Факторы, влияющие на эксплуатационную надежность конструкций из монолитного железобетона

На сегодняшний день монолитный железобетон широко используется в строительстве, его ежегодное применение измеряется сотнями миллионов кубических метров в год. В перспективе монолитное строительство останется одним из основных направлений. Так по данным рынка строительства Москвы и Московской области в настоящее время возводится более 6о % жилья из монолитного железобетона, широко применяется при строительстве подземных сооружений, военных объектов, а также объектов особого назначения. В целом отмечается возрастающая тенденция по увеличению объемов строительства из монолитного железобетона.

В связи с этим, и учитывая тенденции, свидетельствующие о дальнейшем увеличении области применения монолитного железобетона, как наиболее массового конструкционного материала, отвечающего современным требованиям и критериям перспективности технических и технологических решений, особую актуальность приобретает детальное изучение факторов, определяющих эксплуатационную надежность конструкций из монолитного железобетона. Так в первую очередь конструкции, возведенные из рассматриваемого материала должны отвечать требованиям по надежности и долговечности.

Эксплуатационная надежность — это свойство конструкции, элементов, и здания в целом, при котором выполняются заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели на любом этапе использования.

Долговечность – это способность конструкции, элементов и здания в целом сохранять пригодность для использования на протяжении проектного срока службы при обеспечении необходимого технического обслуживания.

Если же по каким либо причинам, конструкции не отвечают вышеуказанным требованиям необходимо, как одна из первоначальных задач, выявить факторы, влияющие на снижение надежности, долговечности, рассматриваемых конструкций.

В первую очередь необходимо понимать, что существует несколько основных фаз и этапов (рисунок 1), которые обеспечивают соответствующее качество монолитному железобетону. К ним можно отнести:

1. Проектирование

• Проектирование конструкций
• Проектирование составов бетона

2. Строительство

• Производство бетонной смеси
• Транспортировка бетонной смеси
• Укладка и уплотнение бетонной смеси
• Уход за бетоном, распалубливание
• Ремонт поверхности монолитной конструкции

3. Эксплуатация

• Плановое обследование конструкций, устранение неисправностей
• Проведение косметического ремонта
• Проведение капитального ремонта

Рисунок 1. Фазы и этапы проведения работ по монолитному железобетону

Когда четко определились основные этапы проведения работ по монолитному железобетону можно приступить к рассмотрению факторов, негативно влияющие на эксплуатационную надежность конструкций из данного материала.

Изначально, на проектной фазе в проектируемые конструкции могут быть заложены неверные параметры. К наиболее распространенным можно отнести:

• Неверные конструктивные схемы, т.е. выбор нагрузки, несоответствующий условиям работы конструкции.
• Сложность архитектурных форм, как следствие несостоятельность конструктивных схем.
• Использование недостаточного количества данных инженерно-геологических изысканий, что приводит к образованию дефектов фундамента.
• Конструирование элементов здания и их отдельных частей, с применением материалов, которые не способны отвечать заданным требованиям и реальным условиям эксплуатации.
• Непрофессиональное оформление конструктивных чертежей, как следствие некачественный проект.
• Запроектированные конструкции не учитывают реальных технологических процессов производства работ на строительной площадке.

Что касается факторов, влияющих на эксплуатационную надежность, которые возникают на стадии проектирования составов бетона, то здесь могут возникнуть следующие нарушения:

• Выбрана неверная методика проектирования состава бетонной смеси.
• Применение неверных параметров, определяющих компоненты бетонной смеси, как следствие снижение качества бетонов из-за несоответствия класса по прочности на сжатие и растяжение, марки по морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности и удобоукладываемости [3, с. 19].
• Пренебрежение по планированию и проведению испытаний, изготовлению опытных образцов, а также корректировке состава бетонной смеси.
• Неверный расчет количественного состава бетонной смеси (цемент, мелкий заполнитель, крупный заполнитель)

На фазе строительства первоначальными факторами, влияющими на эксплуатационную надежность, могут стать факторы, не отвечающие качественному производству бетонной смеси – это нарушение технологического процесса производства бетонной смеси на заводе:

• Неверное дозирование компонентов.
• Некачественное перемешивание компонентов в бетоносмесителе.
• Пренебрежение измерению параметров получившейся готовой смеси.
• Проведение отгрузки готовой продукции не в соответствии с предъявляемыми требованиями.

На этапе транспортировки на качество бетонной смеси могут повлиять такие факторы, как: превышение допустимой длительности перевозки (от 1 часа до 1,5 часов); несоблюдение допустимого расстояния транспортировки товарного бетона (не более 50-70 км); неверный подбор транспортирующего средства.

При укладке бетонной смеси, доставленной с завода-изготовителя, также могут возникнуть нарушения, влекущие за собой снижение качества будущей конструкции. К таким факторам можно отнести: выбор неверного способа подачи бетонной смеси из транспортируемого средства, пренебрежение высотой свободного сброса бетонной смеси (не более 2 метров), выгрузка бетона в неподготовленную тару.

