{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

Защита арматуры с помощью бетона

Железобетонные конструкции состоят из двух компонентов:

1. Бетон – искусственный камень, который отлично работает на сжатие, не боится воды, но совершенно неустойчив к растяжению на изгиб;
2. Cтальная арматура – строительный компонент для каркаса бетонных конструкций. Металл работает на изгиб, поэтому создает запас напряжения для бетонных элементов, чтобы они не разрушались под действием вертикально направленных нагрузок.

Сколько бы не было металлических компонентов в камне, они должны быть надежно защищены от губительной влаги. В пустотных плитах, лестничных маршах, в монолитном или сборном фундаменте – везде необходим защитный слой бетона для арматуры. Он определяется конструктивно.

Нормативная документация

Размер защитного слоя определяется, согласно:

• СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»;
• СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции»;
• СНиП 52.01.2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

Для плиты межэтажного перекрытия и фундаментного блока минимальный/максимальный размер защиты армирования определяется по-разному, в зависимости от условий эксплуатации элемента и марки используемого бетона, а также расположения металлических прутов. Все эти нюансы отражены в нормативной документации.

Толщина защитного слоя бетона

Инженеры и проектировщики принимают толщину защитного слоя арматуры, опираясь на нормы из СНиП 2.03.01-84*, с применением формул, а также с учетом ряда факторов.

В зависимости от условий эксплуатации минимальная толщина слоя бетона для арматуры определяется по-разному.

Эти факторы являются определяющими при выборе толщины защиты стального каркаса.

Поскольку не для каждой конструкции есть возможность устанавливать слой бетона по таблице в виду разных обстоятельств (размеры элементов, диаметр прутков, дополнительная гидроизоляция), специалисты сделали обобщающую сводку:

Также учитывается длина изделия при определении слоев, защищающих торцы прутков:

• до 9 метров – 10 мм;
• до 12 м – 15 мм;
• более 12 м – 20 мм.

Влияние марки бетона

Для легких бетонов защитный слой арматуры будет больше, чем для тяжелых при одинаковых размерах аналогичных конструкций. Дело в том, что легкие камни, как правило, обладают увеличенной пористостью, в которые проникает вода. Совсем плохо, если используемые для создания конструкций и элементов бетоны обладают пористостью открытого типа, то есть влага проникает из одной поры в другую.

Так, для изделий из тяжелого бетона М300-М400 минимальный слой в нормальных условиях составит 10 мм, для облеченного В7,5 – 20 мм, а для ячеистого – все 25 мм.

Несколько базовых правил

Принятие толщины защитного слоя бетона для арматуры – это процесс творческий, но требующий соблюдения точного расчета и тщательного обдумывания, поскольку от него зависит в последующем срок эксплуатации конструкций, а значит, надежность зданий и сооружений. Несколько основных правил:

• приведенные табличные данные актуальны для изготовления элементов сборных конструкций (если не оговорено иное). Для монолитного строительства значения следует увеличить на 5 мм;
• защитная прослойка не может быть менее, чем 1-2 диаметра арматуры, но и не менее 10 мм;
• при использовании конструктивной арматуры защитный слой из таблиц можно уменьшить на 5 мм.

Как обустраивается слой бетона для защиты арматуры

Величина минимального защитного слоя бетона строго обязательно к изготовлению. Не будет считаться ошибкой, если он увеличен. Это наиболее возможно в частном строительстве. Заводские изделия производятся по ГОСТам и другим нормативным документам, поэтому обладают точными геометрическими размерами и параметрами изготовления.

Как соблюсти толщину защитного слоя при армировании:

1. Вяжут каркас строго по проектным показателям.
2. Опалубку выставляют с учетом общей ширины, высоты и длины элемента/конструкции. Для фиксации в ней арматурного каркаса используют различные приспособления, но можно обойтись самодельными прокладками камнями, перевязки арматуры и стенок формы проволокой.
3. Заливают бетон. Толщину слоя можно проконтролировать с помощью линейки, пока раствор еще свежий и не схватился.

Если монтажные работы проводила строительная бригада или элементы сборных конструкций произведены на заводе, проконтролировать в них расстояние от поверхности до арматуры можно магнитным способом, используя специальные измерительные приборы.

Представляем интересное видео, в котором мастер покажет самодельную замену фиксаторов для каркаса и расскажет о необходимости создания защитного слоя для арматуры:

А вот так гниёт бетон, если защитный слой был недостаточным или камень отслужил немалый срок:

Правила армирования

Правила армирования

Для продольного и поперечного армирования ленточного фундамента используется арматура класса A-III (A400) или А500. Для вспомогательного поперечного армирования (изготовления хомутов), помимо А400 и А500, может использоваться стержневая горячекатаная гладкая арматура класса A-I (А240), А-II, проволока (гладкая арматура) класса Вр-I. Продольные рабочие стрежни арматуры ленточного фундамента воспринимают совместно с бетоном основные нагрузки растяжения и сжатия, действующие вдоль продольной оси фундамента.  

   Кроме продольных стержней при армировании лент фундамент может устанавливаться поперечная арматура (хомуты) из расчета на восприятие нагрузок, действующих вдоль поперечной оси фундамента. Хомуты устанавливаются в ленту при её высоте более 15см.  Также поперечная арматура служит для ограничения развития трещин в бетоне, для удержания продольных стержней в проектном положении, и для закрепления от их бокового выпучивания при воздействии сжимающих нагрузок. В случае сжимающих нагрузок хомуты  следует устанавливать с шагом не более 15 диаметров сжатой продольной арматуры и не более 50 см, а конструкция хомутов должна обеспесивать отсутствие выпучивания продольной арматуры в любом направлении. Поперечная арматура устанавливается у всех поверхностей фундамента, вблизи которых устанавливается продольная арматура. Закрепление поперечной арматуры производят путем ее загиба и охвата продольной рабочей арматуры. 
 Также в фундаменте может использоваться конструктивная арматура, устанавливаемая  для восприятия непредусмотренных усилий, таких как усилия от усадки бетона или температурных деформаций. В частности, для фундаментных лент высотой сечения более 70 см рекомендуется установка дополнительной продольной  конструктивной арматуры на каждые  40 см  высоты ленты. По возможности арматуру следует монтировать укрупненными или пространственными заранее изготовленными элементами, по возможности сокращая объем применения отдельных стержней.

Процент армирования

   Существует некий допустимый диапазон армирования, определённый Сводом Норм и Правил (Пункт 7.3.5 СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции»), который является одним из определяющих факторов выбора пространственной схемы армирования и может повлиять на выбор сечения ленты фундамента. Этот параметр лежит в диапазоне от 0,3 до 3% для балок, и не менее 0,1% для фундаментов. При армировании ленточных фундаментов, служащих опорой под колонны (например, при строительстве монолитного железобетонного каркаса здания) площадь сечения продольной арматуры для ребра Т-образного ленточного фундамента предусматривают с процентом армирования не менее 0,4% в каждом ряду. Это относительное содержание продольной рабочей арматуры в бетонном элементе от площади рабочего сечения этого элемента. Например, если у вас лента сечением 300х400мм, то площадь S сечения 300*400=120 000 мм.кв. Минимальное сечение арматуры составит 120 мм.кв., или 4 прута арматуры диаметром 8 мм (или 2 прута диаметром 10мм). Максимум можно заложить 10 прутов диаметром 22мм! Меньшее количество арматуры незначительно укрепит бетон и практически будет равно просто силе бетона на разрыв, но и больше 3% арматуры тоже не хорошо — арматуры будет столько, что она не успеет включится в работу, как бетон уже будет разрушен возникшей нагрузкой. Если расчёт приведёт вас к проценту армирования более 3%, нужно задуматься над увеличением сечения бетонного элемента. Сечение арматуры нетрудно посчитать, но для облегчения и визуализации я составил табличку сечений при разных количествах прутов арматуры:

Еще один пример из расчёта своего ростверка: У меня было рассчитано сечение ленты-ростверка как 22х30см, Это 66000 мм.кв. Расчёт армирования привёл меня к 6 прутам арматуры диаметром 12мм (3 снизу и 3 сверху) — это 678 мм.кв. арматуры. Посчитаем процент армирования: 678*100/66000=1,027% — он вписывается в допустимый диапазон от 0,1% до 3%, а значит выбранное соотношение между сечением бетона и армированием находится в «равновесии», количество арматуры и бетона экономически и расчётно обосновано. Подошло бы и 5 прутов по 12мм (565*100/66000=0,856%), расчёт по нагрузкам давал 45% запаса по прочности, однако я решил немного перестраховаться заложив 6-й прут и получил 90% запаса.

Диаметр арматуры

   Помимо минимального процента армирования существуют и требования по минимальному диаметру арматуры. Например, для продольной рабочей арматуры нельзя использовать арматуру диаметром менее 10мм. Продольную рабочую арматуру рекомендуется назначать из стержней одинакового диаметра. Если же применяются стержни разных диаметров, то стержни большего диаметра следует размещать внизу ленты фундамента,  в углах сечения ленты фундамента и в местах перегиба хомутов через рабочую арматуру. Стержни продольной рабочей арматуры должны размещаться равномерно по ширине сечения ленты фундамента. При этом размещение стержней арматуры верхнего ряда над просветами между арматурой нижнего ряда запрещается [пункт 3.94 Руководства по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения, Москва, 1978]. При этом как в сварных, так и в вязаных каркасах диаметр продольных стержней должен быть не менее диаметра поперечных стержней арматуры. Максимальный диаметр сжатых стержней (для верхнего ряда) вряд-ли будет достигнут частными домостроителями, но для справки, он не должен быть более 40мм. Для удобства я собрал эти требования в нижеследующей табличке:

Минимальное количество стрежней продольной рабочей арматуры в одном ряду

     В балках и ребрах шириной более 15 см число продольных рабочих растянутых стержней в поперечном сечении должно быть не менее двух. При ширине элемента 15 см и менее допускается устанавливать в поперечном сечении один продольный стержень. При этом устройство ленточных фундаментов шириной менее 15 см не допускается.

