Дефекты монолитных железобетонных конструкций

Несветайло В.М., кандидат технических наук
ГБУ ЦЭИИС (подразделение строительного надзора г. Москвы)

Причины возникновения дефектов в конструкциях и изделиях

При изготовлении железобетонных изделий на заводах сборного железобетона как правило применяются малопластичные бетонные смеси с осадкой конуса не более 10 сантиметров. Такие смеси имеют высокую связность, в них практически отсутствует расслоение и водоотделение. Они однородны по плотности и позволяют получать высококачественные поверхности вплоть до зеркальной. 

Современная же технология возведения монолитных железобетонных конструкций предполагает применение высокопластичных и литых бетонных смесей с осадкой конуса 16 - 24 сантиметра. Эти смеси весьма склонны к расслоению и водоотделению. По этой причине при укладке такие смеси образуют объемные зоны(участки) разной плотности. 

Кроме того, они содержат много вовлеченного воздуха, который при контакте с опалубкой остается на ней и после затвердевания бетона оставляет на поверхности бетона раковины различного размера. Прилипанию воздушных пузырьков способствуют гидрофобные свойства смазки и ее густая консистенция.

Классификация 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 железобетонных конструкций и изделий можно разделить на поверхностные и внутренние. 

К поверхностным дефектам можно отнести неконструкционные (усадочные) трещины, инородные включения, сколы ребер конструкций, неровности, отсутствие защитного слоя, пустоты и раковины, увлажнение и фильтрация влаги в зимний период, высолы, масляные и ржавые пятна. 

К внутренним дефектам можно отнести пустоты и объемные недоуплотненные зоны(участки) в теле бетона, конструкционные(силовые) трещины, неперпендикулярное расположение швов бетонирования относительно вертикальной оси конструкций, отсутствие контакта между слоями бетона в рабочих швах бетонирования.

Пустоты и недоуплотненные зоны(участки) в теле бетона могут образовываться из-за преждевременного схватывания или ускоренного загустевания бетонной смеси, особенно если железобетонная конструкция имеет высокую степень армированиия. Раковины на поверхности могут образовываться при защемлении воздуха на границе с опалубкой если смазка на опалубке имеет гидрофобные свойства. 

Отсутствие защитного слоя бетона как правило образуется из-за неправильной установки опалубки. Усадочные трещины на поверхности конструкции могут образовываться в зимний период при резком охлаждении нагретого бетона в момент снятия опалубки. Отсутствие контакта поверхностей в шве бетонирования может быть обусловлено длительным перерывом при укладке смеси в конструкцию. 

Неперпендикулярное расположение швов бетонирования относительно вертикальной оси конструкции является следствием нарушения предписанной технологии бетонирования. Силовые трещины могут образовываться из-за просадки грунта либо преждевременного нагружения конструкций.

Анализ дефектности монолитных железобетонных конструкций выявляемых нашей организацией в процессе проведения проверок качества строительства показал, что в общем объеме дефектов чаще всего встречаются недоуплотнённые участки бетона (около 30%), трещины различного характера (около 20%) и дефекты швов бетонирования (около 20%).

Методики выявления дефектов

Наша организация (МосГосСтройнадзор) при выявлении дефектов монолитных железобетонных конструкций в основном придерживается методик изложенных в сводах правил СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» и СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» с некоторыми уточнениями учитывающими специфику инспекционного контроля. 

Для получения более достоверной картины дефектности обследованных монолитных конструкций наша организация разделяет выявленные дефекты по степени их опасности на малозначительные, значительные и критические. 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 зоны. 

Следует отметить, что требования к железобетонным конструкциям с точки зрения дефектности значительно более строги к заводским железобетонным изделиям, чем к монолитным конструкциям (смотри нижеприведенную таблицу) хотя по сути они должны быть одинаковыми. Это можно объяснить более высоким уровнем заводских технологий изготовления железобетонных изделий достигнутым на данный момент, в том числе за счет механизации и автоматизации.

Оборудование для инструментального измерения дефектов

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 нами используются как набор щупов так и микроскоп с ценой деления 0,02мм. 

