УДК 69
Баранов Евгений Евгеньевич Менеджер по технической поддержке АО МАПЕИ, 142800, Россия, Московская область, г. Ступино, ул. Академика Белова, 5, e.baranov@mapei.ru.
Технология изготовления бассейна включает в себя множество технологических операций. При заливке ванны бассейна также необходимо придерживаться некой логике строительных работ. Ни один бассейн, выполненный из железобетона, нельзя залить в опалубку таким образом, чтобы он был пригоден для финишной облицовки, конечно, если предполагается данный бассейн эксплуатировать. Даже, если требования заказчика к геометрии стен стремятся к нулю, то нанести на «черновой» бетон качественную гидроизоляцию и облицовку не представляется возможным. Таким образом, после формирования ванны бассейна ее необходимо выравнять. Однако, очень часто бывает, что на ванне видны большое количество дефектных участков, которые необходимо ремонтировать. В данной части будут рассмотрены возможные дефекты ванн их причины и способы устранения.
1. Основные виды дефектов и ремонт железобетонной ванны
При заливке любого типа железобетонной ванны бассейна могут возникать характерные дефекты, описанные в Таблице 3. Виды дефектов и причины их понесшее многочисленны, однако их можно свести в две группы – некачественные строительные материалы и ошибки при проектировании или в ходе строительства.
Видов дефектов достаточно много, конечно, они не одинаково влияют на надежность конструкции. Однако, для создания ванны бассейна, будут критически те параметры, которые ослабляют способность конструкции препятствовать негативному воздействию воды и создаваемые ее механические напряжения. Таким образом наиболее опасные будут дефекты, связанные с пористостью и трещеноватостью материала и конструкции в целом.
1.1. Пористость бетона.
Пористость бетона и ее характер играют серьезную роль в его долговечности. Поры в бетоне подразделяются на гелевые, которые имеют размер от 0,5 до 10нм; капиллярные – от 10нм до 100 мкм и воздушные включая макропоры – от 0,01 до 0,2 мкм и более.
Таблица 3. Характер дефектов при и природа возникновения при новом строительстве
| № | Дефект | Причина |
| 1 | Изменение цветовой окраски | Неоднородные заполнители или текстура поверхности опалубки. Наличие сахара в некоторых фанерных опалубках. Неравномерное выдерживание бетона. |
| 2 | Уступы на поверхности | Деформация опалубки |
| 3 | Пучение и выколы | Наличие глины, некачественный наполнитель |
| 4 | Раковины | Воздух, попавший в опалубку |
| 5 | Изъяны | Расслоение бетонной смеси |
| 6 | Пустоты | Непрохождение или задержание бетона. Недостаточная толщина защитного слоя бетона |
| 7 | Неровность и шероховатость бетонной поверхности | Неверно подобранный гранулометрический состав заполнителя и/или плохое уплотнение бетона |
| 8 | Потеря раствора | Отсутствие герметизации опалубки |
| 9 | Прослойка песка на вертикальных поверхностях | Чрезмерное водоотделение смеси |
| 10 | Шелушение бетона | Перемещение опалубки после уплотнения бетона |
| 11 | Ржавые пятна | Ржавчина на опалубке от внешнего источника |
| 12 | Появление прогибов | Рано выполненная распалубка |
| 13 | Песчаные карманы | Недостаточное перемешивание материала |
| 14 | Холодные швы | Большой технологический перерыв в операции бетонирования |
| 15 | Трещины | Зависит от ширины раскрытия трещины |
| 16 | Ранее разрушение товарного железобетона | Недостаточная тепловая обработка, ранее замораживание ж/б конструкций |
Виды дефектов такого типа можно отнести к одной из групп, руководствуясь методами ремонта:
- некачественная поверхность и открытая пористость (Рис.2);
- пустоты и общая пористость.
Открытую пористость бетона можно классифицировать исходя из способности поглощать воду при t = 200C. По этому показателю бетоны можно подразделить на 3 группы (Таб. 4).
Закрытую пористость классифицировать гораздо сложнее. Кроме того, не все поры в бетоне влияют негативно на бетон – все зависит от размера и типа пор. Наличие большой пористости бетона способствуют активному протеканию процесса физического износа конструкции. Качество бетона определяется от его общей пористости, которая всегда имеет значение существенно выше открытой пористости (Таб. 5). Открытая пористость устраняется весьма легко отделочными выравнивающими материалами, открытая пористость иногда даже улучшает адгезию таких материалов. Общая пористость несет на себе гораздо более серьезный негативный фактор.
Таблица 4. Качество бетона в зависимости от открытой пористости
| Качество бетона | Пористость | Показатель, % |
| Хорошее | Низкая | <4 |
| Среднее | Средняя | 4 – 6 |
| Плохое | Большая | >6 |
Открытая и закрытая пористость, формирующие общую пористость (Таб. 5), предопределяют проницаемость конструкций. В общую пористость входят различные по размерам, протяженности и проницаемости поры, образующие при гидратации и формировании цементного камня. У бетона в основном имеются поры двух типов, которые и предопределяют его проницаемость.
