CC BY
0УДК 69 Сомов М.В., Мирзоев М.А.
Сомов М.В.
Российский университет транспорта (МИИТ) (г. Москва, Россия)
Мирзоев М.А.
Российский университет транспорта (МИИТ) (г. Москва, Россия)
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ИНЪЕКЦИОННЫХ СМЕСЕЙ ПРИ РЕМОНТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Аннотация: предложенный в статье метод восстановления несущей способности железобетонных конструкций гидротехнических сооружений (ГТС) транспортного назначения основан на использовании инъекционных смесей на минеральной основе.
Применение результатов данного исследования позволит увеличить уровень надежности и безопасности ГТС транспортного назначения, а также снизить расходы на их ремонт и обслуживание. Ключевые слова: минеральные инъекционные смеси, микроцементы восстановление, микроцементы, гидротехнические сооружения.
Ключевые слова: минеральные смеси, инъекционные смеси, микроцементы, восстановление, железобетон, гидротехнические сооружения.
ВВЕДЕНИЕ.
Проблема деградации газотранспортных систем (ГТС) является актуальной, так как она приводит к сокращению сроков службы систем, увеличению затрат на ремонт и содержание, а также увеличивает риск возникновения аварийных ситуаций.
В настоящее время для диагностики железобетонных конструкций ГТС, преимущественно, проводят визуальное обследование объекта, что не позволяет
достоверно оценить степень скрытого разрушения структуры бетона железобетонной конструкции, в результате визуального обследования и установления дефектов наружного слоя бетона, часто принимается решение о необходимости сплошного демонтажа ограждающей конструкции, при этом прочностные характеристики могут быть достаточными для дальнейшей эксплуатации. При малой степени поражения железобетонных конструкций, наиболее часто, используют инъекционные смеси на полимерной основе, которые являются трудно совместимыми с минеральной структурой цементного камня.
В этой связи целесообразным является проводить детальное обследование объекта для обнаружения скрытых дефектов конструкций с последующим использованием инъекционных смесей на минеральной основе. Смеси на минеральной основе более долговечные, имеют большую прочность, более экологичные, дешевле и у них лучше адгезия по сравнению с полимерными смесями.
Цель данного исследования заключается в разработке нового эффективного метода восстановления эксплуатационной надежности железобетонных конструкций ГТС с использованием инъекционных смесей на минеральной основе.
Практическая значимость работы заключается в изучении влияния инъекционных смесей на минеральной основе на физико-механические свойства железобетонных конструкций после проведения инъекции. Были проведены лабораторные испытания на вязкость, седиментационную устойчивость и прочность. Для этого были выбраны три микроцемента различных производителей: «Интроцем-Экстра», «Ультрацемент-5» и «МикроОст».
РЕЗУЛЬТАТЫ.
Для проведения экспериментальных исследований были проведены испытания на вязкость, седиментационную устойчивость и прочность трех микроцементов различных производителей: «Интроцем-Экстра», «Ультрацемент-5» и «МикроОст».
При проведении испытаний на вязкость и седиментационную устойчивость был подготовлен раствор на основе соответствующего микроцемента и воды с водовяжущим отношением равным 1. Раствор готовили в течение 3 минут.
Для определения седиментационной устойчивости, в соответствии с требованиями ГОСТ 33762-2016 [1], раствор заливали в мерную колбу до отметки 300 мл и каждые 30 минут, в течение полутора часа, снимали значения объема раствора без учета отделившейся воды.
Для определения вязкости, в соответствии с требованиями ГОСТ 310.62020 [2], раствор заливали в воронку вискозиметра Марша и засекали время, которое требуется раствору для прохождения через воронку. Этот процесс повторялся каждые 30 минут в течение полутора часа, а результаты записывали в таблицу. Результаты испытаний представлены в таблице 1 и на графиках 1 и 2.
Таблица 1. Результаты испытаний.
