МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Технология строительного производства» ТЕХНОЛОГИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Практикум Минск БНТУ 2013 1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Технология строительного производства» ТЕХНОЛОГИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Практикум для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» Минск БНТУ 2013 2 УДК 69.059.7(076.5) ББК 38.7-09я7 Т38 С о с т а в и т е л и : С. Н. Леонович, Н. Л. Полейко, Д. Ю. Снежков Р е ц е н з е н т ы : С. Н. Ковшар, Г. П. Пастушков Т38 Технология реконструкции зданий и сооружений : практикум для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и граж- данское строительство» / сост.: С. Н. Леонович, Н. Л. Полейко, Д. Ю. Снежков. – Минск : БНТУ, 2013. – 118 с. ISBN 978-985-550-060-6. Практикум подготовлен в соответствии с программой дисциплины «Технология реконструкции зданий и сооружений» на кафедре «Технология строительного про- изводства» Белорусского национального технического университета. В издании освещен перечень основных видов работ, выполняемых при текущем и капитальном ремонтах, при модернизации зданий и сооружений, а также при рес- таврации материальных недвижимых историко-культурных ценностей. Приводится классификация причин, вызывающих необходимость усиления строительных конст- рукций, а также классификация способов их усиления. Также указываются харак- терные деформации зданий и сооружений при изменении условий строительства и эксплуатации, освещаются некоторые вопросы строительного материаловедения при выполнении строительно-монтажных работ. УДК 69.059.7(076.5) ББК 38.7-09я7 ISBN 978-985-550-060-6 © Белорусский национальный технический университет, 2013 3 СОДЕРЖАНИЕ Введение………………………………………………………….. 3 Практическая работа № 1. Основные виды работ по реконструкции зданий и сооружений……………………….. 4 Практическая работа № 2. Арматура железобетонных конструкций, применяемая при реконструкции зданий и сооружений……………………………………………………... 22 Практическая работа № 3. Электроды для дуговой сварки арматуры в строительстве……………………………………….. 46 Практическая работа № 4. Контроль качества строительного раствора в построечных условиях при реконструкции зданий и сооружений…………………………………………….. 53 Практическая работа № 5. Способы разрушения бетонных, железобетонных и каменных конструкций при реконструкции зданий и сооружений…………………………………………….. 59 Практическая работа № 6. Классификация причин, вызывающих необходимость усиления строительных конструкций………………………………………………………. 66 Практическая работа № 7. Классификация способов усиления, применяемых при реконструкции зданий и сооружений……………………………………………………... 77 Практическая работа № 8. Оценка дефектов и повреждений железобетонных конструкций по характеру образования и раскрытия силовых трещин……………………………………. 83 Практическая работа № 9. Физический и моральный износ зданий и сооружений…………………………………………….. 102 Практическая работа № 10. Использование ультразвукового импульсного метода для определения прочности бетона эксплуатируемых железобетонных конструкций………………. 108 4 ВВЕДЕНИЕ В процессе подготовки студентов по дисциплине «Технология реконструкции зданий и сооружений» формируются знания о тех- нологических методах, средствах реконструкции зданий и сооруже- ний, принципах анализа и организации инженерной деятельности. Возрастающая интенсификация строительных процессов усили- вает роль знаний характеристик исходных материалов и конечной продукции, параметров технологического цикла. Инженер, являясь непосредственным руководителям работы, дол- жен владеть теоретическими основами строительного материаловеде- ния, позволяющими глубже усвоить обобщающие фундаментальные положения теоретического курса, понять смысл требований техниче- ских нормативно-правовых актов (ТНПА), предъявляемых к материа- лам, и ограничений к их применению в конструкциях, различающихся по назначению и условиям эксплуатации. Реконструкция зданий и сооружений является приоритетным на- правлением решения важнейших задач градостроительства и ре- формирования жилищно-коммунального хозяйства и производст- венных мощностей. Разработка эффективных методов и новых тех- нологий реконструкции жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих повышение их долговечности, эксплуата- ционной надежности, комфортности и энергоресурсосбережения, является весьма актуальной. Материалы практикума посвящены решению практических во- просов, возникающих при выполнении работ по реконструкции зданий и сооружений. 5 Практическая работа № 1 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ РАБОТ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Цель работы: ознакомиться с перечнем основных видов работ, выполняемых при реконструкции зданий и сооружений. Содержание работы Реконструкция – это комплекс технических мероприятий, на- правленных на переустройство объектов основного, вспомогатель- ного и обслуживающего назначения с целью увеличения производ- ственных мощностей в более короткие сроки по сравнению с новым строительством, позволяющий временно устранить или снизить мо- ральный износ здания. Реконструкция зданий представляет собой их переустройство с изменением назначения, внутреннего или внешнего вида. При ре- конструкции здания, кроме работ по капитальному ремонту, выпол- няются работы, связанные с новым строительством. Вместе с тем при капитальном ремонте и реконструкции могут выполняться од- нотипные работы. Однако следует правильно квалифицировать те или иные работы: либо ремонт, либо реконструкция зданий. Ремонт зданий и сооружений может быть текущий и капиталь- ный. Текущий ремонт может быть плановый (профилактический) и непредвиденный (экстренный ликвидационный, в срочном порядке) и позволяет восстанавливать работоспособность отдельных элементов здания, повысить их технологичность. Капитальный ремонт – это комплекс технических мероприятий, направляемых на восстановле- ние первоначальных эксплуатационных качеств как зданий и соору- жений в целом, так и отдельных конструкций. Капитальный ремонт может быть выборочным либо комплексным и относится к ремонтно- восстановительным работам, проведение которых позволяет восста- новить работоспособность всего здания в целом. 6 1.1. Перечень основных видов работ, выполняемых при текущем ремонте зданий и сооружений 1. Основные виды работ для фундаментов стен подвальных по- мещений: 1) заделка и расшивка стыков, швов, трещин, восстановление отдельных мест облицовки стен со стороны подвальных помеще- ний, цоколей; 2) ремонт входов в подвал, окон, приямков; 3) восстановление отдельных участков гидроизоляции стен подвальных помещений; 4) пробивка (заделка) отверстий, гнезд, борозд; 5) устройство (заделка) вентиляционных продухов, патрубков; 6) замена отдельных участков отмостки по периметру здания, сооружения; 7) герметизация вводов в подвальные помещения и техниче- ские подполья; 8) устройство маяков на стенах для наблюдения за деформациями. 2. Основные виды работ для стен: 1) заделка трещин, расшивка швов, восстановление облицовки отдельных участков площадью до 2 м2; 2) герметизация стыков элементов полносборных зданий и за- делка выбоин и трещин на поверхности блоков и панелей; 3) пробивка (заделка) отверстий, гнезд, борозд; 4) смена отдельных венцов, элементов каркаса, укрепление, уте- пление, конопатка пазов, смена участков обшивки деревянных стен; 5) закладка проемов в стенах; 6) постановка на раствор отдельных выпавших камней; 7) утепление промерзающих участков стен (устранение сыро- сти и продуваемости) в отдельных помещениях (по стояку или в одном уровне квартиры) с разработкой проектной документации и согласованием ее с местными исполнительными и распорядитель- ными органами в области архитектурной деятельности; 8) прочистка и ремонт вентиляционных каналов и вытяжных устройств. 3. Основные виды работ для перекрытий: 1) временное крепление перекрытий; 7 2) частичная замена и усиление отдельных элементов дере- вянных перекрытий (участков межбалочных заполнений, дощатой подшивки, отдельных балок), восстановление засыпки и смазки; антисептирование и огнезащита древесины; 3) заделка швов в стыках сборных железобетонных перекрытий; 4) заделка выбоин и трещин в железобетонных конструкциях; 5) утепление верхних полок стальных балок и их окраска; 6) утепление на отдельных участках чердачных перекрытий. 4. Основные виды работ для крыш: 1) замена отдельных лежней, мауэрлатов и обрешетки; 2) антисептическая и огнезащита деревянных конструкций; 3) все виды работ по устранению мелких неисправностей крыши; 4) укрепление и частичная замена водосточных труб и покры- тий мелких архитектурных элементов фасада; 5) ремонт (частичная замена: не более 40 %) отдельных участ- ков кровель или покрытий кровель, включая узлы примыкания к вертикальным поверхностям; 6) частичная замена парапетных плит, пожарных лестниц, стремянок, гильз, ограждений крыш, устройств заземлений, анке- ров, антенн для радио- и телевизионных антенн; 7) устройство или восстановление защитного слоя рулонных и мастичных кровель; 8) восстановление гидроизоляции отдельных элементов кровли; 9) замена или ремонт выходов на крышу, слуховых окон и специальных люков. 5. Основные виды работ для оконных и дверных заполнений, светопрозрачных конструкций: 1) замена заполнений дверных проемов, восстановление от- дельных элементов оконных, витражных и витринных заполнений, частичная замена (не более 40 %) в здании заполнений оконных и витражных проемов при их износе 60 % и более; 2) установка приборов для самозакрывания дверей, пружин, упоров; 3) замена оконных и дверных приборов; 4) замена разбитых стекол, стеклоблоков; 5) врезка форточек и открывающихся фрамуг; 6) установка противопожарных дверей и люков. 8 6. Основные виды работ для перегородок: 1) укрепление, усиление, замена отдельных участков деревян- ных перегородок; 2) заделка трещин в плитных перегородках, перекладка от- дельных участков; 3) улучшение звукоизоляционных свойств перегородок (за- делка сопряжений со смежными конструкциями и другие работы). 7. Основные виды работ для лестниц, балконов, крылец, зонтов, козырьков над входами в подъезды и балконами верхних этажей: 1) заделка выбоин, трещин ступеней и площадок; 2) замена отдельных ступеней, проступей, подступенков; 3) ремонт плит балконов (заделка выбоин, трещин), замена и укрепление металлических перил, балконных решеток, экранов балконов и лоджий; 4) частичная замена элементов деревянных лестниц; 5) частичная или полная замена поручней лестничных и бал- конных ограждений; 6) ремонт входов в здание. 8. Основные виды работ для полов: 1) замена или ремонт покрытия пола в отдельных помещениях без изменения конструкции; 2) замена (устройство) гидроизоляции полов в отдельных са- нитарных узлах с полной сменой покрытия; 3) заделка выбоин, трещин в цементных, бетонных, асфальто- вых полах и основаниях под полы; 4) сплачивание дощатых полов; 5) устранение просадки пола первого этажа по грунту. 9. Основные виды работ для печей: 1) все виды работ по устранению неисправностей печей и ды- моходов, перекладка их в отдельных квартирах; 2) перекладка отдельных участков патрубков, боровов. 10. Основные виды работ для внутренней отделки: 1) восстановление штукатурки и облицовки стен и потолков, в том числе подвесных отдельными местами; 2) выравнивание стен и потолков с применением листовых и погонажных материалов; 3) восстановление и укрепление лепных декоративных деталей; 4) все виды малярных работ; 9 5) приведение отделки стен и потолков на путях эвакуации в соответствие с требованиями ТНПА. 11. Основные виды работ для наружной отделки: 1) пескоструйная очистка, промывка, окраска участков фасадов; 2) восстановление участков штукатурки и облицовки; 3) укрепление и снятие с фасада угрожающих падением ар- хитектурных деталей, облицовочных плиток, отдельных кирпичей; восстановление лепных деталей; 4) наружная окраска окон, дверей, ограждений балконов, па- рапетных решеток, водосточных труб, пергол, цоколя; 5) восстановление домовых знаков, аншлагов; 6) ремонт фасадов, улучшение архитектурной выразительно- сти фасадов. 12. Основные виды работ для отопления: 1) смена отдельных участков трубопроводов, секций отопи- тельных приборов, отдельных неразборных отопительных приборов (пластинчатых и других), запорной и регулирующей арматуры, гря- зевиков, элеваторных узлов; 2) установка (при необходимости) воздушных кранов; 3) утепление труб, приборов, расширительных баков; 4) перекладка обмуровки котлов, дутьевых каналов, боровов дымовых труб (в котельной); 5) смена отдельных секций у чугунных котлов, арматуры, контрольно-измерительных приборов, колосников; 6) замена электромоторов или насосов малой мощности; 7) восстановление частично разрушенной тепловой изоляции; 8) гидравлическое испытание и промывка системы; 9) промывка отдельных отопительных приборов внутридомо- вого стояка; 10) регулировка и наладка систем отопления; 11) установка и замена приборов учета и регулирования теп- ловой энергии при локальном выполнении этих работ. 13. Основные виды работ для вентиляции: 1) смена отдельных участков и устранение неплотностей вен- тиляционных коробок, шахт, камер, воздуховодов; 2) ремонт и замена вентиляторов, воздушных клапанов и другого оборудования; 3) ремонт, замена, установка дефлекторов, оголовков труб; 10 4) ремонт и накладка систем автоматического пожаротуше- ния, дымоудаления, сигнализации. 14. Основные виды работ для водопровода, канализации, горяче- го водоснабжения (внутридомовых систем): 1) уплотнение соединений, устранение течи, утепление, ук- репление трубопроводов, замена отдельных участков трубопрово- дов, фасонных частей, сифонов, трапов, ревизий, восстановление разрушенной теплоизоляции трубопроводов, гидравлическое испы- тание системы (стояков), ликвидация засоров, прочистка дворовой канализации, дренажа; 2) замена отдельных изношенных водоразборных кранов, смесителей душей, запорной арматуры, санитарно-технических приборов и оборудования (умывальников, унитазов и т. д.) в обще- ственных зданиях; 3) утепление, замена арматуры водонапорных баков на чердаках; 4) замена отдельных участков и удлинение водопроводных наружных выпусков для поливки дворов и улиц; 5) замена пожарных кранов; 6) ремонт и замена насосов и электромоторов малой мощности; 7) замена отдельных узлов и водонагревательных приборов для ванн, укрепление и замена дымоотводящих патрубков, очистка водонагревателей и змеевиков от накипи и отложений; 8) прочистка канализации; 9) антикоррозийное покрытие, маркировка; 10) ремонт и замена регулирующей арматуры, контрольно- измерительных приборов; 11) промывка систем водопровода, канализации; 12) установка и замена приборов группового и поквартально- го учета холодного и горячего водоснабжения при локальном вы- полнении этих работ. 15. Основные виды работ для электротехнических и слаботоч- ных устройств: 1) замена неисправных участков электрической сети здания; 2) замена вышедших из строя выключателей, штепселей, ро- зеток и других приборов (кроме жилых помещений); 3) замена светильников, а также оградительных огней и праздничных иллюминаций; 4) замена предохранителей, автоматических выключателей, па- кетных переключателей вводно-распорядительных устройств, щитов; 11 5) замена электродвигателей и отдельных узлов электроуста- новок технических устройств; 6) обеспечение электробезопасности электроплит; 7) ликвидация отказов лифтов и систем диспетчерского кон- троля за их работой; 8) замена и установка автоматических систем контроля за работой центрального отопления внутридомовых сетей связи и сиг- нализации, контрольно-измерительных приборов; 9) подключение технических устройств зданий к районной или объединенной диспетчерским службам; 10) ремонт устройств электрической защиты металлических труб внутридомовых систем центрального отопления и водоснаб- жения от коррозии; 11) ремонт сетей радио, телевидения и телефонизации; 12) восстановление цепей заземления; 13) замена вышедших из строя датчиков, проводки и обору- дования пожарной и охранной сигнализации. 16. Основные виды работ для внешнего благоустройства: 1) ремонт участков тротуаров, проездов, дорожек и площадок; 2) восстановление поврежденных зеленых насаждений, газонов; 3) ремонт, укрепление, замена отдельных участков огражде- ний и оборудования детских игровых, спортивных и хозяйственных площадок, дворовых уборных, мусорных ящиков, площадок и наве- сов для контейнеров-мусоросборников; 4) устройство и ремонт скамеек, установленных на придомо- вых территориях; 5) устройство или замена отмосток, устройство пандусов на крыльцах входов в здания. 17. Прочие работы: 1) укрепление и устройство металлических решеток, ограж- дающих окна помещений; 2) восстановление и устройство новых переходов на чердаке через трубы центрального отопления, вентиляционные короба; 3) замена или укрепление затворов мусоропроводов и мусоро- приемных люков, установка приспособлений для прочистки стволов; 4) наладка всех видов внутридомового оборудования. 12 1.2. Перечень основных видов работ, выполняемых при капитальном ремонте зданий и сооружений Основные виды работ, выполняемые при капитальном ремонте зданий и сооружений: 1) устранение местных деформаций путем перекладки и усиле- ния несущих конструкций зданий и сооружений; 2) перекладка и усиление фундаментов и стен подвалов, не свя- занные с надстройкой здания или дополнительными нагрузками; 3) усиление основания под фундаменты, не связанные с над- стройкой здания или дополнительными нагрузками; 4) восстановление гидроизоляции фундаментов здания; 5) усиление (устройство) фундаментов под оборудование; 6) перекладка и усиление отдельных участков каменных стен и столбов, не связанные с надстройкой здания или дополнительными нагрузками; 7) восстановление или усиление отдельных простенков, перемы- чек, карнизов; 8) защита от шума и вибрации; 9) утепление (устранение сырости и продуваемости) отдельных фрагментов фасадов зданий (торца и др.); 10) укрепление, усиление или замена перегородок; 11) замена участков деревянных перекрытий на несгораемые пе- рекрытия; 12) замена или усиление отдельных участков перекрытий и по- крытий; 13) дополнительное утепление чердачных перекрытий и покрытий; 14) полная замена кровли или покрытия кровли, а также замена не более 40 % площадки кровли здания, в том числе с применением новых материалов; 15) замена покрытия пола с изменением его конструкции при износе 60 % и более; 16) полная замена заполнений оконных проемов здания, а также замена более 40 % оконных проемов здания при их износе более 60 %; 17) утепление вентиляционных шахт; 18) устройство козырьков над входами в подъезды, подвалы и над балконами верхних этажей; 13 19) ремонт и восстановление несущей способности балконов и лоджий; замена ограждений балконов и лоджий; 20) установка дверных кодовых замков и домофонов; 21) усиление лестничных маршей; 22) замена металлических лестниц, поврежденных коррозией; 23) устройство пожарных лестниц; 24) замена подвесных потолков; 25) восстановление придомового благоустройства и озеленение с применением современных материалов и технологий; 26) установка приспособлений для прочистки и санитарной об- работки стволов мусоропроводов; 27) замена неисправных внутренних инженерных систем и обо- рудования зданий и сооружений, мусоропроводов; 28) замена систем газопотребления (трубопроводов, оборудова- ния и т. п.), установка счетчиков газа; 29) замена лифтов и систем диспетчерского контроля за их работой; 30) замена и ремонт изношенных элементов внутриквартирных и наружных инженерных сетей; 31) ремонт и замена установок противопожарной автоматики, систем противодымной защиты и внутреннего противопожарного водопровода; 32) ремонт и устройство заземления, радиоприемных и телеви- зионных антенн; 33) замена и ремонт инженерного оборудования, обеспечиваю- щего потребление коммунальных услуг (вводные устройства, блоч- ные теплопункты, водомерные узлы и др.); 34) работы, выполняемые при текущем ремонте, сопутствующие капитальному ремонту; 35) другие работы, не противоречащие ТКП 45–1.01–4. 