Дефекты ЖБИ при производстве: причины и устранение

Дефекты железобетонных изделий при производстве представляют собой серьезную проблему, влияющую на несущую способность конструкций, долговечность и безопасность зданий и сооружений. Своевременное выявление и устранение производственных дефектов позволяет обеспечить требуемые эксплуатационные характеристики ЖБИ и предотвратить аварийные ситуации. Согласно действующим нормативным документам, все производственные дефекты подлежат обязательному учету и оценке на соответствие допустимым значениям.

Классификация дефектов железобетонных изделий

Производственные дефекты железобетонных изделий подразделяются на несколько категорий в зависимости от характера, места расположения и степени влияния на эксплуатационные характеристики конструкций. Несмотря на отсутствие единой узаконенной классификации дефектов железобетона, практика технического контроля позволяет выделить основные группы нарушений.

Поверхностные дефекты

К поверхностным дефектам относятся повреждения, локализованные на наружных поверхностях железобетонных изделий. Эта группа включает усадочные трещины, раковины различных размеров, околы ребер, местные неровности поверхности, инородные включения, отсутствие требуемой толщины защитного слоя бетона, высолы, масляные и ржавые пятна. Поверхностные дефекты в первую очередь влияют на внешний вид конструкций и защитные свойства бетона по отношению к арматуре.

Внутренние дефекты

Внутренние дефекты представляют большую опасность для несущей способности конструкций, поскольку их выявление затруднено без применения специальных методов неразрушающего контроля. К внутренним дефектам относятся объемные пустоты и недоуплотненные участки в теле бетона, конструкционные трещины, неправильное расположение швов бетонирования, отсутствие контакта между слоями бетона в рабочих швах. Эти дефекты напрямую снижают прочностные характеристики железобетонных изделий.

Классификация по степени опасности

Согласно требованиям СП 63.13330.2012, дефекты железобетонных конструкций классифицируются по степени опасности на малозначительные, значительные и критические. Малозначительные дефекты не оказывают существенного влияния на эксплуатационные характеристики изделий и могут быть устранены простыми методами. Значительные дефекты ухудшают эксплуатационные свойства и требуют проведения ремонтных работ. Критические дефекты существенно снижают несущую способность конструкций и могут служить основанием для отбраковки изделий.

Раковины и пустоты в бетоне

Раковины представляют собой локальные углубления на поверхности бетонных изделий, образующиеся вследствие защемления воздуха при укладке бетонной смеси или неравномерного распределения заполнителей. Размеры раковин регламентируются ГОСТ 13015-2012 в зависимости от категории поверхности изделия. Для категорий А1-А3 допускаются раковины диаметром до 10 мм, для категорий А4-А6 — до 15 мм, для категории А7 — до 20 мм.

Механизм образования раковин

Раковины на поверхности железобетонных изделий образуются при защемлении воздушных пузырьков на границе бетонной смеси с опалубкой. Основными факторами, способствующими появлению раковин, являются применение опалубочной смазки с гидрофобными свойствами, недостаточное уплотнение бетонной смеси, высокая подвижность смеси с избыточным водоотделением, неправильное расположение или вибрация уплотняющего оборудования. Густая консистенция смазки и ее неравномерное нанесение на опалубку также приводят к формированию раковин различного размера.

Внутренние пустоты

Внутренние пустоты в теле бетона представляют более серьезную проблему по сравнению с поверхностными раковинами. Пустоты образуются при зависании бетонной смеси на арматурном каркасе в результате быстрого загустевания смеси или высокой степени армирования конструкции. Недоуплотненные зоны возникают из-за преждевременного схватывания или ускоренного загустевания бетонной смеси, что особенно характерно для густоармированных конструкций с затрудненным доступом вибраторов.

