|
|
  |
Перейти на главную Материалы
Проблемы долговечности бетонных и железобетонных конструкций в современном строительствеПолучить высококачественные бетоны различных видов (и другие конгломератные материалы) с малодефектной структурой при минимальных трудовых, материальных и энергетических затратах можно благодаря эффективному использованию потенциальных возможностей уплотнения формуемых бетонных смесей на основе углубленных представлений о физических процессах и механизме формирования структуры бетона при применении предлагаемого автором комплексного вакуумирования. Общая основа оптимизации структуры и свойств конгломератных материалов, к которым относится бетон, состоит в устранении дефектов и неоднородностей независимо от их вида и природы, поскольку именно они являются непосредственной причиной разрушения и физико-химической неустойчивости, неоднородности материала. Для уменьшения неоднородностей и дефектов как основного условия оптимизации структуры и свойств бетонов необходимо: повысить дисперсность твердой фазы; уменьшить толщину прослоек, склеивающих частицы за счет оптимального содержания вяжущих в дисперсионной среде; снизить до минимума пористость, переведя оставшиеся поры в микро- и ультрамикропоры. Эти условия являются необходимыми, но недостаточными для получения бетонов с оптимальной структурой. Для получения максимальной плотной бездефектной структуры надо правильно определить и найти оптимальное соотношение компонентов, добиться предельной однородности их распределения в бетоне и исключить возможное образование дефектов и неоднородностей в структуре в результате несовершенства технологического процесса. Необходимо создать такие технологические условия для получения высококачественного цементного камня и бетона в целом, чтобы плотность бетона была максимальной. Теоретически наибольшая плотность бетона может быть получена при заполнении его объема твердой фазой, состоящей из мелкого и крупного плотного заполнителей, гидратных новообразований и негидратированных зерен цемента. Средняя плотность такого бетона должна равняться 2650-2700 кг/м3 в зависимости от плотности составляющих. На практике бетоны имеют значительно меньшую плотность (около 1800-2200 кг/м3). Чтобы достичь максимальной плотности и улучшить структуру реального бетона, необходимо до разумного минимума понизить его пористость, образующуюся за счет вовлеченного и защемленного воздуха и воды, не вступившей во взаимодействие с цементом. Для достижения этой цели автор разработал принципиально новую технологию комплексного вакуумирования бетонов, которая базируется на теоретических положениях и анализе физико-химических процессов воздействия вакуума на бетонную смесь на всех стадиях ее приготовления, укладки и уплотнения с последующим доуплотнением при повышении давления до атмосферного. Технология комплексного вакуумирования позволяет в широких пределах изменять глубину вакуума, режимы приготовления бетонных смесей, их уплотнения и доуплотнения при повышении давления в вакуумной камере, что дает возможность направленно управлять удалением газовой фазы, перераспределением воды и формированием оптимальной структуры бетонов с улучшенными свойствами при наименьших энергетических затратах. Так, при комплексном вакуумировании керамзитобетонных смесей структурная прочность свежезаформованного бетона увеличивается до 0,5-2,0 МПа, его твердение ускоряется в 1,5-2 раза, деформации бетона в период тепловлажностной обработки снижаются в 5-6 раз. Средняя плотность керамзитобетона увеличивается на 6-14 %, прочность на сжатие возрастает на 50-110 %. Общая пористость растворной составляющей бетона снижается на 20 %. Морозостойкость керамзитобетона возрастает до 600 и более циклов переменного замораживания и оттаивания. Наибольший эффект в бетонах на плотных заполнителях получен для мелкозернистых бетонов при введении суперпластификаторов в бетонную смесь (прочность достигла 80-110 МПа и превышала прочность контрольных образцов более чем в два раза). Технология комплексного вакуумирования опробована также при изготовлении огнеупорных бетонов, бетонов на известняковых заполнителях, облицовочных плиток типа "декорит" и конструкционно-теплоизоляционного арболита. Во всех случаях значительно улучшались качество и физико-механические свойства конгломератных материалов. Все это позволяет считать технологию комплексного вакуумирования новым направлением в промышленности строительных материалов. Комплексное вакуумирование имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной технологией: - появляется возможность формовать изделия на поддонах со съемной бортоснасткой, т. е. сокращать металлоемкость производства; - увеличивается оборачиваемость форм при тепловлажностной обработке, что уменьшает парк форм, количество пропарочных камер и высвобождает полезные площади в цехах; - снижаются энергетические затраты на тепловую обработку изделий; - уменьшается расход цемента на 15-25 %; - улучшаются физико-механические свойства бетона; - повышается качество поверхностей изделий и в связи с этим отпадает необходимость их отделки; - возникает возможность использовать местные заполнители пониженного качества для конструкционных бетонов; - улучшаются условия труда (значительно снижается уровень шума, вибрации, запыленности). Отмеченные преимущества технологии комплексного вакуумирования свидетельствуют о целесообразности ее применения в промышленности строительных материалов, особенно в тех случаях, когда к изделиям предъявляют повышенные требования по качеству и долговечности.
