24. Загальні положення про бетон. Ремонт залізобетонних будівельних
конструкцій.
24.1. Будівельний бетон і залізобетон.
24.2. Причини та наслідки пошкодження будівельних залізобетонних
конструкцій.
24.3. 
Підготовка основи до ремонту.
24.4. Обробка стальної арматури та інших металевих закладених елементів
конструкції.
24.5. Відновлення локально пошкодженого бетону.
24.6. Ремонт і заповнення тріщин.
24.1. Будівельний бетон і залізобетон
Бетоном називають штучний камінь, що формується в процесі затверднення суміші
в'яжучої речовини, води, заповнювачів і, за потреби, спеціальних добавок.
Розчинову суміш із цих складових називають бетонною.
У будівництві найпоширеніші бетони, виготовлені на основі
мінеральних в'яжучих речовин — цементів.
Цемент отримують спіканням за температури 1000 - 1200 °С суміші вапняку
та глини, внаслідок чого отримують клінкер
— зерна темно-сірого кольору. Клінкер охолоджують, мелють у спеціальних
кульових млинах із додаванням до нього гіпсу, до 15 % різних добавок і
отримують цемент.
У будівництві найчастіше застосовують портландцементи і
шла-копортландцементи різних видів.
Портландцемент (ПЦ) — це гідравлічна в'яжуча речовина, яка твердне у воді і на повітрі.
Його властивості — початок і кінець тужавлення, марка, водопотреба, швидкість
наростання міцності, морозостійкість визначаються хіміко-мінералогічним складом
цементу і м'якістю його помелу.
Шлакопортландцемент (ШПЦ) — гідравлічна в'яжуча речовина, що утворилася внаслідок сумісного
помелу портландцементного клінкеру, гіпсового каменю (до 3,5 %) і
гранульованого доменного шлаку в кількості 30 - 60 % маси клінкеру. ШПЦ
характеризується швидким наростанням міцності за підвищеної температури,
посиленим реагуванням на передчасне висихання, підвищеною стійкістю проти
корозії в агресивних мінералізованих середовищах порівняно з ПЦ.
Бетони, виготовлені на ШПЦ, витримують жорсткіші режими
теплової обробки порівняно з бетонами на інших цементах. Цементи і вода після
замішування утворюють розчинову суміш, яка відіграє роль клеючої речовини. В
ній відбувається складна хімічна реакція, внаслідок чого розчинова суміш через
певний час переходить із пластичного стану в затверділий і перетворюється на
міцний цементний камінь. Цементний камінь твердне і набуває міцності як у
природних умовах за плюсових температур, так і у воді.
Температура істотно впливає на перебіг хімічних реакцій,
що відбуваються в бетоні: з підвищенням температури вони прискорюються, зі
зниженням — сповільнюються.
Призначення наповнювачів
у бетонах різне: для підвищення міцності, зменшення зношення,
регулювання маси бетону тощо. Вони бувають природними і штучними. Залежно від
виду наповнювача бетони поділяють на важкі
і легкі. Вид та якість
наповнювачів для важких і легких бетонів добирають за вимогами державних
стандартів.
Грубими наповнювачами важких бетонів є природні щебінь, гравій і щебінь з гравію,
тонкими — велико-, середньо- і дрібнозер нисті природні піски.
Пористими неорганічними наповнювачами для легких бетонів слугують керамзит і
його різновиди, аглопорит, шлакова пемза, гранульований шлак, спучені
перліт і вермикуліт, а також напої і нювачі з ніздрюватих гірських порід.
Грубі наповнювачі випускають у вигляді округлого гравію і
ще беню неправильної форми. Пористі піски отримують подрібненням ніздрюватих
гравію і щебеню або випалюванням їх у агрегатах.
У спеціальних
бетонах (піно-, газобетонах) функцію наповнювача виконує повітря.
Добавки застосовують для модифікування властивостей бетон них сумішей і бетону,
зниження витрат цементу, трудових і енерго тичних затрат; вони мають
відповідати вимогам державних стан дартів і технічних умов.
Добавки регулюють властивості бетонів або надають їм
спеціаль них властивостей, а саме:
-- змінюють реологічні властивості бетонних
сумішей — пласти фікатори (збільшують рухливість або знижують жорсткість),
стабілі зуючі (запобігають розшаруванню), водоутримувальні (зменшують
водовідокремлення);
- регулюють швидкість тужавлення бетонних сумішей і
тверднення бетонів;
- збільшують або зменшують пористість бетонної суміші і
бетону (повітровбирні, газо-, піновидільні, ущільнювальні);
- надають бетону спеціальних властивостей (зменшують
змочування — гідрофобізувальні, змінюють електропровідність, підвищують здатність
до протирадіаційного захисту, бактерицидні властивості, фарбують, підвищують
жаростійкість, посилюють захисні властивості бетону щодо сталі — інгібітори
корозії сталі).
