Ремонт и восстановление бетона

Монолитные железобетонные конструкции очень прочны и долговечны. Но их возведение — процесс трудоемкий и длительный. Например, трудоемкость возведения 1 м³ монолитной железобетонной конструкции, в среднем, составляет от 4 до 8 чел./ч. 40–45 % приходится на опалубочные работы, 30–35 % — на арматурные и 20–25 % — на бетонные.

Именно поэтому так важно стремиться к повышению эффективности бетонных работ. В современном строительстве эффективность связана и с таким фактором, как активное применение добавок для бетона, которые значительно снижают трудоемкость работ, позволяют экономить время и материалы и получать при этом качественные долговечные изделия.

При появлении дефектов бетонных конструкций во многих случаях целесообразно провести ремонт, чтобы продлить срок эксплуатации конструкции.

В статье речь пойдет о бетонных конструкциях, которым по тем или иным причинам потребовалось усиление или восстановление бетона, а также о применяемых с этими целями материалах и технологиях.

Когда бетону требуется лечение

В процессе возведения и эксплуатации на элементах бетонных конструкций могут возникать трещины. Некоторым из них требуется ремонт, другим — нет.

Поскольку ремонтные работы по бетону — мероприятие дорогостоящее, необходимо провести обследование и выяснить, нужен ли в каждом конкретном случае ремонт, и целесообразно ли его проведение.

Если восстановление требуется и возможно, при успешном его проведении конструкция может эксплуатироваться в течение, по меньшей мере, 10–15 лет без текущего ремонта.

Для успешной заделки трещин необходимо, прежде всего, выяснить причину их появления и установить возможность деформации, которая при заделке жестким материалом в будущем может снова ее раскрыть.

Также нужно затронуть тему «самозалечивания» трещин, то есть, их самопроизвольного заполнения. Такое понятие существует, но специалисты относятся к нему скептически. Отмечается, что самозалечиваются лишь трещины с шириной раскрытия менее 0,1 мм, которые в дальнейшем не раскрываются. И, как правило, «самозалечивание» происходит в пределах первой недели либо не происходит вообще.

Почему трещины в бетоне нужно ремонтировать

При проектировании строительных конструкций проводятся исследования, на основе которых производят расчеты по предельным состояниям первой и второй группы (в соответствии с ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения»). Цель этих расчетов — выбор материалов и технологий, при использовании которых эти состояния конструкциями достигнуты не будут ни во время строительства, ни в процессе эксплуатации изделия в течение всего установленного срока эксплуатации, с учетом воздействия расчетных нагрузок и различных возможных аварийных ситуаций.

Состояния первой группы — это те, что приводят сооружение к полной непригодности к эксплуатации. К расчетам этой группы относятся расчеты по прочности, устойчивости формы (для тонкостенных конструкций) и устойчивости положения.

Состояния второй группы затрудняют нормальную эксплуатацию либо снижают долговечность конструкций. Чтобы их не допустить, производят расчеты по образованию и раскрытию трещин и по деформации.

Согласно СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии», в некоторых видах конструкций образование трещин не допускается (это, к примеру, уникальные конструкции, отвечающие повышенным требованиям по долговечности; железобетонные конструкции, у которых при полностью растянутом сечении должна быть обеспечена непроницаемость; конструкции, эксплуатируемые в агрессивной среде).

Если в конструкциях образование трещин допускается, предъявляются требования по ограничению ширины их раскрытия. Производят расчеты по образованию и раскрытию трещин из условия, по которому любые напряжения, усилия и деформации от различных воздействий не должны превышать предельных значений, воспринимаемых конструкцией. Ширину раскрытия трещин устанавливают в соответствии с требованиями, которые предъявляются к конструкции условиями ее эксплуатации, воздействиями окружающей среды и характеристик материалов, особенностей коррозионного поведения арматуры.

Таким образом, ширина раскрытия трещины должна оцениваться в каждом конкретном случае. В целом, считается допустимой ширина раскрытия трещин в агрессивной среде до 0,004 от минимальной толщины защитного слоя бетона. В обычных условиях максимальная ширина раскрытия трещины на поверхности бетона не должна превышать 6,3 мм, если по мере удаления от поверхности ширина трещины уменьшается. Однако это может быть неверным для трещин, которые вызваны термическим сжатием и пластической усадкой.

