9Контроль качества работ, устранение дефектов, техника безопасности и защита окружающей среды
Контроль качества изготовления бетонных и железобетонных конструкций осуществляется на всех стадиях работы, начиная с приемки и хранения исходных материалов и, кончая снятием опалубки и уходом за бетоном (см. раздел 3.4). Он охватывает как качество используемых материалов и изделий, так и правильность выполнения всех технологич6ских операций.
Контроль ведется визуальными и инструментальными методами. Под визуальными методами обычно понимается осмотр или систематические наблюдения, не связанные с применением измерительных приборов или специального оборудования. Инструментальные же методы основываются на использовании различных приборов и испытательного оборудования, они могут включать отбор и испытания образцов используемых материалов или изделий, иногда обследование конструкции в целом. Визуальный контроль превалирует в деятельности линейного персонала строительно-монтажных организаций (мастера, прорабы и т.д.), но он обычно совмещается с простейшими измерениями с помощью рулеток, складных метров и т.д. Как и при земляных работах используются различные отвесы, визирки, шаблоны и проч. Из относительно сложных приборов прорабом или мастером обычно используется только нивелир (и то при отсутствии штатного геодезиста). Основная доля инструментального контроля выполняется строительными лабораториями, располагающими соответствующим лабораторным оборудованием, в том числе прессовым хозяйством, специальными приспособлениями, приборами химического анализа и т.д.
На стадии приемки и хранения исходных материалов (цемента, песка, щебня, гравия, арматурной стали, пиломатериалов и проч.) лаборатория проверяет соответствие всех этих материалов требованиям ГОСТов, для чего используется единая методика, рекомендованная для строительных лабораторий.
При изготовлении бетонной смеси проверяют точность дозирования материалов, продолжительность перемешивания, подвижность и плотность смеси. Подвижность смеси (осадка конуса ОК) должна оцениваться не реже двух раз в смену, причем отклонения ее от заданной величины не должны превышать ±1 см.
При изготовлении и установке арматуры проверяется наличие заводских марок и бирок, правильность складирования по маркам, сортам, размерам, правильность формы и размеров арматурных элементов. Качество сварочных узлов оценивается лабораторией путем их механических испытаний, гамма-рентгеновского просвечивания и проч. После установки и соединения всех арматурных элементов проводится окончательная проверка правильности размеров и положения арматуры, что фиксируется в соответствующих актах освидетельствования скрытых работ.
При устройстве опалубки контролируют правильность установки формующей ее части, плотность стыков в щитах, надежность крепежных и поддерживающих конструкций. Положение опалубки контролируется путем привязки к разбивочным осям и нивелировкой, размеры – обычными измерениями рулеткой.
При укладке бетонной смеси обычно контролируются: высота сбрасывания смеси, эффективность виброуплотнения, неизменность положения опалубки, арматуры и особенно закладных элементов, которые при бетонировании нередко смещаются.
Особое значение имеет контроль прочности бетона. Он проводится как на месте приготовления бетонной смеси (на заводах, бетоносмесительных установках и проч.), так и на месте ее укладки в блок бетонирования. Основным направлением такого контроля является «контроль по образцам», т.е. испытания образцов, специально приготовленных из используемой бетонной смеси. При определении прочности на сжатие образцы изготовляются в виде кубиков 150×150×150мм из приготовленной для данной конструкции бетонной смеси и выдерживаются в таких же условиях, в каких будет твердеть эта конструкция. Допускаются и другие размеры кубиков при условии введения поправок в результаты их испытаний. При определении прочности бетона на осевое растяжение, растяжение при раскалывании, при изгибе изготавливаются образцы другой формы – цилиндры, призмы, размеры которых тоже стандартизованы.
Число отбираемых проб регламентируется стандартами так же, как и число образцов, изготовляемых из каждой пробы (ГОСТ18105-86, ГОСТ 10180-90). Ранее определяющими были «внутрипостроечные» факторы – объем и вид бетонируемой конструкции. В настоящее время это тоже учитывается, но превалирующими становятся «заводские» факторы, относящиеся непосредственно к приготовляемой смеси. Базовым понятием стала «партия бетона», включающая бетон конструкций, формуемых на одном технологическом комплексе, одного состава, по одной технологии, в течении не менее одной смены и не более одной недели. Допускается объединять в одну партию бетоны разного состава, если такие различия невелики (конкретные критерии приводятся в ГОСТ18105-86).
