Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния исследований в области ремонта и контроля дефектности плоских многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений 11
1.1. Использование плоских многослойных железобетонных конструкций в подземных городских сооружениях и возникающие в них характерные дефекты 11
1.2. Анализ состояния современных методов ремонта многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений 18
1.3. Современное состояние методов неразрушающего контроля плоских многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений 23
1.4. Виброакустический метод и его потенциальные возможности для контроля многослойных строительных конструкций подземных сооружений 33
1.5. Нерешенные проблемы ремонта и контроля дефектности многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений 44
Выводы и постановка задач исследований 47
2. Теоретическое обоснование возможности применения виброакустического метода для контроля дефектности плоских многослойных конструкций подземных сооружений с целью усовершенствования технологии их ремонта 50
2.1. Моделирование многослойной железобетонной строительной конструкции в виде однослойной пластины с эквивалентными физическими параметрами..50
2.2. Выбор функции ударного возбуждения при теоретическом решении задачи о колебаниях многослойных железобетонных конструкций в виде упругих пластин 60
2.3. Компьютерные расчеты изгибных колебаний многослойных пластин при ударном воздействии 66
2.4. Теоретические исследования изгибных колебаний упругих пластин с целью оптимизации виброакустического метода контроля 74
2.4.1. Исследование влияния длительности ударного импульса на изгибные колебания пластин различных типоразмеров 74
2.4.2. Выбор параметров ударных устройств для виброакустического контроля многослойных конструкций подземных сооружений городского строительства 78
2.4.3. Энергетические аспекты ударного возбуждения изгибных колебаний в многослойных упругих пластинах 84
Выводы по главе 92
3. Экспериментальные исследования изгибных колебаний многослойных конструкций и разработка методических основ виброакустического контроля подземных сооружений 93
3.1. Экспериментальные модельные исследования изгибных колебаний многослойных пластин при их ударном возбуждении 93
3.1.1. Экспериментальное обоснование возможности применения виброакустического метода при контроле многослойных объектов на основе лабораторных исследований 93
3.1.2. Результаты экспериментальных исследований колебаний многослойных систем при ударном воздействии на объемной модели 99
3.2. Экспериментальные натурные исследования многослойных объектов 109
3.3. Оценка степени надежности выявления дефектов многослойных железобетонных конструкций виброакустическим методом 120
3.4. Модифицированная аппаратура виброакустического контроля многослойных конструкций 125
3.4.1. Прибор виброакустического контроля «Vibroset» 126
3.4.2. Принципы возбуждения и приема изгибных колебаний в объекте контроля 128
3.5. Методика проведения виброакустического неразрушающего контроля многослойных конструкций 130
3.5.1. Планирование измерений 130
3.5.2. Подготовительный этап 131
3.5.3. Этап массовых измерений 134
3.5.4. Обработка и интерпретация результатов виброакустических измерений 136
Выводы по главе 141
4. Технология ремонта многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений с использованием данных виброакустического контроля и ее практическая реализация 143
4.1. Определение параметров технологии инъецирования многослойных железобетонных конструкций цементными растворами с учетом результатов виброакустического контроля 143
4.1.1. Экспресс-метод определения реологических характеристик ремонтных цементных растворов 148
4.1.2. Расчет рациональных параметров технологии инъецирования многослойных железобетонных конструкций цементными растворами. 153
4.2. Обоснование технологии вакуумного инъецирования многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений 162
4.2.1. Методы создания необходимого разряжения. Эжекторы 163
4.2.2. Область применения метода вакуумного инъецирования многослойных железобетонных конструкций 172
4.2.3. Порядок выполнения мероприятий по ремонту многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений с применением технологии вакуумного инъецирования на основе результатов виброакустического контроля 174
4.3. Результаты практического применения виброакустического метода контроля и опытных работ по вакуумному инъецированию многослойных железобетонных конструкций резервуаров чистой воды МГУП
«Мосводоканал» 180
Выводы по главе 192
Заключение 193
Список литературы 195
- Анализ состояния современных методов ремонта многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений
- Выбор функции ударного возбуждения при теоретическом решении задачи о колебаниях многослойных железобетонных конструкций в виде упругих пластин
- Модифицированная аппаратура виброакустического контроля многослойных конструкций
- Обоснование технологии вакуумного инъецирования многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений
Введение к работе
Устойчивость, долговечность и надежность эксплуатации железобетонных сооружений подземной городской инфраструктуры в значительной мере зависят от наличия и геометрических характеристик дефектов конструктивных элементов этих сооружений. В тех случаях, когда такие элементы представляют собой слоистые комбинированные структуры, основным типом возникающих в них дефектов являются плоскости ослабления и полости между отдельными слоями, а также между нижним слоем и грунтовым основанием.