Максимальное количество стержней продольной арматуры в одном ряду и минимальное расстояние между стержнями арматуры

   Максимальное количество стержней в одном ряду в поперечном сечении монолитной бетонной балки определяется минимальным расстоянием в свету между отдельными стержнями продольной арматуры. Это минимальное  расстояние определено необходимостью свободного протекания бетонной смеси в тело ленты между стержнями арматуры фундамента при заливке бетона, возможностью его уплотнения и хорошей связи бетона с арматурой для совместной работы под нагрузкой. Минимальные расстояния между стрежнями продольной арматуры определены в пункте 7.3.4 СНиП 52-01-2003  “Бетонные и железобетонные конструкции”. Минимальное расстояние между стержнями продольной арматуры не может быть меньше наибольшего диаметра стержней арматуры и не менее 25 мм для нижнего ряда арматуры и 30 мм — для арматуры верхнего ряда при двух рядах армирования. При трех рядах армирования расстояние между стрежнями арматуры в верхнем ряду должно составить не менее 50 мм. При большом насыщении арматурой должны быть предусмотрены отдельные места с расстоянием между стержнями арматуры в 60 мм для прохождения между арматурными стержнями наконечников глубинных вибраторов, уплотняющих бетонную смесь. Расстояния между такими местами должны быть не более 500мм. Например, имеем ленту фундамента сечением 40х30см с двумя рядами арматуры. Создаются следующие ограничения: 1 — защитный слой бетона по 40мм с каждой стороны; 2 — минимальный диаметр арматуры 10мм; 3 — минимальное расстояние между арматурой 30мм. Итого, соблюдая все ограничения, получается возможным разместить по 6 рядов арматуры, при этом в верхнем ряду нужно один прут исключить для прохождения наконечника вибратора. Допустим, если бы высота ленты была 100 см, то возникает необходимость использовать три ряда арматуры, а это увеличивает минимальное расстояние между арматурой до 50 мм. В этом случае в одном ряду умещается не более 4 прутов арматуры.

Количество рядов арматуры

   В обычных условиях для индивидуальных домов в фундаменте достаточно двух рядов арматуры. Нижний, в большей степени работающий на растяжение и верхний, работающий на сжатие, если не возникнут выталкивающие силы грунтов. При высоте ленты до 70 см средних рядов арматуры делать не нужно, т.к. она там не работает, там не возникает ни растяжений, ни сжатий (если только не аварийная ситуация). Дополнительное  продольное армирование может понадобиться, если высота фундаментной ленты превышает 70 см. В этом случае лента фундамента рассматривается как балка, которой требуется конструктивное армирование. Стержни арматуры при конструктивном армировании не у граней балки (в середине ширины балки) не требуются. Они должны ставиться тлько у боковых поверхностей балок высотой поперечного сечения более 70 см. Расстояние между конструктивными стрежнями арматуры по высоте должно быть не более 40 см.

    Площадь сечения таких арматурных стрежней определяется не менее 0,1 % площади сечения бетона, но не от всей площади сечения балки, а от площади, образуемой расстоянием между этими стержнями и половиной ширины балки, но не менее чем 20 см. Например, при расстоянии между рядами арматуры по вертикали в 40 см и ширине ленты 30 см, определяемая минимальная площадь сечения арматуры будет отсчитываться от площади в 400 мм x 300 мм /2 =60 000 мм2 х 0,001=60 мм2 . Эти арматурные стержни должны соединяться хомутами или шпильками диаметром 6 — 8 мм из арматуры класса A-I с шагом 50 см по длине ленты фундамента.

Максимальный шаг между продольными стержнями арматуры

Максимальный шаг установки поперечной арматуры

Толщина бетонного защитного слоя арматуры

   Защитный слой бетона, то есть расстояние от поверхности арматуры до соответствующей грани фундаментной ленты, предназначен для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном, для закрепления (анкеровки) арматуры в бетоне и возможности устройства соединения арматуры. Также защитный слой бетона предохраняет арматуру от воздействия факторов окружающей среды, конструкций, в том числе и от огня.  Толщина защитного слоя бетона зависит от типа конструкции и роли арматуры в ней, ее диаметра и условий окружающей среды.

   Для продольной рабочей арматуры толщина защитного слоя должна быть, как правило, не менее диаметра стержня и не менее: 30 мм — для фундаментных балок и сборных фундаментов; 35 мм — для монолитных фундаментов при наличии бетонной подготовки; 70 мм — для монолитных фундаментов при отсутствии бетонной подготовки. При использовании бетонной подготовки (или на скальном грунте) – толщина бетонного защитного слоя снижается в отечественных нормах до 40 мм, а в американских до 25мм. Для сборных элементов минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры уменьшают на 5 мм. Для конструктивной арматуры минимальные значения толщины защитного слоя бетона принимают на 5 мм меньше по сравнению с требуемыми для рабочей арматуры. Во всех случаях толщину защитного слоя бетона следует также принимать не менее диаметра стержня арматуры.
    По требованиям ACI 318-05  защитный слой бетона на уличную строну для арматуры до 20 мм составляет 25 — 40 мм. Для диаметра арматуры толще 20 мм — 50 мм. Защитный слой для арматуры диаметром до 40 мм на стороне не подверженной действию природных факторов составляет 20 мм. По отечественным нормам защитный слой бетона с обеих сторон составляет 40 мм. Требуемую величину защитного слоя нижней арматуры и проектное положение арматуры в процессе бетонирования можно установить с помощью пластиковых фиксаторов, подкладок из бетона и  путем конструирования арматурного каркаса таким образом, чтобы некоторые стержни упирались в опалубку, фиксируя положение каркаса. Нижний защитный слой можно установить, закладывая под нижние стержни арматуры заранее изготовленные бетонные прокладки (сухари) размером 100×100 мм и толщиной, равной требуемой толщине защитного слоя. Применение прокладок из обрезков арматуры, деревянных брусков и щебня запрещается. Также для задания толщины защитного можно использовать пластиковые фиксаторы — спейсеры требуемого стандартного размера. Фиксаторы для арматуры выпускаются в размерах от 15 до 50 мм с шагом размера 5 мм.
Толщина защитного слоя для поперечной арматуры бетонных элементов сечением меньше 25 см составляет 1 см, а для элементов сечением более 25 см – 1,5 см.

Требования к поверхности арматуры

    Арматуру следует монтировать укрупненными или пространственными заранее изготовленными элементами, по возможности сокращая объем применения отдельных стержней. С бетонной подготовки (подушки) в местах установки арматуры должны быть удалены мусор, грязь, снег и лед. Стержни арматуры должны быть обезжирены, очищены от любого неметаллического покрытия, краски, грязи, льда и снега, отслаивающегося налета ржавчины. Удаляется отслаивающаяся ржавчина с помощью металлической щетки. Разрешается наличие эпоксидного покрытия на арматуре. Существует мнение некоторых строителей — поливать водой арматуру за несколько дней перед укладкой, чтобы она заржавела и к ней сильнее прилипал бетон. В официальных комментариях к нормам указано: Обычная поверхностная неотслаивающаяся ржавчина усиливает силу сцепления арматуры с бетоном. Ржавая поверхность лучше склеивается с цементным гелем в составе бетона. Но отслаивающуюся ржавчину требуется удалить. Арматура периодического профиля имеет в 2-3 раза большее сопротивление выдергиванию, чем гладкая арматура. А арматура с гладкой полированной поверхностью держится в бетоне еще в 5 раз слабее.

Сварка или вязка арматуры

    Идеальным армированием фундамента является армирование сплошным безразрывным контуром арматуры. Однако, такое безразрывное армирование может быть получено только с использованием сварки или с использованием специальных резьбовых соединителей. В строительстве фундаментов часто применяют арматуру класса А-III А400 — такую арматуру сваривать недопустимо, она сильно теряет в прочности при нагревании. Сваривать можно только арматуру c литерой «С» в маркировке, например А500С.  Длина сварного шва для такой арматуры должна быть не менее 10 диаметров. Т.е. если арматура диаметром 12мм, то шов должен быть не менее 120мм. При этом отечественные нормы разрешают дуговую электросварку перекрестий арматуры только не менее 25 мм диаметром.

   Соединение арматуры нахлестом – самый распространенный вариант в дачном строительстве  из-за своей очевидной простоты исполнения. Однако есть ряд требований, которые необходимо выполнить, чтобы обеспечить правильную работу соединяемой арматуры. Соединение арматуры нахлестом допустимо для арматуры диаметром до 36 мм. Это ограничение связано с отсутствием экспериментальных данных по соединениям нахлестом для арматуры больших диаметров. Соединение арматуры не должно размещаться в местах концентрированного приложения нагрузки и местах наибольшего напряжения. Соединение арматуры нахлестом может производиться:

• Со связкой стержней вязальной проволокой. В этом случае расстояние между прутами обусловлено лишь высотой выступов периодического профиля и может приниматься равным нулю.

