Дефекты бетонного фундамента

Прочность и надежность здания зависит от качества фундамента. Нарушение технологических процессов и ошибки при расчетах и проектировании могут привести к потере несущей способности конструкции, что повлияет на техническое состояние всего сооружения. В этой статье будут рассмотрены дефекты, которые могут возникать в бетонных фундаментах.

Трещины

Это повреждение может появиться как во время проведения строительно-монтажных работ, так и в процессе эксплуатации здания.

Причины появления трещин в доэксплуатационный период:

  • нарушение технологического процесса при работе с бетонным раствором;
  • заводской брак при изготовлении фундаментных блоков;
  • резкие перепады температур во время возведения монолитного фундамента;
  • ненадлежащие условия перевозки и складирования готовых конструкций.

В период эксплуатации трещины могут возникать вследствие:

  • плохой подготовки основания, близости грунтовых вод, механических нарушений грунта вблизи от здания;
  • отсутствия деформационных и температурных швов, а также нарушения нормативных требований к их устройству;
  • превышения предельно допустимой нагрузки на фундамент.

В зависимости от степени раскрытия и местоположения они по-разному влияют на несущую способность бетонной конструкции.

  • Волосяные – возникают в процессе затвердевания бетона, расположены на поверхности и не приводят к потере прочности.
  • Горизонтальные трещины появляются в период эксплуатации, как правило, после зимы, и имеют раскрытие до 2 мм. Такой дефект не является аварийным, однако впоследствии может привести к разрушению цементного камня и коррозии арматуры.
  • Вертикальные и наклонные – свидетельствуют о неравномерной просадке грунтов основания. Это серьезная проблема, влияющая на целостность всего сооружения.

Механические повреждения

Причины возникновения данного рода повреждений:

  • локальное изменение силовой нагрузки;
  • «усталость» бетона, вызванная накоплением различного рода дефектов;
  • воздействие взрыва или вибрации;
  • пробивка отверстий и обнажение арматуры (вызывает коррозию металла и, как следствие, возникновение внутренних продольных трещин).

Линейные отклонения

При проектировании фундаментов закладываются их размеры в осях, по внутреннему и внешнему периметру, отметки высот. Соответствие размеров готовой конструкции проектным цифрам необходимо. Это обеспечивает правильное распределение нагрузок и устойчивость всего здания.

Такой недостаток, как линейные отклонения, чаще появляется на стадии строительства. Однако в процессе эксплуатации из-за частичного разрушения может измениться размер фундамента в сечении, что повлияет на его несущую способность.

Информация о предельно допустимых линейных отклонениях для того или иного типа сооружения содержится в нормативной строительной документации.

Искривление элемента

Горизонтальное или вертикальное искривление конструктивных элементов – это сигнал, что здание, вероятно, находится в аварийном состоянии.

Причины возникновения данного вида повреждений:

  • ошибки, допущенные при расчетах и проектировании;
  • несоблюдение технологического процесса при монтаже;
  • не запроектированное увеличение нагрузки на фундамент;
  • промерзание грунта, приводящее к вспучиванию основания;
  • насыщенность грунта водой и его размывание.

Монтажные нарушения

Нарушение технологии при производстве строительно-монтажных работ приводит к возникновению целого ряда изъянов. В разной степени на прочность бетонной конструкции в период эксплуатации влияют:

  • некачественное сооружение опалубки, в результате чего появляются наплывы, линейные отклонения;
  • низкое качество бетонного раствора и нарушение технологии укладки является причиной возникновения раковин и пустот в теле фундамента;
  • несоблюдение температурного и влажностного режима при укладке бетона и наборе им прочности (температура должна быть не ниже 0 градусов, во время твердения следует периодически смачивать уложенный раствор);
  • неправильная укладка и вязка арматуры, ее недостаточный диаметр ухудшают несущие характеристики этой части сооружения;
  • не надлежащие условия перевозки и складирования блоков заводского изготовления.