Традиционно устранение таких дефектов в ходе ремонтных мероприятий осуществляется путем инъецирования в соответствующие зоны твердеющих цементных растворов. При этом качество ремонта в решающей степени зависит от оптимального выбора таких параметров его технологии, как координаты точек и давление инъецирования, а также объемы и водоцементное отношение закачиваемых растворов. Однако осуществить такой выбор удается далеко не всегда из-за ограниченности необходимой для этого информации о местоположении, площади и толщине плоскостных дефектов. Как следствие, на практике чаще всего не удается полностью восстановить целостность конструкции и исключить возникновение опасных деформаций на границе ее основания с грунтом. Кроме того, нередки случаи, когда избыточное давление инъецирования приводит к дальнейшему развитию существующих дефектов и, как следствие, возрастанию рисков потери устойчивости подземного сооружения.
Потенциально более качественной технологией ремонта многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений является технология вакуумного инъецирования. Она предполагает одновременно с процессом нагнетания в тампонируемую область цементного раствора создание в последней пониженного давления, что снижает вероятность образования так называемых воздушных карманов, а также риски разрушения конструкции.
В то же время эффективность технологии вакуумного инъецирования многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений еще в боль-
7 шей степени зависит от информации о наличии и геометрических характеристиках соответствующих дефектов. Как показывает анализ, такая информация принципиально может быть получена на основе виброакустической диагностики, которая, однако, применялась до настоящего времени только для контроля систем типа «покрытие-основание» и не предназначалась для контроля многослойных структур в условиях городского строительства. Традиционные методики проведения виброакустического контроля и интерпретации полученных результатов не позволяют выполнять исследования многослойных структур, что делает необходимым усовершенствование данного метода.
Таким образом, обоснование схем и режимов технологии инъецирования цементных растворов в дефектные зоны железобетонных слоистых конструкций на основе получения информации о геометрических параметрах этих зон по данным виброакустического контроля является актуальной научной задачей.
Целью диссертации является разработка технологии ремонта многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений на основе виброакустической диагностики нарушений сплошности в них, что способствует повышению долговечности конструкций и увеличению эксплуатационной надежности подземных сооружений городского хозяйства.
Идея работы заключается в использовании виброакустической диагностики многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений для получения информации о параметрах и местоположении дефектных участков в этих конструкциях с целью последующего проведения их ремонта методом вакуумного инъецирования тиксотропных цементных твердеющих составов.
Научные положения, выносимые на защиту: 1. Инъецирование цементных растворов при ремонте многослойных железобетонных конструкций должно выполняться на основе информации о глубине и протяженности существующих в них плоскостных дефектов. Такая информация может быть получена путем анализа спектров изгибных колебаний указанных
8 конструкций при их ударном возбуждении. При этом вышележащие слои над выявляемым дефектом, расположенным на глубине от 50 до 600 мм, моделируются в виде однослойной однородной пластины с эквивалентными толщиной и плотностью. Эффективность выявления таких дефектов достигается управлением длительностью ударного воздействия в пределах от 0,05 до 1 мс за счет изменения параметров устройства возбуждения, рассчитываемых на основе предложенных в работе аналитических моделей.
Установление местоположения и геометрических параметров зон инъецирования в многослойных железобетонных конструкциях с использованием их виброакустического контроля должно осуществляться профилированием по ортогональной сетке, шаг которой определяется с учетом минимального размера выявляемого дефекта. Критерием наличия дефекта является отклонение амплитуды спектра измеренного сигнала на соответствующих частотах более чем на 30% по сравнению с эталонной амплитудой сигнала на бездефектном участке.
Ремонт многослойных железобетонных конструкций, имеющих внутренние протяженные дефекты раскрытием от 0,4 до 10 мм, наиболее эффективен с применением технологии вакуумного инъецирования цементных растворов с водоцементным соотношением более 0,5 при использовании воздушных эжекторов, обеспечивающих разряжение до 80 кПа.