Таблица 5. Качество бетона в зависимости от общей пористости
| Качество бетона | Пористость | Показатель, % |
| Хорошее | Низкая | <10 |
| Среднее | Средняя | 10 – 15 |
| Плохое | Большая | >15 |
Обычно к ним относятся капиллярные поры, диаметр которых варьируется от 0,01 до 10 мкм, и макропоры размером 1 – 10 мм, появление которых обусловлено плохим уплотнением свежеприготовленной бетонной смеси. В том случае, если поры взаимосвязаны, образуется непрерывное их соединение, что и делает бетон проницаемым [6]. Наиболее проницаемые для воды поры, получаемые при седиментации бетонной смеси во время укладки. На состояние поровой структуры бетона оказывает влияние множество факторов: вид цемента, возраст цементного камня, условия твердения и ухода, добавки В/Ц соотношение, степень гидратации и прочее. Из этих факторов существуют три основных, которые и предопределяют в основном проницаемость бетона: В/Ц соотношение, уплотнение и выдерживание смеси. Если хотя бы один из этих факторов не контролируется, то вероятность повышения проницаемости возрастает. Например, быстрая потеря или излишек воды в свежеуложенной бетонной смеси приводит к ухудшению прочностных характеристик и плотности бетона. Проблемы могут проявляться сразу же в виде увеличения пористости, приводящие к возникновению значительного капиллярного давления и быстрому испарению воды с поверхности, появлению усадочных трещин или снижению стойкости поверхности к истиранию. Если происходит значительная потеря воды из уложенного бетона или ремонтного раствора, то это может оказаться достаточным для того, чтобы дальнейшая гидратация цемента прекратилась.
Низкую проницаемость можно получить только в том случае, если гидратация продолжается как минимум до того момента, когда произойдет блокировка непрерывных капилляров, изначально образующихся внутри цементного геля. Срок, в течение которого это происходит по мимо всего прочего, связан с водоцементным отношением. Если числовые значения водоцементного отношения находятся в интервале между 0,4 и 0,5, то необходимо техническое выдерживание бетона или ремонтного раствора в течении 3 – 14 суток при нормальных температурно – влажностных условиях. Для предотвращения негативных последствий бетон укрывают влажной мешкавиной, пленкой, сохраняют в опалубке или используют специальные покрытия. Максимально допустимая потеря воды при 37±1,1 0С составляет 0,55 кг/м2.
Отличительные особенности пористости как дефекта бетона – наличие значительных по размеру «ослабленных» участков (Рис.3) при внешней целостности конструкции, нечёткость границ зоны повреждения: большое количество в «ослабленной» зоне пор диаметром 2*10-6 – 2*10-4. Отремонтировать подобные дефекты можно или за счет удаления поврежденного участка бетона или за счет пропитки ослабленной зоны низковязкими жидкими составами, которые отверждаются в поровом пространстве, либо нанесением выравнивающих или ремонтных составов.
Понимание пористости бетона дает представление о его водонепроницаемости. За прямые показатели приняты марка бетона по водонепроницаемости (W) и коэффициента фильтрации Kf [7], а в качестве косвенного показателя принято считать водопоглащение бетона по массе [8].
Таблица 6. Обзор характеристик бетона
| Kf | W | Проницаемость | Качество бетона | Марка бетона |
| W14 | Очень низкая | Очень хорошее | М600 / В45 | |
| <6*10-11 | W12 | Низкая | Хорошее | М550 / В40 |
| <10-10 | W10 | Низкая | Хорошее | М450 / В35 |
| 10-10 – 10-8 | W4 | Средняя | Среднее | М250 / В20 |
| >10-8 | W2 | Высокая | Плохое | М100 / В7,5 |
Как указывает отраслевой стандарт (Таб. 2 Ч.1) бетон для строительства ванны бассейна должен быть класса прочности не менее В45, что соответствует марке бетона по водонепроницаемости W 18. Используя бетон более низких марок сомнительно, однако встречается в современной практике довольно часто. Основная проблема пористого бетона заключатся не в том, что вода сможет протечь через тело бетонной ванны, а в том, что вероятность коррозии арматурного каркаса возрастает. Конечно, коррозия — это многофакторный процесс и зависит от многих параметров конструкции, а не только от общей пористости бетона. Общая и поверхностная пористость также может быть вызвана такими дефектами как мелкие раковины, песчаные карманы и другие изъяны.
1.2. Трещины.
Крайне серьезным дефектом строительных конструкций, иногда приводящим к ее отказу, являются трещины в теле бетона. Изучение причин образования трещин в бетонной и железобетонной ванне бассейна заслуживает особого внимания, так как в одних случаях одинаковые причины вызывают различный характер трещинообразования, а в других одинаковое расположение трещин вызвано различными причинами.
Обычно трещины классифицируются по ширине раскрытия. Трещины в бетоне не имеют гладких параллельных стенок. Поэтому измерение их величины раскрытия производится с достаточной степенью приближенно и обычно ширина представляет собой среднее числовое значение у поверхности, измеряемое под прямым углом к поверхности. Максимальная ширина раскрытия трещин устанавливается нормами из условия ограничения проницаемости конструкций или из условия обеспечения сохранности арматуры.
Интересные данные по классификации трещин (Таб. 8) приведены в источнике [6]. Отраслевые отечественные нормы устанавливают требования к допустимой ширине раскрытия, в зависимости от типа железобетона и класса арматуры, упрощенно данные сведения можно свести в данные, представленные в Таб. 9. Предельно допустимую ширину раскрытия трещин устанавливают исходя из эстетических соображений, наличия требований к проницаемости конструкций, возможность перекрытия данных трещин эластичными материалами, например на этапе гидроизоляции или облицовки, а также в зависимости от длительности действия нагрузки, вида арматурной стали и её склонности к развитию коррозии в трещине.