Дефекты металлических ограждающих конструкций

Ограждающие конструкции из металла – панели, сайдинг, кровельные покрытия – предназначены для формирования внешней формы объектов. Они воспринимают преимущественно рассредоточенную нагрузку, а их долговечность определяется внешними условиями, в которых эксплуатируется сооружение.

В строительной практике ограждающие конструкции изготавливают из стали, алюминия и его сплавов, меди и её сплавов. Значительно реже используются титановые сплавы, никель и ряд других цветных металлов. Рассмотрим типовые дефекты сооружений рассматриваемого класса.

Коррозия

Характерна более для обычных углеродистых сталей – обычных и конструкционных. Наиболее опасные места зарождения коррозионных процессов – сложные перегибы формы (рёбра, радиусы закруглений, полки и т.д.), а также незащищённые зоны сварочных швов.

Коррозия активнее всего развивается во влажном климате, а также на объектах, сооружённых в прибрежных зонах. Вначале проявляется точечная коррозия, которая затем распространяется по всей поверхности ограждающей конструкции. Корродирующие участки могут иметь коричнево-красный или красно-жёлтый цвет, в зависимости от того, какой оксид железа преобладает. При повышенной температуре ржавчина содержит преимущественно закись-окись железа, и проявляется в виде бурого порошка, а при нормальной температуре места, покрытые коррозионными пятнами, характеризуются чешуйчатой структурой из окиси железа более светлого цвета.

Оба процесса разрушительны для долговечности металла, поэтому при их выявлении поверхность надлежит тщательно зачистить механическим способом, обезжирить, и покрыть слоем атмосферостойкой краски. Краску лучше наносить в два слоя, толщина каждого из которых должна быть не менее 30…40 мкм. Реже используют диффузионную металлизацию, которая, хотя и производительнее, но гораздо дороже, поскольку требует специального оборудования и расходных материалов.

В настоящее время без надлежащей противокоррозионной обработки ограждающие конструкции из обычных марок сталей не устанавливают, а прибегают к применению нержавеющих сталей по ГОСТ 5632-82.  Как альтернативу, используют стальной прокат, который прошёл операцию цинкования. Толщина цинкового покрытия должна составлять не менее 30…60 мкм, а технология цинкования – соответствовать требованиям ГОСТ 9.307-89 (ISO 1461-89).

Коррозия прочих металлов для ограждающих конструкций менее опасна, хотя для меди её аналогом часто выступает патина и образование потёков оксида меди в местах постоянного скапливания влаги (например, в водостоках). Следует также избегать соседства деталей, выполненных из металлов с разным электрохимическим потенциалом, например, меди и алюминия – это вызовет электрохимическую коррозию.

Трещины

Образуются со временем, если пластичность ограждающей конструкции недостаточна для противодействия ударным или знакопеременным нагрузкам.

Трещинообразование возможно также при:

  • Нарушении технологии сборки металлоконструкции;
  • Пониженной точности изготовления соединительных отверстий;
  • Несоблюдении технологии сварки;
  • Использовании разделительного или гибочного инструмента пониженной точности.

Мониторинг возможных трещин производят в проблемных метах металлоконструкции – радиусных переходах, изгибах на критические углы, при постоянном пружинении под ветровыми силами. Реже случаются трещины температурного происхождения.

Трещины подразделяют на внешние и внутренние, причём вторые определяются исключительно качеством металла. В частности, внутренние трещины из-за наличия пустот, ликваций и крупнозернистой структуры металла чаще образуются в сталях обыкновенного качества (по ГОСТ 380-84) , чем в качественных сталях (по ГОСТ 1050-85).

Внутренние трещины опаснее, ибо нередко завершаются внезапным разрушением ограждающей конструкции. Для их выявления используются переносные приборы неразрушающего контроля – ультразвуковые или магнитоиндукционные дефектоскопы.

