CC BY
32Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
УДК 620.168.35
А.С. БОЧАРНИКОВ, д-р техн. наук, М.А. ГОНЧАРОВА, д-р техн. наук (magoncharova@lipetsk.ru), А.В. КОМАРИЧЕВ, инженер, Н.А. КАШИРИНА, инженер
Липецкий государственный технический университет (398600, Российская Федерация, Липецк, ул. Московская, 30)
Воздухопроницаемость как параметр оценки качества инъекционной заделки трещин в бетонных ограждающих конструкциях
Приведены результаты экспериментальных исследований цементных тампонажных композиционных материалов для решения проблемы обеспечения герметичности входных устройств (дверей и люков) и вводов инженерных коммуникаций (вентиляции, тепло-, водо-, газо- и электроснабжения). Показано, что оценку качества инъекционных тампонажных работ при заделке трещин в бетоне цементными композиционными материалами целесообразно производить методом оценки газопроницаемости отремонтированных мест (например, способом прокачивания через эти материалы воздуха за счет создания избыточного давления с одной стороны конструкции). Сделан вывод о том, что качество инъекционных тампонажных работ по заделке трещин в бетонных конструкциях можно оценивать методом газопроницаемости материалов.
Ключевые слова: активированная система, магнитная обработка, инъекционное уплотнение, бетон, цеметно-тампонажная композиция.
A.S. BOCHARNIKOV, Doctor of Sciences (Engineering), M.A. GONCHAROVA, Doctor of Sciences (Engineering) (magoncharova@lipetsk.ru),
A.V. KOMARICHEV, Engineer, N.A. KASHIRINA, Engineer Lipetsk State Technical University (30, Moscovskaya Street, 398600, Lipetsk, Russian Federation)
Air Permeability as a Parameter of Assessment of Quality of Injection Filling of Cracks in Concrete Enclosing Structures
Results of experimental studies of cement backfill composite materials for solving the problem of ensuring the tightness of the input devices (doors and hatches) and inlets of engineering services (ventilation, heat-, water-, gas- and electricity supply) are presented. It is shown that the assessment of injection backfill works, when cracks in concrete are plugged with cement composite materials, is reasonably made by the method of evaluation of gas permeability of repaired places (for example, by the method of air pumping through these materials due to creation of overpressure on one side of the structure). It is concluded that the quality of injection backfill works connected with the plugging of cracks in concrete structures can assessed by the method of gas permeability of materials.
Keywords: activated system, magnetic treatment, injection compaction, concrete, cement-backfill composition.
Бетонные ограждающие конструкции специальных защитных сооружений и материалы заполнения вертикальных стыков крупнопанельных зданий должны обладать определенной степенью герметичности для исключения затекания в их внутреннее пространство загрязненной воздушной среды и влаги. Целесообразно отметить тот факт, что в процессе строительно-монтажных работ, при изготовлении монолитных железобетонных конструкций и в бетонном заполнении полостей вертикальных стыков крупнопанельных зданий в результате деформаций усадки при твердении бетона, на контактных поверхностях с металлическими закладными деталями входов, трубных вводов инженерных коммуникаций и боковыми гранями панелей, возникают трещины. Оценку качества инъекционных тампонажных работ при заделке трещин в бетоне цементными композиционными материалами целесообразно производить методом оценки газопроницаемости отремонтированных мест (например, способом прокачивания через эти материалы воздуха за счет создания избыточного давления с одной стороны конструкции). Способы оценки воздухопроницаемости материалов известны. Однако воздухопроницаемость можно оценивать различными параметрами: коэффициентом воздухопроницаемости (к) коэффициентом проницаемо-
14| -
сти (с) и сопротивлением материала воздухопроницанию (Я) [1]. При этом важно знать их взаимосвязь. Кроме того, в известных исследовательских работах нет данных о зависимости количества воздуха, проникающего через трещины в бетонных конструкциях, от ширины раскрытия трещин и степени шероховатости их поверхностей. В данной статье сделана попытка ответа на поставленные вопросы.