Таблица 8. Классификация трещин.
| Вид трещин, ширина раскрытия дана в миллиметрах | Степень повреждения | ||||
| очень незначи тельные | незначи тельные | Умеренные | серьезные | очень серьезные | |
| преднапряженный бетон, из – за нагрузки | < 0,05 | 0,05 — 0,1 | 0,1 — 0,3 | 0,3 — 1 | 1 -3 |
| непреднапряженный бетон, из – за нагрузки | < 0,1 | 0,1 — 0,3 | 0,3 — 1 | 1 — 3 | >5 |
| неармированный бетон, из – за нагрузки | < 1 | 1 — 10 | 10 — 20 | 20 — 25 | >25 |
| усадочные и осадочные трещины | Одна малень — кая трещина | Несколь ко ма -леньких трещин | Много мальнь -ких трещин | Мало больших трещин | Много больших трещин |
Выявление причин образования трещин в конструкции имеет большое значение с точки зрения повышение качеств и эффективности строительных и ремонтных работ. В Таб. 10 приводятся вероятные сроки появления трещин в новом строительстве при формировании ванны бассейна, а также других дефектов различного типа, в той или иной степени связанные с наличием трещин в бетоне. У трещин может быть различная конфигурация, размеры в плане и по глубине. Очень важно точно определить время возникновения трещин для установления причины их появления, что в дальнейшем будет способствовать разработке решений по их устранению. Даже по характеру появления и расположения трещин в пространстве можно определить, чем вызвано их возникновение.
Таблица 9. Предельно допустимая ширина раскрытия трещин [9]
| Вид бетона | Категория требований к трещиностойкости и предельно допустимая ширина непродолжительного и продолжительного раскрытия трещин, мм, в среде | ||
| слабоагрессивной | среднеагрессивной | Сильноагрессивной | |
| непреднапряженный бетон | 0,20 / 0,15 | 0,15 / 0,1 | 0,10 / 0,05 |
| преднапряжен -ный бетон | 0,15 / 0,1 | — | — |
| арматура композит. полимерная | ширина раскрытия трещин не нормируется | ||
Трещины от пластической осадки. Движение воды вверх при укладке бетонной смеси в опалубку может приводить к появлению трещин от пластической осадки. По мере того, как вода перемещается вверх, более плотные составляющие смеси сдвигаются вниз (седиментируют). Пластичный бетон распределяется поверх отдельных арматурных стержней верхнего ряда каркаса, что вызывает напряжение в поверхностном слое. Трещины в этом случае повторяют расположение арматуры, наблюдается упорядоченный рельеф трещин (Рис. 4). Появление таких трещин происходит через несколько часов. Их можно наблюдать, главным образом при формирование бетонного пола в ванне бассейна. Осадка бетона может также способствовать появлению видимой волнистости на его поверхности, выпуклые части которой проходят над верхними арматурными стержнями. Иногда такие трещины могут образовываться на вертикальной поверхности, в местах где арматура ограничила свободное перемещение бетонной смеси внутри опалубки. Такие дефекты могут встречаться между рядами размещения арматуры при заливке стен ванны бассейна. Поскольку эти трещины образуются на очень ранних этапах твердения бетона, они проходят через цементный камень, а не через частицы заполнителя.
Таблица 10. Стандартные сроки появления дефектов
| Тип дефекта | Стандартный срок появления |
| Трещины от пластической осадки | от 10 мин до 3 ч (седиментация под арматурой) |
| Трещины от пластической усадки | от 30 мин до 6 ч (пересыхание верхнего слоя) |
| Трещины волосные | от 1 до 7 суток, иногда позже |
| Трещины от температурной усадки на раннем этапе | от 1 суток до 2 — 3 недель (0,6 мм/м) |
| Трещины от длительной усадки при высыхании | от нескольких недель до нескольких лет |
| Строительные дефекты | после снятия опалубки |
| Трещины от нагружения конструкций | через несколько месяцев |
| Трещины от температурных воздействий (сезонных) | вероятно, до года |
Трещины от пластической усадки. В течение первых нескольких часов после укладки бетон остается пластичным и практически не имеет прочности. Вода с нижних слоев перемещается в верхние, в то время как плотный наполнитель опускается вниз. Если вода с поверхности бетона испаряется быстрее, чем выступает на ней, то верхний слой снижает объем, т.е. сжимается, в то время как свобода деформаций ограничивается нижележащими слоями, которые еще насыщены влагой. В результате такого ограничения свободы деформаций происходит развитие растягивающих напряжений в поверхностном слое. Поскольку бетон все ещё находится в пластичном состоянии и имеет очень низкую прочность, появляются трещины неправильной формы. В большинстве случаев это множественные трещины на поверхности. Они варьируются от нескольких миллиметров до многих метров в длину и расположены на расстоянии от нескольких сантиметров до 3 м друг от друга. Так как эти трещины вызваны причинами характерными, как правило, для открытых объемных площадей, то в чаше бассейна они могут образовываться на дне при заливке плиты, стяжки и других открытых площадках, а стены, при твердении закрыты опалубкой и потери влаги не происходит.
Трещины от температурной усадки на раннем этапе твердения. В ходе реакции гидратации между цементом и водой при твердении бетона выделяется тепло. Его количество и скорость, с которой тепло образуется, определяется типом цемента, тонкостью его помола, температурой окружающей среды, геометрических характеристик строительных элементов, материала и конструкции опалубки. Плиты, имеющие большую площадь открытой поверхности, быстро теряют тепло. Элементы с большим поперечным сечением отдают тепло медленно и могут приобретать более высокую внутреннюю температуру, чем элементы с меньшей площадью поперечного сечения.