Также необходимо рассмотреть вопрос изменения ширины раскрытия трещин. Например, если появление трещины вызвано временной перегрузкой, при ее отмене трещина может закрыться. При постоянном воздействии нагрузки трещина, скорее, будет увеличиваться.

При определенной ширине трещины (для каждой конструкции и каждых условий эксплуатации эта ширина будет своей) в нее может попадать влага от осадков или от грунтовой воды. Даже при неглубоком проникании, в условиях падения температуры воздуха ниже 0 °С, вода превратится в лед, который, как мы знаем, всегда имеет больший объем, чем вода, из которой он образовался. Возникающие силы расширения будут расклинивать края трещины, и эти процессы будут повторяться при каждом цикле замораживания/оттаивания, что приведет к увеличению раскрытия трещины.

Со временем глубина трещины станет такой, что влага сможет поступать к металлической арматуре и вызывать ее коррозию. Продукты коррозии имеют объем больший, чем у металла, что приведет к действию сил расширения, которые будут вызывать расслоение и растрескивание бетона.

Вот таким образом небольшие, казалось бы, трещины без ремонта могут довольно быстро привести конструкцию в непригодное для эксплуатации состояние.

Какими бывают трещины в бетоне

Трещины в бетоне классифицируются по различным признакам.

Первое, на что можно обратить внимание при осмотре трещин на бетоне — это их ширина, глубина, направление и локализация.

В зависимости от ширины раскрытия, различают трещины трех видов:

1. до 1 мм — волосяные;
2. до 10 мм — среднего размера;
3. более 10 мм — массированные.

По глубине трещины могут быть неглубокими, глубокими и сквозными.

По направлению выделяют трещины горизонтальные, вертикальные и диагональные. Направление трещины и ее ориентация по отношению к рабочей арматуре может многое сказать о причине ее появления и о перспективах конструкции. Например, вертикальные и диагональные трещины чаще оказывают негативное влияние на несущую способность конструкции.

Если трещины располагаются по всей поверхности элемента их называют сплошными; если только на некоторых участках — локальными. Также трещины могут располагаться только по краям или углам конструкции.

Конструктивные и структурные трещины

Выделяют трещины, которые оказывают или не оказывают влияние на несущую способность конструкции, а также трещины от пожара.

Трещины, которые оказывают влияние на несущую способность конструкции, называют также конструктивными. Они появляются по различным причинам:

1. вследствие ошибок в расчетах;
2. из-за изменения условий эксплуатации и связанного с ним превышения расчетных нагрузок на конструкцию;
3. из-за нарушения технологии или применения материалов ненадлежащего качества;
4. от воздействия непредвиденных нагрузок (например, удара или взрыва).

Трещины, не оказывающие влияние на несущую способность конструкции, называют также структурными или неконструктивными. Большинство трещин в бетоне относится именно к этому виду. Чаще всего они появляются из-за низкого качества бетона и недостаточной толщины защитного слоя бетона.

Структурные трещины бывают следующих видов:

1. трещины пластической усадки;
2. температурно-усадочные трещины в бетоне в раннем возрасте;
3. усадочные трещины;
4. трещины, вызванные коррозией арматуры.

Трещины при пластической усадке бетона появляются в ранние сроки после укладки бетонной смеси и бывают двух видов:

1. Поверхностные трещины, образующиеся на горизонтальных поверхностях из-за пересыхания верхнего слоя раствора, особенно, в жаркую сухую или ветреную погоду. Имеют длину 50–750 мм и относительно прямолинейную форму. По ширине это трещины волосяные, по глубине чаще неглубокие, но могут быть и сквозными. Чтобы не допустить их появления, необходимо осуществлять мероприятия по уходу за уложенным бетоном (читайте также статью «Уход за бетоном»). Эти трещины можно отремонтировать, заполнив цементным раствором и укрыв поверхность пленкой на 48 часов.
2. Трещины из-за оседания бетонной смеси или из-за застревания смеси на арматуре. В первом случае глубина трещин составляет 20–25 мм, и ширина раскрытия у поверхности больше. Во втором — раскрытие трещины у поверхности может быть не очень большим, но в глубине обнаружится раковина. Профилактика появления таких трещин — тщательная укладка и уплотнение бетонной смеси (читайте статью «Заливка бетона») и применение пластификаторов в составе бетонной смеси. Ремонтируют такие трещины методом инъектирования.

Температурно-усадочные трещины в бетоне в раннем возрасте появляются в первые двое суток после укладки бетонной смеси либо после снятия опалубки, чаще на массивных конструкциях.