Важливою технічною характеристикою бетону є його
здатність витримувати значні навантаження на стиск, проте, його опір на розтяг
незначний: він може руйнуватися навіть за прикладання невеликих зусиль.
Міцність бетону на розтяг у 10-12 разів менша за міцність на стиск.
Для підсилення опору на розтяг у конструкції, що працюють
на вигин і розтяг, закладають сталеву арматуру (краще періодичного профілю), що
сприймає зусилля розтягу. Такий бетон з арматурою будь-якого профілю називають залізобетонож. Залізобетон має
добрий опір і на вигин, і на розтяг.
Нині широко застосовують попередньо розтягнену арматуру.
Суть процесу полягає в тому, щоб за допомогою розтягненої з певним зусиллям
арматури стиснути бетон у тій його частині, яка при навантаженні
розтягуватиметься. Під дією розтягувальних сил на попередньо стиснений елемент
у ньому з'являються зусилля не розтягу, а лише зменшуються напруження стиску.
При цьому опірність виникненню тріщин зростає в кілька разів.
Залежно від сфери застосування
в будівництві бетонам надають різних властивостей:
- у разі використання у звичайних залізобетонних конструкціях
— міцності згідно з розрахунком;
- для споруд, які експлуатуватимуться на відкритому
повітрі, — морозостійкості;
- для гідротехнічних споруд — щільності,
водонепроникності, морозостійкості, за малої усадки і незначного тепловиділення
при твердненні;
- для стін житлових приміщень і перекриттів — низьких
об'ємної маси і теплопровідності, розрахункової міцності;
- для підлог — підвищеного опору стиранню;
- для спеціальних споруд — хімічної стійкості,
вогнестійкості, непроникності для рідин, газів, радіоактивного випромінювання
тощо.
Як будівельні матеріали бетон і залізобетон мають значні
переваги перед іншими. Внаслідок зручного укладання бетонної суміші та певних
її властивостей цим матеріалам можна надавати різних форм і виготовляти з них вироби
найрізноманітнішого призначення: блоки для фундаментів, стін підвалів і
будинку; елементи колон; ригелі, балки, стінові панелі, панелі перекриттів і
покриттів та багато інших. Тому нині залізобетон є одним із найважливіших
будівельних матеріалів і жодна споруда не зводиться без його застосування.
24.2. Причини та наслідки
пошкодження будівельних залізобетонних конструкцій
Споруда є довговічною,
якщо вона зберігає свою експлуатаційну придатність упродовж
розрахункового терміну служби, що встановлюється проектом.
Бетон, виготовлений на портландцементі, потенційно має
практично необмежений термін служби, якщо на заваді не стануть помилки,
допущені під час проектування, низька якість матеріалів бетону або його
виробництва (якщо це мало місце) та умови експлуатації споруди (хімічний і
фізичний вплив навколишнього середовища). Наслідками цього можуть бути:
розшарування бетону, глибока карбонізація, що спричинює тріщиноутворення,
корозію металу арматури і структурне руйнування бетону. Це може призвести до
втрати міцності та експлуатаційної придатності залізобетонної конструкції і
споруди загалом.
Ось чому поряд з оптимальними проектними вирішеннями і
методами спорудження конструкцій потрібно шукати також найраціо-нальніші
прийоми і методи їх ремонту та відновлення, захисту від негативних впливів
ззовні. Саме ці питання вирішують різні системи будівельних матеріалів Сегезіі
для відновлення і захисту залізобетонних конструкцій.
Розглянемо детальніше чинники, що призводять до
руйнуванин залізобетону. Встановлено, що головним чинником, який спричинює
корозію залізобетону, є карбонізація
бетону.
Карбонізація — це процес, що відбувається в бетоні, виготовлс ному на основі
портландцементу, під впливом на нього карбонатної кислоти, що утворюється
внаслідок перебігу хімічної реакції між вуглекислим газом повітря і водою в
порах бетону.
У процесі гідратації цементу в бетоні утворюється
гідроксил, кальцію Са(ОН)2, за надлишку якого встановлюється високий
рівень рН, близько 12,5. Зазвичай, величина рН води в порах бетощ коливається в
межах 10,5- 11,5. Це означає, що бетон із портланд цементу створює навколо
арматури високолужне середовище, яке захищає метал від корозії.
