CC BY
45
УДК 666.970
О. М. ПШШЬКО, А. В. КРАСНЮК, О. В. ГРОМОВА (ДПТ), В. В. ПАЛ1Й (Укрзашзниця)
ЗАСТОСУВАННЯ МАТЕР1АЛ1В ТА ДОБАВОК ДЛЯ МОДИФ1КАЦП ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ I ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РЕМОНТНИХ СОСТАВ1В СПЕЦ1АЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ ПРИ РЕМОНТ БУД1ВЕЛЬ ТА 1НЖЕНЕРНИХ СПОРУД НА ТРАНСПОРТ1
У статп розглянуто один i3 напрям1в створення ремонтного матер1алу i3 заданими технолопчними та експлуатацшними властивостями шляхом застосування модифшуючих добавок направлено'' або полiфунк-цюнально'' дiï. Встановлено вимоги до ремонтних склащв спецiального призначення для рiзних умов екс-плуатацiï споруди i видiлено категорiï матерiалiв для ремонту. Зроблено огляд сучасних синтетичних добавок i добавок-мiкронаповнювачiв для модифшацп властивостей ремонтних складiв спецiального призначення.
В статье рассмотрено одно из направлений создания ремонтного материала с заданными технологическими и эксплуатационными свойствами путем использования модифицирующих добавок направленного или полифункционального действия. Установлены требования к ремонтным составам специального назначения для разных условий эксплуатации сооружения и выделены категории материалов для ремонта. Проведен обзор современных синтетических добавок и добавок-микронаполнителей для модифицирования свойств ремонтных составов специального назначения.
In the article one of directions of creation of repair material with the set technological and operational properties by means of use of modifying additives of the directed or multifunctional action is considered. The requirements to repair compositions of special purpose for different conditions of operation of a construction are established and the categories of materials for repair are separated. The review of modern synthetic additives and ground-additives for modifying the properties of repair compositions of special purpose is carried out.
Сучасним напрямком створення ремонтного матер1алу ¡з заданими технолопчними та експлуатацшними властивостями е застосування модифшуючих добавок пол1функцюнально1' ди i розробка ремонтних состав1в на 1х основа До-цшьшсть використання модифшуючих добавок визначаеться досягненням широкого спектру технолопчних та економ1чних показниюв ефе-ктивност при ремонт^ захисп i вщновленш кам'яних, бетонних та зал1зобетонних констру-кцш i споруд, а також при монолгтному буд1в-ницга 1нженерних споруд.
На сьогодшшнш день р1зномаштшсть мате-р1ал1в та модифшуючих добавок ставить школи в тупик технолопв i буд1вельник1в - за якими критер1ями застосовувати тi чи iншi добавки.
Тому дослiдження i систематизащя модиф> куючих добавок, також розробка составiв на 1х основi дозволить бшьш рацiонально пiдходити до вибору необхщного матерiалу, як за цшою, так i за ефективнiстю при використанш у тех-нологiï ремонту, що дозволить отримати певний екожмчний ефект.
До ремонтних составiв спещального призначення вiдносяться состави, яю крiм заданого набору властивостей, що забезпечують 1'х екс-плуатацiйну придатнють, повиннi характеризу-
ватися додатково властивостями, обумовлени-ми специфiчними умовами експлуатаци конс-трукцii у спорудi, що ремонтусться. Цими спе-цифiчними умовами е розташування матерiалу конструкцii по вщношенню до води i характер взаемоди з нею. З цього погляду матерiал конс-трукцii споруди можна подшити на такi зони:
- Щцводна (пiдземна) зона матерiалу конс-трукцii - характерна тим, що постшно знахо-диться у водi i взаемодiе з нею та и складовими з рiзною iнтенсивнiстю, яка залежить вiд характеру ди води (пiд напором або без напору), хь мiчного складу (агресивностi) водного середо-вища, а також вiд складу i будови безпосеред-ньо матерiалу конструкци. Стiйкiсть матерiалу конструкцii або споруди у цьому випадку дося-гаеться правильним вибором складу матерiалу, шдвищеною щiльнiстю структури, яка досяга-еться рацiональним пiдбором складу матерiалу, у тому чи^ i ремонтного, зменшенням во-дов'яжучого вiдношення, шляхом введення мо-дифiкуючих добавок синтетичного i мшераль-ного походження.
