С целью определения остаточной несущей способности строительных конструкций, авторами статьи были выполнены мероприятия по контролю повреждений железобетонных строительных конструкций, на примере постамента под емкости расположенного на территории опасного производственного объекта в городе Ухта (рис. 1).

Рис 1. Общий вид сооружения.

Основным повреждающим фактором, данного постамента, стал самый распространенный вид коррозии бетона – растворение составных частей цементного камня. Постамент эксплуатируется на открытом воздухе. При этом он подвергается воздействию атмосферных осадков, утечкам среды из емкостного оборудования, установленного на постаменте, и технологической воды, используемой при гидроиспытаниях, промывке оборудования.  Составной частью бетона является легкорастворимый компонент – гидрат окиси кальция, поэтому со временем он растворяется и постепенно выносится, нарушая при этом структуру бетона.

При проведении стандартной плановой экспертизы промышленной безопасности железобетонных сооружений необходимо не упустить не только повреждения бетонных конструкций, но и скрытой в теле бетона – стальной арматуры.

Постамент был введён в эксплуатацию в 1952 году. Сооружение одноярусного постамента состоит из трех отдельных опор под емкости, объединенных между собой площадками обслуживания. Опоры постамента и площадки обслуживания выполнены из монолитного железобетона (арматура гладкая класса АI, бетон марки М-140). После реконструкции часть площадок была заменена на металлические.

Опоры постамента выполнены круглыми в плане, состоящими из колонн прямоугольного сечения, объединенных кольцом и жестко соединенными с поперечными и продольными балками (ригелями), по верху которых устроена сплошная плита покрытия (рис. 2).

Фундаменты постамента выполнены из монолитного железобетона столбчатого типа с уширением в виде ступенчатых плит у основания. Отметка низа фундаментов -2.00 м. Высота постамента до верха покрытия составляет 7.10 м.

Основанием фундаментов сооружения является песок серого цвета, гравелистый, средней плотности, влажный до водонасыщенного, с включением гальки до 5%, с примесью органических веществ, загрязненный нефтепродуктами. Уровень грунтовых вод расположен на отм.-3.50 м.

По результатам обследования конструкций каркаса наиболее опасные повреждения выявлены в поперечных и продольных балках (ригелях) монолитных железобетонных рам постамента в виде нормальных и наклонных трещин, шириной раскрытия до 1.4 мм. Наибольшее количество трещин зафиксировано в поперечных ригелях постамента, (рис. 3). Данные трещины характерны для перегрузки конструкции, которые привели к образованию остаточных деформаций (достижение арматурой пластических удлинений или образования сдвигов, нарушение ее сцепления с бетоном). Симметричное расположение трещин по противоположным боковым поверхностям конструкций свидетельствует об их сквозном характере.

Возможными причинами, способствовавшими развитию трещин в железобетонных конструкциях являются:

- длительный срок эксплуатации сооружения при воздействии на его конструкции нагрузок цикличного характера (уровень продукта изменяется неоднократно в течение суток);

- дефекты строительства (недостаточное уплотнение бетонной смеси);

- нарушение защитного слоя бетона, выщелачивание извести из поверхностного слоя бетона и коррозия арматуры, развитию коррозии бетона способствовало постоянное увлажнение конструкций вследствие неорганизованного отведения атмосферных осадков.

Вышеуказанные причины также способствовали развитию трещины шириной раскрытия до 4 мм по всей высоте конструкции кольцевого пояса.

В колоннах каркаса разрушен защитный слой бетона с обнажением арматуры (рис 4).

Выщелачивание извести из тела бетона конструкций каркаса зафиксировано ориентировочно на 70% площади конструкций. В отдельных участках конструкций выявлены разрушения бетона глубиной до 80 мм с оголением и коррозией арматуры (рис.5).

