Содержание к диссертации
Введение 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
Общие сведения .9
Подготовка поверхности 10
Гидрофобизация 11
Лакокрасочные покрытия ..12
Хлоркаучуковые покрытия 15
Эпоксидные покрытия 16
Трещиностойкие покрытия 17
Рулонная оклеенная гидроизоляция .....18
Торкрет-бетон..... ...21
1.10 Нагнетание за обделку цемента....... .....22
1.12 Выводы, цель и задачи исследований 24
ГЛАВА 2. ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ.
Стадии диагностики 27
Химический анализ бетона подземных сооружений и степени агрессивности воды 29
Определение водопоглощения и влажности бетона 35
Особенности проведения комплексного неразрушающего контроля прочностных и структурных свойств железобетонных конструкций подземных сооружений ..38
Определение проницаемости бетона 50
2.6. Статистическая обработка результатов 57
2.7 Выводы .....59
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ АДГЕЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СОЗДАНИИ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ.
3.1 Природа адгезионного взаимодействия бетона с гидроизоля
ционным покрытием 62
3.2 Характеристика энергетического состояния поверхности
минералов бетонных конструкций 66
Механизм электростатического взаимодействия поверхности бетона с гидроизоляционным покрытием 70
Механизм каппилярного взаимодействия цементных частиц гидроизоляционного покрытия с поверхностью бетона 75
3.5 Выводы .........79
ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ, НА АДГЕЗИОННУЮ ПРОЧНОСТЬ РЕМОНТНЫХ И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РЕМОНТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ.
Особенности адгезии и способы ее определения при ремонте и защите бетона 80
Методика проведения испытаний .....82
Условия проведения испытаний .....83
Требования при проведении испытаний по определению адгезии......90
Выводы .....96
ГЛАВА 5. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА И ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ.
Классификация повреждений железобетонных конструкций .98
Технология ремонта железобетонных конструкций 101
Нанесение антикоррозионного покрытия на зачищенную арматуру... 105
Герметизация швов и трещин при наличии активных протечек воды. 106
Восстановление разрушенного бетона ремонтными составами .107
5.6 Выравнивание отремонтированной поверхности железобетонных
конструкций подземных сооружений 111
5.7 Технология нанесения гидроизоляционного защитного покрытия.... 113
Контроль качества выполнения ремонтных и гидроизоляционных работ 122
Результаты внедрения и их технико-экономическая оценка 127
5.10 Выводы ..........129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .131
Литература .134
Введение к работе
Для нормальной жизнедеятельности городов необходима надежная эксплуатация подземных сооружений различного назначения.
Сроки службы сооружений определяются проектом. По этому показателю все сооружения можно разделить на две группы.
К первой относятся здания и сооружения, предназначенные для размещения и эксплуатации различного оборудования и других технических средств. Сроки их службы обусловливаются сроками рациональной службы или морального старения оборудования. Такие сооружения в условиях быстрого научно-технического прогресса подвергаются реконструкции после сравнительно небольших сроков службы, устанавливаемых государственными нормативными документами: по СНиП они составляют от 25 до 75 лет.
В этой группе долговечными могут быть названы сооружения, выдерживающие экономически обоснованные сроки службы при минимальных затратах на ремонты.
Вторую группу составляют бетонные и железобетонные сооружения, срок службы которых практически неограничен, например, берегоукрепительные и подземные сооружения. Сюда же могут быть отнесены и тоннельные сооружения. Независимо от вида и технических характеристик, эти сооружения должны служить сотни лет, как бы исправляя или дополняя природные условия.
Естественно, требования к бетонным и железобетонным конструкциям и сооружениям второй группы должны быть более «жесткими» с позиции их сопротивляемости внешним разрушающим воздействиям. Носителями этих разрушающих воздействий являются жидкости и газы, если они агрессивны по отношению к составляющим цементного камня. В наибольшей степени их агрессивность будет проявляться в тех бетонных и железобетонных конструкциях и сооружениях, у которых большая проницаемость по отношению к этим жидкостям и газам.
Анализ опыта эксплуатации подземных сооружений показывает, что железобетонные конструкции сооружений, подвергаясь в период эксплуатации физическому износу, перестают удовлетворять требованиям значительно раньше проектного нормативного срока. Сроки службы конструкций в нормативных документах остаются неопределенными, а затраты на ремонт значительно превышают нормативы. Технология, время проведения и объемы ремонтных работ назначаются без учета текущего и будущего состояния конструкций.