Нормативные требования к раковинам

ГОСТ 13015-2012 устанавливает предельные размеры раковин для различных категорий бетонных поверхностей от А1 до А7. Для наиболее требовательной категории А1 предъявляются максимально строгие требования: глубина раковин не более 3 мм при диаметре до 5 мм. Для категории А7, применяемой для поверхностей, подлежащих оштукатуриванию или облицовке, допускаются раковины диаметром более 20 мм без ограничения по длине сколов ребер. Промежуточные категории имеют градуированные требования по размерам допустимых раковин.

Трещины в железобетонных конструкциях

Трещины являются одним из наиболее распространенных и опасных дефектов железобетонных изделий. Согласно ГОСТ 13015-2012, в бетоне изделий не допускаются трещины, за исключением поперечных трещин от обжатия бетона в предварительно напряженных конструкциях, а также усадочных и технологических поверхностных трещин в пределах установленных норм. Ширина раскрытия допустимых трещин регламентируется в зависимости от условий эксплуатации конструкций и типа применяемого бетона.

Классификация трещин

Трещины в железобетонных изделиях классифицируются по различным признакам. По глубине распространения выделяют поверхностные трещины глубиной до 5 процентов толщины конструкции и сквозные трещины, проходящие через все сечение элемента. По причине возникновения трещины подразделяются на усадочные, температурные, силовые и коррозионные. По времени появления различают технологические трещины, возникающие в процессе изготовления, и эксплуатационные трещины, образующиеся под действием нагрузок.

Усадочные трещины

Усадочные трещины возникают в результате объемных деформаций бетона при твердении, вызванных испарением избыточной влаги и протеканием физико-химических процессов гидратации цемента. Ширина раскрытия усадочных трещин не должна превышать 0,1 мм для изделий из тяжелого бетона, эксплуатируемых в условиях попеременного замораживания и оттаивания, и 0,2 мм для изделий, эксплуатируемых в закрытых помещениях. Усадочные трещины обычно имеют волосяной характер и небольшую глубину распространения.

Силовые трещины

Силовые трещины образуются при превышении действующих напряжений над прочностными характеристиками бетона в растянутой зоне конструкции. Появление силовых трещин в железобетонных изделиях на стадии производства свидетельствует о нарушении технологического процесса: недостаточной прочности бетона к моменту распалубки, превышении усилий преднапряжения арматуры, ударных воздействиях при транспортировке. Силовые трещины представляют критическую опасность и требуют детального обследования с оценкой возможности эксплуатации изделия.

Нормативные требования к трещинам

Согласно ГОСТ 13015-2012 и СП 70.13330.2012, предельно допустимая ширина раскрытия трещин устанавливается исходя из условий сохранности арматуры и ограничения проницаемости конструкций. Для продолжительного раскрытия трещин из условия сохранности арматуры допускается ширина до 0,3 мм, для непродолжительного — до 0,4 мм. Из условия ограничения проницаемости при продолжительном раскрытии допускается ширина трещин до 0,2 мм, при непродолжительном — до 0,3 мм. Для массивных гидротехнических сооружений предельные значения устанавливаются специальными нормами, но не превышают 0,5 мм.

Сколы бетона

Сколы представляют собой локальные разрушения бетона в виде отколов угловых участков и ребер изделий. Сколы бетона ребер конструкций нормируются по глубине и длине в соответствии с категорией поверхности. Образование сколов происходит преимущественно при распалубке изделий, транспортировании и складировании. Допустимые размеры сколов установлены ГОСТ 13015-2012 для каждой категории поверхности отдельно.

Механизм образования сколов

Сколы бетона образуются при механических воздействиях на конструкции в период недостаточной прочности бетона или при нарушении правил технологии. Основными причинами появления сколов являются преждевременная распалубка изделий при недостаточной прочности бетона, ударные воздействия при транспортировке и погрузочно-разгрузочных операциях, несоблюдение правил складирования с точечным опиранием изделий, применение стропальных приспособлений без защитных прокладок. Низкая прочность бетона в зоне защитного слоя также способствует образованию сколов.