В последние годы существует тенденция использования в промышленности строительных материалов отходов производства (зол, золошлаковых смесей и др.), применения для изготовления бетонных и железобетонных конструкций бесцементных вяжущих и вяжущих с пониженным содержанием клинкерного фонда. Поэтому необходимо решать вопросы долговечности этих конструкций даже при эксплуатации в нормальных атмосферных условиях (жилые, административные здания и др.). Не менее важной является экономия металла в строительстве, в связи с чем имеется тенденция замены всей арматуры железобетонных конструкций на арматуру класса А 500 С. Повсеместное применение последней в строительстве требует изучения ее коррозийной стойкости при воздействии агрессивных сред и использовании нетрадиционных строительных материалов. Повышение надежности и коррозийной стойкости железобетонных конструкций в агрессивных средах может быть решено созданием коррозиестойких строительных материалов нового поколения с использованием экономичных заводских технологий и новых видов арматурных сталей высокой надежности, позволяющих обеспечить экономию металла на 20-40 %. Качество и долговечность зданий и сооружений могут быть обеспечены применением коррозиестойких конструкций. Научные разработки для конструкций должны идти по следующим направлениям. 1. Исследование стойкости арматуры, бетона стальных связей и железобетона на новых вяжущих, заполнителей с использованием отходов производства. Разработка мер обеспечения долговечности железобетонных конструкций при одновременном воздействии агрессивной среды и нагрузки. 2. Разработка бетонных и железобетонных конструкций высокой долговечности, коррозийной стойкости и стойкости при биологической коррозии, изготавливаемых по экономичным технологиям с использованием отходов промышленности и сельского хозяйства, при этом необходимо уделять внимание изучению: - внутренней коррозии бетона при использовании местных сырьевых материалов с повышенным содержанием вредных примесей; - разрушения новых видов арматуры при одновременном воздействии на железобетонные конструкции силовых нагрузок различного характера и агрессивной среды; - оптимальных технологических параметров изготовления новых видов высокопрочных арматурных сталей, обеспечивающих повышение стойкости против коррозионного растрескивания, разработке защитных покрытий по арматуре и технологии их нанесения; - оптимальных технологических параметров и характеристик периодического профиля, позволяющих повысить надежность служебных свойств арматуры и расширить области применения эффективных видов стали; - новых видов защитных материалов с использованием отечественного сырья, критериев и методов оценки их долговечности; - химических способов удаления продуктов коррозии с поверхности арматуры и коррозиестойких составов для ремонта эксплуатируемых конструкций. 3. Разработка расчетных методов прогноза долговечности подземных и надземных железобетонных конструкций, работающих при воздействии жидких и газовоздушных агрессивных сред. 4. Разработка и внедрение методов контроля параметров качества и долговечности строительной продукции на заводах-изготовителях и их сертификационная аттестация, что позволит сделать строительную продукцию конкурентоспособной. Результатами детальных исследований проблемы долговечности будут являться: - создание новых коррозиестойких сборных и монолитных конструкций с гарантией расчетного срока службы основных несущих конструкций и увеличенным сроком межремонтного периода; - развитие теории коррозии бетона и железобетона, совершенствование норм проектирования конструкций повышенной долговечности и коррозионной стойкости с применением расчетных методов прогноза их долговечности. В рамках международной организации CIB-RILEM разработана и действует система проектирования зданий и сооружений с учетом требуемой долговечности и условий эксплуатации. В свете этого важным является создание нормативного документа, определяющего проектный срок службы данного здания или сооружения, например 10, 20, 50, 100 ... лет. Наличие заданного срока эксплуатации позволяет обоснованно выбирать материалы, изделия, назначать первичную или вторичную защиту, сроки межремонтного периода и тому подобные мероприятия, т. е. понятие долговечности приобретает количественное расчетное значение. До недавнего времени в России существовала система проектирования зданий и сооружений, выбора видов первичной или вторичной защиты применительно к условиям эксплуатации конструкций с учетом свойств строительных материалов и изделий. Все эти требования изложены в СНиП 2-03-11-85 и руководстве к нему. К сожалению, сейчас многое утрачено и часто не учитывается ни при новом строительстве, ни при реконструкции или перепрофилировании зданий. Несоблюдение требований, направленных на обеспечение долговечности при проектировании, строительстве и эксплуатации к воздействиям на конструкции агрессивных факторов внешней среды агрессивные газы атмосферы воздуха, загрязнения грунтов и грунтовых вод, отрицательные климатические температуры и прочее, зачастую в сочетании с низким качеством производства строительных работ, приводят к преждевременному разрушению и выходу из строя строительных конструкций, задолго до исчерпания надлежащего срока их службы. Особенно остро проявляются вышеназванные проблемы при эксплуатации инженерных сооружений. К наиболее быстро повреждаемым сооружениям относятся: мосты и путепроводы (метромост в Лужниках, путепроводы у метро "Парк культуры" и на Самотечной площади, ряд мостов через Яузу и многие другие); подземные переходы и переходы над железнодорожными путями (в пределах Москвы); дорожные покрытия, коммунальные туннели и каналы, коллекторы сточных вод, проходные туннели с линиями электроснабжения, связи, сетями холодного и горячего водоснабжения, каналы трубопроводов горячей воды и пара); подземные сооружения типа подвалов; фундаментные сооружения и т. п. В подавляющем большинстве случаев основными причинами повреждений являются коррозионные процессы, развивающиеся в результате неблагоприятного воздействия окружающей среды. Так, большинство путепроводов и мостов города, дорожные покрытия разрушаются от применения противогололедных реагентов, из-за выделения в атмосферу окислов азота, сернистого и других газов, выбрасываемых двигателями автотранспорта, промышленными предприятиями, от размораживания бетона. Ежегодные аварийные обрушения коммунальных туннелей, особенно коллекторов сточных вод, происходят в первую очередь в результате газовой коррозии металлических и железобетонных элементов. Такие повреждения свойственны самым крупным городским коллекторам: Филевскому, Зеленоградскому и др. В последнее время конструкции все чаще поражаются плесневыми грибами, что, по данным санитарных врачей и экологов, неблагоприятно сказывается на здоровье человека, особенно детей. Большие проблемы возникают для строителей в связи с высолами на кирпичных и бетонных конструкциях жилых и гражданских зданий и сооружений. Список подобных примеров может быть продолжен. В настоящее время ремонтно-восстановительные и строительные работы зачастую производят специалисты, не владеющие должными знаниями в области коррозии и защиты от коррозии строительных материалов и конструкций, а следовательно, без оценки причин и степени повреждений, прогноза долговечности, обоснования выбора материалов, средств и методов ремонтно-восстановительных работ, что, в конечном итоге, не обеспечивает длительного положительного эффекта при последующей эксплуатации конструкций. По данным натурных обследований, анализа проектных материалов и экспертной оценки специалистов установлено, что агрессивному воздействию подвергаются в различных отраслях народного хозяйства 15-75 % строительных конструкций зданий и сооружений. Несмотря на отсутствие недостатка в строительной продукции, акционерные общества, коммерческие организации порой через посредников приобретают изделия без гарантии их качества и долговечности, и через 10-15 лет, а то и через 1-2 года эксплуатации зданий и сооружений затраты на их ремонт превышают первоначальную