В категории: Брой 1-2/2010, Ремонти, Строителство, Хидроизолация

Възстановяване на стоманобетонни конструкции

Стимул за написването на тази статия даде необходимостта от възстановяване и укрепване на стоманобетонната конструкция в сутерена на многоетажна сграда в центъра на столицата, строена през 1935–1936 г. Сграда, частично пострадала от англо-американските терористични бомбардировки през 1944 г. и възстановена при оскъдица на строителни материали, за която в сутеренната ù част не са полагани грижи откак е построена. За решаване на такава отговорна задача единственото правилно решение бе да се потърси фирма, която разполага с подвижна лаборатория за безразрушителен контрол на строителни конструкции и материали, въоръжена с най-модерна към момента техника. Още по-добре би било фирмата да е и вносител на специализирани високотехнологични продукти в съответната област с доказано световно реноме за своето качество, а най-добре е и да разполага с обучен екип, който да изпълни по най-добрия начин при строго спазване на технологичните предписания необходимите ремонтно-възстановителни работи.

Има обаче и друга една причина да открехнем по-широко вратата на знанията. Изборът на подход и търсенето на оптимално експертно решение за ремонта в тази сграда имаше и страничен ефект, защото за сетен път се убедихме, че разпространяването на знания е безкраен процес. В строителната практика навлизат все по-нови материали, поколенията се сменят, а и никога човек не е късно да попълни липсващите си познания в дадена област според конкретно възникналите потребности. Проблемът обаче е в способността за възприемане на новостите. Защото, както се знае, насила може да се вземе, но не и да се даде.

Обогатяването на познанията е достъпно само за хора, които имат желание и способност да се учат и развиват през целия си живот, да възприемат новостите или поне да не бягат от писаното слово като дявол от тамян, да не говорим за ползването на чуждоезична техническа информация. Със съжаление за пореден път установихме, че се срещат и преизпълнени със самочувствие строители, абсолютно невъзприемчиви към всяка новост, щом не произлиза от древната традиция на трънската строителна школа. Такива хора безапелационно отричат всяка световна марка, отхвърлят с пренебрежение техническите измервания и експертизи, не признават доказания световен опит. Издигат в култ като единствен критерий цената и се доверяват единствено на това, което познават – строителните материали и технологии от средата на миналото столетие.

Това именно бе вторият фактор, който ни подтикна да открехнем все така актуалната тема за ремонт и възстановяване на стоманобетонните конструкции. След като през годините последователно сме представяли в списанието материалите и системите на световни лидери като Remmers, Degussa и Ceresit, сега представяме системата материали на друга звезда от световна величина – фирма Vandex.

Възможност да сторим това по най-добрия начин ни даде изборът на фирмата-изпълнител на споменатия ремонт – „Новострой Инженеринг“. Тя бе избрана да извърши техническото обследване на стоманобетонната конструкция в сутерена на споменатата сграда, да подготви технически проект за необходимите възстановителни работи и най-накрая да ги изпълни. Това стана възможно защото тази фирма е една от първите в България, която създаде и сертифицира подвижна лаборатория за безразрушителен контрол на строителните конструкции – „Новострой Контрол“. Освен това тя е била неведнъж обект на внимание от страна на списанието ни, защото е вносител и внедрител на високотехнологични продукти и технологии в областта на строителната химия.

Съществуването на огромна част от строителството зависи от здравината и устойчивостта, от способността на стоманобетонната конструкция да носи предвиденото натоварване, да издържа на екстремни външни натоварвания, като земетресения и др. Дори и неспециалистите знаят, че стоманобетонът е материал от две съставки – бетон, получен от свързването и втвърдяването на разтвор от цимент, пясък и трошен камък (или речен чакъл), и армировка, направена от стоманени пръти. Бетонът има висока устойчивост на натиск и малка на опън, включително на огъване. Стоманената армировка притежава обратните качества – именно тя поема напреженията на опън. Така двата материала „работят“ заедно и стоманобетонната конструкция е едновременно устойчива на натиск и на опън. Ако единият от двата компонента загуби своите качества, цялата система започва да се руши.