Влияние сколов на эксплуатационные характеристики

Сколы бетона с оголением арматуры представляют серьезную опасность, поскольку приводят к нарушению защитного слоя и создают условия для развития коррозии стальной арматуры. Согласно СП 70.13330.2012, при выявлении сколов с обнажением арматурных стержней без антикоррозионной обработки такие дефекты считаются недопустимыми и подлежат обязательному устранению. Глубокие сколы также уменьшают площадь рабочего сечения конструкции, что снижает ее несущую способность.

Методы устранения сколов

Устранение сколов бетона производится путем зачистки поврежденного участка, обработки поверхности грунтующими составами и заполнения дефекта ремонтным составом на цементной или полимерцементной основе. При наличии оголенной арматуры предварительно выполняется очистка стальных стержней от продуктов коррозии и нанесение антикоррозионного защитного покрытия. Ремонтный состав должен обладать хорошей адгезией к бетону основания и близкими прочностными характеристиками.

Причины возникновения дефектов

Производственные дефекты железобетонных изделий возникают вследствие комплекса причин, связанных с нарушением технологического процесса на различных стадиях изготовления. Систематизация причин появления дефектов позволяет выработать эффективные меры по их предотвращению и повышению качества продукции.

Нарушения в технологии приготовления бетонной смеси

Дефекты бетона могут возникать уже на стадии приготовления бетонной смеси при нарушении рецептуры. Применение некачественных заполнителей с повышенным содержанием глинистых частиц или органических примесей приводит к снижению прочности бетона и образованию пустот. Избыточное содержание воды в смеси вызывает расслоение и водоотделение, что способствует формированию раковин и пористых участков. Недостаточное перемешивание компонентов бетонной смеси приводит к ее неоднородности и образованию участков с различными физико-механическими свойствами.

Ошибки при укладке и уплотнении

Недостаточное уплотнение бетонной смеси является одной из основных причин образования пустот и раковин. При густом армировании конструкций затруднен доступ вибраторов ко всем участкам изделия, что приводит к формированию недоуплотненных зон. Неправильный выбор режима вибрирования с избыточной продолжительностью или интенсивностью вызывает расслоение смеси и оседание крупного заполнителя. Преждевременное прекращение вибрирования при недостижении требуемой степени уплотнения также способствует появлению дефектов структуры бетона.

Дефекты теплового режима

Нарушение режима тепловой обработки железобетонных изделий приводит к возникновению температурных трещин и снижению прочностных характеристик. Слишком быстрый разогрев бетона со скоростью более 20 градусов в час вызывает появление усадочных трещин вследствие неравномерного температурного расширения. Преждевременное начало прогрева при недостаточном периоде выдержки изделий приводит к нарушению структурообразования цементного камня. Резкое охлаждение конструкций после тепловой обработки также способствует образованию температурных трещин.

Нарушения при распалубке и транспортировании

Значительная часть дефектов железобетонных изделий возникает на заключительных стадиях технологического процесса. Преждевременная распалубка при недостаточной прочности бетона приводит к образованию сколов и трещин. Ударные воздействия при погрузочно-разгрузочных операциях вызывают локальные разрушения бетона и повреждения ребер. Неправильное складирование изделий с нарушением схем опирания создает дополнительные напряжения и может привести к образованию силовых трещин.

Технологии ремонта дефектов

Современные технологии ремонта железобетонных конструкций позволяют устранять выявленные дефекты и восстанавливать требуемые эксплуатационные характеристики изделий. Выбор метода ремонта зависит от типа дефекта, его размеров, местоположения и степени влияния на несущую способность конструкции. Основными технологиями ремонта являются инъектирование и торкретирование, применяемые в соответствии с требованиями СП 349.1325800.2017 и ГОСТ 31384-2017.