Механические повреждения

Природа возникновения этих дефектов – неудовлетворительные условия транспортировки ограждающих конструкций в сборе. Причины – отсутствие специализированного транспорта, ячеек и стеллажей, нарушение целостности упаковки, плохая фиксация груза при его перевозке.

В случае сварных исполнений данной продукции вероятно даже разрушение конструкции, при этом требуемой точности её восстановления в оперативных условиях можно и не достичь.  После повреждения теряется не только точность, но и эстетический вид сооружения.

Линейные отклонения

Возможны при некачественном изготовлении элементов ограждающей конструкции, когда нормоконтроль был выполнен плохо, либо вовсе отсутствовал.  Допускать к установке такую конструкцию нельзя, а допущенные ошибки необходимо исправить ещё в производственных условиях.

Искривление элементов

Дефект чаще является следствием неточностей изготовления, сборки, а также того и другого вместе. Поскольку ограждающие конструкции производятся преимущественно из листового металла, их жёсткость невелика, и при приложении чрезмерных усилий монтажа возможны искажения формы и внешнего вида. Хуже всего то, что в местах искривления образуются остаточные напряжения растяжения или/и изгиба. Со временем они ослабляют конструкцию, снижают её долговечность, провоцируют образование трещин.

Чем меньше пластичность металла, тем вероятнее трещинообразование. Поэтому при обнаружении несоответствий в размерах сопрягаемых элементов часть ограждающей конструкции следует ещё до монтажа дефектовать, и отправить на доработку.

Монтажные нарушения

Являются причиной нарушений, описанных в предыдущем подразделе. Это происходит вследствие:

  1. Недостаточной квалификации персонала.
  2. Нарушения технологии монтажных работ.
  3. Применения несоответствующих крепёжных деталей и приспособлений.
  4. Несоблюдения климатических ограничений на установку.

Предотвращения данных дефектов можно добиться предварительным осмотром подлежащей монтажу металлоконструкции, инспекцией комплектующих деталей, строгим соблюдением последовательности проведения монтажных процедур.

Дефекты вертикальных несущих конструкций из металла

Мачты, антенны, колонны, опоры линий электропередач – обширный класс вертикальных металлоконструкций. Их долговечность определяется двумя группами факторов. В первую группу входят факторы, зависящие от свойств материала, во вторую – факторы, определяемые условиями монтажа и эксплуатации изделий.

Металлы для вертикальных несущих конструкций

Чаще всего используются алюминий и его сплавы, а также сталь – обычная и нержавеющая.  Алюминий отличается малой плотностью, обеспечивая при этом высокую прочность при умеренных уровнях нагрузок. Для повышения твердости и прочности используют алюминиевые сплавы, содержащие медь. Стоимость несущих конструкций возрастает, зато материал можно подвергать упрочняющей термообработке.

Обычные углеродистые и легированные стали изначально обладают более высокой прочностью, чем алюминий. Также они хорошо свариваются и имеют меньшую стоимость. Однако все виды таких стальных конструкций должны быть окрашены атмосферостойкими красками, либо иметь антикоррозионное покрытие, чтобы предотвратить или замедлить образование ржавчины.

Нержавеющая сталь обладает высокой коррозионной стойкостью, но зачастую слишком дорога для использования в опорах, мачтах, и прочих подобных сооружениях больших размеров.

Прочие металлы и сплавы (титан, чугун, никель и пр.) для производства вертикальных несущих конструкций не применяются.

Типичные виды дефектов стальных конструкций.

Коррозия

Коррозия стальных опор может быть внутренней (присутствие или захват химически воды-электролита, содержащей растворённые соли) и внешней (агрессивные атмосферные и экологические условия). Ко второй группе относят также коррозию, являющуюся следствием неправильного заземления металлоконструкции, из-за чего в ней активизируются электрохимические процессы.

