Долговечность каменных и армокаменных конструкций

Важной причиной, снижающей  прочность и упругость каменной кладки, является неравномерная плотность  и усадка раствора. Частичное заполнение раствором вертикальных швов не приводит к снижению прочности кладки, однако уменьшает ее трещиностойкость и  монолитность.

Вертикальные швы и  отверстия в пустотелых камнях нарушают монолитность кладки и вызывают концентрацию растягивающих и сдвигающих напряжений у верхнего и нижнего концов щелей. Поэтому прочность кладки из пустотелых камней снижается на 15-20 % (за исключением  дырчатого

 

кирпича и керамических камней с щелевидными пустотами).

Среди возможных причин возникновения  дефектов следует выделить механические, динамические, коррозионные, температурные, влажностные воздействия, а также  дефекты, обусловленные неравномерностью деформаций оснований. Последние могут  быть вызваны как разностью степени  загружения соседних участков стен (например, торцевых - самонесущих и продольных - несущих), так и разностью, технологических  условий на смежных участках, а  также следствием вымывания грунта из-под фундамента грунтовыми водами, замачивания просадочных грунтов  и др.

Важным этапом обследования каменных конструкции является установление деформативно-прочностных характеристик  кладки. Обнаруженные в несущих каменных конструкциях трещины следует оценивать  с позиции работы кладки над нагрузкой  при сжатии. Различают четыре стадии работы кладки при сжатии, приведенные  на рис. 1.

Рис. 1. Стадии работы кладки при сжатии

F - усилие в кладке; Fcrc - усилие в кладке, при котором  образуются трещины; Fu - разрушающее  усилие

 

Первая стадия работы каменных конструкций при усилии в кладке F меньше усилий Fcrc, при котором не образуются трещины, свидетельствует  о нормальном состоянии конструкций. Вторая стадия при F=Fcrc характеризует  удовлетворительное состояние конструкций; третья стадия при Fcrc<F<Fu характеризует  неудовлетворительное состояние конструкций; четвертая стадия при F=Fu характеризует  предаварийное или аварийное  состояние конструкций (Fu - разрушающее  усилие).[8]

 

3. Методы оценки каменных и армокаменных конструкций.

 

В настоящее время наряду со строительством зданий и сооружений и сооружений различного назначения с применением сборных и монолитных железобетонных конструкций все  более широко применяются каменные и армокаменные конструкции. Этому  способствуют как большие запасы природных камней, таки материалов для искусственных камней и наличие  развитой промышленности этих строительных материалов.

Оценка состояния каменных и армокаменных конструкций может  производиться, также как для  большинства других строительных конструкций  по  внешним признакам. Для этого  разработан ряд универсальных рекомендаций.

Общая оценка надежности и  технического состояния различных  инженерных сооружений в зависимости  от имеющихся у них характерных  повреждений с учетом значимости отдельных видов конструкций  представлена в табл. 1.

 

 

 

 

Таблица 1. Оценка состояния каменных и армокаменных конструкций по внешним признакам

Категория состояния конструкции	Признаки силовых воздействий  на конструкцию	Признаки воздействия  внешней среды на конструкцию
1	2	3
1	Трещины в отдельных кирпичах, не пересекающие растворные швы.
2	Волосные трещины, пересекающие не более двух рядов кладки (длиной 15 - 18 см).
3	Волосные трещины, при  пересечении не более четырех  рядов кладки при числе трещин не более четырех на 1 м ширины (толщины) стены, столба или простенка. Вертикальные и косые  трещины (независимо от величины раскрытия), пересекающие не более двух рядов  кладки.	Размораживание и выветривание кладки, отслоение облицовки на глубину  до 15 % толщин.
4	Вертикальные и косые  трещины в несущих стенах на высоту не более четырех рядов кладки. Образование вертикальных трещин между  продольными и поперечными стенами, разрывы или выдергивания отдельных стальных связей и анкеров крепления стен к колоннам и перекрытиям. Местное (краевое) повреждение кладки на глубину до 2 см под опорами ферм, балок и перемычек в виде трещин и лещадок; вертикальные трещины по концам опор, пересекающие не более двух рядов кладки.	Размораживание и выветривание кладки, отслоение облицовки за глубину  до 25 % толщины. Наклоны и выпучивание  стен и фундаментов в пределах этажа не более чем на 1/6 их толщины. Смещение плит перекрытий на опорах не более 1/5 глубины заделки, но не более 2 см.
5	Вертикальные и косые  трещины в несущих стенах и  столбах на высоту более четырех  рядов кладки. Отрыв продольных стен от поперечных в местах их пересечения, разрывы или выдергивания стальных связей и анкеров, крепящих стены  к колоннам и перекрытиям. Повреждение  кладки под опорами ферм, балок  и перемычек в виде трещин, раздробления камня или смещения рядов кладки по горизонтальным швам на глубину  более 2 см; образование вертикальных или косых трещин, пересекающих более двух рядов кладки.	Размораживание и выветривание кладки на глубину до 40 % толщины. Наклоны  и выпучивание стен в пределах этажа на 1/3 их толщины и более  смещение (сдвиг) стен, столбов и  фундаментов по горизонтальным швам. Смещение плит перекрытий на опорах более 1/5 глубины заделки  в стене.

