КОНТРОЛЬ ЗАХИСНОГО ШАРУ БЕТОНУ (МІНІМУМ 30 ММ)

Захисний шар бетону, також відомий як бетонне покриття арматури, виконує кілька фундаментальних функцій, які є запорукою довговічності та безпеки залізобетонних конструкцій. Перш за все, він створює лужне середовище навколо сталевої арматури (pH бетону зазвичай становить 12.5-13.5), що призводить до пасивації сталі — утворення на її поверхні тонкої, щільної оксидної плівки, яка запобігає корозії. Будь-яке зменшення товщини захисного шару може призвести до прискореної карбонізації бетону або проникнення хлоридів, що руйнують цю пасивну плівку і спричиняють корозію арматури. Корозія арматури призводить до її збільшення в об’ємі (у 2-6 разів), що створює внутрішні напруження в бетоні, викликає його розтріскування та відшаровування, знижуючи зчеплення арматури з бетоном.

Крім антикорозійного захисту, захисний шар забезпечує вогнестійкість конструкції. Бетон має низьку теплопровідність, тому при пожежі він уповільнює нагрівання сталевої арматури до критичних температур (близько 500-600 °C), при яких сталь втрачає свою міцність. Недостатній захисний шар може значно скоротити час, протягом якого конструкція зберігає несучу здатність в умовах пожежі, що є критичним для евакуації та пожежогасіння. Відповідно до ДБН В.1.1-7:2016 ‘Пожежна безпека об’єктів будівництва’, вимоги до вогнестійкості визначають мінімальну товщину захисного шару.

Третя важлива функція – забезпечення надійного зчеплення арматури з бетоном. Цей шар передає навантаження від бетону до арматури та навпаки, забезпечуючи спільну роботу цих двох матеріалів. При недостатньому покритті або його низькій якості (наприклад, через пористість бетону) зчеплення може бути порушене, що призведе до прослизання арматури та передчасного руйнування конструкції під робочими навантаженнями. Оптимальна товщина шару гарантує ефективну передачу зусиль, запобігаючи локальним руйнуванням і забезпечуючи рівномірний розподіл навантажень по всьому перерізу. Важливо, що захисний шар також захищає арматуру від механічних пошкоджень під час будівельних робіт та експлуатації, що є особливо актуальним для фундаментів, які піддаються впливу ґрунтових вод і агресивних середовищ.

Визначення мінімальної товщини захисного шару бетону регулюється жорсткими нормативними документами, як на національному, так і на міжнародному рівнях. В Україні основним документом є ДБН В.2.6-98:2009 ‘Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення’. Цей стандарт встановлює вимоги до проєктування, виготовлення та контролю залізобетонних конструкцій, включаючи детальні вказівки щодо захисного шару.

Згідно з ДБН В.2.6-98:2009, мінімальна товщина захисного шару залежить від кількох факторів: типу конструкції (фундаменти, колони, балки, плити), класу арматури, діаметра арматурних стрижнів та, що найважливіше, умов експлуатації конструкції. Для елементів, що знаходяться в агресивному середовищі або у контакті з ґрунтом (як більшість фундаментів), вимоги до захисного шару є більш суворими. Наприклад, для фундаментів мінімальна товщина захисного шару арматури від поверхні бетону, що контактує з ґрунтом без гідроізоляції, становить не менше 40-50 мм. Для елементів, що знаходяться у звичайних умовах експлуатації всередині будівель, мінімальний шар для робочої арматури становить 20 мм, але для фундаментів або елементів, що зазнають впливу зовнішнього середовища, базовий показник часто стартує від 30 мм і вище.

Міжнародні стандарти, такі як Єврокод 2 (EN 1992-1-1) ‘Проєктування бетонних конструкцій. Частина 1-1: Загальні правила і правила для будівель’, також детально регламентують ці вимоги. Єврокод 2 визначає захисний шар ‘c_nom’ як номінальний захисний шар, який складається з мінімального захисного шару ‘c_min’ та допуску на відхилення ‘Δc_dev’. ‘c_min’ залежить від класу впливу середовища (exposure class), вимог до вогнестійкості та діаметра арматури. Для фундаментів у класі впливу XC2 (вологий, рідко сухий) або XC4 (циклічний вплив води), ‘c_min’ може становити від 30 мм до 45 мм, плюс допуск на відхилення, що зазвичай дорівнює 10 мм. Таким чином, номінальний захисний шар може досягати 40-55 мм. Це свідчить про універсальність вимог до захисного шару, незалежно від географічного розташування, оскільки принципи фізики та хімії корозії сталі залишаються незмінними. Дізнайтеся більше про високоякісний бетон та його застосування у будівництві.

