Блог Шаблон

---

Электронный журнал

Предотвращение аварий зданий и сооружений

ОБ ОПАСНОСТИ КОРРОЗИОННОГО ПОРАЖЕНИЯ СЕМИПРОВОЛОЧНЫХ ПРЯДЕЙ В ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

Объем предварительно-напряженного бетона для строительных конструкций в нашей стране составляет около 15-20%; от общего объема.

В качестве предварительно-напряженной арматуры уже многие годы для таких конструкций используются семипроволочные пряди (канаты), обладающие высокими прочностными характеристиками (класс арматуры К-7). Согласно ГОСТ 13840-68, такая арматура должна обладать относительным удлинением при разрыве 4% и расчетным сопротивлением для предельных состояний первой группы 1170 МПа. Коэффициент надежности для арматуры этого класса составляет 1,2, согласно СП 52-102-2004, т.е. такой же, как и для отдельных классов стержневой арматуры. Между тем, условия работы семипроволочных прядей могут значительно отличаться от условий работы стержневой арматуры, что может существенно влиять на ее долговечность.

Объектом обследования было покрытие гражданского здания построенного 38 лет тому назад.

Несущими конструкциями покрытия служили железобетонные складчатые двухконсольные балки пролетом 27 м. Вылеты консолей составляли с каждой стороны соответственно 12 и 6 м. Над балками, которые перекрывали основной пролет, была выполнена теплая кровля. Консольные части балок, выступающие за габариты здания, ввиду того, что они выходили на улицу имели кровлю без утеплителя. Каждая из балок представляла трапецеидальную складку открытого профиля с толщиной стенок от100 до 150 мм. Высота складки составляла 1,5 м, а ширина 1,2 м. Рабочей арматурой были предварительно напряженные семипроволочные пряди класса К-7. Каждая из семи прядей имела диаметр 5 мм. Пять прядей располагались в нижней горизонтальной части складки и по восемь прядей в каждой из наклонных частей.

Изготовление складок осуществлялось на месте производства работ, где был смонтирован стенд для предварительного натяжения арматуры. Натяжение проводилось в два этапа: первоночально каждую прядь натягивали до 50% проектной нагрузки, устанавливали конструктивную арматуру, а затем пряди натягивали до проектной величины и заливали бетоном.

Затем конструкции специальным краном поднимали и устанавливали на опоры. Складки соединяли между собой монолитными железобетонными распорками. Таким образом, установленные ряды складок служили несущей конструкцией, на которую затем укладывался утеплитель и гидроизоляция.

При обследовании складок определялись прочность, водонепроницаемость, карбонизация бетона, величина защитного слоя арматуры, а также наличие хлоридов.

Кроме этого была проведена диагностика состояния и проведены анализы кровельного покрытия и утеплителя.

В процессе обследования выяснилось, что кровельное покрытие длительное время протекало, утеплитель намокал, отдельные элементы складок в торцевых зонах подвергались физической и биологической коррозии. Такие повреждения являются довольно типичными для железобетона в условиях увлажнения и знакопеременных температур.

Однако наиболее важными для оценки состояния конструкций оказались результаты анализов предварительно напряженной арматуры. Как известно одним из основных характеристик коррозионного состояния арматуры в бетоне является степень карбонизации. Карбонизация приводит к снижению рН жидкой фазы цементного камня, разложению силикатов и алюминатов кальция, потере пассивирующего действия бетона по отношению к стальной арматуре. По различным данным пассивирующее действие щелочной среды рН бетона нормальной толщины (при отсутствии хлоридов) составляет около 11,5. Коррозия арматуры развивается в условиях снижения рН и повышенной влажности окружающего воздуха.

Определение карбонизации выполняли с использованием цветного индикатора 1%-го раствора фенолфталеина в этиловом спирте. Результаты показали, что толщина карбонизированного слоя составляла 0,3-0,8 мм и лишь в отдельных складках достигала 1-1,5 мм. Структура бетона была плотно заполнена гранитной фракцией. Испытания прочности бетона различными методами показали, что его прочность была не менее 46 МПа при коэффициенте вариации 3,9%. Водонепроницаемость, определенная с помощью прибора ВВ-2 оказалась от В-6 до В10.

Таким образом, бетон складок имел отличные показатели по плотности, прочности, защитным характеристикам арматуры.

Вскрытия конструктивной ненапряженной арматуры (защитный слой 30 мм) не выявили каких-либо коррозионных повреждений.

Состояние предварительно-напряженной арматуры определяли путем визуального осмотра при вскрытии, а также путем проведения химических анализов металла проволоки прядей, а также механических испытаний арматурных канатов.

В отличие от конструктивной, рабочая предварительно напряженная арматура в прядях, у которой защитный слой был более 40 мм, имела коррозионные повреждения. Из семи прядей наибольшая коррозия имела место в центральном стержне. Поверхность была покрыта практически сплошным налетом ржавчины толщиной 100-120 мкм. Кроме того, на арматуре обнаружена язвенная коррозия. Размер язв 5-15 мм и глубина 100-150 мкм.

Шесть остальных стержней, окружающих седьмой центральный стержень, в зоне контакта с бетоном были без следов коррозии, а в местах соединения со средним стержнем также имели коррозионные повреждения. Проведенный химический анализ стали показал, что в целом, она соответствует ГОСТ 14959-79.

Наиболее важными оказались результаты механических испытаний: за период эксплуатации значительно изменились механические свойства стали. Согласно нормативным требованиям, полное относительное удлинение перед разрывом должно быть равно 4%. По результатам испытаний оно оказалось 1,5%. Существенное изменение пластичности стали прядевой арматуры значительно повышают опасность ее внезапного хрупкого разрушения и следовательно снижают вероятность безопасной эксплуатации.

На основании обследований был разработан комплекс мероприятий по обеспечению дальнейшей безопасной эксплуатации конструкций.

Выводы

1.  Коэффициент надежности для арматуры класса К-7 должен приниматься с учетом отсутствия плотного контакта отдельных прядей с бетоном, что влияет на ее пассивацию и поэтому должны быть больше, чем у стержневой арматуры.
   
2.  Отсутствие герметичности в торцах предварительно напряженных конструкций с арматурой класса К-7 может привести к прониканию атмосферного воздуха в прядевую зону. В свою очередь это активизирует развитие коррозионных процессов, снижающих безопасность конструкций.

<<Назад