Из каждой партии отбирается в общей сложности не менее двух проб и не менее одной пробы в сутки (как на предприятии-изготовителе бетонной смеси, так и на стройплощадке, где производится укладка этой смеси). При изготовлении сборных конструкций отбор проб идет еще чаще – не менее одной пробы в смену. По согласованию с проектной организацией, осуществляющей авторский надзор, пробы на месте укладки бетона в ряде случаев допускается не отбирать, ограничиваясь данными контроля предприятия-изготовителя бетонной смеси.
Из каждой пробы изготовляется серия образцов, число которых зависит от однородности бетонной смеси. Последняя определяется заблаговременно по коэффициенту вариации прочности бетона (среднему внутрисерийному). Если этот коэффициент не превышает 5%, из каждой пробы изготовляется не менее двух образцов. Если он лежит в пределах 6…8% – не менее трех при использовании одно- или трехместных форм и не менее четырех – при использовании двухместных форм. Если же он более 8%, изготовляется не менее 6 образцов (ГОСТ 10180-90).
Изготовленные образцы доставляются в лабораторию, где они после соответствующей выдержки подвергаются испытаниям с помощью прессов или разрывных машин. При таких испытаниях образцы, как правило, доводятся до полного разрушения.
Описанные способы контроля прочности бетона относятся к сфере текущего контроля, т.е. их применение возможно только в процессе выполнения бетонных работ. На практике же возможны ситуации, когда требуется оценка прочности бетона уже после его схватывания или даже после многих лет эксплуатации конструкции (например, при реконструкции сооружений). В этих случаях образцы выбуриваются или выпиливаются из готовой конструкции. Места отбора назначаются после визуального осмотра обследуемой конструкции. Пробы рекомендуется отбирать из мест, свободных от арматуры, удаленных от стыков и краев конструкции. Остающиеся после отбора полости заделываются мелкозернистым бетоном. Для выбуривания образцов применяются сверлильные станки с алмазными кольцевыми сверлами типа СКА или с твердосплавными сверлами. Для выпиливания применяются распиловочные станки с режущим инструментом в виде отрезных алмазными дисков типа АОК. Лабораторные испытания таких образцов производятся практически так же, как и образцов, изготовляемых из бетонной смеси, но в получаемые результаты вводятся поправки, учитывающие «нестандартные» размеры и формы образцов, т.е. их отличие от кубика «стандартного» размера 150×150×150мм. Эти поправки меняют результаты лишь на несколько процентов (не более чем на 20%.)
Все операции по отбору проб бетона, изготовлению и испытанию образцов обычно выполняют специалисты строительной или заводской лаборатории, однако прораб должен хорошо разбираться в этих вопросах, поддерживать постоянный контакт с лабораторией и своевременно принимать меры в случае выявления дефектов бетонной смеси.
Другим успешно развивающимся направлением являются неразрушающие методы испытаний конструкций, к которым согласно ГОСТ 22690-88, ГОСТ 17624-87) относятся следующие методы («экспресс-методы»):
метод упругого отскока и пластической деформации;
метод ударного импульса;
метод отрыва;
метод отрыва со скалыванием;
метод скалывания ребра
ультразвуковой метод.
Для каждого метода разработаны специальные приборы и соответствующие градуировочные (тарировочные) зависимости, позволяющие по измеряемым косвенным характеристикам оценивать искомую прочность бетона. Такие градуировочные зависимости корректируются применительно к конкретным условиям проведения испытаний.
Метод упругого отскока основан на нанесении ударов по поверхности бетона и замере отскока ударяющего элемента (бойка). Для этого используются различные приборы: пистолеты ЦНИИСКа, Борового, молоток Шмидта, склерометр КМ со стержневым ударником и т.д. Взвод и пуск бойка может осуществляться в них автоматически при соприкосновении ударной части с поверхностью бетона.
