Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса в области усиления каменных кладок старинных построек и задачи исследований 8
1.1 Анализ современных направлений повышения надёжности кладок 8
1.2 История развития метода инъецирования 14
1.3 Анализ инъекционных составов 17
1.4 Постановка цели и задач исследований 21
ГЛАВА 2. Анализ технического состояния каменных кладок старинных построек 25
2.1 Конструктивное исполнение старинных каменных построек 25
2.2 Дефекты и повреждения старинных каменных построек 30
Выводы по 2 главе 35
ГЛАВА 3. Технологические свойства укрепляющих составов 36
3.1 Требования, предъявляемые к укрепляющим композициям 36
3.2 Разработка инъекционных композиций на основе жидкого стекла . 37
3.2.1 Подбор и изучение эффективных компонентов для придания требуемых свойств укрепляющим композициям 39
3.2.2 Оптимизация состава жидкостекольной композиции 46
3.2.3 Влияние величины силикатного модуля жидкого стекла на эффективность укрепляющего состава 71
Выводы по 3 главе 73
ГЛАВА 4. Разработка технологического процесса инъецирования каменных кладок старинных построек 74
4.1 Область применения технологии 74
4.2 Технология и организация инъекционного укрепления 75
4.2.1 Подготовительный этап 76
4.2.2 Основной этап. Процесс объёмного инъекционного усиления старинной каменной кладки на захватке 77
4.2.3 Заключительный этап 93
4.3 Технологическое решение по сокращению времени набора прочности новообразований 93
4.3.1 Особенности технологии инъекционного усиления с использованием углекислого газа 95
4.4 Оборудование для производства инъекционных работ 96
4.5 Контроль качества работ 98
Выводы по 4 главе 101
ГЛАВА 5. Технология укрепления старинных каменных кладок жидкостекольными композициями на реальных объектах 102
5.1 Усиление каменной кладки памятника истории и культуры - Драматического театра им. Н.П. Охлопкова, 1894-1897 гг. - по ул. К. Маркса, 14 в г. Иркутске 102
5.2 Усиление кладки стен цокольного этажа здания памятника истории и культуры - «Главный дом и доходный дом в усадьбе Миндалеви-чей», конец XIX в - по ул. Чехова-2, в г. Иркутске 111
5.3 Усиление фундамента памятника истории и культуры - «Усадьба Бутиных: винные склады», конец XVIII в. - по пер. Хасановский, 1 в г. Иркутске 118
5.4 Усиление кладки стен памятника истории и культуры - «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной семинарии», конец XVIII - начало XIX вв. - по ул. Нижняя Набережная, 6 в г. Иркутске 122
5.5 Усиление кладки стен памятника истории и культуры - «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной консистории», конец XVIII - начало XIX вв. - по ул. Нижняя Набережная, 6 в г. Иркутске 128
5.6 Выбор технологии инъецирования 132
Выводы по 5 главе 134
ГЛАВА 6. Технико-экономическая эффективность применения технологии инъекционного усиления старинной каменной кладки жидкостекольными композициями 136
6.1 Методика расчёта 136
6.2 Вариант А. Расчет технико-экономических показателей при усилении кирпичных простенков монолитной железобетонной обоймой 140
6.3 Вариант Б. Расчет технико-экономических показателей при усилении кирпичных простенков методом инъецирования полимерным укрепляющим составом 144
6.4 Вариант В. Расчет технико-экономических показателей при усилении кирпичных простенков методом инъецирования жидкостеколь-ной композицией 147
6.5 Экономический эффект 150
Основные выводы 151
Литература 153
- Дефекты и повреждения старинных каменных построек
- Подбор и изучение эффективных компонентов для придания требуемых свойств укрепляющим композициям
- Основной этап. Процесс объёмного инъекционного усиления старинной каменной кладки на захватке
- Усиление кладки стен цокольного этажа здания памятника истории и культуры - «Главный дом и доходный дом в усадьбе Миндалеви-чей», конец XIX в - по ул. Чехова-2, в г. Иркутске
Введение к работе
Актуальность темы. Реконструкция и реставрация зданий требует разработки технологических приёмов по их укреплению. Особенно это касается укрепления старинных каменных построек, расположенных в сейсмически активных зонах России. С целью сохранения зданий историко-архитектурного значения, выполненных в основном из кирпичной кладки на растворах с известковым связующим, необходимо разработать методы их усиления и их практическую реализацию. Наиболее приемлемым методом является инъекционное усиление. В связи с этим разработка технологии инъекционного усиления кирпичной кладки старых построек, основанная на использовании оптимального укрепляющего состава для обеспечения их дальнейшей безопасной эксплуатации, является актуальной задачей.
