CC BY
1Б.И. Пинус, д-р техн. наук, проф.
Н.А. Емельянова, магистрант Национальный исследовательский институт Иркутского государственного технического университета
УДК 624. 012. 45
К ВОПРОСУ О СЕЙСМОУЯЗВИМОСТИ ЖИЛЫХ ДОМОВ СЕРИИ 1-335С
В статье приведен анализ статистических данных конструктивных свойств газозолобетона и арматуры стеновых панелей ограждения крупнопанельных зданий, эксплуатируемых длительное время в условиях Восточной Сибири.
Ключевые слова: стеновые панели, газозолобетон, прочность, деформативность, уязвимость.
B.I. Pinus, D. Sc. Engineering, Prof.
NA. Emelyanova TO SEISMIC VULNERABILITY OF 1-335С SERIES APARTMENT HOUSES
The paper analyzes the statistical data and aerated ash concrete structural properties and wall reinforcement panels of large buildings maintained for a long time in conditions of East Siberia.
Key words: wall panels, aerated ash concrete, strength, deformability, vulnerability.
Актуальность и постановка вопроса. Продолжающаяся эксплуатация в сейсмоопасных районах крупнопанельных жилых домов первых массовых серий, в том числе и серии 1-335 С, сопряжена со все возрастающим риском, обусловленным:
- превышением нормируемого срока использования наружных стеновых панелей и их герметизированных стыков;
- отсутствием обоснованных системных и эффективных капитально-предупредительных ремонтов и, как следствие, образованием и развитием дефектов и повреждений;
- естественным физическим износом и накоплением усталостных явлений и несовершенств в несущих конструктивных элементах;
- несовершенством использованных объемно-планировочных и конструктивных решений.
Известно, что первоначально конструктивная схема зданий серии 1-335С была разработана в
виде неполного поперечного каркаса с диафрагмой жесткости (дымовентиляционные блоки) и несущими наружными стенами из легких ячеистых бетонов в обоих направлениях. В районах Восточной Сибири в качестве несущего материала ограждения использован газозолобетон.
Между тем современными нормативными документами, в том числе актуализированной редакцией СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции», введены ограничения на применение газозолобетона как несущего материала конструктивных элементов зданий с предельной высотой в 3 этажа. Отметим, что здания серии 1-335С - 4-5-этажные, с несущими ограждающими газозолобетонными панелями.
Кроме того, ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» не рекомендует использовать ячеистые бетоны неавтоклавного твердения (в том числе и газозолобетон) для изготовления наружных стеновых панелей.
Если учесть существенное ужесточение современных требований к вопросу обеспечения сей -смостойкости зданий, заниженность конструктивного армирования диафрагм жесткости, межсекци-онных и межквартирных перегородок, состояние закладных деталей, определяющих пространственный характер работы здания при динамических воздействиях, то становится очевидным, что обеспечение надежности эксплуатации зданий серии 1-335 С является актуальной технической проблемой [1].
Одновременно она является и большой социально-экономической проблемой ввиду сложности и напряженности жилищно-бытовых условий и ограниченности средств на ремонт, восстановление или воспроизводство жилого фонда. Поэтому пролонгация сроков использования зданий серии 1-335 С, в том числе имеющих дефекты, повреждения, проявления износа, усталости и другие несовершенства, является объективной реальностью и сопряжена с необходимостью оценки их сейсмоуязвимости.
Ресурс сейсмостойкости зданий может быть оценен прямыми, весьма трудоемкими и дорогостоящими динамическими испытаниями зданий (фрагментов зданий) или путем численного моделирования вероятных расчетных ситуаций с использованием статистически обоснованных фактических параметров сопротивляемости несущих конструкций.
Определение прочностных и деформативных свойств бетона и арматуры газозолобетонных стеновых панелей, эксплуатируемых в условиях Восточной Сибири, является основной целевой задачей настоящего исследования.
Объект исследования. Жилые 4-5-этажные здания серии 1-335С с несущими стеновыми панелями из газозолобетона толщиной 400 мм, эксплуатируемые в г. Иркутске в течение 35-45 лет.
Методика исследования. Визуально-инструментальное освидетельствование технического состояния с диагностикой по критериям работоспособности [2] и последующая оценка прочностных, деформативных и физических свойств газозолобетона и арматуры разрушающими [3] и неразрушающими [4] методами. Отбор проб бетона производился выбуриванием из наружных стеновых панелей, различно ориентированных в пространстве. Номинальный диаметр проб составлял 70 мм, глубина отбора - 100-150 мм.
Результаты экспериментальных испытаний были обработаны с использованием стандартных статистических методов и аппроксимированы теоретическими зависимостями с оценкой требуемого уровня сходимости. При этом показатели прочности цилиндрических образцов были скорректированы с учетом фактических размеров и переведены на значения кубических аналогов.
Основные результаты испытаний и их анализ. Обобщенные данные прочностных характеристик газозолобетона представлены в таблице 1.
Таблица 1
Статистики распределения прочности газозолобетона на осевое сжатие
Параметр распределения Значение
Минимальное значение, МПа 3,1
Максимальное значение, МПа 5,9
Среднее значение, МПа 4,7
Дисперсия, МПа2 0,4
Коэффициент вариации 0,13
Коэффициент Стьюдента 1,69
Число вариантов 42
Графический анализ результатов испытаний представлен на рисунке.
