Нормативные сроки службы бетонных и железобетонных конструкций и принципы их
проектирования по параметрам долговечности
Вячеслав Рувимович ФАЛИКМАН, доктор материаловедения, кандидат химических наук, зав. сектором долговечности железобетонных конструкций.
Валентина Федоровна СТЕПАНОВА, доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией коррозии и долговечности бетона и железобетона.
НИИЖБ им. А. А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство», 109428 Москва, 2-я Институтская ул., 6, корп. 5
Аннотация. Систематизированы основные критерии, необходимые для определения нормативных сроков эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций, проведен анализ состояния отечественной и зарубежной нормативной базы в части требований к срокам службы железобетонных конструкций, рассмотрены основные нормативно-технические документы в области проектирования железобетонных конструкций зданий и сооружений по их жизненному циклу. Описаны виды коррозионных повреждений железобетонных конструкций и определяющие их факторы, приведены согласованные на международном уровне модели долговечности для некоторых деградационных процессов. На основе проведенных работ подготовлены предложения по оценке коррозионного состояния эксплуатировавшихся железобетонных конструкций, их остаточной несущей способности, эксплуатационной пригодности, ожидаемого срока службы в заданных агрессивных условиях и методов определения нормативных сроков службы железобетонных конструкций. Даны предложения по разработке и актуализации ряда релевантных нормативных, технических и организационно-методических документов.
Ключевые слова: бетон и железобетон, долговечность, сроки службы, модели, расчеты, критерии технического состояния, стратегии эксплуатации, проектирование по жизненному циклу, своды правил, стандарты. конструкций, условий их работы, а также степени ответственности проектируемых объектов, определяемой материальным и социальным ущербом при нарушении их работоспособности. Уточнение нормативных сроков службы железобетонных конструкций зданий и сооружений имеет большое значение для экономики страны и во многом определяет задачи нового строительства и сохранения существующих основных фондов.
В процессе эксплуатации железобетонные конструкции подвергаются воздействию разных факторов окружающей среды (силовые, физические, химические, техногенные и т. д.). Учет воздействия данных факторов на работу конструкции осуществляется, как правило, путем введения различных коэффициентов запаса, которые не отражают в полной мере реальную работу конструкции, а зачастую не раскрывают механизма изменения свойств материала под действием агрессивных сред. Расчет долговечности и надежности конструкций должен учитывать динамику процессов, протекающих в материале под действием агрессивных сред. Для этого должны быть установлены основные характеристики сопротивления бетонов действию химически активных веществ и определен механизм взаимодействия материала со средой.
Имеющийся в настоящее время опыт эксплуатации железобетонных конструкций позволяет изучить процесс износа отдельных элементов и выявить тенденцию накопления повреждений в конструкциях с длительным сроком службы. Изучение закономерностей изменения состояния конструкций и экстраполяция их для будущих отрезков времени дают возможность прогнозировать срок службы как конструкций, так и здания в целом.
Общепринято, что расчет по предельным состояниям имеет целью обеспечить надежность здания или сооружения в течение всего его срока службы, а также при производстве работ. Вместе с тем многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что значения расчетно-конструктивных параметров конструкций и величины внешних воздействий носят случайный характер, т. е. отклоняются от средних значений, обычно принимаемых в расчетах. Можно утверждать, что метод, достоверно отражающий работу конструкции, должен в большей степени базироваться на методах теории вероятности. Следовательно, наличие достоверных статистических характеристик расчетно-конструктивных параметров и факторов окружающей среды — необходимое условие для вероятностного расчета конструкций.
Для более точной оценки долговечности и повышения безопасности при эксплуатации расчет конструкций должен отражать их реальную работу при совместном действии нагрузки и агрессивной среды, а также учитывать случайный характер величин, принятых в расчете. Поэтому внедрение проектирования конструкций по параметрам долговечности, использование вероятностных и полувероятностных методов расчета железобетонных конструкций, учитывающих воздействие различных факторов и достоверно передающих работу конструкции, определение реальных сроков службы конструкций для обоснованно выбранных стратегий их эксплуатации — актуальная задача, позволяющая обеспечить устойчивое развитие. Решение задач по уточнению нормативных сроков службы железобетонных конструкций должно способствовать повышению долговечности и безремонтного срока службы зданий и сооружений, а также сокращению затрат при возведении железобетонных зданий с пониженным уровнем ответственности или при низких уровнях агрессивного воздействия окружающей среды.