Работа выполнена по плану НИР ИрГТУ на 2003-2006 годы по разделу «Совершенствование технологии усилению каменной кладки старинных построек в сейсмически активных зонах», а так же по заказу ЗАО «Иркутскпром-строй».
Научная новизна диссертационной работы:
разработана технология инъекционного укрепления каменных кладок старинных построек с применением жидкостекольных композиций, которая позволяет по истечении 98-115 суток с момента усиления повысить прочность растворного камня до 4,2-6 МПа, а прочность сцепления кладки до 116,4-126 кПа;
разработана технология инъекционного усиления каменной кладки жид-костекольными композициями совместно с подачей в шпуры двуокиси углерода, что позволяет сократить время набора прочности укреплённой кладки на 50-70 %;
введение в жидкостекольную массу цеолитсодержащего компонента, обеспечивает максимальное заполнение капиллярно-пористого пространства укрепляемой кладки при следующих технологических параметрах: условия
твердения - воздушно-сухие (Т=18-20 С); количество цеолитсодержащей добавки - 20 % от массы жидкого стекла; плотность укрепляющей композиции -1,2 г/см3.
предложена новая схема расположения шпуров инъецирования при усилении кладки простенков со стороны оконного проёма, что позволяет на 8-12 % заполнить больше капиллярно-пористого пространства кладки по сравнению с традиционной схемой.
Практическое значение и реализация работы:
разработаны оптимальные составы жидкостекольных композиций для выполнения инъекционных работ;
определены технологические параметры производства работ по усилению кладки методом объёмного инъекционного усиления;
предложена технологическая схема производства работ, включающая подготовительный, основной и заключительный этапы;
разработаны рекомендации для инъекционного усиления каменной кладки старинных построек;
результаты работы использованы при реконструкции зданий историко-культурного наследия г. Иркутска: драматический театр им. Н.П. Охлопкова, «Главный дом и доходный дом в усадьбе Миндалевичей», «Усадьба Бутиных: винные склады», «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной семинарии», «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной консистории».
На защиту выносится:
анализ состояния и наиболее характерные дефекты и повреждения каменных кладок старинных построек в сейсмически активных зонах;
результаты экспериментально-теоретических исследований по оптимизации состава укрепляющего инъекционного раствора;
разработанные технологии инъекционного метода усиления каменной кладки;
результаты технологических основ укрепления каменных кладок на реальных объектах.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и рассмотрены на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современный университет: образование, наука, культура» (Иркутск, май 2005 г.), научно-практической конференции «Инвестиции. Строительство. Недвижимость» (Иркутск, июнь 2006 г.).
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 4 научных статьях, в том числе в изданиях с внешним рецензированием - 2.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 175 наименований, 3 приложений и содержит 169 страниц основного текста, 40 рисунков и 38 таблиц.
Работа выполнена автором в Иркутском государственном техническом университете на кафедре строительного производства под руководством к-та техн. наук, профессора ИрГТУ В.Г. Пальчинского.
Дефекты и повреждения старинных каменных построек
Одним из основных направлений развития технологии инъекционного укрепления каменой кладки, является разработка и совершенствование инъекционных композиций [48].
Первыми растворами для инъекционного усиления являлись составы на цементной основе. Разработке составов и технологии цементации посвящены работы [18, 23, 106, 121]ид.р.
В период 50-х годов для инъекции каменной кладки применяли сложные известково-цементные растворы. Для повышения пластичности и замедления схватывания инъецируемого раствора применяли гашёную известь в виде теста - 10-40 % от веса цемента или отмученную глину в количестве 10-20 % в пересчёте на сухое вещество. При наличии фресковой живописи применение цемента запрещалось, и использовали известково-гипсовые растворы [40].