- Зона змшного рiвня води. Ця зона явля-еться особливо жорсткою до ди сукупностi природних факторiв i до матерiалу цiеi зони ставляться найбшьш вибагливi вимоги з коро-
зшно! стшкосп, зносостiйкостi (абразивно! i кавгацшно!), морозостiйкостi, мехашчно! мщ-ностi при стиску i розтягу, водостiйкостi. Стш-кiсть матерiалу у даному випадку досягасться бiльш ретельним вибором високояюсних вих> дних матерiалiв з шдвищеними фiзико-механiчними властивостями, пiдвищенням щшьносп i мехашчно! мiцностi матерiалу, м> нiмальною мiжзерновою пустотнiстю, яка досягасться рацюнальним пiдбором складу матерiа-лу, застосуванням модифiкуючих добавок, по-лiмерних матерiалiв.
- Надводна зона. Матерiал надводно! зони зазнае етзодично! дп води (бризок), сонячно! радiацil, вiтру та iн. Тому для даних умов стш-кiсть матерiалу досягаеться дотриманням ви-значеного класу за мщшстю при стиску та ат-мосферостiйкiстю.
В якосп ремонтних составiв при ремонтi будiвель i iнженерних споруд на транспорт ви-користовуються ремонтнi матерiали i системи, якi можна подiлити на три основш категори, розподiл на як вiдбуваеться за видом основно! в'яжучо! речовини i И впливом на експлуата-цiйнi i фiзико-механiчнi властивостi ремонтних составiв:
- 1 категорiя - ремонтнi матерiали на основi органiчних i полiмерних в'яжучих речовин;
- 2 категорiя - модифшоваш полiмерами матерiали на цементнш в'яжучiй речовинi;
- 3 категорiя - ремонтнi матерiали на цементнш в'яжучш речовинi.
Рекомендаци щодо використання рiзних ка-тегорiй матерiалiв для ремонту будiвель i шже-нерних споруд наведенi у табл. 1.
Таблиця 1
Зведеш рекомендаци щодо використання рпних категорiй матерiалiв для ремонту будiвель шженерних споруд
Назва матер1алу Основш властивоста Рекомендаци щодо використання
Цементш роз-чини та бетони Нормальна щшьшсть та мщшсть, нор-мальне бетонування; мала адгез1я до старого бетону. Вимагають ретельного 1 тривалого догляду при твердшш, або застосування захисних покрить. Ремонт 1 посилення великих елеменпв (опор мост1в); виконання зал1зобетонних сорочок, пояав; виконання злив1в; ремонт захисного шару елеменпв, що працюють т1льки на по-ст1йне навантаження; ремонт раковин, поро-жнин, зат1рка трщин у нев1дпов1дальних елементах, що працюють на постшне наван-таження.
Пол1мер-цементш роз-чини та бетони Шдвищена в'язк1сть, добре повггряут-римування. Нормальна (у пор1внянш з цементними) щшьнють 1 мщшсть, шд-вищена адгез1я до бетону. Не вимагае при твердшш ретельного догляду. При використанш шгменпв вид поверхш вщповвдае шдвищеним естетичним вимогам. Ремонт ушкоджених елемент1в мост1в та труб у зонах, де е оголена попередньо напружена арматура; запрка трщин; для виготовлення ш'екцшних розчин1в; ввдновлення захисного шару до проектного розм1ру 1 т.п.