Бетон твердеет с выделением тепла, и если конструкция массивна, а площадь охлаждаемой поверхности небольшая, возникает температурный градиент — перепад температуры бетона в глубине и у поверхности. Эти явления вызывают растягивающие напряжения, приводящие к появлению трещин, которые зачастую пронизывают всю конструкцию. Поскольку места расположения этих трещин являются участками ослабленного бетона, их необходимо ремонтировать. Для ремонта стабильных трещин применяются растворы на основе цемента (методом инъектирования), для нестабильных — эластичные герметики.

Усадочные трещины при высыхании характерны для ненесущих бетонных элементов без применения арматуры. Причина их появления — некачественная бетонная смесь, а именно — чрезмерно высокое водоцементное соотношение либо низкокачественные заполнители с большим количеством очень мелких фракций.

Важно!

Повышенное количество воды в бетонной смеси делает ее более подвижной и облегчает укладку, но при этом снижает прочность бетона и вызывает появление усадочных трещин. Грамотный способ повысить удобоукладываемость бетона — применение пластификаторов и суперпластификаторов CEMMIX:

1. Plastix,
2. Cem Base,
3. CemPlast,
4. Cem Stone,
5. CemThermo.

Особенность добавок CEMMIX — возможность снижения водопотребности смеси и экономия около 10 % цемента без снижения прочности бетона.

Усадочные трещины постепенно увеличиваются, и в возрасте 6 месяцев их ширина может быть в четыре раза больше, чем в проектном возрасте. Применение полипропиленовой или базальтовой фибры в бетонных смесях не только снижает образование трещин, но и предотвращает увеличение их ширины раскрытия.

Читайте также: Усадка бетона

Трещины из-за коррозии арматуры возникают по причине дефектов защитного слоя бетона.

Защитным называется слой бетона, который защищает элементы арматуры. Его толщина измеряется от поверхности арматуры до поверхности элемента и назначается, исходя из назначения и условий эксплуатации конструкции (см. таблицу ниже).

Если толщина защитного слоя недостаточна, либо бетон имеет низкое качество, вода может поступать к металлическим элементам каркаса, что приводит к коррозии арматуры и крошению бетона.

В отдельный вид выделены трещины, которые возникают при пожаре; по характеру воздействия на конструкцию они могут быть как конструктивными, так и неконструктивными.

В каких случаях необходим ремонт бетона

Появление трещин в конструкции не всегда является признаком ее разрушения. Поэтому необходим осмотр специалистом и принятие взвешенного решения.

Согласно ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния», техническое состояние конструкции может быть следующим:

1. Нормативным. Соответствующим значениям, установленным в проектной документации, с учетом пределов их изменения.
2. Работоспособным. С повреждениями, которые не приводят к нарушению работоспособности и несущей способности конструкции.
3. Ограниченно-работоспособным. При наличии дефектов и повреждений, которые привели к снижению несущей способности, однако опасность внезапного разрушения отсутствует.
4. Аварийным. Повреждения имеют характер, свидетельствующий об исчерпании несущей способности конструкции и существующей опасности ее обрушения.

Специалист обследует объект, выясняет характер разрушений и вызвавшие его причины, оценивает ширину раскрытия трещин и их стабильность, поскольку нестабильные трещины под воздействием различных факторов могут менять размеры (чаще, конечно, в большую сторону). Затем принимается решение о ремонте, исходя из комплекса условий эксплуатации конструкций с учетом других факторов.

В целом, любые трещины наружных элементов либо эксплуатирующихся в условиях агрессивной среды, имеющие ширину раскрытия более 0,1 мм, подлежат ремонту для предотвращения дальнейшего разрушения.

Ремонт бетонных конструкций

При мониторинге состояния конструкции обращают внимание на стабильность трещин. Если трещины в бетоне стабильны, для их заполнения применяют ремонтные растворы, в состав которых входит цемент. Нестабильные трещины могут менять ширину раскрытия, поэтому для их заполнения применяют эластичные герметики.

В этой статье речь пойдет о восстановлении бетона цементными растворами.

Следует четко понимать, что самостоятельно выполняется лишь некапитальный ремонт неответственных конструкций.

Справка!

