Обработка бетонного покрытия осуществляется специальным текучим или сухим цементным составом, гранулы которого укрепляют слабый приповерхностный слой свежего бетона. Железнением обеспечивается защита от высоких нагрузок, механических и климатических воздействий. Метод бывает сухим, когда цементная смесь наносится через сито на поверхность и разравнивается в слой 2 мм после впитывания влаги из бетона, и мокрым, когда готовые составы разводятся в воде на месте проведения железнения.

Изолирующие пропитки

Наиболее эффективны для обработки кладки и монолита силинги. Для их изготовления применяют быстротвердеющие полимеры, способные глубоко проникать в пустоты приповерхностного слоя и изолировать их. Пропитки повышают гидроизоляцию бетона, что существенно продлевает срок службы.

Но у пропитки есть отрицательные стороны. Она блокирует естественную циркуляцию воздуха. Поэтому такие составы рекомендованы для обработки полов, но не годятся для использования с целью укрепления бетонных стен жилых домов.

Своевременная заделка трещин

В период эксплуатации важно вовремя заделывать образовавшиеся трещины на поверхности бетона. Они неизбежно будут возникать по причине естественного расширения структуры. Если не заделать дефект, в скором времени образуется широкая щель, отремонтировать которую обойдется дороже.

Термошов

Нарезание швов осуществляется глубиной на треть бетонного слоя или толщиной 5 мм. Для этого используются

vest-beton.ru

Срок службы плит перекрытия, сроки эксплуатации плит

Любой материал и не только строительный, со временем под действием окружающей среды и постоянных нагрузок теряет первоначальные прочностные характеристики. В зависимости от условий эксплуатации и в долговечных ЖБ конструкциях могут происходить необратимые разрушения.

Расчетный срок службы плит перекрытия определяется на основании данных лабораторных испытаний по предельным нагрузкам и самым неблагоприятным условиям эксплуатации. Так определяется предел, при котором в изделии наступают необратимые изменения и оно теряет прочность.

Для различных групп строительных материалов существуют нормативные сроки эксплуатации, которые могут существенно отличаться от предельных сроков службы. Они меньше из соображений безопасности эксплуатации. Но даже по существующим нормам срок эксплуатации плит перекрытия в жилых зданиях составляет 100-150 лет и равен допустимому сроку эксплуатации всего здания из сборных конструкций.

Является ли этот срок раз и навсегда определенным? Нет, это только возможный срок, который может регулироваться после сбора статистики наблюдений.

Обеспечение нормативной безопасности эксплуатации зданий

На практике нельзя руководствоваться только нормативными сроками эксплуатации. Даже гарантированно качественные плиты перекрытия жби от производителя могут частично потерять прочностные характеристики при монтаже или повышенной нагрузке. Для того, чтобы вовремя заметить любые изменения, проводятся периодические обследования конструкций в сроки, так же определенные нормативными документами. Это и называется сбором статистики по состоянию конструкций в эксплуатируемых зданиях.

После регулярных обследований практический срок эксплуатации плит перекрытия может уменьшится, так как при обследованиях учитывается множество факторов. Это наличие деформаций, степень раскрытия трещин, протечки, признаки коррозии металла и т.д.

Но если для сравнения взять сроки эксплуатации до капитального ремонта, которые для домов с деревянными конструкциями составляю всего 40-50 лет, а для домов с жб перекрытиями равняются 100-150 годам, то разница получается весомая. Это сравнение достаточно наглядно показывает, что жб плиты перекрытия это действительно долговечные и очень прочные конструкции.

www.dom-gbi.ru

РАСЧЕТ СРОКОВ СЛУЖБЫ И ПРОГНОЗ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

С. Н. Алексеев, Ф. М. Иванов (СССР)

Вопрос о прогнозе сроков службы железобетонных конструкций, эксплуатируемых в агрессивной среде, весьма сложен и не может быть решен однозначно для всех случаев и условий взаимодействия среды и бетона.

В настоящее время долговечность железобетонных конструкций обес­печивается при проектировании оценкой степени агрессивности внешней среды по характеристикам климата и ее химического состава в соответ­ствии с показателями, принятыми в СНиП. Морозостойкость бетона наз­начается в проекте с учетом особенностей увлажнения конструкций и в зависимости от температуры, характеризующей суровость климата по СНиП 2.03.01—84 или в соответствии с требованиями ГОСТ на отдель­ные виды конструкций. Химические воздействия оцениваются по СНиП 2.03.11—85 в зависимости от состава и условий контакта агрессивной среды и бетона, вида цемента и проницаемости бетона. В СНиП приняты три степени агрессивности: слабая, средняя и сильная.

На основании оценки степени агрессивное! и назначаются способы первичной защиты — придания длительной стойкости (долговечности) бетону или указывается необходимость вторичной защиты конструк­ций (изоляция бетона от соприкосновения с агрессивной средой). При зтом принимается во внимание срок службы конструкций, в течение которого сооружение должно сохранять эксплуатационную пригодность без существенных затрат на ремонт.

Кроме оценки степени агрессивности среды и стойкости бетон:! и арматуры, в проекте назначаются определенные требования к коне руи — рованию с учетом вида и марки арматурной стали (толщины защитного слоя, ширины допустимого раскрытия трещин), что входит в рассмотре­ние на второй стадии расчета срока службы — прогноза долговечности, когда оценивается возможное влияние изменения размеров конструк­ции, сечения арматуры, расчетных трещин в зависимости of агрессивное- — ти внешних воздействий.