сметную стоимость. Агрессивным воздействием (включая грунтовые и атмосферные) подвергаются конструкции не только зданий и сооружений промышленных и сельскохозяйственных предприятий, энергетики и транспорта, но и подземные конструкции жилых и гражданских зданий. На предприятиях строительного комплекса почти не соблюдаются требования нормативов, обеспечивающих долговечность железобетона, а на предприятиях других комплексов антикоррозионная служба бездействует, система оценки эксплуатационной пригодности строительных конструкций в условиях действующих производств не упорядочена. Кроме того, в последние годы в строительство активно внедряются нетрадиционные материалы для бетона и железобетона (золы, шлаки, новые виды эффективных вяжущих, химические добавки), новые виды арматурных сталей, существенно влияющих на долговечность конструкций. Проблемы долговечности особо остро проявились при освоении северных районов. Вечная мерзлота, низкая температура, многократные замораживания и оттаивания конструкций из бетона способствуют быстрому разрушению железобетона как подземных, так и наземных конструкций. Уменьшение массы зданий, индустриальность монтажа, архитектурная выразительность закономерно дают дорогу новым видам конструкций. Но с уменьшением толщины Полок и Стенок строительные конструкции стали еще более уязвимы для коррозии. Эксплуатационные службы зачастую не проводят профилактических обследований для оценки состояния конструкций и их своевременного ремонта и восстановления. Может наступить время, когда невозможно будет сохранить от непрерывных разрушений и аварий значительную часть основных фондов нашей страны. Результатом является разрушение изделий иногда через одну зиму, иногда до сдачи здания в эксплуатацию. Причиной, как правило, являются плохое качество бетона, неправильно выбранное сочетание вяжущего и заполнителя, использование загрязненных реакционно-способных заполнителей и цементов с повышенным содержанием щелочей, высокое водоцементное соотношение, низкая морозостойкость, высокое водопоглощение бетона. В заключение нельзя не сказать о мероприятиях, направленных на повышение качества изделий и долговечности строительных конструкций без больших материальных затрат. Оценивать продукцию следует обязательно с учетом параметров качества и долговечности и ее соответствия стандартам. Экспертизу проектных решений железобетонных конструкций зданий и сооружений, в первую очередь с агрессивными следами эксплуатации, а также при использовании нетрадиционных материалов в производстве строительных конструкций, необходимо проводить совместно со специалистами. Учитывая сокращение объема строительства промышленных предприятий, увеличивающийся объем перепрофилирования предприятий и сопутствующий этому ремонт, реконструкцию зданий и сооружений необходимо выполнять с учетом изменяющихся условий эксплуатации остаточной несущей способности конструкций. Немаловажную роль в увеличении долговечности строительных конструкций играет культура производства и эксплуатации, повышение качества изделий при изготовлении. Необходимо направить усилия научных работников, проектировщиков и архитекторов на разработку системы расчета нормативного срока службы зданий и сооружений с учетом перспективного развития городов. Выбор строительных материалов и конструкций, назначение средств защиты должны осуществляться в зависимости от проектного срока эксплуатации здания. Долговечность зданий и сооружений без больших затрат можно достичь, если поставить проблему долговечности как основную при проектировании, расчете изготовления и эксплуатации строительных конструкций. Вместе взятое все это позволит уменьшить затраты в строительной отрасли, а необоснованные затраты на коррозионные потери направить на развитие отраслевой строительной науки и ее оснащение современным оборудованием. Цепные пилы. Композитные материалы из углеродных волокон. Зонирование и дизайн в многокомнатной квартире. Водопровод из пластиковых труб - дело перспективное. Кровельные монопанели. Перейти на главную Материалы |