Основным требованием при бетонировании является технологически верная укладка бетонной смеси с тщательным уплотнением каждого слоя. На данном этапе могут быть выявлены следующие нарушения:

• Укладка бетонной смеси была выполнена в месте рабочего шва, не набравшего прочности менее чем 1,5 МПа.
• Не подготовлена поверхность рабочего шва (не проведена очистка от грязи и пленки цементного молочка, не произведено обдутие сжатым воздухом и поверхность не смочена водой.
• При бетонировании массивной конструкции, не рассчитана толщина слоя укладываемого бетона (обычно принимается не более 125 % от длины рабочей части внутреннего вибратора).
• Не соблюдена технология укладки бетона в различные типы конструкций.
• Выбор неверного способа вибрирования бетонной смеси.
• Установлен неверный шаг передвижения вибрирующей установки (не более 1,5-1,7 радиуса действия)
• Не соблюдена длительность проведения вибрирующих манипуляций (для внутренних вибраторов – 20-40 секунд, поверхностных – 20-60 секунд, внешних – 60 секунд)

После укладки бетона наступает этап ухода и распалубливания. На данном этапе могут возникнуть следующие нарушения:

• Не выдержан температурный режим твердения
• Не проведено систематическое увлажнение бетона водой при температуре свыше 15 ͦС (бетоны с разной цементной основой имеют различные сроки увлажнения, а также частоту.
• В жаркую, солнечную погоду не соблюдена защита конструкции от солнечного излучения специальными укрывными материалами.
• В период выдерживания бетона до приобретения им прочности не менее 1,5 МПа было выявлено движение людей на конструкции, а также установка рихтовок по забетонированной поверхности.
• При непрофессиональном демонтаже опалубки возникают сколы конструкции
• Несвоевременное удаление элементов рассечки (вилатерм, металлическая сетка) из конструкции.

На заключительном этапе производится обработка поверхностей конструкций. На данном этапе исправляются дефекты выявленные после распалубливания. К таким дефектам можно отнести пустоты, раковины, каверны, неровности, наплывы, которые если не замазать бетонной смесью или специальным раствором, а также не зашлифовать поверхность конструкции, то конструкция со временем не будет отвечать требованиям эксплуатационной надежности, не говоря уже об эстетике и правильной архитектурной форме.

После стадии строительства наступает стадия технической эксплуатации объекта недвижимости. Данная стадия является самой продолжительной и составляет примерно 95-97% от общего жизненного цикла объекта. В зависимости от капитальности здания срок эксплуатации колеблется от 15 до 150 лет. При строительстве же из монолитного железобетона, как правило, такие объекты относятся к первой, второй или третьей группе капитальности, при усредненном сроке службы зданий объект просуществует около 100-150 лет.

На фазе эксплуатации объекта недвижимости разрабатывается комплекс мероприятий, которые являются взаимосвязанными организационно и технологически, а также направлены на обеспечение сохранности объекта. Данная фаза включает в себя этап по проведению технического обслуживания здания, текущего ремонта и капитального ремонта [2, с. 142].

На этапе планового обследования объекта устанавливаются дефекты в конструкциях, причины их возникновения и меры по их устранению. На эксплуатационную надежность в данном случае влияют:

• Проведение плановых осмотров в весенний и осенний периоды, включающих в себя осмотр здания в целом, а также отдельные конструкции, внешнее благоустройство, инженерное оборудование.
• Разработка перечня мероприятий, необходимых для подготовки здания к эксплуатации в следующем календарном периоде.
• Проверка готовности (после устранения замечаний) здания к эксплуатации
• Формирование и выдача рекомендаций собственникам, арендаторам помещений на выполнение ремонта за свой счет согласно действующим нормативным документам.

На этапе текущего ремонта эксплуатационную надежность обеспечивает соблюдение таких факторов как:

• Организация и проведение текущего ремонта объекта должно осуществляться в соответствии с правилами и нормами технической эксплуатации.
• Периодичность проведения текущего ремонта необходимо принимать по истечению 3-5 лет после предыдущего ремонта, учитывая при этом группу капитальности недвижимости, физического износа, а также местные условия.
• После завершения текущего ремонта здания специальной комиссией должна проводиться визуальная приемка работ, а при необходимости инструментально-приемочный контроль.

На этапе проведения капитального ремонта для эксплуатационной надежности здания важно соблюдение следующих основных пунктов:

• Эффективное обследование технического состояния здания в целом и отдельных его частей.
• Качественная разработка проектной технической документации по проведению капитального ремонта.
• Устранение повреждений и деформаций.
• Устранение (снижение) физического износа здания.

При рассмотрении всех факторов влияющих на эксплуатационную надежность составим диаграмму (рис. 2), отражающую процентное соотношение факторов, в результате которых объект недвижимости не может отвечать эксплуатационной надежности [1, с. 4].

Рисунок 2. Совокупность факторов снижения эксплуатационной надежности объекта недвижимости

По итогам рисунка 1, нужно сказать, что несоблюдение технологии проведения строительно-монтажных работ в фазе строительства является совокупностью факторов, негативно влияющих на эксплуатационную надежность объектов недвижимости, и составляют 53% от общего числа возможных факторов.

Также 38 % от общего числа составляют факторы фазы эксплуатации, где несоблюдение основных требований технического обслуживания здания, а также правил проведения текущего и капитального ремонта снижают эксплуатационную надежность зданий.

Факторы, которые могут возникнуть и повлиять на эксплуатационную надежность на фазе проектирования составляют 5%. Данный показатель на первый взгляд невелик, но ошибки, допущенные на первой фазе приведут к негативным последствиям на двух последующих, что также усугубит техническое состояние монолитного строительства и в конечном счете не сможет в полной мере отвечать эксплуатационной надежности.

В итоге рассмотрения трех фаз были выявлены основные факторы, негативно влияющие на эксплуатационную надежность сооружений. Также несоблюдение комплекса мероприятий, условий и рекомендаций, описанных выше, повлечет за собой снижение прочности и долговечности здания, снизит эксплуатационные, потребительские характеристики и инновационный потенциал.