Образец Седиментация, % Вискозиметр Марша, сек Примечание
0 мин 30 мин 60 мин 90 мин 0 мин 30 мин 60 мин
Интроцем-Экстра 0 3,3 5 6,7 33 33,5 34
МикроОст 0 73,3 - - 32 - - много пены,по ТУ время работы с раствором макс. 30 мин
Ультрацемент - 5 -* -* -* -* -* -* -*
Примечание: -* - загустел до начала испытания
Интроцем-Экстра
МикроОст
30 60
Время, минуты
График 1. Результаты испытаний на седиментационную устойчивость.
Интроцем-Экстра
МикроОст
Ультрацемент - 5 (Загустел до начала испытания)
Время, минуты
График 2. Результаты испытаний на вязкость.
Испытания показали, что «Интроцем-Экстра» обладает наилучшей седиментационной устойчивостью и минимальной вязкостью. МикроОст по истечении первых 30 минут показал высокую седиментацию, и проба для испытания на воронке Марша осела на дно и начала схватываться, испытания
прекращены. Ультрацемент - 5 загустел до начала испытаний. На этом основании принято решение о выполнении инъекционных работ с применением микроцемента «Интроцем-Экстра».
Для проведения испытаний на прочность были выполнены инъекционные работы и отобраны керны, до и после инвестирования, на опытном участке шлюза №7 канала имени Москвы.
В соответствии с требованиями технической документации, до проведения инъекционных работ, было проведено детальное обследование железобетонных конструкций шлюза и выявлены разрушения лицевого бетона до обнажения арматуры глубиной до 40 см. около 20% и без обнажения арматуры глубиной до 10 см. около 10%, каверны и трещины, следы выщелачивания бетона до 80%, следы коррозии арматуры до 30%, повреждение конструкции температурно-осадочных швов 100%, очаги сквозной фильтрации до 15%.
Конструкции шлюза находится в ограниченно работоспособном состоянии и требуют выполнения капитального ремонта конструкций стен камер шлюза [3].
Отбор образцов проводился с учетом требований ГОСТ 28570-2019 [4]. Керны отбирались с использованием алмазной коронки диаметром 45 мм. Образцы бетона испытывают в воздушно-влажностном состоянии поэтому перед проведением испытаний образцы хранились в лаборатории при температуре воздуха 20 ± 5 °С и влажностью не менее 55% в течение 3 суток [5]. Образцы бетона до проведения инъекционных работ имели частично нарушенную структуру (см рисунок 1).
Рисунок 1. Керн до инъектирования.
Керны разрезались на части для изготовления образцов. При наличии дефектов на опорных поверхностях их выравнивали в соответствии с требованиями [3]. После подготовки, образцы были испытаны на прочность при сжатии (см. таблицу 2). Испытания показали, что среднее значение прочности бетона равно 7,6 МПа при проектной 15,0 МПа.
Таблица 2. Характеристики испытуемых образцов до инъектирования.
№ обр Ш Плотность, кг/м3 Прочность, МПа Примечания
1 1,1 1915 6,4 Включения гранитного
2 1,2 1991 8,8 щебня зерен гальки и
3 0,8 2096 9,1 наличие полостей в
4 1,0 1811 6,3 теле образцов
Среднее значение прочности 7,6
После проведения инъекционных работ с использованием микроцемента «Интроцем-Экстра», с добавлением красителя для визуального осмотра (см рисунок 2), были отобраны керны и проведены испытания на прочность при сжатии (см. таблицу 3).
Рисунок 2. Керн после инъектирования.
Таблица 3. Характеристики испытуемых образцов после инъектирования.
№ обр ИМ Плотность, кг/м3 Прочность, МПа Примечания
1 1,09 2118 24,5
2 1,7 2096 18,6 Разрушение по
3 1,15 2163 15,4 заполнителю
4 1,1 2081 19,3
Среднее значение прочности 19,45
По внешнему виду испытанных образцов можно заключить следующее:
1) Инъекционная смесь заполнила поры и пустоты в железобетонной конструкции, тем самым связав и укрепив слабые участки, что позволило получить целостный керн.