• Без связки. В случае свободного соединения с нахлестом расстояние между стыкуемыми нахлестом стержнями арматуры по вертикали и горизонтали должно быть не менее 25 мм или 1 диаметр арматуры, если диаметр арматуры больше 25 мм,  для обеспечения свободного проникновения бетона. Максимальное расстояние по ширине ленты фундамента между стыкуемыми свободным нахлестом стержнями должно быть не более 8 диаметров стержней арматуры. В нормативах ACI 318-05 рекомендуется делать свободные (не связанные) соединения стержней арматуры  в предварительно не напряженных конструкциях. Это объясняется тем, что при свободном соединении бетон охватывает все стороны каждого арматурного стержня и фиксирует стержень арматуры надежнее, чем при обхвате неполной окружности стержня при связке его проволокой с соседним стержнем.

• Механическим способом.  C точки зрения экономии (перерасход арматуры на нахлесты до 27%), и безопасности здания (ограничение объема бетона в месте стыков), арматуру диаметром свыше 25 мм рекомендуется соединять механическим способом (винтовые муфты или опрессованые соединения).

  Соседние соединения арматуры по длине должны быть разнесены в разбежку так, чтобы в одном сечении одновременно соединялось не более 50% арматуры. минимальное расстояние между стыками арматуры по длине составляет 61 см. Не более половины всех стержней в одном расчетном сечении элемента фундаментной ленты могут иметь соединения. Стыкование отдельных стержней арматуры и сварных сеток без разбежки допускается при использовании арматуры для конструктивного (нерабочего) армирования.

  Нормы для анкеровки арматуры, работающей как на растяжение, так и на сжатие предусматривают нахлест стержней в 50 диаметров этих стержней, но не менее 30 см. Однако, величина нахлеста зависит и от класса (марки бетона: если для бетона класса В15 (M200) минимальный нахлест составляет  50d (диаметров арматуры), то при использовании бетона класса  В20 (M250), нахлест можно уменьшить до 40d. Для бетона класса В25 (M300) минимальный нахлест равен 35d. Для арматуры А-I и А-II минимальный нахлест равен 40d.

В общем, в двух словах: 1 — арматуру лучше вязать, чем варить, 2 — нахлёсты лучше не связывать, а оставлять между прутами расстояние около 25мм.

Наблюдения

  Только соблюдая все эти ограничения и рекомендации можно сказать, что вы получите достаточное для большинства случаев армирование без дополнительных расчётов! Жизненные наблюдения показывают, что обычно люди льют столько бетона в фундамены, что если бы они их так же основательно армировали, то можно было бы на их фундаментах строить многоэтажки (правда, несущая способность грунтов обычно никак не учитывается). В большинстве случаев застройщики стремятся к самому минимальному проценту армирования, поскольку бетона у них такое количество, что даже 0,1% арматуры выглядит внушительно.  

Основные нарушения правил армирования

•   Некоторые строители армируют углы ленточных фундаментов и примыканий лент с помощью перекрестий стрежневой арматуры. Такой способ является грубейшим нарушением типовых схем армирования углов и примыканий, ослабляющих конструкцию, который может привести к расслоению бетона. Не смотря на именно такую рекомендацию автора технологии ТИСЭ Яковлева я считаю это совершенно неприемлемым способом.

•    Арматуру класса А-III можно гнуть в холодном состоянии на угол до 90° по диаметру изгиба с оправкой радиусом равным пяти диаметром сгибаемой арматуры без потери прочности. При загибе арматуры на 180 градусов прочность арматуры снижается на 10%. По американским нормам диаметр оправки  для арматуры номинальным диаметром до 26 мм сгибается по диаметру равному шести диаметрам сгибаемой арматуры, а арматура диаметром 28-36 мм сгибается по восьмикратному диаметру. При этом свободный загибаемый конец арматуры должен быть не короче 12 диаметров стержня арматуры. Нельзя сгибать арматуру, один конец которой уже замоноличен в бетон.  

•    Практикуется как минимум два широко распространенных недопустимых приема гибки арматуры.  Если заказчик требует от рабочих сгибать арматуру для армирования углов и примыканий фундаментной ленты (как и положено), а не класть ее перекрестиями, то рабочие, ленясь, либо нагревают место сгиба автогеном, на костре или паяльной лампой, либо надпиливают место сгиба арматуры болгаркой. Понятно, что оба способа значительно ослабляют стрежни арматуры, что может привести к разрушению их целостности под  нагрузкой. Требование (пункт 7.3.1 ACI 318-08) гласит: Все виды арматуры должны сгибаться в холодном состоянии, если иное не предписано проектировщиком.

• Некоторые строители считают, что в качестве рабочей арматуры можно использовать любой металл любой конфигурации: трубы, алюминиевые изделия, плоские листы, отходы от промышленной вырубки деталей, сетку рабицу, проволоку и т.п. Все эти материалы не обладают требуемыми характеристиками, чтобы адекватно воспринять нагрузки на сжатие или растяжение, и не предохраняют бетон от деформаций и образования трещин. Армирование рельсами также не рекомендуется из-за низкого сцепления бетона с гладкой поверхностью металла.  Включение в состав бетона алюминия приводит к химическим реакциям, разрушающим бетон. 

Коррозия закладных материалов

Коррозия арматурной стали и других закладных металлов является основной причиной разрушения бетона. Когда сталь подвергается коррозии, образующаяся ржавчина занимает больший объем, чем сталь. Это расширение создает в бетоне растягивающие напряжения, которые в конечном итоге могут вызвать растрескивание, расслоение и отслоение.

Сталь подвержена коррозии, потому что это не встречающийся в природе материал. Скорее, железная руда выплавляется и очищается для производства стали. Этапы производства, которые превращают железную руду в сталь, добавляют металлу энергии.

Сталь, как и большинство металлов, за исключением золота и платины, термодинамически нестабильна при нормальных атмосферных условиях, выделяет энергию и возвращается в свое естественное состояние — оксид железа или ржавчину. Этот процесс называется коррозией.

Для возникновения коррозии должны присутствовать следующие элементы:

• Должны быть как минимум два металла (или два участка на одном металле) с разными уровнями энергии
• электролит
• металлическое соединение

В железобетоне арматурный стержень может иметь много отдельных участков с разными уровнями энергии.Бетон действует как электролит, а металлическое соединение обеспечивается проволочными стяжками, опорами стульев или самой арматурой.

Коррозия — это электрохимический процесс, связанный с потоком зарядов (электронов и ионов). В активных участках стержня, называемых анодами, атомы железа теряют электроны и переходят в окружающий бетон в виде ионов железа. Этот процесс называется реакцией окисления полуэлемента или анодной реакцией и представлен как:

2Fe → 2Fe ²⁺ + 4e ^—

Электроны остаются в стержне и текут к участкам, называемым катоды, где они соединяются с водой и кислородом в бетоне.Реакция на катоде называется реакцией восстановления. Обычная реакция восстановления:

Для поддержания электрической нейтральности ионы двухвалентного железа мигрируют через поры бетона и попадают в них. катодные участки, где они объединяются с образованием гидроксидов железа или ржавчины:

2Fe ²⁺ + 4OH ^— → 2Fe (OH)

Этот начальный осажденный гидроксид имеет тенденцию далее реагировать с кислородом с образованием более высоких оксидов.Увеличение объема по мере дальнейшей реакции продуктов реакции с растворенным кислородом приводит к внутреннему напряжению в бетоне, которого может быть достаточно, чтобы вызвать растрескивание и отслаивание бетонного покрытия.

Коррозию металлических закладных в бетоне можно значительно снизить, укладывая бетон без трещин, с низкой проницаемостью и достаточным покрытием из бетона. Бетон с низкой проницаемостью может быть получен за счет уменьшения отношения воды к вяжущим материалам в бетоне и использования пуццоланов и шлака.Пуццоланы и шлак также увеличивают удельное сопротивление бетона, тем самым снижая скорость коррозии даже после ее возникновения. ACI 318-11, Строительные нормы и правила для конструкционного бетона устанавливает минимальные требования к бетонному покрытию, которые помогут защитить металлические конструкции от коррозионных материалов. Дополнительные меры по снижению коррозии стальной арматуры в бетоне включают использование добавок, замедляющих коррозию, покрытие арматуры (например, эпоксидной смолой) и использование герметиков и мембран на поверхности бетона.Герметики и мембраны, если они используются, необходимо периодически повторно наносить.

Бетон и пассивный слой

Хотя сталь естественным образом склонна к коррозионным реакциям, щелочная среда бетона (pH от 12 до 13) обеспечивает защиту стали от коррозии. При высоком pH на стали образуется тонкий оксидный слой, препятствующий растворению атомов металла. Эта пассивная пленка фактически не останавливает коррозию; снижает скорость коррозии до незначительного уровня. Для стали в бетоне скорость пассивной коррозии обычно равна 0.1 мкм в год. Без пассивной пленки скорость коррозии стали бы как минимум в 1000 раз выше (ACI222 2001).

Благодаря присущей бетону защите, арматурная сталь не подвергается коррозии в большинстве бетонных элементов и конструкций. Однако при разрушении пассивного слоя может возникнуть коррозия. Разрушение пассивного слоя происходит при снижении щелочности бетона или повышении концентрации хлоридов в бетоне до определенного уровня.

