В статье представлен перечень дефектов, выявляемых Мосгосстройнадзором при оценке качества монолитных железобетонных конструкций. Описаны методики обнаружения и измерения дефектов, применяемые в настоящее время, а также перспективные методики. Изложены причины возникновения дефектов в монолитных железобетонных конструкциях. Предложены способы снижения дефектности монолитных железобетонных конструкций.
В.М. НЕСВЕТАЙЛО, канд. техн. наук, сотрудник Московского государственного строительного надзора (отдел несущих и ограждающих конструкций ГБУ ЦЭИИС)
Ключевые слова: монолитные железобетонные конструкции, дефекты, методики контроля, инновационная технология
Keywords: monolithic reinforced concrete structures, defects, control techniques, innovative technology
Классификация и методики выявления дефектов
При возведении монолитных железобетонных конструкций образуются различного рода дефекты, которые могут оказывать влияние как на несущую способность конструкций, так и на их внешний вид. Необходимо отметить, что узаконенной классификации дефектов монолитных железобетонных конструкций в настоящее время не существует. Тем не менее дефекты ЖБК и изделий условно можно разделить на поверхностные и внутренние. К поверхностным дефектам можно отнести усадочные трещины, инородные включения, околы ребер конструкций, неровности, отсутствие защитного слоя, пустоты и раковины, увлажнение и фильтрация влаги (в зимний период), высолы, масляные и ржавые пятна. К внутренним: пустоты в теле бетона, недоуплотненные (непровибрированные) участки, силовые трещины, неправильное расположение швов бетонирования, отсутствие контакта между слоями бетона в рабочих швах бетонирования. Пустоты в теле бетона могут появляться из-за быстрого загустевания (схватывания) бетонной смеси или при густом армировании конструкции. Раковины на поверхности образуются из-за защемления воздуха при густой консистенции смазки или ее неравномерном нанесении. Недоуплотненные участки возникают из-за недостаточной пластичности бетонной смеси и ее быстрого загустевания. Оголение арматуры – результат неправильной установки опалубки. Усадочные трещины – следствие неправильной тепловлажностной обработки бетона. Отсутствие контакта поверхностей в шве бетонирования обусловлено длительными перерывами при укладке смеси. Неправильное расположение швов бетонирования относительно осей конструкции является следствием нарушения технологии бетонирования. Силовые трещины образуются из-за просадки грунта или преждевременного нагружения конструкций.
Анализ дефектности монолитных железобетонных конструкций показал, что в общем объеме около 30% составляют недоуплотненные участки бетона, около 20% трещины различного характера и 30% приходится на дефекты швов бетонирования.
Анализ нормативной документации свидетельствует, что требования к заводским железобетонным изделиям и монолитным железобетонным конструкциям с точки зрения дефектности достаточно сильно различаются (см. табл.).
Таблица
| Показатели | Изделия (ГОСТ 13015-2012) | Конструкции (СП 70.13330.2012) |
| Категория бетонной поверхности | от А1 (глянцевая) до А7 (скрываемые поверхности) | от А3 (под улучшенную окраску) до А7 (скрываемые поверхности) |
| Жировые и ржавые пятна | не допускаются | допускаются для категории А7 |
| Диаметр раковин, мм | 0-20 | 4-20 |
| Высота местного наплыва, мм | 0-5 | 10-20 |
| Глубина окола на ребре, мм | 2-20 | 5-20 |
| Трещины, раскрытие не более, мм | 0,1-0,2 | 0,1-0,4 |
| Оголение арматуры | не допускается | |
| Недоуплотненные участки | не регламентируются | не допускаются |
| Прочность контакта поверхностей бетона в шве бетонирования | не регламентируются | должна быть обеспечена |
| Расположение рабочего шва бетонирования | не регламентируется | Поверхность шва должна быть перпендикулярна вертикальной оси конструкций |
Наша организация при выявлении дефектов придерживается позиций Сводов правил СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» и СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» [1, 2]. При этом мы разделяем выявленные дефекты по степени опасности на малозначительные, значительные и критические. По нашему мнению, это позволяет получить более достоверную картину дефектности обследованных конструкций из монолитного железобетона. Из всего многообразия дефектов в настоящий момент нами фиксируются и оцениваются следующие дефекты:
– трещины всех видов;
– оголение арматуры;
– пустоты и раковины;
– посторонние включения;
– дефекты швов бетонирования, в том числе их неправильное расположение;
– недоуплотненные участки.