2) Разрушение образцов при испытании происходит по самым слабым (с низкой прочностью) элементам, а именно заполнителю и старому цементному камню. При этом инъекционный раствор остался цел.
На основании анализа результатов, выполненных экспериментальных исследований по определению вязкости, седиментационной устойчивости и прочности микроцементов различных производителей установлено, что для восстановления качества бетона ограждающих конструкций шлюза необходимо применять микроцемент «Интроцем-Экстра», так как этот материал
обеспечивает получение инъекционных смесей с повышенной седиментационной устойчивостью, низкой вязкостью и высокой прочностью.
ВЫВОДЫ.
Перед началом инъекционных работ был проведен отбор кернов для анализа. Образцы обладали рыхлой структурой с крупным заполнителем и растворной частью, без единой сплошной структуры. Некоторые образцы сохраняли контакт между растворной частью и заполнителем, имели полости, каверны, трещины и рыхлую зону контакта. Эти признаки свидетельствовали о коррозии цементного камня из-за выщелачивания при фильтрации воды.
Средняя прочность при сжатии бетона ограждающих конструкций до инъекционного закрепления составляет 7,6 МПа, что в 2 раза ниже проектной.
После выполнения буроинъекционных работ, с применением микроцемента «Интроцем-Экстра», отобранные образцы имеют сплошную и прочную структуру с заполнением инъекционной смесью открытых полостей, каверн, пор и капилляров в структуре бетона и растворной части.
Средняя прочность при сжатии отобранных образцов бетона на опытных участках, после выполнения буроинъекционных работ, составляет 19,45 МПа, что на 30% выше проектной прочности. При этом бетон, после инъектирования с применением растворов на основе микроцемент «Интроцем-Экстра», имеет повышенную водонепроницаемость, что исключает развитие коррозии цементного камня в следствие выщелачивания при дальнейшей эксплуатации шлюза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. ГОСТ 33762-2016 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к инъекционно-уплотняющим составам и уплотнениям трещин, полостей и расщелин: национальный стандарт Российской Федерации. - Введ. в действ. 01.01.2017. - М.: ФГУП Стандартинформ, 2016. -11 с;
2. ГОСТ 310.6-2020 Цементы. Метод определения водоотделения: национальный стандарт Российской Федерации. - Введ. в действ. 01.01.2021. -М.: ФГУП Стандартинформ, 2020. - 14 с;
3. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия: свод правил. - М.: Минстрой России, 2016. - 132 с;
4. ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния: межгосударственный стандарт. - Введ. в действ. 01.07.2012. - М.: ФГУП Стандартинформ, 2011. - 40 с;
5. ГОСТ 28750-90 Пряности. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение: государственный стандарт. - М.: Издательство стандартов, 1990. - 11 с;
6. СП 58.13330.2019 Гидротехнические сооружения. Основные положения: свод правил. - М.: Минстрой России, 2019. - 112 с
Somov M. V., Mirzoev M.A.
Somov M.V.
Russian University of Transport (Moscow, Russia)
Mirzoev M.A.
Russian University of Transport (Moscow, Russia)
ANALYSIS OF APPLICATION RESULTS MINERAL INJECTION MIXTURES WHEN REPAIRING REINFORCED CONCRETE STRUCTURES
Abstract: the method proposed in the article for restoring the bearing capacity of reinforced concrete structures of hydraulic structures (HTS) for transport purposes is based on the use of mineral-based injection mixtures.
Application of the results of this study will increase the level of reliability and safety of hydraulic structures for transport purposes, as well as reduce the costs of their repair and maintenance. Key words: mineral injection mixtures, microcements restoration, microcements, hydraulic structures.
Keywords: injection mixtures, microcements, restoration, reinforced concrete, hydraulic structures.
