ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ РЕМОНТНЫХ И РЕСТАВРАЦИОННЫХ РАБОТ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ РЕМОНТНЫХ И

РЕСТАВРАЦИОННЫХ РАБОТ

Михалик Е.А.

магистрант г. Омск, Россия Манапов Р.А.

магистрант Дерябин П.П.

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,

доцент, кандидат технических наук г. Омск, Россия

HIGHLY EFFICIENT DRY CONSTRUCTION MIXTURES FOR REPAIR AND RESTORATION

WORKS

Mikhalik E.,

undergraduate Russia, Omsk Manapov Р., магистрант Deryabin P.

Siberian state automobile and highway academy, associate professor, candidate of technical sciences DOI: 10.5281/zenodo.7467728

Аннотация

На формировании литературных сведений и накопленного опыта рекомендована классификация сухих строительных смесей для ремонтных и реставрационных работ. При исследовании ремонтных и реставрационных составов с установленными эксплуатационными свойствами применены основные положения геоники и сформулированного в рамках данного научного направления закона сродства структур.

Abstract

Based on the formation of literary information and accumulated experience, the classification of dry construction mixtures are recommended for repair and construction works. During the research of repair and restoration compositions with established operational properties, the main provisions of geonics and the law of affinity of structures formulated within the framework of this scientific direction were applied.

Ключевые слова: Сухие смеси для ремонтных и реставрационных работ, закон сродства структур, геоника, теплозащитные растворы, ремонтные составы.

Keywords: Dry mixes for repair and restoration work, the law of affinity of structures, geonics, heat-shielding solutions, repair compounds.

Введение

В соответствии с законом сродства структур были изобретены сухие ремонтные теплозащитные растворы. Исходя из концепции сырьевых ресурсов ремонтные составы Курской магнитной аномалии и созданного на основе комбинированного орагано-минерального модификатора. Приведены микрофотографии участков контакта ремонтных составов на разных основах. Результаты электронно-микроскопических исследований полностью подтверждаются коэффициентами физико-механических испытаний, подтверждающих более высокую плотность и прочность контактов ремонтных составов с основанием.

Основная часть

Строительные материалы из естественного и искусственного камня в ходе эксплуатации подвергаются влиянию различных обстоятельств окружающей среды. Строительные материалы подвергаются воздействию пыли, газов и атмосферных осадков, которые изменяют химический состав

жидкостей в пористой системе. Солнечное излучение, резкие перепады температуры, влажность, световое и галактическое излучение, значительные ветровые нагрузки значительно сокращают срок службы, и снижают активные и эксплуатационные свойства каменных строительных конструкций. Бетонные и железобетонные покрытия дорог и аэродромов, конструктивные элементы туннелей и мостов, дома и сооружения, а также системы городских коммуникаций в основном подвергаются интенсивному разрушению от коррозии [1-4].

Ведущими задачами, требующими безотлагательного решения, являются формирование новейших материалов и эффективных научно-технологических подходов к ремонту конструкций зданий и сооружений из железобетона и бетона. Исключительно выбор правильных материалов и способов выполнения этих работ может создать условия для долговременного положительного результата при дальнейшем эксплуатировании конструкции.

Внедрение сухих строительных смесей в настоящий период времени кардинально сменило алгоритм выполнения работ по реставрации, продемонстрировало свою эффективность, а также исключительные свойства по сравнению с традиционными смесями.

Собранный навык и изучение литературной информации позволили сформировать спецификацию сухих строительных смесей для реставрационных и ремонтных работ, представленную на рис. 1

Сухие строительные емееи для ремонтных и восстановительных работ

обычные

быстротвердеющие

супербыстротвердеющие

Ремонтные и восстановительные работы

Ремонт обычных средах ж/б

конструкций

Ремонт со

специальными требованиями

Ремонт полов промышленных зданий и ангаров

Ремонт гидротехнических

сооружений

Ремонт коммунальных сетей

Ремонт Конструкций, подверженных иагручкам

Ремонт специальных сооружений

Н ±

£ о

9 к

~ и

с о

Ь к

ю -о

с я

го ZJ

о а

о

и

Я Я

я

ы >>

о. -

о X

о и

£ d

■п Ч

J I Я

О -

1С

с

и 5

s 2

u ^

ч ¡9

г. О. и

О 0J ~ О,

— С

4 -

5 3 я 5

а в э

О

ас

5 35

Я о

er ч

* о

>, и

с. „

<- я

Я *

13 feg ю

-о я

о.