Движение любого газа через ограждающие строительные конструкции зданий и сооружений происходит через поры и трещины материала в процессе перепада давления за счет ветрового или температурного подпора. При этом газопроницаемость материалов характеризуется следующими механизмами переноса:
- молекулярной диффузией (при радиусе максимальных пор до 10-7 м);
- молекулярным кнудсеновским потоком (при радиусе пор от 10-7 до 10-6 м);
- вязкостным пуазейлевским потоком (при радиусе пор более 10-6 м) [1].
Преобладающим в переносе газов через ограждающие конструкции зданий и сооружений является вязкостный поток.
В общем случае движение газа в пористой среде ограждающих конструкций зданий и сооружений описывается не-
^^^^^^^^^^^^^ 112015
Научно-технический и производственный журнал
Large-panel housing construction
(1)
линейным дифференциальным уравнением параболического типа:
д2Р д2Р д2Р _ т\1 дР дх2 ду2 дг2 спр с)? '
л+1 ' Г
где Р=р " - функция давления; р - абсолютное давление газа; п - показатель политропы в уравнении состояния газа (при изотермическом процессе п=1); т, с - соответственно пористость и коэффициент проницаемости среды; ц - динамическая вязкость газа; х, у, ^ t - пространственные и временная координаты.
Решения частных случаев производят интегрированием уравнения (1) с соответствующими начальными и граничными условиями. При стационарном процессе, когда давление во времени не изменяется и правый член уравнения равен нулю, уравнение переходит в уравнение Лапласа. При этом массовый расход газа (М) через пористую среду в направлении оси х через площадь конструкции А будет равен:
М=-
дР
А,
(2)
цР(1 + и) дх
где Р=:р1 - постоянная; ра, ра - соответственно атмосферное давление и плотность газа при этом давлении.
Для одномерного изотермического движения газа при стационарном процессе решение уравнения (1) имеет вид:
„2-Х Г „2 „2ч. „2
Р =^КРг-РО + Р1 ,
(3)
где h - толщина среды в направлении движения газового потока; р1 и р2 - давление газа на границах пористой среды, соответственно при х = 0 и х = к
Массовый расход газа через пористую среду площадью А в этом случае будет равен:
М=
2 2 с Р\ -Рг
(4)
2цР к ' Если на одной из границ среды давление равно атмосферному, а на другой незначительно превышает его, то массовый расход газа можно определить по упрощенной формуле:
Ц h
(5)
где Ар - перепад давления на границах среды (на наружной и внутренней поверхностях конструкции).
Объемный расход газа (0), отнесенный к атмосферному давлению, в этом случае будет равен:
^ Ц h ■
(6)
Для воздуха, например, при температуре 0оС и перепаде давления 1 мм вод. ст., равного 9,81 Па (даПа), массовый (М, кг/с) и объемный м3/с) расходы могут быть определены по следующим соответствующим зависимостям:
М = 7,4-105
0 = 5,7-1О:
,5 сА
(7)
(8)
Перепад давления (подпор) газа в помещении, ограниченном пористой средой, если первоначальное давление внутри помещения более (или менее) атмосферного, а внешнее давление постоянно равно атмосферному, описывается следующим приближенным уравнением:
Ар=Ар/^^ , (9)
где Ар - избыточное давление газа в помещении в момент времени % Ар0 - первоначальное избыточное давление газа
в момент времени t = 0; А - площадь ограждающей конструкции (пористой среды); V- объем помещения (внутреннего пространства сооружения).
Массовый расход газа в момент времени t может быть вычислен по формуле:
СРд At
M=^iApe ц » , И я
(10)
а общая массовая утечка газа из помещения (сооружения) через ограждающие конструкции за время t будет соответственно равна:
Мови(=ра^(1-е "И) . (11)
Предварительные экспериментальные исследования позволили определить зависимость между проницаемостью с и шириной раскрытой сквозной трещины а, которая описывается следующей формулой:
V „з
(12)
5£
где а1 - ширина трещины, м; I - протяженность элемента ограждающей конструкции с трещиной, м.