1.3. Перечень основных видов работ, выполняемых при модернизации зданий и сооружений Основные виды работ, выполняемые при модернизации зданий и сооружений: 1) переоборудование неэксплуатируемых чердачных помещений в эксплуатируемые; 2) устройство в квартирах кухонь и санитарных узлов; 14 3) расширение жилой площади за счет подсобных помещений; 4) доведение инсоляции жилых помещений до нормативных требований; 5) ликвидация темных кухонь и входов в квартиры через кухни с устройством, при необходимости, встроенных помещений для лест- ничных клеток, санитарных узлов или кухонь; 6) перепланировка помещений без изменения их назначения; 7) устройство неотапливаемых кладовых и погребов под балко- нами и лоджиями первых этажей дома, а не в подвальных помеще- ниях; 8) доведение всех элементов здания до современных нормативных требований по термическому сопротивлению (тепловая модернизация); 9) защита зданий от шума и вибрации; 10) устройство балконов, лоджий, веранд, террас, устройство входов в здания для маломобильных групп населения; 11) устройство лифтов, мусоропроводов, систем пневматическо- го мусороудаления в домах с отметкой лестничной площадки верх- него этажа 11,2 м и выше; 12) полная замена деревянных перекрытий на несгораемые пере- крытия; 13) устройство новых подвесных потолков; 14) полная замена заполнений оконных проемов здания при их износе менее 60 % на изделия с теплотехническими характеристи- ками, отвечающими нормативным требованиям; 15) переустройство крыш (совмещенных – на чердачные, рулон- ных – на инверсионные и т. д.); 16) устройство оконных проемов и отдельных входов в стенах подвалов и цокольных этажей; 17) переоборудование систем отопления; 18) переустройство вентиляции; 19) переоборудование систем наружного газоснабжения; 20) установка приборов учета потребления газа; 21) замена печного отопления на отопление от ТЭЦ, районной котельной, крышной котельной или установка индивидуального отопительного оборудования; 22) оборудование систем холодного и горячего водоснабжения, наружным и внутренним противопожарным водопроводом, отопле- нием, канализацией, газоснабжением с присоединением к сущест- вующим магистральным сетям; 15 23) устройство повысительных насосных станций, тепловых уз- лов, бойлерных; 24) установка бытовых электроплит взамен газовых плит с заме- ной электропроводки и приборов учета; 25) автоматизация и диспетчеризация отопительных котельных, теп- ловых сетей, теплопунктов и инженерного оборудования жилых домов; 26) установка нового технологического оборудования; 27) устройство и доведение до действующих нормативных тре- бований установок пожарной автоматики, систем противодымной защиты и внутреннего противопожарного водопровода; 28) перевод существующей сети электроснабжения на повышен- ные расчетные нагрузки; 29) устройство внутрибытовых слаботочных телефонных, радио- трансляционных сетей и сетей кабельного телевидения; 30) замена инженерных систем при изменении расчетных расходов; 31) устройство новых тамбуров; 32) замена лифтов, влекущая изменение конструктивных реше- ний лифтовой шахты, машинного отделения, количества остано- вочных пунктов, инженерного обеспечения; 33) доведение благоустройства дворовых территорий до дейст- вующих нормативных требований; 34) работы, выполняемые при текущем ремонте, сопутствующие модернизации; 35) другие работы, не противоречащие ТКП 45–1.01–4. 1.4. Перечень основных видов работ, выполняемых при реставрации материальных недвижимых историко-культурных ценностей 1. Основные виды работ для фундаментов: а) столбчатых деревянных: – полная или частичная замена столбов с вывешиванием стен и антисептированием древесины; – замена деревянных столбов на отдельные каменные (бетонные) столбы или на ленточный фундамент; б) каменных столбчатых и ленточных, цоколей: – заделка и расшивка швов и трещин, частичное восстановление деструктированных участков подземной части фундаментов и цоколя; 16 – устройство горизонтальной и вертикальной гидроизоляции, дренажных систем; – укрепление подземной части бутовых и кирпичных фундамен- тов монолитным железобетоном; – укрепление подземной части бутовых и каменных фундамен- тов и цоколя методом инъектирования; – поэтапная перекладка фундаментов, утративших способность, с вывешиванием стен; – раскрытие заложенных проемов, устройство отверстий для вво- да инженерных коммуникаций с их последующей герметизацией; – воссоздание отдельных участков отмостки или ее устройство по периметру здания; – воссоздание или ремонт приямков и входов в подвалы здания; – увеличение глубины заложения фундаментов; – укрепление фундамента путем устройства корневидных буро- инъекционных свай. 2. Основные виды работ для стен, колонн и перегородок: а) деревянных каркасных, рубленых бревенчатых и брусчатых: – затирка трещин в штукатурке, ремонт обшивки; – ремонт штукатурки и замена отдельных досок обшивки; – утепление промерзаемых и продуваемых участков стен; – полная замена обшивки и штукатурки; – полная переборка сруба с использованием старых материалов; – химическая пропитка несущих стоек, подкосов и элементов сруба с целью укрепления деструктированной древесины; – замена концов верхней и нижней обвязок несущих стоек; – полная замена стен; – антисептирование и противопожарная защита стен; – конопатка швов в отдельных местах; – замена нижнего и венчающего венцов, частичная переборка стен с добавлением нового материала; б) каменных (кирпичных, бутовых): – заделка швов и трещин, ремонт штукатурки; – очистка лицевой поверхности кирпичной кладки; – установка маяков и организация наблюдений за развитием де- формаций; – разборка аварийных участков кладки; – укрепление кладки методом инъектирования; 17 – укрепление кладки путем устройства металлических или желе- зобетонных обойм; – укрепление стен путем устройства контрфорсов, монолитных поясов, металлических связей, тяжей и т. п.; – замена отдельных участков деструктированной кладки с обес- печением совместной работы с аутентичными материалами; – усиление или восстановление перемычек; – полная перекладка стен, столбов и перегородок; – раскрытие заложенных проемов, устройство отверстий, гнезд, штраб для прокладки инженерных коммуникаций; – восстановление утраченных смежных объемов памятника с це- лью воссоздания первоначальной конструктивной схемы здания; – временное крепление несущих стен и столбов. 3. Основные виды работ для перекрытий: а) деревянных неотштукатуренных и отштукатуренных: – заделка щелей и зазоров, затирка трещин и ремонт штукатурка; – ремонт щитов наката или частичная их замена; – полное воссоздание штукатурки; – очистка деревянных несущих конструкций, усиление концов балок и балок в середине пролета; – замена засыпки и обмазки; – частичная замена несущих балок; – полная замена перекрытия; – антисептирование и противопожарная защита древесины; – химическая пропитка древесины с целью укрепления деструк- тированных участков; – временное крепление перекрытий; б) кирпичных сводов: – заделка трещин и зазоров, укрепление отдельных кирпичей при помощи металлических клямеров; – частичная перекладка распалубок и несущих арок (гуртов); – укрепление кладки сводов методом инъектирования; – повышение несущей способности сводчатых перекрытий путем устройства поддерживающих монолитных железобетонных конст- рукций или подвешивание их к монолитным железобетонным кон- струкциям; – усиление несущих балок в случае устройства сводов по метал- лическим конструкциям; 18 – полная замена или создание сводчатых перекрытий; – утепление перекрытий с устройством пароизоляции; – полное или частичное оштукатуривание поверхности сводов; – временное крепление сводчатых перекрытий, разборка аварий- ных участков; 4. Основные виды работ для лестниц: а) деревянных: – ремонт и замена ступеней, подступенков, элементов огражде- ния, перил, настила площадок; – усиление тетив, элементов ограждений; – полная замена конструкций лестниц; – антисептирование и противопожарная защита древесины; б) по стальным косоурам: – заделка выбоин, трещин на ступенях и площадках; – замена отдельных ступеней, усиление площадок; – усиление стальных косоуров; – реставрация или частичная замена элементов ограждений; – воссоздание ограждений; – реставрация или воссоздание каменной облицовки лестниц; – полная замена лестниц; в) кирпичных винтовых: – заделка швов, трещин в ступенях и подступенках; – замена отдельных кирпичей в массиве кладки лестницы. 5. Основные виды работ для крыш: а) деревянных: – замена мауэрлатов (частичная или полная); – замена части стропильных ног; – укрепление врубок стоек, подкосов, прогонов, лежней; – частичная или полная замена обрешетки; – укрепление несущих элементов стропильной системы; – полная замена или воссоздание стропильной системы; – временное крепление несущих элементов крыши; – антисептирование и противопожарная защита древесины; – химическая пропитка древесины с целью укрепления деструк- тированных участков; б) с металлодеревянными фермами: – в части деревянных элементов (см. п.5, а); 19 – очистка от коррозии металлических элементов, их грунтовка и окраска; – усиление металлических элементов или их замена. 6. Основные виды работ для кровель: а) стальных: – выборочный ремонт, покрытие и заделка свищей в местах по- вреждения; – выборочный ремонт или полная замена настенных или подвес- ных желобов, разжелобков, водосточных труб, водометов и воро- нок, покрытие выступающих элементов фасада; – полная замена кровли; – реставрация декоративных элементов ограждения кровли; б) черепичных: – восстановление промазки между отдельными рядовыми эле- ментами покрытия и в коньках; – перекладка отдельных элементов (черепиц) покрытия; – выборочный ремонт или полная замена настенных или подвес- ных желобов, разжелобков, водосточных труб, водометов и воро- нок, покрытие выступающих элементов фасада; – полная замена кровли с устройством гидроизоляционного ковра; в) драничных, тесовых, гонтовых: – очистка поверхности кровли с заменой отдельных элементов (дранок, гонта, дощечек); – полная замена кровельного покрытия с устройством гидроизо- ляционного ковра; – антисептирование и противопожарная защита древесины; – химическая пропитка древесины с целью укрепления деструк- тированных участков. 7. Основные виды работ для полов: а) паркетных: – циклевка отдельных участков; – замена клепок, щитов, перестилка щитов отдельными участками; – перестилка паркета с использованием старых материалов и ре- монт основания; – полная замена паркета; б) дощатых: – сплачивание и замена отдельных досок; – перестилка полов с добавлением нового материала, замена лаг; 20 – полная замена полов, лаг, кирпичных столбиков; в) каменных (кирпичных, керамических, гранитных и т. п.): – заделка трещин, зазоров, расшивка швов; – замена отдельных элементов, ремонт основания; – воссоздание покрытия пола с использованием аутентичных ма- териалов, ремонт и укрепление основания; – полная замена покрытия пола новыми материалами с устройст- вом основания. 8. Основные виды работ для заполнения оконных и дверных проемов, ворот: а) деревянных оконных блоков: – ремонт и восстановление утраченных элементов с использова- нием новых материалов; – очистка от наслоений красочных составов; – конопатка сопряжений коробок со стенами; – полная замена оконных блоков в соответствии с разработанной и утвержденной документацией; б) металлических оконных блоков: – очистка от коррозии, грунтовка и окраска; – восстановление уплотнительных прокладок и замазки; – ремонт переплетов с заменой отдельных элементов; – полная замена оконных блоков в соответствии с разработанной и утвержденной документацией; в) деревянных дверей и ворот: – ремонт несущих и восстановление утраченных элементов с ис- пользованием новых материалов; – очистка из наслоений красочных составов; – уплотнение сопряжений коробок со стенами; – полная замена дверных блоков ворот в соответствии с разрабо- танной и утвержденной документацией. 9. Основные виды работ для металлических ворот, решеток, ог- раждений, скобянки, оконных приборов, завершений: – реставрация аутентичных металлических элементов (очистка от коррозии, грунтовка и покраска, восполнение утраченных эле- ментов); – полное воссоздание в соответствии с разработанной и утвер- жденной документацией. 10. Основные виды работ для фасадов: 21 – очистка фасадных поверхностей; – реставрация штукатурки; – реставрация лепного декора; – реставрация лицевой поверхности, кирпичной кладки; – реставрация или воссоздание фасадных декоративных элемен- тов из керамики, бетона, металла, натурального камня и дерева; – реставрация или воссоздание покрасочного слоя; – реставрация монументальной скульптуры и монументальной живописи. 11. Прочие работы: – реставрация или воссоздание печей, каминов, предметов внут- реннего убранства; – реставрация воздушно-калориферной системы отопления; – реставрация или воссоздание крылец, козырьков. 12. Консервационные работы: – временное крепление или разборка участков здания; – устройство временных или долгосрочных покрытий из рулонных или штучных материалов по деревянным несущим конструкциям; – устройство бетонных или цементных коронок; – временная закладка дверных и оконных проемов; – устройство отмосток; – укрепление каменных конструкций методом инъектирования; – химическое укрепление лицевых поверхностей каменных и де- ревянных конструкций. Литература 1. Технология реконструкции зданий и сооружений : учебно- методическое пособие для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» / С. Н. Леонович [и др.]. – Минск : БНТУ, 2010. – 550 с. 2. Ремонт, реконструкция и реставрация жилых и общественных зданий и сооружений : СНБ 1.04.02–2002. 3. Проектная документация на ремонт, модернизацию и реконст- рукцию жилых и общественных зданий и сооружений : ТКП 45–1.02–104–2008. 4. Ремонт, реконструкция и реставрация жилых и общественных зданий и сооружений : ТКП 45–1.04–206–2010. 22 Практическая работа № 2 АРМАТУРА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ПРИМЕНЯЕМАЯ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Цель работы: ознакомиться с классификацией, техническими характеристиками, назначением основных видов арматуры железо- бетонных конструкций, научиться определять их по внешнему при- знаку. Содержание работы Арматуру, применяемую в железобетонных конструкциях, делят на арматурные изделия: стержни, плоские и рулонные сетки, кана- ты, пространственные каркасы, закладные детали, фиксаторы арма- туры и строповочные устройства. Существуют различные виды арматуры. Рабочая арматура – основной элемент, воспринимающий рас- тягивающие, сжимающие и срезающие усилия, возникающие в же- лезобетонных конструкциях от внешних нагрузок и внутренних на- пряжений. Вид и сечение рабочей арматуры определяется расчетом. Она может быть обычной или предварительно-напряженной. Распределительная арматура – вспомогательный элемент, по- зволяющий распределять усилия между стержнями рабочей арма- туры. Такая арматура может быть и монтажной, если одновременно со своими основными функциями она выполняет функции по фик- сированию рабочей арматуры в проектном положении. Конструктивная арматура – элемент, вводимый в конструкцию для сохранения ее целостности в процессе изготовления, транспор- тирования и монтажа. Монтажная арматура – обеспечивает ориентацию рабочих стержней в толще бетонной конструкции. Закладные детали – арматурный элемент, обеспечивающий со- единение железобетонных конструкций при их монтаже на объек- тах. Эти детали выполняются из металлического листа и прокатных профилей, прикрепляются к арматурному каркасу конструкции сваркой или заанкериваются в бетон. 23 Количество арматуры в железобетонных конструкциях характе- ризуется коэффициентом армирования, т. е. отношением общей площади поперечного сечения рабочих стержней Sa к расчетной площади сечения бетона Fб: a б 100 %.S F    Процентное отношений минимальной площади сечения растяну- той арматуры к площади расчетного сечения бетона зависит от класса бетона, а также от марки стали и вида арматуры и колеблется от 0,5 до 2 % при гибкой арматуре и обычно составляет более 3 % при жесткой арматуре. Гибкой арматурой называются конструкции, изготовленные из стержней круглого, овального и квадратного сечения. Жесткая арматура изготавливается из фасонного проката: уголков, двутавров, швеллеров и рельсов. 2.1. Классификация арматурной стали Арматура изготавливается из стали различных видов и марок. Сталь представляет собой сплав железа с углеродом (до 2 %). Сталь получают путем передела чугуна в мартеновских печах, электропе- чах и конверторах. Для изготовления арматурных стержней и проволоки применя- ются различные малоуглеродистые, углеродистые и низколегиро- ванные стали, которые могут быть классифицированы по способу выплавки, методам обработки, механическим свойствам, химиче- скому составу, структуре, свариваемости и применению. По способу выплавки арматурную сталь можно разделить на мартеновскую и конверторную. Самый распространенный метод получения арматурной стали – мартеновский, имеющий длитель- ный цикл варки стали. Наряду с этим способом применяется кон- верторный способ с продувкой кислородом, имеющий более корот- кий цикл варки стали. При каждом способе выплавки стали могут применяться различ- ные способы ее раскисления. 24 В зависимости от интенсивности выделения газов, т. е. пове- дения жидкой стали в процессе ее затвердевания, влияющего на ее структурообразование, стали делятся на кипящие, спокойные и по- луспокойные. Максимальная химическая однородность стали в слитке наблюда- ется при спокойном ее раскислении, и, наоборот, максимальная струк- турная и химическая неоднородность проявляется у кипящей стали. В зависимости от назначения стали подразделяются на три группы, поставляемые потребителю: – группа А – по механическим свойствам; – группа Б – по химическому составу; – группа В – по механическим свойствам и химическому составу. К арматурной стали обычно предъявляются требования групп А и В. Для указания способа получения стали в индекс ее марки вво- дятся дополнительные обозначения (при мартеновском способе): – для группы А – Ст. 3, Ст. 5, Ст. 6 пс. – для группы В – В Ст. 3 кп.; – для группы А – к Ст. 0, к Ст. 5 пс. – для группы В – ВК Ст. 0. В зависимости от методов обработки арматуры сталь вы- пускается: – горячекатаной; – термически обработанной; – холодно деформированной. Горячекатаная арматура гладкого цилиндрического и периоди- ческого профиля получается путем прокатки заготовок в горячем состоянии через вальцы прокатных станов. Для повышения механических свойств горячекатаные стержни могут упрочняться различными методами. При термическом упрочнении сталь подвергается закалке в воде и низкотемпературному отпуску, а при холодном деформировании – силовому удлинению. По механическим свойствам арматура должна соответствовать га- рантированным параметрам по временному сопротивлению разрыву σв, по пределу текучести σт и относительному удлинению ∆l при рас- тяжении, углу загиба и числу перегибов в холодном состоянии. 25 По химическому составу арматурная сталь подразделяется на марки в зависимости от содержания в ней основных химических элементов. В зависимости от содержания углерода и легирующих добавок – Si (кремния), Mn (марганца), Cr (хрома), Cu (меди) – арматурные стали делятся: – на углеродистые (содержание углерода составляет 0,8–4,6 %): Сталь 70, Сталь 80, У-8; – малоуглеродистые (содержание углерода – до 0,4 %) Ст. 3, Ст. 5; – низколегированные (содержание кремния – 1 %, марганца – 2 %, хрома – 1,5 %): 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц (табл. 2.1 и 2.2). Таблица 2.1 Механические свойства низколегированных арматурных сталей Марка арматурной стали Диаметр, мм Механические свойства при растяжении Нормативное сопротивление σв, МПа Предельная текучесть σт, МПа Относительное удлинение ∆l, % 18Г2С 40–90 50 30 14 18Г2С 25Г2С 35ГС 6–9 6–9 6–9 60 60 60 40 40 40 14 14 14 80С 20ХГ2Ц 20ХГСТ 10–18 10–32 10–18 90 90 90 60 60 60 6 6 6 23Х2Г2Т 10–22 105 80 7 20ГС 10–25 90 60 8 20ГС 10–25 100 80 7 20ГС 10–25 120 100 6 Примечания. 1. Угол загиба в холодном состоянии для марок 18Г2С, 25Г2С и 35ГС равен 90°, для остальных марок – 45°. 