Железобетонные площадки обслуживания имеют значительные повреждения в виде сквозного разрушения бетона (рис. 6), недостаточной толщины защитного слоя бетона по нижней горизонтальной поверхности кольца.

Разрушение конструкций связано с выщелачиванием извести из поверхностного слоя бетона. Развитию повреждений способствовало постоянное увлажнение конструкций вследствие неорганизованного отвода атмосферных осадков.

Металлоконструкции площадок обслуживания имеют повреждения антикоррозионного покрытия.

Фундаменты сооружения находятся в работоспособном состоянии, дефектов и повреждений конструкций, свидетельствующих о недопустимых деформациях оснований, не зафиксировано.

Выводы:

Железобетонные несущие строительные конструкции обследуемого объекта, были подвержены систематическому воздействию атмосферных осадков, технологических отходов, переменной нагрузке. Основные повреждения несущих конструкций постамента, были сформированы в результате непредусмотренных проектом коррозионных воздействий.

При проведении экспертизы промышленной безопасности, для определения срока дальнейшей безопасной эксплуатации железобетонных строительных конструкций постаментов и этажерок, необходимо учитывать вышеописанные эксплуатационные дефекты. Это позволит уже на стадии ознакомления с технической документацией, а также при проведении визуально-измерительного контроля, сориентировать и уточнить методы и объём необходимого дополнительного контроля.

Рис. 1. Общий вид объекта

Несущая конструкция башни состоит из двух частей: нижней пирамидальной высотой 35 м, с размером в плане – основания 10,8 х 10,8 м, верха 4,7 х 4,7 м; верхней призматической части высотой 48 м с размерами в плане 4,7 х 4,7 м.

Пояса и решетки башни запроектированы и смонтированы из электросварных и горячедеформированных труб. Элементы площадок из профильного проката. Площадки башни из укрупненных щитов заводского изготовления, опирающихся на распорки башни.
Газоотводящий ствол представляет собой металлическую тонкостенную оболочку диаметром 3000 мм, укрепленную ребрами жесткости. Толщина оболочки ствола 8 мм.
Вертикальная нагрузка от газоотводящего ствола передается на самостоятельный фундамент. Проектом предусмотрена возможность подвески газоотводящего ствола на отм. +83.75 для проведения его ремонта. Горизонтальные ветровые нагрузки от газоотводящего ствола передаются на несущие конструкции башни на отм. +20.500, +35.000, +50.000, +65.000 и +80.000 через площадки. Конструктивное решение узлов передачи нагрузок обеспечивает свободу вертикальных температурных перемещений газоотводящего ствола.
На отметке +10.000 к газоотводящему стволу примыкают соосно два подводящих газохода диаметром 2220 мм (рис.2). Внутри ствола имеется разделительная перегородка.

Рис. 2. Примыкание к трубе двух соосных подводящих газоходов

При визуальном осмотре анкерных групп – узлов сопряжения поясов башни и ствола трубы с фундаментами – силовых и коррозионных повреждений не выявлено. Конструктивное исполнение трубы соответствует проектному решению, техническое состояние работоспособное.

При визуальном осмотре стальной башни силовых и коррозионных повреждений не выявлено. При этом отдельные элементы стальной решетки, в том числе узлы сопряжения, имеют участки с поврежденным антикоррозионным слоем и поверхностной коррозией. В узлах сопряжения отдельных элементов отсутствуют монтажные болты (рис 3). При этом наличия повреждений сварных швов в указанных зонах не выявлено. Конструктивное исполнение башни (по результатам выборочного контроля) соответствует проектному решению, техническое состояние работоспособное.

Рис. 3. Общий вид узла стыка башни (отсутствуют болты)

В связи с тем, что доступ внутрь трубы не представлялся возможным, выполнено визуальное освидетельствование внутренней поверхности футеровки верхней части трубы, а также произведен тепловизионный контроль состояния самой футеровки тепловизором FLIR Systems B400 (рис. 4).