Пол1мерш роз-чини та бетони Висока мщшсть, щшьнють та непрони-кшсть, стшшсть у агресивному середо-вищ1. Шдвищена адгез1я до сухого бетону. Знижений термш придатносп приготовлено! сумш1 30.. .40 хв. Ремонт скол1в бетону у зонах, де необхвдне ввдновлення його розрахунково! м1цност1 при стисканн1 та згиш; або коли необхвдно досяг-нення високо! х1м1чно! та мехашчно! стшкос-т1 в1дремонтованого елементу; або для при-бетонування зб1рних пвдсилюючих елемент1в до зал1зобетонних конструкц1й; для виготовлення ш'екцшних розчишв; для виготовлення захисних лашв 1 т.п.
Ремонтш состави повиннi вiдповiдати пев-ним вимогам за властивостями, як визначають галузь застосування даного составу. До них вщносяться технологiчнi i експлуатацiйнi влас-тивостi ремонтних составiв. До технологiчних властивостей вiдносяться характеристики ремонтних составiв, що забезпечують можливiсть !х застосування для певних технологiй нане-
сення, достатнiй термш придатностi та оброб-люваностi матерiалу, збереження однорiдностi властивостей матерiалу у всьому об'емi протя-гом перюду укладання (протягом виконання всiх технолопчних операцiй). Тобто властивос-тi, якими повинен волод^и матерiал до початку процесу твердiння (утворення початково! мщ-ностi).
До основнж теxнологiчниx xapaктеpистик вiдносяться [l]: pеологiчнi - в'язкiсть, raaCTm-шсть pемонтного состaвy (pозплив aбо осaдкa конyсa сyмiшi i т.д.); життeздaтнiсть сyмiшi (xapaктеpизyeться змiною pеологiчниx влaсти-востей пpотягом чaсy) - зaбезпечення досгат-нього теpмiнy пpидaтностi мaтеpiaлy до зaсто-сyвaння (допyстиме зниження осaдки конyсa); седименaцiйнa (сегpегaцiйнa) стшюсть - збе-pеження одноpiдностi pозподiлy компонентiв y всьому об'eмi мaтеpiaлy до почaткy yтвоpення стpyктypи (вщсутшсть пpоцесiв pозшapовyвaн-ня тa ос^дання компонентiв piзноï густини).
Основнi теxнологiчнi влaстивостi pемонт-ниx состaвiв впливaють нa подaльше фоpмy-вaння стpyктypно-меxaнiчниx влaстивостей тa покaзникa ефективно1' площi контaктy з мaтеpi-aлом основи-пiдклaдки (достaтньоï щiльностi пpилягaння pемонтного мaтеpiaлy до повеpxнi, повноти зaповнення дефекпв мaтеpiaлy конс-тpyкцiï, глибини ^оникнення тa iн.).
Експлyaтaцiйнi влaстивостi pемонтного сос-тaвy спецiaльного пpизнaчення повинш зaбез-печyвaти ефективну тa довговiчнy сyмiснy pо-боту pемонтного мaтеpiaлy з мaтеpiaлом конс-тpyкцiï, що включae:
- можливiсть пеpеpозподiлy нaвaнтaжень мiж стapим тa новим бетоном без поpyшення контaктy пpи вщновленш pобочоï площi пеpе-piзy (геометpiï констpyкцiï);
- збеpеження сyцiльностi котлету мiж мa-теpiaлaми пpи виникненш дефоpмaцiй, викли-кaниx зовнiшнiми фaктоpaми тa внyтpiшнiми пpоцесaми, що ^оп^ють в мaтеpiaлax;
- пiдвищення стшкост вiдpемонтовaниx д> лянок, що до pемонтy пiддaвaлись iнтенсивним aгpесивним впливaм.
До експлyaтaцiйниx влaстивостей pемонт-ниx состaвiв вiдносяться нaстyпнi: модуль пpyжностi, покaзники yсaдковиx дефоpмaцiй; повзyчiсть (^и стиску тa pозтягy); коефiцieнт теpмiчного pозшиpення; пpоникнiсть (водо-, пapо-, газо-); моpозостiйкiсть; коpозiйнa стш-кiсть в сеpедовищi експлyaтaцiï констpyкцiï; зносостiйкiсть; aдгезiйнa мiцнiсть контaктy зi «стapим» бетоном; мщшсть тa iнтенсивнiсть ïï нaбоpy.