Роль хлорид-ионов

Ни один другой загрязнитель не описан в литературе так широко как причина коррозии металлов в бетоне, чем ионы хлора. Механизм, с помощью которого хлориды вызывают коррозию, полностью не изучен, но наиболее популярная теория состоит в том, что ионы хлора проникают через защитную оксидную пленку легче, чем другие ионы, что делает сталь уязвимой для коррозии.

Риск коррозии увеличивается с увеличением содержания хлоридов в бетоне. Когда содержание хлоридов на поверхности стали превышает определенный предел, называемый пороговым значением, произойдет коррозия, если также доступны вода и кислород.Исследования Федерального управления шоссейных дорог (FHWA) показали, что пороговый предел в 0,20% общего (растворимого в кислоте) хлорида от веса цемента может вызвать коррозию арматурной стали в настилах мостов (Clear 1976). Однако только водорастворимые хлориды способствуют коррозии; некоторые растворимые в кислоте хлориды могут быть связаны в агрегатах и, следовательно, не могут способствовать коррозии. Работа в FHWA (Clear 1973) показала, что коэффициент преобразования кислотно-растворимых хлоридов в водорастворимые может варьироваться от 0.От 35 до 0,90, в зависимости от состава и истории бетона. Произвольно было выбрано 0,75, в результате чего предел растворимости в воде хлоридов составляет 0,15% от веса цемента.

Хотя хлориды несут прямую ответственность за возникновение коррозии, они, по-видимому, играют лишь косвенную роль в скорости коррозии после ее возникновения. Основными факторами, регулирующими скорость, являются доступность кислорода, удельное электрическое сопротивление и относительная влажность бетона, а также pH и температура.

Карбонизация

Ca (OH) ₂ + CO ₂ → CaCO ₃ + H ₂ O

Эта реакция снижает pH порового раствора до 8,5, при котором пассивная пленка на сталь нестабильна.

Карбонизация — обычно медленный процесс. Было подсчитано, что в высококачественном бетоне карбонизация будет происходить со скоростью до 0,04 дюйма в год. Уровень карбонизации значительно увеличивается в бетоне с высоким водоцементным отношением, низким содержанием цемента, коротким периодом отверждения, низкой прочностью и высокопроницаемой или пористой пастой.

Карбонизация сильно зависит от относительной влажности бетона. Самый высокий уровень карбонизации происходит при относительной влажности от 50 до 75 процентов.При относительной влажности ниже 25% степень карбонизации считается незначительной. При относительной влажности выше 75% влага в порах ограничивает проникновение CO2. Коррозия, вызванная карбонизацией, часто возникает на участках фасадов зданий, которые подвергаются воздействию дождя, затенены от солнечного света и имеют низкое бетонное покрытие над арматурной сталью.

Карбонизация бетона также снижает количество ионов хлора, необходимых для ускорения коррозии. В новом бетоне с pH от 12 до 13 требуется от 7000 до 8000 ppm хлоридов, чтобы вызвать коррозию закладной стали.Если, однако, pH понижается до диапазона от 10 до 11, порог хлорида для коррозии значительно ниже — на уровне или ниже 100 частей на миллион. Однако, как и ионы хлорида, карбонизация разрушает пассивную пленку армирования, но не влияет на скорость коррозии.

Пример карбонизации на фасаде здания.

Коррозия разнородных металлов

1. Цинк 5. Никель 9.Медь

2. Алюминий 6. Олово 10. Бронза

3. Сталь 7. Свинец 11. Нержавеющая сталь

4. Железо 8. Латунь 12. Золото

Когда металлы контактируют в активном электролите, тем меньше активный металл (нижнее число) в серии корродирует.

Список литературы

Клир, К.С., и Хэй, RE, «Время до коррозии арматурной стали в бетонной плите, V.1: Влияние параметров проектирования и строительства смеси», FHWA-RD-73-32, Федеральное управление шоссейных дорог, Вашингтон, Округ Колумбия, апрель 1973 г., 103 страницы.

Clear K.C., «Время до коррозии арматурной стали в бетонных плитах», Федеральное управление шоссейных дорог, PB 258 446, Vol.3, апрель 1976 года.

PCA, Типы и причины разрушения бетона, Portland Cement Association, Skokie, Illinois, 2002, 16 страниц.

Проблемы с арматурой в бетонных фундаментах, перекрытиях и стенах

Ржавчина и оголенная арматура могут снизить конструктивную прочность бетона. Это может привести к появлению трещин и ослаблению фундаментов и плит, а также к протечкам в стенах подвала.

Хотя бетон — очень прочный материал, он отлично выдерживает большой вес; он не очень хорош для прочности на разрыв, если в нем нет арматуры, например арматуры.

Проблемы с трещинами и арматурой

Проблема №1 — Из-за ржавчины арматурный стержень теряет конструктивную прочность

По мере того как арматура ржавеет, она медленно теряет свою прочность и портится. По мере того, как он ржавеет, он увеличивается в объеме, и это оказывает огромное давление на бетон, покрывающий арматурный стержень.

По мере того, как арматура ржавеет, прочность связи между арматурой и бетоном ухудшается, что в конечном итоге приводит к более слабому бетону.Кроме того, коррозия и точечная коррозия способствуют усталости конструкции.

Проблема № 2 — Откол: куски бетона отламываются

Выкрашивание или выкрашивание или выпадение кусков бетона обычно происходит из-за:

• Механическое повреждение — то есть удар по бетону твердым металлическим предметом с большой силой.
• Сила отталкивания ржавой арматуры от бетона — Как мы уже отмечали, ржавая арматура оказывает огромное давление на бетон, что может привести к трещинам или отрыву кусков бетона.

Проблема № 3 — Усадочные трещины, которые позволяют влаге достигать арматурного стержня

Усадочные трещины, вероятно, являются наиболее распространенным типом трещин в бетоне. Когда бетон впервые смешивается и заливается, в нем содержится избыток воды, а в процессе твердения бетон теряет избыток воды, что вызывает усадочные трещины.

Если было добавлено слишком много воды, возникновение трещин может стать проблемой. Во-первых, бетон будет слабее, а во-вторых, усадочные трещины могут быть больше и позволить влаге проникнуть в арматуру.

Проблема № 4 — Недостаточное покрытие бетоном арматуры

Строительные нормы и правила содержат требования о том, насколько близко арматурный стержень может быть к земле (почве), а также насколько близко он может быть к бетонным формам. Расстояния зависят от расположения и размера арматурного стержня.

Обычные размеры арматуры, используемой в жилищном строительстве для домов, обычно составляют от арматуры №3 до арматуры №6. Арматурный стержень №4 имеет диаметр 1/2 дюйма (4/8 дюйма) или арматурный стержень №5 имеет диаметр 5/8 дюйма.

Зазоры и охват арматуры

обычно должен быть облицован или покрыт бетоном, и в большинстве случаев существуют требования кодекса, устанавливающие руководящие принципы. Иногда арматурный стержень может сместиться во время заливки бетона, и поэтому он не имеет должного покрытия.

Как правило, арматура в жилищном строительстве должна иметь 3 дюйма бетонного покрытия или отделение от почвы, когда бетон для опор и подушек заливается по земле, а если бетон заливается по опалубке, — 1,5 дюйма.Если формованный бетон не подвергается воздействию земли или погодных условий, как плиты и стены, то требуется дюйма. Обратите внимание, что существует множество требований к условиям и допускам.

Пятна ржавчины или узор из трещин

Если бетонная стена или пол имеют пятна ржавчины возле трещин, арматура обычно ржавеет. При соблюдении этого условия целесообразно определить источник влаги и провести техническое обслуживание и ремонт.

Если есть узор на трещинах (т.е.е. прямоугольник или квадрат), то арматурный стержень может оказаться слишком близко к поверхности бетона. Опять же, техническое обслуживание и ремонт — это разумно.

Обычно, если нет покрытия или неправильное покрытие, то арматурный стержень может подвергнуться воздействию чрезмерной влаги и ржавчины.

Проблема № 5 — Каменные карманы могут подвергать арматурный стержень воздействию влаги

Бетон, который не был уложен или не подвергался вибрации, может иметь каменные карманы и оголенный арматурный стержень. Часто эта проблема возникает, когда бетон был залит слишком сухим из-за того, что в бетон было добавлено недостаточно воды при его перемешивании.Это может привести к коррозии арматуры и повреждению бетона.

На фото бетон был залит слишком сухим и не вибрировал должным образом.

Проблема №6 — Если в бетоне нет арматуры, то одна сторона трещины может подниматься над другой стороной: например, в полу гаража

Если в бетонном полу гаража нет арматуры, то одна сторона трещины может быть выше другой стороны трещины. Без арматуры трещины могут увеличиваться в размерах.

Дома, построенные до или в течение 1950-х и 60-х годов

Во многих районах страны дома, построенные в 50-60-е годы или ранее, могут не иметь арматуры в бетонных плитах.В этих домах могут быть трещины, проходящие через несколько плиток на полу, отражающие трещины в бетоне под плиткой.

В этих домах нередко поднимают ковровое покрытие или другие напольные покрытия и находят трещины, а часто и множество трещин. Эти трещины можно залатать или отремонтировать, но, вероятно, появятся и другие трещины, особенно на участках с обширным грунтом или ползучестью склона.