Гідроксид кальцію під впливом вуглекислого газу
перетворюється на карбонат кальцію, при цьому відбувається хімічна реакція
нейтралізації лужних компонентів бетону:
Са(ОН)2 + Н20 + С02 =
СаСОз + 2Н20.
Карбонат кальцію погано розчиняється у воді накопичуючись
у порах бетону, герметично закупорює їх, унаслідок чого з часом величина рН
зменшується до 9 і нижче, що спричинює корозію сталі.
Отже, товщина шару бетону, що зазнав карбонізації, є
важливим чинником для захисту арматури: чим глибше проникла карбонізація, тим
більша небезпека кородування сталі. Якщо бетон карбонізується по всій товщині
захисного шару арматури, то інертність сталі порушується і процес кородування
прискорюється.
На швидкість карбонізації впливає також якість бетону.
Пошкодження захисного шару, вкраплення наповнювача без зв'язника, порожнини,
недостатня герметизація тощо прискорюють процес карбонізації. Глибина
карбонізації низькоміцного водопроникного бетону може досягати 25 мм менш ніж
за 10 років. Високоякісний щільний бетон, навпаки, піддається карбонізації дуже
повільно (5 - 10 мм після експлуатації упродовж 50 років).
Потенційною причиною корозії арматури може бути також
наявність у бетоні хлоридів, які порушують інертність сталі.
Внаслідок корозії сталі збільшується об'єм, що призводить
до виникнення внутрішнього тиску в конструкції і перших тріщин, які часом прискорюють
корозію і вплив інших чинників вивітрювання, а також спричинюють руйнування і
відшаровування поверхневого шару над арматурою.
Так відбувається руйнування залізобетонних конструкцій.
24.3. Підготовка основи до ремонту
Весь пошкоджений бетон, а також бетон у місцях, де він
зазнав корозії, де шар придатного бетону тонший за шар карбонізованої видаляють
уручну або за допомогою пневматичного інструменту Щоб оголити арматуру (у разі
стрижнів великого діаметра), потрібно видалити весь бетон навколо стрижня.
Ефективним є метод видалення пошкодженого бетону й
очищення арматури за допомогою струменя води під тиском (тиск у соплі становить
20-65 МПа). Після обробки струменем води бетон і сталь залишаються чистими і
вологими На сталі швидко утворюється дуже тонка плівка оксиду заліза, однак як
засвідчує досвід, вона захищає сталь і не шкодить їй. Ще одинією важливою
перевагою очищення за допомогою напірного струменя води є відсутність вібрації
і шум. значно вища швидкість роботи, ніж у разі використання ручного і
пневматичного інструменту.
Якщо арматура в бетоні не дуже пошкоджена, тобто дефекти відсутні або
корозія металу менша за 0,25 діаметра стрижня, приступають до підготовки основи
до ремонту. Перед відновленням основу (за потреби) очищають від речовин, які
знижують адгезію, таких як жир, масло, оліфа, мастика та ін. Продукти корозії
видаляють за допомогою стисненого повітря або струменя піску. Безпосередньо
перед ремонтом вологість бетону має бути не більш як 4 %, температура поверхні
— вищою за точку роси щонайменше на 3 °С.
Іноді на стінових панелях із ніздрюватих бетонів спостерігаються такі
дефекти, як виходи арматури за площину панелі та корозія крижнів арматурних
каркасів або сіток на глибину понад 0,25 діаметра.
Для усунення такого дефекту, як вихід арматури за площину панелей виконують
такі операції: спочатку в бетоні роблять заглиблення, потім ретельно очищають арматуру від іржі, обдувають її і
бетон стисненим повітрям та усувають дефект арматури натяганням її спеціальним
пристроїм до створення Z-подібного вигину її площині панелі або втиску-ванням її в попередньо
підготовлене заглиблення. Після цього приступають до обробки бетону і арматури
спеціальними препаратами.
Стрижні, що зазнали корозії, вирізають і замінюють на нові
подібного діаметра внапусток зі старими. Напусток нових стрижнів має бути не
менше 30 діаметрів.
Попередня ретельна підготовка основи бетону й арматури
забезпечує успіх ремонту залізобетонної конструкції.