Пpоведеними дослiдженнями i aнaлiзом ^a^m^ro досвiдy експлyaтaцiï, yтpимaння i pемонтy бyдiвель i iнженеpниx споpyд та зaлiз-ничному тpaнспоpтi Укpaïни всгановлено, що особливими вимогaми, якi сгавляться до pемо-нтниx состaвiв, e нaстyпнi: водонепpоникнiсть, моpозостiйкiсть, обмеженa yсaдкa i нaбpякaння, меxaнiчнa дефоpмaцiя, помipне видiлення теплa пpи твеpдiннi, стшюсть пpоти aгpесивноï дiï
солей aбо iншиx pечовин, pозчинениx у водь Вимоги по водо^^оикЕмос™ i моpозостiйкос-тi дифеpенцiйовaнi в зaлежностi вщ xapaктеpy констpyкцiй i умов ïx pоботи. У специфiчниx yмовax експлyaтaцiï до циx бетонiв можуть пpед'являтися i додaтковi вимоги: гiдpодинaмi-чта стiйкiсть (зносостiйкiсть, aбpaзивнa i тaцiйнa стiйкiсть), aльгiциднiсть i бaктеpицид-нiсть тa iн. У тpaнспоpтномy бyдiвництвi зaсто-совують бетон кгаав ВЮ...В40. Зa водоне^о-никнiстю в lSO-добовому вiцi бетон для тpaнс-поpтниx споpyд подiляють нa шють мapок: W2, W4, W6, WS, WlO, Wl2. Вимоги зa моpозостiй-кiстю пpед'являються лише до rax бетошв для бyдiвництвa i pемонтy тpaнспоpтниx штyчниx споpyд, якi у констpyкцiяx пiддaються спiльнiй дiï води i моpозy. Зa моpозостiйкiстю бетон по-дiляють нa мapки: F50, FlOO, F200, F300.
Для зaбезпечення комплексу теxнологiчниx i експлyaтaцiйниx вимог, що сгавляться до бе-тошв i pозчинiв спецiaльного пpизнaчення, ви-коpистовyють додaтковi pечовини, здaтнi мо-дифiкyвaти pемонтнi состaви зa кpитеpieм екс-плyaтaцiйноï пpидaтностi.
В зaлежностi вiд пpидaтностi (основного ефекту ди) добaвки для модифiкaцiï влaстивос-тей pемонтниx сyмiшей, згiдно ДCTУ Б В.2.7-65-97 [2], подiляються та види: добaвки, що pе-гулюють влaстивостi бетонниx i pозчинниx су-мiшей: плaстифiкyючi, стaбiлiзyючi, водоyтpи-муючц добaвки, що покpaщyють пеpекaчyвaн-ня; добaвки, що pегyлюють збеpiгaння сум> шей; добaвки, що сповiльнюють aбо пpиско-pюють тyжaвлення; поpизyючi добaвки; добaв-ки, якi pегyлюють твеpднення бетонiв i pозчи-нiв; добaвки, що сповiльнюють aбо пpискоpю-ють твеpднення; добaвки, якi пiдвищyють мщшсть i ^бо) коpозiйнy стшюсть, моpозостiй-кiсть бетону aбо зaлiзобетонy тa знижують пpоникнiсть бетону; добaвки, якi нaдaють бе-тонaм i pозчинaм спецiaльнi влaстивостi.
Виpобникaми плaстифiкyючиx добaвок яв-ляються як y^arn^m xiмiчнi комбiнaти мiст тa облaсниx центpiв Лyгaнськa, Зaпоpiжжя, Piвно-го, Вшнищ тa iн., тaк i pосiйськi виpобники у Cевеpодонецькy, Kpaснокaмськy, Hовосибipсь-ку, Hовочебоксapськy тa ш. pегiонax Pосiï.