Деревянная опалубка, которая так широко распространена в строительстве стен ванн бассейнов, обладает более низкой теплопередачей, чем стальная и поэтому при ее использовании максимальные значения температуры разогрева смеси могут достигать критических значений. По мере нагревания бетона происходит его расширение, если это расширение каким – то образом ограничивается, например из – за наличия ранее забетонированных конструкций, или заливки сплошного контура бетона, как это иногда бывает при отливке стен в ванне бассейна, в бетоне могут создаваться сжимающие напряжения. Эти напряжения невелики и вследствие низкого модуля упругости бетон обычно релаксируется за счет ползучести. Как только достигается максимальная температура бетона, а это происходит через 12 – 18 часов после его укладки, бетон начинает охлаждаться и уменьшаться в объеме. При наличии элементов большой толщины это происходит намного позже. Ограничение температурной усадки является причиной развития растягивающих напряжений и возникновения трещин (Рис. 6,7).
Поскольку бетон, со временем, приобретая большую прочность, обладает меньшей возможностью релаксации напряжений за счет ползучести, его модуль Юнга возрастает напряжения становятся значительными. Однако бетон остается все еще не прочным при растяжении и напряжения, вызываемые ограничением температурной усадки, могут привести к появлению трещин. Так как при заливки ванны бассейна часто встречаются довольно большие объекты, а следовательно это достаточно объемные конструкции, трещины могут формироваться из — за разности температур, когда поверхностный слой охлаждается и сжимается быстрее, чем в центральной части элемента, в которой все еще сохраняется тепло. Когда температура по всему элементу становится однородной, поверхностные трещины обычно закрываются. В ваннах бассейна обычно такие трещины проявляются на стенах в меньших по размеру направлениях, т.е. от пола идущие вверх, но возможно появление трещин и в продольном направлении, т.е. в протяженном по размеру направлении.
Трещины около конца зоны бетонирования могут быть наклонными и располагаться под углом приблизительно 450. Расстояние между трещинами и ширина их раскрытия зависят от количества и расположения арматуры в бетоне. Поскольку эти трещины образуются до достижения бетоном полной прочности, они обычно проходят через цементный камень, а не через заполнитель.
Трещины от длительной усадки при высыхании. В общестроительной практике принято, что для увеличения удобоукладываемости бетонной смеси и облегчения процесса бетонирования, В/Ц соотношение задают намного больше, чем необходимо для реакции гидратации цемента. Вода, не вступившая в реакцию с цементом остается в свободном виде и удерживается внутри капиллярных пор, образующихся в цементном камне. Если бетон, во время и после набора прочности постоянно находится в среде с низкой относительной влажностью, например в межоперационный период, когда опалубку в бетонной ванне бассейна демонтировали, а к последующим операциям выравнивания долгое время не приступают, или дно (Рис. 8) и стены чаши выравняли, а гидроизоляцию не наносят, то будет происходить потери влаги с поверхности, которая приводят к его уменьшению в объеме, то есть к усадке при высыхании. Если деформации усадки противодействуют какой либо ограничитель, в бетоне будут развиваться напряжения. В том случае, если эти напряжения превышают способность бетона к растяжению, в конструкции будут появляться трещины. Особенно уязвимы оказываются строительные элементы малой толщины, например стяжки или тонкие ремонтные покрытия. Усадка опасно тем, что она способствует формирования контактных напряжений и как следствие возможное отслоение от субстрата. Сроки, в которые появляются усадочные трещины в бетоне, зависят от скорости высыхания, они могут составлять от нескольких месяцев до трех – четырех и более лет после бетонирования.
Величина усадки зависит от состава и свойств раствора, влажности и температуры воздуха, условий производства работ ее культуры, уходом за бетоном. Если выполнять все условия и рекомендации можно получить однородную и минимальную усадку. Кроме этого, в настоящее время разработано достаточное количество современных наукоемких материалов, в частности продукты компании МАПЕИ, которые лишены данного недостатка, т.к. это материалы являются материалами с компенсированной усадкой, за счет введения специальных добавок, а также введением в рецептуру фибры, позволяющие свести процесс трещинообразования практически к нулю. Конечно, при работе с данными материалами необходимо четко следовать рекомендациям производителя, ведь можно испортить и золотой стандарт качества. Для не модифицированного бетона суммарная усадка составляет 0,3–0,6 мм/м и 0,35–0,45 мм/м для тяжелого и легкого бетона соответственно. С увеличением сечения эти величины уменьшаются и могут составлять 40–50% от приведенных выше значений.
Конечно, растрескивание от длительной усадки от высыхания зависит в первую очередь от избыточного количества воды в бетоне, и последующим изменением объема цементного камня, однако большой вклад в усадку вносит и применение в рецептуре бетона выбор заполнителя. Заполнителе необходимо подбирать с осторожностью для того, чтобы избежать не только усадки, но и расширения смеси. Применение таких заполнителей может приводить к сравнительно большим прогибам элементов во время сезонного увлажнения/высыхания бетона.
Стандартного рисунка трещин от длительной усадки при высыхании или набухании не существует, поскольку они образуются во всех местах, где происходит ограничение свободы деформаций. Обычно трещины располагаются примерно под прямым углом к направлению, в котором происходит ограничение свободы деформаций. Ширина трещин зависит от того, в какой степени высох бетон, а также от длины элементов. Поскольку трещины образуются после набора прочности, они могут проходить через непрочный заполнитель. Появление трещин от усадки наиболее вероятно в следующих местах:
- в конструкциях, когда один линейный размер на много превышает другой, например, стеры ванны бассейна, обычно трещины образуются параллельно короткой стороне, обычно в середине, иногда диагонально по углам;
- в плитах перекрытия дна ванны бассейна, опирающих на жесткие опоры;
- в поперечном сечении, при значительных изменениях размеров, обычно такие трещины наблюдаются на стенах бассейна со стороны переливных лотков.
Величину раскрытия трещин от длительной усадки можно контролировать количеством и расположением арматурного каркаса.