2. Соотношение толщины оправки к диаметру арматуры для марок 18ГС, 25ГС и 35 ГС составляет 1 : 3, для остальных марок – 1 : 5. 26 Таблица 2.2 Химический состав низколегированных сталей Марка стали Содержание элементов, % Углерод C Кремний Si Марганец Mn Циркон Zr Титан Ti Хром Cr Никель Ni Медь Cu 18Г2С 25Г2С 35ГС 20ХГ2Ц 20ХГСТ 23ХГ2Т 80С 20ГС 0,14–0,23 0,2–0,29 0,3–0,37 0,19–0,26 0,18–0,25 0,19–0,26 0,74–0,82 0,17–0,22 0,6–0,9 0,6–0,9 0,6–0,9 0,4–0,7 1,0–1,3 0,4–0,7 0,6–1,0 0,5–0,8 1,2–1,6 1,2–1,6 1,2–1,6 1,5–1,9 1,0–1,3 1,4–1,7 0,5–0,8 0,8–1,3 – – – 0,07–0,14 – – – – – – – – 0,08–0,15 0,02–0,08 – – < 0,3 < 0,3 < 0,3 0,9–1,2 – 1,35–1,7 < 0,3 – < 0,3 < 0,3 < 0,3 – – – < 0,3 – < 0,3 < 0,3 < 0,3 – – – < 0,3 – Для маркировки сталей каждому легирующему элементу при- сваивается определенная буква: Г – марганец; С – углерод; Х – хром; Н – никель; Р – фосфор. Например, сталь содержащая 0,20–0,29 % углерода, 1,2–1,6 % мар- ганца, 0,6–0,9 % кремния обозначается маркой 25Г2С. Структура арматурной стали зависит от содержания углерода и методов ее обработки. Холодная обработка стали вытяжкой и прокатом обеспечивает волокнистую структуру, а термическая – приводит к образованию мелкодисперсной структуры. По свариваемости арматурную сталь выделяют: – на хорошо свариваемую – Ст. 3, Ст. 5; – удовлетворительно свариваемую – 25Г2С, 35ГС; – ограниченно свариваемую (термически упрочненную); – несвариваемую – 65ГС, 80С. По области применения арматурная сталь подразделяется на применяемую для железобетонных конструкций с ненапрягаемой арматурой и предварительно-напряженной арматурой. Арматурная сталь, применяемая для изготовления арматурных элементов, поставляется: – круглой; – периодического профиля; – серповидного профиля; – винтового профиля; – арматурными канатами – двухпрядевыми (К–23, К–27), трехпрядевыми (К–33, К–27). 27 Арматурные изделия Арматурные стержни для армирования конструкции изготавли- вают из углеродистых, малоуглеродистых и низколегированных сталей. Арматурная сталь в зависимости от назначения делится на клас- сы (см. табл. 2.3 и 2.4). Таблица 2.3 Классификация ненапрягаемой арматуры Класс арматуры согласно изменению № 1 к СНБ 5.03.01–02 Класс арматуры согласно измене- нию № 4 к СНиП 2.03.01–84 Класс арматуры согласно СНиП 2.03.01–84 ТНПА, регламентирующий качество арматуры Вид арматуры S240 A240 A–I ГОСТ 5781 Стержневая гладкая S400 A400 A–III ГОСТ 5781 СТБ 1701 Стержневая перио- дического кольцево- го профиля ГОСТ 10884 СТБ 1704 Стержневая перио- дического серпо- видного профиля S500 A500 – ГОСТ 10884 СТБ 1704 Стержневая перио- дического серпо- видного профиля ГОСТ 5781 СТБ 1701 Стержневая перио- дического кольцево- го профиля ГОСТ 5781 Стержневая гладкая Bp–I Bp–I ГОСТ 6727 Проволока с вмятинами B500 – СТБ 1341 Проволока гладкая Арматурная сталь класса S240 изготавливается круглой и глад- кой, а классов S400–S1200 – периодического кольцевого и периоди- ческого серповидного профилей. 28 Таблица 2.4 Классификация напрягаемой арматуры Класс армату- ры согласно изменению № 1 к СНБ 5.03.01–02 Класс армату- ры согласно изменению № 4 к СНиП 2.03.01–84 Класс армату- ры согласно СНиП 2.03.01–84 ТНПА, регламен- тирующий качест- во арматуры Вид арматуры S800 A800 A–V ГОСТ 5781 СТБ 1706 Стержневая периодического кольцевого про- филя ГОСТ 10884 СТБ 1706 Стержневая периодического серповидного профиля S1200 A1200 A–VII ГОСТ 10884 СТБ 1706 Стержневая периодического серповидного профиля ГОСТ 5781 Стержневая периодического кольцевого про- филя S1400 диаметром 3, 4, 5 мм B–II B–II ГОСТ 7348 Проволока глад- кая диаметром 3, 4, 5 мм Bp–II Bp–II Проволока с вмятинами K–7 K–7 ГОСТ 13840 Канаты K–19 K–19 ТУ 14–4–22 Канаты В табл. 2.3 и 2.4. конкретный вид стержневой арматуры (горяче- катаной, термомеханически упрочненной) не указывается, при ее обозначении используется обозначение соответствующего класса горячекатаной арматуры (например, под классом А800 подразуме- вается арматура классов А800, Ат800К, Ат800СК). Арматуру ненапрягаемую подразделяют на классы S240, S400, S500. Арматуру класса S240 изготавливают с гладким профилем путем горячей прокатки арматуры класса S400 с конфигурацией периодиче- ского профиля в соответствии с рис. 2.1, а, класса S500 с конфигураци- ей периодического профиля в соответствии с рис. 2.1, а, б, в. 29 Рис. 2.1. Конфигурация арматуры периодического профиля: а – класса S400 или S500 б, в – класса S500; α – угол наклона фронтальной поверхности поперечного ребра; β – угол наклона поперечного ребра; b1 – толщина ребра; c – шаг ребер; e – ширина продольного ребра; h – высота ребра; b – ширина проекции ребра на продольную ось Условное обозначение арматуры состоит из диаметра, класса ар- матуры и обозначения стандарта. Примеры условного обозначения 1. Арматура диаметром 5 мм, класса S500, изготовленная по СТБ 1704–2006: 5 S500 СТБ 1704–2006. 2. Арматура диаметром 20 мм, класса S240, изготовленная по СТБ 1704–2006: 20 S240 СТБ 1704–2006. 30 Стержни арматуры класса S240 изготавливают из углеродистой стали Ст. 3, а для арматуры классов S400–S800 используют легиро- ванные стали. Механические характеристики арматуры классов S240–S500 должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 2.5. Таблица 2.5 Механические свойства арматуры классов S240–S500 Наименование показателя Класс арматуры S240 S400 S5001 Профиль Гладкий См. рис. 2.1, а См. рис. 2.1, а См. рис. 2.1, б, в Номинальный диаметр dном, мм 6–40 6–40 6–40 4–16 Физический или условный предел текучести Rе, МПа, не менее 240 400 500 500 Отношение временного сопротивления разрыву к физическому или условному пределу текучести Rт / Rе, не менее 1,6 1,25 1,08 1,052 Полное относительное удлинение при максимальной нагрузке Аgt, %, не менее – – 5,0 2,53 Относительное удли- нение δ5, %, не менее 25 16 14 124 Испытания на изгиб в холодном состоянии: – угол изгиба, ° – диаметр оправки, мм 180° 0,5dном 90° 3dном 90° 3dном 180°5 3dном 1 Для арматуры класса S500, изготовленной путем холодного деформирования, все механические свойства принимать как для арматуры класса S500, выполненной по рис. 2.1, б. 2 Для арматуры диаметром 4,0; 5,0; 5,5 мм Rт / Rе принимается не менее 1,03. 3 Для арматуры диаметром 4,0; 5,0; 5,5 мм Аgt принимаетсяне менее 1,5 %. 4 Для арматуры диаметром 4,0; 5,0 мм контролируется δ100, принимаемое не менее 2,5 %. 5 Для арматуры диаметром 4,0; 5,0 мм выполняют испытания на перегиб по ГОСТ 1579–80. Минимальное количество перегибов – 5. 31 Арматура, предназначенная для предварительного напряжения при изготовлении железобетонных конструкций, подразделяется по прочности на классы S800, S1200, S1400 (см. рис. 2.2, 2.3, 2.4). Рис 2.2. Конфигурация периодического профиля арматуры: а – класс S800 и S1200; б – класс S1400; α – глубина углубления; с – шаг ребер; l – проекция углубления на продольную ось 32 Рис. 2.3. Арматурная сталь, применяемая для изготовления напрягаемых элементов: а – стержневая горячекатаная периодического профиля; б – стержневая термомеханически упрочненная серповидного профиля 33 Рис. 2.4. Арматурная сталь винтового профиля Арматуру классов S800 и S1200 изготавливают в виде стержней с периодическим профилем, класса S1400 – в виде проволоки с гладким или периодическим профилем (рис. 2.5) Рис. 2.5. Проволочная арматура Bp–I (a), B–I, B–II (б) и Bp–II (в) 34 Механические свойства арматуры классов S800 и S1200 должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 2.6, класса S1400 – в табл. 2.7. Таблица 2.6 Механические свойства арматуры классов S800 и S1200 Наименование показателя Класс арматуры S800 S1200 Номинальный диаметр dном, мм 10–40 10–40 Условный или физический предел текучести Re, МПа, не менее 800 1200 Временное сопротивление разрыву Rm, МПа, не менее 1000 1450 Полное относительное удлинение при максимальной нагрузке Agt на участке 500 мм, %, не менее 3,5 Относительное удлинение δ, %, не менее 8 6 Относительное равномерное удлинение δр, %, не менее 2 Испытания на изгиб в холодном состоянии: – угол изгиба, ° – диаметр оправки, мм 45° 5dном Таблица 2.7. Механические свойства арматуры класса S1400 Наименование показателя Класс арматуры S1400 Номинальный диаметр dном, мм 3–8 Условный или физический предел текучести Re, МПа, не менее 1400 Временное сопротивление разрыву Rm, МПа, не менее 1750 Относительное удлинение δ100, %, не менее 4 Количество перегибов для номинальных диаметров, мм, не менее: – трех – четырех – пяти 9/8 7/6 5/3 Примечание. В числителе приведены значения для арматуры с гладким профи- лем, в знаменателе – с периодическим. 35 Стальную холоднотянутую проволоку выпускают двух типов: B–I и Bp–I (ГОСТ 6727–80) из низкоуглеродистой стали – для нена- прягаемой арматуры и B–II и Bp–II (ГОСТ 7348–81) из углероди- стой стали – для напрягаемой арматуры. Буква р в обозначениях указывает на то, что проволока рифле- ная, имеет вмятины, расположенные по длине с двух противопо- ложных сторон седловидной формы для Bp–I (см. рис. 2.5, а) и ци- линдрической формы для Вр–II (см. рис. 2.5, в). Поверхность B-I и – B–II – гладкая (см. рис. 2.5, б). Механические свойства проволоки зависят от ее диаметра. С увели- чением диаметра снижается прочность и увеличивается относительное удлинение. Проволока B–I и Bp–I выпускается диаметром 3, 4 и 5 мм с временным сопротивлением разрыву 850–550 МПа. Проволока B–II и Bp–II выпускается диаметром 3, 4, 5, 6, 7 и 8 мм с временным сопротив- лением разрыву соответственно 1900–1400 МПа и 1800–1300 МПа. При изготовлении стержневой арматуры длина отдельных стержней может быть любой. Она ограничивается условиями транспортирования и удобства укладки в опалубку и формы. Нара- щивание стержней осуществляют контактной стыковой сваркой. Стержни периодического профиля выполняют без крюков. Рас- тянутые гладкие стержни, входящие в состав вязаных сеток и кар- касов, должны заканчиваться крюками или лапками (рис. 2.6). Рис. 2.6. Размеры крюка (а) и лапки (б) на концах круглых гладких стержней рабочей арматуры 36 Сетки для армирования железобетонных конструкций в зависи- мости от поставки применяют рулонные (при диаметре продольных стержней до 7 мм) или плоские (при диаметре продольных стерж- ней 8 и более мм). Сетки изготавливают с прямоугольным контуром и взаимно перпендикулярным расположением стержней. Допусти- мое расстояние между осями одного направления должно быть не менее 50 мм. Ширина рулонных сеток в осях крайних продольных стержней не должна превышать 3500 мм, плоских – 2500 мм, длин l плоских сеток – 9000 мм (см. рис. 2.7). Рис. 2.7. Рулонная (а) и плоская (б) сварные сетки армирования железобетонных конструкций Канаты стальные арматурные К–7 (ГОСТ 13840–78) применяют для изготовления напрягаемой арматуры. Канаты изготавливают из стальной углеродистой проволоки правой свивки с линейным каса- нием проволок. Канаты выпускают с условным диаметром, d рав- ным 4, 5, 6, 7, 9, 12 и 15 мм (рис. 2.8, а). Длина отрезков при постав- ках, как правило, не менее 1000 м. 37 а б Рис. 2.8. Схема поперечного сечения стальных арматурных канатов: а – К–7; б – К–19 Канаты стальные арматурные К–19 (рис. 2.8, б) предназначены для изготовления напрягаемой арматуры. Канат состоит из цен- тральной прямолинейной проволоки диаметром 4,2 мм, обвитой по спирали двумя слоями по девять проволок одинакового диаметра в каждом слое: в первом – проволоками диаметром 2 мм; во втором – диаметром 3,5 мм. В канатах не должно быть оборванных и пере- крещивающихся проволок. Проволоки при свивке должны плотно прилегать одна к другой, иметь одинаковое натяжение и не раскру- чиваться после снятия перевязок. Пространственные арматурные каркасы для армирования линейных элементов типа колонн, балок, свай и т. п. изготавливают из плоских или гнутых сеток, стержней и специальной арматуры (рис. 2.9), кото- рые соединяют с помощью сварки. Пространственные каркасы для армирования плоских железобе- тонных элементов типа плит, стеновых панелей и т.п. изготавлива- ют следующим образом: плоские сетки, состоящие из двух про- дольных и расчетного количества поперечных стержней (типа «ле- сенка»), соединяют посредством стержней, привариваемых контактной сваркой (рис. 2.10, а); плоские сетки типа «лесенка» располагают во взаимно перпендикулярных плоскостях, а их пресе- чения соединяют контактной сваркой или вязкой (рис. 2.10, б). 38 Рис. 2.9. Примеры устройства пространственных арматурных каркасов: а – из плоских сеток, соединенных стержнями; б – объединением сеток сваркой; в, г – из гнутых сеток; д – из плоских сеток и продольных стержней; е – из продольных стержней и хомутов; ж, з, и – из продольных стержней с поперечной спиральной арматурой; 1 – сетки; 2 – соединительные стержни; 3 – хомуты; 4 – стержни продольной арматуры; 5 – поперечная спиральная арматура Пространственный каркас ребристых или плоских элементов со- бирают из сеток типа «лесенка» по одному из вышеперечисленных способов и дополняют одной или двумя плоскими сетками, соеди- няя пересечения сваркой или вязкой (2.10, в). 39 Рис. 2.10. Примеры конструкций пространственных каркасов для армирования плоских железобетонных элементов: а – из плоских сеток типа лесенка и соединительных стержней; б – из плоских сеток типа лесенка одного направления и таких же сеток другого направления, но меньшей высоты; в – то же, с добавлением одной или двух плоских сеток Для соединения железобетонных конструкций между собой и крепления к ним элементов различного назначения (ограждений, элементов сетей, оборудования и т. п.) применяют закладные детали. Они состоят из одного или нескольких стальных элементов и ус- танавливаются в опалубочные формы до бетонирования. Закладные детали закрепляют в бетоне с помощью анкерных стержней или приваривают к рабочей арматуре. Применяют закладные детали двух типов: из листового, сортово- го или фасонного проката с приваренными анкерами (рис. 2.11) и состоящие только из листового, сортового или фасонного проката (в том числе и штампованные). Закладные детали могут иметь устройства для крепления к формам (например, отверстия в пластинах), упоры для работы на сдвиг, арма- турные коротыши, служащие для фиксации положения рабочей арма- туры или самой закладной детали, болты для соединения сборных элементов и т. п. Для закладных и накладных деталей применяют про- катанную углеродистую сталь марки С 38/23 по ГОСТ 380–71. Анкеры закладных деталей изготавливают преимущественно из арматуры классов S400 и S500. Анкеры из арматурной стали класса S240 долж- ны иметь на концах крюки, шайбы или высаженные головки. Заклад- ные детали должны иметь антикоррозионное защитное покрытие. 40 Рис. 2.11. Примеры конструкций закладных деталей: а – деталь с касательными и нормальными анкерами; б – деталь типа двойной столик; в – деталь типа столик; г – детали с применением угловой стали; 1, 3 – нормальные и касательные анкеры (приваренные в тавр и внахлестку); 2 – отверстие для фиксации; 4 – упор, работающий в двух направлениях; 5 – упор, работающий в одном направлении Строповочные устройства Предназначены для захвата и подъема элементов сборных желе- зобетонных конструкций грузозахватными приспособлениями при снятии их с форм, а также при погрузочно-разгрузочных и монтаж- ных работах. Наиболее распространенные строповочные устройства – петли (рис. 2.12). 41 Рис. 2.12. Строповочные петли: а – из арматурной стали класса S240, свободно размещаемые в изделие; б, в – из арматурной стали класса S240, размещаемые в стесненных условиях Высоту проушины петли hп в зависимости от диаметра стержня d принимают равной h + d, где h принимает значение 60, 80, 150 мм, а d – соответственно 6–18, 20–22, 25–32 мм. Для изготовления строповочных петель применяют арматурную сталь класса S240 марок БСт3сп и ВСт3пс. Фиксаторы арматуры и закладных деталей Фиксаторы арматуры и закладных деталей применяют для фик- сации проектного положения арматуры и закладных деталей. Это приспособления однократного использования, остающиеся, извле- кающиеся из бетона до и после его твердения, а также специальные детали, прикрепляемые к поверхности формы или опалубки и не препятствующие извлечению железобетонного элемента из формы или снятия с него опалубки. 42 Применяют фиксаторы (рис. 2.13), обеспечивающие заданную толщину защитного слоя бетона для арматуры или заданные рас- стояния между арматурными изделиями и стержнями, а также обес- печивающие одновременно оба требования. Рис. 2.13. Фиксирующие устройства однократного использования, обеспечивающие требуемую толщину защитного слоя бетона: а, б, в – фиксаторы с большой поверхностью контакта с формой, изготовленные из цементно-песчаного раствора; д – то же, из асбестоцемента; е, ж, з – то же, из арматурной стали; 1 – рабочая поверхность формы; 2 – фиксатор; 3 – фиксируемая арматура; 4 – скрутка из вязальной проволоки; 5 – вязальная проволока, заделанная в фиксатор; 6 – эластичное кольцо; 7 – упоры, привариваемые к арматуре Толщину защитного слоя t, как правило, принимают кратной 5 мм. Запрещается применять в качестве фиксаторов обрезки арма- турных стержней, стальные пластины, деревянные элементы и т. п. 43 В железобетонных конструкциях сохранность арматуры обеспе- чивается путем тщательной фиксации ее в формах так, чтобы от- клонение фактической толщины защитного слоя от проектной не превышало предусмотренного ГОСТ 13015–83. Для обеспечения правильного положения арматуры в форме применяют инвентарные фиксаторы многократного и однократного использования. Для изготовления изделий, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах, рекомендуется использовать фиксаторы из плотного цементно-песчаного раствора с соотношением компонен- тов 1 : 2 или пластмассовые с точечным касанием поверхности бетона. Замена арматуры В железобетонных конструкциях применяют различные виды и марки сталей. Замена стали марки, указанной в проекте, сталью другой марки, а также замена стержней одного диаметра другим должны производиться с соблюдением следующих требований: 1. Выбор вида и марки стали для арматуры железобетонных кон- струкций должен производиться в соответствии с требованиями ТНПА. 2. При замене стержней из стали одной марки или вида стержнями другой марки стали или вида расчетная площадь сечения арматуры должна изменяться обратно пропорционально расчетным сопротивле- ниям запроектированной и фактически применяемой стали: 1 1 2 2;S R S R 1 2 2 1 ,S R S R  где S – площадь сечения арматурных стержней; R – нормативные сопротивления стали. 3. При замене стержней одного диаметра стержнями другого диаметра из стали той же марки суммарная площадь сечения арма- туры должна быть равновелика площади сечения, предусмотренной проектом: 44 1 2 ,S S  где S – площадь сечения арматурных стержней. 4. Замена арматуры может быть оценена коэффициентом замены зз 1 ,n n Q QK Q   где Qп – вес арматурной конструкции запроектированной согласно требованиям конструктора; Qз – вес конструкции с вариантом замены арматуры. Литература 1. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конст- рукций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряже- ния арматуры к СНиП 2.03.01–84. – М. : Стройиздат, 1989. – 192 с. 2. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конст- рукций. Технические условия : ГОСТ 5781–82. 3. Сталь арматурная термомеханически упрочненная для желе- зобетонных конструкций. Технические условия : ГОСТ 10884–94. 4. Проволока из углеродистой стали для армирования предвари- тельно напряженных железобетонных конструкций. Технические условия : ГОСТ 7348–81. 5. Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций. Технические условия : ГОСТ 6727–80. 6. Канаты стальные арматурные К7. Технические условия : ГОСТ 13840-68. 7. Сетки сварные для железобетонных конструкций. Техниче- ские условия : ГОСТ 8478–81. 8. Арматурные и закладные изделия сварные, соединения свар- ные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций : ГОСТ 10922–90. 9. Руководство по производству арматурных работ. – М. : Строй- здат, 1977. – 255 с. 10. Бетонные и железобетонные конструкции : СНБ 5.03.01-02. 45 11. Изменение № 1 СНБ 5.03.01–02. 12. Производство сборных бетонных и железобетонных изделий : СНБ 5.03.02–03. 13. Изделия из тяжелого бетона предварительно напряженные. Правила изготовления : ТКП 45–5.03–12–2005. 