В СНиП при оценке степени агрессивности принят средний срок служ­бы порядка 50 лет. Однако до настоящего времени общепринятого и нормированного метода расчета железобетонных конструкций на долго­вечность не существует. При оценке стойкости бетона в средах различ­ной степени агрессивности принималось, например, что им соответствует следующая скорость повреждения бетона, мм/год: слабая — 0,1…0,2; средняя — 1; сильная — 10. Это, конечно, очень ориентировочные и условные величины, так как коррозия бетона идет с непостоянной ско­ростью и фронт коррозии может быть расплывчатым, т. е. деструктивные процессы могут идти в объеме материала, а не только на его поверх­ности.

Общая методология прогноза сроков службы бетона рассматривается в работах [11.7, 11.21, 11.23, 11.25]. С целью облегчить прогноз сроков службы строительных материалов создаются стандарты на методы уско­ренного определения коррозионной стойкости различных материалов [11.13, 11.24]. Рекомендуемая в [11.25] практика прогноза сроков

Службы бетона в конструкциях зданий и сооружений предусматривает слеиующие этапы (рис. 11.1):

1. Устанавливаются эксплуатационные требования и критерии повреж­дений.

2. Устанавливаются критические характеристики экснлуатационн. л пригодности материала, а также ожидаемый вид и пределы факторов повреждения — деградации материала.

3. Устанавливается ожидаемый вид и размеры фактора повреждений.

4. Принимаются характеристики материала, для которого даетш прогноз срока службы.

5. Должен быть известен возможный механизм повреждения.

6. Устанавливаются методы ускорения старения, подобного старені. j в эксплуатационных условиях..

7. Приводятся эксплуатационные требования при испытании.

8. Осуществляется проектирование и проводятся предварительные испытания, чтобы вызвать быстрое повреждение и установить механизм повреждения.

9. Проводятся испытания по п. 6 при менее сильных воздействия., чтобы установить соотношение между суровостью условий и скоростью разрушения или потери эксплуатационной пригодности.

10. Проводятся длительные испытания в экснлуаицнонпых ^ ни. .

11. Сравниваются виды разрушений, полученных при эксплуатации и при прогнозных испытаниях срока службы.

12. Решается вопрос об идентичности механизма изменений при прог­нозных испытаниях и в эксплуатационных условиях.

13. Разработка математической модели повреждения и сравнение ско­рости изменений в прогнозных испытаниях и с испытаниями в натуре.

14. По данным этапов 8, 9 и 10 подготавливается модель, которая должна содержать соображения о механизме разрушения и о комб інаци і факторов разрушения.

6И Hi

15. Прогнозируется срок службы.

16. Оформляются данные.

Из этой схемы следует, что подготовка математической модели кине­тики процесса невозможна без четкого представления о механизме про­цессов экспериментальных данных, характеризующих влияние различ­ных факторов на кинетику процессов и проверки достоверности методо­логии прогноза в натурных условиях. Если учесть, что коррозионные процессы с трудом моделируются во времени и требуют длительных испытаний, становятся понятными трудности разработки обоснованного метода прогноза сроков службы железобетонных конструкций. Мы счи­таем, что ироблема во всем ее многообразии может быть решена мето­дом постепенного приближения, при котором сначала решаются частные задачи расчета кинетики для наиболее простых агрессивных веществ и условий взаимодействия, для которых накоплен значительный экспери­ментальный материал, а затем уже разрабатываются более сложные за­дачи.

Вопрос о методологии прогноза сроков службы бетона в сооружениях исследовался и в СССР. Предложения о количественной оценке кинетики коррозионных процессов, возникающих при контакте жидких агрессив­ных сред с бетоном [-11.2, 11.7], основывались на анализе природы кор­розионных процессов. Устанавливалось, что интенсивность коррозион­ных процессов определяется интенсивностью проникания агрессивных компонентов внешней среды в поровую структуру бетона. Движение агрессивной среды от внешней поверхности в глубь бетона осуществ­ляется под действием следующих сил: гидростатического давления, мо­лекулярной диффузии и капиллярности, действующих индивидуально или совместно. Такая классификация действующих сил, побуждающих движение агрессивной среды в бетоне, позволяет для стационарных усло­вий осуществлять количественные расчеты величины потока агрессивно­го вещества через поверхность бетона и оценку его влияния на состояние бетона во времени для некоторых простых граничных условий. Для газовой среды количественный прогноз был дан в работах [11.8, 11.16] и кратко рассматривается далее (разд. 11.6) .

Использование физико-химических закономерностей кинетики кор­розии позволяет рассчитать количество агрессивного компонента, про­никающего в бетон и после экспериментального определения последст­вий такого проникания, т. е. изменения прочности или других техничес­ких свойств бетона, назначить предельные параметры коррозионного процесса, при которых свойства бетона в течение заданного срока служ­бы изменяются в допустимых пределах.

На основе этой методологии разработаны упрощенные инженерные расчеты сроков службы бетона в условиях коррозии выщелачивания, кислотной коррозии, сульфатной коррозии и даны некоторые предложе­ния по назначению требований к бетону по морозостойкости для задан­ного срока службы. Параллельно рассматривается подход к прогнозу долговечности бетона в агрессивных условиях на основании работ [11.8, 11.10 и др.].

Расчеты сроков службы железобетонных конструкций на основании данных о скорости процесса карбонизации защитного слоя бетона у арматуры см. в гл. 8.

Расчет сроков службы является также экономической задачей, так как основная его цель — определение оптимального варианта при мини­мальных расходах.

К вопросу о прогнозе сроков службы бетона в конструкциях сле­дует подойти с учетом определенных инженерных соображений. Прежде всего следует иметь в виду, что проектные сроки службы сооружений задаются в определенных пределах, практически от временных сооруже­ний со сроком службы 5—10 лет до длительно стойких, срок службы ко­торых может в большинстве случаев ограничиваться 50—100 годами, и только для отдельных видов сооружений целесообразно проектиро­вать неограниченно длительный срок службы. Следовательно, сроки службы сооружений будут различаться в 5-20 раз. Это упрощает задачу, так как позволяет ограничить интервалы времени, в которых должны быть действительны зависимости для прогноза сроков службы. Можно также надежно и обоснованно принять, что для практических целей впол­не достаточна точность прогноза ±10%. С этих позиций можно рассматри­вать и требования к математическим моделям и используемым в них коэффициентам.