По данным отечественного и зарубежного опыта, ущерб от коррозии бетона и железобетона подземных сооружений очень велик и доходит до 40% общих инвестиций в строительство подобных объектов. Этот ущерб складывается из стоимости материалов, расходуемых на ремонтно-восстановительные работы, стоимости выполнения ремонтных
работ, стоимости нарушения режима эксплуатации объекта в период ремонта в связи с остановкой производства.
Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации железобетонных конструкций тоннелей показывает, что значительная экономия затрат на обеспечение поддержания их в эксплуатационном состоянии, может быть достигнута при определении состояния конструкций с помощью комплексной диагностики, позволяющей классифицировать степень повреждения и предложить технологию проведения ремонтных работ, позволяющую обеспечить долговечную эксплуатацию подземных сооружений.
Совокупность выполнения комплекса мероприятий позволит добиться при своевременном ремонте железобетонных конструкций расчетных параметров их эксплуатации в течение всего оставшегося срока службы сооружения.
Сложившаяся ситуация характеризуется тем, что:
несмотря на многочисленные исследования в области защиты железобетона в достаточной мере не уделено внимание научному обоснованию рекомендаций по ремонту и защите конструкций подземных сооружений,
не изучены в достаточной мере факторы, влияющие на адгезионную прочность ремонтных и гидроизоляционных материалов применительно к различным объектам, а также уделено недостаточное внимание контролю качества выполненных работ.
В связи с изложенным, разработка технологии ремонта и гидроизоляции конструкций подземных сооружений, обеспечивающая их долговечность, является актуальной научной задачей.
Цель работы обосновать и разработать технологию ремонта и гидроизоляции, позволяющую увеличить проектный срок службу подземных сооружений.
Идея работы состоит в подборе ремонтного и гидроизоляционного материалов, обладающих одинаковыми с бетоном физическими свойствами и высокой адгезией при различном состоянии его поверхности.
Научные положения, разработанные лично диссертантом, и их новизна.
1.Разработана классификация состояния железобетонных конструкций подземных сооружений в зависимости от степени их поврежденности (4 класса повреждений). Классификация выполнена на основании диагностических изысканий следующих параметров: влажность бетона, его водопоглощение, проницаемость, прочность, глубина нейтрализации, толщина защитного слоя, шаг армировки, диаметр арматуры и ее состояние, химический анализ подземных вод. Классификация предна-
значена для научного обоснования параметров технологии ремонта и гидроизоляции
v железобетонных конструкций подземных сооружений.
2.Установлена аналитическая зависимость капиллярной составляющей адгезии ремонтного и гидроизоляционного материалов, при нанесении на бетонную поверхность, от их дисперсности, консистенции и гидрофильности. Эта зависимость позволяет определить максимальное значение капиллярной составляющей адгезии и на основе этого разработать рекомендации по допустимой одноразовой толщине нанесения ремонтных и гидроизоляционных материалов на поверхность железобетонных конструкций подземных сооружений.
Установлены экспериментальные закономерности изменения адгезии ремонтного и гидроизоляционного материалов к бетону конструкций подземных сооружений в зависимости от качества подготовки ремонтируемой поверхности, ее влажности, ориентации в пространстве, толщины ремонтного и гидроизоляционного покрытий. Полученные закономерности позволяют научно обосновать тип ремонтных и гидроизоляционных материалов и условия их нанесения на ремонтируемую бетонную поверхность.
Обоснованы рациональные параметры технологии ремонта и гидроизоляции подземных сооружений в зависимости от класса поврежденности их железобетонных конструкций, позволяющие увеличить проектный срок службы.
« Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекоменда-
ций подтверждаются:
применением методов теории адгезии, прочности строительных железобетонных конструкций, статистических методов расчета и максимальным учетом специфики эксплуатации различных подземных сооружений;
сходимостью теоретических результатов расчета капиллярной и электростатической составляющей адгезии ремонтных и гидроизоляционных материалов с результатами лабораторных испытаний, а также результатами внедрения технологии ремонта и гидроизоляции железобетонных конструкций подземных сооружений.
Научное значение работы состоит в установлении закономерностей изменения адгезии ремонтных и гидроизоляционных материалов к железобетонным конструкциям подземных сооружений, позволяющих обосновать параметры технологии ремонта и гидроизоляции.
Практическое значение работы состоит в разработке методики диагностики, технологии ремонта и гидроизоляции железобетонных конструкций подземных сооружений, применение которых позволяет обеспечить увеличение их проектного срока службы.
Необходимая стойкость бетонных и железобетонных конструкций может быть достигнута только в том случае, если будет осуществлен комплекс мероприятий, предусматривающих придание ее материалу и самой конструкции свойств, определяющих сохранение расчетных параметров (прочности, водонепроницаемости и др.) в течение всего срока службы сооружения.