Недостатній захисний шар бетону є однією з найпоширеніших причин передчасного руйнування залізобетонних фундаментів. Фундаменти, будь то стрічкові, пальові чи плитні, є базою для всієї конструкції, і їх цілісність критично важлива. Якщо захисний шар менше проєктного (наприклад, менше 30 мм для багатьох типів фундаментів), це відкриває шлях агресивним факторам до арматури, що призводить до низки серйозних наслідків для структурної цілісності.

Одним з головних ризиків є прискорена карбонізація бетону. Вуглекислий газ з повітря проникає в бетон, реагує з гідроксидом кальцію, знижуючи pH середовища. Коли pH падає нижче 9, пасивна плівка на арматурі руйнується, і сталь починає кородувати. Чим тонший захисний шар, тим швидше відбувається карбонізація і тим раніше починається корозія. Для фундаментів, які часто знаходяться у вологому ґрунті, ризик проникнення хлоридів (наприклад, з ґрунтових вод або антиобмерзальних солей) є ще більш значущим. Хлориди, проникаючи до арматури, викликають локальну піттінгову корозію, яка є особливо небезпечною, оскільки може призвести до швидкого зменшення ефективного перерізу стрижнів. Це знижує несучу здатність фундаменту та його стійкість до зовнішніх навантажень.

Корозія арматури також викликає розтріскування бетону, оскільки іржа займає більший об’єм, ніж сама сталь. Ці тріщини є прямими шляхами для подальшого проникнення вологи та агресивних речовин, створюючи замкнуте коло руйнування. У стрічкових і пальових фундаментах, де переважають згинальні та зсувні навантаження, ослаблення арматури може призвести до утворення широких тріщин, деформацій і навіть обвалення. Для плитних фундаментів, які сприймають великі площинні навантаження, зниження міцності арматури через корозію може викликати прогини та локальні руйнування плити. Це безпосередньо впливає на стійкість всього будинку, що може призвести до критичних пошкоджень, дорогих ремонтів або навіть визнання конструкції аварійною. Правильний вибір та облаштування фундаменту є запорукою надійності всього будинку.

Якісний контроль захисного шару бетону є невід’ємною частиною забезпечення довговічності залізобетонних конструкцій і повинен проводитись на всіх етапах монтажу. На початкових стадіях, ще до заливки бетону, основним методом є візуальний контроль та використання простих вимірювальних інструментів. При складанні арматурного каркаса необхідно переконатися, що всі арматурні стрижні надійно зафіксовані у проєктному положенні за допомогою спеціальних фіксаторів захисного шару. Ці фіксатори (пластикові, бетонні або металеві) повинні забезпечувати необхідну відстань від арматури до поверхні опалубки.

Важливо використовувати фіксатори з відповідною маркуванням, що вказує на товщину захисного шару (наприклад, 30 мм, 40 мм). Їх розташування повинно бути рівномірним, з рекомендованим кроком 0.8-1.0 м для горизонтальних елементів та 0.5-0.7 м для вертикальних, згідно з ДСТУ Б В.2.6-185:2012. Після встановлення фіксаторів, за допомогою звичайної рулетки або шаблону, можна провести вибіркове вимірювання відстаней від опалубки до арматури в різних точках, щоб підтвердити відповідність проєкту. Це дозволяє оперативно виявити та виправити відхилення до бетонування.

Після заливки та схоплювання бетону для контролю захисного шару використовуються неруйнівні методи. Найбільш ефективними є електромагнітні товщиноміри бетону, такі як Proceq Profometer або аналоги. Ці прилади працюють на принципі виявлення електромагнітного поля, яке змінюється при наявності металевих об’єктів (арматури) в бетоні. Вони дозволяють з високою точністю (до ±1-2 мм) визначати товщину захисного шару та навіть діаметр арматурних стрижнів, а також їхнє розташування в конструкції. Сучасні моделі оснащені функціями сканування та візуалізації даних, що дозволяє створювати карти розташування арматури та автоматично фіксувати відхилення від нормативних значень. Регулярний контроль цими приладами дозволяє вчасно виявити проблемні ділянки та, за необхідності, вжити заходів для зміцнення конструкції. Проте варто пам’ятати, що дані прилади є ефективними на етапі приймання робіт, але найкращим є попередження помилок ще на стадії монтажу.

Недотримання вимог до захисного шару бетону є поширеною проблемою на будівельних майданчиках, що може мати катастрофічні наслідки для довговічності та безпеки споруд. Розуміння типових помилок та їх запобігання є ключовим для забезпечення якості. Однією з найпоширеніших помилок є використання неякісних або невідповідних фіксаторів арматури, або їх повна відсутність. Часто будівельники використовують підручні засоби (шматки цегли, дерева, каміння), які не забезпечують стабільну відстань, можуть випадати або руйнуватися під час бетонування, призводячи до зміщення арматури та зменшення захисного шару.