Не имея достаточных данных для создания обобщенной теории кор­розии во всем многообразии коррозионных процессов, которая позво­ляла бы решать задачи прогноза кинетики коррозионных процессов раз­личных видов бетона и железобетона в разных средах и при разных усло­виях контакта, далее рассматриваем некоторые, в настоящее время достаточно разработанные конкретные примеры прогноза сроков служ­бы бетона и стальной арматуры в конструкциях. Накопление таких част­ных примеров создает основу для создания в дальнейшем более общего расчетного аппарата.

При зтом следует иметь в виду, что первая и главная задача расчета — достаточно надежно определить возможность эксплуатации конструкции без специальной (вторичной) защиты, изолирующей от окружающей среды, так как такая защита сразу весьма существенно удорожает конст­рукцию и, как правило, не обладает стойкостью на весь срок эксплуата­ции. Ремонт железобетонных конструкций и их антикоррозионной защи­ты в процессе эксплуатации зачастую невозможен и, во всяком случае, не экономичен 111.221. Дія тонкое генных конструкций, поднергамщнх — ся действию кислых газов или кислых или других сред, при когорых раз­рушение бетона идет послойно от поверхности в глубь бетона, при наз­ванных сроках службы с определенным коэффициентом запаса (К ~ 2) может быть принята безусловно безопасная и допустимая степень повреждения не более 0,1 мм/год. Повышенная скорость разрушения, примерно 1 мм/год, является для постоянных сооружений также безус­ловно недопустимой. Следовательно, практически интервал расчетных скоростей разрушения будет изменяться всего в 10 раз.

На первом этапе для частных решений полезны приближенные мето­ды, область применения которых не должна, однако, трактоваться рас­ширительно [11.9] ввиду искажения кинетических зависимостей из-за неучета существенных факторов и их изменения во времени.

В данной книге авторы стремились привести примеры расчета, пред­ставляющие практический интерес, и их обоснование в форме, пригод­ной для использования в практике проектирования. Дальнейшее накоп­ление данных о состоянии сооружений в различных условиях и результа­ты исследований кинетики коррозионных процессов в новых и сложных агрессивных средах позволят развить предлагаемые примеры и их мате­матическое обеспечение.

komanch.ru

К вопросу об исследовании долговечности железобетонных элементов

В статье рассматриваются основные положения повышения долговечности железобетонных конструкций. Выделяются методы прогнозирования железобетонных конструкций, их особенности, достоинства и недостатки.

Ключевые слова: долговечность, железобетон, агрессивная среда, коррозия бетона, обследование и эксплуатация зданий

В настоящее время основным конструкционным материалом для строительных целей в Республике Татарстан, а так же во всей Российской Федерации является железобетон. Можно заметить, что производство конструкций из него ежегодно увеличивается. Железобетон обладает большим количеством положительных свойств, но также имеет и ряд недостатков, из-за которых он оказывается не в состоянии удовлетворять возрастающим требованиям строительства. Выявление, изучение, учет, прогнозирование появляющихся недостатков и адекватное конструктивное их устранение весьма актуально и особенно необходимо в связи с увеличением числа реконструируемых и модернизируемых зданий.

Строительные конструкции, состоящие из бетонных и железобетонных элементов, предназначены для восприятия силовых и средовых воздействий. Силовые воздействия определяются гравитационными силами, жизнедеятельностью людей. Средовые воздействия обуславливаются температурой, влажностью, воздухообменом и многими другими факторами. Помимо этого, качество материалов в значительной степени зависит от технологии изготовления, возрастных и деструктивных явлений и особенностей их эксплуатации.

Долговечность — один из важнейших показателей качества строительных конструкций, который определяет способность их сохранять требуемые эксплуатационные качества в течение заданного срока службы в условиях внешних воздействий. Длительное время считалось, что долговечность железобетонных строительных конструкций с годами только увеличивается. Однако оказалось, что улучшение качества бетона происходит лишь при определенных влажностных и температурных условиях. В большинстве же случаев в процессе эксплуатации железобетонные конструкции подвергаются различным агрессивным воздействиям и разрушаются. Нормативные значения долговечности строительных конструкций могут быть достигнуты путем применения специальных материалов, защитных покрытий или особых конструктивных решений.

Кратко рассмотрим основные способы повышения долговечности железобетона в виде следующей таблицы:

Рис. 1.