Несмотря на обширные исследования, в настоящее время не решен вопрос как в теоретическом, так и в практическом плане о надежной защите бетонных и железобетонных конструкций (особенно длительного срока службы) от разрушающего воздействия агрессивных сред.
Вопросам технологии ремонта и защиты железобетонных конструкций посвящен целый ряд публикаций. К ним относятся работы Г.В. Борисова, A.M. Кириленко, Ю.Г. Ме-щерекова, В.Е. Меркина, О.Н. Павлова, С.Н. Попченко, Ю.Б. Пильча, В.Н. Пуголовкина, И.А. Рыбьева, Б.З, Чистякова, А.А. Шилина, В.Н. Яковлева.
Вопросы выбора материалов для защиты железобетонных конструкций подземных сооружений рассматривались в работах В.В. Бойко, А.И. Кисиной, Ю.Н. Куликова, Е.Ю. Куликовой, Г.А. Нечаева, А.Г. Титова, А.А. Шилина, В.В. Шнейдеровой.
Изучению природы адгезии посвящены работы Б.В. Дерягина, А.В. Дугарцыренова, Н.А. Кротовой, А.Д. Зимона.
Исследованию коррозионных процессов в бетоне и арматуре, играющих большую роль в выборе материала и способа ремонта железобетонных конструкций, посвящены работы С.Н. Алексеева, Г.П. Вербецкого, Е.А. Гузеева, Ф.М. Иванова, В.М. Москвина, Н.К. Розенталя, Н.В. Савицкого, Т.В. Рубецкой, СВ. Шестоперова.
На сегодняшний день несмотря на многочисленные исследования в данном направлении в достаточной мере не уделено внимание вопросам научного обоснования выбора материалов, адаптированных к состоянию ремонтируемой поверхности бетона, рекомендаций по ремонту и защите конструкций подземных сооружений.
При выборе технологии ремонта зачастую не проводится обследование бетона сооружения и не учитывается состояние конструкции в целом, а также факторы, влияющие на адгезионные характеристики ремонтных и гидроизоляционных материалов применительно к специфике различных объектов подземного строительства.
Анализ имеющихся результатов обследования состояния конструкций сооружений позволил установить, что наибольшим повреждениям подвергаются места сопряжения конструкций, холодные швы между заходками бетонирования и бетонные части конструкций, подвергающиеся попеременному смачиванию - высушиванию.
Анализ существующих исследований в области ремонта конструкций подземных сооружений позволил сделать следующие выводы:
Щ
основными причинами фильтрации воды через железобетонные конструкции являются трещины, образующиеся из-за температурных напряжений, и раскрытие строительных швов по этой причине, дефекты, образовавшиеся при устройстве температурных швов во время бетонирования;
отсутствуют научно обоснованные нормы и сроки проведения ремонтных работ, устанавливаемые государственными нормативными документами;
существующие рекомендации по ремонту и защите железобетонных конструкций не позволяют обеспечить их долговечную эксплуатацию;
отсутствуют научные обоснования по применению ремонтных и защитных материалов в зависимости от их адгезионных характеристик и состояния ремонтируемых железобетонных конструкций;
не производится контроль качества выполненных работ и не прогнозируется долговечность ремонтных работ.
В связи с вышеизложенным, необходимо проведение дальнейших исследований, направленных на разработку комплекса мероприятий, позволяющих обосновать технологию выполнения ремонтных и гидроизоляционных работ, обеспечивающую долговечную эксплуатацию сооружений.
Исходя из состояния и изученности вопроса, для достижения поставленной цели необходимо:
разработать комплекс диагностических мероприятий по оценке состояния железобетонных конструкций и степени агрессивности сред. Это обеспечит последующий выбор материалов и технологии производства ремонтных и гидроизоляционных работ;
оценить долговечность бетона подземных сооружений в зависимости от его водонепроницаемости на основе существующих методик;
установить зависимость влияния свойств материала гидроизоля-ционного покрытия и ремонтного состава на адгезионную прочность к бетону;
определить факторы, влияющие на адгезионную прочность гидроизоляционного и ремонтного материалов;
разработать технологию ремонтных и гидроизоляционных работ, обеспечивающую увеличение проектного срока эксплуатации подземных сооружений;
создать комплекс мероприятий для оценки качества выполненных работ.
Для решения поставленных задач, использовалась комплексная методика исследований, включающая в себя: изучение механизма адгезии, натурные измерения, лабораторные испытания, вероятностные и статистические методы анализа результатов.