Инъектирование трещин и полостей

Инъектирование представляет собой технологию заполнения трещин, пустот и полостей в бетоне специальными составами под давлением. Метод применяется в соответствии с ГОСТ 32016-2012 для восстановления несущей способности и герметичности конструкций. Инъектирование позволяет заполнять дефекты шириной от 0,1 мм и более, обеспечивая надежное склеивание берегов трещин и заполнение внутренних пустот.

Материалы для инъектирования

В качестве инъекционных составов применяются эпоксидные смолы, полиуретановые композиции, акрилатные гели и составы на микроцементном вяжущем. Эпоксидные составы обеспечивают высокую прочность склеивания и применяются для инъектирования силовых трещин шириной от 0,3 мм. Полиуретановые смолы обладают способностью к расширению при контакте с водой и эффективны для герметизации трещин в условиях активной фильтрации. Составы на микроцементном вяжущем применяются для заполнения пустот и трещин шириной более 1 мм.

Технология проведения инъектирования

Процесс инъектирования включает несколько последовательных операций. На первом этапе производится подготовка поверхности с очисткой трещин от загрязнений и заделкой устья трещины ремонтным составом с оставлением промежутков для выхода воздуха. Затем выполняется бурение инъекционных шпуров с шагом 150-300 мм под углом к плоскости трещины на глубину не менее двух третей толщины конструкции. После установки пакеров производится нагнетание инъекционного состава под давлением от 0,2 до 2,0 МПа в зависимости от типа состава и характера дефекта.

Торкретирование бетонных поверхностей

Торкретирование представляет собой технологию нанесения бетонной смеси на поверхность конструкций под давлением сжатого воздуха. Метод применяется для восстановления защитного слоя бетона, устранения раковин и поверхностных дефектов, усиления конструкций путем нанесения дополнительного слоя бетона. Торкретирование выполняется сухим или мокрым способом в зависимости от толщины наносимого слоя и требований к качеству поверхности.

Сухое торкретирование

При сухом торкретировании сухая смесь компонентов подается по шлангу к соплу, где смешивается с водой непосредственно перед нанесением на поверхность. Метод позволяет наносить слои толщиной до 60 мм за один проход и обеспечивает высокую производительность работ. Давление воздуха при сухом торкретировании составляет 150-350 кПа, скорость подачи смеси достигает 80-100 м/с. Недостатком метода является повышенное пылеобразование и больший процент отскока материала от поверхности.

Мокрое торкретирование

Мокрое торкретирование предполагает предварительное затворение смеси водой с последующей подачей готового раствора к месту укладки. Метод обеспечивает более высокое качество поверхности и меньший отскок материала, составляющий 5-15 процентов. Толщина слоя при мокром торкретировании ограничивается 30 мм за один проход. Мокрый способ предпочтителен при работе в закрытых помещениях благодаря отсутствию значительного пылеобразования.

Подготовка поверхности под торкретирование

Подготовка поверхности является критически важным этапом технологии торкретирования. Поверхность очищается от слабого бетона, загрязнений, масляных пятен механическим способом с применением пескоструйной обработки или фрезерования. Оголенная арматура полностью очищается от продуктов коррозии с обеспечением зазора не менее 20 мм между ремонтируемой поверхностью и стержнями. На очищенную арматуру наносится антикоррозионная грунтовка в два слоя толщиной по 1 мм каждый. Подготовленная поверхность увлажняется перед торкретированием для обеспечения лучшей адгезии.

Критерии отбраковки изделий

Критерии отбраковки железобетонных изделий устанавливаются ГОСТ 13015-2012 и стандартами на конкретные виды продукции. Отбраковке подлежат изделия, имеющие дефекты, превышающие допустимые нормы, а также изделия с недопустимыми дефектами, существенно снижающими несущую способность конструкций. Приемочный контроль качества включает проверку геометрических размеров, прочности бетона, положения арматуры и наличия дефектов.