Методике усиления каменных кладок памятников архитектуры и выбору растворов для инъекции посвящены работы [22, 26, 39, 54, 61, 66, 76, 118, 142]. В качестве полимерных добавок к цементным и цементно-известковым инъекционным растворам применяют поливинилацетатную эмульсию (ПВАЭ), ГКЖ-94 и др. [9, 15,27,157, 158]. В настоящее время практически исчерпаны возможности существенного улучшения свойств инъекционных растворов на цементных связующих. Повышение их свойств всё больше связывается с применением специального оборудования (вибродомол цемента, специальные турбулентные мешалки, насосы-эмульгаторы), увеличением времени необходимого для приготовления и нагнетания смесей. Все это ведет к увеличению экономических затрат при ремонте конструкций. Такие недостатки инъекционных растворов на основе цемента как: низкая проникающая способность, относительно не высокая прочность, низкая адгезия к материалам кладки, невозможность заделки мелких трещин свидетельствуют о низкой эффективности использования технологии усиления цементными составами старинной каменной кладки [12]. Поиск оптимальных решений при ремонте бетонных и каменных конструкций привел к использованию полимерных материалов [125-130]. Первые случаи применения полимерных материалов для инъецирования были зарегистрированы в начале 50-х годов и относились в основном к работам по ремонту дорожных покрытий. Тремпер описывая использование эпоксидных клеев для ремонта дорожного бетона в Калифорнии, приводит результаты пятилетнего опыта исследований, на основании которых были разработаны рецепты составов клеев, технологии инъецирования [19]. Многими зарубежными авторами предлагаются различные методы ремонта трещин с помощью синтетических смол [74, 75]. Эти методы отличаются друг от друга порядком и числом проводимых операций, различными модификациями составов. Существенный вклад в исследования полимеррастворов для ремонта строительных конструкций сделан советскими учёными: Н.Н. Остер-Волковым, С.С. Давыдовым, Н.А. Мощанским, Ю.М. Баженовым, И.М. Елши-ным, В.Г. Микульским [74, 75], В.В. Козловым, В.В. Патуроевым, И.Е. Пут-ляевым, Ю.В. Максимовым и др. В 1984 г. ТбилЗНИИЭП Гражданстроя выпущены рекомендации [122], в которых рассмотрены характерные повреждения крупноблочных зданий, приведены способы усиления конструкций полимеррастворами. Однако в данной работе не приводятся данные о несущей способности кладки или бетона, усиленных инъецированием синтетическими смолами. Имеются результаты только её косвенной оценки. Наибольшее распространение для восстановления монолитности и несущей способности каменных и бетонных конструкций, имеющих глубокие трещины, нашли, в первую очередь, синтетические клеи на основе полиэпок-сидов [74, 75]. Для повышения качества каменной кладки инъецированием растворов под давлением согласно [127] рекомендуется применять: - полимерные растворы на основе эпоксидных смол ЭД-16 и ЭД-20; - полимерцементные инъекционные растворы с ПВА или дивинилсти-рольным латексом СКС-65 ГП-Б. В НИЛЭП ОИСИ под руководством В.А. Лисенко проведены исследования по усилению и восстановлению строительных конструкций из камня и бетона с помощью композиционных материалов [129]. Были разработаны рекомендации по усовершенствованию технологического процесса инъецирования, подбору оборудования и оптимизации инъекционных растворов, расчёту усиленных элементов конструкций.
В настоящее время композиции на основе только эпоксидных смол применяются редко, так как они обладают рядом недостатков: сравнительно высокая вязкость, которая затрудняет приготовление и нагнетание инъекционных составов, значительная хрупкость отвердевшей композиции, относительно низкая теплоёмкость и высокая стоимость и т. д. [75]. С целью устранения недостатков, присущих клеям на чисто эпоксидной основе, а также для придания им некоторых новых специфических свойств в состав клея вводят модификаторы, наполнители, разбавители, ускорители и другие добавки [7, 12]. Для омоноличивания конструкций известны попытки использования полиэфирных, инден-кумароновых, полиуретановых, фенолформальдегидных, фенолхлоропреновых, карбамидных и некоторых других полимерных смол. Однако, следует при этом отметить, что и они обладают существенными недостатками. Так, клей на основе насыщенных полиэфиров - полиэфиракрила-ты и полиэфирмалеинаты имеют значительную токсичность, они отличаются сравнительно низкой морозостойкостью и водостойкостью, и большой усадкой. Инден-кумароновые и полиуретановые полимеры токсичны, имеют малую атмосферо - и влагостойкость [23, 75, 159, 160].