В тaбл. 2 таведено нaйбiльш pозповсюдженi добaвки-модифiкaтоpи, що pекомендовaнi для зaстосyвaння пpи pемонтi бyдiвель i iнженеp-ниx споpyд.
Зa xapaктеpом дiï pозpiзняють т^оф^ьно-(ЛCT - лiгно-сyльфонaт теxнiчний тa добaвки нa його основi) i гiдpофобно-плaстифiкyючi до-бaвки (ГКЖ-lO, ГКЖ-94, милонaфт тa iн.) [l].
Таблиця 2
Добавки, що рекомендован для застосування при ремонт бетонних та залiзобетонних штучних споруд
Наймену-вання, марка Клас добавки Вплив на ф1зико-мехатчт характеристики розчишв та бетотв Юльюсть добавки (у %) в1д маси цементу
Вггчизнят добавки
Комплексна добавка ПЛКП-С Пластифжатор, приско-рювач твердшня, зб1ль-шення водостшкосп та морозостшкосп 1. Збшьшуе рухливють бетонно! сум1ш1 до 15...17 см. 2. Збшьшуе мщшсть на стиск при однаковш рух-ливосп на 22.25 %. 3. Збшьшуе морозостшшсть на 36.40 %. 4. Збшьшуе водонепроникшсть на одну одиницю за маркою. 0,8.1,5
АМК1-РОЗ Пластифжатор 1.Зменшуе на 15.20 % витрати води на приготу-вання бетонно! сум1ш1 без змши !! рухливосп. 2.Збшьшуе мщшсть на стиск при однаковш рух-ливосп на 20.27 %. 0,5.1,5
Релаксол ТЕМП 3 Прискорювач твердшня 1. 1нтенсиф1куе пдратацш. 2. Зменшуе термши твердшня цементу. 3. Збшьшуе ранню мщшсть бетону. 1,0.1,8
Релаксол НОРМА ПЛЮС Пластифжатор 1. Знижуе водопотребу цементу. 2. Знижуе розшарування бетонно! сум1ш1. 3. Збшьшуе ранню та шнцеву мщшсть бетону. 4. Знижуе утворення трщин. 1,0.2,0
Ультра -СИ Стабшзатор 1. Збшьшуе однорщшсть та зв'язшсть сум1ш1. 2. Збшьшуе мщшгь бетону на 15.20 %. 3. Збшьшуеться адгез1я до старого бетону на 20.25 %. 0,2.2
Закордонш добавки
81ка У18-соСге1е5 Суперпластифжатор 1. Зменшуе на 30.33 % витрати води на приго-тування бетонно! сум1ш1 без змши Г! рухливосп. 2. Збшьшення мщносп на стиск при однаковш рухливосп на 38.45 %. 3. Зниження усадочних деформацш. 0,3.0,8
Mapfluid- N200 Суперпластифжатор 1. Зменшуе на 27.30 % витрати води на приго-тування бетонно! сум1ш1 без змши !! рухливосп. 2. Збшьшуе мщшсть на стиск при однаковш рухливосп на 35.40 %. 3. Знижуе водонепроникшсть. 0,5.1,5
С-3 Суперпластифжатор 1.Знижуе водопотребу бетонно! сум1ш1 на 15 % для отримання р1внорухливого бетону 2. Щдвищуе мщшсть (на 10.15 МПа), щшьшсть бетону, покращуе його структуру. 3. Збшьшуе зчеплення нового бетону 1з старим. 0,2.0,7
Для зменшення витрати цементу (до 30 % за масою), а отже, зменшення тепловидшення й об'емних деформацiй бетону при збережент необхщно! рухливостi бетонно! сумiшi i щшь-ностi бетону в ремонты состави необхiдно до-давати активнi мiнеральнi добавки-мшронапов-нювач^ якi складаються в основному з аморфного кремнезему.