Практика эксплуатации показала, что каждый материал, изделие имеет определенную долговечность, которую необходимо уметь рассчитывать. Однако до сих пор нет теоретических методов расчета, оценки и прогнозирования долговечности строительных конструкций, работающих при совместном действии силовых факторов и агрессивных сред. В то же время нормативными документами предусматривается оценка состояния конструкций в процессе эксплуатации. Например, в СНиП 2.03.01–84* «Бетонные и железобетонные конструкции» 1996 г. в пункте 1.10 основные расчетные требования сформулированы следующим образом: «… Расчет по предельным состояниям первой группы должен обеспечивать конструкции от: … от разрушения под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (периодического или постоянного воздействия агрессивной среды…)». Из этого следует, что расчет железобетонных конструкций на совместное воздействие силовых факторов и агрессивной среды должен производиться. При этом предлагается (п. 2.13), условия работы учитываются с помощью коэффициентов условий работы γbi. В этом же СНиПе (п. 6.2, 6.12) предлагается проводить поверочные расчеты существующих конструкций при обнаружении дефектов и повреждений в конструкциях с целью установления, обеспечивается ли несущая способность и пригодность к нормальной эксплуатации в изменившихся условиях; а так же проверять сечения, в которых «… при натурных обследованиях выявлены зоны бетона, прочность которых меньше средней на 20 % и более». Здесь же отмечается, что «учет дефектов и повреждений производится путем уменьшения вводимой в расчет площади сечения бетона и арматуры». 21 В СНиПе 52–01–2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» в п. 9.3.6 также отмечается, что «при проведении поверочных расчетов должны быть учтены дефекты и повреждения конструкций, выявленные в процессе натурных обследований: снижение прочности, местные повреждения или разрушения бетона, обрыв арматуры …» и т. д. Но при этом не учитывается, что изменение прочности бетона может происходить неравномерно в пределах поперечного сечения элемента, снижение прочности бетона развивается во времени. Приведенные нормативные требования не дают четкого представления о том, какие модели поперечного сечения должны рассматриваться, если под действием агрессивной среды происходит снижение прочности бетона и арматуры. В СНиП 2.03.11–85 «Защита строительных конструкций от коррозии» сформулированы требования к материалам (бетону и арматуре) конструкций, работающих в условиях агрессивных сред. Предлагается бетон железобетонных конструкций зданий и сооружений с агрессивными средами принимать марки по водонепроницаемости W4 и выше. В то же время в п. 2.17 предлагается «расчет железобетонных конструкций, подверженных воздействию агрессивных сред, производить по СНиП 2.03.01–84 с учетом настоящих норм по категории требований к трещиностойкости и предельно-допустимой ширине раскрытия трещин». В СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» отмечается, что «Для сильно поврежденных конструкций (при разрушении 50 % и более сечения бетона или 50 % и более площади сечения арматуры) элементы усиления следует рассчитывать на полную действующую нагрузку», т. е. при 50 % потере несущей способности конструкцию следует заменить. Однако ни в СНиП 2.03.01–84, ни в СП 63.13330.2012, ни в СНиП 52–01- 2003 не предложены расчетные модели, учитывающие деградацию бетона и арматуры при эксплуатации конструкций в агрессивных средах. Поэтому проблема оценки долговечности бетонных и железобетонных конструкций является актуальной.

Долговечность конструкций зависит от характера ее взаимодействия с агрессивными факторами окружающей, который описывается посредством моделей внешних воздействий. Под внешним воздействием здесь понимается действие нагрузок, климатические, агрессивные и другие воздействия и их сочетания. В настоящее время можно выделить следующие методы прогнозирования долговечности железобетонных конструкций, основы которых изложены в работах В. М. Бондаренко, Ю. М. Баженова, С. Н. Алексеева, В. И. Бабушкина, В. М. Москвина, Е. А. Гузеева, Ш. М. Рахимбаева, С. Н. Леоновича, зарубежных ученых.

Общий метод, основан на применении экспертных оценок, которые базируются на коллективном опыте и знаниях, полученных путем лабораторных и производственных испытаний конструкций и материалов, а также специальных исследований. Данный подход допускает, что отобранная железобетонная конструкция будет иметь ожидаемый срок службы, так как предполагается, что если железобетонная конструкция выполнена в соответствии с требованиями норм и стандартов, то её требуемый срок службы будет обеспечен. Такой прием дает соответствие теории с практикой в тех случаях, когда срок службы невелик или если условия окружающей среды не являются агрессивными по отношению к материалу конструкции, или имеют стационарный характер. Но этот подход не даёт ожидаемых результатов в случае, когда необходимо решить проблему прогнозирования срока службы железобетонных конструкций для отрезка времени, превышающего пределы опыта или знания; если рассматривается изменяющаяся окружающая среда; когда используются новые виды бетона и арматуры, а информация о длительном их применении ограничена.

Метод прогнозирования, основанный на сравнении эксплуатационного качества. Он построен на предположении, что если железобетонная конструкция была долговечной для определенного времени, то и аналогичная конструкция, находящаяся в подобных условиях, будет иметь тот же срок службы. Ограниченность метода состоит в том, что любая железобетонная конструкция обладает определённой уникальностью из-за вариаций свойств материалов, геометрий и конкретной практики строительства или изготовления. Кроме того, составы бетонных смесей и свойства применяемого бетона или арматуры не остаются неизменными во времени.

Метод ускоренных испытаний. В тех случаях, когда нет опыта и знаний в отношении сопротивления воздействиям для новых материалов или конструкций, проводятся ускоренные возрастные испытания. Чтобы оценить срок службы новых материалов или конструкций, было сделано допущение, что число циклов ускоренных испытаний несет некоторый вид зависимости от срока службы в действительных условиях. Сравнивая скорость изменения эксплуатационного качества материала при этих испытаниях с тем же параметром, полученным при долговременных испытаниях в реальных условиях, можно было оценить срок службы новых материалов или конструкций. Важное требование для использования ускоренных испытаний состоит в том, что деградационные механизмы в них должны быть такими же, как и при эксплуатации. Если деградационный процесс при соответственно пропорциональной скорости деградации одного и того же механизма одинаков для ускоренных по времени испытаний и долговременных испытаний в эксплуатационных условиях, коэффициент ускорения К может быть получен из:

(1)

где R_AT — скорость деградации в ускоренных испытаниях; R_СТ -скорость деградации при долговременных испытаниях в эксплуатационных условиях.

Наибольшей трудностью в использовании такой методики прогнозирования срока службы является получение обеспеченных данных о параметрах эксплуатационного качества за длительный отрезок времени, что приводит к необходимости развивать зависимости, выраженные через К. Метод получил приложение к оценке долговечности конструкций при действии на них только отдельных факторов.