14. Сталь арматурная горячекатаная, упрочненная вытяжкой : СТБ 1701–2006. 15. Арматура ненапрягаемая для железобетонных конструкций. Технические условия : СТБ 1704–2006. 16. Арматура напрягаемая для железобетонных конструкций. Технические условия : СТБ 1706–2006. 17. Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобе- тонных конструкций. Типы, конструкции и размеры : ГОСТ 14.098–91. 18. Арматура холоднодеформированная гладкая из низкоуглеро- дистой стали для железобетонных изделий : СТБ 1341–2002. 19. Несущие и ограждающие конструкции : СНиП 3.03.01–87. 20. Производство бетонных работ на строительной площадке : П2–2000 к СНиП 3.03.01–87. 21. Мадатян, С. А. Арматура железобетонных конструкций / С. А. Мадатян. – М. : Воентехлит, 2000. – 256 с. 22. Проволока. Метод испытания на перегиб : ГОСТ 1579–80. 46 Практическая работа № 3 ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ АРМАТУРЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Цель работы: приобрести навыки качественного применения электродов для дуговой сварки арматуры. Содержание работы Электроды для ручной дуговой сварки арматуры выпускают в виде стальных стержней со специальным защитным покрытием, а для полуавтоматической и автоматической – в виде бухт (мотков) из сварочной проволоки. Электроды стержневые со специальным защитным покрытием для ручной дуговой сварки арматуры изготавливают согласно ГОСТ 9466–75 и ГОСТ 9467–75. В качестве материала стержней электродов используют низкоуглеродистую стальную проволоку Св–08, Св–08А и Св–08ГА согласно ГОСТ 2246–70 (табл. 3.1). Согласно ГОСТ 9466–75 стержневые электроды выпускают диа- метром 1,6–12 мм, длиной 200–450 мм. При сварке арматуры наи- более часто применяют электроды следующих размеров (рис. 3.1): d = 2,5 и 3 мм при L = 350 мм; d = 4 мм при L = 350 мм или 450 мм; d = 5, 6, 8, 10 и 12 мм при L = 450 мм. В состав специального защитного покрытия входят вещества, стабилизирующие горение сварочной дуги, защищающие от воз- действия атмосферных газов, раскисляющие и легирующие сталь сварной ванны, а также связующие. К стабилизаторам относятся углекислый калий K2CO3 (поташ), мел CaCO3, диоксид титана TiO2 (рутил). При высоких температу- рах эти вещества разлагаются, а затем калий Κ, кальций Са, титан Ті отдают электроны в газовый столб сварочной дуги, т. е. ионизи- руют его. Таблица 3.1 Химический состав сварной проволоки по ГОСТ 2246–70 Марка сварочной проволоки Содержание элементов, % Углерод C Марганец Mn Кремний Si Хром Cr Никель Ni Сера S Фосфор P Алюминий Al Титан Ti Церий Ce Цирконий Zr Св–08 Менее 0,1 0,35–0,60 Менее 0,03 Не более 0,15 Не более 0,3 Не более 0,04 Не более 0,04 Менее 0,01 – – – Св–08А То же 0,35–0,60 Менее 0,03 Не более 0,12 Не более 0,025 Не более 0,025 Не более 0,03 Менее 0,01 – – – Св–08ГА То же 0,8–0,11 Менее 0,06 Не более 0,1 Не более 0,25 Не более 0,03 Не более 0,03 – – – – Св–10ГА Менее 0,12 1,1–1,4 Менее 0,06 Не более 0,2 Не более 0,3 Не более 0,025 Не более 0,03 – – – – Св–20 ГСТЮА 0,17–0,23 0,9–1,2 0,6–0,9 Не более 0,3 Не более 0,4 Не более 0,025 Не более 0,02–0,03 Не более 0,2–0,5 Не более 0,1–0,2 0,3–0,45 – Св–15 ГСТЮЦА 0,12–0,18 0,6–1,0 0,45–0,85 Не более 0,3 Не более 0,4 Не более 0,025 Не более 0,02–0,03 Не более 0,2–0,5 Не более 0,05–0,2 Более 0,04 Не более 0,05–0,15 Св–10г2 Менее 0,1 1,5–1,9 Менее 0,06 Не более 0,2 Не более 0,3 Не более 0,03 Не более 0,03 – – – – Св–08АА Менее 0,1 0,35–0,6 0,03 Не более 0,1 Не более 0,25 Не более 0,02 Не более 0,02 Менее 0,01 – – – Св–08Г2С 0,05–0,11 1,8–2,1 0,7–0,95 Не более 0,2 Не более 0,25 Не более 0,025 Не более 0,03 – – – – Св–08ГС Менее 0,1 1,4–1,7 0,6–0,85 Не более 0,2 Не более 0,25 Не более 0,025 Не более 0,03 – – – – 47 48 Рис. 3.1. Электрод для электросварки: 1 – стержень; 2 – участок перехода; 3 – покрытие; 4 – контактный торец без покрытия Защитные вещества делятся на газообразующие (крахмал, дре- весная мука) и шлакообразующие (ортоклаз, флюорит, мрамор, гра- нит). При горении сварочной дуги первые образуют над поверхно- стью сварной ванны среду защитного газа СО, а вторые расплавля- ются и, обладая меньшей плотностью, чем расплавленная сталь, находятся на поверхности. Таким образом, расплавленная сталь в сварной ванне оказывается защищенной от воздействия атмосфер- ных газов. Раскисляющие вещества (алюминий, ферросилиций, ферромар- ганец) расплавляясь, переходят в сталь, улучшая тем самым меха- нические свойства стали сварного шва. Легирующие добавки (феррохром, ферромолибден, ферротитан), попадая в сталь сварной ванны, повышают ее прочность, пластич- ность, ударную вязкость. Связующим наиболее часто является жидкое стекло, которое может быть также и стабилизатором горения сварочной дуги. При сварке арматуры применяют электроды с покрытием следую- щих видов: рутиловым, рутиловым с железным порошком, фтористо- кальцевым (основным), фтористо-кальцевым с железным порошком. По толщине специального защитного покрытия выпускают сле- дующие марки электродов: с тонким покрытием (условный индекс М), средним покрытием (С), толстым покрытием (Д) и особо тол- стым покрытием (Г). Характеристикой покрытия служит отношение D / d (см. рис. 3.1). 49 – для электродов с тонким покрытием D / d < 1,2; – для электродов со средним покрытием 1,2< D / d < 1,45; – для электродов с толстым покрытием 1,45 < D / d < 1,8; – для электродов с особо толстым покрытием D / d > 1,8. В зависимости от механических характеристик стали, а также содержания в ней серы и фосфора электроды делятся на типы, при- веденные в табл. 3.2. Специальное защитное покрытие электрода должно быть одно- родным, прочным, плотным, без трещин, вздутий и наплывов, включений неразмешанных компонентов, отколов. От контактного торца электрод I группы может не иметь покрытия на длину не бо- лее половины диаметра, но не более 3 мм. Таблица 3.2 Характеристики электродов, применяемых при арматурных работах в строительстве Тип электродов Механические характеристики металла шва или наплавленного металла при использовании электродов диаметром >2,5 мм Временное сопротивление разрыву δв, МПа Относительное удлинение δ, % Ударная вязкость, Дж / см2 Э42 420 18 80 Э42А 420 22 150 Э46 460 18 80 Э46А 460 22 140 Э50 500 16 70 Э50А 500 20 130 Э55 550 20 120 Э60 600 18 60 Примечание. Цифра в индексе электрода обозначает прочность на разрыв на- плавленного металла или шва в МПа, которой можно достичь, применяя данный электрод. Буква «А» означает, что электрод повышает пластичность и ударную вязкость металла шва. 50 На поверхности покрытия электродов I и II групп допускаются следующие дефекты: – продольные волосные трещины и местные сетчатые растрески- вания – не более двух на электрод, при этом длина одной трещины или участка растрескивания должна быть не более 15 мм для элек- тродов I группы и не более 10 мм – для электродов II группы; – поры диаметром не более 1,5 толщины покрытия: для электро- дов I группы – не более трех штук на 100 мм его длины, а для элек- тродов II группы – не более двух штук на 100 мм его длины; – продольные риски глубиной до 1/4 толщины покрытия в коли- честве не более четырех штук, при общей протяженности не более 25 мм на одном электроде; – местные вмятины глубиной 1/2 толщины покрытия в количест- ве не более четырех штук на одном электроде; – разность толщины покрытия диаметрально противоположных участков не должна превышать для электродов диаметром 6 мм и бо- лее: для I группы – 0,3 мм, для II группы – 0,27 мм, для III группы – 0,24 мм. Толщина специального защитного покрытия электрода опреде- ляется в трех местах на расстоянии 50–100 мм одного от другого по длине. Толщину покрытия измеряют с погрешностью не более 0,01 мм. Прочность специального защитного покрытия определяют путем сбрасывания на гладкую стальную плиту электродов диаметром более 4 мм с высоты 0,5 м, электродов диаметром менее 4 мм – с высоты 1 м. При этом отколы покрытия могут иметь суммарную протяженность не более 5 % от длины покрытой части электрода. Для сварки разнородных сталей выбор электродов нужно произ- водить для марки стали меньшей прочности. В случаях, когда один из соединяемых арматурных элементов выполнен из стали Ст. 3, а другой – из среднеуглеродистой или низ- коуглеродистой стали либо в соединении имеется хотя бы один ар- матурный элемент из стали Ст. 5 или 35ГС, нужно применять элек- троды Э42А – для соединений с протяжными швами и Э50А–Э55 для соединений с заваркой торцов стержней. При отсутствии электродов, предназначенных для сварки при питании дуги переменным током, можно, в виде исключения, ис- пользовать электроды, рассчитанные на применение при питании 51 дуги только постоянным током. Для этого помимо сварочного трансформатора надлежит включить в сварную цепь осциллятор. Заменять электроды на другие, понижающие прочность металла шва, не допускается без согласования с проектной организацией. Однако во всех случаях нельзя заменять электроды с фтористо- кальцевым покрытием Э42А–Э55 на электроды с рутиловыми по- крытиями Э42–Э46. Электроды с фтористо-кальцевым покрытием Э42А–Э55 можно использовать лишь для сварки при предельно короткой дуге. Для наплавки швов на швы, ранее наплавленные электродами неизвестной марки, необходимо применять электроды с рутиловым покрытием (Э42 или Э46). Если в соединении имеются арматурные стержни класса S400 или более высокого класса, то ранее сваренные швы или точки должны быть полностью удалены, а новые швы или точки – наплавлены электродами с фтористо-кальцевыми покрытиями. При длительном (более трех месяцев) хранении на складе или хранении более пяти суток на месте производства работ электроды следует подвергать прокалке в электрическом шкафу, даже при от- сутствии визуально заметной влажности покрытия. Прокалка элек- тродов в пламенных печах не допускается. Прокалку электродов Э42 следует производить при температуре 180 °С в течение 1 ч, а электро- дов Э42А–Э55 – при температуре 400–450 °С в течение 1–2 ч. При обнаружении влажности покрытия или большой влажности швов такая прокалка электродов обязательна независимо от срока хранения электродов. Электроды диаметром до 4 мм рекомендуется применять для сварки в потолочном положении, а диаметром 5 мм – для сварки в вертикальном и нижнем положении. При хранении на месте производства работ электроды должны находиться в водонепроницаемых закрывающихся коробках, кото- рые не должны оставаться на рабочем месте по окончании рабочей смены. Литература 1. Мисник, И. Б. Ручная дуговая сварка металлов / И. Б. Мисник. – М. : Высшая школа, 1981. – 207 с. 52 2. Костяев, П. С. Материаловедение для арматурщиков-бетонщиков и арматурщиков-электросварщиков / П. С. Костяев. – М. : Высшая школа, 1985. – 191 с. 3. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки стали и наплавки. Классификация и общие технические ус- ловия: ГОСТ 9466–75. 4. Электроды металлические для ручной дуговой сварки конст- рукционных и теплоустойчивых сталей. Типы : ГОСТ 9467–75. 5. Проволока стальная сварочная. Технические условия : ГОСТ 2246–70. 6. Руководство по производству арматурных работ. – М. : Стройиздат, 1977. – 255 с. 53 Практическая работа № 4 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА В ПОСТРОЕЧНЫХ УСЛОВИЯХ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Цель работы: приобрести навыки качественного приема строи- тельного раствора на реконструируемый объект. Содержание работы Раствор строительный – искусственный камневидный матери- ал, представляющий собой затвердевшую смесь вяжущего, мелкого заполнителя, необходимых добавок и воды. Растворная смесь, готовая к применению (РСГП) – переме- шанная смесь вяжущего, необходимых добавок, мелкого заполни- теля и воды, полностью затворенная водой. Растворная смесь предварительного изготовления (РСПИ) – перемешанная и частично затворенная водой до подвижности 1–3 см смесь вяжущего, необходимых добавок и мелкого заполнителя, до- затворяемая водой перед применением. Растворная смесь сухая (РСС) – перемешанная смесь сухих компонентов (вяжущего, мелкого заполнителя и необходимых до- бавок), затворяемая перед применением водой или водной диспер- сией полимеров. Классификация растворных смесей и строительных растворов. Их условное обозначение 1. Растворные смеси классифицируют по степени готовности: – на растворные смеси, готовые к применению; – растворные смеси предварительного изготовления; – растворные смеси сухие. 2. По назначению растворы подразделяют: – на монтажные (кладочные); – штукатурные; – облицовочные; – растворы для стяжек. 54 3. По применяемым вяжущим растворы подразделяют: – на простые (на вяжущем одного вида – цементные, известко- вые, гипсовые); – сложные (на смешанных вяжущих). 4. По средней плотности растворы подразделяют: – на тяжелые; – легкие. Условное обозначение растворной смеси при заказе должно состо- ять из сокращенного обозначения смеси по степени готовности, назна- чения раствора, вида применяемого вяжущего, марки по прочности на сжатие, марки смеси по подвижности и обозначение стандарта. При обозначении подвижности смеси должны быть указаны: – марка по подвижности на месте применения (рабочая подвиж- ность); – значение подвижности на период транспортирования (транс- портная подвижность для смесей предварительного изготовления). Примеры условного обозначения: 1. Растворная смесь предварительного изготовления, кладочная, на цементном вяжущем марки по прочности М75, марки по под- вижности Пк2, с транспортной подвижностью 3 см: РСПИ, кладочная, цементная, М75, Пк2(3), СТБ 1307–2002. 2. Растворная смесь сухая штукатурная, с толщиной наносимого покрытия менее 5 мм, на цементном вяжущем, марки по прочности М75, марки по подвижности Пк2: РСС, штукатурная (менее 5 мм), цементная, М75, Пк2, СТБ 1307–2002. Технические требования Растворные смеси приготавливают в соответствии с требования- ми технологической документации. Определение подвижности, плотности растворной смеси и прочности на сжатие являются обя- зательными для всех видов раствора. В зависимости от растворной подвижности растворные смеси подразделяют на марки в соответствии с табл. 4.1. 55 Таблица 4.1 Марки растворных смесей Марка по подвижности Норма подвижности по погружению конуса, см Пк1 От 1 до 4 см включительно Пк2 Свыше 4 до 8 см включительно Пк3 Свыше 8 до 12 см включительно Пк4 Свыше 12 до 14 см включительно Подбор состава растворных смесей (РСГП, РСПИ) должен осу- ществляться с учетом возможной потери подвижности в период транспортирования. Сроки использования растворных смесей должны определяться потребителем при заказе. При прогнозирова- нии использования растворных смесей РСГП, содержащих цемент- ное вяжущее, позднее 2 ч с момента приготовления в их состав сле- дует вводить добавки, заменяющие схватывание растворной смеси. Запрещается добавлять воду в схватившиеся растворные смеси. Нормируемые показатели качества растворов должны быть обеспечены в проектном возрасте. За проектный возраст растворов, если иное не установлено в проектной документации, следует принимать: – 7 сут – для растворов, приготовленных без применения гидрав- лических вяжущих; – 28 сут – для растворов, приготовленных с применением гид- равлических вяжущих. Прочность растворов на сжатие в проектном возрасте характери- зуется марками М4, М10, М50, М75, М100, М150, М200. Марку прочности на сжатие назначают и контролируют для всех видов растворов. Средняя плотность в проектном возрасте должна быть для рас- творов: – тяжелых – 1500 кг/м3 и более; – легких – менее 1500 кг/м3. Морозостойкость растворов характеризуют марками по морозо- стойкости F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200. 56 Нормируемое значение средней плотности раствора, марку рас- твора по прочности на сжатие, морозостойкости, прочности сцепле- ния с основанием, прочность на растяжение при изгибе устанавли- ваются в нормативно-технической, технологической или проектной документации. Для растворов марок по прочности на сжатие М4 и М10, а также для растворов, приготовленных без применения гидравлических вя- жущих, марки по морозостойкости не назначают и не контролируют. Определение подвижности и плотности растворной смеси Подвижность растворной смеси – это способность легко расте- каться по поверхности камня тонким слоем и заполнять все неров- ности основания. Степень подвижности растворной смеси опреде- ляют с помощью прибора по глубине погружения в растворную смесь стального эталонного конуса. Для определения подвижности раствора конус наполняют сме- сью на 1 см ниже уровня его краев. Уложенный раствор штыкуют 25 раз стержнем диаметром 10–12 мм и встряхивают 5–6 раз легким постукиванием сосуда о стол. Острие конуса приводят в соприкос- новение с поверхностью раствора в сосуде, делают отсчет и опус- кают конус. После того как конус перестанет опускаться, снимают второй отсчет. Подвижность растворной смеси будет соответствовать глубине погружения конуса в раствор в сантиметрах и определяют как раз- ность между вторым и первым отсчетом. Плотность растворной смеси определяют с помощью цилиндри- ческого сосуда объемом 1 л. Сосуд наполняют растворной смесью, после этого смесь уплотняют 25-кратным штыкованием стальным стержнем диаметром 10–12 мм с последующим встряхиванием со- суда 5–6 раз и легким постукиванием его о стол. Сосуд со смесью взвешивают и из полученного значения вычисляют массу сосуда. Определение прочности раствора Основным качественным показателем строительного раствора явля- ется его марка по прочности, которую определяют путем испытания в возрасте 28 суток трех образцов-кубов размером 70,7  70,7  70,7 мм. 57 При испытании растворной смеси подвижностью 5 см и более об- разцы-кубы изготавливают в металлических формах без поддонов, установленных на кирпич, а растворных смесей подвижностью ме- нее 5 см – в формах с поддоном. Предел прочности на сжатие для каждого образца вычисляют как частное от деления разрушающей нагрузки (Н) на рабочую площадь образца (см2). За конечный результат принимают среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов-кубов. Расчет объема готовой к применению растворной смеси и предварительно изготовленной смеси Проверка объема поставляемой смеси заключается в осуществ- лении контрольного взвешивания и расчета объема растворной сме- си, готовой к применению, получаемой из растворной смеси пред- варительного изготовления по следующей зависимости:   тр 3 РСГП РСПИ М , л/м ,Р ВV   где Мтр – масса смеси в транспортном средстве, кг; ВРСПИ – объем воды, который необходимо добавить в раствор- ную смесь предварительного изготовления (РСПИ) для приготовле- ния растворной смеси, готовой к применению (РСГП) требуемой подвижности (в соответствии с документом о качестве), л/м3; РРСГП – согласованная между потребителем и изготовителем плотность растворной смеси, готовой к применению, кг/м3. Определение прочности на сжатие раствора, взятого из швов кирпичной кладки 1. Прочность раствора определяют путем испытания на сжатие кубов с ребром 2–4 см, изготовленных из двух пластинок взятых из горизонтальных швов кирпичной кладки (см. рис. 4): PR K A  , Мпа, 58 где P – разрушающая нагрузка, Н; А – площадь поперечного сечения, мм2; K – коэффициент, учитывающий размеры образца: K = 0,8 при размере грани куба 40 мм; K = 0,65 при размере грани куба 20 мм. 2. Пластинки изготавливают в виде квадрата, сторона каждого в 1,5 раза должна превышать толщину пластинки, равную толщине шва. Рис. 4. Схема испытания образцов раствора, взятого из швов кирпичной кладки: 1 – квадратные пластины раствора, выпиленные из плиток, отобранных в горизонтальных швах кладки; 2 – склеивающий слой гипса; 3 – выравнивающий слой гипсового теста 3. Склеивание пластинок раствора для получения кубов с ребром 2–4 см и выравнивание их поверхностей производят при помощи тонкого слоя гипсового теста (1–3 мм). 4. Образцы следует испытывать через сутки после изготовления. Литература 1. Смеси растворные и растворы строительные. Технические ус- ловия : СТБ 1307–2002. 2. Растворы строительные. Методы испытаний : ГОСТ 5802–86. 59 Практическая работа № 5 СПОСОБЫ РАЗРУШЕНИЯ БЕТОННЫХ, ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. Цель работы: ознакомиться со способами разрушения бетонных, железобетонных и каменных конструкций при реконструкции зда- ний и сооружений. Содержание работы В состав подготовительных работ при реконструкции входят следующие работы: разборка зданий и удаление конструктивных элементов, высвобождение и расчистка места строительства с по- следующей вывозкой строительных отходов, складирование на площадке годных для дальнейшего использования материалов, де- талей и конструкций. В процессе разборки зданий осуществляют работы по демонта- жу, разборке, частичному и полному разрушению конструкций. Демонтаж строительной конструкции – механизированный процесс по ее удалению в неразрушенном виде с использованием грузоподъемных, такелажных и транспортных средств. В процессе демонтажа конструкций производят частичное разрушение отдель- ных крепежных и связевых элементов. Разборка строительной конструкции – процесс по частичному ее разрушению с целью членения на отдельные элементы и после- дующей их вывозки. Разборка зданий может быть полной или частичной. Полная раз- борка зданий и их отдельных конструктивных элементов осуществ- ляется при сносе или значительной реконструкции зданий и соору- жений, частичная – при капитальном ремонте здания, его отдель- ных частей или секций. До начала разборки здания производят обследование техниче- ского состояния зданий и его конструкций с целью установления их фактического состояния, размеров, массы, способов соединения конструкций между собой, всех других факторов, которые способ- ных повлиять на выбор способов производства работ. Работы по разборке и разрушению конструкций должны выпол- няться в строгом соответствии с проектом производства работ 60 (ППР) и технологическими картами с обязательным технико- экономическим обоснованием в каждом конкретном случае. На рис. 5.1 представлена схема последовательности разработки организационных решений по разборке зданий с учетом повторного использования конструкций и материалов. Рис. 5.1. Схема организации процессов разрушения конструкций: I этап – подготовка; II этап – разрушение; III этап – удаление обломков; IV этап – повторное использование конструкций и материалов Организационная подготовка Технологическая подготовка Подготовка строительной площадки – мероприятия по охране труда Предварительный отбор строительных материалов и конструкций для повторного использования Комплексное разрушение Разрушение объекта Погрузка и транспортирование Выгрузка в отвал I этап II этап Отбор Повторное использование III этап IV этап 61 Демонтаж и разборка зданий и сооружений может осуществ- ляться поэлементно или укрупненными блоками. Демонтаж конст- рукций здания выполняют, как правило, в процессе их замены. Строительные конструкции, подлежащие разрушению, подраз- деляются на полностью или частично разрушаемые. К полностью разрушаемым конструкциям относятся фундамен- ты, разбираемые в стесненных условиях, деревянные или другие перекрытия, треснувшие своды, к частично разрушаемым – бетон- ные основания и полы, стены и перегородки, кирпичные, железобе- тонные покрытия и перекрытия. К средствам разрушающего действия относятся навесные клин и шармолоты, импульсные водометы, отбойные молотки, бетоноломы, навесные гидро- и пневмомолоты, клиновые раскалыватели, взрывча- тые вещества, гидровзрыв, электрогидравлический эффект и др. К средствам расчленяющего действия относятся ручные свер- лильные станки с алмазными сверлами, кислородное копье, элек- трические бороздоделы, газоструйное порошково-кислородное ко- пье, порошково-кислородный резак, установки плазменной резки. Выбор того или иного способа разборки обосновывается в каждом конкретном случае технико-экономическими расчетами (см. рис. 5.2). Способ разрушения конструкций ударными нагрузками (рис. 5.2) применяют для разрушения сводчатых кирпичных, бетонных и же- лезобетонных перекрытий, а также для разрушения кирпичных стен и перегородок. Рис. 5.2. Механический способ разрушения: а – дробление на куски ударными нагрузками; б – расчленение на блоки отрезными дисками; в – расчленение на блоки с применением средств малой механизации; г – расчленение на блоки в ручную; 1 – разрушаемая конструкция; 2 – клин или шар молот; 3 – алмазный отрезной диск; 4 – пневматический или электрические молотки; 5 – кирка, лом 62 Обрушение отдельных сооружений и конструкций, отсекая их от основной части зданий, выполняют с помощью бульдозеров и трак- торов (см. рис. 5.3). Рис. 5.3. Статический способ разрушения с последующим разрушением конструкции: 1 – обрушаемая конструкция; 2 – врубка на четверть толщины конструкции; 3 – конструкция в зоне приложения статической нагрузки; 4 – конструкции передающие усилие (тяги, упоры, балки, стойки и т. п.); 5 – устройства, создающие статическую нагрузку (лебедки, домкраты, клинья и т. п.); 6 – зона обрушения Взрывные работы могут выполняться для разрушения и дробле- ния каменных, бетонных и железобетонных конструкций (рис. 5.4). Принцип обрушения зданий сооружений на свое основание заклю- чается в образовании взрывом сквозного подбоя по периметру зда- ния или сооружения. В результате взрыва объект падая на свое ос- нование, разрушается. Высота развала обычно не превышает 1/3 высоты здания, а ширина развала в стороны за периметр здания 1/2 высоты стен. Обрушение зданий и сооружений осуществляется зарядами в шпурах. При обрушении зданий на основание шпуры размещают в два ряда в шахматном порядке. Расстояние между шпурами в ряду составляет 80–140 %, а между рядами 75–100 % от глубины шпура. Разрушение фундаментов взрывом может производиться на от- крытых площадках и внутри помещений. Взрывание фундаментов внутри здания необходимо вести только «на рыхление». Обрушение зданий и сооружений производится на их основание или в заданном направлении (направленное разрушение). В задан- 63 ном направлении рекомендуется обрушать высотные сооружения и элементы (дымовые трубы, башни и т. д.), высота которых в четыре раза и более превышает размер горизонтального сечения, измеряе- мый в направлении от валки. Рис. 5.4. Использование взрыва: 1 – обрушаемое здание; 2 – обрушенное здание; 3 – предохранительные экраны (тюки прессованной соломы, камыша, хвороста, связанные сеткой из стальной проволоки); 4 – предохранительный экран из тюков соломы или старых автомо- бильных покрышек (от сотрясения грунта); 5 – взрывчатые вещества в шпурах стен Способ невзрывчатого разрушающего средства (НРС) основы- вается на увеличении его объема при гидратации, с образованием трещин в конструкции. Окончательное разрушение конструкции происходит за счет обрушения. Рис. 5.5. Использование невзрывчатого средства (НРС) с последующим обрушением: 1 – обрушаемое каркасное здание; 2 – наклонные под углом 70º шпуры в колоннах, выполняемые при помощи пневмоперфораторов; 3 – железобетонные колонны; 4 – суспензия НРС, заливаемая в шпуры (через 24–28 ч твердения создается давление и образуются трещины в колоннах); 5 – трактор; 6 – стальной трос, прикрепленный к обрушаемому зданию «на удавку»; 7 – зона обрушения 64 Гидровзрывной способ можно применять для разрушения конст- рукций коробчатой формы, резервуаров и т. п., а также кирпичной кладки, бетона и железобетона, находящихся на земле (рис. 5.6). Этот способ рекомендуется применять при необходимости дости- жения минимального радиуса разлета осколков. Его отличие от взрывного способа состоит в том, что свободное пространство в шпуре заполняется водой или глинистым раствором. Рис. 5.6. Гидравлический способ разрушения с использованием струи воды: 1 – конструкция, расчленяемая на блоки; 2 – отверстия, штрабы, выбиваемые в конструкции; 3 – наконечник гидропушки или гидроагрегата; 4 – струя воды; 5 – гидропушка или гидроагрегат; 6 – приспособление для фиксации гидроагрегата; 7 – гибкий шланг, подающий воду; 8 – емкость с водой; 9 – выбиваемый материал разрушаемой конструкции; 10 – блоки, отчлененные от разрушаемой конструкции Термический способ разрушения монолитных конструкций осно- ван на использовании мощного источника тепла в форме высоко- температурного газового потока или электрической дуги (рис. 5.7). Термическую резку бетона или железобетона успешно осуществ- ляют устройством, получившим название кислородного копья. Принцип его действия заключается в плавлении бетона продуктами сгорания железа в струе кислорода, поступающего в сгораемую трубку в количестве, достаточном для горения и выноса шлака из прорезаемой конструкции. 65 Рис. 5.7. Термический способ разрушения с использованием электрической дуги или газового потока («кислородное копье»): 1 – конструкция, расчленяемая на блоки; 2 – штрабы, прожигаемые в конструкции; 3 – графитовые (угольные электроды (два основных и один вспомогательный для зажимания дуги) или стальная труба (d = 17–20 мм), заполненная стальными прутками; 4 – электрическая дуга (t˚гор = 4000 ºC) или газовый поток; 5 – держатель электрода или трубы; 6 – приспособление для фиксации держателя; 7 – многожильные медные токопроводы или гибкий армированный шланг; 8 – трансформатор или баллоны с кислородом; 9 – расплав материала разрушаемой конструкции (шлак); 10 – блоки, отчлененные от разрушаемой конструкции Электрогидравлический способ используют для разрушения мо- нолитных бетонных и кирпичных массивов, используя установку, основанную на электрогидравлическом эффекте. Гидроскалывание применяют для разрушения монолитных бе- тонных и кирпичных массивов, основано на применении гидравли- ческих раскалывателей, представляющих клиновые устройства с гидроцилиндрами. Клиновое устройство вставляется в заранее про- буренную скважину и с помощью гидроцилиндра приводится в дей- ствие. Усилие, развиваемое гидроцилиндром, увеличивается в не- сколько раз с помощью клина. Разрушение происходит бесшумно и без разлета кусков. Небольшие габариты установки обеспечивают ее применение в стесненных условиях. Литература 1. Технология реконструкции зданий и сооружений : учебно- методическое пособие для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» / С. Н. Леонович [и др.]. – Минск : БНТУ, 2010. – 550 с. 2. Мальганов, А. И. Восстановление и усиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий : атлас схем и чертежей / А. И. Мальганов, В. С. Плевков, А. Н. Полищук. – Томск : Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990. – 316 с. 66 Практическая работа № 6 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЧИН, ВЫЗЫВАЮЩИХ НЕОБХОДИМОСТЬ УСИЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Цель работы: изучить причины, вызывающие необходимость усиления строительных конструкции при реконструкции зданий и сооружений. Содержание работы Причинами возникновения дефектов и аварий может быть нека- чественное проектирование, изготовление и монтаж конструкций, а также физический износ конструкций в результате интенсивной или длительной эксплуатации, нарушение правил эксплуатации, износ конструкций в результате поражения коррозией, внешние воздейст- вия среды, стихийные бедствия (рис. 6.1). Ошибки при проектировании К наиболее распространенным ошибкам при проектировании от- носятся: – неудачно выбранная расчетная схема всего здания или отдель- ных конструкций; – проектирование зданий без достоверных геологических иссле- дований грунтов основания; – занижение сочетаний расчетных нагрузок; – ошибки в назначении марок стали, классов бетона и арматуры; – неправильное размещение связей и жестких диафрагм; – малая глубина заложения фундаментов; – отсутствие учета влияния новых фундаментов пристраиваемых зданий к существующим; – отсутствие авторского и технического надзора за выполнением строительно-монтажных работ. Рис. 6.1. Классификация причин, вызывающих необходимость усиления строительных конструкций П р о ч и е в о з д е й с т в и е и у с л о в и я В о з д е й с т в и е в ы с о к и х т е м п е р а т у р В о з д е й с т в и е н и з к и х о т р и ц а т е л ь н ы х т е м п е р а т у р Б и о л о г и ч е с к а я – к о р р о з и я в р е з у л ь т а т е в о з д е й с т в и я м и к р о о р г а н и з м о в и л и п р о д у к т о в и х ж и з н е д е я т е л ь н о с т и Щ е л е в а я – к о р р о з и я в щ е л я х и з а з о р а х с т р о и т е л ь н ы х к о н с т р у к ц и й Э л е к т р о к о р р о з и я , в о з н и к а ю щ а я п о д д е й с т в и е м в н е ш н е г о и с т о ч н и к а т о к а и л и б л у ж д а ю щ и х т о к о в Ж и д к о с т н а я и л и к о р р о з и я в э л е к т р о л и т а х ( к и с л о т н а я , щ е л о ч н а я , в с о л е в ы х р а с т в о р а х , м о р с к а я ) Различные повреждения конструкций в результате нарушения правил эксплуатации Физический износ конструкций в результате интенсивной или длительной эксплуатации Прочие причины повреждения конструкций и условия, требующие усиления конструкций Локальные или иные повреждения конструкций в результате температурных воздействий Износ конструкций в результате поражения коррозией Ошибки в проектировании изготовлении, транспортировке, а также при производстве строительно- монтажных работ Реконструкция предприятий, модернизация оборудования, изменение функционального назначения зданий и сооружений Причины, вызывающие необходимость усиления надземных железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений И з м е н е н и е г е о м е т р и ч е с к и х р а з м е р о в с е ч е н и й и л и к о н с т р у к ц и и в ц е л о м , а т а к ж е п е р в о н а ч а л ь н ы х с х е м р а б о т У в е л и ч е н и е н а г р у з о к , д е й с т в у ю щ и х н а к о н с т р у к ц и и А т м о с ф е р н а я – к о р р о з и я м а т е р и а л а к о н с т р у к ц и и в а т м о с ф е р е , в о з д у х а и л и д р у г и х в л а ж н ы х г а з о в С т и х и й н ы е п р и р о д н ы е в о з д е й с т в и я ( с е й с м и ч е с к и е , в е т р о в ы е п о р ы в ы , у р а г а н ы , с н е г о в ы е п о к р о в ы , о б л е д е н е н и е , н а в о д н е н и е и т . п . ) 67 Ошибки при проведении строительно-монтажных работ К наиболее распространенным ошибкам при проведении строи- тельных работ относятся (см. рис. 6.2 – 6.7): – неправильная геодезическая разбивка осей, несоблюдение вер- тикальности стен, колонн; – отступление от правил производства работ, особенно в зимний период; – несвоевременная постановка связей; – несоблюдение технологий бетонных работ; – некачественное выполнение соединений на сварке, болтах, за- клепках и клее; – перегрузка конструкций увеличенной массой элементов, боль- шие толщины стяжек; – пропуск деформационных швов, отсутствие гидроизоляции. Рис. 6.2. Деформации при возведении нового здания возле существующего: 1 – возводимое новое здание; 2 – соответствующее здание; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – эпюра осадок фундаментов; 5 – эпюра дополнительных осадок фундаментов 68 Рис. 6.3. Деформации при возведении зданий в несколько очередей: 1, 2 – соответственно здания первой и второй очередей строительства; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – эпюра осадок фундаментов; 5 – эпюра дополнительных осадок фундаментов Рис. 6.4. Деформации при строительстве нового здания на месте снесенного: 1 – возводимое новое здание; 2 – существующее ранее старое здание; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – эпюра осадок фундаментов нового здания; 5 – граница зоны уплотненного грунта 69 Рис. 6.5. Деформации при неправильном устройстве фундаментной части здания: 1 – возводимое здание; 2 – фундаментная часть здания; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – эпюра осадок фундаментов Рис. 6.6. Деформации в виде встречного наклона смежных зданий: 1 – проектное положение смежных высотных зданий; 2 – положение здании после их наклона (крена), вызванного взаимным давлений от фундаментов; 3 – границы зоны уплотненного грунта; 4 – зона дополнительного уплотнения основания 70 Рис. 6.7. Деформации при надстройке дополнительных этажей над зданием: 1 – существующее здание; 2 – надстройка над существующим зданием; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4, 5 – соответственно эпюры осадок фундаментов до и после над стройки дополнительных этажей Неправильная эксплуатация зданий и конструкций К неправильной эксплуатации зданий и конструкций относятся (см. рис. 6.8, 6.9): – отсутствие периодического осмотра зданий и их профилакти- ческих ремонтов; – перегрузка конструкций оборудованием, снегом, внеузловая подвеска к фермам коробов и трубопроводов во время ремонтов; – устройство непредусмотренных проектом отверстий в несущих конструкциях, разрезка профилей, арматуры; – пролив жидкостей, кислот, масел на несущие конструкции; – попадание атмосферной и технической воды, замачиванием грунтов основания; – выемка грунтов вблизи существующих фундаментов, их зама- чивание и промерзание; 71 Рис. 6.8. Деформации при перегрузке пола в складском здании сыпучим материалом: 1 – проектное положение здания; 2 – сыпучий материал; 3 – эпюры осадок до и после укладки сыпучего материала; 5 – положение здания после его деформации Рис. 6.9. Деформации при устройстве фундаментов под тяжелое оборудование: 1 – эксплуатируемое здание; 2 – дополнительно устанавливаемое тяжелое оборудование; 3 – эпюры осадок фундаментов эксплуатируемого здания; 4 – эпюры осадок фундаментов здания после установки тяжелого оборудования; 5 – граница зоны уплотненного грунта; 6 – положение здания после его деформации 72 Внешние воздействия К внешним воздействиям на строительные конструкции относятся – температурные воздействия, осадки, воздушный поток, радиация; – газы, химические вещества; – биологические вредители; – шум, звуковые колебания, вибрации; – землетрясения, ураганы, наводнения; – блуждающие токи; – оползни, морозное пучение грунтов (см. рис. 6.10 – 6.15). Рис. 6.10. Деформации в виде прогиба здания при наличии в основании слабого грунта: 1, 2 – соответственно положение здания до и после деформации; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – слабый грунт (линза, участок дополнительного замачивания и др.) Рис. 6.11. Деформации в виде переноса здания при наличии в основании слабого грунта: 1, 2 – соответственно положение здания до и после деформации; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – слабый грунт (линза, участок дополнительного замачивания и др.) 73 Рис. 6.12. Деформации в виде кручения здания при аварийном замачивании основания: 1, 2 – соответственно положение здания до и после деформации; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – аварийное замачивание грунтов в угловой части здания Рис. 6.13. Деформации в виде выгиба здания при наличии в основании малосжимаемого грунта: 1, 2 – соответственно положение здания до и после деформации; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – малосжимаемый грунт (линза или инородные малосжимаемые включения) 74 Рис. 6.14. Деформации в виде крена здания при наличии в основании слабого грунта: 1, 2 – соответственно положение здания до и после деформации; 3 – слабый грунт (линза, участок замачивания основания вдоль одной из стен здания и др.) Рис. 6.15. Деформации в виде разлома здания при аварийном замачивании основания: 1, 2 – соответственно положение здания до и после деформации; 3 – места появления трещин и развития повреждений конструкций; 4 – аварийное замачивание грунтов основания на различных участках здания Деформации конструкций от повышенных температур и огня Под влиянием высоких температур (свыше 250 °С) и при пожа- рах в эксплуатируемых зданиях возможны крупные деформации и обрушения. Это вызвано следующими причинами: 75 – нагревом стальных конструкций и арматуры в железобетонных и армированных каменных конструкциях приводит к падению ее прочности и удлинению, что приводит к изменению геометрии кон- струкции и большим деформациям. Сжатые армированные зоны конструкций при разогреве и удлинении арматуры разрушаются; – бетон и каменная кладка при ограниченных деформациях ис- пытывают большие температурные напряжения, что вызывает по- терю их несущей способности; – бетон и каменная кладка становятся хрупкими из-за мгновен- ного изменения объема кварцевой составляющей при температуре более 500 °С; – при тушении пожара водой бетонные и каменные конструкции, охлаждаются неравномерно что вызывает в них трещинообразование. Влияние отрицательных температур на основания зданий При отрицательных температурах основания под фундаментами, состоящие преимущественно из глинистых и пылеватых грунтов, мелких и среднезернистых песков, примерзают, что вызывает уве- личение их объема – пучение грунтов. Это происходит потому, что в этих грунтах вода в связанном состоянии в капиллярах находится выше грунтовых вод, а при замерзании верхних слоев грунта про- исходит подсасывание воды из нижних слоев. При этом объем уве- личивается, и при температуре –22 °С давление от льда вызывает разрушение фундаментов и вышележащих стен. При строительстве новых зданий вблизи существующих необхо- димы мероприятия, которые бы препятствовали увлажнению осно- ваний существующих фундаментов при отрывке вблизи них новых котлованов и последующему их промерзанию с образованием де- формаций внутри зданий. Коррозионное разрушение конструкций К причинам коррозионного разрушения металлических и неме- таллических конструкций относятся физические, химические, элек- трохимические и биологические воздействия. Процессы коррозии неметаллических материалов отличаются от процессов коррозии металлов. Если для металлов коррозия проис- 76 ходит на границе металла и среды, то коррозия пористых неметал- лов происходит на границе со средой и в глубине материала, что обуславливается процессами диффузии. Степень воздействия агрессивных сред на неметаллические кон- струкции определяется: – для газовых сред – видом и концентрацией газов, растворимо- стью газов в воде, влажностью и температурой; – для жидких сред – наличием и концентрацией агрессивност- ных агентов, температурой; – для твердых тел – дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью, влажностью окружающей среды. Среды по степени воздействия на конструкции подразделяются на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильно- агрессивные. Наиболее вредное воздействие на конструкции оказывают: – углекислый газ, сернистый ангидрид, фтористый водород, а также щелочи и кислоты; – масла, нефть, нефтепродукты, растворители, различные виды сельскохозяйственных удобрений. Защиту строительных конструкций от коррозии выполняют в за- висимости от агрессивности среды и видов строительных материа- лов в соответствии со строительными нормами. Литература 1. Технология реконструкции зданий и сооружений : учебно- методическое пособие для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» / С. Н. Леонович [и др.]. – Минск : БНТУ, 2010. – 550 с. 2. Мальганов, А. И. Восстановление и усиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий. Атлас схем и чертежей / А. И. Мальганов, В. С. Плевков, А. Н. Полищук. – Томск : Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990. – 316 с. 77 Практическая работа № 7 КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ УСИЛЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Цель работы: ознакомиться с классификацией способов усиле- ния строительных конструкций Содержание работы В отечественной и зарубежной практике накоплено множество различных способов и конструктивных приемов усиления. Главным фактором, влияющим на выбор проекта реконструкции является достижение следующих наиболее важных результатов: 1) минимальных сроков производства работ по усилению; 2) низких трудозатрат при проведении работ по усилению конст- рукций; 3) надежности усиленной конструкции. Выделяеют два основных направления при производстве усиле- ния конструкций: – без разгрузки конструкций; – с разгружением конструкций. К первому направлению относят два метода усиления: – с изменением расчетной схемы и напряженного состояния строительной конструкции; – без изменения расчетной схемы и напряженного состояния конструкции. При производстве работ по усилению с разрушением конструк- ции можно условно выделить: – способы усиления при полном разгружении с последующим исключением конструкции из работы и ее заменой на новую; – способы усиления при частичном разгружении конструкции. Представление о многообразии различных способов и конструк- тивных решений усиления можно объединить в три группы: – группа I. Усиление без нагрузки конструкции с изменением расчетной схемы и напряженного состояния; 78 – группа II. Усиление без разгрузки конструкции и без, измене- ния расчетной схемы напряженного состояния; – группа III. Усиление с частичным разгружением конструкции. Группа I. Усиление без разгрузки конструкции с изменением расчетной схемы и напряженного состояния (рис. 7.1): – усиление предварительно-напряженными распорками, стойка- ми, затяжками, обоймами; – установка шарнирно-стержневых цепей, дополнительных же- стких и упругих опор; – дополнительная горизонтальная или шпренгельная предвари- тельно-напряженная арматура (затяжка). Рис. 7.1. Усиление с изменением конструктивной схемы (дополнительной жесткой опорой – металлическим порталом): 1 – усиливаемая конструкция; 2 – подведенный металлический портал; 3 – плита основания Группа II. Усиление без разгрузки конструкции и без изменения расчетной схемы напряженного состояния: – железобетонная рубашка, обойма, одно- и двухстороннее на- ращивание; – торкретирование и набрызгивание бетона (как правило, с до- бавлением арматуры); 79 – местное усиление накладными хомутами, дополнительной по- перечной арматурой и др.; – усиление с использованием усиливающих элементов, присое- диняемых к основной конструкции на клею, либо с помощью высо- копрочных болтовых стяжек. Группа III. Усиление с частичным разгружением конструкции: – устройство дополнительных металлических и железобетонных балок (рис. 7.2, 7.3); Рис. 7.2. Усиление с частичным разгружением конструкции (дополнительная жесткая опора – сборные железобетонные подкосами): 1 – обойма; 2 – подкосы; 3 – оголовник; 4 – натяжная муфта; 5 – подкладка; 6 – усиливаемый ригель; 7 – затяжка; 8 – планки Рис. 7.3. Усиление частичным разгружением конструкции (дополнительная упругая опора – балкой на кронштейнах): 1 – усиливаемая балка; 2 – усиливающая балка; 3 – подклинка; 4 – колонна; 5 – опорный кронштейн; 6 – металлическая обойма 80 – установка предварительно-напряженных разгружающих ферм и кронштейнов (рис. 7.4); Рис. 7.4. Усиление предварительно-напряженными элементами: а – усиление затяжкой; б – усиление предварительно-напряженными шпренгелями; 1 – усиливаемая балка; 2 – затяжка – предварительно-напряженный шпренгель – установка разгружающих систем металлических и железобе- тонных конструкций и др. На рис. 7.5 приведена классификация, в основу которой положе- ны способы усиления конструкции. На рис. 7.6 представлена раз- вернутая, обобщающая различные приемы усиления, классифика- ция, основанная на анализе работы конструкции с точки зрения ее напряженно-деформированного состояния, расчетной схемы и тре- буемого изменения несущей способности. С помощью клеев возможна установка дополнительной армату- ры на полимерном растворе (рис. 7.7, 7.8, 7.9), приклеивание листо- вого металла, приклеивание стеклоткани, соединение отдельных элементов на клею, применение углеродной ленты. Рис. 7.5. Классификация способов усиления железобетонных конструкций по виду материала усиления У с т р о й с т в о с т о е к , в к л ю ч а е м ы х в р а б о т у д о м к р а т а м и У с т р о й с т в о р а с п о р о к , п о р т а л о в с с о з д а н и е м п р е д в а р и т е л ь н о г о н а п р я ж е н и я в п р о ц е с с е м о н т а ж а У с т р о й с т в о п р е д в а р и т е л ь н о - н а п р я ж е н н ы х о б о й м П р и в а р к а ж е с т к о й д о п о л н и т е л ь н о й а р м а т у р ы с п р е д в а р и т е л ь н о й р а з г р у з к о й У с т р о й с т в о ш п р е н г е л ь н ы х ф е р м с ж е с т к и м и р а с п о р к а м и У с т р о й с т в о ш п р е н г е л е й , ш а р н и р н ы х ц е п е й У с т р о й с т в о у п р у г и х к о н с о л е й , п р е д в а р и т е л ь н о - н а п р я ж е н н ы х х о м у т о в У с т р о й с т в о п р я м о л и н е й н ы х п р е д в а р и т е л ь н о - н а п р я ж е н н ы х з а т я ж е к Усиление железобетонных конструкций обетонированием стальными элементами применением полимерных клеев и высокопрочных болтов Жесткими (сжатыми) элементами из прокатного профиля Гибкими (растянутыми) предварительно-напряженными элементами У к л а д к а с м е с и в и б р и р о в а н и е м в о п а л у б к е Н а н е с е н и е б е т о н н о й с м е с и т о р к р е т и р о в а н и е м и н а б р ы з г о м Рис. 7.6. Классификация способов усиления строительных конструкций Способы усиления железобетонных и каменных конструкций, фундаментов зданий и сооружений Увеличение несущей способности конструкций Восстановление несущей способности конструкции Разгружение конструкции ч а с т и ч н о е С п е ц и а л ь н ы е с л у ч а и у с и л е н и я о т д е л ь н ы х э л е м е н т о в и к о н с т р у к ц и й п о л н о е З а м е н а к о н с т р у к ц и и и л и и з м е н е н и е р а с ч е т н о й с х е м ы П е р е д а ч а н а г р у з к и н а д р у г и е к о н с т р у к ц и и С изменением напряженного состояния С изменением расчетной схемы Без изменения расчетной схемы и напряженного состояния В о с с т а н о в л е н и е р а б о ч е й п л о щ а д и с е ч е н и я к о н с т р у к ц и и ( з а д е л к а , т р е щ и н , р а к о в и н , д е ф е к т о в и т . д . ) В о с с т а н о в л е н и е з а к л а д н ы х д е т а л е й , п е т е л ь , к р е п л е н и й и т . д . З а щ и т а о т з а м а ч и в а н и я и в о з д у ш н ы х а г р е с с и в н ы х с р е д , в о с с т а н о в л е н и е н о р м а л ь н о г о т е м п е р а т у р н о - в л а ж н о с т н о г о р е ж и м а з д а н и й и с о о р у ж е н и й П р о ч и е м е р о п р и я т и я О б о й м ы с е ч е н и й У с т р о й с т в о р у б а ш к и в с е ч е н и я х О д н о с т о р о н н е е н а р а щ и в а н и е П р о ч и е с п о с о б ы Д о п о л н и т е л ь н ы е о п о р ы М е т а л л и ч е с к и е к р о н ш т е й н ы и п о д к о с ы Т я ж и , ж е л е з о б е т о н н ы е и м е т а л л и ч е с к и е п о я с а В к л ю ч е н и е в с о в м е с т н у ю р а б о т у о т д е л ь н ы х к о н с т р у к ц и й С п е ц и а л ь н ы е р е ш е н и я Д о п о л н и т е л ь н а я г о р и з о н т а л ь н а я и л и ш п р е н г е л ь н а я п р е д в а р и т е л ь н о - н а п р я ж е н н а я а р м а т у р а П р е д в а р и т е л ь н о н а п р я ж е н н ы е р а с п о р к и П р е д в а р и т е л ь н о н а п р я ж е н н ы е з а т я ж к и и х о м у т ы П р о ч и е с п е ц и а л ь н ы е с л у ч а и м е т а л л и ч е с к и е ж е л е з о б е т о н н ы е р а с т в о р н ы е п о л и м е р н ы е к о м б и н и р о в а н н ы е Ж е с т к и е с т о й к и , п о р т а л ы , у к о с ы и т . п . У п р у г и е ( б а л к и , т я ж и , б о л т ы и т . п . ) 81 Рис. 7.7. Усиление балки наращиванием: 1 – усиливаемая балка; 2 – железобетонное наращивание; 3 – продольная арматура усиления; 4 – арматурные отгибы; 5 – оголенная арматура балки (участки с шагом через 1,0 м) Рис. 7.8. Усиление балки с помощью установки дополнительной арматуры на полимеррастворе: 1 – усиливаемая балка; 2 – дополнительная арматура; 3 – пазы в бетоне, прорезанные фразой; 4 – защитно-конструкционный полимерраствор 82 Рис. 7.9. Усиление плиты перекрытия установкой дополнительной арматуры на растворе: 1 – усиливаемая плита; 2 – дополнительная арматура; 3 – пазы в бетоне, прорезанные фрезой; 4 – защитно-конструкционный полимерраствор Литература 1. Технология реконструкции зданий и сооружений : учебно- методическое пособие для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» / С. Н. Леонович [и др.]. – Минск : БНТУ, 2010. – 550 с. 2. Мальганов, А. И. Восстановление и усиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий. Атлас схем и чертежей / А. И. Мальганов, В. С. Плевков, А. Н. Полищук. – Томск : Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990. – 316 с. 83 Практическая работа № 8 ОЦЕНКА ДЕФЕКТОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ХАРАКТЕРУ ОБРАЗОВАНИЯ И РАСКРЫТИЯ СИЛОВЫХ ТРЕЩИН Цель работы: ознакомиться с методиками оценки дефектов и повреждений железобетонных конструкций по характеру трещино- образования. Содержание работы Основными дефектами железобетонных конструкций, в той или иной мере влияющими на их несущую способность, долговечность и эксплуатационные свойства являются: – трещины, превышающие допустимые величины по любой из групп предельных состояний; – превышающие допустимые нормы прогибы и перемещения; – раковины и сколы; – отслоение защитного слоя; – раздробленные бетоны в сжатых элементах и сжатых зонах; – коррозия арматуры; – обрывы стержней и арматуры; – потери сцепления арматуры с бетоном; – дефекты защитных покрытий; – отклонения от проекта по габаритам конструкций, опорным узлам сечения арматуры. Согласно действующим в настоящее время принципам проекти- рования и расчета несущих конструкций по предельным состояниям при обследовании все обнаруженные дефекты необходимо разде- лять на следующие типы: – дефекты, указывающие на угрозу снижения или необеспечения несущей способности; – дефекты, недопустимые с позиций пригодности конструкций к нормальной эксплуатации. 84 Общие сведения о трещинах Одним из наиболее характерных дефектов бетонных и железобе- тонных конструкций являются трещины. В зависимости от катего- рии трещиностойкости, связанной с условиями эксплуатации, ви- дом (классом) арматуры, напряженным состоянием сечений (растя- жение, сжатие) и продолжительностью раскрытия, предельно допустимая ширина раскрытия трещин в условиях неагрессивной среды колеблется от 0,1 до 0,4 мм. Для первой категории трещиностойкости образование трещин вообще не допускается (рис. 8.1). Различают трещины, проявившиеся в железобетонных конструк- циях в процессе изготовления, транспортировки и монтажа, а также трещины от эксплуатационных нагрузок и воздействия окружаю- щей среды. К трещинам, появившимся в доэксплуатационный период, отно- сятся: – усадочные трещины, вызванные быстрым высыханием поверх- ностного слоя бетона и сокращением его объема, а также трещины от набухания бетона; – трещины, вызванные неравномерным охлаждением бетона; – трещины, вызванные большим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях; – трещины технологического происхождения, возникшие в про- цессе изготовления конструкций; – трещины в сборных железобетонных элементах силового про- исхождения, вызванные неправильным складированием, транспор- тировкой и монтажом, при которых конструкции подвергались си- ловым воздействиям от собственного веса по схемам, не преду- смотренным проектом. Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, можно раз- делить на следующие виды: – трещины, возникшие в результате температурных деформаций из-за нарушений требований устройства температурных швов или неправильного расчета статически неопределимой системы на тем- пературные воздействия; РАСКРЫТИЕ НОРМАЛЬНЫХ ТРЕЩИН В РЕЗУЛЬТАТЕ ТЕКУЧЕСТИ РАСТЯНУТОЙ АРМАТУРЫ В НОРМАЛЬНОМ СЕЧЕНИИ 1 – изгибаемый элемент; 2 – рабочая арматура растянутой зоны (классов S 400, S 500, S 800), напряжения в котором достигли предела текучести; 3 – нормальные трещины в растянутой зоне шириной раскрытия равной или более 1,5 мм РАЗДРОБЛЕНИЕ БЕТОНА СЖАТОЙ ЗОНЫ В НОРМАЛЬНОМ СЕЧЕНИИ 1 – изгибаемый элемент; 2 – рабочая арматура растянутой зоны; 3 – нормальные трещины в растянутой зоне шириной раскрытия менее 1,5 мм; 4 – трещины в сжатой зоне в нормальном сечении (раздробление бетона); 5 – отслоение бетонных лещадок в сжатой зоне сечения РАСКРЫТИЕ НАКЛОННЫХ ТРЕЩИН В РЕЗУЛЬТАТЕ ТЕКУЧЕСТИ ПРОДОЛЬНОЙ РАСТЯНУТОЙ И ПОПЕРЕЧНОЙ АРМАТУРЫ В НАКЛОННОМ СЕЧЕНИИ 1 – изгибаемый элемент; 2 – рабочая арматура растянутой зоны, напряжения в котором достигли предела текучести в наклонном сечении; 3 – поперечная арматура, напряжения в которой достигли предела текучести в наклонном сечении; 4 – наклонные трещины шириной раскрытия равной или более 1,5 мм РАЗДРОБЛЕНИЕ БЕТОНА СЖАТОЙ ЗОНЫ НАД НАКЛОННОЙ ТРЕЩИНОЙ 1 – изгибаемый элемент; 2 – рабочая арматура растянутой зоны; 3 – поперечная арматура; 4 – наклонные трещины шириной раскрытия менее 1,5 мм; 5 –трещины в сжатой зоне по наклонному сечению над наклонной трещиной (раздробление бетона); 6 – отслоение лещадок в сжатой зоне сечения РАЗРЫВ РАСТЯНУТОЙ АРМАТУРЫ 1 – изгибаемый элемент; 2 – рабочая арматура растянутой зоны; 3 – нормальные трещины в растянутой зоне; 4 – зона разрыва растянутой арматуры РАСКРЫТИЕ НАКЛОННЫХ ТРЕЩИН И РАЗДРОБЛЕНИЕ БЕТОНА ИЗ-ЗА НАРУШЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ 1 – изгибаемый элемент; 2 – рабочая арматура растянутой зоны, выдернутая из опорных частей вследствие нарушения ее сцепления с бетоном или раскола торцов около опорных зон; 3 – наклонные трещины; 4 – трещины в сжатой зоне по наклонному сечению (раздробление бетона); 5 – отслоение бетонных лещадок в сжатой зоне сечения Рис. 8.1. Оценка разрушения железобетонных изгибаемых элементов по характеру образования и раскрытия силовых трещин 85 86 – трещины, вызванные неравномерностью осадки грунтового ос- нования, что может быть связано с нарушением требований устрой- ства осадочных деформационных швов, аварийным замачиванием грунтов, проведением земляных работ в непосредственной близости от фундаментов без обеспечения специальных мер; – трещины, обусловленные силовым воздействием, превышаю- щим способность железобетонных элементов воспринимать растя- гивающие напряжения. С точки зрения напряженно-деформированного состояния кон- струкции, трещины можно разделить по их значению, т. е. влиянию на несущую способность: – трещины, указывающие на аварийное состояние конструкций; – трещины, увеличенные водопроницаемостью бетона; – трещины, снижающие долговечность конструкции из-за интен- сивной коррозии арматуры, бетона; – трещины, вызывающие опасения в надежности конструкций. Исследуя характер распространения и раскрытия видимых тре- щин, в большинстве случаев можно определить причину их образо- вания, а также оценить степень опасного состояния конструкций. Трещины от силового воздействия обычно располагаются перпен- дикулярно действию главных растягивающих напряжений (рис. 8.1, табл. 8.1). Таблица 8.1 Характерные дефекты и повреждения железобетонных балок Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Нормальные трещины в растянутой зоне Действие изгибающего момента при перегрузке; снижение прочности бе- тона; уменьшение диа- метра арматуры в кор- розии Усиление по рас- чету нормальных сечений; защита от коррозии; за- делка трещин 87 Продолжение табл. 8.1 Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Наклонные трещины у опор Действие поперечной си- лы и изгибающего момен- та при перегрузке; сниже- ние прочности бетона; недостаточная площадь поперечной арматуры Усиление по рас- чету наклонных сечений; защита от коррозии; за- делка трещин Приопорные трещины Нарушение анкеровки ра- бочей арматуры; про- скальзывание арматуры Усиление по рас- чету опорных участков балки Раздробление бетона опорных частей Раскалывание опорных ча- стей балок предваритель- но напряженной армату- рой Усиление опор- ных частей балки Усадочные трещины Температурно-влажност- ные и усадочные дефор- мации бетона Инъекцирование глубоких трещин, затирка поверх- ностных трещин Нормальные трещины в сжатой зоне Большие усилия обжатия предварительно напряжен- ной арматурой при изго- товлении, перевозке и складировании Усиление по рас- чету Продольные трещины в сжатой зоне Раздавливание сжатой зо- ны бетона вследствие пе- регрузки или снижения прочности бетона Усиление сжатой зоны балки Раздробление бетона между наклонными трещинами Раздавливание бетона от действия главных сжи- мающих напряжений вследствие перегрузки или снижения прочности бе- тона Усиление балки Трещины вдоль арматуры, ржавые подтеки Коррозия арматуры в ре- зультате нарушения за- щитного слоя бетона, дей- ствия агрессивных средств Восстановление защитного слоя бетона, защита арматуры от кор- розии; усиление балки по расчету 88 Окончание табл. 8.1 Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Сколы защитного слоя бетона Механические повреж- дения при перевозке и эксплуатации, коррозия арматуры; огневое воз- действие Восстановление разрушенных участков; защита от агрессивного действия среды; усиление по расчету Отслоение лещадок бетона Огневое воздействие; давление новообразова- ний (солей, льда) Восстановление поврежденных участков; защита от агрессивного действия среды, усиление по расчету Шелушение поверхности бетона Воздействие агрессивных сред, попеременное замо- раживание–оттаивание или увлажнение–высыхание Защита от агрес- сивного воздей- ствия среды; восстановление разрушенных поверхностей балки Усадочные трещины в плоских конструкциях распределяются хаотично по объему, а в конструкциях сложной конфигурации кон- центрируются в местах сопряжения элементов (узлы ферм, сопря- жение полки и ребер в плитах). Трещины в изгибаемых элементах Характерными являются трещины, возникающие в изгибаемых элементах-балках, перпендикулярные (нормальные) продольной оси вследствие появления растягивающих напряжений в зоне дей- ствия максимальных изгибающих моментов, и трещины, наклонные к продольной оси, вызванные главными растягивающими напряже- ниями в зоне действия существенных перерезывающих сил и изги- бающих моментов (рис. 8.1, табл. 8.2). 89 Таблица 8.2 Трещины вдоль продольной арматуры в сжатых элементах Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Нормальные трещины в консолях Под действием изги- бающего момента при перегрузке, увеличе- нии эксцентриситета приложения нагрузки; уменьшение диаметра арматуры вследствие коррозии Усиление консоли колонны по расчету Наклонные трещины в консолях Под действием попе- речной силы при перегрузке; снижение прочности бетона; уменьшение диаметра арматуры (хомутов и отгибов) вследствие коррозии Усиление консоли колонны по расчету Сколы бетона на ребрах Механические повре- ждения при перевозке и эксплуатации; кор- розия арматуры; огне- вые воздействия Восстановление сколоты участков; защита от корро- зии; усиление по расчету Стесывание части сечения Механические повре- ждения мостовым кра- ном при деформации колонны; повреждения напольным транспор- том Предотвращение деформаций ко- лонны; восстанов- ление разрушен- ных участков; уси- ление по расчету Обрыв заклад- ных деталей Перегрузки и динами- ческие воздействия при работе мостовых кранов Восстановление закладных деталей 90 Окончание табл. 8.2 Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Обрыв выпусков арматуры Перегрузка неразре- занного ригеля; умень- шение диаметра вы- пуска вследствие коррозии Восстановление узлов крепления ригеля с колонной Отслоение лещадок бетона Огневое воздействие при пожаре; давление новообразований (солей, льда) Восстановление поврежденных участков; усиле- ние колонных по расчету Шелушение поверхности бетона Воздействие агрессивных сред; попеременное замо- раживание-оттаивание бетона или увлажнение– высыхание Защита от агрес- сивного воздейст- вия среды; восста- новление поверх- ности бетона Нормальные трещины имеют максимальную ширину раскрытия в крайних растянутых волокнах сечения элемента. Наклонные тре- щины начинают раскрываться в средней части боковых граней эле- мента – в зоне действия максимальных касательных напряжений, – а затем развиваются в сторону растянутой грани. Раздробление бетона сжатой зоны сечений изгибаемых элемен- тов указывает на исчерпание несущей способности конструкции. Трещины в предварительно напряженных балках Балки, армированные высокопрочной арматурой, изготавлива- ются предварительно напряженными с повышенными требования- ми по трещиностойкости, поэтому появление в них широко раскры- тых трещин всегда свидетельствует либо о серьезных технологиче- ских недоработках, либо о перегрузках (рис. 8.2, 8.3). 91 Рис. 8.2. Характерные трещины в изгибаемых железобетонных элементах, работающих по балочной схеме: 1 – нормальные трещины в зоне максимального изгибающего момента; 2 – наклонные трещины в зоне максимальной поперечной силы; 3 – трещины и раздробление бетона в сжатой зоне элемента Рис. 8.3. Трещинообразование в предварительно напряженной стропильной балке Причины возникновения указанных на рис. 8.3 трещин различны. Так, трещины 1 возникают вследствие или малого предварительного напряжения (больших потерь предварительного напряжения) армату- ры или вследствие перегрузки балки по нормальному сечению. Также и трещины 3 говорят о перегрузке нормального сечения. Трещины 2 свидетельствуют о перегрузке наклонных сечений балки т. е. несоответствии класса бетона проекту или его занижен- ное значение, большой шаг поперечной арматуры. Низкий класс бетона, его недостаточная прочность в момент создания предварительного напряжения вызывает нарушение анке- ровки преднапряженной арматуры и трещины 4. 92 Трещины 5, 6 вызваны силовым воздействием при обжатии бе- тона арматурой. Они свидетельствуют о недостаточном косвенном армировании в зоне заанкеривания предварительно напряженной арматуры. Трещины 5, 6 говорят о низкой прочности бетона в мо- мент обжатия. Трещины 7 могут быть вызваны непроектным соединением заклад- ных деталей смежных с балкой конструкций и закладных балки. Трещины в сжатых элементах. Появление продольных трещин вдоль арматуры (рис. 8.4) в сжа- тых элементах свидетельствует о разрушениях, связанных с потерей устойчивости (выпучиванием) продольной сжатой арматуры из-за недостаточного количества поперечной (косвенной) арматуры. Рис. 8.4. Трещины вдоль продольной арматуры в сжатых элементах Вообще же дефекты в виде трещин и отслоения бетона вдоль ар- матуры железобетонных элементов могут быть вызваны и корро- зийным разрушением арматуры. В этих случаях происходит нару- шением сцепления продольной и поперечной арматуры с бетоном. Нарушение сцепления арматуры с бетоном за счет коррозии можно установить простукиванием поверхности бетона, при этом прослу- шиваются пустоты. Продольные трещины вдоль арматуры с нарушением сцепления ее с бетоном могут быть вызваны и температурными напряжениями при эксплуатации конструкций с систематическим нагревом свыше 300 °С или после действия пожара. 93 Характер трещинообразования ствола железобетонной колонны зависит от эксцентриситета приложения нагрузки. При больших эксцентриситетах в растянутой зоне могут образовываться широко раскрытые горизонтальные трещины, свидетельствующие о пере- грузке колонны или ее недостаточном армировании. При малых эксцентриситетах появляются вертикальные трещины, являющиеся следствием перегрузки колонны или низкого класса бетона. Появ- ление вертикальных «силовых» трещин часто провоцируется уса- дочными, совпадающими с ними по направлению. Картина трещи- нообразования в колоннах представлена на рис. 8.5, а описание их характерных дефектов и повреждений – в табл. 8.2. Рис. 8.5. Причины трещинообразования в колоннах сплошного сечения: а – трещины от действия эксплуатационных нагрузок; 1 – перегрузка колонны по нормальному сечению, недостаточное количество рабочей продольной арматуры; 2 – перегрузка ствола колонны при малом эксцентриситете нагрузки, низкий класс бетона; 3 – большой шаг поперечных сечений, плохое приваривание поперечных стержней к продольным, потеря местной устойчивости сжатой продольной арматуры; 4 – отсутствие косвенного армирования оголовка колонны, низкий класс бетона; 5 – недостаточное количество продольной арматуры в консоли, перегрузка консоли; 6 – недостаточное армирование консоли горизонтальными и наклонными стержнями, низкий класс бетона, перегрузка консоли; б – трещины от усадки бетона Ту коррозии арматуры Тк монтажных нагрузок Тм 94 Трещины в стропильных фермах Соединение элементов фермы в узлах создает предпосылки для концентрации в них разнородных по знаку и характеру напряжений: сжимающих, растягивающих, касательных. В результате концен- трации напряжений узлы подвержены наиболее интенсивному тре- щинообразованию и требуют значительного расхода арматуры. Большие растягивающие усилия в нижнем поясе приводят к появ- лению сквозных вертикальных трещин, а сжимающие усилия в верхнем поясе – к появлению несквозных горизонтальных трещин. Изучая картину трещинообразования в раскосной стропильной ферме сегментного очертания, представленную на рис. 8.6, можно выделить несколько групп трещин: – напорные опорного узла (трещины 1, 2, 3); – лучеобразные вертикальные (трещины 4); – лучеобразные горизонтальные (трещины 5, 6, 7); – перпендикулярные оси элементов фермы (трещины 8, 9); – продольные в сжатых элементах (трещины 10); – монтажные (трещины 11); – нормальные в растянутых элементах (трещины 12, 13). Трещины опорного узла ферм по своей природе близки к трещи- нам на опорах балок. Появление горизонтальных трещин в нижнем напряженном поясе 6 свидетельствует об отсутствии или недоста- точности поперечного армирования в обжатом бетоне. Нормальные (перпендикулярные к продольной оси) трещины типа 9 появляются в растянутых стержнях при необеспеченности трещиностройкости элементов. Причем следует обратить внимание на то обстоятельст- во, что снятие внешней нагрузки на ферму, уменьшая растягиваю- щие усилия в нижнем поясе, приводит к закрытию трещин типа 9, но при этом может вызвать увеличение раскрытия трещин типа 4, 5. Появление повреждений в виде лещадок типа 13 свидетельствует об исчерпании прочности бетона на отдельных участках сжатого пояса или на опорах. 95 Рис. 8.6. Причины трещинообразования в стропильной раскосной ферме: 1 – низкий класс бетона, недостаточное количество поперечной арматуры: большой шаг стержней, малый диаметр; 2 – недостаточное преднапряжение продольной арматуры, проскальзывание ее в зоне заанкеривания, недостаточное количество поперечной арматуры; 3 – нарушение анкеровки преднапряженной арматуры: низкий класс бетона, недостаточная прочность бетона на момент обжатия; 4 – недостаточное косвенное армирование от усилий обжатия преднапряженной арматуры; 5, 6 – отсутствие косвенного армирования (сетки, замкнутые хомуты) в зоне заанкеривания преднапряженной арматуры, низкая прочность бетона на момент обжатия, наклонные трещины в верхнем поясе; 7 – недостаточное косвенное армирование узла поперечными стержнями (сетками); 8 – недостаточное заанкеривание рабочей арматуры растянутого элемента в узле фермы, слабое косвенное армирование узла; 9 – недостаточное преднапряжение нижнего пояса, перегрузка фермы; 10 – низкий класс бетона, перегрузка фермы; 11 – изгиб из плоскости фермы при монтаже, перевозке, складировании; 12 – перегрузка фермы, смещение арматурного каркаса относительно продольной оси элемента; 13 – откол лещадок 96 Трещины в плитах перекрытия и сборных панелях перекрытий Для плит перекрытий характерно развитие трещин силового происхождения на нижней растянутой поверхности плит с различ- ным соотношением сторон (рис. 8.7). При этом бетон сжатой зоны может быть не нарушен. Смятие бетона зоны указывает на опас- ность полного разрушения плиты. Перекрытия промышленных предприятий находятся в сложных условиях, испытывая технологические перегрузки, ударные и виб- рационные воздействия, разрушающее влияние технических масел и других агрессивных сред, что приводит к их быстрому износу, а, следовательно, и к появлению трещин. Как видно на рис. 8.7, харак- тер трещин, обусловленных силовым воздействием, зависит от ста- тической схемы плиты перекрытия: вида и характера действующей нагрузки, способа армирование и соотношения пролетов. При этом трещины располагаются перпендикулярно главным растягивающим напряжениям. Рис. 8.7. Характерные «силовые» трещины на потолочной поверхности плит, нагруженных равномерно-распределенной (а, б, в, д, е, ж, з) и сосредоточенной (г) нагрузками: а – работающих по балочной схеме при l1 / l2 ≥ 3; б – опертых по контуру при 2 < l1 / l2 < 3; в, г – то же, при l1 / l2 ≤ 2; д – то же, при l1 / l2 = l; е – опертых по трем сторонам, при l3 / l1 < 1,5; з – то же, при l3 / l1 > 1,5 97 Причинами широкого раскрытия «силовых» трещин обычно яв- ляются перегрузка плиты, недостаточное количество рабочей арма- туры или неправильное ее размещение (сетка смещена к нейтральной оси). Если ширина раскрытия трещин превышает 0,3 мм, плиты уси- ливаются методом наращивания с дополнительным армированием. В местах приложения больших сосредоточенных сил усиливается зона, воспринимающая нагрузку, для чего используются различные распределительные устройства (стальные листы, балки, густоарми- рованная набетонка и др.). Трещины силового характера (см. рис. 8.7) достаточно легко от- личить от усадочных и вызванных коррозией арматуры (последние представлены на рис. 8.8). Усадочные трещины при ширине раскрытия до 0,1 мм не опасны и обычно устраняются отштукатуриванием поверхности. Характер образования трещин от эксплуатационной нагрузки ребристых па- нелей перекрытий практически не отличается от ранее рассмотрен- ных конструкций: балок и плит (рис. 8.8, табл. 8.3). Рис. 8.8. Трещины на потолочной поверхности плиты перекрытия, образовавшиеся от усадки бетона и коррозии арматуры: Тк – трещины от коррозии; Ту – трещины от усадки бетона 98 Таблица 8.3 Характерные дефекты и повреждения Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Нормальные трещины в растянутой зоне Действие изгибающего момента при перегруз- ке, снижение прочно- сти бетона, уменьше- ние диаметра в резуль- тате коррозии Усиление по расче- ту нормальных сечений; защита от коррозии; задел- ка трещин Наклонные трещины у опор Действие поперечной силы и изгибающего момента при перегруз- ке, снижение прочно- сти бетона, уменьше- ние площади попереч- ной арматуры Усиление по расче- ту наклонных сечений; защита от коррозии; задел- ка трещин Приопорные трещины Нарушение анкеровки, проскальзывание арматуры Усиление опорных участков плит Трещины вдоль арматуры, ржавые подтеки Коррозия арматуры в результате нарушения защитного слоя бетона и воздействия агрес- сивных сред Восстановление защитного слоя бетона; защита арматуры от кор- розии; усиление плиты по расчету Трещины по контуру полок плит Действие изгибающего момента при перегруз- ке, снижение прочно- сти бетона, уменьше- ние диаметра в резуль- тате коррозии Усиление по расчету полок и плиты; защита арматуры от кор- розии; заделка трещин Недостаточная анке- ровка арматуры полки в продольных ребрах Усиление полки плиты Усадочные трещины Усадочные и темпера- турно-влажностные деформации бетона Шпатлевка поверхностных трещин; инъекти- рование глубоких трещин 99 Окончание табл. 8.3 Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Нормальные трещины в сжатой зоне Большие усилия обжа- тия напрягаемой арма- туры при изготовле- нии плиты; непра- вильная перевозка и складирование Усиление по расчету Раздробление бетона между наклонными трещинами Раздавливание бетона главными сжимающи- ми напряжениями при перегрузке, снижение прочности бетона Усиление плиты Сколы бетона, продавливание полки Механические повре- ждения при перевозке и эксплуатации; ого- ление арматуры с целью подвески тех- нологического обору- дования Восстановление разрушенных участков, снятие подвесок и креп- лений; устройство распределитель- ных устройств Отслоение лещадок бетона Огневое воздействие; коррозия арматуры; давление новообразо- ваний (льда, солей) Восстановление поврежденных участков; усиле- ние по расчету; защита от агрес- сивного воздейст- вия среды Шелушение поверхности бетона Воздействие агрессив- ных сред; поперемен- ное замораживание– оттаивание или ув- лажнение–высыхание Защита от агрес- сивного воздейст- вия среды; восста- новление повреж- денных поверх- ностей бетона Однако в железобетонных конструкциях часто встречаются и технологические дефекты в виде щелеобразных раковин и усадоч- ных трещин. К ним относятся трещины, идущие вдоль арматурных стержней и возникающие от разрыва уплотненной бетонной смеси при вибрировании, продольные щелеобразные раковины под арма- турными стержнями от зависания бетонной смеси, трещины от тем- пературной деформации при пропаривании, усадочные трещины при жестком режиме тепловлажностной обработки, высоком расхо- 100 де вяжущего, большом водоцементном отношении. Для многопус- тотных панелей перекрытий характерны технологические трещины в ребрах между пустотами, образующиеся при вытягивании пуан- сонов, а также продольные трещины в верхней полке вдоль пустот (рис. 8.9, 8.10). Рис. 8.9. «Силовые» трещины на потолочной поверхности ребристой панели перекрытий: 1 – в полке панели; 2 – нормальные в продольном ребре; 3 – наклонные в продольном ребре; 4 – продольные в поперечном ребре Рис. 8.10. «Силовые» и технологические трещины в пустотной панели перекрытия: 1 – «силовые» трещины; 2 – технологические трещины 101 Силовые трещины в пустотных панелях соответствуют недоста- точной прочности по нормальному сечению. Панели перекрытий с технологическими трещинами шириной раскрытия более 0,2 мм ремонтируются или отбраковываются. Литература 1. Технология реконструкции зданий и сооружений : учебно- методическое пособие для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» / С. Н. Леонович [и др.]. – Минск : БНТУ, 2010. – 550 с. 2. Мальганов, А. И. Восстановление и усиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий. Атлас схем и чертежей / А. И. Мальганов, В. С. Плевков, А. Н. Полищук. – Томск : Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990. – 316 с. 102 Практическая работа № 9 ФИЗИЧЕСКИЙ И МОРАЛЬНЫЙ ИЗНОС ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ» Цель работы: приобрести понятия о физическом и моральном износе зданий и сооружений. Содержание работы: В процессе эксплуатации здания и сооружения подвергающая моральному и физическому износу. Физический износ – потеря прочности основных элементов зданий и сооружений, снижение их устойчивости и эксплуатацион- ной надежности в результате внешних и внутренних воздействий, условий и длительности эксплуатации. Величина физического износа – это количественная оценка технического состояния, показывающая долю ущерба по сравнению с первоначальным состоянием технических и эксплуатационных свойств конструкций зданий и сооружений. Состояние строительных конструкций находится в прямой зави- симости от сроков службы и дефектов, допущенных при проекти- ровании, строительстве и эксплуатации зданий. Физическому износу подвержены все здания и сооружения, при этом износ каждого объекта имеет специфические особенности, свой характер. В течение всего периода эксплуатации здания его физический износ будет повышаться, так как при ремонте практически нельзя полностью восстановить все первоначальные качества. Процесс фи- зического износа зданий и сооружений в процессе эксплуатации состоит из трех характерных периодов (табл. 9.1, 9.2). Период физического износа. В этот период происходит загрузка несущих конструкций полезной нагрузкой. На техническое состояние отрицательно влияют дефекты мате- риала, дефекты монтажа конструкций. Здания в первоначальный период испытывают воздействия от усадочных, температурных, влажностных напряжений и различных деформаций. 103 Таблица 9.1 Характерные дефекты и повреждения каменных стен Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Раздробление кладки, корот- кие трещины, скалывание кладки под опорами балок Местное смятие кладки из-за перегрузки, отсут- ствия опорной подуш- ки, малого опирания балок Усиление кладки стены под опора- ми балки Вертикальная трещина в месте сопряжения продольной стены с попе- речной Разная загруженность стен (например, про- дольные стены самоне- сущие, а поперечные – несущие); температур- но-влажностные де- формации Усиление места стен, заделка трещины Вертикальная трещина в примыкании пилястры к стене Различная деформатив- ность кладки разноза- груженной стены и пилястры; отсутствие связей пилястры со стеной Усиление пиляст- ры; установка связей пилястры со стеной Горизонтальная трещина Отрыв нижележащего участка стены вследст- вие местных деформа- ций грунтов основания; сдвиг кладки вследст- вие увеличения гори- зонтальных нагрузок; расслоение кладки Усиление стены, заделка трещин Трещины вдоль арматуры с выпучиванием кладки Коррозия арматуры вследствие воздейст- вия агрессивных сред Защита арматуры от коррозии; усиление стены 104 Окончание табл. 9.1 Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Отслоение облицовки Различная деформа- тивность облицовки и кладки (особенно выполненной в зимнее время); давление новообразований под облицовкой (соли, лед) Крепление обли- цовки, заделка трещин, усиление стены; защита от воздействия воды и агрессивных сред Выветривание кладки, выпа- дение отдель- ных камней Попеременное замо- раживание–оттаивание водонасыщенной кладки Устранение зама- чивания кладки; заделка повреж- денных участков; усиление стены Шелушение поверхностей, замачивание кладки Воздействие грунто- вой сырости, химиче- ски агрессивных сред Восстановление горизонтальной вертикальной гидроизоляции стен Таблица 9.2 Характерные дефекты и повреждения панельных стен Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Деформации стены Неравномерные де- формации грунтов основания фундамен- тов, морозное пучение Предотвращение неравномерных деформаций и морозного пуче- ния; повышение пространственной жесткости здания 105 Продолжение табл. 9.2 Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Отклонение стен от вертикали Неравномерные дефор- мации грунтов основа- ния фундаментов; нару- шение анкеровки пере- крытий; нарушение свя- зей с поперечными сте- нами Предотвращение неравномерных деформаций грунтов основа- ния; анкеровка плит перекрытий в наружных сте- нах; установка новых связей Выпучивание стен Неравномерные дефор- мации горизонтальных растворных швов раз- нонагруженных про- дольных и поперечных стен (особенно для зданий, возводимых в зимнее время) Установка допол- нительных связей к выпучивающим- ся стенам, заделка трещин и швов Вертикальные трещины в наружных стенах Перегрузка простенков и перемычек; сниже- ние прочности бетона Устранение перегрузок; усиле- ние простенков и перемычек Вертикальные и наклонные трещины во внутренних стенах Деформации утолщен- ных или из раствора низкой прочности гори- зонтальных растворных швов; перегрузка, воз- растание эксцентриси- тета приложения на- грузки Усиление панелей, заделка трещин Вертикальные трещины в месстах сопряжения продольных и поперечных стен Сдвиг из-за разной загруженности про- дольных и поперечных стен; температурно- влажностные дефор- мации стен Усиление узлов сопряжения продольных стен с поперечными; заделка трещин. 106 Окончание табл. 9.2 Вид повреждения Схема повреждения Причины повреждения Мероприятия по устранению дефектов и повреждений Выдавливание наружных панелей Механические повре- ждения; избыточное внутреннее давление (взрыв газа) Установка выдав- ленной панели на место; установ- ка новых связей; заделка трещин и швов Короткие трещины под опорами плит Местное смятие бето- на из-за перегрузок, малого опирания плит перекрытий; сниже- ние прочности бетона поперечных несущих стен Усиление повреж- денных участков стен Именно на этот период приходится большое количество разру- шений и даже аварий строительных конструкций. В частности, 20 % на объектах построенных, но не сданных в эксплуатацию, а в про- цессе эксплуатации 15 % – при работе до пяти лет. Это свидетель- ствует о необходимости более строгого контроля качества работ при строительстве и приемке зданий в эксплуатацию. По истечении этого периода проводится первый, так называемый «послеосадочный» ремонт. Период длительного, медленного износа. Во время этого периода происходит необратимый процесс износа. Восстановление эксплуатационных качеств и поддержание их на должном уровне всецело зависит от качества технической эксплуа- тации, ремонтно-восстановительных работ и работ, проводимых во время реконструкции зданий. Период интенсивного износа. В этот период физический износ может достичь критического значения. Отдельные конструкции пе- рестают оказывать сопротивление характерным для данного здания воздействиям и выключаются из работы, что может привести к ава- рии, если не принять мер по их восстановлению или усилению. 107 Наряду с физическим износом объекты подвергаются морально- му старению. Моральный износ зданий – это устранение с течением времени типов, параметров и объемно-планировочных решений зданий, их оборудования и отделки, художественно-стилевых особенностей архитектуры и внешнего облика зданий в связи с изменением пред- ставлений общества, а также изменившимися с течением времени нормами и представлениями об условиях проживания различных слоев населения. Литература 1. Технология реконструкции зданий и сооружений : учебно- методическое пособие для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» / С. Н. Леонович [и др.]. – Минск : БНТУ, 2010. – 550 с. 2. Мальганов, А. И. Восстановление и усиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий. Атлас схем и чертежей / А. И. Мальганов, В. С. Плевков, А. Н. Полищук. – Томск : Томский межотраслевой ЦНТИ, 1990. – 316 с. 108 Практическая работа № 10 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Цель работы: ознакомиться с особенностями использования стандартного ультразвукового метода контроля при обследовании эксплуатируемых железобетонных конструкций с позиций дейст- вующих в Республике Беларусь нормативов. Содержание работы Основные понятия и термины Акустический импульс – распространяющееся в упругой среде одинарное или квазипериодическое механическое возмущение (де- формация, напряжение). Возбуждение акустического импульса мо- жет осуществляться кратковременным силовым или иным воздей- ствием в локальной области среды, создающим в этой области кратковременное напряжение или деформацию. Ультразвуковые колебания (УЗК) – механические колебания частотой более 20 000 Гц. Ультразвуковые волны – распространяющиеся в упругой среде периодические или квазипериодические возмущения (деформация, напряжение), частотный спектр которых лежит в области УЗК. Продольные ультразвуковые волны – один из типов ультра- звуковых волн, у которых вектор возмущений параллелен направ- лению распространения волны. Скорость распространения продольных ультразвуковых (зву- ковых) волн – наибольшая среди всех типов акустических волн; свя- зана с физико-механическими свойствами среды соотношением     1 1 , 1 1 2 Eс        (10.1) 109 где Е – динамический модуль упругости материала;  – коэффициент Пуассона;  – плотность материала. Типичное значение скорости распро- странения продольной волны в бетоне – 4000 м·с–1. Акустический контакт – область механического контакта двух сред или контролируемой среды и измерительных излучающего и приемного ультразвуковых преобразователей, через которую про- исходит передача энергии акустической (ультразвуковой) волны. Наиболее распространены вязкий (жидкостный) контакт и сухой точечный контакт (СТК). Первый заключается в заполнении облас- ти контакта вязким материалом (солидолом) или жидкостью. Вяз- кий контакт обеспечивает передачу энергии колебаний с малым за- туханием, но требует затрат времени для нанесения контактной смазки и частого ее обновления, что снижает оперативность ультра- звукового контроля. СТК не требует применения каких-либо рас- ходных материалов, но вносит большое затухание проходящим че- рез него колебаниям, поэтому используется на небольших (100–300 мм) базах прозвучивания бетона. База прозвучивания – расстояние между центрами акустиче- ского контакта излучающего и приемного ультразвуковых преобра- зователей с контролируемым материалом. Скорость распространения УЗК – определяется как отношение базы прозвучивания ко времени распространения УЗК. Время рас- пространения УЗК определяется прямыми измерениями: как про- межуток времени между моментом излучения акустического (ульт- развукового) импульса и моментом его регистрации приемным ультразвуковым преобразователем. Ультразвуковой метод определения прочности бетона Ультразвуковой метод определения прочности бетона является косвенным методом испытаний, так как в процессе испытаний не- посредственно получают не параметр прочности, а косвенную ве- личину – скорость распространения в бетоне УЗ импульса. Оценку же прочности бетона получают, пользуясь установленной функцио- нальной зависимостью скорости УЗ импульса от прочности бетона. По сравнению с механическими методами испытаний бетона 110 (ГОСТ 22690–88) ультразвуковому методу контроля присущ ряд особенностей, которые можно рассматривать и как достоинства, и как его недостатки. ГОСТ 17624–87, регламентирующий ультразву- ковой метод, рассматривает его исключительно в качестве метода определения прочности бетона. Однако формулы классической аку- стики, связывающие скорость распространения акустических волн с физико-механическими свойствами материалов, не содержат пара- метров прочности. В частности, формула (10.1) указывает на отсут- ствие прямой связи между прочностью бетона и скоростью распро- странения в нем акустической волны. Но, с другой стороны, повышение прочности бетона достигается, как правило, увеличением содержания веществ – цемента, микро- кремнезема и других, увеличивающих количество и жесткость кон- тактов (см. рис. 10.1) между составляющими бетон компонентами, что также приводит и к увеличению модуля упругости бетона. При этом, разумеется, увеличивается плотность бетона, что в соответст- вии с формулой (10.1) должно снижать скорость распространения акустического импульса. а б 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 3 3 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 1 4 3 3 Рис. 10.1. Упрощенная модель структуры бетона: а – бетон низкой прочности; б – бетон высокой прочности; 1 – зерна крупного заполнителя; 2 – зерна мелкого заполнителя; 3 – кристаллы цементного камня; 4 – зерна микрокремнезема 111 Однако рост количества контактов структурных элементов бетона опережает сопутствующее приращение его плотности. В результате, передача импульса от одного зерна заполнителя к другому происходит с меньшим затуханием и по более выпрямленной траектории, что про- являет себя увеличением скорости акустических волн. Известна корреляция (статистическая связь) между прочностью бетона и его упругостью. Для тяжелого и мелкозернистого бетонов связь модуля упругости Ecm и нормативного сопротивления бетона осевому сжатию fck определяется формулой  1 3 39,5 8 10 , МПа.cm ckE f  Но следует помнить, что указанная закономерность либо прояв- ляется в статистике (при усреднении большого числа данных испы- таний различных бетонов), либо присуща бетонам близким по со- ставу. Значительные вариации состава бетона, нестабильность ре- жимов уплотнения и выдерживания, а также эксплуатационные факторы – периодическое замораживание–оттаивание, карбониза- ция, высокотемпературные и химические воздействия – нарушают указанную закономерность. Это может приводить к ошибочным оценкам ультразвуковым методом прочности бетона с недостаточ- ной информацией о его изготовлении и эксплуатации. Данное об- стоятельство является главным недостатком ультразвукового мето- да определения прочности бетона, так как указанные выше влияю- щие факторы остаются во многих случаях неизвестными. К неоспоримым достоинствам ультразвукового метода контроля относится его способность «просматривать» бетон в таком объеме, в пределах которого структурная неоднородность – в первую оче- редь, зерна крупного заполнителя - практически перестает себя проявлять, но при этом присутствие дефектов – трещин, областей неуплотнения или иных нарушений сплошности – легко регистри- руется. Это позволяет использовать ультразвуковой контроль при обследовании «незнакомых» протяженных железобетонных конст- рукций в качестве чувствительного и оперативного метода выявле- ния зон пониженной прочности бетона, без оценок ее абсолютного значения.Так, ультразвуковые приборы с СТК–УК1401, «Пуль- сар 1.0 / 1.2» и аналогичные им позволяют выполнять сплошной 112 контроль плит перекрытий, монолитных стен, колонн, затрачивая на контроль одного квадратного метра менее 1 мин. Выявленные же участки пониженной прочности могут быть исследованы более за- тратными, но менее технологозависимыми методами испытаний. Контроль прочности бетона эксплуатируемых конструкций и сооружений В настоящее время в Республике Беларусь действуют два основных норматива, регламентирующих метод определения прочности бетона ультразвуковым методом: ГОСТ 17624–87 [2], СТБ EN 13791–2009 [3], также действует СНБ 5.03.01 [1]. В подходах – этих нормативных до- кументов – существуют некоторые различия. Приложение 7 ГОСТ 17624–87 «Методика экспертного контроля прочности бетона в строящихся и эксплуатируемых конструкциях и сооружениях»: 1. Определение прочности бетона при экспертизе конструкций и сооружений проводят в зонах конструкций, изготовленных из бето- на на одном виде крупного заполнителя. 2. Измеряют время распространения ультразвука не менее, чем в 10 участках контролируемой зоны конструкции. Вычисляют сред- нюю скорость ультразвука vср в контролируемой зоне. В контроли- руемой зоне намечают участки, в которых измеренная скорость ультразвука имеет максимальное vmax и минимальное vmin значения, а также участок, где скорость ультразвука имеет величину vn, наи- более близкую к средней скорости ультразвука vср. Из каждого намеченного участка в соответствии с ГОСТ 10180–90 выбуривают и испытывают не менее двух кернов. По данным испы- таний кернов определяют значения прочностей Rф. max, Rф. min, Rф. n в участках, имеющих скорости ультразвука vmax, vmin, vn соответственно. 3. Прочность бетона в любом участке контролируемой зоны кон- струкции определяют из выражения Rn = a0 + a1 vn. Коэффициенты а1 и а0 вычисляют по формулам 113 ф. max ф. min 1 max min , R Rа v v       0 ф. max ф. 1 min1 .2 n na R R a v v    4. При выполнении условия max min 100 % 10 % n v    допускается ориентировочно определять прочность для бетонов классов прочности до В25 по формуле 4 ,R A v где ф. ср ср , R A v  для бетонов классов прочности выше В25 – по формуле ф. max max . 8,87 7,87 vR R v v   Значения скоростей ультразвука vmax, vmin, v и прочностей Rф. max, Rф. ср, определяют в соответствии с п. 2 настоящего приложения. Полученные оценки прочности по ГОСТ 17624 испытанных уча- стков конструкции можно рассматривать в качестве единичных оценок, на основе которых определяется среднее значение прочно- сти бетона, а также среднее квадратическое отклонение прочности. Оценка класса бетона в конструкции по СНБ 5.03.01 произво- дится следующим образом (см. п 13.2 данного документа). 114 Если проверочные расчеты выполняются по данным, получен- ным при натурном обследовании конструкций, значение гарантиро- ванной прочности бетона fc, cube следует принимать равным 80 % от средней прочности бетона, МПа, определенной ускоренными мето- дами, либо равным значению гарантированной с обеспеченностью 95 % прочности бетона, МПа, определенной по результатам стати- стической оценки. Для промежуточных значений условного класса бетона по проч- ности на сжатие расчетные характеристики допускается определять методом линейной интерполяции. Оценка прочности на сжатие конструкций и элементов сборного бетона в реальных условиях – по СТБ EN 13791–2009. Определение прочности бетона 1. Выбор варианта для определения прочности бетона Вариант 1. Прямое сравнение с буровыми кернами 1. Необходи- мо как минимум 18 результатов испытаний буровых кернов (см. п. 2–3) для того, чтобы определить зависимость между прочно- стью на сжатие и результатом, полученным данным косвенным ме- тодом (ультразвуковым). Вариант 2. Калибровка на буровых кернах для ограниченного диапазона прочности на сжатие с применением предварительно составленных зависимостей. В п. 4 описаны методы, используемые для оценки прочности на сжатие бетона в ограниченном диапазоне прочности на сжатие, которые основаны на предварительно состав- ленной градуировочной зависимости – базовой кривой. 2. Составление зависимости между результатом испытаний и прочностью на сжатие бетона в конструкции Зависимость должна основываться на минимум 18 парах резуль- татов, т. е. необходимо получить 18 результатов по испытаниям бу- ровых кернов и 18 результатов испытаний косвенным методом, ко- торые представляют одну исследуемую область. 115 Пара результатов состоит из одного результата испытания буро- вого керна и одного результата косвенного испытания одного и того же образца. Это количество является минимальным. Для составления гра- дуировочной зависимости во многих случаях предпочтительным является большее количество результатов испытаний. Градуировочную зависимость получают посредством регресси- онного анализа на основе пар данных, полученных при выполнении программы испытаний. Результат косвенного испытания рассмат- ривается как переменная, а оценка прочности на сжатие бетона в конструкции – как функция этой переменной. Данные, применяемые для определения градуировочной зависи- мости, должны быть равномерно распределены в диапазоне данных. Необходимо рассчитать стандартную погрешность оценки прочно- сти и определить доверительные границы для градуировочной зави- симости и границы допусков для отдельных показаний. Градуиро- вочная зависимость определяется как нижний десятичный процен- тиль прочности на сжатие (см. рис. 10.2). Рис. 10.2. Построение градуировочной зависимости по данным совместных прессовых испытаний и испытаний, отобранных кернов ультразвуковым (или иным неразрушающим) методом по СТБ EN 13791–2009: 1 – базовая кривая; 2 – градуировочная зависимость; nf – разница между отдельным результатом испытания прочности бурового керна и значением прочности по базовой зависимости; Δf – смещение базовой кривой 116 Зависимость, применяемая для оценки прочности на сжатие дает уровень надежности, при котором ожидается, что 90 % значений прочности на сжатие превышает ее оценку. 3. Оценка прочности на сжатие бетона в конструкции По градуировочной зависимости оценивается прочность на сжа- тие бетона в конструкции fis. При прямой оценке прочности на сжа- тие бетона в конструкции эта зависимость может применяться толь- ко для условий, для которых данная зависимость получена. Для оценки характеристической (гарантированной) прочности на сжатие бетона в конструкции действуют следующие условия: – оценка каждой области испытаний должна базироваться мини- мум на 15 местах измерений; – стандартное отклонение должно соответствовать расчетному зна- чению. При этом действительно наибольшее значение. Полученная характеристическая (гарантированная) прочность на сжатие области испытаний является наименьшей из двух следую- щих значений: fck, is = fm(n), is– 1,48 s или fck, is = fis, мин + 4 где s – стандартное отклонение результатов испытаний. 4. Методы испытаний Для составления градуировочной зависимости между косвенным методом и прочностью на сжатие бетона в конструкции применяет- ся следующая процедура: 1. Выбирается область испытаний с минимум девятью местами измерений. 2. В каждом месте измерений получают результаты измерений скорости ультразвукового импульса по СТБ EN 12504–4. 3. В каждом месте измерений отбирается и испытывается керн. 117 4. Для каждого места измерений определяется разница между измеренным значением прочности на сжатие для керна и значением по базовой кривой: δ(f) = fis – fR, v, F. 5. Рассчитывается среднее значение δ(fm(n)) для n количества ре- зультатов испытаний и стандартное отклонение s. 6. Рассчитывается значение смещения базовой кривой Δf по уравнению Δf = δ(fm(n)) – kls. 7. Базовая кривая смещается (см. рис. 10.2) на значение Δf, в ре- зультате получается зависимость между результатами косвенных испытаний и прочностью на сжатие испытываемого бетона. Литература 1. Бетонные и железобетонные конструкции : СНБ 5.03.01–2002. – Минск : Минстройархитектуры, 2003. – 139 с. 2. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности : ГОСТ 17624–87. – М. : 1988. – 12 с 3. Оценка прочности на сжатие конструкций и элементов сбор- ного бетона в реальных условиях : СТБ EN 13791–2009. – Минск : Минстройархитектуры, 2010. – 47 с. 4. Пецольд, Т. М. Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования / под ред. Т. М. Пецольда, В. В. Тура. – Минск : БГТУ, 2003. – 378 с. 118 Учебное издание ТЕХНОЛОГИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Практикум для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» Составители : ЛЕОНОВИЧ Сергей Николаевич ПОЛЕЙКО Николай Леонидович СНЕЖКОВ Дмитрий Юрьевич Редактор Т. А. Зезюльчик Компьютерная верстка А. Г. Занкевич Подписано в печать 30.09.2013. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 6,86+0,35. Уч.-изд. л. 5,36+0,27. Тираж 70. Заказ 1232. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.