&

ы, х у

3 g

5 х

я а.

Р я

5 я

<3 3

и I

4 я о

К Ч * *

5 CL)

х §•

3 О я я

-е-

о о. с

я в о

О,

П.

о -

о ы

к -

4

1> £ 3

5 В * я

я

с о. С

- и —

о ю о о

к ц

F- и

Я * я

О к —'

<1> н о

0. я 3 — Я о

я о

о V.

о а

о. ^

о. V

о Я UZ

ЬЙ Я я

>я ее S

о sc о <и н о

и —

-Н- о

C1J я

- Ч

о ч о я ю i к я' ё Л н

я

<1J 3 я tl) S

я f^ о

я 1— L-

к * н я о

о. о —

т ч о ? я

0J е- (X >Л

с « сз

о X

я г.

Г5 к

Я ГО н

0 й?

1 sT* о р-

о

2 5 я S

3

я -о

1-,

х к я я я

ч

Я " . Я X

S ¥ 3

С 1 я я gj я

£ s 5

4

Э 3

5 с а.

о

0 О

Я «

£ о

1 3

3 а.

К &

я

о я

s _ а. я

F 5

я

я а

CL !L> ' CL

в.

ч

о- 2

я ° Я ч

§ I

1"

2 =

£ я

к я

а* X

я

£

Й х

3 Й ^

-о я

4 t-Э я о. Я

w с-

S U

>> Я

а. з" о о

о

к 5

ю 1 я

ü 3 j

с; я я

со Ö я

vi S -в- я

£ о О "" t-

я я

я ~

X й

о я

fc к

о о

С- С-

се ГО

л о я н о

I)

я я

о

н г И я о" И Ч )Я £

я я

bä

е-

U

я о и 1) 3 я я

о -

V

ю о

ГО

U

га § £ -©■ о

га о

я U 3

U Я д

ч u S

U

Ю _

CK X

га _•

_ Я У Я

С- V т

1> я

о Я о. я я и я о

I«

CJ

11

я я н

u о

3 ю

I а.

g «

и я

ьв я

5 >Я я s

у S га

J ч я Д

О

X

U

ч о й

X 3 я т о н

-

а* о

£ <ц

ч ч о

J5 =

Г U

| S

Я VD

я я

« я

. у

Я о

Ч S

г) о

я ш

Я о I-

Н

Со

я о ^ к 2 я

11

я с Ч ю _ о

я U п О « V

7. к я я я

о. vo я

-

§

я я я се с а. с.

й 1 я <

а. о я о к 3 я

я _

О S

f- я

<u S

ю 5

о и

ч я о

X

3 я я и £ с.

я

4 о

я «

я я я a

о • ч s >. я

& и

п. о о

я ¡2 я я я

к я я

я

§ ^

о s

CQ

о a

2Q и

t- X

Ч Я £

3 В

о я

о. я

К U

и X

Рис. 1. Классификация сухих смесей, используемых для ремонтных и восстановительных работ

Для ремонтно-восстановительных работ сухие смеси можно классифицировать по назначению выполняемых работ.

Железобетон, бетонные системы, составляющие ЖКХ, стыки панелей и т. Д. подлежат восстановлению и ремонту.

В соответствии с каждым вариантом нужно подбирать состав, который вместе с разнородными композитными материалами (бетон - металл, глиняный кирпич - бетон и др.) Обеспечит отличное сцепление, обеспечив работоспособность и целостность конструкции.