Методы математического моделирования, основанные на физике ихимии деградационных процессов. Ключевым вопросом здесь является знание закономерностей снижения эксплуатационного качества, то есть изменения основных свойств материалов и характеристик конструкций. В рамках детерминированного подхода для оценки долговечности получил развитие диаграммный метод расчета сечений железобетонных элементов, в котором используются трансформированные значения главных параметров диаграмм деформирования бетона и арматуры.

Известны методы, в которых используются практические приложения теории надёжности, стохастических распределений иметодов математической статистики. Одним из подходов при разработке расчетных моделей долговечности является оценка условной надежности, при которой характеристики прочности сечений и действующие на конструкцию нагрузки рассматриваются как случайные величины. При этом снижение несущей способности в период эксплуатации конструкции условно заменяется понятием статистической изменчивости расчетных параметров. В соответствии с другим подходом вероятность безотказной работы в период эксплуатации подчиняется статистическим закономерностям, характерным для данного объекта. Они должны быть найдены по результатам статистической обработки большого объема информации об эксплуатационных отказах изучаемых объектов. Основным препятствием в реализации данного подхода является ограниченность объема информации об отказах.

Методы механики разрушений получили развитие в последние 5–10 лет. Новая тенденция к оценке долговечности железобетонных конструкций, основана на применении практических аспектов механики разрушений и метода конечных элементов (МКЭ). Методы строительной механики железобетонных конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой, основаны на применении аналитических методов механики сплошного тела к задачам сопротивления железобетонных конструкций коррозионным воздействиям. Метод эффективен в тех случаях, когда не удается выяснить общую схему разрушения конструкции, и когда возможности метода предельных состояний ограничены.

Основной особенностью расчета долговечности конструкции является введение фактора времени. Что позволяет выразить долговечность элемента подверженного влиянию внешних агрессивных воздействий окружающей среды как функцию от времени. Согласно [7] при математической формулировке задачи прогнозирования долговечности железобетонных конструкций традиционно используются два подхода: детерминистский и вероятностный. В детерминистской постановке проблемы долговечности распределения усилия (нагрузки) S и сопротивления R игнорируются, поэтому статистическая природа S и R учтена ограниченно. Нагрузка, сопротивление и срок службы используются в детерминированных величинах, и их распределения, которые выражают связь между случайными величинами и частотой их появления или повышения, не рассматриваются. Основная формулировка расчёта долговечности может быть записана в терминах эксплуатационного качества или срока службы.

Здесь к S(tg) относятся любые воздействия: механические (нагрузка), физические и химические; к R(tg) — соответствующие сопротивления конструкции этим воздействиям. S(tg) и R(tg) могут быть представлены средними, характеристическими или расчетными значениями. Согласно принципу эксплуатационного качества расчётная формула записывается в виде:

St g   Rt g  0

где tg — заданный (назначенный) срок службы

Особенностью вероятностных методов расчета долговечности по сравнению с детерминированными состоит во введении дополнительных условий, учитывающих неблагоприятную ситуацию, заданную с определенной вероятностью. Расчетные формулы записываются на основе уравнений регрессии, которые учитываю возможность распределения этих факторов. Основные параметры, определяющие долговечность, резерв несущей способности и интенсивность износа с течением времени, используются с вероятностными характеристиками, которые изменяются с течением времени.

Заключение.

Основные результаты статьи — рассмотрены сведения о методах определения долговечности железобетонных конструкций, изученных ранее учеными. Выявлены достоинства и недостатки каждого из методов. В результате чего можно выявить необходимость разработки новых методов, либо совершенствования уже существующих, используя современные программные комплексы, обладающие возможностью облегчить вычисления и улучшить его качество.

Литература:

1. Алексеев С. Н., Розенталь Н. К. Коррозионная стойкость железобетонных конструкций в агрессивной промышленной среде. М.: Стройиздат, 1976. 205 с.
2. Аугусти Г., Баратта А., Каммата Ф. Вероятностные методы в строительном проектировании. М.: Стройиздат, 1988. 580 с.
3. Бабушкин В. И. Физико-химические процессы коррозии бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1968. 187 с.
4. Баженов Ю. М. Бетон при динамическом нагружении. М.: Стройиздат, 1970.
5. Баженов Ю. М. Технология бетона. М.: Высшая школа, 1987. 415 с.
6. Бондаренко В. М. Предложения к теории силового сопротивления поврежденных коррозией железобетонных конструкций. // Тр. РААСН. СП 6-2006. С. 23–27.
7. Бондаренко В. М. К вопросу о влиянии анизотропии и коррозионных повреждений на силовое сопротивление железобетона при знакопеременном нагружении // Academia. Архитектура и строительство. 2011 № 1. С. 101–105.
8. Изотов В. С. Контроль качества и повышение долговечности железобетонных конструкций: Учебное пособие. Казань: КГАСУ, 2008. – 248 с.

Основные термины (генерируются автоматически): конструкция, срок службы, агрессивная среда, эксплуатационное качество, воздействие, несущая способность, железобетонная конструкция, время, арматура, испытание.

moluch.ru

ПРОБЛЕМЫ ДОЛГОВЕЧНОСТИ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

С каждым годом число «великовозрастных» строительных объектов растет опережающими темпами в сравнении с новостройками. Для сооружений старой постройки, а среди них большая часть возведена из бетона, эксплуатационные требования постоянно растут в соответствии с потребностями среды. Отсюда — возрастающее число крупных и мелких аварий, выход объектов из строя, неисчислимые потери финансовых и трудовых ресурсов. На сегодняшний день на ремонт и восстановление повреждаемых конструкций в промышленно развитых странах тратится до 40 % капвложений в строительство [3]. Помимо этого наблюдается снижение качества, а, следовательно, и срока службы относительно новых, возводимых в последние годы железобетонных сооружений.