Волосяные трещины. Образование волосяных трещин может происходить как на открытых поверхностях, так и на поверхности, соприкасающийся с опалубкой. Они возникают в тех случаях, когда наблюдается изменение в свойствах смеси вблизи поверхности или когда существует большой градиент влажности. Тип опалубки также имеет значение, поскольку он может влиять на проницаемость сформированной бетонной конструкции. Поверхность стальной, пластмассовой или фанерной опалубки, которые являются гладкими и имеют низкую проницаемость, повышают вероятность образования волосяных трещин. Примером поверхностного слоя с разными влажностными характеристиками может служить верхняя поверхность плиты или выравнивающих слоев (стяжки) дна бассейна, которая подверглась обработке затирочными машинами так, что образовался слой цементного молока, у которого может быть более высокое содержание воды и цемента по сравнению с основной массой бетона. Поверхность высыхает быстрее внутреннего массива и начинает подвергаться воздействию растягивающих сил. Волосяные трещины могут появиться через несколько дней после бетонирования, но могут возникнуть и в любое время при соответствующих климатических условиях, например в период низкой влажности или прямого воздействия солнечных лучей. Часто образование волосяных трещин происходит на ранних стадиях эксплуатации элемента, но обнаруживается тогда, когда становится заметным из-за загрязненности или фильтрации воды.
Их рисунок обычно представляет собой густую сетку неглубоких взаимо — связанных трещин (Рис.9) с раскрытием до 0,1 мм, образующих замкнутые полигональные контуры шириной около 10 – 75 мм. Глубина трещин незначительна и чаще всего составляет несколько миллиметров. Поскольку трещины этого типа имеют малое раскрытие и неглубоки, они обычно не сказываются на долговечности конструкции.
Трещины, возникающие при деформации во время увлажнения и высыхания бетона [6]. Набухание бетона при воздействии влаги может рассматриваться как обратный процесс усадки. При поглощении воды объем цементного камня увеличивается. Для тяжелого бетона это увеличение может достигать значений таких же, как и при усадочных деформациях. Любой бетон, даже очень прочный способен к разбуханию и дает усадку при высыхании. Бетон низкого качества имеет линейные деформации порядка 0,005, а хороший бетон в 50 раз меньше, около 0,0001. При этом набухает как цементный камень, так и заполнитель, поэтому для резервуаров необходимо использовать только водонепроницаемый заполнитель. Примером явления набухания может служить поведение защитного слоя ж/б резервуара, например из торкрет-бетона или жёсткой цементной гидроизоляции. Защитный слой имеет, как правило, меньшую способность набухать, а затем давать усадку, чем основной материал конструкции. Если из-за дефектов защитного слоя вода проникает и воздействует на ж/б конструкцию, то разность изменения линейного размера при набухании и высыхании защитного слоя и самой конструкции может привести к возникновению трещин на защитном слое. Способность ж/б к набуханию является еще одним неоспоримым доводом для применения защитного слоя гидроизоляции, при строительстве бассейнов, причем крайне важно по – возможности использовать всё-таки гидроизоляцию обладающей эластичностью. Более того, бетонная ванна бассейна не имеет идеальных геометрических размеров, а следовать ее необходимо выравнивать штукатурными составами и растворами для стяжек, которые также имеют отличное от материала ж/б конструкции модуль набухания и усыхания и следовательно при нарушении целостности гидроизоляции равно как и при ее отсутствии возможен риск трещинообразования на выравнивающих составах именно по причине набухания и усадки.
Необратимая усадка при высыхании, обусловленная увлажнением и высыханием для бетона и ЦПС составляют:
- бетон В30 – В32: 0,05 -0,06 мм/м;
- цементно–песчанный раствор (1:4): 0,08 мм/м.
Деформации строительных материалов от набухания и усадки всегда меньше, чем температурные деформации.
Трещины от чрезмерного нагружения конструкций.
Сооружения проектируются и рассчитываются так, чтобы, помимо выдерживания приложенных нагрузок, соблюдались критерии эксплуатационной надежности по прогибам, ширине раскрытия трещин и деформациям. Максимально допустимые значения ширины раскрытия трещин при нормальных эксплуатационных нагрузках задаются для того, чтобы обеспечить постройке приемлемый уровень эстетичности, долговечности и водонепроницаемости.
Для гидротехнических сооружений установлена максимальная ширина раскрытия трещин – не более 0,2 мм. На самом деле в ванне бассейна с внутренней стороны это не так уж важно, так как в любом проекте должен закладываться слой защитной гидроизоляции и облицовки. Конечно, предпочтительнее, как отмечалось ранее, использовать эластичную гидроизоляцию. Что касается наружной гидроизоляции стен в грунте, то в данном случае также должна использоваться гидроизоляция от грунтовых вод.
Однако, если гидроизоляции нет или произошел ее отказ, то трещины до 0,2 мм все равно становятся водонепроницаемыми за счет процесса самозалечивания, который происходит из-за фильтрации воды и ее реакции с негидратированным цементом. Самозалечивание трещин в бетоне возможно при постоянном насыщении конструкции водой, отсутствия динамических нагрузок, прекращения усадки при твердении бетона и отсутствия активного движения воды. Самозалечивание невозможно даже при кратковременном высыхании бетона, появлении растягивающих напряжений – статических, динамических или усадочных, разрывающих образующиеся связи, постоянном вымывании осаждающихся карбонатов или разложения их кислотами. Причинами самозалечивания трещин в фильтрующем воду бетоне могут быть проходящими в нем физические, химические и механические процессы. К ним относятся: осаждение кристаллов CaCO3 (самое большое влияние), разбухание и гидратация цементного теста, закупоривание трещин грязью. Наиболее трудно залечиваются подвижные фильтрующие трещины. При малой величине раскрытия (0,2 – 0,3мм) и небольшой амплитуде смещения стенок (порядка 10 — 15%) время их самозалечивания аналогично времени залечивания неподвижных тещин, при большей ширине раскрытия и амплитуде (20 — 25%) время возрастает в 2 – 3 раза. При значительной амплитуде (> 30%) их самозалечивание чаще всего не происходит. Конечное время залечивания зависит не только от параметров трещины и давления воды, но и от температуры, рН среды, парциального давления CO2 и решающей степени – от концентрации ионов кальция и ионов углекислого остатка. Подробный механизм самозалечивание широко представлен в соответствующей литературе.