Научная новизна работы состоит в установлении зависимости параметров акустического отклика многослойной железобетонной конструкции от характеристик ударного импульса, физических свойств конструкции и основания, размера дефекта, а также обосновании параметров технологии вакуумного инъецирования слоистых железобетонных конструкций подземных сооружений на основе результатов виброакустического контроля.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: - использованием при проведении виброакустических измерений аппаратурного обеспечения с высокими метрологическими характеристиками; хорошей воспроизводимостью установленных взаимосвязей между наличием, местоположением и размерами дефектов многослойных железобетонных конструкций с одной стороны и информативными параметрами виброакустического метода контроля при многократных (более 5) измерениях - с другой; удовлетворительной сходимостью рассчитанных теоретически и измеренных экспериментально характеристик и параметров дефектов многослойной железобетонной конструкции, вызванных воздействием ударного импульса; положительными результатами практической реализации предложенной технологии ремонта железобетонных конструкций на ряде емкостных подземных сооружений в г. Москве.
Научное значение работы заключается в установлении взаимосвязи между параметрами колебательных процессов, возникающих в слоистых железобетонных конструкциях при их ударном возбуждении и межслоевыми дефектами этих конструкций для оптимизации схем и режимов технологии вакуумной инъекции цементных растворов в дефектные зоны железобетонных слоистых конструкций подземных сооружений.
Практическое значение работы состоит в разработке технологии вакуумного инъецирования дефектов слоистых конструкций подземных сооружений, учитывающей полученные на основе контроля параметры этих дефектов и обеспечивающей повышение устойчивости и функциональной надежности указанных сооружений.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
В рамках диссертации разработаны «Рекомендации по ремонту многослойных конструкций подземных емкостных сооружений с учетом данных виброакустической диагностики их дефектности», которые утверждены в МГГУ и приняты к практическому использованию в ГУП «МосводоканалНИИпроект».
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы обсуждались: на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва 2003-2009), на всероссийском конкурсе
10 студенческих работ (Екатеринбург, 2003), на Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» (Екатеринбург, 2004), на II Всероссийской (международной) конференции «Бетон и железобетон, пути развития», (Москва, 2005), на XV-XVIII сессиях Российского акустического общества (2004-2007), на Всероссийской выставке НТТМ-2005 (Москва, ВВЦ) и на научных семинарах кафедры ФТКП МГГУ (2005-2007).
Публикации.
Основные положения диссертационной работы изложены в 8 опубликованных научных работах.
Объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 137 наименований, включает 75 рисунков, 17 таблиц.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.т.н., проф. Шкуратнику В.Л., а также д.т.н., проф. Шилину А.А. за полезные консультации при постановке и проведении исследований.
Анализ состояния современных методов ремонта многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений
В современной практике ремонтных работ наибольшее распространение, при восстановлении эксплуатационной надежности плоских многослойных конструкций подземных сооружений, получили методы инъецирования (нагнетания) специальных растворов [32-49]. Вопросам нагнетания ремонтных составов, в том числе методами инъецирования цементных растворов, посвящены исследования таких ученых, как Бойко М.Д., Данюшевский B.C., Должиков П.Н., Касьян Н.Н., Кипко А.Э., Лал-лен Р.Т., Лысенко В.И., Майоров А.Е., Попов И.В., Смирнов В.И., Тетельмин В.В., Физдель И.А., Худолей О.Г., Хямяляйнен В.А., Чураков А.И., Шилин А.А., Эдварде С.К. и др. При инъецировании раствор под действием значительных давлений нагнетания проникает на некоторое расстояние в восстанавливаемую конструкцию по системе сообщающихся пустот, трещин, расслоений, каверн и т.д. При достижении равенства статических напряжений сдвига в инъецирующем материале, с одной стороны, и между этим материалом и стенками внутренних слоев конструкций, либо поверхностями конструкции и грунта, с другой стороны, дальнейшее проникание инъецирующего раствора в пустоты прекращается. Радиус распространения раствора в конструкции или в грунте зависит от его вязкости, давления нагнетания, размеров и формы пустот и расслоений, а также вида заполняющего их материала. В состоянии покоя инъектирующий раствор постепенно схватывается и затвердевает. Качество инъецирования зависит от степени заполнения пустот твердеющим раствором и его свойств. Ремонтные работы плоских многослойных конструкций в подземных сооружениях подразделяются на: - работы по ликвидации нарушений контактных условий между плоской конструкцией (днища, стены и т.д.) и грунтом основания; - работы, направленные на восстановление эксплуатационной надежно сти путем ликвидации дефектов внутри самой плоской многослойной конструкции. Порядок производства работ по инъецированию ремонтных составов в конструкции подземных сооружений следующий [44]: - определение характера и объемов существующих дефектов конструкций (в ходе проведения технического обследования); - разметка и сверление отверстий (скважин) для инъецирования; - установка пакеров; - нагнетание ремонтного раствора; - разметка и сверление отверстий для контрольного инъецирования; - установка контрольных пакеров; - контрольное нагнетание ремонтного раствора; - заделка отверстий для инъецирования ремонтным составом. Нагнетание ведется обычно от одной границы дефекта (полости, трещины, расслоения и т.д.) к другой. Контроль качества работ определяется по выходу нагнетаемого материала из соседних отверстий.