В связи с этим становится актуальной проблема создания надежных и долговечных железобетонных конструкций, обеспечения качества на стадии строительства и долговечности конструкции в процессе эксплуатации. Здания и сооружения должны удовлетворять основным условиям, обеспечивающим эксплуатационную надежность в период всего срока службы. Это возможно в том случае, когда соблюдаются основные требования к проектированию и расчету конструкций, к материалам для приготовления бетонной смеси, к бетонной смеси и бетону, к арматуре, к технологии производства работ и контролю качества выполненных работ.

В строительстве под долговечностью следует понимать свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Как известно, на долговечность конструкций существенное влияние оказывает качество используемых материалов, в частности бетона. Поэтому необходимо уделять внимание улучшению его качественных характеристик. Качественные характеристики – это физико-механические свойства бетона по морозостойкости, водонепроницаемости, истираемости, коррозионной стойкости и другим показателям.

Морозостойкость бетона — важнейшее свойство, в большой мере определяющее долговечность сооружений, особенно гидротехнических, дорожных, ирригационных. Повышение морозостойкости может быть достигнуто введением в бетонную смесь кремнийорганических соединений (ГКЖ-Ю, ГКЖ-П, ГКЖ-94) в количестве 0,05—0,28 % массы цемента. В условиях производства необходимо проводить контрольные тесты бетона на морозостойкость. Принятые в нашей стране испытания бетона на морозостойкость до определения требуемых составов являются во многих случаях неэффективными, поскольку требуют продолжительного времени, часто носят запоздалый характер. Усилия технологов, направленные на достижение требуемой марки по морозостойкости, нередко оказываются напрасными, поскольку сам показатель марки является недостаточно обоснованным. Кроме того, стандартные методы позволяют определить лишь то, что морозостойкость бетона не ниже нормируемой, каково же действительное критическое число циклов, выдерживаемых бетоном, зачастую остается неизвестным. Таким образом, морозостойкость должна обеспечиваться комплексом технологических мероприятий, включающим в себя правильный выбор материалов, требований к бетонной смеси и технологии производства работ, а не назначением и подтверждением марок по морозостойкости.

Большое влияние на долговечность бетонных конструкций оказывает уход за уложенным бетоном. В настоящее время в России выпускаются отечественные материалы на водной основе для ухода за бетоном ВПМ и ВПС. Их применение позволяет существенно снизить вероятность появления усадочных трещин при твердении бетона, особенно в условиях жаркого климата, повысить устойчивость к шелушению поверхности.

Долговечность железобетонных конструкций зависит не только от свойств материалов, но и от факторов среды, в которой эксплуатируются сооружения. Чаще всего причинами повреждений являются коррозионные процессы, возникающие в результате негативного воздействия окружающей среды. Особенно остро они проявляются при эксплуатации инженерных сооружений. Наиболее уязвимы к действию коррозии дороги и мосты, подвергающиеся совместному воздействию влаги и мороза. Также они разрушаются от применения противогололедных реагентов, из-за выделения в атмосферу выхлопных газов автотранспорта и промышленных выбросов. В результате газовой коррозии металлических и железобетонных элементов происходят частые обрушения коллекторов сточных вод. Также агрессивному воздействию подвержены подземные части зданий. На сегодняшний день примерно 75 % строительных конструкций подвержено разрушающему действию агрессивных сред [3].

Для повышения коррозионной стойкости железобетонных конструкций в агрессивных средах необходимо применять современные коррозионностойкие материалы, новые виды арматурных сталей высокой надежности. Качество и долговечность сооружений можно обеспечить путем создания и применения коррозионностойких конструкций. Для этого необходимо вести научные разработки в следующих направлениях:

1. Изучение прочности арматуры, бетона на новых эффективных вяжущих, заполнителей с использованием отходов производства. Разработка мероприятий по обеспечению долговечности железобетонных конструкций при совместном воздействии агрессивной среды и нагрузки.

2. Создание  железобетонных и бетонных конструкций, устойчивых ко всем видам коррозии, экономичными методами с использованием нетрадиционных материалов для производства.

3.  Разработка расчетов конструкций на долговечность. Введение испытаний на долговечность, которые позволят подбирать состав смеси индивидуально для каждого проекта.

4. Разработка современных методов контроля качества и долговечности строительной продукции на заводах — изготовителях.

На долговечность сооружения в целом оказывают влияние дефекты бетона и железобетона, появившиеся в процессе строительства и эксплуатации. В связи с требованиями по ускорению сроков строительства, а также при строительстве высотных зданий особую важность приобретает учет доэксплуатационных нагрузок, когда сооружение может работать даже в более сложных условиях, чем в процессе эксплуатации.

При проведении работ по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций особое внимание следует уделить выбору ремонтных материалов для бетонных конструкций. Подбор материалов и проектные решения по ремонту должны быть выполнены с учетом совмещения работы ремонтного слоя и ремонтируемой конструкции. Ремонтно-восстановительные и строительные работы должны производить специалисты, обладающие необходимыми знаниями в области коррозии и защиты от коррозии строительных материалов и конструкций, поскольку оценка причин и степени повреждений, прогноз долговечности, обоснование выбора материалов, средств и методов ремонтно-восстановительных работ обеспечивает длительный положительный эффект при последующей эксплуатации 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 строительных объектов можно обеспечить, приняв проблему долговечности в качестве основной при проектировании, расчете изготовления и эксплуатации строительных конструкций. Это позволит уменьшить затраты на строительство и последующую эксплуатацию объектов, а необоснованные затраты направить на развитие отраслевой строительной науки и оснащение ее современным оборудованием.

