомендуется уменьшать содержание воды в составе бетона. Так мы уменьшим испарение, а необходимой пластичности смеси достигаем при помощи добавок – пластификаторов. При монолитных работах огромное значение имеет уход за бетоном после укладки – смачивание поверхности водой, защита от испарения при помощи пленки, либо пленкообразующих покрытий.

Трещины от температурных деформаций

Также возникают, как правило, на стадии набора прочности. Цемент при гидратации выделяет тепло, которое приводит к увеличению объема. Обычно избыточное тепло отводится через стенки изделия, однако в случае объемных конструкций этот процесс происходит неравномерно – центр может быть горячим – до 80-100 градусов,  а стенки уже охлаждены. Возникают внутренние напряжения, которые могут привести к образованию больших, глубоких трещин.

Предотвратить данную проблему можно использованием заполнителей, которые делают набор прочности бетона более плавным и уменьшают температуру набирающей прочность бетонной смеси. Прежде всего, это молотый гранулированный шлак. При проектировании конструкции с толщиной 0,5 метра и более, целесообразно требовать от БСУ использование цементов Д20 с добавлением шлака, либо добавлять при изготовлении смеси самостоятельно. Также важно использовать цемент с меньшей активностью из всех возможных вариантов. Т.е. если можно использовать цемент М-400 или М-500, для объемных изделий лучше проектировать состав с М400Д20 (со шлаком).

Немаловажным шагом при проектировании является анализ вероятности экзотермических повреждений (теплотехнический расчет) в соответствии с п.5.3, 10.6 СП 435.1325800.2018. Массивные конструкции рекомендуется разбивать на отдельные закладки с организацией рабочих швов бетонирования. Данные мероприятия обязательно прописываются в ППР.

Технологические ошибки при производстве ЖБИ или проведении бетонных работ

Сюда я отношу поверностные дефекты ЖБИ – прежде всего каверны. Причиной их образования является недостаточное уплотнение (недовибрирование), либо неверный выбор пластичности бетонной смеси. В бетоне всегда есть воздух, который нам необходимо удалить посредством вибрирования. В случае использования жестких смесей (П1,П2), особенно, если высота конструкции, а следовательно и путь выхода воздуха наверх, велика, тщательно провибрировать бетон не всегда удается.

Хотя данные раковины никак не влияют на работу изделия, внешний вид они портят существенно. Обычно на производстве проблема решается последующей затиркой ремонтными составами, однако нередки случаи, когда ремонт не допускается. В таком случае необходимо увеличить марку пластичности используемой смеси путем добавления пластификаторов, либо улучшать качество уплотнения.

Ошибки проектировщика и незапланированные нагрузки (силовые и конструкционные трещины)

При неверном расчете количества арматуры и класса бетона по  прочности, либо при нагружении конструкции сверх запланированного возможно появление силовых трещин. Обычно встречаются «нормальные» трещины в растянутой зоне, либо косые в местах опирания балок и плит перекрытия. Также нередки случаи трещин в монолитной плите вокруг колонн. Для того, чтобы избежать подобных проблем, проектировщик выполняет расчеты: от продавливания, по предельным состояниям 1 и 2-ой группы.

Что делать, если подобные трещины все-таки образовались, но конструкция еще не развалилась, напишу в отдельной статье, посвященной обследованию и ремонту ЖБИ.

Также сталкивался с трещинами конструкционного характера от незапланированных нагрузок. Наиболее яркий пример. Плита перекрытия ПК изначально проектировалась с сеткой в верхней части плиты. Данная сетка не несла нагрузку, а служила (помимо дополнительного усиления в сжатой зоне) защитой от незапланированных нагрузок во время монтажных работ и транспортировки. В последние годы все стараются максимально удешевить изделия, от второстепенных затрат избавляются – вот и эта сетка на практике зачастую либо совсем не ставится, либо частично, либо намного слабее – на разных заводах по-разному. Так внезапно стали появляться трещины при монтаже плиты не за все 4 петли, как положено, а только за 2 – по диагонали. Причем раньше данный вариант монтажа использовался повсеместно без каких-либо последствий.

Химические разрушения под воздействием углекислого газа (карбонизация), хлоридов, сульфатов и т.п.

Переходим к дефектам, появляющимся при длительных сроках эксплуатации. Химическая коррозия начинает проявляться через 5-10 лет эксплуатации в зависимости от агрессивности окружающей среды. Дело в том, что бетон вступает в химическое взаимодействие с углекислым газом, хлоридами, сульфатами и другими соединениями. Не надо думать, что это актуально только для химической промышленности – резервуаров и т.п. Общестроительные конструкции также разрушаются на открытом воздухе и при контакте с почвой. Бетон при этом становится рыхлым, отслаивается, обнажается арматура, возникает коррозия и т.д.

