Бетон может разрушиться при сжатии, растяжении, кручении или изгибе. Любое разрушение возможно в зависимости от вида нагрузок, которым подвергается бетон. Поскольку бетон слаб при растяжении, нарушения при растяжении довольно заметны, и необходимо изучить механику разрушения, чтобы понять, каким образом на самом деле происходит разрушение бетона. Материальные ограничения, методы проектирования и строительства, а также суровые условия воздействия могут привести к разрушению бетона, что может привести к эстетическим, функциональным или структурным проблемам. Бетон может разрушаться по целому ряду причин, и повреждение бетона часто является результатом сочетания факторов.
Несмотря на свою долговечность, бетон может быть поврежден и разрушаться под действием длинного списка факторов, таких как-
- Недостаточное армирование
- Воздействие хлоридов
- Химические повреждения
- Карбонизация
- Воздействие погодных условий
- Повреждения при ударе
- Чрезмерные нагрузки
- Структурные повреждения
- Ущерб от пожара
- Сейсмические повреждения
- Повреждения от взрывной волны
Все конструкции и все инженерные изделия в конечном итоге со временем выйдут из строя. Ожидается, что здания, в частности, не прослужат очень долго без периодического технического обслуживания. Это периодическое техническое обслуживание (которое может проводиться каждые 6 месяцев, год или более) проводится для проверки всех структурных повреждений, которые могли возникнуть на конструкциях во время их использования (для каких бы целей они ни были построены). Инженеры обычно осознают необходимость своевременного устранения неисправностей до того, как это приведет к катастрофам. В связи с этим ниже рассматриваются некоторые методы ремонта и восстановления бетонных конструкций.
Различные типы методов модернизации для ремонта и восстановления разрушенных бетонных конструкций
Торкретирование
Торкретирование — это материал механического нанесения, состоящий из цемента, заполнителей и воды. Цемент и песок дозируются и смешиваются обычным способом и транспортируются по шлангу с помощью сжатого воздуха. По отдельному трубопроводу подается вода под давлением, по которому вода и цементно-заполнительная смесь пропускаются и тщательно перемешиваются в специальном коллекторе, а затем с высокой скоростью направляются на ремонтируемую поверхность.
Торкретирование
Торкретбетон определяется как “раствор или бетон, пневматически выбрасываемый с высокой скоростью на поверхность” (Американский институт бетона, 1990). Существует два основных типа торкретбетона — сухая смесь и влажная смесь. В сухой торкретбетонной смеси сухой цемент, песок и крупный заполнитель, если они используются, предварительно смешиваются с достаточным количеством воды для уменьшения образования пыли. Два типа торкретбетона позволяют получать смеси с различным содержанием воды и различными эксплуатационными характеристиками в результате совершенно разных процессов смешивания. Торкретбетон из сухих смесей подвержен высокому пылеобразованию и потерям на отскок, варьирующимся примерно от 15% до 50%. Торкретбетон из влажных смесей должен содержать достаточное количество воды, чтобы обеспечить прокачку через линию подачи.
Сшивание бетона
Сшивание — это метод восстановления, используемый в трещинах для поддержания сцепления заполнителя и обеспечения дополнительного усиления для минимизации относительного перемещения бетонных плит в трещинах. Он также используется в продольных швах, чтобы предотвратить расслоение плит. Используются три типа строчек: поперечная, с прорезями и U-образная. Процедура сшивания состоит из сверления отверстий с обеих сторон трещины, очистки отверстий и закрепления ножек скоб в отверстиях либо безусадочным раствором, либо связующей системой на основе эпоксидной смолы.