Трещины такой ширины могут постепенно закупориваться переносимой водой грязью. Практически во всех сооружениях могут возникать трещины больше приведенного максимума, но это не страшно, если данные трещины не фильтруют воду. Железобетонная ванна бассейна постоянно находится под статичной нагрузкой, которая меняется в зависимости от степени наполненности данного бассейна, как правило, эти нагрузки достаточно велики и являются аддитивной суммарной величиной, зависящее от веса конструкции и веса объема воды в бассейне. Воздействие воды при заполнение ванны действует как на стены, так и на дно бассейна. Воздействие на дно чрезмерного, а иногда просто длительного нагружения приводит к появлению трещин, ширина которых превышает 0,3 мм. По рисунку трещинообразования можно определить его причину. Трещины, нормальные к продольной оси балки, возникают на растянутой грани и распространяются по высоте балки до нейтральной оси, отделяющей растянутую зону от сжатой. Трещины имеют наибольшую ширину на растянутой грани конструкции и уменьшаются по мере удаления от нее. В целом трещины от изгиба равномерно распределяются вдоль балки, подвергающиеся нагружению, чаще всего вблизи середине пролета при прогибе или над опорами при выгибании.
Трещины от изгиба на нижней стороне плиты проходят под прямым углом к продольной оси конструкции (нормальные трещины) примерно на равном расстоянии друг от друга в зоне максимально изгибающего момента. Трещины в приопорных сечениях наклонены под углом от 30 до 450 к оси конструкции (наклонные трещины). Как и нормальные трещины, они имеют наибольшую ширину раскрытия на растянутой зоне, уменьшаясь по мере удаления от нее. При кручении конструкции в ней появляются наклонные трещины, проходящие примерно параллельно друг другу по всей длине и образующие спираль. Иногда можно спутать трещину от кручения с трещиной от сдвига. Чрезмерное нагружение плиты при продавливании приводит к образованию трещин на растянутой поверхности, которые радиально расходятся от колонны. Они могут соединятся с серией кольцевых трещин, отстоящих от колонны на расстоянии на расстоянии, равном или нескольким превышающим толщину плиты. При этом может происходить и некоторое смятие бетона на нижней стороне плиты на стыке с колонной. Также к образованию трещин от нагрузки может привести неравномерность осадки конструкции из-за разуплотнения грунта, вследствие изменения нагрузки, недостаточного уплотнения грунта перед строительством бассейна или отсутствия специальной защиты конструкции, заключающегося в отсутствия отвода осадков с помощью дренажных систем. Наиболее характерны деформации ванн в местах излома продольного профиля дна, отколы и отслоения облицовки в надводной части ванны, разрушение переливных желобов и углов ниш лестниц. Для предупреждения трещинообразования и разрушение дна в результате промерзания влажного грунта под ванной, опертой на грунт, устраивают многослойную подушку с дополнительной гидроизоляцией. Для защиты от внешнего гидростатического давления и действия агрессивных вод стенки изолируют с внешней стороны.
Равномерная осадка обычно не вызывает повреждения конструкций, хотя может повредить инженерные сети, соединенные с сооружением. Неравномерная осадка дает большие основания для беспокойства, поскольку вызывает значительные напряжения и может изменить условия, на основании которых делать базовые предположения, допущения или расчеты при проектировании сооружения.
В силу того, что трещины от чрезмерного нагружения находятся на растянутой зоне балок и плит, верхняя часть плиты, образующая пол ванны бассейна, находится в сжатой зоне и не образует трещин. Кроме это. Как правило, в ванне бассейна формируется черновой пол с последующей гидроизоляцией. Поэтому данные трещины не влияют на облицовку и не приводят к ее растрескиванию, конечно если мы говорим про нормальные трещины с контролируемой шириной раскрытия. Однако контроль данных трещин на балках, ригелях и плитах, находящихся под нагрузкой крайне важен, ведь они напрямую влияют на несущую способность конструкции.
Трещины, вызванные температурными изменениями [6]. Данный вид дефекты может наблюдаться для открытых и неотапливаемых ванн бассейнов. Особенно он выражен при многослойных системах, обладающих различными коэффициентами линейного расширения каким и является собственно бассейн.Температурные деформации возникают в трех случаях:
- наличии препятствий продольным деформациям;
- наличии препятствий поперечным деформациям;
- изменение температурного градиента по сечению или по длине элемента, особенно по границе контакта бетона разных возрастов, или бетона и выравнивающих слоев.