Рис. 4. Тепловизионный контроль состояния футеровки

Съемка дымовой трубы произведена в пасмурный день. По результатам визуального и тепловизионного контроля перегревов поверхности трубы вследствие нарушения сплошности и целостности конструкции не выявлено, выраженных дефектов футеровки трубы, приводящих к появлению температурных аномалий, не наблюдается.

Результаты геодезических измерений (рис.5) показали максимальное отклонение верха трубы 77 мм, что не превышает предельно допустимое отклонение в 225 мм. Направление на­клона ствола трубы – северо-западное.
Кроме того, дополнительно были проведены геодезические измерения крена башни. Максимальное отклонение верха башни составило 158 мм, что не превышает предельно допустимое отклонение в 320 мм. Направление на­клона ствола трубы – северо-западное.

Рис. 5. Результаты геодезических измерений.

Выводы.
По результатам освидетельствования авторами статьи было установлено, что объект обследования соответствует предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасности.
С учётом вышеупомянутых тезисов о необходимости увеличения надёжности эксплуатируемых опасных производственных объектов необходимо продолжить данные геодезические наблюдения не реже двух раз в год и проводить тепловизионный контроль дымовой трубы один раз в год.

- с конструктивно – неуравновешенными движущимися частями, кривошипно-шатунными и кривошипно – кулисными механизмами (поршневые машины);

- с номинально – уравновешенными движущимися частями (центробежные машины, вентиляторы).

Отличительной чертой компрессоров и насосов являются большие динамические нагрузки, вызывающие вибрацию, которую воспринимают фундаменты. Дефект фундамента динамического оборудования выражается в снижении его способности поглощать энергию вибрации. При возникновении трещины в середине фундамента и расслоении бетона динамическое усилие от вибрации останется прежним при фактически двукратном уменьшении массы самого фундамента. Увеличение вибрации, в данном случае, произойдет более чем в два раза. Это может привести к разрушению самого агрегата.

Поэтому диагностика фундамента динамического оборудования является важнейшей составляющей достижения надёжности работы и состоит из нескольких этапов.

1. Изучение технической документации. На данном этапе выясняется необходимая информация, определяется тип и исполнение фундамента, использованная арматура, марка бетона. Для этого изучается проектная документация, материалы завода-изготовителя, строительная и эксплуатационная документация, акты, протоколы сдачи в эксплуатацию.

2. Визуальный и измерительный контроль. Выявляются сколы, раковины, участки пористого и рыхлого бетона, неровности, оголения арматуры. Также проводится сравнение фактических и паспортных геометрических размеров фундамента. При обнаружении трещин любого вида на поверхностях элементов фундаментов необходимо определить их положение, форму, направление, длину, ширину раскрытия, глубину, время и причину возникновения, а также установить, продолжается или нет их развитие. Для контроля над возможным развитием трещин устанавливаются маяки.

Достаточно частым явлением является пропитывание поверхности фундамента минеральным маслом, которое значительно снижает прочность бетона.

Фундамент не должен иметь связи с другими строительными конструкциями, с целью недопущения горизонтальных перемещений от вибрации. При неплотном прилегании рамы к фундаменту проводится подливка бетона. Выявленные пустоты могут привести к ослаблению фундаментных анкерных болтов. Проверяется наличие уклона в наружную сторону (не менее 1:50).

3. Оценка прочности бетона фундамента. Прочность бетона может определяться различными методами. При механическом способе используется молоток Кашкарова. При ультразвуковом методе контроля используется измеритель прочности бетона ИПС-МГ. Для разрушающего метода контроля со скалыванием бетона используют приборы ПОС-50МГ4, ОНИКС-ОС. Каждый из этих методов и приборов имеет свои плюсы и минусы.