Окончательный контроль работ в настоящее время осуществляется простукиванием поверхности, керно-вым бурением или применением существующих методов неразрушающего контроля. При проведении вышеуказанных работ в качестве инъектирующих материалов используются цементные, цементно-песчаные, цементно-глинистые растворы, цементные растворы с различными добавками, гидроактивные пено-полиуритановые и эпоксидные составы [44]. Работы проводятся методами цементации, силикатизации, смолизации и комбинированными способами [32]. Выбор конкретного метода инъецирования зависит от таких факторов, как объемы дефектов, их параметры (степень раскрытия, размеры в плане, глубина расположения), присутствие активной фильтрации воды и т.д. При проведении работ по восстановлению контактных условий между плоской конструкцией и грунтовым основанием в практике современных ре-монтно-восстановительных работ наиболее часто применяются методы цементации [37], а также комбинированные методы. При ликвидации дефектов внутри самой плоской многослойной конструкции в основном применяют способы контактной цементации, силикатизации, смолизации, а также комбинированные методы. Наибольшее распространение получила цементация. Инъецирование цементных растворов в железобетонные конструкции осуществляется циркуляционным и зажимным способами [44]. Зажимной способ заключается в инъецировании раствора в конструкцию через пакеры прямой подачи при постоянном расходе до тех пор, пока давление не возрастет до допустимой величины. Пакер прямой подачи представляет собой металлическую трубку, снабженную с одной стороны шариковым клапаном и накидной или резьбовой инъекционной головкой. С другой стороны на трубку насажено резиновое уплотнение, которое при установке пакера в пробуренное отверстие сжимается гайкой.
Циркуляционный способ подразумевает подачу раствора в инъектируе-мую зону при поддержании постоянного давления. При этом часть раствора поглощается конструкцией, а часть возвращается из скважины в растворомешалку. Для этого применяют специальные инъекторы, оснащенные специальным сальниковым устройством, сквозь отверстие в котором пропущена подающая труба. Инъектор оснащен трубопроводом возврата с регулирующим краном [44]. Выбор конкретного способа цементации определяется состоянием конструкций и принятой технологией ведения работ.
Выбор функции ударного возбуждения при теоретическом решении задачи о колебаниях многослойных железобетонных конструкций в виде упругих пластин
При решении задачи о колебаниях упругой пластины под действием на нее внешней силы в виде ударного воздействия (в частности, при расчете спектра отклика пластины на такого рода воздействие) значимым является вопрос о выборе вида функции, описывающей внешнюю силу, достаточно адекватно отражающей реальные процессы взаимодействия ударной системы с поверхностью пластины. Этот вопрос (ударное взаимодействие упругих тел) имеет весьма значительную историю и рассматривался при решении разнообразных технических задач [52, 94-97]. Наиболее простой является временная функция f(t), определяющая импульс силы, возникающий в результате взаимодействия ударника с поверхностью контролируемого объекта в виде одного полупериода синусоиды [95]: где т - длительность ударного импульса. Согласно теории удара Герца сила соударения и его длительность т приближенно определяются следующим образом [94]: где т - длительность соударения, с; VQ - относительная скорость движения соударяющихся тел, м/с; m - приведенная масса соударяющихся тел, кг. Длительность соударения на основании теории Герца [94] равна: Rt и Л( - главные радиусы кривизны соударяющихся тел в точке их касания; q - постоянная, определяемая R, и R, и углом между ними, в конкретном рассматриваемом выше случае у = 0.318. В частном случае при ударе тела со сферической контактной поверхно- Спектр вида выражения (2.21) представлен на рис. 2.6,6. В спектре такого ударного импульса до 90% энергии сосредоточено в главном лепестке спектра в интервале частот: 0 со Ъж 1т, то есть частота, в пределах которой заключена основная доля энергии ударного импульса, равна Отсюда следуют условия эффективного возбуждения изгибных колебаний дефектного участка объекта. 1. Основная частота изгибных колебаний расслоившегося участка объекта должна быть ниже / где /0 = fu - основная собственная частота изгибных колебаний пластины. 2. Ширина амплитудно-частотной характеристики изгибных колебаний дефектного участка объекта Д/юг на основной частоте должна, по возможности, укладываться внутри рабочего диапазона где т] - коэффициент потерь в материале пластины При проведении исследований в методе «свободных колебаний» в практике низкочастотных методов дефектоскопии [52, 68], в частности при описании формы ударных импульсов, возникающих при падении шара массы т с высоты h на поверхность упругого полупространства, используется несколько иная (более сложная) аппроксимирующая функция таких импульсов