Обычно температурные деформации, опасные для конструкции, проходят с поверхности в глубину и развиваются довольно активно, так как температура внешних слоев бетона изменяется быстро, а внутренних – весьма медленно. В результате температурный градиент изменяется по сечению элемента, имея наибольшую величину у поверхности, особенно в двух -, трехсантиметровом наружном слое. Ж/б ванны бассейнов являются жесткими и деформации, вызываемые изменениями температур, могут привести к образованию трещин под прямым углом к элементу, ограничивающему свободу перемещений. Такие трещины по форме отличаются от трещин, вызванных нагружением конструкций. Температурные деформации в бетоне обратимы и принципиально отличаются от ползучести и усадки тем, что они во – первых никогда не прекращаются во времени, во – вторых – они протекают в течение определенного времени, т.е. относительно быстро. В процессе проектирования и расчета, для того чтобы контролировать ширину раскрытия температурных трещин, необходимо обеспечить наличие достаточного армирования, что позволит удержать их в границах заданных нормативами предельных значений. Армирование не предотвратит появления трещин, но позволит обеспечит нужное их распределение по длине строительного элемента и нормативную ширину раскрытия. Образование температурных трещин в конструкции в местах сопряжения предотвратить практически невозможно, поэтому крайне важно применять температурные и деформационные швы, выбор и устройство которых зависит от многих факторов.
Возникновение трещин из-за деформации конструкции вследствие ползучести бетона. Чрезмерные прогибы в конструкциях могут привести к образованию трещин в поддерживающих элементах. Чаще всего деформации происходят из-за неравномерной осадки и неправильным распределением нагрузок, а также неправильной эксплуатации сооружения, что для бассейна является скорее исключением. Равномерная осадка обычно не вызывает повреждения конструкций, особенно если она прогнозируема, хотя может повредить инженерные коммуникации, которые буквально опоясывают чашу бассейна.
Таблица 11. Деформации затвердевшего железобетона (В20) больших сечений на 10 метров длины [6]
| Вид воздействия | Удлинение мм/10м | Сжатие мм/10м |
| Усадка | — | 3 – 6 |
| Набухание | 1 – 3 | — |
| Ползучесть | 2 – 6 | 2 – 6 |
| Температурные деформации ∆t = 100 C (для крытого бассейна) | 1 | 1 |
| Температурные деформации ∆t = 800 C (для открытого бассейна) | 8 | 8 |
| Растягивающие нагрузки | 1 – 3 | — |
| Нагрузки на сжатие | — | 3 – 6 |
| Суммарное воздействие для крытого бассейна для открытого бассейна | 5 – 13 12 — 20 | 9 – 19 16 – 26 |
Ползучесть приводит к возникновению дополнительных изгибающих напряжений, в результате чего может произойти появление трещин в самых неожиданных местах. Длительность и величина ползучести зависят от прочности бетона и его свойств, а также от влажности воздуха. Данный процесс почти полностью прекращается через 2- 3 года и достигает примерно 0,2 – 0,6 мм/м. С помощью стальной арматуры в сжатой зоне можно снизить величину ползучести на треть. Строго говоря, деформация конструкции вызвана не только ползучестью, но и складывается из деформации усадки, температуры и сжатия. В Таб. 11 приведены показатели возможных деформаций в конструкции.
Как видно из приведенных данных для закрытого бассейна колебания могут составлять почти 20 мм на каждые 10 метров длины, а для открытых почти 30 мм. Данные напряжения возможно разрядить только правильно организованными швами. Таким образом, создание температурных швов в ванне бассейна является не капризом или каким – то не обоснованным требованием отдельных вовлеченных в строительство людей или служб, а необходимое, критическое требование, позволяющее избежать отказа конструкции, проявляющихся даже на ранних этапах эксплуатации. К сожалению, мы постоянно наблюдаем на практике, что даже в ванны 50 – метровой длины, уже на этапе проектирования лишены температурных швов в ванне бассейна (Рис. 11).
Далее, все последующие операции (выравнивание, гидроизоляция, облицовка), естественно, не содержат данных швов, позволяющие конструкции правильно работать как на удлинение, так и на сжатие. В результате появляются трещины в конструкции, происходит отказ гидроизоляции, нарушается целостность облицовки.
Потеря раствора. Пустоты. Минимальный защитный слой бетона. При определённых ситуациях, когда были допущены ошибки в изготовлении опалубки или раствор был очень жесткий, а также причины, по которым раствор не мог проникнуть на всю глубину конструкции (частая армирование, недостаточное вибрирование) возникают полости и пустоты (Рис. 13), которые могут занимать весьма обширные пространства. Если эти пустоты контактируют с опалубкой, то полости становятся открытыми. Также, если опалубка не герметична, то может происходить потери наиболее подвижной части раствора. Встречаются дефекты при которых визуально не видно арматурный каркас, однако толщины защитного слоя недостаточно согласно требованиям стандартов(Таб. 12).Эти виды дефектов может объединять одно следствие – это оголение арматурного каркаса и, как следствие, коррозия металла. Коррозия – самый серьезный и распространённый дефект и происходит через определенный промежуток времени. Коррозия привод к уменьшению диаметра арматуры и ее сцепления с бетоном. Уменьшение диаметра арматуры приводит к выходу из строя в первую очередь изгибаемых элементов (балок, плит, ригелей). Важный момент для коррозии арматуры связан с тем, что в новом строительстве, если выполнен защитный слой бетона необходимой марки и толщины, коррозии не происходит.
Таблица 12. Минимальный защитный слой бетона и его класс [9]
| Вид бетона | Минимальное значение толщины защитного слоя бетона, мм (над чертой), и марка бетона по водонепроницаемости (под чертой) в среде | ||
| слабоагрессивной | среднеагрессивной | Сильноагрессивной | |
| непреднапряжен -ный бетон | 20 / W4 | 20 / W6 | 25 / W8 |
| преднапряжен -ный бетон | 25 / W6 | 25 / W8 | 25 / W8* |
| арматура композит. Полимерная | минимальная толщина защитного слоя и марка бетона по водонепроницаемости не нормируются | ||
Это связано с тем, что кислород в бетоне вступает со щелочной окружающей средой с образованием очень тонкого непроницаемого слоя оксида железа, защищающего сталь от коррозии, т.е. происходит пассивация стали и если защитный слой бетона соответствует требованиям, то он образует трудно преодолеваемый барьер для проникновения разрушающих веществ извне, особенно углекислого газа, ионов хлора, химических добавок в воде бассейна, которые способны нарушить пассивацию. Другое дело, если арматура не находится в защитном слое или бетон очень пористый или недостаточной толщины – стойкость к коррозии арматурного каркаса в этом случае значительно снижается.