Применение фенолоформальдегидных, фенолхлоропреновых, карбамидных и фурановых полимеров ограничивается кислым характером отвердите-лей, что требует при омоноличивании конструкций грунтовки их поверхности каким-либо другим составом. Кроме этого существуют другие присущие им недостатки: повышенная температура отверждения, большая усадка, низкая тепло- и водостойкость [74, 75].
В рассмотренных полимерных составах есть общие недостатки: высокая стоимость, дефицитность, токсичность. Частично устранить недостатки позволило создание совмещённых фурано-эпоксидных смол и композиций на их основе. Наиболее широкое распространение получили связующие ФАЭД и ФАЭИС, полученные путём совмещения мономера ФА с эпоксидными смолами ЭД-16, ЭД-20 или алкилрезорциносланцевой смолой ЭИС-1 (АРЭМ-2-20) [1, 43, 44, 152]. Первые производственные испытания указанных материалов были проведены в 1971 г. на Ингулецкой отраслевой системе [1]
Подбор и изучение эффективных компонентов для придания требуемых свойств укрепляющим композициям
Главным компонентом в инъекционном составе является жидкое стекло. Растворимое стекло способно создавать цементирующие новообразования в виде тонких плёнок, возникающих в пристенном слое капилляра. Для заполнения крупных капилляров и полостей необходим заполнитель. При этом заполнитель должен быть активным по отношению к растворимому стеклу и создавать в месте с ним прочные, нерастворимые соединения после заполнения всех пор и пустот. Кроме этого, заполнитель должен быть высоко дисперсным, чтобы своей развитой поверхностью более быстро взаимодействовать со щелочной фазой стекла. Как известно, уменьшение щелочной составляющей в свободном состоянии повышает силикатный модуль стекла [36]. Раствор жидкого стекла вследствие объединения со щёлочью быстрее желатинизируется и, наконец, целиком переходит в гидрогель кремниевой кислоты, способный склеивать твёрдые частицы в монолит.
Дисперсный заполнитель также не должен существенно снижать проникающую способность самого укрепляющего состава. Одним из таких заполнителей может быть либо природное вещество, либо дисперсные отходы промышленности.
Природным дисперсным заполнителем могут быть горные породы, легко создающие концентрированные суспензии на уровне коллоидных растворов. В качестве такого заполнителя могут быть использованы многие высокодисперсные глины, в том числе, каолинитовые, монтмориллонитовые и бентонитовые.
Месторождение бентонитовых глин, имеющих промышленное значение, встречаются редко. Эти глины являются дефицитными. Каолиновые глины в большом количестве используются для других целей и месторождения их не так широко распространены.
В данной работе были проведены сравнительные исследования двух компонентов, которые по своим химико-минералогическим свойствам в наибольшей степени подходят для использования их в качестве заполнителя для жидкого стекла. Данными компонентами являются тонкомолотый кварцевый песок и цеолит содержащая горная порода аналогичная по тонкости помола (2000 см /г).
Слово «цеолит» в переводе с греческого означает кипящий камень. Одним из идентификационных признаков этого минерала является его «вскипание» при быстром нагревании до пиропластического состояния или расплавление. И хотя подобное поведение свойственно для других гидратированных алюмосиликатов, цеолиты имеют только им присущую структуру с окнами, каналами и полостями на уровне кристаллической решётки, что обуславливает уникальность их свойств: молекулярно-ситовой эффект, высокую ионообменную, сорбционную и каталитическую способность [141]. Обладая высокой пуц-цолановой активностью, природные цеолиты вступают во взаимодействие с известью и образуют гидросиликаты и гидроалюминаты [103-105]. Вопросам применения природных цеолитов в цементах и других вяжущих посвящены работы З.А. Чистяковой [163, 164], В.В. Байракова, Г.Р. Вагнера [17, 18], О.П. Мчедлов-Петросяна, К.Е. Колодезникова, М.М. Сычёва и Е.Н. Казанской, Н.Ф. Фёдорова, И.Г. Гранковского и А.И. Овчинниковой, японских [45-47] и китайских исследователей [175], А.Г. Лысюк, В.Д. Глуховского и Ж.В. Скурчинскои [166], сотрудников СибНИИПпроектцемента [24], МХТИ им. Д.И. Менделеева и других [168, 52, 59, 60, 112, 141].