Величина Fmt = I- так называемый импульс силы [98]. В дальнейших расчетах нами будет приниматься, что / = 1. Для данных исследований такое положение не имеет принципиального значения, т.к. результаты расчетов спектральных откликов упругой пластины на ударное воздействие со спектральными плотностями, задаваемыми в обоих видах, показали, что такая замена приводит лишь к изменению масштаба спектров по оси ординат. Но она совершенно не влияет на качественный характер результирующих спектральных характеристик и их количественное соотношение по оси частот. Сравнивая спектры функции вида (2.15) и (2.28), можно заметить, что качественно они весьма похожи друг на друга. Было проведено количественное сравнение таких спектров для конкретных значений длительности ударных импульсов т, которые реализуются при практическом применении данного разрабатываемого метода виброакустического контроля многослойных конструкций [101]. Так были построены модули спектральной плотности согласно выражениям (2.22) и (2.30) с учетом сделанного выше замечания для величин Т. = 0,1 н- 0,00005 с. По рассчитанным спектрам на основании стандартной методики на уровне 0. ll-S I была определена ширина главного лепестка спектральной плотности AfSj. На основании этого для каждой величины Г, рассчитывалась относительная разность ширины спектральной плотности AfSi для двух типов функций ударного воздействия (2.15) и (2.28). В результате было получено, что указанная относительная разность ширины основного лепестка спектральной плотности составляет около 22%. Примеры расчетов обоих типов спектров для двух величин т: г, =0.004 с; т2 = 0.00005 с представлены на рис. 2.8 и 2.9.
Модифицированная аппаратура виброакустического контроля многослойных конструкций
Описанные выше результаты теоретических расчетов, экспериментальных и модельных исследований выявили принципиальную возможность и эффективность применения виброакустического метода контроля многослойных железобетонных конструкций. Однако для успешной реализации данного метода необходима разработка принципиально нового класса виброакустической аппаратуры. Описанные в разделе 1.4. приборы «Поиск-МГИ» и «КБ-Вибро», разработанные для проведения контроля однослойных покрытий в условиях горного производства, к сожалению, являются неэффективными при проведении контроля многослойных железобетонных конструкций в условиях подземного городского строительства. Среди причин, ограничивающих возможность использования данной аппаратуры, можно назвать громоздкость оборудования и малую оперативность проведения измерений, отсутствие возможности качественной первичной оперативной обработки измеренных сигналов, невозможность накопления и сохранения полученных данных в энергонезависимой памяти и др. Все это приводит к необходимости разработки нового класса цифровой аппаратуры виброакустического контроля. Данная аппаратура, предназначенная для виброакустических измерений многослойных железобетонных конструкций, должна обеспечивать измерения в диапазоне частот от 10 до 1500 Гц и иметь возможность построения и визуализации спектра виброакустического импульса, являющегося откликом контролируемого объекта на ударное воздействие.
Модифицированная аппаратура виброакустического контроля должна содержать три основных функциональных узла: виброакустические преобразователи, измерительный цифровой электронный прибор, устройство для возбуждения упругих колебаний в контролируемой конструкции.
Для проведения виброакустического контроля состояния железобетонных конструкций подземных сооружений городского строительства в ЗАО «Триада-Холдинг», при участии автора, была разработана компьютеризированная цифровая виброакустическая аппаратура «Vibroset» [129].