Трещины без арматуры с большей вероятностью могут стать причиной спотыкания

Как указывалось ранее, отсутствие арматуры в плите с большей вероятностью приведет к возвышению одной стороны трещины над другой стороной.Это состояние часто создает опасность споткнуться. Инспекторы часто считают, что перепад высот в 1/4 дюйма или более является проблемой для поездки и безопасности.

Опасности, связанные с путешествием, могут быть обнаружены на этажах гаражей, домов, на прогулках, патио и подъездных дорожках.

Почему арматура ржавеет или подвергается коррозии?

1. Когда пассивный защитный слой над арматурным стержнем разрушается, то есть цементирующие материалы проходят мимо окружающей арматуры, то химические процессы, карбонизация и хлорид запускают процесс ржавления.
2. Различные загрязнители в воздухе, замерзание и оттаивание, влажность воздуха (особенно в прибрежных районах), соли и антиобледенительные составы, а также агрессивные почвы также могут привести к коррозии и ржавлению арматуры.
3. Воздействие чрезмерной влаги и различных химических соединений может вызвать повреждение бетона и арматуры при ряде обстоятельств.

Почему арматура закладывается в бетон?

Две из основных причин:

• Уменьшить образование трещин в бетоне
• Повышение прочности конструкции, особенно прочности на разрыв

Прочие причины использования арматуры в бетоне

• Помогает удерживать одну сторону трещины от возвышения над другой
• Может связывать две отдельные секции или куски бетона вместе (т.е. на холодных стыках)
• Возможность уменьшения толщины бетона. С арматурой в плите или стене может потребоваться меньше бетона, и бетон может быть не такой толстой
• Может помочь распределить вес или нагрузку на бетон на большую площадь
• Помогает удерживать бетон, когда он расширяется и сжимается

Почему на арматуре есть ребра

Маленькие ребра на арматуре служат нескольким целям.

1. Они увеличивают площадь поверхности арматурного стержня, что дает пасте в бетоне большую площадь поверхности для склеивания.
2. Гребни обеспечивают более прочное механическое крепление к бетону.
3. Ребра помогают удерживать различные куски арматуры на месте при заливке бетона, чтобы они не соскользнули с места, даже если они связаны друг с другом.

Неправильно установленная арматура или арматура, подверженная воздействию влаги, может ржаветь, что может ослабить или повредить бетон. Иногда это может привести к значительному ущербу, ремонт которого может быть дорогостоящим.

Домовладельцам, у которых возникла ржавчина или обнажилась арматура, следует проводить техническое обслуживание и ремонт.Иногда может потребоваться консультация инженера, если есть значительная ржавчина, растрескивание или повреждение бетона. К счастью, большую часть времени обслуживание — это единственное, что необходимо.

(PDF) Моделирование защиты от коррозии железобетонных конструкций с поверхностными покрытиями

З. Камайтис. Моделирование защиты от коррозии железобетонных конструкций с поверхностными покрытиями

248

и надежностью системы защиты

3035) 7142 (} {=> = + × = ≥

ddCPSCPS

ttTP

лет.

7. Выводы

На основании этого исследования можно сделать следующие выводы:

:

1. Износ железобетонных конструкций

, подвергшихся воздействию техногенных или агрессивных атмосферных условий. многие страны мира

. Часто из-за коррозии сопротивление конструкций

снижается намного раньше, чем их ожидаемый срок службы

.Одним из способов защиты армированных бетонных конструкций от коррозии является нанесение защитных покрытий

. В текущей практике использование покрытий основано на

стандартных рекомендациях по правильному выбору

правильного типа материала покрытия для конкретного приложения

. Упрощенная и унифицированная процедура проектирования

, основанная на механизме деградации для всего диапазона

железобетонных конструкций, подвергающихся воздействию различных агрессивных условий

, является более рациональным способом.Требуется установить проект

на долговечность бетонных конструкций с защитными покрытиями

.

2. Модель прогноза износа и срока службы —

многоуровневая система защиты от коррозии, которая состоит из

, представленного защитным поверхностным барьером, бетонным покрытием,

и собственно стальной арматурой, из железобетонных конструкций

был разработан [уравнения (6), (7), (8) и (9), рис.

3]. Модель связывает весь срок службы системы защиты от коррозии

со скоростью деградации ее компонентов. Оценка надежности системы защиты

с учетом деградации ее компонентов обязательна

[уравнения (10), (11), (12), (13)]. Переменные в модели

неопределенны и должны быть описаны с использованием распределений вероятностей

.

3.Разработанная модель может быть применена к множеству

новых или существующих конструкций, чтобы спрогнозировать время

до первого ремонта / восстановления железобетонных конструкций —

и для разработки систем защиты от коррозии

, основанных на надежности. Хотя практическое использование этой модели требует

дополнительных исследований. Модели деградации и их характеристики —

тики, включая интенсивность отказов, λ

и

, должны быть идентифицированы для конкретных конструкций

(транспортные сооружения, морские конструкции

, резервуары для хранения химикатов, трубы, канализационные трубы и

). другие объекты) и условий воздействия.Предполагается, что

, когда будут проведены эти исследования, переменные, которые необходимо исследовать, будут соответствовать предложенной концепции многоуровневой системы защиты

и обеспечат более реальные прогнозы срока службы и адекватность. основа для конструкции антикоррозийной защиты

. Поскольку меры защиты

являются дорогостоящими решениями, окончательная система защиты должна быть принята с учетом анализа и экономических соображений.

Список литературы

Allam, I.M .; Маслчуддин, М .; Saricimen, H .; Аль-Мана, А. И.

1994. Влияние атмосферной коррозии на механические

свойства арматурной стали, Строительство и строительство

Материалы 8 (1): 35-41.

Альмусаллам А.А. 2001. Влияние степени коррозии на свойства

арматурных стальных стержней, Строительство и

Строительные материалы 15 (8): 361-368.

Альмусаллам, А.; Хан, Ф. М .; Маслехуддин, М. 2002. Характеристики бетонных покрытий при различных условиях воздействия

, Материалы и конструкции 35 (8): 487-494.

Almusallam, A .; Хан, Ф. М .; Дулайджан, С. У .; Аль-Амуди, О.

С. Б. 2003. Эффективность поверхностных покрытий в улучшении долговечности бетона

, Цемент и бетонные композиты

25 (4–5): 473–481.

Amey, S. L .; Johnson, D.A .; Мильтенбергер, М. А .; Фарзам, Х.

1998. Прогнозирование срока службы бетонных морских сооружений —

туров, ACI Material Journal 95 (2): 205-214.

Andrade, C .; Алонсо, К .; Молина, Ф. Дж. 1993. Растрескивание покрытия как

является функцией коррозии арматуры: часть I — экспериментальное испытание,

Материалы и конструкции 26 (8): 453-464.

Бенц, Э. С. 2003. Вероятностное моделирование срока службы конструкций

, подверженных воздействию хлоридов, ACI Materials Journal

100 (5): 391−397.

Чанг, Д. Д. Л. 2004. Использование полимеров для структурных материалов на основе цемента,

туральных материалов, Журнал материаловедения 39 (9):

2973−2978.

Коронелли, Д. 2002. Коррозионное растрескивание и модификация прочности сцепления

Элинг корродированных стержней в железобетоне, ACI Struc-

tural Journal 99 (3): 267−276.

Delicchi, M .; Barbucci, A .; Серисола, Г. 2004. Способность органических покрытий для бетона к перекрытию трещин

: влияние метода растрескивания бетона

, толщина и характер покрытия

, Progress in Organic Coatings 49 (4): 336-341.

DuraCrete / BE95-1347 / R4-5. 1998. Моделирование деградации.

Отчет по задаче 2. СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО. 174 с.

Gonzales, J. A .; Feliu, S .; Rodriguez, P .; Lopez, W .; Алонсо, К .;

Андраде, К. 1996. Некоторые вопросы по коррозии стали

в бетоне II: механизм коррозии и мониторинг, прогнозирование срока службы

и методы защиты, Материалы

и конструкции 29 (2): 97-104.

Йокубайтис В. 2007. Закономерности распространения открытых

трещин в бетоне, вызванных коррозией, Журнал гражданского строительства

и менеджмент 13 (2): 107-113.

Камайтис З. 2002. Повреждение бетонных мостов из-за коррозии арматуры

. Часть I — Исследование участка, Trans-

порт 17 (4): 137-142.

Камайтис З. 2007а. Конструктивное проектирование защитных полимерных покрытий

для железобетонных конструкций. Часть I: Общее рассмотрение проекта

, Журнал гражданского строительства и

Менеджмент 13 (1): 11-17.

Камайтис З. 2007б. Конструктивное проектирование защитных полимерных покрытий

для железобетонных конструкций.Часть II: Ex-

периодическая проверка, Журнал гражданского строительства и

Management 13 (1): 19−26.

Майс, Г.С. 1999. Материалы для защиты и ремонта бетона

Крит: прогресс в направлении европейской стандартизации, в Proc

Международной конференции — Долговечность бетона и

Технология ремонта. Эд. автор: Dhir, R.K .; McCarthy, M. J.

8–10 сентября 1999 г., Данди, Шотландия (Великобритания). Томас

Телфорд, 481−491.ISBN 0 7277 2826 1.

Маруяма, К. 1999. Поведение в течение жизненного цикла армированных бетонных конструкций —

критских структур — что нам нужно знать? in Proc

Симпозиум IABSE — Структуры для будущего — Поиск

качества. 25−27 августа 1999 г., Рио-де-Жанейро (Бразилия).