Сложность установления нормативных сроков службы железобетонных конструкций зданий и сооружений заключается в том, что отдельные элементы зданий и сооружений имеют сильно различающиеся нормативные сроки службы при установленных ГОСТ 27751— 2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» рекомендуемых сроках службы зданий и сооружений.
В результате применения данного норматива на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [1]. ГОСТ 27751 предписывает, что для каждого сооружения следует установить его класс (КС-1, КС-2 или КС-3) в зависимости от назначения, а также социальных, экологических и экономических последствий повреждений и разрушений. В зависимости от класса сооружений при их проектировании необходимо использовать минимальные значения коэффициентов надежности по ответственности. Класс и уровень ответственности сооружений, а также численные значения коэффициента надежности по ответственности определяет генпроектировщик по согласованию с заказчиком в задании на проектирование, но не ниже тех, которые устанавливает ГОСТ.
Анализ результатов, полученных в многочисленных обследованиях, а также требований, приведенных в ВСН 58-88(р) «Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения», позволяет сделать следующие выводы:
• существует ряд элементов зданий, для которых фактические сроки службы значительно ниже нормативных. Это относится в первую очередь к рулонным кровлям, стыкам наружных стеновых панелей, полам из линолеума и поливинилхлоридных плиток;
• в некоторых видах сборных железобетонных элементов стен и перекрытий, срок службы которых определяет срок службы всего здания, в первый период эксплуатации возникают значительные повреждения, что не дает оснований рассчитывать на использование их в течение всего нормативного срока службы.
К таким элементам относятся, например, применявшиеся для стен и перекрытий тонкостенные вибропрокатные плиты, плоские плиты перекрытий толщиной 10 см, некоторые виды ячеистобетонных крупных блоков. Обследования показывают, что трещины и прогибы, возникшие в этих конструкциях, имеют тенденцию увеличения во времени;
• некоторые комбинированные, или композитные, конструкции, состоящие из нескольких материалов с различной долговечностью, не могут обеспечить требуемый срок службы в связи с тем, что не предусмотрено замены материалов с меньшим сроком службы без разрушения всей конструкции. Так, трехслойные стеновые панели с утеплителями, у которых срок службы 20—30 лет, не могут рассчитываться на 100—150-летний срок службы.
Принятые в настоящее время по ГОСТ 27751 нормативные сроки службы основного большинства капитальных зданий и сооружений классов КС-2, КС-3 определяют их в пределах 100—150 лет. При этом основные несущие железобетонные конструкции имеют срок службы, равный сроку службы здания.
Для всех остальных конструкций сроки службы установлены с учетом их замены в течение периода эксплуатации здания. Вместе с тем наблюдается достаточно значительный разброс значений показателя продолжительности эксплуатации, что создает неопределенность в планировании ремонтов. Например, срок службы лестниц определен ВСН 58-88р в 40—60 лет. В этом случае для здания со сроком службы 125—150 лет необходимо заменить лестницы, причем новые элементы после замены не исчерпают своего срока службы. Как результат, заложенная в нормативах неопределенность предполагает необязательность соблюдения установленных нормативов, что на практике приводит к невозможности четко обеспечить выполнение планово-предупредительных ремонтов или обосновать стратегию эксплуатации.
Таким образом, необходимо установить более четкие нормативные требования к срокам службы элементов зданий, и прежде всего железобетонных конструкций, выделив два этапа:
• нормирование требуемых сроков службы элементов и согласование их со сроком службы здания;
• уточнение и назначение сроков службы различных видов конструкций, используя принципы их проектирования по параметрам долговечности.
Источник: ПРОМЫШЛЕННОЕ И ГРАЖДАНСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО 6/2019