Проблемы долговечности бетонных и железобетонных конструкций в современном строительстве

В 1960–1980–х годах был накоплен большой научный потенциал, разработаны основы теории коррозии бетона и арматуры, способы обеспечения коррозионной стойкости железобетонных конструкций в агрессивных средах. Эти разработки широко используют в практике строительства и в настоящее время. За последние 10 лет объем исследований в данном направлении сократили, но практика требует оперативного решения неотложных задач.

В последние годы в промышленности строительных материалов все шире используются отходы производства (золы, золошлаковые смеси и др.), бетонные конструкции и железобетонные конструкции изготавливаются с применением бесцементных вяжущих. Кроме того, в производстве бетона и железобетона применяются и вяжущие с пониженным содержанием клинкерного фонда. В связи с этим необходимо решать вопросы долговечности этих конструкций даже при эксплуатации в нормальных атмосферных условиях (жилые, административные здания и др.).

Не менее важной задачей является экономия металла в строительстве, в связи с чем имеется тенденция замены всей арматуры железобетонных конструкций на арматуру класса А500С. Ее повсеместное применение в строительстве требует изучения ее коррозионной стойкости при воздействии агрессивных сред и использовании нетрадиционных строительных материалов.

Повышение надежности и коррозионной стойкости железобетонных конструкций в агрессивных средах может быть достигнуто созданием коррозионно-стойких строительных материалов нового поколения с использованием экономичных заводских технологий и новых видов арматурных сталей высокой надежности, позволяющих обеспечить экономию металла на 20–40%.

А качество и долговечность зданий и сооружений могут быть обеспечены применением коррозионно-стойких конструкций. Создание таких конструкций охватывает несколько важнейших научных направлений.

1. Исследование стойкости арматуры, бетона стальных связей и железобетона на новых вяжущих, заполнителей с использованием отходов производства. Разработка мер обеспечения долговечности железобетонных конструкций при одновременном воздействии агрессивной среды и нагрузки.
2. Разработка бетонных и железобетонных конструкций высокой долговечности, коррозионной стойкости и стойкости при биологической коррозии, изготавливаемых по экономичным технологиям с использованием отходов промышленности и сельского хозяйства.

   При этом необходимо уделять внимание изучению:

   • процессов внутренней коррозии бетона при использовании местных сырьевых материалов с повышенным содержанием вредных примесей;
   • процессов разрушения новых видов арматуры при одновременном воздействии на железобетонные конструкции силовых нагрузок различного характера и агрессивной среды;
   • оптимальных технологических параметров изготовления новых видов высокопрочных арматурных сталей, обеспечивающих повышение стойкости против коррозионного растрескивания, разработке защитных покрытий для арматуры и технологии их нанесения;
   • оптимальных технологических параметров и характеристик периодического профиля, позволяющих повысить надежность служебных свойств арматуры и расширить области применения эффективных видов стали;
   • новых видов защитных материалов с использованием отечественного сырья, критериев и методов оценки их долговечности;
   • химических способов удаления продуктов коррозии с поверхности арматуры и коррозионно-стойких составов для ремонта эксплуатируемых конструкций.
3. Разработка расчетных методов прогноза долговечности подземных и наземных железобетонных конструкций, работающих при воздействии агрессивных жидких и газо-воздушных сред.
4. Разработка и внедрение методов контроля параметров качества и долговечности строительной продукции на заводах-изготовителях и их сертификационная аттестация, что позволит сделать строительную продукцию конкурентоспособной.

Результатом детальных исследований по проблеме «долговечность» будут являться:

• создание новых коррозионно-стойких сборных и монолитных конструкций с гарантией расчетного срока службы основных несущих конструкций и увеличенным сроком межремонтного периода;
• развитие теории коррозии бетона и железобетона, совершенствование норм проектирования конструкций повышенной долговечности и коррозионной стойкости с применением расчетных методов прогноза их долговечности.

В международной организации CIB–RILEM разработана и действует система проектирования зданий и сооружений с учетом требуемой долговечности и условий эксплуатации. Одним из первых и важных моментов в этом аспекте является создание нормативного документа, определяющего проектный срок службы данного здания или сооружения (например, 10, 20, 50, 100 лет). Наличие заданного срока эксплуатации позволяет обоснованно выбирать материалы, изделия, назначать первичную или вторичную защиту, продолжительность межремонтного периода и т.п., т.е. понятие долговечность приобретает количественное расчетное значение.

До недавнего времени у нас существовала система проектирования здания и сооружений, выбора видов первичной или вторичной защиты применительно к условиям эксплуатации конструкций с учетом свойств строительных материалов и изделий.

Все эти требования изложены в СНиП 2.03.11.85 и руководстве к нему. Несоблюдение этих требований в сочетании с низким качеством производства строительных работ часто приводит к преждевременному разрушению и выходу из строя строительных конструкций задолго до истечения надлежащего срока их службы.

Особенно остро проявляются вышеназванные проблемы при эксплуатации инженерных сооружений.