Инъекции смолы
Инъекции смолы предназначены для инъекции трещин в бетоне и каменной кладке, где необходимо укрепить конструкцию или исключить контакт воды и воздуха с арматурой. В трещины шириной более 0,2 мм вводятся смолы с низкой вязкостью. Если трещина чистая, без налипшего мусора или краски и шириной 0,088 дюйма (2,2 мм) или больше, нанесите эпоксидную смолу на трещину. Никакой подготовки поверхности, кроме, возможно, выдувания сыпучих частиц из трещины, не требуется. Нанесите смолу (лучше всего подходит гладкий гель) на трещину с помощью гибкого металлического или пластикового шпателя. Уплотнитель следует устанавливать на глубину, минимум вдвое превышающую ширину трещины. Установка уплотнителя выполняется быстрее и проще, чем формирование заглушки над трещиной. Он также потребляет небольшую часть материала, но при этом является более прочным, поскольку эпоксидная смола при сдвиге удерживается на шероховатых сторонах трещины. Фактически, бетон поддастся раньше, чем уплотнитель. Еще одним плюсом является отсутствие выступающего уплотнения, которое необходимо удалять после впрыска.
Сухая упаковка
Это метод забивания в ограниченное пространство смеси портландцемента, заполнителя и достаточного количества воды для увлажнения. Обычно он используется в качестве метода ремонта. Требуется тщательное отверждение. Этот метод используется для ремонта отверстий, глубина которых почти равна или превышает наименьший размер поверхности, т.е. для любых отверстий и узких щелей, вырезанных для ремонта трещин. Этот метод не используется для неглубоких углублений; для заполнения участков, где обнажена арматура, или отверстий, проходящих насквозь сквозь стены или балки, для достижения лучших результатов, а также когда требуется водонепроницаемость, отверстия должны быть острыми и квадратными по краям поверхности, но углы внутри отверстий должны быть закруглены. Отверстия для сухих упаковок должны иметь минимальную глубину 2,5 см.
Полимерная пропитка
Доказано, что полимерная пропитка повышает экологическую и механическую стойкость туфа (мягкой вулканической породы), что предполагает его потенциальное применение для реставрации памятников или усиления конструкций. Пропитанный полимером бетон является одним из широко используемых полимерных композитов. Это не что иное, как обычный сборный бетон, отвержденный и высушенный в печи или с помощью диэлектрического нагрева, из которого воздух в открытых ячейках удаляется вакуумным способом. Затем жидкий мономер низкой вязкости или предполимер частично или полностью пропитывается или диффундирует в пористую систему затвердевших цементных композитов или цементного бетона, а затем полимеризуется с помощью излучения, нагревания или химического инициирования. Частичная или поверхностная пропитка повышает долговечность и химическую стойкость, но общее улучшение структурных свойств незначительно. С другой стороны, глубокая или полная пропитка значительно улучшает структурные свойства.
Вакуумная пропитка
Процесс литья металла очень сложен, но ему все еще присущи недостатки. При разжижении и впрыскивании в форму металл создает пузырьки газа, которые задерживаются внутри формованной формы по мере затвердевания металла. Пузырьки газа создают воздушные карманы, складки и включения. В зависимости от их размера и случайного размещения в отливке эта пористость может привести к протечке металлических деталей при помещении их под давлением. Далее следует вакуумная пропитка. Этот метод герметизирует пористость и пути протечек, которые образуются в процессе литья. Вакуумная пропитка предотвращает пористость отливок и позволяет производителям использовать детали, которые в противном случае были бы утилизированы. Вакуумная пропитка является предпочтительным методом уплотнения пористости, чтобы предотвратить утечку жидкостей или газов под давлением.
Аутогенное заживление
Аутогенное заживление — это естественный процесс заделки трещин, которые могут возникать в бетоне в присутствии влаги и при отсутствии растягивающих напряжений. Ремонт заключается в сочетании механической блокировки частицами, занесенными в трещину водой, и отложения карбоната кальция из цементирующего материала. Аутогенное заживление находит практическое применение для заделки скрытых трещин во влажной среде, например, в массивных конструкциях, а также в водоудерживающих или водонепроницаемых конструкциях.