Недопустимые дефекты

К недопустимым дефектам, являющимся безусловным основанием для отбраковки изделий, относятся силовые трещины в растянутой зоне конструкций, сколы бетона с оголением рабочей арматуры без возможности восстановления защитного слоя, участки недоуплотненного бетона в зонах максимальных напряжений, обнажение стальных закладных изделий без антикоррозионной обработки, превышение предельных отклонений геометрических размеров, влияющих на несущую способность. Согласно СП 70.13330.2012, при выявлении недопустимых дефектов составляется акт освидетельствования конструкций с привлечением проектной организации.

Критерии по размерам дефектов

Предельные размеры допустимых дефектов устанавливаются для каждой категории поверхности отдельно. Для раковин нормируются максимальный диаметр и глубина, для сколов — глубина и длина повреждения, для трещин — ширина раскрытия. Превышение установленных размеров служит основанием для отбраковки изделия или проведения ремонтных работ с последующей повторной приемкой. Количество допустимых дефектов на единице площади также регламентируется нормативными документами.

Порядок приемки изделий

Приемка железобетонных изделий осуществляется партиями в соответствии с ГОСТ 13015-2012. От каждой партии для контроля отбирается выборка, размер которой устанавливается стандартом на конкретный вид продукции и составляет не менее 5 процентов от партии. Контролируемые показатели включают геометрические размеры, прочность бетона, толщину защитного слоя, положение арматуры и наличие дефектов. При выявлении дефектных изделий в количестве, превышающем допустимое, партия бракуется и подлежит поштучной приемке.

Контроль качества ЖБИ

Контроль качества железобетонных изделий включает входной контроль сырьевых материалов, операционный контроль технологического процесса и приемочный контроль готовой продукции. Система контроля качества на производстве обеспечивается отделом технического контроля предприятия совместно со строительной лабораторией. Методы контроля регламентируются ГОСТ 18105-2018, ГОСТ 17624-2012 и другими нормативными документами.

Входной контроль

Входной контроль включает проверку качества поступающих на производство материалов. Контролируются прочностные характеристики цемента, зерновой состав и прочность заполнителей, механические свойства арматурной стали, качество химических добавок. Каждая партия материалов сопровождается документами о качестве, подтверждающими соответствие требованиям нормативных документов. При выявлении несоответствий партия материалов не допускается к использованию.

Операционный контроль

Операционный контроль осуществляется на всех стадиях технологического процесса. Контролируются состав и подвижность бетонной смеси, соблюдение режимов уплотнения и тепловой обработки, правильность установки арматуры и закладных деталей. На стадии твердения бетона изготавливаются контрольные образцы для определения прочностных характеристик. Контроль прочности бетона в изделиях также осуществляется неразрушающими методами с применением склерометров, ультразвуковых приборов или методов отрыва со скалыванием.

Приемочный контроль

Приемочный контроль готовых изделий включает визуальный осмотр для выявления поверхностных дефектов, измерение геометрических размеров, контроль прочности бетона и проверку армирования. Геометрические размеры проверяются в количестве не менее 5 процентов от партии с применением измерительного инструмента согласно ГОСТ 26433.1-89. Прочность бетона контролируется неразрушающими методами или путем испытания контрольных образцов. Положение арматуры и толщина защитного слоя проверяются выборочно магнитным методом или методом вскрытия.

Методы неразрушающего контроля

Неразрушающие методы контроля позволяют определять характеристики бетона и выявлять дефекты без разрушения изделий. Ультразвуковой метод основан на измерении скорости прохождения ультразвуковых волн через бетон и позволяет определять прочность, однородность и наличие внутренних дефектов. Метод упругого отскока оценивает твердость поверхностного слоя бетона по величине отскока бойка склерометра. Метод отрыва со скалыванием обеспечивает наибольшую точность определения прочности бетона непосредственно в конструкции.

Часто задаваемые вопросы