Метод пластической деформации также основан на нанесении ударов по поверхности бетона, но при нем замеряется не отскок ударяющего элемента, а диаметр остающегося на бетоне отпечатка (лунки). Из приборов, реализующих этот принцип оценки, наиболее простым является молоток Физделя. Имеются варианты этого метода, предполагающие не удары, а вдавливание в бетон соответствующего приспособления (индентора), или получение отпечатков ударяющего элемента не только на бетонной поверхности, но и на вставляемом в прибор «эталонном» стержне из стали, через который наносится удар. В последнем случае косвенной характеристикой прочности бетона становится не сам диаметр лунки на бетоне (dб ), а отношение диаметров лунок на бетоне и на эталонном стержне (dб /dЭ ). Это делает результаты испытаний более объективными, так как они значительно меньше зависят от навыков испытателя. Такой подход реализован в молотке Кашкарова, применяемом в нашей стране уже несколько десятилетий.
Метод ударного импульса также основан на нанесении ударов по поверхности бетона, но в отличие от рассмотренных методов при нем в качестве косвенной характеристики прочности бетона определяется параметр ударного импульса (отражающий распределение энергии удара во времени). В настоящее время это наиболее популярный метод неразрушающего контроля прочности. Широко используются приборы отечественного производства ИПС-МГ 4.01, ИПС-МГ 4.03, работающие на этом принципе. Успешно применяются «двухпараметрические» приборы, совмещающие определение параметра ударного импульса с замером отскока ударяющего элемента (ОНИКС-2.5, ОНИКС-2.6).
Метод отрыва основан на измерении усилия (напряжения), возникающего при отрыве металлического диска, приклеенного к бетону. Так как прочность клея (обычно эпоксидного) выше прочности бетона, такой отрыв всегда вызывает местное разрушение бетона вокруг приклеенного диска.
Метод отрыва со скалыванием основан на измерении усилия местного разрушения бетона при вырывании из него специального анкерного устройства. Такие устройства заделывается в шпуры, которые для этого пробуриваются в бетоне (на глубину нескольких сантиметров). В ряде случаев упомянутые анкерные устройства заделываются в бетон заблаговременно, на стадии бетонирования. В настоящее время широко применяется прибор отечественного производства ОНИКС-ОС, реализующий этот метод измерений.
Метод скалывания ребра основан на измерении усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции. В качестве одного из первых приборов, работающих на этом принципе, следует назвать ГПНС-4, рабочим органом которого является специальный крюк, надеваемый на край (ребро) конструкции. Крюк передает на бетон срезывающее (скалывающее) усилие, которое и вызывает скол бетона на данном локальном участке. При этом нагрузка возрастает плавно, со скоростью не более 1±0,3 кН/с. В настоящее время используется приборы отечественного производства ПОС-30-МГ4, ПОС-50-МГ4, реализующие этот метод измерений.
Для того чтобы избежать ошибок, вызванных неоднородностью поверхностного слоя бетона, необходимо проводить обследование не в отдельной точке, а на участке 100…600см2, причем количество опытов на таком участке не должно быть не менее 10 – при методе ударного импульса, 5 – при методе отскока и пластической деформации, 2 – при скалывании ребра. Только при отрыве и отрыве со скалыванием ГОСТ 22690-88 допускает единичные опыты.
Недостатком упомянутых выше экспресс-методов, объединяемых общим названием «механические методы», является возможность изучения ими лишь поверхностного слоя бетона, который может отличаться от бетона внутренней части конструкции. Этот недостаток отсутствует при использовании ультразвукового метода.
Ультразвуковой метод основан на использовании корреляционной связи между скоростью распространения ультразвуковых колебаний в бетоне и прочностью этого бетона. Специальным прибором измеряется скорость прохождения ультразвука через изучаемый участок бетонной конструкции, после чего и с помощью градуировочной зависимости определяется прочность бетона. В настоящее время наиболее широко используется приборы Пульсар-1.0, Пульсар-1.1, Пульсар-1.2., реализующие этот метод измерений.