IABSE 8 (1), 33-41. ISBN 3-85748-100-6.

McCarthy, M. J .; Giannakou, A .; Джонс, М. Р. 2004. Сравнительная характеристика снижения хлоридов и уменьшения коррозии

. Защитный слой бетона для арматурного стержня .

Требования к бетонному защитному слою для защиты арматуры приведены в разделе 3.5 и п. 10.3 СП 63.13330.2012 (СП ​​63.13330.2018) [Российские стандарты строительства] Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003.

Защитный слой бетона — толщина слоя бетона от лицевой стороны элемента до ближайшей поверхности арматурного стержня.

Зачем нужен защитный слой бетона:

• обеспечение совместной работы арматуры с бетоном;
• обеспечение возможности стыка арматурных элементов и анкеровки арматуры в бетоне;
• безопасность арматуры от воздействий окружающей среды, в том числе агрессивных воздействий;
• обеспечение огнестойкости конструкций.

Согласно п. 10.3.2 и таблице 10.1 (СП 63.13330.2012, СП 63.13330.2018) толщина минимального защитного слоя бетона должна быть:

• В помещениях с нормальной и низкой влажностью не менее 20 мм.
• В помещениях с повышенной влажностью (при отсутствии дополнительных мер защиты) не менее 25 мм.
• На открытом воздухе (при отсутствии дополнительных мер защиты) не менее 30 мм.
• В грунте (при отсутствии дополнительных мер защиты), в фундаментах при наличии бетонной подготовки не менее 40 мм.

Важные примечания!

1. Толщина защитного слоя бетона должна приниматься не менее диаметра стержня арматуры и не менее 10 мм.

2. Для конструкционной арматуры (не рабочей) допускается уменьшение толщины защитного слоя бетона на 5 мм (по сравнению с требуемой для рабочей арматуры).

3. Для сборных элементов (сборные перекрытия и перекрытия, балки и т. Д.).) толщина защитного бетонного слоя рабочей арматуры уменьшается на 5 мм.

4. В однослойных конструкциях из ячеистого бетона толщина защитного слоя во всех случаях принимается не менее 25 мм.

5. В однослойных конструкциях из легкого и пористого бетона классов В7,5 и ниже толщина защитного слоя должна быть не менее 20 мм, а для наружных стеновых панелей (без фактурного слоя) не менее 25 мм. .

6.Толщина защитного слоя бетона на концах предварительно напряженных элементов по длине зоны передачи напряжений должна быть не менее 3d, не менее 40 мм для стержневой арматуры и не менее 20 мм для арматурных канатов.

7. Допускается принимать защитный слой бетона секции на опоре для предварительно напряженной арматуры с анкерами и без анкеров так же, как для секции в пролете для предварительно напряженных элементов с сосредоточенной передачей опорных сил при наличии стали. опорная часть и косвенная арматура (сварные поперечные решетки или прижимные зажимы продольной арматуры).

8. В элементах с натянутой продольной арматурой, натянутой на бетон и расположенных в каналах, расстояние от поверхности элемента до поверхности канала должно приниматься не менее 40 мм и не менее ширины (диаметра) канала, и к боковым граням не менее половины высоты (диаметра) канала.

9. При расположении предварительно напряженной арматуры в пазах или вне сечения элемента толщину защитного слоя бетона, образованного последующим торкретбетоном или иным способом, следует принимать не менее 20 мм.

Прочность бетонной конструкции моста в морской среде по JSTOR

В соответствии с известным механизмом эрозии хлорид-иона на бетонной конструкции и механизмом коррозии стали установлена ​​система показателей оценки и нечеткий комплексный оценочный коэффициент, установленный для изучения долговечности бетонной конструкции моста, а также оценочная модель долговечности бетонной конструкции моста. в среде хлорид-ионной эрозии.Принимая во внимание неопределенность основных параметров в модели оценки ресурса, основанной на принципе Монте-Карло, случайное моделирование бетонных элементов выполняется с помощью программного обеспечения Crystal Ball. Результаты случайного моделирования показывают, что толщина защитного слоя и концентрация хлорид-иона являются важными параметрами, влияющими на долговечность бетонной конструкции при хлоридной эрозии. При оценке долговечности бетонной конструкции моста следует обращать внимание на толщину защитного слоя и концентрацию хлоридов.

Журнал прибрежных исследований — это выходящее два раза в месяц издание Фонда прибрежных исследований и образования, обеспечивающее международный форум прибрежных наук. Этот профессиональный журнал посвящен всем аспектам комплексных прибрежных исследований. Журнал распространяет знания и понимание прибрежных территорий, способствуя общению между специалистами в области геологии, биологии, географии, климата, прибрежной океанографии, гидрографии, инженерии и дистанционного зондирования.Журнал содержит научные статьи, обзорные статьи, рецензии на книги, новости и предоставляет дополнительные специальные выпуски.

The Journal of Coastal Research (JCR) — ведущий международный научный журнал, посвященный текущим исследованиям прибрежных районов, официально публикуемый Фондом прибрежных исследований и исследований (CERF).

Размещение арматурной стали | Журнал Concrete Construction

Несмотря на то, что на более крупных проектах металлисты размещают арматурную сталь, большинство подрядчиков размещают арматуру.Установка его в нужном месте и удержание там во время укладки бетона имеет решающее значение для производительности конструкции. Арматуру следует размещать, как показано на чертежах размещения. Там детейлер укажет количество стержней, длину стержней, изгибов и положения.

Крышка

Одной из важных причин для правильного размещения арматурной стали является достижение правильного количества бетонного покрытия — количества бетона между арматурной сталью и поверхностью бетонного элемента.Покрытие является самым важным фактором защиты арматурной стали от коррозии. Покрытие также необходимо, чтобы гарантировать, что сталь достаточно хорошо сцепляется с бетоном и развивает его прочность. Требования к минимальному покрытию обычно перечислены в спецификациях проекта или показаны на чертежах. Если не указано иное, минимальное покрытие для монолитного бетона определено Строительными нормами ACI 318.

Выбор позиции

Важно помнить, что конструкция конструкции основана на размещении стали в нужном месте.Неправильное размещение арматурной стали может привести и привело к серьезным повреждениям конструкции бетона. Например, опускание верхних стержней или подъем нижних стержней на ½ дюйма больше, чем указано для плиты глубиной 6 дюймов, может снизить ее грузоподъемность на 20%.

Укладка арматуры поверх слоя свежего бетона с последующей заливкой поверх нее не является приемлемым методом позиционирования. Вы должны использовать опоры для арматурных стержней, которые сделаны из стальной проволоки, сборного железобетона или пластика.Стулья и опоры доступны разной высоты для поддержки определенных размеров и положений арматурных стержней. В целом пластиковые аксессуары дешевле металлических опор. Справочное руководство по арматурной стали Института бетонной арматурной стали «Готовый справочник » или классическое «Размещение арматурных стержней » содержит три таблицы, которые показывают большинство доступных в настоящее время опор из различных материалов и описывают ситуацию, в которой каждая из них используется наиболее эффективно.

Недостаточно просто разместить штанги на опорах. Арматурная сталь должна быть закреплена, чтобы предотвратить смещение во время строительных работ и укладки бетона. Обычно это делается с помощью проволочной стяжки. Связующая проволока поставляется в мотках по 3 или 4 фунта. Провода помещаются в держатель для проволоки или катушка для доступа подвешивается к ремню рабочего. Обычно это проволока 16½ — или черная, мягкая, отожженная проволока калибра 16, хотя для более тяжелой арматуры может потребоваться проволока калибра 15 или 14 для удержания арматурного стержня в правильном положении.В индустрии армирования бетона используются различные типы стяжек (стяжки — это в основном проволочные скрутки для соединения пересекающихся стержней), от карабинов до седельных стяжек. CRSI Размещение арматурных стержней иллюстрирует типы связей и описывает ситуацию, в которой каждая из них используется наиболее эффективно.

Для связывания стержней с эпоксидным покрытием используйте стяжки из ПВХ (можно приобрести в компании American Wire Tie). Также доступны запатентованные защелкивающиеся стяжки, такие как стяжка Speed-Clip Rebar Tie от Con-Tie Inc. Это простое устройство, которое вручную прикрепляет арматурный стержень параллельно или под любым углом.Никаких инструментов не требуется.

При связывании стержней нет необходимости связывать каждое пересечение — обычно достаточно каждого четвертого или пятого. Помните, что стяжка не придает прочности конструкции, поэтому больше необходимо только тогда, когда сталь может сместиться во время укладки бетона. Убедитесь, что концы стяжной проволоки не касаются поверхности бетона, где они могут заржаветь. Для предварительно собранных матов или арматурной стали свяжите достаточное количество пересечений, чтобы сделать сборку достаточно жесткой для размещения — обычно каждое пересечение снаружи и каждое пересечение в середине мата.Прихваточная сварка пересечений обычно не допускается, так как это уменьшает поперечное сечение стержней.