При ремонтных и реставрационных работах условия отвердения композиций существенно труднее, чем при изготовлении стройматериалов на

заводе. Следовательно, используемые составы должны соответствовать отличной технологической удобоукладываемостью, с пониженной во-доцементной податливостью, максимальной адгезией, быстрым схватыванием, низкой усадкой, достаточными деформационными характеристиками и т.д. Помимо того, важно учитывать такой серьезный фактор, как условия обеспечивающие твердения системы. В различие от бетонных смесей, когда отформованное изделие пропаривается на заводе, или при цельном бетонировании, когда применяются особые системы ухода, обеспечивающие необходимые условия для твердения бетонной смеси, при ремонтных работах в естественных критериях, температуре окружающей среды, давлении, имеют

ветровые и инсоляционные влияния. По данным основаниям твердение ремонтных систем происходит в довольно сложных условиях. В результате при разработке ремонтных и реставрационных составов с заданными эксплуатационными характеристиками следует применять основной закон средств структур и положения геоники [5-7], сформулированные в рамках представленного научного направления [8]. Использование основ этого способа в проектировании обеспечит получения ремонтных растворов с необходимыми технологическими, эксплуатационными и физико-механическими свойствами в зависимости от особенностей ремонтируемой системы.

При разработке составов закона сродства структур включает в себя твердение структур, подобная макроуровнях м на нано-, микро- матрицы реконструированной конструкции. Буквально таким же образом за счет устоявшейся структуры формируются обстоятельства, необходимые для надежной многофункциональной работы конструкций и строительных изделий. Закон сродства структур основан на прямой зависимости их взаимодействии друг с другом, которые определяют свойства всей системы в целом. Используя основы этого закона для создания сухих ремонтных и реставрационных смесей, формируется система из составляющих его элементов: наполнитель, заполнитель, эффективное вяжущее и высокофункциональные

Промышленная апробация составов, созданных при ремонте зданий и тепловых сетей, подтвердила их лучшие эксплуатационные свойства, ремонтные составы характеризуются хорошей технологичностью и пластичностью, высокой адгезией при нанесении на основание и обеспечивают высокую теплоизоляцию домов и коммунальных служб.

Промышленная апробация созданных композиций при ремонте тепловых сетей и конструкций зданий и жилых домов показали их высокую эффективность. Ремонтные составы отличаются хорошей технологичностью и пластичностью, высокой адгезией при нанесении на основание и гарантируют высочайший уровень тепловой защиты в жилых и муниципальных помещениях.

Для достижения прочного и надежного соединения между материалами конструктивного вещества, было создано внутренне устойчивое соединение - контактный слой на границе раздела между

добавок. Задача разработки существующих ремонтных смесей с максимальными эксплуатационными параметрами требует особых подходов к подбору сырья, его подготовке к использованию, подготовке и установке в конструкции.

Ниже приведены данные апробации закона сродства структур на примере организации ремонтных систем различного и функционально назначения.

В современных условиях наибольшее значение заслуживают сухие ремонтные теплозащитные смеси. Это необходимостью в связи реконструкции тепловых сетей и составляющих элементов строительных конструкций в рамках жилищно-коммунального хозяйства государства. Таким образом, возникла необходимость в разработке компонентов сухих строительных смесей для ремонтных теплоизоляционных растворов с низкой плотностью затвердевшего раствора. Для получения композита с учетом сродства структуры с ремонтируемой системой были изобретены специализированные композитные вяжущие с высокопористой матрицей, в роли заполнителя применялся вспученный перлитовый песок.

В таблице 1 приведены основные эксплуатационные и физико-механические свойства теплоизоляционных ремонтных смесей из марок вспученного перлитного песка М75 и М150.

основанием и теплоизоляционным ремонтным материалом, предназначенный для обеспечения прочности. элементов конструкции в целом и придать ремонтному слою требуемые теплоизоляционные свойства.

Микрофотография зоны контакта газобетона с теплоизоляционным раствором, представленная на рисунке 2, свидетельствует о высоких проникающих способностях ремонтного раствора. Конструкция теплоизоляционного раствора представляет собой аморфный каркас, чрезвычайно плотный, с закрытыми и мелкими порами и тонкими воздушными слоями, граничащими со сферическими порами газобетона. Разработанный ремонтный шов имеет сходство по заданному теплозащитному свойству, что фактически соответствует его назначению.