Сверление и закупорка
Этот метод заключается в сверлении по длине трещины и затирке ее до образования шпонки. Следует просверлить отверстие диаметром обычно от 50 до 75 мм по центру трещины и после нее. Затем просверленное отверстие очищается, уплотняется и заполняется раствором. Шпонка для затирки предотвращает поперечные перемещения участков бетона, прилегающих к трещине. Ключ также уменьшит сильную утечку через трещину и потерю грунта из-за протекающей стены. Когда прочность конструкции не является критерием, но важна водонепроницаемость, просверленное отверстие следует заполнить эластичным материалом с низким модулем упругости вместо затирки. Если необходим эффект сцепления, эластичный материал можно поместить во второе отверстие, предварительно заделав первое.
Впрыскивание эпоксидной смолы
Процедура впрыскивания будет зависеть от применения и местоположения трещины. Горизонтальные, вертикальные и накладные трещины требуют разных подходов. Также следует учитывать размер и доступность трещины. В зависимости от конкретных требований работы, устранение трещин с помощью впрыска эпоксидной смолы может восстановить целостность конструкции и уменьшить проникновение влаги через трещины в бетоне. Как и во всех процедурах ремонта, подготовка поверхности является ключом к впрыску трещин. В зависимости от состояния и расположения трещин бетон должен быть очищен от посторонних веществ, а также должен быть удален любой рыхлый или поврежденный бетон. Поверхность, на которую производится впрыскивание, должна быть прочной, чтобы выдержать давление впрыскиваемой смолы. Для предотвращения потерь при впрыске необходимо надлежащее уплотнение поверхности трещины. Следуйте инструкциям, приведенным в документации производителя по продукту.
Использование полимербетонных композитов
Полимербетоны — это разновидность бетона, в котором полимеры заменяют известковые цементы в качестве связующего. В некоторых случаях полимер используется в дополнение к портландцементу для получения полимерцементного бетона (PCC) или полимермодифицированного бетона (PMC). Полимербетон может использоваться для нового строительства или ремонта старого бетона. Адгезивные свойства полимербетона позволяют ремонтировать как полимербетоны, так и обычные бетоны на цементной основе. Коррозионная стойкость и низкая проницаемость полимербетона позволяют использовать его в бассейнах, канализационных сооружениях, дренажных каналах, электролизерах для извлечения основного металла и других конструкциях, содержащих жидкости или агрессивные химикаты. Особенно подходит для строительства и восстановления канализационных люков из-за их способности противостоять токсичным и коррозийным канализационным газам и бактериям, обычно встречающимся в канализационных системах. В отличие от традиционных бетонных конструкций, полимербетон не требует нанесения покрытия или сварки швов, защищенных ПВХ. Его также можно использовать в качестве приклеиваемого покрытия для асфальтобетонных покрытий, для повышения долговечности и прочности бетонного основания, а также в скейт-парках, поскольку это очень гладкая поверхность. Полимербетон исторически не получал широкого распространения из-за высоких затрат и трудностей, связанных с традиционными технологиями производства. Однако недавний прогресс привел к значительному снижению затрат, а это означает, что использование полимербетона постепенно становится все более распространенным.
Использование герметика для бетона
Герметики для бетона наносятся на бетон для защиты его поверхности от повреждений, коррозии и окрашивания. Они либо блокируют поры в бетоне, чтобы уменьшить поглощение воды и солей, либо образуют непроницаемый слой, препятствующий проникновению таких материалов. В последние десятилетия для защиты бетона использовались различные герметики, от воска до льняного масла. Сегодня высококачественные герметики для бетона могут удерживать до 99% поверхностной влаги. Существуют две основные категории герметиков: герметики местного действия (покрытия) и проникающие герметики (реактивные).