Ще однією критичною помилкою є неправильне розташування фіксаторів – їх занадто мало або вони розміщені нерівномірно. Це призводить до провисання арматурних сіток або каркасів під власною вагою або під тиском бетонної суміші, особливо у великогабаритних елементах, таких як фундаментні плити. В результаті арматура може притулятися до опалубки, зменшуючи захисний шар до критичних значень (менше 30 мм). Детальніше про типові помилки при будівництві та як їх уникнути.

Зміщення арматурного каркаса під час вібрації бетонної суміші також є серйозною проблемою. Інтенсивна або неправильна вібрація може викликати рух арматури, особливо якщо вона недостатньо жорстко зафіксована. Це може призвести до її контакту з опалубкою або до нерівномірного розподілу захисного шару по довжині елемента. Для уникнення цих помилок необхідно строго дотримуватися технології. Використовувати тільки сертифіковані фіксатори захисного шару, обираючи їх відповідно до типу конструкції, діаметра арматури та необхідної товщини шару (наприклад, зірочки для вертикальної арматури, стійки або кубики для горизонтальної). Розміщувати фіксатори згідно з проєктними вимогами та рекомендаціями виробника, забезпечуючи їх достатню кількість для стабільної підтримки арматури.

Під час бетонування необхідно контролювати якість укладання суміші та обережно проводити вібрацію, щоб уникнути зсуву арматури. Всі арматурні каркаси повинні бути жорсткими та міцно зв’язаними. Після встановлення опалубки та перед початком бетонування слід провести остаточний візуальний огляд та вибіркові вимірювання, щоб переконатися, що захисний шар відповідає вимогам проєкту, особливо в критичних вузлах фундаментів.

У забезпеченні мінімального захисного шару бетону, особливо 30 мм і більше для фундаментів, ключову роль відіграє правильне виконання арматурних вузлів. Кожен вузол, де арматурні стрижні перетинаються, з’єднуються або змінюють напрямок, є потенційною точкою ризику для порушення захисного шару. Розглянемо детальніше.

Для стрічкових фундаментів: Основна робоча арматура (нижня та верхня) повинна бути розташована на відстані не менше 30-50 мм від нижньої та верхньої граней фундаменту відповідно. Це досягається шляхом використання спеціальних пластикових або бетонних фіксаторів типу ‘стійка’ або ‘кубик’, які встановлюються на ґрунті (або підготовчому шарі) та на верхній арматурній сітці. У кутових з’єднаннях стрічкових фундаментів важливо забезпечити належне перехльостування та загини арматури. Внутрішні та зовнішні кути вимагають додаткової арматури (Г-подібні або П-подібні елементи) для сприйняття розтягуючих і стискаючих зусиль. Тут особливо важливо, щоб захисний шар зберігався на всіх гранях, у тому числі на вертикальних торцях, що контактують з ґрунтом. Використання вертикальних фіксаторів типу ‘зірочка’ або ‘колесо’ на вертикальних стрижнях арматурних каркасів зовнішніх стін опалубки запобігає приляганню арматури до опалубки.

Для плитних фундаментів: Величезна площа плит вимагає ще ретельнішого контролю. Подвійна арматурна сітка (нижня та верхня) є стандартом. Нижня сітка повинна мати мінімальний захисний шар від ґрунту (або підбетонки) 40-50 мм, а верхня – 30 мм від верхньої поверхні плити. Для забезпечення цих відстаней використовуються спеціальні просторові фіксатори, які підтримують верхню сітку над нижньою. Ці фіксатори мають висоту, що відповідає проєктній відстані між сітками. У зонах перехрестя арматурних стрижнів, де товщина захисного шару може бути зменшена через нагромадження арматури, необхідно забезпечити достатній інтервал між стрижнями відповідно до ДБН В.2.6-98:2009. Зазвичай, мінімальний світлий проміжок між арматурними стрижнями повинен бути не менше діаметра стрижня, але не менше 25 мм. Для забезпечення цих умов необхідно суворо дотримуватися розробленої деталювання армування (КЖ-креслень).

Для пальових фундаментів: Арматурний каркас палі занурюється у свердловину, і його правильне центрування є критичним. Тут захисний шар може становити 50 мм і більше через агресивність ґрунтового середовища та специфіку буроін’єкційної технології. Для центрування використовуються пластикові фіксатори типу ‘колесо’ великого діаметра, які надягаються на арматурний каркас з певним кроком по висоті. Вони забезпечують зазор між арматурою та стінками свердловини, що дозволяє бетону рівномірно заповнити простір і створити необхідний захисний шар. Якщо цього не зробити, каркас може притиснутися до стінки свердловини, що призведе до оголення арматури в деяких ділянках палі. Перегляньте наші проєкти, де застосовуються інноваційні підходи до будівництва.