Добавление к жидкому стеклу минерального наполнителя - дисперсного кварца позволяет заполнить объём крупных полостей и капилляров и увеличить количество кристаллогидратов. Однако, во первых, для обеспечения хорошей проникающей способности необходимо жидкое стекло разбавлять водой, которая частично идёт на гидратацию новообразований. Это значительно увеличи вает время образования геля кремниевой кислоты, а дополнительное повышение температуры снижает количественное содержание продуктов твердения. Во-вторых, применение измельчённого кварца, с одной стороны, значительно повышает количественное содержание продуктов твердения, но с другой стороны, процесс этот идёт медленно и только в присутствии жидкой фазы в составе. Кроме этого, продукты силикатизации с образованием гидросиликата натрия образуются на поверхности зёрен кварца. Образовавшаяся плёнка гидросиликата натрия на поверхности зёрен кварца практически препятствует продолжению этого процесса. Следовательно, требуется значительно измельчать кварцевый песок для обеспечения количественного образования продуктов твердения. Это требует больших затрат энергии при помоле, что значительно увеличивает стоимость укрепляющей композиции в целом.
В Иркутской области есть месторождения монтмориллонитовых глин вторичного выветривания, содержащие цеолиты. В этих глинах содержится дисперсный кремнезём и глинозём, способный образовывать со щелочной составляющей жидкого стекла гидросиликаты и гидроалюминаты натрия со связыванием воды в кристаллической решётке.
Присутствие цеолита в глине дает основание полагать, что образованные субмикроскопические сростки гидроалюмосиликатов совместно с щелочью интенсивно адсорбируются на поверхности цеолитовых частиц. Снижение щелочной фазы в составе жидкостекольного раствора приводит к быстрому и наиболее полному формированию твердой фазы в порах и полостях растворного камня. Образование в порах и микротрещинах кристаллических структур, обладающих высокой прочностью, плотностью и водостойкостью, приведёт к получению более прочной и водостойкой кладки на основе неводостойкого извест-ково-песчаного раствора.
Основной этап. Процесс объёмного инъекционного усиления старинной каменной кладки на захватке
Одним из основных показателей сопротивляемости каменной кладки сейсмическому воздействию является временное сопротивление осевому растяжению по неперевязанным швам (нормальное сцепление) [73, 113]. Согласно строительным нормам каменные кладки в зависимости от их сопротивляемости сейсми-ческому воздействию подразделяются на две категории: I категория Rp 180 кПа; II категория 180 кПа Rp 120 кПа [142].
Качество склеивания определяется двумя факторами: адгезией (прочность сцепления клея и материала) и когезией (прочностью самого клея). Для прочного склеивания необходимо, чтобы силы сцепления между клеем и склеиваемой поверхностью (адгезия) были не менее сил сцепления между частицами склеивающего материала (когезия). В случае недостаточной адгезии нарушение сцепления происходит по контактному слою клеящего вещества и твёрдой поверхности, при слабой когезии клеящего вещества нарушение сцепления происходит по самому клею. Адгезия может быть специфической и механической. Специфическая адгезия объясняется различными видами взаимодействия между клеями и склеиваемыми телами; механическая - шероховатостью поверхности, защемлением, вызывающим трение [11, 74, 75, 151,162].
Согласно теории склеивания клеем в «новой» каменной кладке является кладочный раствор. При рассмотрении укрепляемой кладки с низкими показателями прочности нормального сцепления клеем будем считать укрепляющий состав.
На основании выводов о техническом состоянии каменных кладок старинных построек (глава 2) старинная каменная кладка не удовлетворяет требованиям современных строительных норм по прочности нормального сцепления. Увеличить значение прочности сцепления каменной кладки возможно за счёт её объёмного насыщения, в результате заполнения капиллярно пористого пространства растворного камня, пустот каменной кладки, контактной зоны кирпич - растворный камень.
Задачей исследования прочности нормального сцепления каменной кладки является определение влияния состава укрепляющего раствора на изменение физико-механических свойств укреплённой каменной кладки.
Исследования прочности нормального сцепления каменной кладки проводили в лабораторных условиях на образцах-фрагментах массива старинной каменной кладки. В качестве образцов были использованы фрагменты стены здания памятника истории и культуры «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной семинарии», конец XVIII - начало XIX в., расположенного по ул. Нижняя Набережная, 6 в г. Иркутске. Объём образцов-фрагментов составлял от 0,06 до 0,11 м3.