В практической работе строителя полезно уметь ориентировочно оценивать прочность бетона без каких-либо измерительных приборов, ограничиваясь использованием обычного молотка и зубила. Это может быть эффективным дополнением визуальных оценок, средством выявления грубых ошибок, вызванных, например, неисправностью прибора и т.д. Критерием служит след, остающийся на бетоне после удара по нему молотком или после забивки в него зубила (одним ударом). При классе бетона ниже В7 после удара молотком (средней силы) на поверхности бетона образуется значительная вмятина, а зубило погружается более чем на 5мм. Если класс бетона лежит в пределах В7…В10 бетон от удара крошится и осыпается, а при ударе по ребру откалываются большие куски; зубило погружается до 5мм. При классе бетона В10…В20 удар молотка оставляет слабый след, могут откалываться тонкие лощадки (пластинки), а зубило откалывает только острые лощадки. При классе бетона выше В20 удар молотка оставляет на поверхности бетона слабый след, могут откалываться тонкие лощадки, а зубило обычно не откалывает лощадок, оставляя на поверхности очень слабый след.
Параллельно с контролем прочности бетона лаборатории проводят контроль других его свойств: плотности, водонепроницаемости, морозостойкости и проч. Результаты такого контроля систематически сообщаются строительной организации и представителям авторского надзора.
При производстве бетонных работ в зимнее время дополнительно контролируют:
температуру нагрева воды, заполнителей, продолжительность перемешивания смеси, концентрацию рабочих растворов противоморозных добавок;
состояние основания, которое не должно быть промороженным;
состояние опалубки и арматуры, которые должны быть тщательно очищены от снега и наледи,
температуру бетона во время его укладки и в процессе его выдерживания.
В процессе выдерживания бетона температуру измеряют в следующие сроки:
при бетонировании способом термоса и в тепляках без обогрева – каждые 2ч в первые сутки, не реже двух раз в смену в последующие трое суток и один раз в сутки в остальное время;
при бетонировании с противоморозными добавками – 3 раза в сутки до приобретения заданной прочности бетона;
при электропрогреве в период подъема температуры – через каждые 2ч, в дальнейшем не реже 2 раз в сутки;
при паропрогреве через каждые 2ч в первые 8ч, через 4ч – в дальнейшие 16ч и и один раз в сутки – в остальное время.
Для измерения температуры в бетоне оставляются температурные скважины, используются специальные термометры, в том числе термометры сопротивления, использующие зависимость электрического сопротивления чистых металлов, сплавов, полупроводников от температуры. Замеры делаются в наиболее охлаждаемых местах – углах, выступающих элементах и проч..
Исправление дефектов бетонных и железобетонных конструкций обычно наиболее эффективно, когда оно производится сразу же после окончания бетонирования. Технология такого исправления всегда должна приниматься с учетом причин возникновения этих дефектов. Наиболее распространенными дефектами являются следующие:
каверны и раковины, т.е. пустоты в бетоне, зоны дефектного (неплотного) бетона, образующиеся из-за недостаточного уплотнения бетонной смеси, реже – из-за ее низкого качества (недостаточное перемешивание, заниженное содержание цемента и т.д.);
повреждения защитного слоя с обнажением арматуры, выпадения отдельных кусков бетона из-за различных механических воздействий на неокрепший бетон;
трещины, возникающие из-за неправильного ухода за бетоном (недостаточный полив, отсутствие защиты от прямых солнечных лучей), из-за недооценки усадки бетона, из-за механических воздействий на неокрепший бетон;
малые углубления и отверстия, возникающие после извлечения из бетона приспособлений для крепления опалубки, после расчистки и разделывания поверхностные трещины и т.д.
Устранение каверн и раковин, т.е. заполнение их цементным раствором, бетоном или специальными клеями, осуществляется в зависимости от их формы, размеров и других факторов различными способами (рисунок 68):
заделка полостей жестким бетоном, выполняемая после расчистки и удаления дефектного (неплотного) бетона (рисунок 68а);
з
аполнение
полостей пластичным бетоном или
раствором через специальные воронки
из досок (рисунок 68б);заполнение полостей торкретированием;
заполнение полостей синтетическими клеями.