По-слабото място са стоманените армировъчни пръти, които, ако не бъдат взети специални мерки за защитата им, неизбежно корозират. Ръждата бавно и неумолимо ги разрушава от периферията към центъра на пръта. Те постепенно изтъняват, докато станат негодни да поемат натоварването на строителната конструкция. Първите признаци на корозията най-често са невидими отвън, защото процесът протича в дълбочина под повърхността на бетонната конструкция. След време и по-бързо, когато прътите се намират близо до повърхността, върху нея избиват ръждиви петна, които стават все по-ярко оцветени и площта им постепенно нараства. Следващата стъпка е напукване и разрушаване на бетонната повърхност. Това се дължи на налягането, което осъществява увеличаващата обема си ръжда. Тя буквално разпуква бетона по посока на най-малкото съпротивление – пластът, който отделя армировъчния прът от повърхността. Така стоманобетонните пръти се оголват, достъпът на влагата и въздуха до тях се улеснява, от което корозията се активизира все повече и повече. Тя се появява още по-скоро при неправилно изпълнена армировка и наливане на бетонния разтвор, когато не е спазено изискването за минимална дебелина на пласта бетон между повърхността и армировъчните пръти.

Допреди време се приемаше, че армировката е сигурно защитена, ако минималната дебелина на слоя бетон, отделящ я от повърхността, е 15 mm. Причина за това решение навярно е поредният криво разбран стремеж за икономии на всяка цена, защото този пласт бетон не поема натоварване. Сега за минимална дебелина се приемат 40 mm.

Същевременно трябва да се знае, че бетонът би бил защитен, ако не бива периодично обливан с вода, която неизбежно съдържа разтворени различни химически активни елементи. Представата на някои пишман строители, че стоманобетонът с времето става все по-здрав и особено, ако се поддържа постоянно мокър, е далеч от действителността. Тези представи навярно са родени от необходимостта бетонните изделия да се поддържат влажни, докато бетонът свързва и набира якост. Или пък наивно вярват, че водата, която се излива от атмосферата, изтича от канализацията или се просмуква от почвата, е дестилирана.

Иначе казано, дълбоко вкоренената у някои, че армировката на стоманобетонната конструкция е достатъчно добре защитена срещу корозия, стига да е изцяло покрита с бетон, е също така често дълбоко невярна. Втвърденият бетон защитава стоманата, но не напълно и само до време. В условията на висока алкалност (pH 12,5–13,5), при която протича процесът на хидратация на портландцимента, на повърхността на стоманата се образува тънък пасивиращ слой, който я защитава срещу корозия. Освен тази химична защита дебелият слой бетон осигурява и механична защита, като повече или по-малко възпрепятства проникването на вещества, които активират процеса на корозия.

Бетонът не е напълно водонепропусклив материал, и когато стоманобетонната конструкция е подложена на овлажняване, влагата повече или по-малко прониква в дълбочина, като достига до армировката. След време защитата на пасивиращия слой става все по-слабо ефективна, докато настъпи пробив в нея и тя бъде разрушена. Това се случва, защото тънкият защитен слой е подложен на комбинирана атака, която неизбежно води до неговото разрушаване. След това пътят за развитие на корозията на стоманата е вече широко открит.

Комбинираната атака съчетава два едновременно протичащи разрушителни процеса. Първият се дължи на постепенно протичащата карбонизация на бетона под въздействие на съдържащия се във въздуха въглероден диоксид. Реагирайки с алкалните продукти в бетона, той образува карбонатни съединения, което от своя страна води до понижаване на алкалността и снижаване на водородния фактор под границата pH 9. С намаляване на pH под 11,5 пасивиращият слой започва да се разрушава и се създават условия за развитие на корозия при наличие на влага и кислород. Оптималните условия за това са относителна влажност 50–70% и околна температура 20–40 °С. С две думи всички региони с по-висока относителна влажност на въздуха са благоприятни за развитие на корозия в разположените на открито стоманобетонни конструкции. Същото се отнася и за конструкциите в сутерена на сгради, където поради течове има периодичен разлив на води и се поддържа висока влажност.

Донякъде успокояващо е, че процесът на карбонизация протича бавно и поради това няма опасност скоро след построяване на съоръжението по тази причина да възникнат сериозни повреди в носещата конструкция. Скоростта на проникването на карбонизацията в дълбочина силно зависи и от марката по якост на бетона, което отчетливо се вижда от диаграмата.