В качестве укрепляющего состава использовали как жидкое стекло, так и жидкостекольные композиции с различным содержанием заполнителя-модификатора в соответствии с диаграммой рис. 3.3. Для максимального насыщения образцов-фрагментов укрепляющим составом было выполнено оштукатуривание их поверхностей цементно-песчаным раствором. Нагнетание производили через предварительно пробуренные шпуры с помощью ручного насоса СО-20. Давление нагнетания 0,4 МПа, контроль за давлением осуществляли с помощью манометра. Нагнетание производили в течение 6 часов до полного насыщения растворного камня. После 28-ми суточного выдерживания образцов фрагментов в воздушно-сухих условиях при Т=18-20 С, производили испытание образцов укреплённой каменной кладки на прочность нормального сцепление. Определение прочности сцепления каменой кладки осуществляли по методике, предусмотренной для кладки стен строящихся зданий в соответствии с ГОСТ [32], результаты представлены в таблице 3.6. жидкостекольной композиции цеолитсодержащей горной породы обладающей химическим сродством с элементами старинной каменной кладки; - максимальной прочностью нормального сцепления каменной кладки в районе 180 кПа обладают образцы, укрепление которых производилось жидко-стекольными композициями с 20 % содержанием заполнителя-модификатора при плотности состава 1,2-1,25 г/см3. Опыт силикатизации грунтов с целью их укрепления показывает, что эффективность этого процесса значительно увеличивается при использовании высокомодульного состава, установлен рост прочности укрепления грунтов в 1,5-2 раза при использовании высокомодульного состава с силикатным модулем 3,5 по отношению к силикатному составу с модулем 2,8 [132,133,147].
Использование силикатного состава с большим содержанием ионов S1O2 и меньшим содержанием щелочной части способствует при активном поглощении щелочи быстрой коагуляции геля кремниевой кислоты и образованию более плотных водоустойчивых кристаллогидратов. Повышение модуля состава силиката натрия не отражается на изменении его вязкости при плотности соста-ваот 1,1 до 1,25 г/см .
Промышленность выпускает силикат натрия со стабильным силикатным модулем 3.5, а изменение модуля требует переналадки оборудования технологии производства жидкого стекла. Поэтому, заслуживает внимание применение жидкого стекла, получаемого путем варки его при атмосферном давлении с использованием технологического едкого натрия и микрокремнезёма. Микрокремнезём является отходом при производстве кристаллического кремния. В микрокремнезёме присутствует большое количество тонкодисперсного кремнезема в "остеклованном" и закристаллизованном состоянии [6]. Кроме этого, несложная технология приготовления жидкого стекла из такого сырья дает возможность получать его непосредственно вблизи потребления. При этом, есть возможность, изменяя соотношения между щелочью и микрокремнезёмом, получать жидкое стекло с требуемым силикатным модулем.
Для оценки влияния величины силикатного модуля жидкостекольной части на эффективность укрепляющего состава, готовилось жидкое стекло на основе микрокремнезёма с различным содержанием щелочи. Процесс насыщения образцов старинного растворного камня жидкостекольными композициями аналогичен процессу, описанному в п. 3.2.2. Плотность укрепляющих составов составляла 1,2 г/см3. Действие жидкого стекла на основе микрокремнезема с различным силикатным модулем оценивали по прочности образцов в различные сроки твердения. Образцы старинного растворного камня разделяли по сериям в зависимости от укрепляющего раствора. Общее количество образцов составило 120 шт.
Усиление кладки стен цокольного этажа здания памятника истории и культуры - «Главный дом и доходный дом в усадьбе Миндалеви-чей», конец XIX в - по ул. Чехова-2, в г. Иркутске
Разработанные технологии инъекционного усиления старинных каменных кладок жидкостекольными композициями требуют детальной проработки отдельных технологических операций в условиях строительной площадки. Этому были посвящены опыты, проведённые в г. Иркутске при реконструкции памятников истории и культуры.