Согласно ГОСТ 27751 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения», здания и сооружения классифицируются на классы по ответственности:

1. КС-1 — сооружения пониженной ответственности, к которым относятся, например, парники, теплицы, склады, здания сборно-разборного и контейнерного типа, сооружения с ограниченными сроками службы и пребывания в них людей.
2. КС-2 — здания и сооружения нормальной ответственности, которые не относятся к классам КС-1 и КС-3.
3. КС-3 — сооружения повышенной ответственности. К ним относятся объекты жизнеобеспечения городов и населенных пунктов, здания и сооружения особо опасных и технически сложных объектов, сооружения, при проектировании и возведении которых использовались принципиально новые технологии, а также тоннели, трубопроводы на дорогах высшей категории или имеющие протяженность более 500 м, строительные конструкции высотой более 100 метров или с заглублением подземной части более чем на 15 метров и пр.

Инъекционные методы

Выше уже были приведены примеры ситуаций, когда под неширокой трещиной в бетоне располагается пустота. Такие дефекты лучше всего ремонтировать инъектированием с применением специализированного оборудования.

При этом методе ремонтный раствор нагнетают под давлением в специально сделанные в бетоне отверстия. Таким образом конструкция усиливается.

Торкретирование (напорное бетонирование)

Этот метод тоже требует применения специального оборудования.

Слой цементно-песчаного раствора в этом случае наносится под давлением, что позволяет заполнить все трещины и сколы на бетоне и восстановить конструкцию.

Ремонт волосяных трещин

Мелкие волосяные трещины могут не оказывать значительного воздействия на несущую способность конструкции, но в процессе эксплуатации они заполняются загрязнениями и становятся очень заметными на поверхности бетона.

Если на конструкции присутствуют волосяные трещины, но нет выкрашивания бетона и коррозии арматуры, ремонт производят следующим образом:

1. Поверхность бетона промывают холодной водой на ширину около 75 мм по обеим сторонам от трещины.
2. Готовят жидкий цементный раствор.
3. Используя деревянный шпатель с резиновой пластинкой, заполняют трещину раствором.
4. Выдерживают две недели (не меньше).
5. Промывают всю поверхность водой.
6. Наносят слой гидроизоляции.

Как отремонтировать трещины с небольшим раскрытием

На этапе обследования рекомендуется обстучать трещины, чтобы обнаружить возможные скрытые пустоты.

Если пустоты не обнаруживаются, а бетон не крошится и не имеет ржавых пятен, можно предполагать, что коррозия арматуры незначительна или отсутствует. Поэтому в таких случаях расшивать трещину не нужно. Можно вырубить бетон на нескольких участках, чтобы удостовериться в нормальном состоянии арматуры.

После этого ремонтируемый участок необходимо очистить металлической щеткой. Приготавливают раствор из двух частей портландцемента и одной части эмульсии бутадиен-стирольного латекса по массе. Раствором заполняют трещину и его же наносят с обеих сторон от нее на ширину 75 мм на бетон, обработанный щеткой. Выждав 1–2 недели, наносят второй слой раствора.

Восстановление бетона при коррозии арматуры

Коррозия арматуры вызывает крошение и разуплотнение бетона. В этом случае необходимо оценить возможность проведения ремонта.

Если ремонт возможен, работы начинают с удаления всего рыхлого крошащегося бетона. Помимо ручного механического удаления, рекомендуется использование напорной струи воды с давлением 20–65 МПа. Преимущества очищения струей воды — одновременное обеспыливание, очищение арматуры от ржавчины. При этом на поверхности металла образуется тонкая защитная пленка оксида. При ручном удалении крошащегося бетона придется затем очистить арматуру от ржавчины.

Затем бетонные и стальные поверхности покрывают жидким подготовительным раствором из двух массовых частей портландцемента и одной части эмульсии бутадиен-стирольного или акрилового латекса. Используют для нанесения кисть. Подготовительный растворный слой создает щелочную среду и улучшает сцепление старого бетона и арматуры с новым раствором. Новый раствор наносят не позже, чем через 20 минут после этой обработки, пока подготовительный слой не схватился.

Раствор или бетонную смесь по прочности выбирают примерно соответствующие старому бетону, поскольку раствор с более высокой прочностью не будет надежно держаться.

Для нанесения раствора, если работы выполняются вручную, а не методом торкретирования, применяют мастерок. В растворе для нанесения вручную применяют песок более крупных фракций, чем для торкретирования.

Раствор тщательно уплотняют.

