Усиление железобетонных конструкций

Несмотря на широкое использование в современном строительстве изделий из металла, стекла, пластика, железобетон по-прежнему остается одним из наиболее востребованных материалов для возведения зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения. На стройплощадку железобетон поставляется в виде широкой номенклатуры изделий заводского изготовления и в виде жидкой смеси для укладки в опалубку для устройства монолитных конструкций.

Что такое железобетон

Железобетон — комплексный строительный материал, в котором стальная или синтетическая арматура воспринимает растягивающие нагрузки, а бетонная смесь, обеспечивающая при твердении надежное сцепление с арматурными стержнями – сжатие. Благодаря положительным свойствам железобетона, к которым относятся:

• долговечность;
• относительно невысокая стоимость;
• огнестойкость;
• технологичность – способность изготовления конструкции любой конфигурации;
• стойкость к воздействию биологических и химически агрессивных сред;
• способность восприятия значительных статических и динамических нагрузок.

В то же время железобетон не свободен от определенных недостатков, среди которых относительно небольшая прочность в сочетании со значительным весом. Существует три основных вида железобетонных конструкций:

• сборные, изготовленные на заводах стройиндустрии и доставленные на стройплощадку в готовом виде;
• монолитные, изготовленные непосредственно на стройплощадке путем заливки жидкой бетонной смеси в заранее подготовленную формообразующую опалубку, с уложенными в нее арматурными каркасами и сетками;
• сборно-монолитные, когда в строении одновременно используются сборные и монолитные конструкции.

Железобетон – один из наиболее востребованных материалов в строительстве.  

Дефекты железобетонных конструкций

Дефекты железобетонных конструкций возникают по разным причинам, в число которых входят:

• ошибки при проектировании;
• отсутствии на стройплощадке должного входного контроля качества строительных материалов, приведшего к использованию непроектного бетона;
• отсутствие операционного контроля качества работ, что приводит к неправильному соединению арматурных стержней, недостаточной толщине защитного слоя и др.;
• ошибки в ходе производства земляных работ, приведших к неравномерной просадке основания и возникновению деформаций в конструктивных элементах здания;
• неправильная эксплуатация элементов объекта недвижимости – механические воздействия, технологические протечки.  

Виды дефектов в железобетонных элементах, причины их образования и вероятные последствия указаны в ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния». Этот нормативный документ указывает, что дефекты в конструктивных элементах из железобетона могут привести к снижению долговечности, уменьшению прочностных характеристик или даже к возникновению аварийной ситуации.

К дефектам и повреждениям элементов из железобетона, которые могут стать причинами аварийной ситуации, и причинами которых становится избыточное нагружение несущих элементов объекта недвижимости, ГОСТ 31937-2011 относит:

• выпучивание сжатой арматуры;
• разрывы или смещение поперечной арматуры в зоне наклонных трещин.

Аварийная ситуация может возникнуть и при отрыве анкеров от пластин закладных элементов, а также при деформации соединительных деталей, причинами чего будут нагрузки, не учтенных расчетом.

Другие дефекты приводят к снижению прочностных характеристик железобетонных элементов здания. К таким дефектам относятся:

• сколы бетона в зоне сжатия, возникшие из-за механических повреждений;
• промасливание бетонных конструкций из-за протечек технологических жидкостей в период эксплуатации;
• отслоение защитного слоя бетона из-за использования корродированных арматурных стержней;
• прогибы конструкций, превышающие нормативные значения зависят от вида и количества иных дефектов, возникших из-за перегрузки конструкции;
• повреждения арматуры и закладных деталей, ставшие последствием механических повреждений или коррозии металла;
• снижение площади опирания конструкций относительно проектных решений, причиной чего стали ошибки, допущенные либо на заводе, либо на стройплощадке.

Однако наиболее распространенным дефектом конструкций из железобетона является образование трещин, которые:

• могут стать причиной возникновения аварийной ситуации, если в результате избыточного загружения конструкций, недостаточной адгезии арматуры к бетону образуются нормальные трещины с разветвленными концами или наклонные трещины, пересекающие арматурные изделия;
• снизятся прочностные характеристики и долговечность, если из-за коррозии металла возникают трещины волосяные и шириной не более 3 мм вдоль арматурных стержней; из-за перегрузки образуются нормальные трещины в изогнутых и растянутых конструкциях шириной до 0,3 мм, а также из-за силовых трещин, образовавшихся в результате воздействия усилий, возникших в результате воздействия температуры и усадки.

Волосяные трещины на поверхности конструктивных элементов на прочностные характеристики влияния не оказывают и могут лишь снизать долговечность конструкции.

Причины усиления железобетонных конструкций

В отдельных случаях железобетонные конструкции подлежат усилению. Причинами этого могут быть:

• обнаруженные дефекты конструктивных элементов, из-за которых объект недвижимости может перейти в категорию аварийных, возникшие в результате ошибок в проектировании, неправильной эксплуатации или недостаточного контроля за качеством работ в ходе строительства;
• увеличение нагрузок на несущие конструкции из-за реконструкции или переоснащения производственного объекта;
• естественный или эксплуатационный износ несущих конструкций, выявленный в результате обследования объекта недвижимости;
• случайные повреждения конструктивных элементов здания в ходе монтажных или демонтажных работ при реконструкции объекта недвижимости.

Как правило, решение о необходимости усиления железобетонных конструкций принимается по результатам обследования.

Разработка проекта усиления железобетонных конструкций

Чтобы выполнить усиление железобетонных элементов здания разрабатывается специальный проект, однако этому предшествует ряд мероприятий:

• разрабатывается и согласовывается задание на проектирование;
• изучается и анализируется имеющаяся проектная и исполнительная документация;
• определяются прочностные характеристики грунтового основания;
• выполняется обследование основных конструктивных элементов объекта недвижимости с целью обнаружения скрытых дефектов;
• производится выбор оптимального вида усиления элементов их железобетона;
• разрабатываются чертежи усилений конструктивных элементов и узлов их соединения и опирания.

При выборе методов усиления должна быть учтена возможность реализации этих способов в натуре с минимальными трудозатратами и оптимальным использованием машин и механизмов.

Методы усиления железобетонных конструкций

Существуют различные методы усиления железобетонных конструкций, причем выбор конкретного способа во многом зависит от вида дефекта. Чаще всего используются следующие технологии:

• оштукатуривание незначительных поверхностных дефектов и в местах нарушения защитного слоя;
• инъецирование под давлением с заполнением трещин и каверн укрепляющим составом;
• торкретирование бетонных конструкций – нанесение на бетонную поверхность под высоким давлением нескольких слоев бетонной смеси, которая заполняет трещины и выбоины, повышая морозостойкость и влагонепроницаемость конструкции;
• усиление конструкций стальными укрепляющими обоймами и тягами, железобетонными поясами;
• усиление несущих конструкций композитными материалами – карбоном и кевларом, позволяющими повысить несущую способность железобетонной конструкции;
• монтаж дополнительных конструкций, позволяющих перераспределить усилия и разгрузить дефектный элемент.

Основные методы защиты железобетонных конструкций от различного вида воздействий приведены в ГОСТ 32016-2012 «Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций».