Еще с начала XX века для строительства огромную популярность получил железобетон, как строительный материал. Его считали «неограниченно долговечным», так как прочность бетона со временем только нарастает, а, следовательно, вместе с этим должна была и расти долговечность конструкций. Но полученный опыт длительной эксплуатации зданий и сооружений из железобетона показал, что данный материал имеет конечный срок службы. Насчитывается большое количество случаев преждевременного выхода из строя железобетонных конструкций. Это связано с постепенным накоплением дефектов и повреждений материалов конструкций из-за внешних силовых и средовых факторов. На сегодняшний день насчитывается огромное количество зданий и сооружений, срок службы которых приближается к нормативному или вообще превышает его. Поэтому для рационального использования и предотвращения разрушения зданий и сооружений актуальным является прогнозирование остаточного ресурса.
На основе накопленного опыта по обследованию несущих железобетонных конструкций зданий было выявлено, что одними из наиболее часто поврежденными являются конструкции перекрытия. Самыми распространенными дефектами для таких плит являются:
— прогиб
— разрушение защитного слоя
— трещины
— повреждение лицевого слоя
— сколы
— оголение арматуры
Для железобетонных плит допустимые значения прогиба по строительным нормам могу доходить до 6см. Это может произойти в результате производственных процессов, эксплуатации или на стадии монтажа конструкции.
Если же прогиб образовался не в следствие вышеперечисленных факторов, то причинами его возникновения могут оказаться:
- Низкий показатель жесткости конструкции;
- смещение арматуры в плане;
- перегрузы плит;
- уменьшение прочности плит в сжатой зоне;
- не соблюдение пропорций при приготовлении бетонной смеси.
При возникновении прогиба плиты в процессе эксплуатации следует принимать решения по возможному усилению конструкции.
Предельная величина прогиба для плит перекрытия/покрытия приведены в таблице 1:
Окончание срока службы железобетонных плит может наступить из-за раскрытия трещин. Они могут появиться по разным причинам:
— усадка здания;
— перегрузка конструкции;
— нарушение атгезии арматуры с бетоном;
— коррозия арматуры;
— нарушения при производстве арматурных работ;
— многократные циклы «замораживания – оттаивания»;
— динамические воздействия; — агрессивность среды.
Трещины, в железобетонных плитах, можно разделить на возникающие:
— в процессе изготовления; при неправильной транспортировке и от эксплуатационных нагрузок и воздействия окружающей среды.
— силовые трещины, как правило, располагаются перпендикулярно действию главных растягивающих напряжений.
— усадочные трещины в плитах распределяются хаотично по всему объему.
Возникающие от коррозии трещины проходят вдоль арматурных стержней.
Для изгибаемых конструкций, к которым относятся плиты перекрытия и покрытия, относятся трещины:
— нормальные к продольной оси;
— от появления растягивающих напряжений в зоне действия максимальных изгибающих моментов; — наклонные к продольной оси.
Для нормальных трещин максимальная ширина раскрытия достигается в крайних растянутых волокнах сечения элемента.
Для наклонных трещин раскрытие начинается в средней части боковых граней элемента, т.е. в зоне действия максимальных касательных напряжений. Развиваются они в сторону растянутой грани.
Разрушение бетона сжатой зоны указывает на истощение несущей способности плит.
Предельная величина раскрытия трещин для плит перекрытия/покрытия по приведены в таблице 3:
Железобетонные плиты перекрытий и покрытий постоянно подвержены различным нагрузкам. Из-за этого, со временем, возникает необходимость в производстве ремонта бетона и арматуры. Разрушение бетона плит перекрытия и покрытия, как правило, происходит со временем. В зависимости от глубины разрушения бетона можно выделить следующие степени разрушения:
- поверхностные — до 20 мм;
- средней степени — 20-40 мм;
- высокой степени — 40-100 мм;
- очень высокой степени — более 100 мм.
Поверхностные разрушения, как правило, не затрагивают арматуру. Они проявляются сразу или в течение короткого времени. Это связано с нарушением технологии заливки бетона или плохим качеством исходных материалов. Дефекты бетона средней степени разрушения и выше диагностируют участки оголения металлической арматуры.
В процессе изготовления железобетонных конструкций часто применяются добавки (химические, минеральные, органоминеральные и т.д.). Их применение осуществляют, не учитывая влияние на возможность коррозии арматуры, которая является неотъемлемой частью при изготовлении железобетонных конструкций. Помимо этого железобетонные конструкции нередко используются и эксплуатируются в условиях агрессивных сред:паров, газов, повышенной влажности и т.д., в которых процессы коррозии арматуры значительно усиливаются.
Как известно при расчетах железобетонных конструкций на огнестойкость учитываются как толщина защитного слоя бетона, так и площадь поперечного сечения рабочей арматуры. Эти параметры могут изменяться в связи с процессами коррозии арматуры, что по итогу отрицательно скажется на огнестойкости этих конструкций, а также на устойчивости при пожаре.