Это позволяет с высокой степенью достоверности отнести трещины к опасным либо малоопасным. С этой же целью нашей организацией производится измерение глубины трещин с помощью ультразвуковых приборов. Для измерения размеров раковин используется линейка и штангенциркуль, а для измерения размеров недоуплотненных участков, посторонних включений и оголения арматуры - рулетка. Для измерения глубины околов ребер используются линейка и угольник. Остальные дефекты выявляются визуально.

Предложения по совершенствованию методик контроля

Работа по выявлению дефектов в монолитных железобетонных конструкциях на строительных объектах города Москва налажена и проводится нашей организацией в плановом порядке. Однако,

по нашему мнению, необходимо продолжать совершенствовать как методики, так и инструменты контроля. После анализа существующих и применяемых 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 устранимый или неустранимый.
2. При инструментальном определении ширины раскрытия трещин хотелось бы заменить неудобный в строительных условиях микроскоп Бринелля на набор щупов при обеспечении точности измерений с его помощью на уровне 0,02мм (как у микроскопа).
3. Узаконить измерение глубины трещин, поскольку это позволяет отнести выявляемые трещины к конструкционным(влияющим на несущую способность конструкции) либо к не конструкционным (усадочным - не влияющим на несущую способность конструкций). По мнению автора, конструкционными (силовыми) можно считать трещины, имеющие глубину не менее 50% сечения конструкции и сквозные.
4. Оценку качества поверхности монолитных железобетонных конструкций производить только по категориям. Заслуживает рассмотрения также методика оценки качества поверхности, в основу которой положены показатели дифференциальной пористости с ее привязкой кГОСТ13015 (по среднему размеру пор и коэффициенту вариации их размеров).
5. В обязательном порядке контролировать расплыв конуса и водо-отделение бетонных смесей.
6. Провести исследования по возможности применения ультразвукового метода определения наличия или отсутствие контакта слоев бетона в рабочем шве бетонирования, а также возможности определения границ недоуплотненных зон (участков) в теле конструкции.

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. Использование гидрофильной смазки с ее нанесением 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 шлако-портландцемента, который содержит до 80% молотого доменного шлака.
4. Восстановление консистенции бетонных смесей перед их укладкой производить исключительно при помощи дополнительного введения пластификатора.
5. Заказывать бетонную смесь на 1 класс выше требуемой. В этом случае за счет повышения содержания цемента он будет выполнять роль микронаполнителя и снизит водоотделение и расслаиваемость бетонных смесей, что в свою очередь снизит дефектность затвердевшего бетона
6. При изготовлении бетонных смесей в обязательном порядке вводить в них тонкомолотый компонент (минеральную добавку) по примеру стран, в которых ввод в бетонные смеси тонкомолотых компонентов закреплен на законодательном уровне.

Снижение дефектности за счет новой технология приготовления бетонных смесей

Во всем мире считается, что качественные бетонные смеси должны содержать мелкодисперсные компоненты в виде цемента и инертного микронаполнителя такой же степени дисперсности в количестве от 500 до 600 кг на кубометр. Однако в России бетонные смеси содержат в качестве мелкодисперсного компонента исключительно цемент в количестве от 300 до 400 кг на кубометр.

По мнению автора, именно это в значительной мере обуславливает появление дефектов как на поверхности, так и внутри монолитных железобетонных конструкций. Кроме того, общепринятым решением проблемы снижения дефектности монолитных железобетонных конструкций считается применение самоуплотняющихся бетонных смесей. Однако из-за сложности их приготовления и высокой стоимости в России они применяются очень редко.

Альтернативой самоуплотняющимся бетонам может служить разработанная автором двухстадийная технология приготовления бетонных смесей. По этой технологии предлагается разделить процесс приготовления бетонных смесей на два этапа. На первом этапе предлагается смешивать часть компонентов бетонной смеси в сухом виде, а именно цемент, минеральный наполнитель и пластификатор с получением в итоге трехкомпонентного цемента. 

На втором этапе предлагается смешивать полученный трехкомпонентный цемент с песком, щебнем и водой в обычном бетоносмесителе. 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 500мм). 

В предлагаемой технологии на первом этапе для смешивания может быть использован как смеситель для изготовления сухих смесей, так и шаровая мельница. В случае использования 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 затруднительно получение категории их поверхности выше А6.
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.