Вторият агресивно атакуващ конструкцията агент са хлорните йони, които се съдържат в бетона още при неговото изливане или се привнасят допълнително с дъждовната вода. Когато разтворени във водата достигнат да защитния пасивиращ слой, те енергично го разрушават. Проникването на хлорните йони е по-опасно и разрушително, а корозията настъпва по-бързо, включително и при по-висока алкалност (pH>11,5), отколкото под въздействие само на карбонизацията. Както казахме тези два процеса протичат паралелно, като карбонизацията може допълнително да повиши нивото на свободните хлорни йони и така общото разрушително въздействие се активизира още повече.

В резултат на корозията стоманата се превръща в ръжда – хидратирани железни оксиди. Вече стана дума, че този процес известно време „работи“ в дълбочина без видими следи върху повърхността. Когато ръждата избие, процесът е вече силно напреднал. Образувалата се ръжда разширява обема си 2–5 пъти, което рано или късно предизвиква напукване и разрушаване на бетона около засегнатите армировъчни пръти. Това вече е тревожен сигнал, който алармира че ремонтът повече не бива да се отлага. Необходим е спешен ремонт, при това извършен със специализирани съвременни материали и от добре обучени строители при стриктно спазване на предписаната от производителя технология. Специално подчертаваме, че възлюбеният от търсачите на безогледно ниска цена подход да се ползва сбирщина събрани от където им паднат материали, или просто да се замаже и временно замаскира с циментов разтвор разкъртеното място, е чисто прахосване на средства. Стоманобетонната конструкция няма да бъде възстановена, няма и да бъде ефективно предпазена срещу вредните външни въздействия в бъдеще. Многократно изпитаната рецепта винаги е една и съща – да се използват доказани съвременни материали от един и същ реномиран световен производител – при това материали, предназначени за работа в система.

И още нещо, възстановяването на корозирала носеща стоманобетонна конструкция не е шега работа и не е терен за изява на пишман строители. Както и в медицината, преди да се пристъпи към лечение, е необходима вярна диагноза. Прецизната диагноза в случая може да бъде поставена единствено от специализирана лаборатория, разполагаща с необходимата за това съвременна измервателна техника.

Възстановяването на разрушената от корозия част от стоманобетонната конструкция цели пълното възстановяване на защитните свойства на бетона и съответно възстановяване и съхраняване за продължителен период от време на товароносимостта на конструкцията. Също така и полагане на допълнителна защита, която силно да ограничи проникването на влага и въглероден диоксид във вътрешността.

Това е по-благоприятният вариант и същевременно напълно достатъчен, ако възстановителните мерки бъдат взети навреме и правилно изпълнени. Когато корозията е силно напреднала и сечението на армировъчните пръти е видимо намалено, тогава вече се налага допълнително укрепване. Най-добре е това да се извърши с модерните и ефикасни материали, произведени от въглеродни нишки с изключително високи якостни показатели, значително надвишаваща използваната за армировъчните пръти стомана. За илюстрация само ще споменем, че карбоновите влакна имат над 6 пъти по-голяма якост на опън и около 16 пъти по-малко относително удължение в сравнение използваната за армировка стомана.

Извършването на ремонта на стоманобетонната конструкция се извършва при следната последователност.

» Първата задача е напуканият и рушащ се около корозиралото място бетон да се изкърти до здрава и чиста основа. Всички нездраво свързани части се премахват, докато корозиралите части на армировъчните пръти не бъдат открити и станат достъпни за по-нататъшна обработка. Целта е да се отстранят механично не само разкъртените части, но и силно карбонизираният бетон. Степента на неговото премахване може да се установи чрез измерване на киселинния фактор (pH), което изисква лабораторна намеса. Почистената повърхност на бетона трябва да получи грапава повърхност, за да се осигури по-здраво свързване с ремонтния разтвор. Накрая се почистват дребните частици и прахта.