Производственная проверка технологий инъекционного усиления была произведена при усилении каменной кладки на следующих объектах культурного наследия г. Иркутска: Драматический театра им. Н.П. Охлопкова, по ул. К. Маркса, 14; «Главный дом и доходный дом в усадьбе Миндалевичей», по ул. Чехова, 2; «Усадьба Бутиных: винные склады», по пер. Хасановский, 1; «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной семинарии, здание духовной консистории», по ул. Нижняя Набережная, 6.
Работы по инъекционному усилению кладки на объекте «Усадьба Бутиных: винные склады» выполняло ООО «Артефакт». На других объектах работы производило ЗАО «Иркутскпромстрой», техническое сопровождение работ проводило 000 «Артефакт». Работы на всех объектах выполнялись под надзором Центра по сохранению историко-культурного наследия Иркутской области (ОГУЦСН).
Анализ архивных данных, а также проведенных ранее работ по обследованию здания театра, позволил выявить отдельные первоначальные прочностные составляющие кирпичной кладки и ряд конструктивных особенностей стен здания [78].
Кладка стен выполнена из полнотелого глиняного кирпича пластического формования на известково-песчаном растворе. Со стороны фасада и внутренних помещений поверхность стен оштукатурена и окрашена известковым раствором. Стены ослаблены магистралями воздуховодов отопления и вентиляции, регулярно расположенными гнёздами под балками деревянных перекрытий.
В результате визуального обследования технического состояния каменных конструкций выявлено наличие многочисленных трещин, в том числе и сквозных, свидетельствующих о происходящих процессах трещинообразо-вания. При отборе проб оценивалось состояние кладки по внешним признакам. Было установлено, что в основном объеме здания на внешней поверхности стен заполнение горизонтальных и вертикальных швов раствором хорошее и близко к 100%. Толщина швов равномерная и равна в горизонтальных 5-6 мм в вертикальных 6 мм. В более глубоких слоях наблюдаются отступления от этих размеров в большую сторону. Часто встречаются участки с плохо прогашенной известью. В нескольких вскрытиях размеры куска извести составили до 5 см. Местами кладка легко разбирается руками. Таким образом, имеет место неоднородность структуры кладочного раствора. В надстройке 4-го этажа заполнение швов в кладке составляет 60-70 %.
Для определения физико-механических характеристик конструкционных материалов были отобраны пробы раствора и кирпича кладки. Места отбора проб материалов кладки их количество и методика определения прочности выполнены в соответствии с требованиями соответствующих ГОСТ [32, 34].
Испытания показали, что прочность кирпича на сжатие и изгиб соответствует требованиям, предъявляемым к марке М50. Результаты прочностных характеристик кирпича подтвердили данные архивных материалов. Прочность раствора на сжатие в среднем составляет 0,93 МПа. Открытая пористость растворного камня находится в пределах 32,4-33,8 %. В связи с тем, что прочность сцепления по неперевязанному шву по результатам испытаний очень низка порядка 9,31 кПа, а порой практически нулевая, были проведены дополнительные контрольные испытания. Эти испытания подтвердили низкую прочность сцепления. Нарушение сцепления в основном проходило по контакту раствора и кирпича. Одна из причин низких показателей прочности сцепления кладки надстройки является плохая степень заполнения швов раствором. Таким образом, проявились следующие основные задачи, которые необходимо было решить в процессе реконструкции: повысить плотность растворных швов кладки; повысить нормальное сцепление кладки по неперевязанным швам до требований, предъявляемых СНиП [145] не ниже II категории сопротивляемости сейсмическим воздействиям; заполнить мелкие и крупные, в том числе сквозные трещины цементирующими составами. Было принято решение поставленные задачи выполнить, используя технологию инъекционного усиления каменных кладок жидкостекольными композициями под давлением. Работы по инъекционному усилению стен проводили в летне-осенний период 1998 г. Производственный процесс инъекционного усиления каменных кладок под давлением соответствовал технологии описанной в главе 4. Особенности технологического процесса инъекционного усиления кладки стен Иркутского Драматического театра. На поверхности кирпичных стен очищенных от старого штукатурного слоя выполняли разметку мест бурения шпуров в вершинах треугольника (шахматном порядке) с шагом 45-50 см, а также в вершинах квадрата. Бурение шпуров производили наклонно к поверхности стены, сверлильными аппаратами марки «ВОСН» мощностью 500 Вт. Диаметр шпуров составлял 28-30 мм. Шпуры очищали от пыли и шлама сжатым воздухом от компрессора.