Герметики местного действия могут улучшить внешний вид, а также обеспечить местную защиту от пятен и химикатов. Для достижения адгезии при нанесении им требуется сухая, чистая поверхность. Герметики местного применения могут изменять коэффициент трения, что может сделать основание скользким во влажном состоянии – состояние, которое можно исправить добавлением противоскользящих материалов. Срок службы обычно составляет 1-5 лет, хотя высококачественные эпоксидно-уретановые системы могут прослужить значительно дольше. Проникающие герметики могут наноситься на сухие или влажные поверхности и должны быть надлежащим образом подобраны в соответствии с пористостью основания, чтобы эффективно проникать на поверхность и вступать в реакцию. Химическая реакция связывает активные ингредиенты внутри основания, блокируя поверхностную влагу. Проникающие герметики, как правило, существенно не изменяют внешний вид основания или сцепление с ним.
Армированный волокном бетон
Фибробетон (FRC) — это бетон, содержащий волокнистый материал, который повышает его структурную целостность. Он содержит короткие дискретные волокна, которые равномерно распределены и ориентированы случайным образом. Волокна включают стальные волокна, стекловолокно, синтетические волокна, натуральные волокна и многие другие, каждое из которых придает бетону различные свойства. Кроме того, характер фибробетона меняется с изменением состава бетона, волокнистых материалов, геометрии, распределения, ориентации и плотности. Волокна обычно используются в бетоне для борьбы с растрескиванием из-за пластической усадки и усадки при высыхании. Они также снижают проницаемость бетона и, таким образом, уменьшают утечку воды. Некоторые типы волокон повышают ударопрочность, истираемость и разрушаемость бетона. Как правило, волокна не повышают прочность бетона на изгиб и поэтому не могут заменить износостойкую арматуру из конструкционной стали. Действительно, некоторые волокна фактически снижают прочность бетона
Прокладка и герметизация
Это распространенный метод обработки трещин, который относительно прост по сравнению с процедурами и обучением, необходимыми для впрыска эпоксидной смолы. Эта процедура наиболее применима к плоским горизонтальным поверхностям, таким как полы и тротуары. Однако этот метод может быть применен как на вертикальных, так и на криволинейных поверхностях. Этот метод используется как для ремонта мелких узорных трещин, так и более крупных изолированных трещин. Распространенным и эффективным средством является гидроизоляция путем заделки трещин на бетонной поверхности, где стоит вода или где применяется гидростатическое давление.
Герметик может состоять из нескольких материалов, включая эпоксидные смолы, силиконы, уретаны, полисульфиды, асфальтобетонные материалы и полимерные растворы. Следует избегать цементных растворов из-за вероятности образования трещин. Для полов герметик должен быть достаточно жестким, чтобы выдерживать предполагаемое движение. Процедура заключается в подготовке канавки на поверхности глубиной от 6 до 25 мм. Можно использовать пилу по бетону, ручные инструменты или пневматические инструменты. Затем эту канавку очищают пластиковой или струйной обработкой и дают ей высохнуть. В сухую канавку помещают герметик и дают ему затвердеть.
Укрепление существующей конструкции
На сейсмические характеристики старых существующих зданий влияют их первоначальные конструктивные недостатки, разрушение материалов со временем и изменения, вносимые в процессе эксплуатации на протяжении многих лет, такие как создание новых проемов, добавление новых деталей, вызывающих несимметричность в плане и по высоте, и т.д.
Обычно процедуры усиления должны быть направлены на достижение одной или нескольких из следующих целей, а именно: увеличение поперечной прочности в одном или обоих направлениях путем усиления или увеличения площади стен или количества стен и колонн; придание единства конструкции путем обеспечения надлежащего соединения между ее сопротивляющимися элементами таким образом, чтобы силы инерции, создаваемые вибрацией здания, могли передаваться на элементы, способные противостоять им; устранение элементов, которые являются источниками слабости или создают концентрацию напряжений в некоторых элементах. Асимметричное планируемое распределение сопротивляющихся элементов, резкие изменения жесткости от одного этажа к другому и предотвращение возможности хрупких разрушений путем надлежащего усиления и соединения сопротивляющихся элементов.
