Дефекты искусственных сооружений и мероприятия по их устранению

     Силикатизация состоит из двух этапов. На первом – через пробуренные в конструкции отверстия нагнетается жидкое стекло, которое, проникая через трещины в тело конструкции, заполняет их; на втором – нагнетается раствор хлористого кальция, который, реагируя с жидким стеклом, образует труднорастворимый гидросиликат кальция CaO SiO₂·2,5H₂O и нерастворимый гель кремнезёма SiO₂·nH₂O. Силикатизация используется для залечивания трещин в конструкциях, работающих в агрессивных и слабоагрессивных средах.

     Битумизация заключается в нагнетании в конструкцию разогретого до 200-300⁰С битума марки III, причём конструкция должна иметь низкую влажность, чтобы не было парообразования. Битумизация не увеличивает прочности конструкции, однако она является хорошим средством повышения её водонепроницаемости и коррозийной стойкости.

     Смолизация состоит в нагнетании в трещины и пустоты компаундов эпоксидных смол, что является надёжным способом повышения коррозийной стойкости и существенного увеличения прочности конструкции.

     Цементация трещин представляет собой наиболее распространённый способ залечивания конструкций, при котором используется цементная смесь разных составов в зависимости от ширины раскрытия трещин. Виды цементных составов даны в табл. 7 Цементная смесь готовится на портландцементе или тампонажном цементе марок 400 и 500, засыпаемых в воду с последующим интенсивным перемешиванием в течение 2-3 мин. Готовая смесь процеживается через сито с ячейками 0,5-1 мм. Смесь должна быть использована в течение 30 мин.

     Инъецирование трещин, т.е. процесс нагнетания смеси в залечиваемую конструкцию, состоит из трёх операций:

     - подготовка скважин;

     - установка и омоноличивание инъекционных трубок;

     - нагнетание смеси. 

     Таблица № 7. Характеристика цементных составов

     Подготовка  заключается в расчистке и  расширении участка конструкции  с трещинами, где предполагается установить трубки, при этом удаляются  грязь, наплывы раствора и инородные  включения. Количество подготавливаемых скважин определяется рабочей схемой из расчёта не менее двух трубок на одну трещину. Глубина скважин  должна составлять 50-70 мм, диаметр – 18-25 мм. Скважины желательно делать под углом 60-80⁰ к вертикальной поверхности, обеспечивая хорошее стекание смеси в дефектный участок.

     Инъекционные  трубки заделываются в конструкцию  цементным раствором состава 1:3 с  осадкой конуса 2-3 см. При больших  размерах трещин вокруг трубки укладывается пропитанная смолой или жидким стеклом  пакля, которая плотно зачеканивается. Конец трубки должен выступать над поверхностью конструкции на 50-80 мм для крепления к ней шланга.

     На  каждом обработанном участке устанавливается не менее двух трубок: в одну нагнетается смесь, а другая служит для контроля. Смесь нагнетается специальными ручными насосами (НИИ Мосстроя или С-402А), а нагнетания небольших объёмов смеси используются различные шприцы.

     Рабочее давление при инъецировании раствора составляет 1-4 атм., но может повышаться в отдельных случаях до 10-20 атм. Продолжительность инъекции цементным раствором на один инъектор должна быть не более 10 мин. Инъекционные трубки извлекаются из конструкции через 6 часов после окончания инъекции.

     Повреждения конструкций при  пожарах

     Повреждения конструкций при пожарах происходят в результате воздействия высоких  температур. При этом ухудшаются эксплуатационные качества конструкций, снижается прочность  материала, сила сцепления арматуры с бетоном, уменьшаются размеры  рабочего сечения. Из-за неравномерного температурного нагрева может изменяться расчётная схема элементов, работающих в составе неразрезных систем.

     При пожарах большой интенсивности  и длительности деревянные и металлические  конструкции как правило приходят в негодность, в то время как железобетонные и каменные конструкции частично сохраняют эксплуатационные качества.

     Рассмотрим  более подробно поведение железобетонных конструкций при пожарах.

     Бетон является несгораемым и достаточно огнестойким материалом. Однако под  воздействием высоких температур снижаются  его прочность и защитные свойства по отношению к заключённой в  нём арматуре. Кроме того, при  продолжительном пожаре сильно нагревается  сама арматура, в которой появляются значительные пластические деформации. В результате этого изгибаемые элементы получают недопустимые прогибы и  чрезмерно раскрытые трещины, а  внецентренно сжатые элементы теряют устойчивость.

     По  некоторым данным [6] при температуре  пожара 1000-1100⁰C в течение одного часа арматура, расположенная в бетоне, на глубине 2,5 см может нагреваться до температуры 550⁰С, при этом модуль упругости снижается на 40…60%.

     В соответствии с «Рекомендациями  по оценке состояния и усилению строительных конструкций зданий и сооружений» [6] степень повреждения железобетонных конструкций после пожара характеризуется  показателями, приведёнными в табл. №8.

     По  итогам анализа повреждений принимаются  решения о ремонте или усилении конструкций. Так, например, конструкции, имеющие слабую степень повреждений, подвергают косметическому ремонту, при средней степени повреждений конструкции ремонтируют путём инъецирования трещин или наращиванием сечения бетона, при сильной степени повреждений конструкции усиливают введением дополнительных опор, наращиванием сечения бетона и арматуры или другими методами, обеспечивающими прочность, жёсткость и долговечность конструкции. При полной степени повреждений состояние конструкций считается аварийным и восстановление их нецелесообразно. Конструкции в этом случае требуют полной или частичной замены. 

     Таблица № 8. Повреждения конструкций после пожара

     В процессе проектирования усиления определяется температура нагрева поверхности  конструкций, а также оценивается  прочность бетона и арматуры. При  этом температура нагрева бетона в зависимости от его цвета  и других характерных признаков  определяется по показателям, приведённым  в табл. 9, или опытным путём, на основании физико-химических исследований проб бетона массой 100-200 г, изъятых с поверхностей слоёв конструкций, по методике [12]. Температуру нагрева арматуры, как правило, принимают равной температуре нагрева бетона в исследуемой зоне.

      Таблица № 9. Определение температуры нагрева бетона по цвету и другим характерным признакам [11]

     Таблица № 10. Определение величины снижения прочности бетона после пожара [11]

     Примечание: 1. После нагрева до температуры  выше 500⁰С значения прочности бетона принимаются равными нулю. 2. Промежуточные значения прочности бетона устанавливаются линейной интерполяцией. 

     Таблица № 11. Определение величины снижения прочности арматуры после пожара [11]