Таблица 1

Результаты испытаний_

Результаты испытаний

Наименование Состав 1 Состав 2 Thermover

(M75) (M150) (Турция)

Сред. плотность теплоизоляционного раствора, кг/т3 284 304 469

Водоудерживающая способность, % 92,8 90,7 86

Прочность сцепления с основанием, MПa 0,65 0,67 0,09

Водопоглащение при капиллярном подсосе, кг/т3 4,81 4,41 7,29

Коэффициент паропроницаемой, мг/ (мч №) 0,069 0,059 0,069

Усадка покрытия Трещины отсутствуют -

Прочность при сжатии, MПa 1,04 1,23 1,99

Коэффициент теплопроводности, Вт/^ C °) 0,049 0,059 0,09

Морозостойкость, циклов 72 74 49

Рис. 2.

Микрофотография контактной зоны газобетон - теплоизоляционный раствор (в возрасте 28 сут.)

В наше время возникли проблемы сохранения, ремонта и реконструкцией памятников победы советского народа в Великой Отечественной войне. В большинстве случаев эти памятники были построены и установлены в послевоенное время из бетона, строительство которого требует соответствующего ремонта и реставрации. Памятники героям войны и фрагменты дефектов памятника показаны на рисунке 3 [9]. Для данных целей были изобретены специальные сухие смеси с учетом сродства структур.

На основе сырьевой базы магнитной аномалии в Курской области (КМА) разработаны ремонтные составы, с использованием синтезированного функционального органоминерального модификатора (КОММ) с увеличением гелиевой пористости композита, уменьшением капиллярной пористости и др. Благодаря синтезу новообразований второго поколения он обеспечил уплотнение матрицы при взаимодействии интенсивного модификатора

кремнеземистого компонента с известью, выделяющейся при гидратации. Синтезированный КОММ позволяет держать под контролем процессы струк-турообразования при твердении ремонтных смесей за счет высочайшей дисперсности и полиминеральной, придавая системе высокую химическую активность. Система содержит карбонаты, которые при связывании с алюмосодержащими фазами цемента, приводят к образованию игольчатых кристаллов гидрокарбоалюминатов кальция, обеспечивая микроармирование матрицы цементного камня. Это приводит к увеличению производительности ремонтных смесей. Внедрение КОММ позволило увеличить адгезию ремонтной смеси к поверхности реставрируемых объектов на 35-55%, увеличить эксплуатационную работоспособность ремонтного слоя, снизить усадочные явления. Основные качества ремонтных и реставрационных смесей с применением комплексного органоминерального модификатора представлены в табл. 2.

Рис 3. Памятник героям войны, фрагменты дефектов памятника мелкозернистые ремонтные составы.

Таблица 2

Параметры смесей__

Наименование Значение

Адгезия к основанию, МПа 1,49-1,79

Водопоглащение, мас. % 9,69-10,59

Коэффициент паропроницаемости покрытия, мг/(мч Па) 0,062-0,074

Когезионная прочность, МПа 0,4-0,52

Условный коэффициент трещиностойкости 0,45-0,49

Коэффициент размягчения 0,42-0,46

Модуль деформации 24,2-26.1

Морозостойкость, циклов 74

Усадка Трещин нет в проектном слое

На рисунке 4 представлено микроскопическое изображение ремонтного состава, состоящего из зоны контакта тяжелого бетона, которое подтверждает образование прочных контактных адгезий на границе раздела между ремонтным слоем и матрицей тяжелого бетона.

Сформированный ремонтный слой достаточно однороден с наличием пор и пустот, равномерно распределен по объему и идентичен основной базовой матрице - тяжелому бетону, что гарантирует восстановленному композиту необходимую прочность и устойчивость.

Ремонтные составы, используемые сухом жгучем климате, заслуживают особенно интереса, поскольку условия их технологической укладки, твердения, схватывания, и дальнейшей эксплуатации довольно сложны: быстрое испарение влаги из раствора и бетонной консистенции приводит к пластической усадке и образованию микротрещин в растворе, и последующие остывание увеличивает растягивающие напряжения. В сухом и жарком

климате конкретные методы ухода считаются неэффективными по финансовым и технологическим показателям.

Разработанные составы ремонтно-восстанови-тельных смесей из фибробетона в зависимости от пропорций конструкции для климатических регионов с сухим жарким климатом имеют все шансы найти широкое применение от мелкого ремонта до капитального ремонта, и также восстановления крупногабаритных составляющих несущих конструкций.