При оценке проникновения через бетонные конструкции воздуха коэффициент воздухопроницаемости может быть определен через проницаемость (с) с учетом его динамической вязкости (ц) по следующей зависимости:
к =-, Kg ц '
(13)
где с - коэффициент проницаемости; к,,- коэффициент воздухопроницаемости, кг/(м2чмм вод. ст.).
Физическая сущность этого коэффициента есть не что иное, как масса воздуха, проникающая через м2 площади материала конструкции за 1 ч при перепаде давления по обеим сторонам конструкции, равной 1 мм вод. ст (1 даПа). Между коэффициентом воздухопроницаемости (к,) и сопротивлением материала воздухопроницанию существует следующая зависимость:
(14)
Данные экспериментальных исследований позволили также установить объемный расход воздуха (Q, м3/с) через одиночную трещину в конструкции (при ламинарном движении воздуха), который может быть вычислен с помощью следующей формулы:
а3ЬАр
6 = 0,013
цАсо
(15)
где а - ширина трещины, м; Ь - длина трещины, м; Ар - перепад давления, Па; ц - динамическая вязкость воздуха, Па с; h - толщина конструкции, м; ю - коэффициент шероховатости стенок трещины, определяемый по графической зависимости, приведенной на рисунке.
При этом коэффициент проницаемости стыков, замо-ноличенных цементными тампонажными смесями, может определяться по зависимости:
аДр '
(16)
где Q, м3/с - объемный расход воздуха через трещину в стыке шириной а (м) при перепаде давления Ар (даПа) и толщине конструкции h (м).
В настоящее время для проведения инъекционных работ по заделке трещин в бетонных конструкциях применяют как обычные цементные тампонажные композиционные материалы (ЦТКМ), так и составы ЦТКМ, активированные магнитным полем [2-4].
11'2015
15
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Результаты оценки воздухопроницаемости мест заделки трещин ЦТКМ на контактных поверхностях металл - бетон и бетон - бетон
Состав Состав в частях по массе Коэффициент воздухопроницаемости, kg, даПа Сопротивление воздухопроницанию, Rg,, 1/даПа
Цемент Песок Наполнитель (тонкомолотый шлак) Вода
1 1 - 0,1 0,5 3,9810-3 * 251,19 *
2 5,410-3 * 185,25
3 - 0,1 0,75 5,0610-3 * 197,79 *
4 6,71. 10-3 * 149,05
5 2 0,1 0,48 3,6310-3 * 275,23 *
6 4,6910-3 * 213,36
Примечание. Значения к* и Я* - для составов, активированных магнитным полем с индукцией 0,38 мТл с силой тока в обмотке электромагнита 0,5 А при времени воздействия 60 с.
о 50
0
1 40
0
X
ÜL 30
Ф
^ 20
1
Ф
И 10 t 0
Л45
- N^28
- ..13,7 _J0 —<>4,7
0,1
1
0,2 0,3 0,4 0,5 0,75 ^ Ширина раскрытия трещин, мм
Зависимость коэффициента шероховатости в бетонной конструкции от ширины раскрытия трещины
Проведенные авторами экспериментальные исследования [5-8] оценки воздухопроницаемости некоторых составов ЦТКМ, в том числе и активированных магнитным полем, дали следующие результаты (таблица).
Таким образом, полученные в процессе экспериментальных исследований данные о воздухопроницаемости некоторых составов ЦТКМ и приведенные выше формулы, определяющие зависимости между разными параметрами оценки воздухопроницаемости материалов, позволяют нам утверждать о том, что качество инъекционных тампо-нажных работ по заделке трещин в бетонных конструкциях можно оценивать методом газопроницаемости материалов.