Допуски при размещении
Хотя стержни следует размещать как можно ближе к указанному положению, всегда будут небольшие отклонения. Допуски на положение арматурных стержней, определенные ACI 117, «Допуски для бетонных конструкций и материалов», показаны в таблице. Помните, что это означает: согласно ACI 117 допуск — это допустимое отклонение от заданного размера, другими словами, насколько далеко арматурный стержень на самом деле находится от того, что показано на чертежах.Так, например, если расстояние в свету между внешней стороной арматурного стержня и лицевой стороной бетонной балки шириной 6 дюймов задано равным 2 дюймам, допуск позволяет ему быть не менее 1 5/8 дюйма.
Допуск на положение продольных стержней довольно слабый — ± 3 дюйма. Это потому, что точное положение не так важно, пока поддерживается надлежащее покрытие и указанное количество полосок.

При размещении арматуры следует помнить о некоторых вещах:

• Опоры для стержней не предназначены для использования в качестве опоры для строительного оборудования, такого как бетононасосы, тележки или лазерные стяжки.
• Расстояние между опорами стержня зависит от размера поддерживаемого арматурного стержня. Например, для односторонней цельной плиты с термоусадочными стержнями №5 высокие стулья используются на расстоянии 4 фута от центра; для баров №4 высокие стулья должны быть размещены на расстоянии 3 фута от центра.
• Укладка арматуры на слои свежего бетона или регулировка положения стержней или сварной проволочной арматуры во время укладки бетона недопустимы. Неосмотрительная практика при строительстве плит, когда арматура укладывается на земляное полотно и поднимается вверх во время укладки бетона, называется «зацеплением».”
• Прокладки для вертикального бетона (конструкции стен) традиционно использовались в качестве опции. Боковые распорки включают двуглавые гвозди, сборные железобетонные блоки (добиес) и запатентованные цельнопластиковые профили.
• Слесарь, слесарь-слесарь, подрядчик и инспектор несут ответственность за правильное размещение арматурных стержней в бетонных конструкциях.
• Отклонение от указанного местоположения: в перекрытиях и стенах, кроме хомутов и стяжек ± 3 дюймаСтремена: глубина балки в дюймах, разделенная на 12. Стяжки: ширина колонны в дюймах, разделенная на 12.

Стандартная практика для предприятий по производству арматурных стержней из нержавеющей стали (ANSI / CRSI – IPG4.1)

Защитные покрытия для железобетонных конструкций

Введение

Механизм износа

Защитные покрытия

Компоненты покрытий

Растворитель

Органические растворители входят в состав покрытий для выполнения трех основных функций:

• Растворить компонент смолы
• Контроль испарения для образования пленки
• Уменьшите вязкость покрытия для облегчения нанесения.

Смола

Смола (часто называемая связующим) является пленкообразующим компонентом покрытия. Смолы обычно представляют собой твердый полимер с высокой молекулярной массой, который образует большие повторяющиеся молекулы в отвержденной пленке.Основная цель смолы состоит в том, чтобы смачивать частицы пигмента и связывать частицы пигмента вместе и с субстратом (отсюда и термин «связующее»). Смола придает большую часть свойств покрытия. Различные типы смол, входящие в состав покрытия, будут проявлять особые свойства. Эти свойства:

• Механизм и время схватывания
• Показатели в эксплуатации типа экспозиции
• Производительность на подложке типа
• Совместимость с другими покрытиями
• Гибкость и прочность
• Экстерьерные погодные условия
• Адгезия
• Воздухопроницаемость (паропроницаемость)

Пигмент

Пигменты нерастворимы и представляют собой более тяжелую твердую часть покрытия, которая обычно оседает на дно контейнера. Пигменты — это добавки к составу покрытия, которые придают определенные свойства для достижения желаемых свойств пленки. Пигменты придают покрытию цвет и эстетику.

Типы покрытий

Типы покрытий можно разделить на три системы. В отличие от покрытий для стальных оснований, защитные покрытия для бетона в большинстве случаев не требуют и не содержат ингибирующих или расходуемых пигментов для обеспечения защиты. Покрытия, наносимые на бетон, обычно представляют собой барьерные покрытия. Они обеспечивают защиту, становясь физическим барьером или щитом, изолируя бетон от окружающей среды. Барьерное покрытие должно препятствовать прохождению агрессивных жидкостей и газов через него и попаданию в бетон.

Барьер — Покрытие, которое образует барьер между поверхностью бетона и предотвращает попадание вредных веществ в бетонное тело посредством многих транспортных механизмов, таких как абсорбция, капиллярное всасывание, диффузия и т. Д., По сути, является пленкообразующим агентом при отверждении. . Примерами являются акриловые, эпоксидные, каменноугольные эпоксидные смолы и т. Д. Одним из важных свойств барьерного покрытия является проницаемость. Проницаемость пленки барьерного покрытия зависит от степени пропускания паров влаги (MVT).Скорость MVT определяется тем, насколько быстро молекулы воды проходят и перемещаются в пространствах между молекулами смолы. Эффективность покрытия в предотвращении проникновения зависит от того, насколько тесно и плотно связаны друг с другом молекулы смолы. Эффективность покрытия также зависит от типа молекулы смолы, количества и типа пигмента. Сшивка — это мера степени интенсивного связывания смол для покрытий. Чем ниже проницаемость барьерного покрытия, тем более защитным является покрытие.В основном, чем выше степень сшивки смолы покрытия, тем ниже проницаемость, тем лучше адгезионная связь покрытия с поверхностью и лучше общий защитный барьер. Эти межмолекулярные промежутки между молекулами смолы намного больше, чем молекулы воды, и их не следует путать с физическими отверстиями (точечными отверстиями) в пленке покрытия. Проколы в пленке покрытия обычно считаются дефектами и требуют ремонта. Пространства между молекулами смолы не являются дефектами.Барьерные свойства покрытий могут быть улучшены путем добавления в смолу армирующих наполнителей. Наполнители бывают разных форм, таких как силикатные заполнители (песок), стеклянные или слюдяные хлопья, волокна, тканое стекловолокно (включаемое в виде мата в систему смол по мере его отверждения). Добавление наполнителей физически увеличивает длину пути, по которому проникающие молекулы жидкости или газа должны пройти через покрытие. Чешуйчатые материалы образуют слои перекрывающихся пластинок, параллельных бетонной поверхности, наподобие черепицы на крыше.Наполнители и мат из стекловолокна также могут быть добавлены для улучшения физических свойств барьерного покрытия, таких как сопротивление удару и истиранию.

Ингибитор — Пенетрант или грунтовка, слабо растворимая в воде или растворителе, который образует химический ингибитор и эффективно покрывает стенки капилляров в бетоне. Обычно они придают бетону такие свойства, как гидрофобность, но пропускают через них водяной пар. Примерами являются силан-силоксаны и т. Д.

Гальваника — Покрытия с высоким содержанием цинка, обеспечивающие гальваническую или катодную защиту черных металлов (цинк жертвует собой, чтобы защитить черный металл). Гальванические покрытия эффективны только при нанесении непосредственно на неизолированный металл. Они предотвращают образование зарождающихся анодов в арматурной стали в типичной ситуации заплаточного ремонта.

Следующие общие покрытия и общие описания обычно указываются консультантами.

Акрил — В акриловых покрытиях на водной основе смолы диспергируются в воде с образованием водной эмульсии.

Вода — акриловые краски на основе предназначены для атмосферных воздействий в качестве грунтовки или верхнего покрытия и обладают отличным сохранением цвета и блеска. Акрил затвердевает путем коалесценции. Они воздухопроницаемы, устойчивы к ультрафиолетовому излучению и являются хорошим барьером для углекислого газа.

Алкиды — Алкиды обычно представляют собой натуральные масла (соевые, тунговые, стирольные), которые были химически модифицированы для улучшения скорости отверждения, химической стойкости и твердости. Алкиды, модифицированные фенолом, указаны в качестве грунтовки, а силиконовые алкиды — в качестве финишного покрытия для грунтовки для атмосферных условий эксплуатации, а также в качестве финишного покрытия для атмосферных воздействий, особенно для металлов.Они не подходят для щелочных (бетонных или каменных) поверхностей или сред. Алкиды вулканизируются окислением олифы на воздухе.

Битумные — Битумные покрытия — это тяжелые материалы, наносимые с помощью разбавленного растворителя. Они обладают хорошей устойчивостью к влаге и химической стойкостью, но не устойчивы к растворителям. Коммерческие битумные продукты рекомендуются консультантами в ограниченном количестве для защиты алюминиевых поверхностей при контакте с вяжущими материалами или сварными соединениями стальных и медных кабелей.Битумные покрытия отверждаются испарением растворителя.

Эпоксидная смола, амин — Аминная эпоксидная смола представляет собой двухкомпонентное покрытие, которое катализируется (отверждается) аминовым отвердителем для получения твердого, прочно связанного, химически стойкого (щелочь, кислота и растворитель) продукта, но они являются влагой. и чувствительны к температуре во время нанесения. Они предназначены для использования в условиях захоронения и погружения в воду, но под прямыми солнечными лучами они выцветают и тускнеют. Аминные эпоксидные смолы отверждаются химической реакцией.

Эпоксидная смола, полиамид — Полиамидные эпоксидные смолы представляют собой двухкомпонентные покрытия, катализируемые полиамидным отвердителем для обеспечения превосходной стойкости к воде и солевым растворам, но они не обеспечивают химической стойкости аминной эпоксидной смолы.Полиамиды обладают большей гибкостью, чем аминные эпоксидные смолы. Они предназначены для использования в условиях захоронения и погружения в воду, но под прямыми солнечными лучами они выцветают и тускнеют. Полиамидные эпоксидные смолы отверждаются путем химической реакции.