В отраслевых стандартах, к сожалению, не рассматриваются бетоны более высоких марок по водонепроницаемости, предположительно минимальные толщины защитного слоя бетона должны сохраняться, как и для более низких марок. Конечно, в бассейне необходимым условием является применение гидроизоляции и здесь выгодно отличается гидроизоляция Mapelastic, так как этот продукт выполняет функцию не только гидроизоляционного, но и защитного слоя. Подтверждено исследованиями, что 2 мм толщины Mapelastic создают барьер для проникновения агрессивных сред, как и 30 мм бетона.
Таблица 13. Характер повреждений бетона [6]
| Соотношение толщины защитного слоя и диаметра стержня | Вероятный тип повреждений на плоской поверхности бетона |
| 1 | Трещины и возможность локального выкрашивания |
| 2 | Более крупные трещины и опасность отслаивания |
| 3 | Отслаивание |
Однако, встречающиеся на практике убеждения подрядчиков, что при использовании защитного слоя гидроизоляции снимаются требования, предъявляемые к бетону и смежным работам (например, автору встречались подрядчики, проявляющее упорное нежелание демонтировать маяки (Рис. 14) после выравнивания стен) не являются обоснованными, так как ванна бассейна – это очень сложное техническое сооружение со многими неизвестными факторами, которые могут возникать как в процессе строительства, так и во время эксплуатации. Вид дефектов, происходящих в бетоне, напрямую зависит от диаметра арматуры и толщины защитного слоя (Таб. 13).
Коррозия арматуры приводит к возникновению трещин в бетоне, которое происходит параллельно арматуре или же происходит отслаивание поверхностного слоя бетона обычно под углом 450. Если арматурные стержни в конструкции находятся на большом расстоянии друг от друга и близко к поверхности, то наиболее вероятной формой повреждений будет появление трещин, выходящих на поверхность. Если стержни находятся близко друг к другу, или величина защитного слоя велика, то бетон может отслаиваться кусками.
4.3. Холодные швы
Холодные швы бетонирования или рабочие швы возникают при контакте бетона разных возрастов (Рис. 13). Данные швы могут образовываться на самых разных участках заливки, но чаще всего при работе с товарным бетоном большого объема, например, при формировании дна или чаще всего стен бассейна, так как горизонтальная плита бетонной ванны обычно менее массивна, чем ее стены и, кроме этого, опалубка, используемая при заливке бетона стен скрывает все дефекты.
Иногда, конечно, бетон заливают несколькими захватками специально, что необходимо по каким – либо техническим условиям. В таком случае контроль за холодным швом бетонирования контролируем, т.к. можно произвести монтаж гидрофобного шнура и гидрошпонки в места стыка бетона или склеить бетон с помощью специальных ремонтных составов на латексном синтетическом вяжущем или, что более предпочтительно — на эпоксидном вяжущем. Игнорирование холодных швов, особенно неправильно организованных, в резервуарах всех типов чревато негативными последствиями. В конструкции некоторые из швов могут и не влияют на работу, в то время как другие будут перегружены [10]. Разрушение температурного шва обычно происходит вследствие чрезмерного сжатия, с одной стороны, и образования пустот, с другой. Осколки бетона могут попасть в образовавшиеся полости и тем самым увеличить напряжения сжатия, что может привести к расщеплению углов бетонной конструкции. Вследствие перегрузки может произойти разрушение гидроизоляции, особенно у углов стыка.
4.4. Другие виды дефектов
Такие дефекты как изменение цветовой окраски, уступы на поверхности, неровность, шероховатость, шелушение бетонной поверхности, ржавые пятна, появление прогибов и прослойка песка на вертикальных встречаются повсеместно и имеют, как правило не представляют сильные неудобства. Природа их возникновения понятна и проста, и в основном зависит от качества производственного процесса изготовления бетонной ванны. Некоторые дефекты представлены в Таб. 14.
Таблица 14. Классификация дефектов
| Вид трещин, ширина раскрытия дана в миллиметрах | Степень повреждения | ||||
| очень незначи- тельные | незначи- тельные | умеренные | серьезные | очень серьезные | |
| проявление коррозии арматуры | едва заметны | светлые ржавые пятна | темные ржавые пятна | темные ржавые пятна | |
| трещины вдоль арматуры | отколы вдоль арматуры | ||||
| раковины | заметны | отверстия до ᴓ10мм | отверстия ᴓ10 — 50 мм | отверстия более ᴓ50мм | |
| отколы | явно заметны | крупнее, чем зерна крупного заполителя | участки размером до 150 мм | участки размером более 150 мм | |
БИБЛИОГРАФИЯ
6. Шилин А.А. Ремонт железобетонных изделий. – М.: Горное дело, 2010 – 519 с.
7. ГОСТ 12730.5-2018 Бетоны. Методы определения водонепроницаемости – М.: 2018
8. ГОСТ 12730.3-2020 Бетоны. Методы определения водопоглощения – М.:2020
9. СП 28.13330.2017 Защита строительных конструкций от коррозии – М.: 2017
10. Рибицки Р. Повреждения и дефекты строительных конструкций: Пер. с нем. – М.: Стройиздат, 1982 – 432с.