24.4. Обробка стальної арматури та
інших металевих закладених елементів конструкції
Нанесення антикорозійного
покриття. Щойно зачищена арматура дуже швидко знову піддається
впливу корозії. Тому вже через 2-3 год після її очищення і видалення пилу з
усієї поверхні на метал слід наносити шар епоксидного антикорозійного матеріалу
Сегеzit; СD 31. Робочий матеріал Сегеzit; СD 31 отримують змішуванням компонентів А і В у співвідношенні 81 : 19 з інтенсивним перемішуванням за
допомогою низькообертового дриля до отримання однорідної маси без грудочок.
Суміш наносять щіткою. Якщо арматура відкрита з усіх боків, шар наносять лише
на арматуру, якщо ж арматура відкрита лише частково, препаратом потрібно також
обробити ділянку бетону завширшки 2 см, прилеглу до арматури.
Ділянку переходу від сталі до бетону слід вкривати
особливо ретельно і без порожнин. Товщина антикорозійного шару має бути но менш
як 250 мм. Після того як перший шар злегка затужавіє (близько 2 год після
нанесення за температури +20 °С), наносять другий шар, який приблизно через 20
хв присипають кварцовим піском фракцією зерен 0,2-0,7 мм для забезпечення
адгезії наступних шарів до арматури, закладених деталей та інших поверхонь.
Нанесення адгезійного шару. Після затверднення
антикорозійного покриття по бетонній поверхні влаштовують адгезійний шар Сегеzit. CD 23.
24.5. Відновлення локально пошкодженого бетону
Для ліквідації локальних пошкоджень залізобетонних і
бетонних конструкцій (зашпаровування відколів, раковин, вивільненої від бетону
зони навколо арматури), а також як штукатурку для вирівнювання поверхонь
конструкцій і виправлення їхніх дефектів шаром завтовшки від 5 до 30 мм
використовують Грубозернисту ремонтно-відновлювальну суміш Сегеzit; СD 22. Для цього суху суміш змішують з чистою водою (температурою 15-20 °С) з
розрахунку 3,75 л води на 25 кг сухої суміші і перемішують до отримання
одпорідної маси без грудочок. Розчин і суміш витримують упродовж 3 хв і
перемішують знову. Використати розчинову суміш треба тягом 45хв. Приготовлену
масу наносять на пошкоджені місця за допомогою металевого шпателя або терки.
Після тужавлення розчину Сегеzit СD 22 на відновлювані поверхні наносять останній шар із дрібнозернистої
ремонтної суміші Сегеzit СD 23. Для цього спочатку готують
розчинові суміш ретельним змішуванням сухої суміші з водою (із розрахунку;
3,2-3,5 л води на 25 кг сухої суміші). Через 3 хв розчинову суміш знову
перемішують. Бетонну основу зволожують і отриманою масою за допомогою шпателя
заповнюють усі дрібні відколи бетону. Матеріалом СD 23 можна створювати не лише гладенькі відремонтовані
поверхні. Коли поверхню бетонної конструкції поліпшують невеликими ділянками,
розчиновій суміші Сегеzit СD 23 за допомогою різних інструментів
можна надати фактури, подібної до фактури бетону. Якщо ж ці роботи виконують на
великих поверхнях, хоча й на окремих ділянках, для отримання рівномірної
суцільної поверхні ЇЇ вкривають тонким вирівнювальним шаром шпаклівки, для чого
використовують матеріал Сегеzit СD 24. Шпаклівку наносять на зволожену
основу шаром завтовшки 0,5 — 5 мм. Після затверднення матеріалу Сегеzit СD 24 на нього наносять (за сухої погоди) захисний шар, призначений також для
затримання процесу подальшої карбонізації.
24.6. Ремонт і заповнення тріщин
Пошкодження залізобетонних конструкцій завжди супроводжуєгься утворенням
тріщин, найчастіше з недопустимою шириною розкривання. Допустимою шириною
розкривання тріщин, яку можна вважати незначною, рекомендовано брати 0,3 мм.
Такі тріщини називають волосяними. Якщо
ширина тріщини більша, в неї проникає волога. За мінусових температур вода перетворюється
на лід і розклинює краї тріщини. Це відбуватиметься при кожному циклі
заморожування і відтавання і призведе до того, що волога досягне арматури,
розпочнеться процес корозії і, як наслідок, руйнуванні бетону.
Щоб запобігти цьому, навіть волосяні тріщини потрібно
ліквіду вати. Насамперед поверхню бетону вимивають струменем холодної води.
Після цього за допомогою гумового шпателя або квача тріщини зашпаровують
полімерцементною розчиновою сумішшю СХ 1 (СХ 5, СХ 15) сметаноподібної
консистенції.