При инструментальном описании дефектов нами используются приборы и оборудование, отвечающие требованиям ГОСТ 26433.1-89 «Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Элементы заводского изготовления». Для измерения ширины раскрытия трещин используется микроскоп с ценой деления 0,02 мм. Для измерения глубины трещин применяется прибор «Пульсар 2.2». Для измерения размеров раковин – линейка и штангенциркуль. Для измерения размеров недоуплотненных участков, посторонних включений и оголения арматуры служит рулетка. Для измерения глубины околов ребер используется угольник. В последнее время при инструментальном измерении дефектов нами применяются ультразвуковые приборы, которые позволяют получить более объективную картину. Измерение глубины трещины, например, позволяет отнести ее к конструкционной (влияющей на несущую способность конструкции) либо к неконструкционной (усадочной). Ультразвуковой метод позволяет также определять наличие или отсутствие контакта слоев бетона в рабочем шве бетонирования и границы недоуплотненных участков бетона. Кроме того, для выявления внутренних дефектов (полости различного характера, неправильное расположение арматуры и прочее) мы начали применять ультразвуковой томограф «МИРА».
Причины возникновения дефектов в конструкциях и изделиях
При изготовлении железобетонных изделий на заводах сборного железобетона применяются бетонные смеси с осадкой конуса 4-8 см. Такие смеси имеют высокую связность и отсутствие расслоения и водоотделения, однородны по плотности и при горизонтальном формовании позволяют получать поверхности достаточно высокой категории, вплоть до А1. Современная же технология возведения монолитных конструкций предполагает применение бетонных смесей с осадкой конуса 16-24 см. Эти смеси весьма склонны к расслоению и водоотделению и по этой причине при укладке образуют участки (зоны) разной плотности. Кроме того, они содержат много вовлеченного воздуха, который при контакте с опалубкой остается на ней и после затвердевания бетона и снятия опалубки оставляет на поверхности бетона раковины различного размера. Прилипанию воздушных пузырьков способствует также чрезмерно густая смазка на поверхности опалубки. Резюмируя сказанное, следует признать, что основными причинами возникновения дефектов в монолитных железобетонных конструкциях являются быстрое схватывание смесей, недостаточно эффективное уплотнение и неправильная рецептура бетонной смеси.
Предложения по совершенствованию методик контроля
Работа по выявлению дефектов в нашей организации налажена и проводится в плановом порядке. Однако, по нашему мнению, необходимо продолжать совершенствовать как методики, так и инструменты контроля. После анализа существующих и применяемых нами методик выявления и измерения дефектов хотелось бы предложить следующее:
1. Продолжить уточнение перечня дефектов, которые подлежат выявлению при обследовании изделий и конструкций, и их более детальную привязку к классификатору опасности дефектов. В частности, можно было бы ввести дополнительную градацию дефектов по признаку ремонтопригодности, а именно ввести такие категории дефектов, как устраняемые или неустраняемые.
2. При инструментальном определении ширины раскрытия трещин хотелось бы заменить неудобный в строительных условиях микроскоп Бринелля на набор щупов игольчатого типа при обеспечении точности измерений с его помощью на уровне 0,02 мм (как у микроскопа).
3. Узаконить определение глубины трещин, поскольку это позволяет отнести выявляемые трещины к усадочным (до 5% толщины конструкции) или к силовым – глубиной более 5% толщины конструкции.
4. При наличии раковин оценку качества поверхности железобетонных изделий и конструкций производить только по категориям. Заслуживает рассмотрения также методика оценки качества поверхности, в основу которой положены показатели дифференциальной пористости (средний размер пор и коэффициент вариации их размеров) с ее привязкой к ГОСТ 13015 [5].
5. При укладке бетонных смесей в монолитные железобетонные конструкции следует в обязательном порядке контролировать расплыв конуса и водоотделение бетонных смесей взамен контроля осадки конуса.