В состав аппаратуры входит малогабаритный автономный переносной измерительный прибор, позволяющий регистрировать виброакустические импульсы, переводить их с помощью встроенного аналого-цифрового преобразователя в цифровой вид, а также, используя процедуру быстрого преобразования Фурье, вычислять их амплитудный спектр. При проведении измерений на встроенный дисплей прибора выводится упрощенный вид амплитудного спектра и числовое значение частоты сигнала на которой зафиксирован максимальный спектральный выброс, что позволяет получать корректные и качественные экспериментальные данные в каждой точке измерений. Все результаты измерений, включая служебную информацию о каждой отдельной реализации измерения (время фиксации, номер точки) сохраняются в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).
Внешний вид прибора представлен на рис. 3.20, а его основные характеристики представлены в табл. 3.5. В комплект аппаратуры «Vibroset» также входит пьезоэлектрический ак-сельрометр в защитном корпусе. Собственная частота датчика - 20 кГц. Данное оборудование полностью отвечает указанным выше требованием, выполнение которых необходимо для успешной реализации виброакустического контроля многослойных конструкций подземных сооружений. Как указывалось выше, устройство для возбуждения упругих колебаний в объекте контроля должно удовлетворять ряду требованиям, основными среди которых являются следующие: энергия удара должна быть достаточна для обеспечения резонансного режима изгибных колебаний участка пластины над дефектом; спектр импульса силы взаимодействия ударного устройства с поверхностью объекта должен быть таким, чтобы в пределах его главного лепестка располагались значения частот хотя бы трех первых мод изгибных колебаний дефектного участка покрытия; ударное устройство должно быть мобильным, достаточно легким, удовлетворяющим условию возможности возбуждения упругих колебаний в различных участках объекта исследований: в стенах, потолочине, в полу. В качестве ударных устройств, удовлетворяющих вышеуказанным требованиям, при контроле многослойных конструкций подземных сооружений с использованием аппаратуры «Vibroset» могут быть применены следующие устройства: 1. При контроле объектов с железобетонными покрытиями толщиной до 30 см или же с расстоянием до протяженного дефекта в толстостенном объекте до 20 см в случае обеспечения прямого доступа к поверхности объекта могут применяться молотки весом от 0,5 до 5 кг. 2. При контроле объектов, удовлетворяющих условию по пункту 1, в местах где невозможно возбуждение с помощью кувалды, например, в потолочине, рекомендуется применение штангового ударного устройства, представляющего собой штангу длиной 1.5-2 м с массивным наконечником, торец которого имеет сферическую форму с радиусом кривизны не менее 0.2 м. 3. Для обеспечения возможности изменения частотного диапазона возбуждающей силы, а также для создания удара с различной энергией рекомен дуются ударные наконечники, которые необходимо выполнять съемными с различным весом и различными радиусами кривизны R. 4. Для возбуждения колебаний в стенах объекта в труднодоступных местах рекомендуется применение маятниковых ударных систем со съемными наконечниками. 5. При контроле объектов с железобетонными покрытиями толщиной свыше 30 см, когда путем использования ручного возбуждения практически весьма трудно реализовать эффективные резонансные колебания дефектного участка на изгибных модах, рекомендуется применение пневматических и зарядных пороховых устройств. При применении пневматических и зарядных устройств возбуждения колебаний рекомендуется осуществлять передачу ударного импульса в объект контроля с использованием ударных наконечников различного веса и с различным радиусом кривизны контактной поверхности. Измерительные преобразователи, при проведении виброакустического контроля, должны удовлетворять следующим требованиям: равномерность амплитудно-частотной характеристики в рабочем диапазоне частот; достаточная чувствительность, обеспечивающая работу регистрирующего прибора во всем диапазоне рабочих частот; стабильность акустического контакта; малый вес и геометрические размеры.
Обоснование технологии вакуумного инъецирования многослойных железобетонных конструкций подземных сооружений
Несмотря на достигнутые значительные успехи в области ведения инъецирования железобетонных конструкций цементными и другими ремонтными составами существует ряд задач, решить которые с использованием существующих технологий не всегда возможно.