Список литературы:

1. Волженский А.В. и др. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства). Учебник для вузов / Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. — 3-е изд. перераб. и доп. — М.: Стройиздат. — 1979. — 476 с.
2. Кондрашов Г. Коррозия — злейший враг бетонных и других конструкций // Строительство: новые технологии — новое оборудование: всероссийский отраслевой журнал. – 2008. — №7.  — С.32-35.
3. О современных методах обеспечения долговечности железобетонных конструкций/ Карпенко Н.И., Карпенко С.Н., Ярмаковский В.Н., Ерофеев В.Т. // Academia. Архитектура и строительство. — 2015. — №1 — С. 91-102.
4. Понятие о надежности, прочности и жесткости [Электронный ресурс] // Черчение: сайт. — URL: http://cherch.ru/rabotosposobnost_i_nadezhnost_detaley_mashin/ponyatie_o_nadezhnosti_prochnosti_i_zhestkosti.html (дата обращения 27.01.2017 г.)
5. Степанова В.Ф. Современные научные разработки проблемы долговечности зданий и сооружений // Технологии бетонов. – 2008. — №2. – С. 64-65.
6. Трамбовецкий В.П. Современному строительству — долговечный бетон // Технологии бетонов. – 2007. — №3. – С. 34-36.

sibac.info

Сроки службы материалов, конструкций и зданий

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Лекция 4

1. Сроки службы материалов, конструкций и зданий

Под сроком службы здания понимают продолжительность его безотказного функционирования при условии осуществления мероприятий технического обслуживания и ремонта. Продолжительность безотказной работы различных элементов здания, его инженерных систем и технологического оборудования неодинакова.

 При определении нормативных сроков службы здания принимают средний безотказный срок службы его основных несущих (несменяемых) элементов: фундаментов и стен. Срок службы других элементов может быть меньше нормативного срока службы здания.  

 Изнашивание зданий и сооружений заключается в том, что отдельные конструкции и здания в целом постепенно утрачивают свои первоначальные качества и прочность. Определение сроков службы конструктивных элементов является сложной задачей, так как результат зависит от большого количества факторов, влияющих на износ.

 Нормативные сроки службы зданий зависят от материала основных конструкций и являются усредненными.

 В течение всего срока службы здания элементы и инженерные системы подвергают техническому обслуживанию и ремонту. Периодичность ремонтных работ зависит от долговечности материалов, из которых изготавливаются конструкции и инженерные системы нагрузок, от воздействия окружающей среды и других факторов.

 Нормативный срок службы элементов здания устанавливают с учетом выполнения мероприятий технической эксплуатации зданий. Примерные сроки службы конструкций определяются согласно «Рекомендации по определению сроков службы конструкций полносборных жилых зданий» (утв. минжилкомхозом рсфср 13.01.1983).

В нижеприведённой таблице показаны нормативные сроки службы отдельных конструктивных элементов жилых зданий, определёные на основании «Распоряжения Правительства Москвы от 12.03.1996 N 223-РП «Об утверждении Положения по организации капитального ремонта жилых зданий в г. Москве».

СРЕДНИЕ НОРМАТИВНЫЕ СРОКИ СЛУЖБЫ КОНСТРУКЦИЙ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

┌───┬───────────────────────────────────────────────┬────────────┐

│N  │Наименование конструктивных элементов          │Нормативный │

│п/п│и инженерных устройств                         │межремонтный│

│   │                                               │срок службы,│

│   │                                               │год         │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│ 1 │                       2                       │     3      │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│1. │Фундаменты бутовые на сложном или цементном    │    150     │

│   │растворе; бетонные и железобетонные            │            │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│2. │Кирпичные (из красного кирпича) на цементном   │     60     │

│   │или сложном растворе                           │            │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│3. │Стены:                                         │            │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│   │особокапитальные (кирпичные в 2,5-3 кирпича)   │    150     │

│   │на сложном или цементном растворе, панельные из│            │

│   │однослойных панелей и блоков                   │            │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│   │каменные из кирпича в 2-2,5 кирпича,           │    125     │

│   │крупнопанельные из 3-слойных панелей           │            │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│   │из облегченной кладки из кирпича, шлакоблоков  │    100     │

│   │и ракушечника                                  │            │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│   │деревянные рубленые и брусчатые                │     90     │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│4. │Перекрытия:                                    │            │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│   │железобетонные сборные и монолитные            │    150     │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│   │с кирпичными сводами или бетонными заполнениями│    125     │

│   │по металлическим балкам                        │            │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│   │деревянные по металлическим балкам             │    100     │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

│   │деревянные по деревянным балкам                │     90     │

├───┼───────────────────────────────────────────────┼────────────┤

2.               Понятия и критерии надёжности

Надежность объекта – это его свойство выполнять свои функции в течение требуемого промежутка времени с сохранением заданных эксплуатационных параметров. Надежность элементов в процесее эксплуатации здания обеспечивается при условии выполнении комплекса мероприятий технического обслуживания и ремонта зданий.

Свойство надежности присуще любому объекту – здание или сооружение в целом, отдельные конструкции и инженерное оборудование или отдельные их элементы. На любом уровне способность объекта к выполнению (или невыполнению) своих функций определяет меру его надежности. Понятие «надежность» можно представить как последовательность отрезков времени t_1, t_2, в течение которых объект выполняет свои функции tⁱ_раб, и когда по каким-то причинам он не выполняет свои функции, находясь в состоянии, называемом «отказ» t^j_отк .

Чем продолжительнее суммарное время выполнения объектом своих функций и чем меньше время существования отказов, тем выше его надежность. Поэтому для оценки надежности используют показатель, определяющий соотношение времени безотказной работы объекта ко всему времени его существования. Этот показатель называется коэффициент готовности К_r.

            ∑ tⁱ_раб

K_r =          

        ∑ tⁱ_раб + ∑ t^j_отк

где tⁱ_раб – продолжительность безотказной работы объекта на i–м временном интервале;

 t^j_отк – продолжительность неработоспособного состояния объекта;

n – количество временных интервалов, в течение которых объект находится в эксплуатации.