Список литературы
1. Бочарников А.С. Газопроницаемость ограждающих строительных конструкций // Вестник ЛГТУ-ЛЭГИ. 1999. № 2. С. 46-50.
2. Бочарников А.С. Дисперсно-армированные композиционные материалы на основе цементных вяжущих для конструкций защитных сооружений. Липецк: ЛГТУ, 2004. 261 с.
3. Бочарников А.С., Корнеев А.Д. Уплотнение дефектных мест контакта металл-бетон в конструкциях магнитными композициями // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Приложение 3. Ростов н/Д, РГУ - Новочеркасск, СКГТУ, 2005. С. 89-94.
4. Бочарников А.С., Корнеев А.Д., Гончарова М.А. Магнитные герметизирующие композиции // Строительные материалы. 2007. № 2. С. 2-3.
5. Бочарников А.С., Гончарова М.А., Комаричев А.В. Композиционные материалы на основе цементно-водных активированных систем для инъекционного уплотнения бетона ограждающих конструкций // Строительные материалы. 2015. № 5. С. 31-33.
6. Бочарников А.С., Гончарова М.А., Глазунов А.В. Магнитные герметизирующие эпоксидные композиционные материалы с наполнителями из отходов производств. Липецк: ЛГТУ, 2009. С. 119.
7. Патент РФ № 2550712. Устройство для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений / Гончарова М.А., Бочарников А.С. Заявл. 8.04.2014. Опубл. 10.05.2015. Бюл. № 13.
8. Гончарова М.А. Системы твердения и строительные композиты на основе конвертерных шлаков. Воронеж: ВГАСУ, 2012. 138 с.
References
1. Bocharnikov A.S. The gas permeability of the enclosing building structures. Vestnik LGTU-LEGI. 1999. No. 2, pp. 46-50. (In Russian).
2. Bocharnikov, A.S. Dispersnoarmirovannye kompoziczionnye materialy na osnove czementnyx vyazhushhix dlya konstrukczij zashhitnyx sooruzhenij [Dispersnoarmirovanny composite materials on the basis of the cement protective constructions knitting for designs]. Lipeczk: LGTU. 2004. 261 р.
3. Bocharnikov A.S., Korneev A.D. Consolidation of defective places of contact metal-concrete in designs magnetic compositions. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskij region. Texnicheskie nauki. Prilozhenie 3. Rostov-na-Donu, RGU -Novocherkassk. 2005, рр. 89-94. (In Russian).
4. Bocharnikov A.S., Korneev A.D., Goncharova M.A. The magnetic pressurizing compositions. Stroitelnye Materialy [Construction mate^ls]. 2007. No. 2, рр. 2-3. (In Russian).
5. Bocharnikov A.S., Goncharova M.A., Komarichev A.V. Composite materials on the basis of the cement and water activated systems for injection consolidation of concrete of the protecting designs. Stroitel'nye Materialy [Construction mate^ls]. 2015. No. 5, рр. 31-33. (In Russian).
6. Bocharnikov A.S., Goncharova M.A., Glazunov A.V. Magnitnye germetiziruyushhie epoksidnye kompoziczion-nye materialy s napolnitelyami iz otxodov proizvodstv [The magnetic pressurizing epoxy composite materials with fillers from waste of productions]. Lipeczk: LGTU. 2009. 119 р.
7. Patent RF № 2550712. Ustrojstvo dlya germetizacii mest primykaniya metall-beton v ograzhdayushhix konstruk-ciyax zashhitnyx sooruzhenij [The device for sealing of places of an adjunction metal-concrete in the protecting designs of protective constructions] / Goncharova M.A., Bocharnikov A.S. Declared 8.04.2014. Pablished 10.05.2015. Bulletein No. 13. (In Russian).
8. Goncharova M.A. Sistemy tverdeniya i stroitelnye kompozity na osnove konverternyx shlakov [Systems of curing and construction composites on the basis of converter slags]. Voronezh: VGASU. 2012. 138 p.
16
112015