— -график экспериментального распределе ния
■ ’ - график теоретического распределения
Прочность, МПа
Рис. Графическое представление результатов испытаний
Установлено, что ориентация стенового ограждения несущественно влияет на прочность бетона при условии отсутствия его периодического увлажнения в осенне-зимний период. При этом коэффициент вариации находится в пределах нормативных значений, что позволяет с большой
достоверностью оценить нормативное сопротивление бетона как показатель прочности газозоло-бетона 95%-ной обеспеченности. Исходя из этого, нормативное сопротивление ячеистого бетона составило 3,3 МПа, что соответствует марке М50 и позволяет идентифицировать показатель прочности на растяжение Яы,п = 0,41 МПа и начальный модуль упругости Еь = 5,5 • 10-3 МПа.
Статистики распределения показателей физических и защитных свойств газозолобетона представлены в таблице 2.
Таблица 2
Показатели Опытные значения величин Примеча- ние
Диапазон значений Среднее Средне- квадратическое отклонение Коэффициент вариации
Плотность в сухом состоянии, кг/м3 833-1083 990 115,8 11,7
Общая пористость, % 52-64 56,3 8,1 14,3
Влажность, % 77-28,6 18,9* 5,6 29,4* *- с учетом отбраковки
Водонасыщение, % 26-45 35,3* 8,3 23,5* То же
Водородный показатель, рН 8-9,2 8,5 0,5 5,8
Коэффициент теплопроводности, Вт/м°С 0,18-0,24 0,22 0,02 9,3
Анализируя полученные результаты, необходимо отметить, что они совпадают по значимым характеристикам с нормируемыми величинами для ячеистого бетона марки Б900-Б1000. Однако при обычно приемлемом показателе общей пористости существенно изменена ее структура: объем открытых пор достигает 44%, в том числе капиллярных до 35%. При такой пористости становится проблематичным вопрос защиты арматуры панелей, особенно если учесть низкое значение рН по-ровой влаги и наличие переувлажнения стен западной (для регионов Восточной Сибири!) ориентации и участков стен над оконными проемами.
Результаты обследования (расслоение панелей по сечениям в уровне размещения арматуры) и сильная коррозия арматуры подтверждают низкий уровень защитных свойств деструктуриро-ванного газозолобетона. Физико-механические параметры арматуры установлены путем испытания на разрыв образцов с гладкой (класс А240, номинальный диаметр 8-12 мм) и периодического профиля (класс А300, номинальный диаметр 8-12 мм) поверхностью. Основные статистики распределения данных испытаний представлены в таблице 3.
Таблица 3
Статистики прочности и деформативности газозолобетонных стеновых панелей
Номинальный диаметр, мм Предел текучести, МПа Предел прочности, МПа Относительное удлинение, %
Вид арматуры Число образцов е е а е р с - е о к с Й ^ тине & й ^ § ^ 2 § н ео нед е р с е е а е р с среднеквадратическое отклонение среднее е о к с е че н Й ае & 8 о ал вк « н й ° дн е р с
Гладкая 8-12 12 275 30,2 365 33,6 6,95 0,84
Периодического профиля 8-12 12 390 55,9 508 58,9 5,81 0,72
Установлено, что средние показатели коррозионного износа гладкой арматуры составили 19,6%, а периодического профиля - до 50% номинального диаметра. Причем глубина коррозионных повреждений достигает до 80% высоты сечения.
Прочностные характеристики арматуры, оцененные с учетом 95% обеспеченности, позволяют идентифицировать гладкую арматуру как соответствующую классу А240, а стержневую -
A3 00. Однако величины относительных удлинений при разрыве существенно ниже значений, устанавливаемых для арматуры этих классов соответствующими стандартами. Это означает значительную потерю пластических свойств арматуры, являющихся одним из важнейших факторов сейсмостойкости железобетонных элементов.
Обращает на себя внимание и характер разрыва образцов - хрупкий, внезапный, приуроченный к сечениям с максимальным ослаблением (питтинговые сечения) или мест приварки поперечной арматуры.
Основные выводы и предложения
1. Физико-механические характеристики газозолобетона наружных стен, не имеющих признаков расслоения, соответствуют основным нормируемым параметрам, что позволяет считать их пригодными к дальнейшей эксплуатации с принятием конструктивных и защитных мер, исключающих их увлажнение. Прочность газозолобетона достаточна для восприятия главных растягивающих напряжений, являющихся расчетными параметрами сопротивляемости при сейсмических воздействиях.
2. Газозолобетон стеновых панелей, эксплуатируемых длительное время в реальных климатических условиях (г. Иркутск), характеризуется слабощелочной средой (рН = 8-9), что является следствием его карбонизации углекислым газом атмосферы. Измененная структура бетона, характеризующаяся преобладанием открытой пористости, при наличии увлажнения ведет к интенсификации коррозии арматуры, «провоцирующей» расслоение (разрушение) ограждения.
3. Дальнейшая эксплуатация жилых домов подобной серии требует:
- детального мониторинга и паспортизации всех эксплуатируемых зданий с согласованной методикой и частотностью их проведения компетентными лицами;
- проведения выборочных динамических испытаний зданий (или их фрагментов) с оценкой ресурса их несущей способности;
- разработки конструктивно-технологических решений по усилению жилых зданий с учетом гидро- и теплоизоляции наружного ограждения.
Библиография
1. Пинус Б.И., Кажарский В.В. Повышение сейсмостойкости крупнопанельных зданий: материалы междунар. науч.-практ. конф. - Иркутск, 2009. - С. 167-173.
2. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
3. ГОСТ 28570-90. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций.
4. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.
Bibliography
1. Pinus B.I., Kazharsky KKIncreasing of seismic stability of large-panel buildings. Materials of the International scientific practical conference. - Irkutsk, 2009. - P. 167-173.
2. GOST Р 53778-2010. Buildings and constructions. Rules for technical condition inspection and monitoring.
3. GOST 28570-90. Concrete. Methods of durability definition on the samples selected from the construction.
4. GOST 22690-88. Concrete. Determine the strength by mechanical methods of nondestructive testing.