Основным ограничением качественного заполнения расслоений в многослойных железобетонных конструкциях является невозможность подачи значительного объема ремонтного раствора в конструкцию под давлением. В частности, при ведении ремонтных работ в верхних слоях многослойной железобетонной конструкции, особенно если эти слои не армированы, существует опасность возникновения сильных деформаций вследствие воздействия на конструкции активного давления со стороны нагнетаемого ремонтного раствора. Например, при значительном шаге колонн в резервуаре чистой воды при нагнетании в расслоенную конструкцию днища может произойти его выпучивание при давлении нагнетания всего в 0,2 МПа [44]. Также проведенные в работе [128] экспериментальные исследования показали, что при инъецировании вязко-пластичного раствора в щель раскрытием 1 мм, образованную двумя бетонными плитами, приводит к поднятию верхней плиты под действием распирающего давления нагнетания уже при давлении нагнетания 24 КПа. В таких случаях проведение инъецирования иногда единственно возможно только в безнапорном режиме, когда раствор распространяется внутри конструкции самотеком, под действием силы тяжести. Однако при проведении такого инъецирования очень высока вероятность некачественного заполнения существующих расслоений и полостей. Также, при малых раскрытиях существующих трещин и расслоений (0,4 - 5 мм), эффективный радиус распространения раствора очень мал, что приводит к необходимости создания значительного количества инъекционных отверстий.
Исследования также показали [49], что при нагнетании цементных растворов под давлением в замкнутые или сообщающиеся между собой пустоты происходит процесс защемления содержащегося в них воздуха, препятствующий проникновению раствора вглубь инъецируемой конструкции. В процессе цементации в конструкцию вовлекается вместе с нагнетаемым раствором некоторое количество воздуха, что создает дополнительное сопротивление прохождению раствора внутри конструкций. Содержащийся в конструкции воздух закупоривает проходы ко многим пустотам. Воздушные мешки препятствуют проникновению нагнетаемого раствора в сообщающиеся между собой трещины и щели. Это сопротивление не может быть преодолено даже и в том случае, когда нагнетание раствора производится под значительным давлением. Защемленный воздух не позволяет обжать полости в конструкции и удалить излишнюю влагу из нагнетаемого раствора.
Воздушные пробки в бетоне во многих случаях обнаруживаются только по окончании цементационных работ при проведении контрольного вскрытия отдельных участков конструкций и сооружений, подвергнутых инъецированию. Применяемые в настоящее время методы нагнетания раствора в плоские трещины и другие дефекты многослойных конструкций не могут в полной мере обеспечить надлежащее качественное заполнение тонких расслоений внутри конструкции, особенно в верхних ее слоях.
Для улучшения технологии и качества инъецирования многослойных железобетонных конструкций предлагается метод вакуумного инъецирования, основанный на нагнетании водоцементной смеси в тело бетона с предварительным или одновременным отсасыванием воздуха из полости, подлежащей цементации [129]. На основании анализа возможных способов создания разряжения в ремонтируемой конструкции автором в качестве устройств для создания необходимого разряжения внутри ремонтируемой конструкции предлагается применять системы, основанные на методе воздушной эжекции.
Эффект эжекции заключается в том, что поток с более высоким давлением, движущийся с большой скоростью, увлекает за собой среду низкого давления. Увлеченный поток называется эжектируемым. В процессе смешения двух сред происходит выравнивание скоростей, сопровождающееся, как правило, повышением давления.
Эжектор (франц. ejecteur, от ejecter - выбрасывать) - струйный аппарат, в котором с помощью рабочей среды высокого давления р\ происходит захват и увлечение пассивной (откачиваемой) среды низкого давления р2, в результате чего давление смешанного потока на выходе рз становится больше давления на входе (р2) : рз Рг- Эжектор сжимает откачиваемый поток с давления р2 до давления р3. С его помощью можно перекачивать среду в область повышенного давления.
Устройства, основанные на применении эффекта эжекции применяются в струйных аппаратах, которые используются в различных отраслях техники: в строительстве - при водопонижении вакуумными установками, на электростанциях - в устройствах топливосжигания (газовые инжекционные горелки); в системе питания паровых котлов (противокавитационные водоструйные насосы); для повышения давления из отборов турбин (пароструйные компрессоры); для отсоса воздуха из конденсатора (пароструйные и водоструйные эжекторы); в системах воздушного охлаждения генераторов; в теплофикационных установках; в качестве смесителей на отопительных водах; в промышленной теплотехнике - в системах топливоподачи, горения и воздухоснабжения печей, стендовых установках для испытания двигателей; в вентиляционных установках - для создания непрерывного потока воздуха через каналы и помещения; в водопроводных установках - для подъема воды из глубоких скважин; для транспортирования твердых сыпучих материалов и жидкостей.