Эпоксидная смола, каменноугольная смола — Эпоксидная смола каменноугольная, как правило, представляет собой аминовую или полиамидную эпоксидную смолу, модифицированную смолой каменноугольного пека для получения толстослойной пленки, обладающей хорошей химической стойкостью и отличной водостойкостью. Они имеют тенденцию становиться хрупкими с возрастом и расслаиваться между слоями или под ремонтными пятнами.Они предназначены для использования при захоронении и погружении в воду, но под прямыми солнечными лучами они выцветают и выгорают. Эпоксидные смолы каменноугольной смолы отверждаются путем химической реакции.

Эпоксидная смола, связанная плавлением — Эпоксидная смола, связанная плавлением (обычно называемая порошковыми покрытиями), представляет собой законченные покрытия в виде порошка. Существует два метода нанесения: с псевдоожиженным слоем и электростатический. В методе псевдоожиженного слоя металлические изделия предварительно нагревают до температуры плавления и погружают в порошко-эпоксидный раствор. В электростатическом методе частицы эпоксидного порошка заряжаются высоким напряжением, а затем металлический предмет распыляется.После распыления изделие помещают в духовку для отверждения при температуре от 180 ° C до 350 ° C. Эпоксидные смолы, соединенные плавлением, предназначены для армирования стали, но они становятся хрупкими и не могут защитить сталь в долгосрочной перспективе. Они действуют как барьер на пути стали к прямому контакту с щелочным бетоном и лишают арматурную сталь естественной защиты щелочным бетоном.

Неорганические цинковые грунтовки — Неорганические цинковые грунтовки — это грунтовки, содержащие большое количество (кг на литр) металлического цинка для пигментации (отсюда и термин «богатые цинком») и основанные на растворителях или на воде.В зависимости от используемого растворителя и смол покрытие может быть эпоксидным или уретановым с высоким содержанием цинка. Эти покрытия являются исключительно грунтовочными, поскольку они обеспечивают гальваническую или катодную защиту стальной основы. Неорганические цинки предназначены для атмосферных воздействий и при эксплуатации в условиях погружения, но на них можно наносить верхнее покрытие, чтобы продлить срок их службы. Выбор подходящего материала верхнего покрытия необходим для предотвращения выделения газа из неорганического цинка, который образует небольшие отверстия в верхнем покрытии. Подходит для стальных стержней и стальных конструкций, залитых в бетон, загрязненный хлоридами.

Полиуретан — Технически полиуретан является подклассом уретана. Двухкомпонентный полиуретан создается путем химического объединения полиизоцианата и полиола для получения изоцианата, который имеет двухрежимный механизм отверждения: испарение растворителя и химическая реакция. Как правило, полиуретаны предназначены для верхних покрытий, совместимых с аминовыми и полиамидными эпоксидными смолами (т.е. того же производителя), для защиты от прямого солнечного света или УФ-излучения и для обеспечения определенных цветов. Полиуретаны предназначены для атмосферных воздействий, а также при частичном или непостоянном погружении в воду.

Уретан — Уретановые покрытия широко различаются по составу для конкретных условий эксплуатации и требований к применению. Часто однокомпонентный; указаны уретаны, отверждаемые влагой. Они отверждаются от атмосферной влаги и могут наноситься на влажные поверхности, на которых нет свободной влаги. Эти уретаны имеют различные пигментации и указаны в нескольких комбинациях для соответствия предполагаемому воздействию при эксплуатации. Эти уретаны предназначены для атмосферного воздействия, воздействия при захоронении и погружении.

Дышащие покрытия

Функциональные требования

• Хорошая адгезия к окрашиваемой поверхности
• Стойкость к щелочам, так как покрытия наносятся на щелочной бетон
• Стойкость к CO2, сульфатам и хлоридам для обеспечения барьерных свойств
• Хорошая гибкость, поскольку элементы конструкции изменяются в размерах из-за циклических нагрузок
• Отличная атмосферостойкость
• Воздухопроницаемость должна обеспечивать пропускание водяного пара через покрытие во избежание образования пузырей на покрытии; требование долговечности.
• Устойчивость к ультрафиолетовому излучению — требование к долговечности.
• Низкая подверженность окрашиванию
• Хорошая устойчивость к росту грибка, водорослей и т. Д.

Барьер может подвергаться постоянному воздействию или периодическому контакту в результате разбрызгивания, распыления или случайного намокания агрессивными веществами. Обычно химическая / физическая деградация и расслоение покрытий является основной проблемой ухудшения, приводящей к их растрескиванию и расслоению.На основе процессов деградации можно сформулировать основные требования к защитным покрытиям бетонных конструкций в агрессивных средах. Вот они:

• Устойчивость к химическим / физическим воздействиям
• Низкая проницаемость для воды, растворов и газов
• Хорошая адгезия к бетону
• Достаточная гибкость, чтобы избежать растрескивания, вызванного тепловыми или механическими движениями
• Подобные физические свойства материала верхнего слоя и нижележащего бетона
• Достаточная стойкость к истиранию или скольжению.
• Стойкость к химическому воздействию бетона и влажности бетона.
• Перекрытие мелких трещин в бетоне

Принципы защитных покрытий (конструкция)

• Идентификация служебной среды конкретной конструкции в исходном дизайне
• Идентификация и оценка состояния и износа (при наличии) существующей конструкции
• Выбор подходящей системы защиты
• Определение параметров покрытия: вид связующего, рецептура, толщина покрытия
• Предполагаемое время между периодическими перекрытиями.

g (t) = R (t) — S (t) = R0 R (t) θR — S (t) θS ≥ 0, g (t) = tθt — td ≥ 0 для всех 0

Где
g (t) — это запас прочности, где
g (t)> 0 обозначает безопасный, а
g (t) ≤ 0 обозначает отказ;
R0 — защитная барьерная емкость в ненарушенном (исходном) состоянии;
R (t) — функция деградации;
θ — неопределенность расчетных моделей и погрешности наблюдения и записи данных;
т — время оценки;
тд — проектный или целевой срок службы.

После разработки функций предельного состояния можно оценить надежность покрытия. Проверка надежности покрытия в отношении данного режима отказа в заданный период времени может быть определена как:

P {t} = P {g (t) ≥ 0} = P {R0, R (t)

θR ≥ S (t) θS} ≥ Pt arg для всех 0

Где Pt arg — приемлемый уровень структурной надежности. Срок службы покрытия определяется при падении надежности ниже допустимого уровня.Разные смолы по-разному реагируют на воздействие агрессивных сред. Зависимая от времени монотонно убывающая функция деградации R (t) может быть выражена в различных формах (линейная, параболическая, квадратичная и т. Д.) Со следующими граничными условиями.

при t = t0, R (t0) = 1,0, при t = td, R (td) = мин.

Конструкция полимерных покрытий требует проверки их характеристик в целом с использованием следующих четырех условий:

1. Условие, определяющее химическую / физическую стойкость с R (t)
   = R0φR (c0; t) и S (t) = Rmin, где R0 и Rmin — соответственно начальное и минимально допустимое сопротивление покрытия; φR (c0, t) — функция деградации покрытия при данной выдержке c0 по истечении времени t;
2. Условие, определяющее проникновение через покрытие с R (t) = ccr и S (t) = c (dpc, t), где ccr и c (dpc; t) — критическая и ожидаемая концентрация агрессивных веществ, соответственно. т. е. на поверхности бетона;
3. Условие, определяющее растрескивание покрытия при R (t) = fpt (t) [εpt (t)] и S (t) = σmax (εmax), где fpt (t) [εpt (t)] — предел прочности при растяжении. (деформация) смолы, а σmax (εmax) — максимальное напряжение (деформация) в покрытии;
4. Условие, определяющее отслоение (отслоение) покрытия при R (t) = τcon [KIc (t)] и S (t) = τmax [KIcor (t)] или R (t) = Dcr и S (t) = D (t), где KIc (t) и KIcor (t) — критические начальный и после воздействия в агрессивной среде коэффициент интенсивности стресса соответственно; Dcr и D (t) — критическая и ожидаемая степень (площадь или%) расслоения соответственно.

Заключительные замечания

1. Бетон — это пористый материал, обладающий высокой газо-, паро- и жидкостной проницаемостью, что приводит к разрушению железобетонных конструкций. Один из способов защиты железобетонных конструкций от коррозии — использование защитных покрытий. Часто покрытие является основным вариантом защиты бетонных конструкций в эксплуатации. Многие материалы покрытия не являются полностью стойкими и непроницаемыми для всех агрессивных агентов. Для создания покрытий с необходимыми барьерными свойствами необходимо хорошо понимать механизм деградации материалов покрытий.
2. Деградация полимеров — это сложное взаимодействие физических и химических процессов, приводящее к нарушению его химической структуры, а также к растрескиванию и расслоению защитных покрытий. Классификация деградации покрытия основана на характере воздействия.
3. Механизмы разрушения покрытий, вызванные агрессивным воздействием, хорошо изучены, и были разработаны прогнозные модели разрушения с течением времени, которые могут быть применены для проектирования поверхностных полимерных покрытий, чтобы предохранить бетонные конструкции от разрушения.
4. Дизайн покрытий основан на детерминированном или вероятностном анализе в формате сопротивления агрессивной среде как действие и характеристики покрытия как сопротивление. Такая конструкция защитных покрытий доступна в простой форме для целей инженерного проектирования.