Определение глубины карбонизации бетона позволяет оценить его защитные свойства. Для этого на свежий излом наносится проба раствора фенолфталеина. При увлажнении раствором фенолфталеина карбонизированный слой сохраняет свой первоначальный цвет, а некарбонизированный приобретает малиновую окраску. Глубина карбонизации определяется толщиной слоя от поверхности конструкции до границы окрашенной зоны.

4. Выявление фактического армирования фундамента. Проводится для подтверждения паспортных данных и получения исходных данных для проведения поверочного прочностного расчёта.

Для выявления армирования фундамента можно вскрыть защитный слой бетона для обнажения арматуры или использовать электромагнитный способ.

Места вскрытия выбираются с учетом напряженного состояния элементов железобетонных конструкций, максимально используя имеющиеся дефектные участки с наличием отслоений защитного слоя, продольных трещин, сколов, участков с механическими повреждениями и т.д. После вскрытия измеряются диаметры арматуры, определяется её класс, измеряется толщина защитного слоя. После этого места вскрытий заделываются цементным раствором.

5. Определение возможной осадки фундамента геодезическими методами. Осадка фундамента динамического оборудования может вызвать напряжения в присоединённых к агрегату трубопроводах и вызвать их разгерметизацию. Мониторинг возможной осадки фундамента проводится измерением по заранее закреплённым контрольным точкам (деформационным маркам) с привязкой к реперу государственной геодезической сети. Наблюдение за осадками производится циклично.

Для достоверной оценки состояния фундаментов необходимо провести все этапы технического диагностирования. Работоспособность фундамента и срок его дальнейшей безопасной эксплуатации напрямую зависит от того, насколько тщательно будет проведена эта работа.

Обобщая опыт, полученный при проведении диагностирования, авторы систематизируют наиболее часто встречающиеся повреждения стен, как одного из основных элементов промышленного здания. Стены промышленных зданий выполняются из кирпича и железобетонных стеновых панелей.

Причинами повреждений могут стать такие разнообразные факторы, как схема нагружения, условия работы, качество монтажных работ, климатический район, перепады температуры, осадка фундамента, усадка бетона.

Часто встречающиеся повреждения кирпичных стен:

• трещины (рис. 1,а);
  
• разрыв или отсутствие связей между стенами (рис.1,б);
  
• отклонение от вертикали;
  
• выпадение отдельных кирпичей;
  
• выпучивание и просадка отдельных участков стен;
  
• отсутствие и выветривание раствора швов кладки;
  
• разрушение кирпичной кладки (рис. 1,в);
  
• коррозия закладных деталей;
  
• отслоение облицовки и штукатурки (рис.1,г);
  
• замачивание стен (рис.1,д);
  
• выпучивание кирпичной кладки (рис.1,е);
  
• пробитые и незаделанные отверстия (рис.1,ж);
  
• замачивание, отсыревание и промерзание конструкций (рис.1,з);
  
• высолы из раствора и стенового материала.
  

а	б
в	г
д	е
ж	з
Рис. 1. Основные повреждения кирпичных стен.

Часто встречающиеся повреждения железобетонных стеновых панелей:

• трещины в панелях от силовых, температурных и влажностных воздействий (рис.2,а);
  
• разрыв связей между панелями внутренних и наружных стен;
  
• смещения и перекосы панелей в плоскости и из плоскости стен (рис.2,б);
  
• разрушение защитного слоя с обнажением арматуры (рис.2,в);
  
• протечки стыков (рис.2,г);
  
• коррозия закладных и накладных крепежных элементов в стыках и арматуры панелей с отделением защитных слоев на поверхностях стен;
  
• разрушение заделки стыков (рис.2,д);
  
• коррозия стальных закладных деталей (рис.2,е).
  

Выявление повреждений стен промышленных зданий, а также их своевременное устранение позволяет существенно увеличить срок эксплуатации здания и снизить промышленные риски. Совокупность безаварийной работы промышленных зданий, а соответственно технических устройств, расположенных внутри них, является залогом безопасной эксплуатации опасного производственного объекта.