Кроме свойства выполнения объектом своих функций, надежность включает в себя определение сохранения во времени заданных эксплутационных параметров. Объект может выполнять свои функции, но при этом его параметры не соответствуют проектным или техническим характеристикам. Например, тепловой режим в помещениях может быть обеспечен и при некачественно выполненной теплоизоляции ограждающих конструкций за счет увеличения мощности системы отопления. Это приводит к перерасходу тепла и электроэнергии, дополнительным материальным затратам по сравнению с теми показателями, которые были заложены в проекте. В таких случаях следует говорить о ненадежности объекта.

Надежность здания и сооружения в целом должна определяться на весь период времени, в течение которого предполагается использовать объект по своему назначению.

Надежность всего объекта зависит от надежности составляющих ее элементов. Однако для проживающих в жилом доме или использующих здания и сооружения для производственных целей важна надежность не отдельных элементов, а их совокупность, которая определяет эксплуатационные качества, безопасность и комфортное состояние в помещениях.

Понятие надежности здания в целом как сложной технической системы шире, чем составляющих его элементов, которые могут находиться лишь в двух состояниях – работоспособном или неработоспособном. Отказы отдельных конструкций и технических устройств в большинстве случаев не приводят к прекращению функционирования объекта в целом, они только снижают уровень эксплуатационных качеств. Например, временное и непродолжительное прекращение подачи тепла в жилое здание во многих случаях не повлечет за собой нарушение теплового комфорта в его помещениях.

Чтобы понять механизм формирования надежности, это свойство объекта рассматривают как совокупность отдельных свойств, определяющих отдельные, наиболее важные черты надежности в целом. К таким характерным свойствам надежности относятся безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Безотказность – это свойство объекта выполнять свои функции в течение заданного времени без перерыва на ремонт. Для зданий и сооружений свойство безотказности является наиболее важным, поскольку именно оно определяет безопасность и функциональный комфорт.

Сохраняемость – способность отдельных элементов противостоять отрицательному влиянию неудовлетворительного хранения, транспортировки, старению до монтажа, а также здания в целом до ввода в эксплуатацию и во время ремонтов.

Долговечность – это свойство объекта выполнять свои функции до наступления предельного состояния с возможными перерывами  в работе. Долговечность представляет собой сумму всех временных участков, на которых объект работоспособен и находится в состоянии отказа i; она количественно определяется средним сроком службы объекта      Т_ср = ∑ tⁱ_раб + ∑ t^j_отк.

Ремонтопригодность – это приспособленность объекта к восстановлению после отказа. Мерой ремонтопригодности является среднее время восстановления его работоспособности.

3. Отказы несущих и ограждающих конструкций. Начальный период эксплуатации зданий. Приработка. Вероятность отказов и безотказной работы.

Отказ – это событие, заключающееся в потере работоспособности конструкции или инженерной системы.

За безотказность принимают отношение числа однотипных элементов, которые за данных промежуток времени могут работать безотказно, к общему числу этих элементов:

P = n₀/n,

где Р – безотказность элемента;

Причиной возникновений отказов является превышение действующими нагрузками критических значений, предельно допустимых для данного материала или элемента.

Знание физики отказов необходимо для правильного выполнения проектирования и проведения эксплуатации конструкций, поскольку позволяет:

— сделать правильный выбор материалов и коэффициентов запаса;

— предусмотреть необходимые конструктивные меры уменьшения изменений синейных расширений и сужений, для разных участков конструкций при влиянии температуры, влажности и других внешних факторов;

— предусмотреть необходимые регулировочные и контрольные органы для оценки и корректировки параметров, для устранения влияния времени работы, защитных мер от влияния внешних факторов: температуры, давления и т.д;

— учесть влияние режимов и условий работы конструкции на надежность в отношении отсутствия ее отказов и надежность в отношении отсутствия параметрических (постепенных) отказов.

Безотказность характеризует продолжительность тех интервалов, в течение которых объект является работоспособным – tⁱ_раб. Количественно безотказность определяют показателем вероятности безотказной работы P (t). Этот показатель означает, что на отрезке времени [0,t] не наступит отказ объекта, т.е. заранее неизвестное, случайное время безотказной работы объекта Т окажется больше заданного времени t: Р(t) = Р (Т> t). Противоположное вероятности безотказной работы, понятие – вероятность отказа, рассчитывается по формуле  F(t) = 1 — P(t) = P (T<t) означает, что отказ объекта наступит до заданного времени t.

На практике происходит уменьшение интенсивности отказов конструкций и инженерного оборудования вскоре после ввода объекта в эксплуатацию. Это явление вызвано так называемыми приработочными отказами (I-й этап эксплуатации, рис. 1), которые обусловлены дефектами при изготовлении и монтаже конструкций, устраняемыми во время гарантийного срока.

С увеличением продолжительности работы интенсивность приработочных отказов уменьшается и остается на определенное время практически постоянной. В период нормальной работы (II-й этап эксплуатации, рис. 2) отказы возникают, прежде всего, по случайным причинам, например, из-за внешних силовых воздействий, не предусмотренных в проекте. Вследствие процесса износа конструкций,  вызванной коррозией материала, усталостью и т.п., рано или поздно наблюдается нарастание интенсивности отказов. Этот этап эксплуатации здания называется периодом старения (III-й этап эксплуатации, рис. 1).

Конструкции зданий проектируют с определенным запасом. Поэтому при возникновении первых признаков нарушения работоспособности происходит перераспределение усилий между оставшимися работоспособными частями конструкции. Такое явление называют структурной избыточностью. Если посредством ремонта приостановлено развитие дальнейшего разрушения конструкции, то объект в целом будет находиться в работоспособном состоянии. Своевременное устранение отдельных дефектов создает определенный резерв, называемый временной избыточностью.

Рис. 1 Распределение отказов в элементах здания в течении периода их эксплуатации

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

zinref.ru