Устранение трещин с помощью предварительного напряжения стали
Когда необходимо укрепить большую часть элемента или заделать трещину, желательным решением часто является последующее натяжение. В этом методе используются предварительно напряженные пряди или стержни для приложения сжимающего усилия. Для предварительно напряженной стали должно быть предусмотрено соответствующее крепление. Методом исправления является образование трещин в плите и балке.
Химическая затирка швов
Химическими веществами, используемыми для затирки швов, являются силикаты натрия, уретаны и акриламиды. Два или более химических вещества объединяются для образования геля, твердого осадка или пены в отличие от цементных растворов, которые состоят из суспензии твердых частиц в жидкости. К преимуществам химических затирок относятся применимость во влажных средах и их способность наносить на очень мелкие трещины.
Покрытие колонн
Покрытие колонны кожухом выполняется для повышения несущей способности колонны. Следующая процедура такова: Вскройте основание колонны, выкопав грунт вокруг него. • Удалите штукатурку с поверхности колонны. Сделайте поверхность бетонной колонны шероховатой с помощью пескоструйной обработки. • Удалите проржавевшие стержни, обрезав их. Добавьте новые стержни от основания к плите в соответствии с инструкциями инженеров. Нанесите связующее средство на старый бетон для надлежащего соединения старого и нового бетона. Установите необходимую опалубку вокруг колонны. • Залейте бетон марки не менее М-25, вибрируйте и отверждайте его.
Покрытие балок
Прежде чем приступить к укреплению балки, следует уменьшить нагрузку, действующую на нее, удалив напольную плитку и строительный раствор с плиты. Устанавливаются подпорки для поддержки плиты. После соскабливания существующей штукатурки с балки в нижней части балки устанавливаются дополнительные продольные брусья для крепления новых хомутов. Хомуты вставляются путем проделывания отверстий в плите. Продольные стержни пропускаются через опорные колонны через отверстия соответствующего диаметра, просверленные в колоннах. Промежутки между стержнями и окружающие отверстия заполняются эпоксидным раствором для обеспечения хорошего сцепления.
Карбоновая обертка
Углеродная обертка для колонн используется для укрепления конструкций RCC, таких как колонны, балки, перекрытия и т.д. Углеродная обертка для колонн обладает очень высокой прочностью на растяжение, она легкая и не вызывает коррозии, что делает ее наиболее эффективным выбором для ремонта конструкций. Ремонт углепластикового бетона также экономически эффективен, поскольку требуется гораздо меньше времени на ремонт по сравнению с другими методами, что сводит к минимуму общую стоимость проекта. Кроме того, устраняется стоимость тяжелого оборудования, что делает его более рентабельным.
Карбоновая обертка для колонн укрепляет бетон. Ремонт бетона идеально подходит для плит, в то время как требуются высокопрочные, легкие и сейсмостойкие конструкции. Углеродные волокна обладают высокой прочностью на растяжение и модулем Юнга, а также высокой удельной прочностью по сравнению со стальными и стеклянными волокнами для углеродной обертки колонн.
Заключение
Бетон обычно рассчитан на прочность при сжатии и имеет значительно меньшую прочность при растяжении. Если внутренние растягивающие напряжения превышают прочность бетона на растяжение, может развиться трещина. Избыток воды в бетонной смеси также может увеличить вероятность образования трещин. При укладке бетона избегайте добавления в смесь дополнительного количества воды. Избыток воды испарится из бетона, что приведет к повышенной усадке. Убедитесь, что вы выбрали подходящую бетонную смесь для вашего проекта. Если на вашей бетонной конструкции появятся какие-либо повреждения, выберите метод дооснащения, наиболее подходящий для вашей работы, с консультацией специалиста.