Заделка полостей жестким бетоном с удалением окружающего неплотного бетона (рисунок 68а) применяется при любых причинах возникновения полостей, особенно при больших размерах таких полостей. Удаление дефектного бетона обычно производится отбойным молотком, а при малых размерах раковин – ручным зубилом. При этом необходимо следить, чтобы не повреждались прилегающие зоны доброкачественного бетона, не нарушалось сцепление арматуры с бетоном. Расчищаемый участок должен иметь прямолинейные границы с прямыми, слегка закругленными углами, с уклонами верхних «граней», исключающими образование воздушных мешков.
Участок, подготовленный к заделке бетоном или раствором, тщательно очищается от пыли и хорошо увлажняется в течение суток. При заделке раковин синтетическими, в том числе эпоксидными клеями, напротив, бетон должен не увлажняться, а просушиваться.
Для заполнения больших полостей применяют бетон возможно меньшей подвижности, который укладывается слоями 20…35см. Нижний, наиболее подвижный слой должен иметь осадку конуса не более 6…8см. В целях уменьшения влияния усадки бетона между укладкой слоев следует делать перерывы продолжительностью примерно 0,5ч. При этом состав бетона (цемент/песок/щебень), заполняющего полость, желательно принимать близким к составу бетона ремонтируемой конструкции. Особое внимание следует уделять качеству уплотнения бетона в полостях, для чего используется вибрация или ручное штыкование. Опалубка для предотвращения выпадения бетона из полости обычно делается наборной, наращиваемой по мере бетонирования, т.е. после укладки каждого слоя.
При малых размерах полостей материалом заделки обычно служит цементно-песчаный раствор минимальной пластичности. Он готовится за 1…2ч до укладки для прохождения начальных процессов гидратации и снижения пластической усадки. Заполнение мелких полостей таким раствором обычно производится вручную, чаще всего без применения опалубки.
Заполнение полостей пластичным бетоном или раствором (рисунок 68 б) без удаления окружающих зон бетона целесообразно, когда вокруг полости не выявлено зон дефектного бетона, что бывает при использовании пластичных бетонных смесей нормального качества, но при недостаточном их вибрировании. В этих случаях делается из досок специальная опалубка в виде воронки, через которую литьем подается подвижная бетонная смесь. Используются растворы состава «цемент/песок» от 1:2 до 1:3 или бетоны на мелком щебне (гравии) состава 1:1,5:2,5 при В/Ц = 0,55…0,6. Через 1,5…2 суток воронку разбирают, а избыток (нарост) бетона осторожно срубают. Через 5…7 суток производят затирку бетонной поверхности.
Наилучшие результаты дает торкретирование подготовленных к заделке дефектных участков – полостей глубиной 4…15см, различных поверхностных повреждений. Нижней кромке при разделке полости придается уклон для скатывания зерен «отскока». Для предотвращения оплывания торкретирование ведется слоями толщиной 2см с перерывами 0,5ч.
Надежным и технологичным способом устранения полостей является заделка их синтетическими клеями – эпоксидными смолами, акриловыми эмульсиями и смесями на их основе. Такие смеси имеют очень высокую адгезию к бетону, особенно эпоксидные смолы. Следует лишь иметь в виду, что коэффициент температурного расширения эпоксидных смол в 3…5 раз выше, чем у бетона. Для уменьшения этой разницы целесообразно применять такие смолы не в чистом виде, а в виде смеси с песком или песком и мелким щебнем (состав «клей/заполнитель» обычно принимается 1:2…1:6). Оптимальная температура для твердения эпоксидных смесей +200С, при меньших температурах поверхности полости следует прогревать. Недостатками эпоксидных смол является их высокая стоимость и токсичность, в связи с чем они обычно применяются в небольших объемах, для небольших дефектных участков.
Повреждения защитного слоя обычно восстанавливается, как правило, торкретированием, но при малых размерах участков повреждения допустимо заделку производить вручную раствором состава 1:2,5.
