Некоторые проблемы обеспечения долговечности бетонных и железобетонных конструкций

Обширной отраслью применения монолитного бетона с высокой долговечностью являются также инженерные сооружения, как трубы, градирни, искусственные транспортные сооружения, дороги. Здания и сооружения должны удовлетворять основным условиям, обеспечивающим эксплуатационную надежность в процессе всего срока службы. Это может быть выполнено в том случае, когда соблюдаются основные требования к проектированию и расчету конструкций, к материалам для приготовления бетонной смеси, к бетонной смеси и бетону, к арматуре, к технологии производства работ, когда обеспечен объективный производственный контроль качества выполненных работ.
Переход к рыночным отношениям позволяет по-другому оценить некоторые требования, заложенные в стандартах на материалы для приготовления бетонной смеси. Известно, что многие ограничения и технические требования к сырьевым материалам были сформулированы в период, когда цемент был «фондируемым» материалом. Затем в ГОСТ 26633-91 появился пункт 1.6.2. о возможности применения материалов с показателями качества ниже требований государственных стандартов после проведения исследований в специализированных центрах. В тоже время в стандарте не сформулированы требования к проведению таких исследований. Как правило, на практике они ограничиваются определением возможности получения бетона с нормируемыми показателями качества в проектном возрасте. Поэтому вопросы как обеспечения свойств в период времени эксплуатации сооружения, так и долговечности требуют особого внимания. К таким вопросам можно отнести влияние вредных примесей в заполнителях, морозостойкость крупного заполнителя и др.
Для получения объективной информации о долговременном поведении бетона необходимо исследовать его свойства не только в проектном возрасте, но также в более поздних сроках, проводить исследования поведения материала на основе сопоставления кинетики изменения свойств по сравнению со стандартными материалами или ужесточить методы исследований известными способами. Такие методы исследований должны показать не только проектные, но и предельные свойства бетона с использованием исследуемого материала в качестве сырьевого компонента бетонной смеси. В процессе исследований и строительства необходимо так же учитывать взаимное влияние качества цемента и заполнителей на долговременные свойства бетона. Современные работы отечественных и зарубежных ученых показывают целесообразность ограничения щелочей (до 0, 6 %) в цементах, используемых для морозостойких бетонов. К сожалению, современные производственные схемы цементных заводов часто не предусматривают ограничение содержания щелочей. В вопросе о влиянии качества цемента на качество бетона следует рассмотреть эффективность использования цементов с повышенным содержанием белита, которые рекомендуются к применению в массивных конструкциях или в условиях жаркого климата. В присутствии повышенного содержания щелочей и несбалансированного содержания гипса они могут способствовать уменьшению времени начала схватывания – появляются «быстряки». Чем больше белита в цементе, тем важнее точный выбор содержания S03 и тем более узок диапазон его колебаний. По исследованиям, 23 % изученных цементов имеют недообжиг клинкера. Недобор прочности компенсируется высокой степенью помола. Это приводит к ограничению потенциала цемента, снижению долговечности бетона. Ликвидация образовавшегося дефицита цемента позволит решить эти задачи. В последнее время в связи с увеличением производства бетона наблюдается активизация на рынке материалов для производства бетонной смеси отечественных и зарубежных компаний (причем как самостоятельно, так и через различные представительства и посреднические фирмы). Особенно много появляется фирм, производящих и реализующих химические добавки для бетона. Только в Москве на предприятия по производству товарной бетонной смеси и сборного железобетона поставляются добавки более 40 фирм-производителей. Хотя, например, в Европе производство химических добавок сосредоточено в руках 10–15 крупных химических компаний.
С сожалением можно констатировать повышение доли необъективной информации о составе и свойствах добавок, что оказывает отрицательное влияние на качество и долговечность бетона, отсутствие необходимого нормативно-технического обеспечения применяемых материалов. На наш взгляд следует обсудить вопрос об организации независимого комитета по аттестации химических добавок, например в составе «Ассоциации производителей бетона» или Ассоциации «Железобетон». Большое влияние на долговечность бетонных конструкций оказывает уход за уложенным бетоном. В настоящее время в России выпускаются отечественные материалы на водной основе для ухода за бетоном ВПМ и ВПС. Их использование позволяет существенно ограничить проявление усадочных трещин при твердении бетона, особенно в условиях жаркого климата, повысить устойчивость к шелушению поверхности. Выбор химических добавок-замедлителей в летний период строительства твердения следует увязывать с составом применяемого цемента. Неучет этого требования может привести к противоположному эффекту. Положительные результаты были получены при использовании в качестве замедлителя твердения добавки КЭ 30-04. Следует обратить внимание, что условия эксплуатации должны адекватно отражаться в проектных решениях. Учитывая имеющийся опыт, отраженный в европейских стандартах, необходимо обеспечить комплексный подход к выбору требований к бетону в зависимости от классов сред эксплуатации, которые входят в понятие так называемых «мер первичной защиты бетона».
При проявлении дефектов, связанных с использованием неморозостойкого бетона, на практике часто наблюдается желание восстановить эксплуатационные свойства конструкции с помощью мер вторичной защиты с помощью лакокрасочных покрытий или пропиточных материалов. Проведенные исследования показали, что вторичная защита бетона может уменьшить водопоглощение бетона и повысить стойкость к шелушению поверхности. Однако вторичная защита не повышает морозостойкость по критерию прочности, а в ряде случаев снижает ее. При эксплуатации конструкции в условиях воздействия мороза и хлористых солей долговечность должна быть обеспечена мерами первичной защиты бетона. При необходимости защита конструкции от хлоридной коррозии должна быть обеспечена вторичной защитой арматуры с использованием покрытий по арматуре, а не по бетону. В частности, можно использовать опыт США по применению полимерных покрытий на арматуре при строительстве искусственных сооружений, эксплуатирующихся в условиях хлоридной агрессии. Морозостойкость бетона должна обеспечиваться комплексом технологических мероприятий, включающим в себя правильный выбор материалов, требований к бетонной смеси и технологии производства работ, а не назначением и подтверждением марок по морозостойкости. При разработке новых стандартных методов испытаний и аттестации существующих лабораторий можно обратиться к опыту использования ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002 «Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений».
При проверке более 50 строительных лабораторий только менее 10 % из них смогли обеспечить требуемую повторяемость результатов при стандартных испытаниях. В НИИЖБ разработан способ оценки параметров поровой структуры бетона с помощью телевизионной установки, совмещенной с компьютером. Метод определяет показатели интегральной и дифференциальной пористости: площадь пор, расстояние между ними, форму пор и т.д. Такой метод в сочетании с определением характеристик открытых пор позволяет прогнозировать морозостойкость бетона. Этот метод может быть использован также при оценке эффективности воздухововлекающих добавок. На долговечность сооружения в целом оказывают влияние дефекты бетона и железобетона, проявившиеся в процессе строительства и эксплуатации. В связи с требованиями по ускорению сроков строительства, а также при строительстве высотных зданий особую важность приобретает учет доэксплуатационных нагрузок, когда сооружение может работать даже в более сложных условиях, чем в процессе эксплуатации. При проведении работ по ремонту и восстановлению железобетонных конструкций особое внимание следует уделить выбору ремонтных материалов для бетонных конструкций. Подбор материалов и проектные решения по ремонту должны быть выполнены с учетом совмещения работы ремонтного слоя и ремонтируемой конструкции.