Тріщини в конструкціях виникають як паралельно робочій
арматурі, так і перпендикулярно до неї. Перші менш шкідливі, ніж другі, проте
якщо вони проходять крізь увесь елемент, їх потрібно ліквідувати. Ось чому
поява тріщин, ширина їх розкривання, місце знаходження в елементі є чинниками,
які визначають наявність і ступінь пошкодження конструкції, а також методи
виправлення цих дефектів.
Заповнювати тріщини можна
різними способами із за стосуванням різноманітних матеріалів залежно від
причини їх виникнення, характеру, типу і впливу на несівну здатність
залізобетонної конструкції. Якщо елемент конструкції не втрачає несівної
здатності, можна скористатися методом розшивання поверхні тріщин і наступного
їх зашпаровування. Спочатку дуже ретельно простукують усю лінію тріщини, щоб
виявити навіть незначні порожнини. Всі кам'янисті забруднення видаляють
металевою щіткою а потім стисненим повітрям ретельно очищають тріщини, після
чиго за допомогою шпателя заповнюють їх полімерцементною розчиновою сумішшю
групи Сегеzit; СХ (СХ 1, СХ 5, СХ 15). Замазують
тріщини перпендикулярно до лінії шва, а потім вирівнюють «на здер тя» врівень
із площиною бетону.
Коли елемент конструкції втрачає несівну здатність або
коли розшивати поверхню недоцільно, одним із найефективніших способів є
ін'єктування в тріщину полімерних смол. Рухомі тріщини заповнюють матеріалом
Сегеzit; СD 33, нерухомі — Сегеzit СD 32. Ці сучасні малов'язкі композиції на основі епоксидних смол здатні до
зчеплення з вологим бетоном, ін'єктування можливе в широкому інтервалі
температур, вони мають незначні усадку і тягучість, тому ними можна якісно
заповнювати тріщини.
Роботи
з ін'єктування тріщин слід проводити в такій послідовності: підготовка тріщин;
визначення місцезнаходженні і точок ін'єктування і герметизації поверхні;
ін'єктування смоли і заповнення отворів; обробка поверхні.
Підготовка тріщин. Перед застосуванням ін'єкційних композицій основу очищають від речовин, які
знижують адгезію з нею, таких як жир, масло, оліфа, мастика та ін. Неміцні,
крихкі ділянки поверхні основи видаляють механічно, потім виконують насічку
поверхні тріщин з наступним їх очищенням. Тріщини з шириною розкриття менш як
0,5 мм не потребують очищення. Бруд і воду з тріщин видаляють за допомогою
стисненого повітря від компресора. Після ретельного очищення поверхні
приступають до розмітки точок ін'єктування.
Визначення місцезнаходження
точок ін'єктування і герметизація поверхні. Відстань між точками
ін'єктування визначається в основному глибиною і шириною розкриття тріщин
(близько 30 см). Бажано мати якомога менше точок ін'єктування, які забезпечують
максимальне проникнення смоли і вільне заповнення нею тріщини за невисокого
робочого тиску.
Розмітку під отвори, які свердлитимуть, виконують за
допомогою дротяних цвяхів із кроком близько 30 см. Потім тріщину ізолюють
матеріалом Сегеzit СХ 5. Після
отверднення дротяні цвяхи видаляють, просвердлюють отвори на глибину близько 5
см (діаметр їх має відповідати розміру набивних пристроїв) і очищають їх
стисненим повітрям.
Точки ін'єктування можна свердлити по лінії тріщини
Ін'єктування смоли. Є кілька способів ін'єктування, найбільш поширені з них такі:
- з подаванням матеріалу самопливом або під тиском з
попереднім змішуванням компонентів;
- з безперервною індивідуальною подачею смоли й отвердника, що надходять
окремими трубками.
Тиск ін'єктування залежить від ширини розкриття, глибини
тріщин і ступеня в'язкості смоли. Як правило, він невеликий і не перевищує 0,1
МПа. Істотним при ін'єктуванні будь-якої тріщини є рівномірне проникнення
розчинової суміші і цілковите заповнення нею тріщини.
Ін'єктування похилих або
вертикальних тріщин розпочинають знайнижчої точки і проводять роботу знизу
вгору, оскільки смола має здатність витікати з точки, що розміщена вище.
Для горизонтальних тріщин чіткий порядок проведення робіт
не встановлений. Ін'єктування виконують або з країв тріщини або рухаючись до
середини, або від середини, рухаючись спочатку вліво до кінця, в потім вправо, або
від середини навперемінно вправо і вліво.
