Дефекты искусственных сооружений и мероприятия по их устранению

     К наиболее сложным и трудоёмким процессам  или в ремонтных работах относятся  восстановление или устройство новой гидроизоляции стен здания. Значения гидроизоляции трудно переоценить, поскольку она является единственным надёжным способом защиты стен от воздействия и проникновения капиллярной грунтовой влаги, безнапорных и напорных грунтовых вод. При этом горизонтальная гидроизоляция препятствует капиллярному и электроосмотическому подсосу влаги вверх по стене, а вертикальная – поверхностному увлажнению и проникновению влаги в подвальные помещения.

     Проведению  ремонтно-восстановительных работ  по гидроизоляции здания предшествует тщательное обследование его подземной  части, особенно стен подвальных помещений, выполненных из бетонных блоков, бутовой  или кирпичной кладки и имеющих  большое количество швов. Обследование проводится при временном понижении  уровня грунтовых вод путём их откачивания из шурфов или иглофильтрами. Для предотвращения вымывания грунта из подошвы фундаментов шурфы  и иглофильтры размещаются вне  подвальных помещений.

     Выявленные  участки повреждений гидроизоляции  удаляются вручную с помощью  металлических щёток и скребков или с использованием механических способов. При незначительных повреждениях гидроизоляция ремонтируется с  применением, по возможности, тех же гидроизоляционных материалов. Если повреждения превышают 40%, то целесообразна  замена гидроизоляции на более эффективную. При выборе типа гидроизоляции учитываются гидрогеологические условия эксплуатации здания, категория сухости помещений и трещиностойкость ограждающей конструкции.

     Ремонт  и восстановление горизонтальной гидроизоляции стен может производиться двумя методами: инъецированием в кладку стен гидрофобных веществ, препятствующих капиллярному подсосу влаги, и закладкой нового гидроизоляционного слоя из рулонных материалов.

     Инъецирование производится растворами кремнийорганических соединений ГКЖ-10 и ГКЖ-11 через отверстия в стенах, располагаемые в один или два ряда. Расстояние между рядами принимается 25см, а между отверстиями в ряду – 35…40см. Отверстия диаметром 30…40мм сверлятся на глубину, примерно равную 0,9 толщины стены. Подача раствора производится одновременно через 10-12 инъекторов (стальные трубки диаметром 25мм), вставленных в отверстия в стене, и зачеканенных паклей.

     Количество  раствора , необходимое для гидроизоляции 1 п.м. стены, определяется по формуле [9]:

      ,

     где   - толщина стены, м;

      - высота обрабатываемой зоны, м (≈0,6м);

      - пористость материала стены,% (≈20%).

     Гидроизоляцию нежилых помещений можно производить  с помощью электросиликатизации по методу проф. Л.А. Цебертовича. В этом случае через инъекторы подаются последовательно растворы жидкого стекла и хлористого кальция. В результате химического взаимодействия образуется гель кремниевой кислоты, заполняемый поры в материале кладки и препятствующий капиллярному подсосу влаги. Обработка кирпичной кладки стен производится в поле постоянного тока с градиентом потенциала 0,7-1В/см [9].

     Восстановление  горизонтальной гидроизоляции стен рулонными материалами (рубероидом, гидроизол-пергамином и пр.) производится участками длиной 1-1,5м. Для этого с помощью отбойного молотка или других механизмов пробиваются сквозные отверстия в стене на высоту двух рядов кладки, в которые укладываются два слоя рулонного материала на битумной мастике. Затем отверстия заделываются кирпичом на обычном цементно-песчаном растворе М75-100. Для включения в работу восстановленного участка стены зазор между новой и старой кладкой тщательно зачеканивается раствором, приготовленном на расширяющемся цементе.

     Горизонтальная  гидроизоляция рулонными материалами  устраивается примерно на 30 см выше планировочной  отметки (отмостки здания) и на расстоянии не менее 5 см от нижней плоскости перекрытия подполья. В зданиях с полами по грунту, расположенными в уровне отмостки, горизонтальную гидроизоляцию стен целесообразно восстанавливать методом инъецирования гидрофобных составов, размещая инъекторы на 5 см выше уровня отмостки.

     Коррозия  железобетонных 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.

     Из-за ограниченного объёма учебного пособия  вопросы коррозии бетона и арматуры в железобетонных конструкциях рассматривается  в тезисной форме. Для более углублённого изучения данного вопроса следует  использовать специальную литературу [10].

     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. По результатам исследований [2] 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.