Среди наиболее быстро повреждаемых сооружений можно выделить мосты и путепроводы; подземные переходы и переходы над железнодорожными путями (в пределах г. Москвы); дорожные покрытия, коммунальные тоннели и каналы, коллекторы сточных вод, проходные тоннели с линиями электроснабжения, связи, сетями холодного и горячего водоснабжения, каналы трубопроводов горячей воды и пара; подземные сооружения типа подвалов; фундаментные сооружения и т.п.

В подавляющем большинстве случаев основными причинами повреждений являются коррозионные процессы, развивающиеся в результате неблагоприятного воздействия окружающей среды. Так, большинство путепроводов и мостов города, дорожных покрытий разрушаются от применения противогололедных реагентов, выделения в атмосферу окислов азота, сернистого и других газов, выбрасываемых двигателями автотранспорта, промышленными предприятиями, от размораживания бетона. Ежегодные аварийные обрушения коммунальных тоннелей, особенно коллекторов сточных вод, происходят в первую очередь в результате газовой коррозии металлических и железобетонных элементов. Такие повреждения имеются на самых крупных городских коллекторах: Филевском, Зеленоградском и др. В последнее время распространилось поражение конструкций плесневыми грибами, что, по данным санитарных врачей и экологов, неблагоприятно сказывается на здоровье человека, особенно детей. Большую неприятность доставляют строителям высоты на кирпичных и бетонных конструкциях жилых и гражданских зданий и сооружений. Список подобных примеров может быть продолжен.

Производимые в настоящее время ремонтно-восстановительные и строительные работы зачастую выполняются специалистами, не владеющими должными знаниями в области коррозии и защиты от коррозии строительных материалов и конструкций, а, следовательно, выполняются без оценки причин и степени повреждений, прогноза долговечности, обоснования выбора материалов, средств и методов ремонтно–восстановительных работ, что, в конечном счете, не обеспечивает длительного положительного эффекта при последующей эксплуатации конструкций.

По данным натурных обследований, анализа проектных материалов и экспертной оценки специалистов установлено, что агрессивному воздействию подвергаются в различных отраслях народного хозяйства от 15 до 75% строительных конструкций зданий и сооружений. Несмотря на отсутствие недостатка в строительной продукции, коммерческие организации порой через посредников приобретают изделия без гарантии их качества и долговечности, а через 10–15 лет, а то и через 1–2 года эксплуатации зданий и сооружений затраты на их ремонт превышают первоначальную сметную стоимость.

Агрессивным воздействиям (включая грунтовые и атмосферные) подвергаются конструкции не только зданий и сооружений промышленных и сельскохозяйственных предприятий, энергетики и транспорта, но и подземные конструкции жилых и гражданских зданий.

В настоящее время на предприятиях строительного комплекса практически не соблюдаются требования нормативов, обеспечивающих долговечность железобетона, а на предприятиях других комплексов антикоррозионная служба бездействует, система оценки эксплуатационной пригодности строительных конструкций в условиях действующих производств не упорядочена.

Кроме того, в последние годы начато активное внедрение в практику строительства нетрадиционных материалов для бетона и железобетона (зол, шлаков, новых видов эффективных вяжущих, химических добавок), новых видов арматурных сталей, существенно влияющих на долговечность конструкций.

Новые проблемы долговечности появились при освоении северных районов. Вечная мерзлота, низкая температура, многократные замораживания и оттаивания бетона конструкций способствуют быстрому разрушению железобетона как подземных, так и наземных конструкций.

Уменьшение массы зданий, индустриальность монтажа, архитектурная выразительность закономерно дают дорогу новым видам конструкций. Но с уменьшением толщины полок и стенок строительные конструкции стали еще более уязвимы для коррозии.

Эксплуатационные службы не ведут профилактических обследований для оценки состояния конструкций и их своевременного ремонта и восстановления. Может наступить момент, когда мы просто не сможем сохранить от непрерывных разрушений и аварий значительную часть основных фондов нашей страны.

Результатом является разрушение изделий порой даже через одну зиму и даже до сдачи в эксплуатацию здания. Подводя итог, нельзя не сказать о том, что в ближайшее время необходимо сделать, чтобы поднять качество изделий и повысить долговечность строительных конструкций без больших материальных затрат. Оценка продукции обязательно должна производиться с учетом параметров качества и долговечности и ее соответствия стандартам; решение о необходимости проведения экспертизы проектных решений железобетонных конструкций зданий и сооружений, в первую очередь в агрессивных средах эксплуатации, а также при использовании нетрадиционных материалов в производстве строительных конструкций должно приниматься совместно со специалистами, отвечающими за данную проблему.

Немаловажную роль в увеличении долговечности строительных конструкций играют культура производства и эксплуатации, повышение качества изделий при их изготовлении.

Необходимо направить усилия научных работников, проектировщиков и архитекторов на разработку системы нормативного срока службы зданий и сооружений с учетом перспективного развития городов. Выбор строительных материалов и конструкций, назначение средств защиты зависят от проектного срока эксплуатации здания.

Все это вместе взятое позволит уменьшить затраты в строительной отрасли, а необоснованные затраты на коррозионные потери направить на развитие отраслевой строительной науки и ее оснащение современным оборудованием.