Ефективнють застосування добавок i мож-ливiсть замши ними частини клшкерних цеме-нпв заснованi на !х пластифiкуючiй i ущшь-нюючiй ди, на хiмiчнiй взаемодп активного
аморфного кремнезему з пдроксидом кальцiю Са(ОН)2. При ремонт будiвель i iнженерних споруд у якост тако! добавки рекомендуемо використовувати золу-виносу, доменш грану-льованi або вщвальш шлаки, золи ТЕС, ГРЕС, аморфiзований кремнезем (ПГВФ - побiчний продукт газоочищення при виробництвi феро-силiцiю Стаханiвського та Нiкопольського фе-росплавних заводiв), активнi мiнеральнi мшро-наповнювачi - дiатомiти, опока, трепел, вулка-нiчний попiл, туф, пемза та ш. Високодисперснi промисловi вщходи в значнiй кiлькостi накопи-
чуються на металургшних пiдприемствах на-шого регiону (Днiпропетровськ, Донецьк, Днiпродзержинськ, Кривий Р^ та iн.). Родови-ща дiатомiту, трепелу, опоки знаходяться у Винницькш, Хмельницькiй, Кiровоградськiй, Миколаiвськiй, Донецькш та Сумськiй областях.
Проведено збiр та аналiз iнформацii про ви-робництво та застосування пластифшуючих добавок. Як пластифiкатори використовують поверхнево-активш речовини (ПАР), якi найча-спше одержують iз вторинних продуктiв та вiдходiв хiмiчноi промисловостi.
Пластифiкуючi додавки являють собою ор-ганiчнi полярш сполуки вуглеводневого радикалу, який надае гiдрофобних властивостей, i поляризуючо1' групи з гiдрофiльними властивостями i з зарядом в залежносп вiд рН середо-вища чи твердо!' фази, що разом спричиняють структуруючий вплив у матерiалi. Дiя пласти-фiкуючих добавок полягае у зменшенш в'язкостi цементого тiста в бетонних i розчино-вих сумшах, полiпшеннi легкоукладальностi (при незмiннiй мщносп бетону) та збiльшеннi мiцностi бетону чи розчину за рахунок знижен-ня витрати води (при незмшнш витратi цементу).
За результатами проведеного аналiзу вста-новлено, що сучасна промисловють випускае значну кiлькiсть пластифiкаторiв, з них найроз-повсюдженiшi таю: СДБ, УПБ, ВРП, апласан, милонафт, 30-03, монолгг, ПДК, ПДКО, ЛСТ, ЛСТМ-2, ГКЖ-10, ГКЖ-94, ПФС та ш.
Висновки
Проведеними попереднiми дослщженнями встановлено, що спецiальнi властивостi ремонтних составiв для ремонту будiвель i iнженер-них споруд на транспорт забезпечуються:
1) правильним вибором ремонтних матерiа-лiв, якi надають необхiднi технологiчнi умови нанесення i фiзико-механiчнi властивостi ремонтного матерiалу в заданих умовах експлуата-
цщ
2) вибором ремонтних матерiалiв, сумiсних до матерiалу основно! конструкцii для довгов> чно! роботи в монолт;
3) застосуванням додаткових речовин-мiкронаповнювачiв, що зменшують тепловид> лення й об'емш деформацii, зменшують водо-вiддiлення i ущiльнюють структуру ремонтного составу;
4) застосуванням додаткових синтетичних речовин направленоi або полiфункцiональноi ди для модифiкацii технологiчних i експлуата-цiйних властивостей ремонтних составiв.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Афанасьев, Н. Ф. Добавки в бетоны и растворы. [Текст] / Н. Ф. Афанасьев, М. К. Целуйко. - К.: Буд1вельник, 1989. - 128 с.
2. ДСТУ Б В.2.7-65-97 Добавки для бетотв 1 будiвельних розчишв. Класифiкацiя [Текст]. - К.: Держбуд Украши, 2000. - 18 с.
Надшшла до редколегii 19.09.2008.