Для предотвращения подобных явлений обычно повышают водонепроницаемость бетона, увеличивают защитный слой, либо используют вторичную защиту – покрытия и пропитки. Посмотреть требования к бетону и ингредиентам смеси для различных условий эксплуатации можно в СП 28.13330.2017.

А исправление подобных недостатков обычно заключается в удалении зараженного бетона, зачистке арматуры до блеска, нанесение на нее защитного праймера и формировании нового защитного слоя - восстановлении тела конструкции ремонтными составами. При потере толщины арматуры в результате коррозии выполняются проверочные расчеты, и, при необходимости, осуществляется усиление конструкции.

Коррозия арматуры

В бетоне стальная арматура изначально находится в пассивном состоянии, т.е. не подвергается коррозии. Однако «заражение» бетонов агрессивными химическими соединениями, трещины, доходящие до арматуры, а также блуждающие токи нарушают пассивирующую пленку на поверхности арматуры - начинается процесс коррозии. При этом арматура увеличивается в диаметре, возникают растягивающие напряжения и бетон разрушается.

Защититься от коррозии можно, увеличив сопротивляемость бетона химическому разрушению, о чем написано в предыдущем разделе, своевременно «пролечивая» трещины, а также мероприятиями по защите от блуждающих токов. Последние довольно сложны в исполнении, специфичны, да и задача такая возникает довольно редко – не имею достаточных знаний, чтобы писать об этом.

Метод исправления данных недостатков аналогичен описанному в предыдущем разделе.

Морозное разрушение

Этой теме уже посвящено 2 статьи на нашем канале – при заинтересованности можно их легко найти. Наиболее страдают от морозного разрушения ЖБИ дорожной отрасли – дорожные плиты, бетонные ограждения. Дело в том, что у нас в стране используют солевые реагенты в качестве защиты от наледи, которые они очень сильно влияют на разрушение бетона при замораживании и оттаивании. Для подобных случаев выделена даже отдельная марка по морозостойкости F2, испытания по которой проводятся только в солевых растворах и количество циклов, которые необходимо выдержать бетону, выше в 2-3 раза по сравнению с общестроительными бетонами.

Но не надо думать, что требования по морозостойкости касаются только дорожников – они актуальны для любых конструкций, находящихся на открытом воздухе – колонн, стеновых панелей, фундаментов. Основные требования, как по маркам, так и по ингредиентам бетонной смеси приведены в СП 28.13330.2017. Здесь лишь коротко напишу, что для получения морозостойкого бетона необходимо использовать составы с низким водоцементным соотношением, цемент, нормированный по С3А, а также воздухововлекающие добавки.

К сожалению, культура производства у нас сейчас на таком уровне, что подавляющее большинство производителей не умеет и не хочет работать с морозостойкостью – они считают своей задачей обеспечить прочность конструкции, а ее долговечность никого не интересует.

Бороться с уже появившимися проявлениями морозного разрушения очень сложно, и результат непредсказуем. По идее надо удалять «слабый» бетон и ремонтировать конструкцию ремонтными составами с повышенной морозостойкостью класса R4 (ГОСТ Р 56378-2015). Однако, на практике, возникает куча вопросов: как отличить, подвергся бетон морозному разрушению или еще нет, зачастую ремонтные составы не обладают заявленной морозостойкостью, несмотря на декларируемый класс, да и невозможно уберечься от дальнейшего морозного разрушения бетона – основание для ремонтного состава окажется «слабым» через пару зимних циклов. Это тот самый случай, когда надежного способа обеспечения долговечности ремонта просто не существует – надо было изначально проектировать конструкцию с учетом требований по морозостойкости.

Разрушения при пожарах

Формально конструкции из бетона относятся к классу пожарной опасности К0, а сам бетон – к группе негорючих материалов НГ. Однако не надо думать, что продолжительный пожар не оказывает в данном случае никакого воздействия. Бетон – неоднородный материал, состоит из разных компонентов, имеющих разные коэффициенты температурных деформаций. При нагревании до высоких температур щебень оказывает растягивающее воздействие на цементный камень, и бетон разрушается, оголяя арматурный каркас. В свою очередь металл имеет температурный предел, по достижении которого начинает плавиться, конструкция при этом полностью разрушается.

Конечно, существуют жаростойкие бетоны (ГоСТ 20910-2019), но это уже отдельный материал со своими ингредиентами и гораздо более высокой стоимостью. В типовом строительстве жаростойкие бетоны не используются. А на обычных бетонах конструкции проектируются, как правило, под пределы огнестойкости REI 45, REI 90 или близкие к ним (123-ФЗ от 22.07.2088г.).

Методы ремонта - типовые. Если пострадал арматурный каркас – замена конструкции полностью. Если только бетонный защитный слой – убираем бетон, зачищаем арматуру, покрываем ее праймером, восстанавливаем защитный слой новым бетоном, усиливаем конструкцию, если требуется.