Навіть при ретельному контролі на етапі будівництва, у деяких випадках можуть виникнути порушення захисного шару бетону, які стають очевидними лише на етапі експлуатації. Це може бути результатом прихованих дефектів, непередбачених агресивних впливів або помилок у проєктуванні. Для оцінки стану таких конструкцій і визначення потреби у ремонті або посиленні застосовуються методи неруйнівного контролю. Ці методи дозволяють отримати інформацію про стан арматури та бетону без пошкодження конструкції.

Одним з найпоширеніших методів є ультразвукове дослідження. Ультразвукові хвилі проходять крізь бетон, і їх швидкість та загасання можуть вказувати на наявність порожнин, тріщин, неоднорідності бетону та, опосередковано, на ступінь його карбонізації. Це дозволяє оцінити якість бетону в зоні захисного шару. Іншим ефективним методом є георадарний контроль (GPR – Ground Penetrating Radar), який використовує радіохвилі для виявлення арматури, її глибини залягання та розмірів. Георадар дозволяє створювати візуальні карти армування, виявляти аномалії в розташуванні стрижнів і, відповідно, визначати місця з недостатнім захисним шаром.

Для більш точної оцінки ступеня корозії арматури застосовують електрохімічні методи, такі як потенціометричне обстеження (вимірювання потенціалу корозії). Прилад вимірює різницю потенціалів між арматурою та поверхнею бетону, що дозволяє визначити зони з активним корозійним процесом. Карбонізація бетону може бути визначена за допомогою простого фенолфталеїнового тесту: на свіжорозрізану або відколоту поверхню бетону наноситься розчин фенолфталеїну. У лужному середовищі (некарбонізований бетон) він забарвлюється в малиновий колір, а в карбонізованому (кислотному) залишається безбарвним. Глибина проникнення безбарвної зони вказує на глибину карбонізації, що дозволяє оцінити ефективність захисного шару. Залежно від виявлених дефектів, можуть бути розроблені заходи щодо захисту та відновлення, такі як нанесення антикорозійних покриттів, ін’єктування тріщин, відновлення захисного шару або посилення конструкції. Правильний підхід до початку будівництва мінімізує майбутні проблеми.

Контроль захисного шару бетону – це лише один, хоч і критично важливий, елемент комплексного підходу до забезпечення довговічності залізобетонних конструкцій. Якість та стійкість споруди залежить від сукупності факторів, починаючи від проєктування та вибору матеріалів, і закінчуючи технологією виконання робіт та подальшою експлуатацією. Довговічність конструкції визначається її здатністю протистояти руйнівним впливам протягом усього терміну служби, і цьому сприяє системний контроль на кожному етапі.

На стадії проєктування необхідно не лише правильно розрахувати товщину захисного шару відповідно до умов експлуатації та класу впливу середовища (згідно з ДБН та Єврокод 2), але й обрати відповідний клас бетону за міцністю, морозостійкістю та водонепроникністю. Бетон з високою щільністю та низьким водоцементним співвідношенням буде мати кращу опірність проникненню агресивних речовин. Важливо також враховувати якість арматурної сталі та антикорозійні покриття для неї, якщо це вимагається проєктом.

На етапі виконання робіт необхідно забезпечити не тільки правильний захисний шар, але й якість бетонної суміші (її складу, однорідності, рухливості), дотримання технології укладання та ущільнення бетону, а також належний догляд за бетоном у процесі його тужавіння (зволоження, захист від швидкого висихання та перепаду температур). Це запобігає утворенню тріщин у ранньому віці, які можуть стати шляхами для проникнення агресивних агентів. Якісні фіксатори арматури, точний монтаж опалубки, а також кваліфікований персонал, який розуміє важливість кожного етапу, є фундаментальними складовими.

Систематичний контроль на всіх цих етапах, починаючи з вхідного контролю матеріалів, операційного контролю під час армування та бетонування, і закінчуючи приймальним контролем готових конструкцій, дозволяє мінімізувати ризики виникнення дефектів. Застосування цифрових технологій, таких як BIM-моделювання, також може покращити координацію та контроль, дозволяючи візуалізувати розташування арматури та захисного шару ще до початку робіт. Тільки такий комплексний підхід гарантує, що бетонні конструкції, включно з критичними фундаментними елементами, відповідатимуть високим стандартам міцності, стійкості та довговічності, забезпечуючи безпеку та надійність будівлі протягом всього її життєвого циклу.