 

[6]

4. Bыбор методов контроля прочности бетона построенных сооружений

 

В последние годы популярность и доступность различных методов  контроля прочности бетона и реализующих  их приборов резко возросла. И несмотря на требования нормативных документов, резко ограничивающие возможность  применения большинства методов  для использования в ходе обследования конструкций зданий и сооружений, в том или ином объеме они применяются  большинством организаций.

Необходимо уточнить, что  в данной статье речь идет только о  прочности бетона на сжатие и далее  под "прочностью" понимается именно этот параметр бетона.

Рассмотрим следующие  вопросы.

1. Какие методы определения  (оценки) прочности бетона применяются  и какие наиболее доступны?

2. Каковы параметры основных  применяемых методов с точки  зрения стоимости оборудования, производительности и погрешности  измерений?

3. Какие методы в реальных  условиях объектов обследования, с учетом сложившейся на рынке  ситуации, можно применять, соблюдая  требования норм.

Условно все применяемые  методы можно разделить на 3 группы, представленные на рис.2.

 

 

 

 

Рис. 2. Классификация методов контроля прочности бетона

 

Результаты, полученные методами первой группы, являются наиболее соответствующими истинному значению прочности материала  по следующим причинам. Во-первых, измеряется именно искомый параметр - усилие, соответствующее  разрушению при сжатии. Во-вторых, исследуется  образец материала, изъятый из тела конструкции, а не только из поверхностного слоя. В-третьих, влияние на результат  измерения внешних факторов: влажность, армирование, дефекты поверхностного слоя и прочих, - можно свести к  минимуму.

Однако данный подход для  рядовых объектов на практике применяется  крайне редко. Это обусловлено тремя  основными причинами: высокая стоимость  оборудования, большая трудоемкость процесса измерения и, следовательно, его себестоимость и локальное повреждение конструкций, которое в большинстве случаев заказчик не приемлет.

Подсчитаем оценочную  стоимость необходимого для первого  вида измерений оборудования. Учитывая, что метод выбуривания кернов по сравнению с отбором проб выпиливанием характеризуется меньшей трудоемкостью  и повреждением, наносимым конструкции, рассмотрим оборудование именно для  него.

Рассмотрим комплект оборудования, доступного на рынке, со средним качеством  и минимальными необходимыми параметрами. В минимальный комплект можно  включить: перфоратор (Bosch GBH 2-26), установка  алмазного сверления для отбора кернов диаметром до 100 мм (Husqvarna DMS 160A), камнерезный станок (Diam SK-600) и пресс  гидравлический (ПГМ-1000МГ4). Данные сведены  в таблицу 1.

Трудозатраты для выполнения измерений будут состоять из выбуривания  трех кернов (согласно п. СП 13-102 [6] для  определения прочности одного конструктивного  элемента), доставки с объекта в  лабораторию (в расчет взят 1 ч), торцовки на камнерезном станке и испытания  на прессе с последующей обработкой результатов.

Для всех методов контроля, указанных на рис.1, по требованиям  ГОСТов [1,2,3] необходимо до выполнения измерений (отбора проб) определить наличие  и расположение арматуры. Данная операция, как правило, выполняется магнитным  методом по ГОСТ 22904 [7]. Эта составляющая в затраты на приборное обеспечение  и трудоемкость не включена.

Подсчитаем оценочную  стоимость необходимого для второго  вида измерений оборудования. Расчет выполнен для метода отрыва со скалыванием, так как в отличие от методов  отрыва и скалывания ребра, данный метод  в отечественной практике обследования нашел наибольшее применение.