Предотвратить появление и распространение коррозии можно тщательной окраской всей поверхности (особое внимание уделяют окраске зон сварных швов), а также применением для сборки только оцинкованных деталей, включая крепёж. Предпочтение отдаётся металлу, свойства которого полностью отвечают техническим требованиям ГОСТ 9.307-89.

Мониторинг интенсивности коррозионных процессов заключается в измерении значений электрохимического потенциала смежных элементов несущей конструкции и удельного сопротивления грунта, который способствует подземной коррозии. Периодически проводится технический аудит состояния защитных покрытий. На основании тестов оценивается скорость коррозии и интенсивность поражения ею отдельных участков.

Самым эффективным способом предотвращения коррозии готового изделия считается катодная защита.

Трещины

Трещины в несущей конструкции могут вызываться:

  1. Неудовлетворительным качеством исходного металла.
  2. Неправильным выбором материала, когда не были учтены все эксплуатационные нагрузки.
  3. Ошибками монтажа, после которого в готовой конструкции возникли растягивающие напряжения.
  4. Динамическими воздействиями на изделие – удары, толчки и т.п.
  5. Недооценкой внешних условий работы несущей конструкции.

Трещины подразделяют на внешние (поверхностные) и внутренние. Вторые распознать значительно труднее, поэтому в условия регламентного обслуживания обязательно закладывают процедуры периодического неразрушающего контроля, особенно в местах приложении наибольших нагрузок. Вероятность трещинообразования снижается, если перед монтажом выполнить пространственное 3-D моделирование условий работы несущей конструкции, с применением специальных компьютерных программ.

Залечивание поверхностных трещин возможно их своевременной заваркой с применением специальных электродов из нержавеющей стали.

Механические повреждения

Причиной таких дефектов могут быть:

  1. Грубые нарушения условий транспортировки компонентов металлоконструкции.
  2. Неудовлетворительная точность сопрягаемых элементов.
  3. Несоответствие технологии проведения монтажных работ.
  4. Нарушение климатических требований к установке металлоконструкции.

К механическим повреждениям допустимо отнести также несанкционированные изменения геометрических размеров деталей, вызванные отсутствием необходимых комплектующих. В процессе таких изменений шероховатость поверхности может быть ухудшена, что повышает риск возникновения концентраторов напряжений.

Механические повреждения подразделяют на линейные и угловые. Последние опаснее, поскольку снижают механические характеристики металла по всем направлениям. Вероятность опасности таких повреждений должна учитываться при разработке чертежа вертикальной несущей металлоконструкции в сборе.

Линейные отклонения

Возникают при неполном или неточном учёте эксплуатационных факторов. Для конструкций вертикального исполнения чаще всего встречается отклонение изделия пол вертикали, значение которого с увеличением срока эксплуатации может монотонно возрастать.

Причинами линейных отклонений чаще всего бывают:

  1. Усталость металла вследствие чрезмерно высокого уровня динамических напряжений.
  2. Снижение продольной гибкости, которая произошла из-за геометрических ошибок проектирования.
  3. Недостаточная оценка прочности грунта, на котором установлена металлоконструкция.
  4. Грубые ошибки, допущенные при производстве сборочных операций (человеческий фактор).

Первые три группы причин обусловлены неквалифицированным проектированием несущей конструкции, в результате чего не были полностью учтены физико-механические свойства металла, качество заливки фундамента, применение неповеренных измерительных инструментов. Всё это – следствие привлечения к изготовлению и монтажу случайных организаций, не имеющих лицензии на производство подобного рода работ.

Нарушения при монтаже

Происходят вследствие недопустимых отступлений от установленных проектировщиком правил сборки металлоконструкций. Все возможные отклонения необходимо предварительно обосновывать результатами компьютерного моделирования. Если в результате таких нарушений снижается точность позиционирования несущей конструкции, а сама она становится небезопасной для эксплуатации, то монтажные работы следует немедленно прекратить.