При твердении раствора возможно возникновение волосяных трещин на восстановленном участке. Их необходимо герметизировать раствором из портландцемента и эмульсии бутадиен-стирольного либо акрилового латекса (в пропорции два к одному по массе). Раствор наносят на поверхность щетками.

Какие материалы применяются для ремонта бетона

Для ремонта ответственных несущих строительных конструкций производятся готовые специальные смеси и полимерные материалы, требования к которым регулируются ГОСТ 32017-2012 «Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций».

Применение профессиональных материалов требует обязательного предварительного обследования конструкции и разработки решения силами специализированных проектных организаций, а выполнение работ можно доверить только авторизованным подрядным организациям.

При ремонте стабильных дефектов на бетоне неответственных конструкций применяются цементно-песчаные растворы и бетонные смеси, включающие крупный заполнитель. Растворы, включающие только мелкий заполнитель, применяются чаще, чем бетонные смеси, потому что их легче качественно уплотнить. Далее речь пойдет о растворах, которые применяются для некапитального ремонта неответственных строительных конструкций.

В цементных растворах применяются обычные или быстротвердеющие серые или белые цементы.

Каталог продукции CEMMIX

Жидкое стекло Liqui, 5 л

Универсальное защитное пропиточное средство для бетонов жидкое стекло.

Рекомендованная розничная цена у партнеров 560 ₽.

Купить оптом

Клей ПВА Elast 10 кг

Универсальная эластифицирующая добавка для строительных растворов

Рекомендованная розничная цена у партнеров 1168 ₽.

Купить оптом

Поскольку при выполнении ремонтных работ важна скорость схватывания и твердения материала, а также требуется повышенная адгезия, воду в растворах часто заменяют другими веществами:

1. Латексы и полимерные эмульсии. Акриловые, стирольно-акриловые, бутадиен-стирольные латексы позволяют получить растворы с короткими сроками схватывания и твердения, высокой устойчивостью к ультрафиолету, со сниженной усадкой, повышенной водонепроницаемостью и стойкостью к сульфатам и слабым кислотам, а также имеющие высокую адгезию с бетоном.
2. Поливинилацетатная эмульсия является вяжущим и применяется как добавка в строительные растворы для повышения прочности на растяжение и изгиб, снижения усадки, уменьшения проницаемости бетона. Для приготовления прочного безусадочного эластичного раствора с повышенной адгезией к основанию, на одну объемную часть цемента и три части песка добавляют по 0,7 части воды и клея Elast Сemmix.
3. Для получения прочного водонепроницаемого раствора с антисептическими свойствами применяют жидкое стекло Liqui, которым воду в растворе заменяют полностью. На одну объемную часть цемента и три части песка добавляется три части жидкого стекла.

Добавки для ремонтных растворов

Для проведения ремонта нужны растворы, которые имеют определенные особенности:

1. высокую адгезию;
2. низкую усадку;
3. высокую скорость схватывания и твердения;
4. повышенную удобоукладываемость;
5. водонепроницаемость;
6. прочность.

Чтобы приготовить такие растворы, можно использовать специальные добавки. На первое место в данном случае можно поставить ускоритель твердения бетона.

Каталог продукции CEMMIX

CemAqua 1л

Водоотталкивающая добавка для строительных растворов

Рекомендованная розничная цена у партнеров 255 ₽.

Купить оптом

CemFix 1л

CemFix суперпластификатор. Ускоритель твердения.

Рекомендованная розничная цена у партнеров 273 ₽.

Купить оптом

Комплексный ускоритель твердения CemFix отличается от других ускорителей твердения, поскольку обладает также свойствами пластификатора.

Поэтому добавление ускорителя CemFix в количестве всего 0,7–1,2 л на 100 кг цемента позволяет получить растворы:

1. класса по удобоукладываемости П5;
2. с ранней прочностью, повышенной на 20–40 %, а марочной — на 15–20 %;
3. со сниженной усадкой.

При этом можно уменьшить количество цемента в растворе на 10 % с сохранением прочности и снизить количество воды в растворе при неизменной удобоукладываемости.

Добавку-гидрофобизатор CemAqua тоже целесообразно применить, чтобы получить водонепроницаемый раствор. Добавки CemAqua и CemFix сочетаются друг с другом, но при их совмещении получившийся раствор необходимо протестировать.

Ремонтные и строительные работы становятся проще, а их результат — надежнее при применении добавок для бетона CEMMIX. Их можно купить в розницу в строительных сетях и на маркетплейсах либо оптом, по более выгодным ценам.