» Следващата задача е откритите армировъчни пръти да бъдат почистени от полепналите по тях остатъци от бетон, а след това и от ръждата. Първото се прави най-лесно с твърда ротационна четка, а второто – чрез пясъкоструйна обработка. Обработката продължава до получаване на повърхност с „метален блясък“ (степен на чистота Sa 2,5 според ISO 8501-1:2007). Прахта се почиства със сгъстен въздух. За локално предпазване на откритата част от армировъчните пръти почистената повърхност се покрива (боядисва) със защитно покритие – Vandex Corossion Protection M. Това е прахообразен материал на циментова основа, който преди употреба се приготовлява чрез разбъркване с вода. Освен че осигурява добра антикорозионна защита на стоманата, той подобрява сцеплението между армировъчните пръчки и следващият използван в системата ремонтен материал. Покритието е силно устойчиво на въздействието на проникващите с водата разтворени в нея соли, възпрепятства в много голяма степен и проникването на въглеродния диоксид. През интервал от около един час материалът се нанася двукратно чрез намазване с четка върху всички открити повърхнини. Минималната обща дебелина на покритието е 2 mm.

» В случай, че някой от прътите е силно корозирал, може да се наложи подмяна на тази част от него. За целта бетонът се разкъртва, докато се открият незасегнатите участъци встрани от корозиралото място. Повреденото парче се прерязва и на негово място се заварява прът със същото напречно сечение. Той също се защитава срещу корозия с Vandex Corossion Protection M.

» Така подготвеният изкъртен и почистен участък се запълва с разтвор на Vandex CRS Repair Mortar 05. Това също е еднокомпонентен прахообразен материал на циментова основа, съдържащ модифицирани изкуствени смоли. Разбърква се с вода до предвидената консистенция. Преди нанасянето му основата се намокря с чиста вода. Разтворът е годен за употреба 45–60 min след приготвянето. Полага се до пълното запълване на изкъртеното място и изравняването му с околната повърхност. Работи се с мистрия, като се нанася последователно на пластове с дебелина 35–50 mm при хоризонтално или вертикално разположение на запълвания отвор, а при работа над главата дебелината на всеки пласт е до 25 mm. Спазва се обичайното в такива случаи технологично правило за „мокро върху мокро“ напластяване. Разтворът има много силно сцепление към стария бетон. След втвърдяване образува плътна маса с много висока якост на натиск и огъване, същевременно запазва еластичност, която позволява да издържа на температурни разлики без образуване на микропукнатини.

» Завършващото покритие може да се изпълни по два начина. Когато се цели само придаване на напълно завършен вид на повърхността, върху изкърпеното място се полага фина шпакловка с Vandex CRS Levelling Compound LC. Материалът е специално предназначен за правене на тънки шпакловки, но също така може да се използва и за запълване и възстановяване на бетонни повърхности с малки повърхностни повреди и без при това да е настъпила корозия на армировката.

Вторият метод цели създаване на защита срещу бъдещо карбонизиране на бетона в защитения участък и определено е за предпочитане. В този случай се прави шпакловка при дебелина поне 3 mm, изпълнена с Vandex Cemelast. Това е двукомпонентен материал на циментова основа с високо съдържание на полимерни компоненти. Преди употреба сухата съставка Vаndex BB 75 и течната Vandex Cement Liquid се разбъркват до получаване на хомогенен разтвор. Защитното покритие е водонепроницаемо с висока еластичност, която позволява да запазва изолиращите си свойства и при движения в основата и поява на микропукнатини в бетона. Устойчиво е на налягане на водата до 1,5 bar. Този материал е в състояние да покрива и затваря пукнатини с широчина 0,3–0,5 mm. Има много добра свързваща способност към основата. Създадената защитна преграда е паропропусклива. Нанася се със стоманена маламашка на два слоя, като всеки не бива да бъде по-дебел от 2 mm. Между първия и втория пластове се изчакват 2–4 часа. Работи се „мокро върху мокро“.

Накрая да кажем още, че най-добрият ремонт е този, който не се е налагало да бъде извършван. Следователно и преди ръждата да започне да избива и повърхността на колоните, трегерите и други елемента да започне да се пропуква, може да бъдат взети предварително мерки за защита на конструкцията – примерно чрез шпакловане или нанасяне с машина за изпръскване на фини шпакловки на Vandex Cemelast. При по-старо строителство това със сигурност не е направено дори и само затова, защото тогава не е имало материалите, с които разполагаме днес. Става дума за малка инвестиция, която ще се изплати многократно, защото ще удължи с поне столетие и повече периодът, през който стоманобетонната конструкция ще съхрани първоначалната си якост.

В следващия брой четете:

Укрепване на носещата стоманена армировка с ленти от карбонови влакна Carbostrip