Предложения по снижению дефектности
Проблема повышения качества и снижения дефектности монолитных железобетонных конструкций может решаться разными способами. По мнению автора, по степени доступности и стоимости эти способы можно расположить в следующем порядке:
1. Нанесение смазки на опалубку только механизированным способом.
2. Использование заполнителей с максимальной крупностью не более 10 мм.
3. Использование цементов, содержащих в своем составе более 20% минеральных добавок. Наиболее эффективным в этом плане может быть использование шлакопортландцемента (содержит до 80% молотого доменного шлака).
4. Восстановление консистенции бетонных смесей перед их укладкой в конструкции производить исключительно при помощи дополнительного введения пластификатора.
5. Заказ бетонной смеси на 1 класс выше требуемой. В этом случае за счет повышения содержания цемента часть его будет выполнять роль микронаполнителя и снизит водоотделение и расслаиваемость бетонных смесей, что, в свою очередь, снизит дефектность затвердевшего бетона, раковины, недоуплотненные участки и т.п.).
6. При изготовлении бетонных смесей в обязательном порядке вводить тонкомолотый компонент (минеральную добавку).
Для справки: во многих странах ввод в бетонные смеси тонкомолотых компонентов закреплен на законодательном уровне.
Инновационная технология приготовления бетонных смесей
Во всем мире считается, что качественные бетонные смеси должны суммарно содержать 500…600 кг (на кубометр) мелкодисперсных компонентов в виде цемента и инертного микронаполнителя. Однако в России мелкодисперсные компоненты в бетонной смеси составляют 300…400 кг и представлены исключительно цементом. Это в значительной мере обусловливает появление дефектов как на поверхности, так и внутри монолитных железобетонных конструкций. Общепринятым решением проблемы повышения качества монолитных железобетонных конструкций считается применение самоуплотняющихся бетонных смесей. Но из-за сложности приготовления и высокой стоимости таких смесей они применяются только в 2-5% случаев. Альтернативой самоуплотняющимся бетонам может служить разработанная автором двухстадийная технология приготовления бетонных смесей [6]. Первая стадия предполагает смешивание цемента, минеральной добавки и пластификатора, вторая – смешивание комплексного вяжущего, полученного на первой стадии, воды, песка и щебня по традиционной технологии с использованием существующего оборудования бетонных заводов. Как показала практика, в бетонных смесях, приготовленных по предлагаемой технологии, практически отсутствует водоотделение и расслоение, хотя они при этом имеют очень пластичную консистенцию (расплыв конуса более 500 мм). В предлагаемой технологии на первой стадии могут быть использованы как смеситель для изготовления сухих смесей, так и шаровая мельница. В случае применения шаровой мельницы происходит дополнительное повышение марки цемента и, соответственно, появляется возможность сокращения его расхода. Двухстадийная технология особенно выгодна при изготовлении современных бетонных смесей, содержащих большое количество компонентов (цемент, микронаполнитель, пластификатор, замедлитель или ускоритель твердения, противоморозную добавку, стабилизатор при подводном бетонировании и т.п.).
Выводы:
1. Для монолитных конструкций при применении существующей технологии изготовления и укладки бетонных смесей возможно получение категории поверхности не выше А3.
2. Существенное повышение качества и снижение дефектности монолитных железобетонных конструкций возможно только при обязательном добавлении в бетонные смеси микронаполнителей.
3. Радикальное улучшение качества и снижение дефектности монолитных железобетонных конструкций может быть достигнуто при переходе на двухстадийную технологию. При этом отдельное производство микронаполнителей и их ввод в бетонные смеси станет неактуальным.
Библиографический список
1. СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».
2. СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции».
3. СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции».
4. ГОСТ 13015-2012 «Изделия бетонные и железобетонные для строительства. Общие технические требования».
5. Грицюк Т.В. Повышение качества лицевых поверхностей железобетонных изделий // ВШШЭСМ, серия 3. Промышленность сборного железобетона, выпуск 6, 1990.
6. Несветайло В.М. Инновационная технология монолитного строительства // Технологии бетонов, №6, 2014.