Трещины в бетоне и неплотности в его структуре, являющиеся часто причинами проникновения через них влаги, что недопустимо для резервуаров или подземных сооружений, исправляются путем инъекции жидким цементным раствором или эпоксидными составами (рисунок 68в). Цементацию (инъекцию) производят раствором с В/Ц равным 8…10, при большой ширине на завершающих этапах инъекции раствор может сгущаться до В/Ц =1. Вокруг дефектного участка пробуриваются шпуры диаметром 2…4см на глубину, равную примерно половине диаметра дефектного участка. В отверстия закладываются трубы-инъекторы, через которые нагнетается цементный раствор или синтетический клей. Наилучшие результаты дает инъекция эпоксидных составов.
Малые углубления и отверстия, остающиеся после извлечения из бетона различных вкладышей, заделываются чаще всего жестким цементно-песчаным раствором состава 1:2.
Правила безопасности труда при бетонных работах обусловлены наличием целого ряда опасных производственных факторов, связанных с использованием машин, механизмов, электрических устройств, с работой на высоте и проч.
Технология устройства опалубки, особенно при значительной ее высоте, при использовании крупных элементов, должна гарантировать безопасность труда и подробно излагаться в ППР. За соблюдением указаний ППР, связанных безопасностью работ, должен вестись постоянный контроль. Запрещается размещение на опалубке оборудования и материалов, не предусмотренных ППР, не допускается пребывание людей, не участвующих в производстве работ на настиле опалубки. Разборка опалубки производиться после набора бетоном прочности, обеспечивающей сохранность распалубленных конструкций. Она допускается только с разрешения прораба, а в ответственных случаях – главного инженера.
Заготовка и обработка арматуры должна выполняться в специально предназначенных для этого и соответственно оборудованных местах. Опасные места должны быть ограждены, торчащие (торцовые) части стержней в местах узких проходов закрываться щитами. Очень важно обеспечение надлежащего порядка в складировании стержней и элементов каркасов.
Укладку бетона допускается начинать только после проверки исправности и надежности подмостей, тары, опалубки. Эстакады для подачи бетонной смеси автосамосвалами должны быть оборудованы отбойными брусьями как поперечными, так и продольными. Между продольным отбойным брусом и ограждением должны быть предусмотрены проходы шириной не менее 0,6 м.
При использовании бадей или бункеров разрешается выгрузка из них бетона с высоты не более 1м. Запрещается перемещение бункера с открытым затвором. При уплотнении бетонной смеси электровибраторами перемещать вибратор за токоведущие шланга не допускается, а при перерывах в работе и при переходе с одного места на другое электровибраторы необходимо выключать.
При электропрогреве бетона зона электропрогрева должна иметь стандартное защитное ограждение, световую сигнализацию и знаки безопасности. Сигнальные лампы должны подключаться так, чтобы при их перегорании отключалась подача напряжения. Зона электропрогрева бетона должна находиться под круглосуточным наблюдением электромонтеров, выполняющих монтаж электросети. Открытая (незабетонированная) арматура железобетонных конструкций, связанная с участком, находящимся под электропрогревом, подлежит заземлению (занулению).
Охрана окружающей среды при выполнении бетонных работ включает мероприятия, связанные в основном с предотвращением засорения территории твердыми отходами (строительным мусором). При больших объемах такие отходы удаляются за пределы стройплощадки в места централизованного захоронения или утилизации, в большинстве же случаев их просто перемещают в пределах площадки пониженные места и засыпают землей (на стадии благоустройства территории). При использовании больших объемов воды (например, для полива бетона) должен обеспечиваться организованный сток воды, исключающий размыв поверхности участка. На предприятиях по приготовлению бетонных смесей при использовании химических добавок следует принимать меры по исключению попадания этих добавок в грунты окружающей территории.
Контрольные вопросы:
Каким образом производится контроль прочности бетона в ходе бетонных работ?
Какие неразрушающие методы определения прочности бетона применяются в настоящее время?
Какими способами заделываются полости (раковины, каверны) в бетоне?
Как восстанавливается нарушенный защитный слой в железобетоне?
Как восстанавливаются дефектные зоны, обусловливающие проникание е влаги через подземные бетонные (железобетонные) стенки или стенки резервуаров?
Каковы основные правила безопасного выполнения работ по электропрогреву бетона?
Какие природоохранные мероприятия необходимы при бетонных работах?