Особенностью этих ремонтных составов является то, что в систему добавляется минеральный наполнитель особого состава и заданного размера частиц, что создает улучшение баланса внутренних сил за счет удерживающей способности воды из частиц при формировании и перемешивании. с последующим выделением значительных порций воды по мере затвердевания композита. Это приводит к снижению напряжений в консистенции затвердевшего бетона и, как следствие, к уменьшению количества и объемов, образующихся в нем микротрещин.

Ръмонтный раствор;

' Jli Л

ШЖ2

МММАЬ IM«

-vAfP «Л i.V

ш it '

•,

Мтприцн бето

г ^

IfUW t Л kV мг 14 Ml г

■I иш шт рт

frTTVMM ur игим

Рис. 4. Микрофотография контактной зоны тяжелый бетон - ремонтный состав (в возрасте 28 сут.)

На рисунке 5 - микрофотография высокопрочного ремонтного состава, состоящего из зоны контакта тяжелого бетона, на которой отмечается зарастание функционального плотного образования и дефект плотной структуры; на предполагаемом участке не наблюдается пор и пустот

Результаты электронно-микроскопических испытаний полностью и всецело подтверждаются коэффициентами физико-механических испытаний, которые указывают на максимальную прочность этих контактов.

L' ^ / Ч Ж Рлстыорный cnoit 'л ,

^ fi Л ^ ' г

Ф9 У.

* * t Матрице 1 бетоне ■• jjf ■ . t -

мм тин J • наш ■Ml 1»*СЛ

«пиа гттцт Dot М • к

мм им ты •ГГУам « t Шгнжа

Рис. 5. Микрофотография контактной зоны тяжелый бетон - высокопрочный ремонтный состав

(в возрасте 28 сут.)

Заключение

Данное структурообразование на микро- и нано- и макроуровнях ремонтных смесей в сочетании с законом сродства структур позволяет гарантировать рациональное состояние для твердения составов и высочайшее эксплуатационные качества. Кроме того, внедрение дисперсного армирования значительно повышает надежность композита при растяжении и предотвращает появление трещин на всех этапах формирования его структуры и дальнейшей службы, тем самым гарантирует высокие свойства ремонтных и реставрационных работ.

Применение закона сродства структур о строительных материалах с учетом формирования установленной структуры сухих ремонтных смесей различного назначения позволяет прогнозировать и производить материалы с заданными свойствами и требуемой прочностью.

Список литературы

1. Овчинников И.И., Мигунов В.Н., Скачков Ю.П. Коррозионно-механическое разрушение железобетонных конструкций при одновременном действии хлоридной коррозии и карбонизации // Региональная архитектура и строительство. 2012. № 2 (13). С. 72-78.

2. Розенталь Н.К. Проблемы коррозийного повреждения бетона // Бетон и железобетон. №2 6. С. 29-31.

3. Селяев В.П., Неверов В.А., Ошкина Л.М.,

Селяев П.В., Сорокин Е.В., Кечуткина Е.Л. Сопротивление цементных бетонов сульфатной коррозии. Строительные материалы. 2013. № 12. С. 2631.

4. Рахимбаев Ш.М., Толыпина Н.М. Методы оценки коррозионной стойкости цементных композитов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. № 3. С. 23-24.

5. Лесовик В.С., Беленцов Ю.А., Куприна А.А. Использование положений геоники при проектировании конструкций для работы в условиях динамических и сейсмических нагрузок // Известия вузов. Строительство. 2013. № 2-3. С. 121-126.

6. Лесовик В.С. Архитектурная геоника // Жилищное строительство. 2013. № 1. С. 9-12.

7. Lesovik V.S., Zagorodnuk L.H., Shkarin A.V., Beli-kov D.A., Kuprina A.A. Grating effective insulation solutions, taking into account the law of affinity structures in construction materials. World Applied Sciences Journal. 2013. No. 24 (11), pp. 14961502.

8. Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Чулкова И.Л. Закон сродства структур в материаловедении // Фундаментальные исследования. 2014. № 3. Часть 2. С. 267-271.

9. Единый государственный реестр объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации и государственный учет объектов, представляющих историко-культурную ценность.