В минимальный комплект можно  включить перфоратор (Bosch GBH 2-26) и прибор для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием (ПОС-50МГ4). Трудозатраты для выполнения измерения  методом отрыва со скалыванием будут  состоять из бурения шпура, закладки анкера и проведения измерения. Количество единичных измерений для определения  прочности бетона участка конструкции  должно быть не менее трех [4,6]. Данные представлены в таблице 1.

Во всех косвенных неразрушающих  методах контроля прочности для  реализации достаточно наличия самого прибора контроля. Трудоемкость состоит  непосредственно из измерений того или иного параметра (отскок, скорость ультразвука, диаметр отпечатка  и пр.) после выполнения надлежащего  количества измерений.

Измерение прочности методом  пластической деформации характеризуется  большей трудоемкостью, так как  помимо нанесения отпечатков на поверхность  бетона конструкции необходимо производить  измерение их диаметров и дальнейший расчет их отношения (при использовании  молотка Кашкарова).

 

Таблица 2. Сводные данные по методам измерения

№ по рис.1	Метод измерения	Стоимость оборудования, руб.	Трудоемкость*, чел/ч	Стоимость испытания**, руб.
2	Испытание кернов на прессе	494000	4	12000
2.2	Отрыв со скалыванием	67000	1	5000
3.1	Ультразвуковой метод	65000	0,1	1500
3.2	Метод упругого отскока	25000	0,2	1500
3.3	Метод ударного импульса	35000	0,2	1500
3.4	Метод пластической деформации	4000	0,5	2000

Исходя из данных, представленных в таблице 1, можно сделать вывод  о том, что приборы третьей  группы характеризуются очевидными преимуществами. Они обладают наименьшей трудоемкостью и, соответственно, стоимостью единичного испытания. Величина инвестиций в приобретение оборудования также  минимальна по сравнению с методами 1 и 2 групп. Помимо этого все косвенные методы контроля являются полностью "неразрушающими" и не наносят повреждений бетону конструкций при измерениях.

Именно эти факторы  являются основной причиной большой  популярности методов группы 3 у  различных организаций, занимающихся обследованием и испытаниями  бетона. Особенно это относится к  фирмам, стремящимся минимизировать расходы на оборудование, либо "молодым" организациям, а также к организациям, основной целью которых является не качество выполненной работы.

Рассмотрим другую сторону  проблемы.

Согласно п.3.14 ГОСТ 22690 [2], "для определения прочности  бетона в конструкциях предварительно устанавливают градуировочную зависимость  между прочностью бетона и косвенной  характеристикой прочности (в виде графика, таблицы или формулы)". Применение методов упругого отскока, ударного импульса или пластической деформации при обследовании конструкций, бетон которых обладает параметрами, отличающимися от бетона, на котором  построена градуировочная зависимость (то есть всегда), возможно только с  уточнением данной зависимости. Уточнение  зависимости подразумевает испытание  бетона методом группы 2 или 1.

Согласно п.3.16. ГОСТ Р 53231 [4], использование всех косвенных  методов контроля (группа 3) возможно только с построением градуировочной зависимости.

Согласно п.8.3.1 и Приложению Б СП 13-102 [6], определение прочности  бетона выполняется неразрушающими методами в соответствии с ГОСТ 22690 [2], и без построения градуировочной зависимости может быть выполнено  только методами отрыва со скалыванием, отрыва, скалывания ребра и по испытанию  отобранных образцов.

Иными словами, применять  все методы контроля прочности, входящие в группу 3 (рис.1), без построения градуировочной зависимости НЕЛЬЗЯ, а построение зависимости ведет  к неизбежному использованию  методов группы 1 или 2. По результатам анализа отчетов сторонних организаций, а также общения с коллегами из различных регионов России можно утверждать, что в отечественной практике обследования указанными нормами пренебрегает большинство организаций. Почему так происходит, описано выше.

Рассмотрим, чем вызвано  такое категоричное требование норм по отношению к косвенным неразрушающим  методам контроля.

Во-первых, это большая неопределенность (погрешность) результатов измерения фиксируемого параметра. Помимо наличия приборной составляющей погрешности (износ пружины, низкий заряд аккумуляторов и т.п.), которая вносит определенный вклад в результирующую погрешность, превалирующую роль играют многочисленные внешние факторы [8]. К ним относятся: