CC BY
17
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА
УДК 624.012.3/4
Й. Й. ЛУЧКО1*, Б. Л. НАЗАРЕВИЧ2, О. М. ГАЙДА3
1 Каф. «Рухомий склад i колш», Днтропетровський нацюнальний утверситет залiзничного транспорту iMeHi академжа В. Лазаряна, Львшська фшя, вул. I. Блажкевич, Львш, Украша, 79052, тел. +38 (097) 033 18 36
2 Каф. Будшельного виробництва, 1нститут будшництва та iнженерiï довкшля, Нацюнальний уншерситет «Львшська полпехтка», вул. Каршнського 6, 2 -ий корпус, к. 419, Львш, Украïна, 79013, тел. +38 (032) 258 25 41, ел. пошта ibid-bv@polinet.lviv.ua
3 Каф. Будшельного виробництва, 1нститут будшництва та iнженерiï довкiлля, Нацiональний утверситет «Львiвська полпехтка», вул. Карпiнського 6, 2 -ий корпус, к. 419, Львш, Украша, 79013, тел. +38 (032) 258 25 41, ел. пошта ibid-bv@polinet.lviv.ua
ЗАКРИТТЯ ТР1ЩИН В ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦ1ЯХ Ш'еКЦШНИМИ МЕТОДАМИ
Мета. Бетонш та залiзобетоннi конструкцiï' завдяки численним перевагам застосовують у бшьшосп бу-дiвель i споруд. Актуальною е проблема збереження та посилення залiзобетонних конструкцiй промислових виробництв, осшльки досить частою е експлуатацiя 1х в рiзних агресивних середовищах. Просочення розчи-нами рiзного призначення використовуеться для виршення ряду задач по захисту та посиленню конструк-цш, збiльшенню термiну 1х служби. Методика. В статп проаналiзовано особливостi технологи ввдновлення залiзобетонних конструкцiй за допомогою просочення ш'екцшними полiуретановими смолами. Наведено приклади характерного використання технологiï на реальних об'ектах. Наукова новизна. Показано, що найбiльш ефективне просочення вщбуваеться за допомогою спецiальних пакерiв тд високим тиском. Наведено характеристики ефективного сучасного матерiалу для просочення.
Ключовi слова: залiзобетонна балка; полiуретанова смола; просочування трiщин; прогини; напружено-деформований стан
При вiдновленнi працездатност пошкодже-них бетонних i з^зобетонних конструкцiй тривало! експлуатаци, наявнi трщини в них слiд розглядати як окремi об'екти ремонту. У 80-х роках минулого столiття для закриття тр> щин в залiзобетонних конструкщях стали широко застосовувати ущшьнювальш ш'екци як один з найбшьш важливих i найбiльш розпо-всюджених методiв. Цей метод, з точки зору велико! кшькосп параметрiв матерiалiв i техш-чних питань про !х роботу, е досить складним. А з точки зору щодо довговiчностi об'екту i не ремонтопридатносп цього процесу, це передуем дуже вiдповiдальна робота. Незважаючи на юнування рiзних iнструкцiй i техшчних умов, iн'ектування трiщин е «бшьше мистецтвом нiж iнженерiею». [1].
Трщина здiйснюе розрив цiлiсностi матерь алу проявляючись в частинi поперечного пере-рiзу елементу. Похила трiщина, яка повнютю перетинае поперечний перерiз елементу ство-рюе руйнiвний ефект.
Рис. 1. Трщина, яка повнютю перетинае поперечний перерiз елементу створюе руйшвний ефект
Утворення трiщин е формою релаксаци на-пружень, але велию трiщини негативно впли-вають на жорстюсть i цiлiснiсть елементу. Ц два чинники визначають вирiшення задачi про ремонт трiщин. Залiзобетоннi конструкцп хара-ктеризуються здатнiстю до перерозподшу вну-трiшнiх напружень, а трщини у елеменп, в де-яких випадках, необов'язково означають змен-шення несучо1' здатностi елементу. Трiщини е до певно1' мiри характерною рисою залiзобето-ну, звiдси випливае що, i не вс трiщини шдля-
гають iн'eктуванню. Трiщини можуть тдлягати ремонту такими методами:
- розкриття i заповнення; стосуеться це в основному великих трщин (>>0,6 мм) або трь щин яю утворилися внаслiдок корози арматури на початковш стади, але в той же час саме лише заповнення трщини е недостатшм;
- поверхневе «зшивання» (рис. 2) [1];
- мехашчна стабiлiзацiя (рис. 3);
- закриття iн'екцiйними методами.
Зпдно [1] поверхневе «зшивання» трiщин
рекомендуеться виконувати так, як представлено на рис. 2, а. Такий метод стд вважати недостатшм, так як слабо забезпечуеться сумюна робота металевого елементу та бетону. Тому пропонуеться «зшивання» трiщин виконувати як представлено на рис. 2, Ь.
а б
Рис. 2. «Зшивання» трщин:
а - при монтаж! металевого стержня насухо; Ь - при втоп-ленш металевого стержня в модифжовану епоксидну композицта: 1 - шпур; 2 - монтаж металевого стержня насухо; 3 - закриття епоксидною шпаклшкою; 4 - втоп-лення металевого стержня попередньо обробленого анти-корозшним засобом в модифжовану епоксидну композицта; 5 - шпур, заповнений модифжованою епоксидною композищею
Рис. 3. Мехашчна стабшзац1я трщин якорями втопленими в епоксиднш композици
У випадку, коли ш'ектування трiщин е шд-готовкою основи шд хiмiчно стiйке покриття, тодi ефективним може бути часткове розши-вання ш'ектовано! трiщини i заповнення цього мюця еластичним герметиком (рис. 4).
Iнодi застосовуеться ущiльнення, наприклад робочих швiв, без попереднього ш'ектування трщин (рис. 5 i 6). [1]
б
d
Рис. 4. Приготування основи пiд XiMi4HO стшш покриття:
a - трщина; b - ш'ектування; c - BHpi3aHrn; d - заповнення, гнучким герметиком
Рис. 5. Отвiр типу «ласпвчин хвют» - ущiльнення при незначному проникaннi води
Рис. 6. Глибока ущшьнююча «пломбам»
Метод який найчастше застосовуеться для ремонту трiщин - це ш'ектування; школи воно поеднуеться з iншим методом ремонту. У випадку нестабшьних рухомих трщин може вини-кати необхщшсть попередньо! мехашчно! 1х стабшзаци. Забезпечення ефективносп ремонту трiщин вимагае правильного визначення причини 1х появи, формулювання цiлi ремонту i технологи його проведення. Природно, що ощ-
а
с
нити трiщину можна лише по зовшшшх озна-ках; часто вона доступна лише з одше! сторони. Трщина е також складним об'ектом досль дження - «шсля вiдкриття перестае бути тр> щиною». За необхiдностi, рiшення про ремонт та спошб його виконання шдшмаеться в умовах невизначеностi i часто вимагае досвщу та iнже-нерно! штущи. [1] Причини виникнення трщин широко представленi в багатьох джерелах, тому не будемо на них зупинятися, бачимо що в ба-гатьох випадках можуть виступати декшька причин одночасно.
Виходячи з можливого розмаггтя причин виникнення трщин, перед початком проекту-вання (виконання) необхщно накопичити (по мiрi можливосп) наступну iнформацiю:
- геометрiя трщини: форма, довжина та ширина 1х розкриття, глибина;
- положення трщини вщносно арматури: бiля арматури, поза арматурою, паралельно ар-матурi, шд кутом;
- деформативнiсть трiщини - стабшьшсть розмiрiв: стабiльна, рухома (тд динамiчним навантаженням, статично змiнна в чаш);
- наявшсть води в трщиш: зволожена, заповнена водою, витшання води з трiщини;
- стушнь забруднення, в тому числi забру-днення маслами; в останньому випадку iснуе велика iмовiрнiсть неефективного ремонту.
Ршення про проведення ремонту i способу його виконання вимагае аналiзу виду трiщин як об'екту ремонту i взяття до уваги цшого спектру матерiально-технологiчних чинникiв i зов-нiшнiх умов проведення ремонту. [2, 3, 4] Та-кий аналiз було проведено пiд час обстеження будiвлi готелю «Днiстер» («1нтурист») на 340 мiсць розташованого у центральнш частинi м. Львiв, вул. Матейка. Будiвля була запроекто-вана Львiвським фiлiалом проектного iнституту <^промют» Держбуду УРСР в 1969 рощ. В процес будiвництва (на незавершенш стади) в ригелях рам шсля спорудження коробки будiвлi та влаштування перегородок, тобто при непов-ному експлуатацшному навантаженнi були ви-явленi трщини (рис. 7 i 8), аналiз яких проведено в робой [5].
Проведет перевiрочнi розрахунки, ще в 1975 р. показали помилки в прийнятому проектному ршенш. Однак не було виконано на на-лежному рiвнi посилення балок, а також не було лшвщовано самих трщин, так як не перед-
бачалось ix iн'eктування, що не забезпечило в цшому надшно].' експлуатацп будiвлi.
01 D.15
t F= «к }: оо 1Г d
Рис. 7. Розкриття трщин в балщ по ос 2 станом на 1976 р. 02
Ь Р- и 0 0 % d
Рис. 8. Розкриття трщин в балщ по oci 6 станом на 1976 р.
В 2006 р. для обстеження та визначення те-хшчного стану даного об'екту було запрошено спещатспв ТзОВ «КНП» за участю сшвроб^-никiв НДЛ-19 1нституту будiвництва та iнже-нери дoвкiлля НУ «Львiвcька пoлiтеxнiка». В процес обстеження було виявлено значно б> льшу кiлькicть трiщин на одних i тих же самих конструкщях (рис. 9 та 10).
05
i-r^-гП-ПЛ. ^ .-1
L—. U | 0 0 f U 0 9 ■А, D3
Рис. 9. Розкриття трщин в балщ по ос 2 станом на 2006 р.
Рис. 10. Розкриття трщин в балц1 по ос 6 станом на 2006 р
Основною причиною появи додатково! кшь-костi трщин сшд вважати несанкцiоноване влаш-тування дверних пройомiв в цегляних несучих стiнах, що було заборонено в початковому проек-тi, тому що, в цьому випадку змiнюються д^нки завантаження рiвномiрно розподiленим навантаженням на залiзобетонну балку, збiльшуючи при цьому навантаження на консольнi д^нки.
В ходi часткового ремонту будiвлi готелю в 2003 роцi на передньому фасадi споруди влаш-товано навюи, якi прикрiпленi до i так аварш-
© Й. Й. Лучко, Б. Л. Назаревич, О. М. Гайда, 2013
них конструкцш балок. Враховуючи додаткове збiльшення навантаження (власна вага навюу, сшгове навантаження, пульсацiï в^ру) консолi балок зазнають додаткового впливу. Цим мож-на пояснити i подальший розвиток трiщин в опорних зонах балок. [2] Ширина розкриття трщин замiрялась вiдлiкoвим мiкрoскoпoм типу МПБ-2 з цiнoю подшки 0,05 мм. Аналiз зйо-мки показав, що у вшх прольотах ригeлiв ма-ють мiсцe характерш наскрiзнi кoсi трiщини в зонах максимальнoï пoпeрeчнoï сили, i ширина розкриття цих трiщин (до 1,3 мм) значно пере-вищуе (в 4 рази!) допустиму величину за дда-чими нормами проектування для стади експлуатацп. Пoрiвнюючи рисунки (див. рис. 7, 8, 9 та 10) бачимо, що ширина розкриття трщин за дослщжуваний перюд суттево збшьшилася, а разом з тим зросла кшьюсть нових трщин. З проведених пeрeвiрoчних рoзрахункiв при фак-тичних навантаженнях несуча здатшсть на д> лянцi ригеля, де утворилися пoхилi трiщини не забезпечена. Звщси витiкае нeoбхiднiсть виконання посилення залiзoбeтoнних ригeлiв з ви-конанням таких захoдiв як: [2]
- закриття трiщин iн'екцiйними методами;
- посилення ригeлiв композитними мате-рiалами;
- збiльшeння пeрeрiзу ригеля методом торкретування.
З техшчних мiркувань, для силового закриття (склеювання) трiщин було запропоновано двохкомпонентну пoлiурeтанoву кoмпoзицiю KOSTER KB PUR IN III (Нмеччина), завдяки ïï здатностям сприймати значнi зусилля на стиск (> 60 Н/мм2), забезпечуючи при цьому адгeзiю до бетону (> 2,5 Н/мм2). Дана композищя е ви-пробувана на рядi oб'ектiв i пiдтвeрдила хoрoшi тeхнiкo-eкoнoмiчнi показники [6, 7]. Для розра-хунку кiлькoстi iн'екцiйнoгo матeрiалу прийма-емо наступнi параметри:
- загальна довжина всiх трiщин становить -170 м;
- середня ширина розкриття трщин -
0,8 мм;
- глибина трщини - 0,3 м (нас^зш);
Загальний об'ем трщин (пустоти) - 40 л.
Розрахунковий розхщ матeрiалу KÖSTER KB-PUR IN III (див. техшчну iнструкцiю вiд 15.05.2004 р.) становить бшя 1,1 кг/л пустоти. Час виконання - повинен бути таким, щоб кри-статазащя матeрiалу не вiдбувалася перед запо-вненням ним всього об'ему трщин, а також
пщбраний до типу ш'екцшного насосу. З iншоï сторони знову ж видовжений час кристалiзацiï може призводити до витiкання ш'ектора з де-яких капiлярiв створюючи при цьому повiтрянi мiшки (корки) особливо в тих випадках, коли маемо обмежену можливiсть поверхнево закри-тих трiщин. Iн'екцiйний матерiал, що заповнюе трiщину буде корисним тшьки тодi, якщо за-безпечуватиметься вщповщна адгезiя до бетону та арматури, а також вщповщна мiцнiсть. Сто-суеться це перш за все мщносп склеювання та ущiльнення трщин в бетош зi змiнною шириною розкриття по довжиш. За звичай приймае-мо, що адгезiя до бетону iн'екцiйного матерiалу повинна бути бшьшою нiж 1,5 МПа.
Критичним параметром е еластичнiсть ш'екцшного матерiалу до змiни розкриття тр> щини, тобто придатнiсть до деформування. Усадка ш'екцшного матерiалу - повинна бути найменшою, щоб не зменшувати адгезiю i тим самим уникати мюцевих нещiльностей i неба-жаноï появи напружень в iн'екцiйному матерiа-лi пiд час його кристалiзацiï. Навпаки корисним е незначне набухання iн'екцiйного матерiалу. При влаштуваннi силового склеювання залiзо-бетонноï конструкцiï методом ш'екцл з полiу-ретановоï композици необхiдно створювати тиск при нагштанш P > 0,8 МПа.
Матерши для iн'eкцiйних технологiй
склеювання трщин KOSTER KB PUR IN III
2-компонентна полiуретанова смола для силового склеювання трщин в залiзобетонних конструкщях.
Сфера застосування. Матерiал KB PUR IN III можна устшно застосовувати за умов виконання попередньо1' iн'екцiï за допомогою смоли KB PUR IN I для довготривалого еластичного закриття мокрих трiщин (протiкань) в бетош, стяжках, кам'янш кладцi i т.д., а також для зм> цнення кам'яних масивiв. Без попередньо1' iн'екцiï за допомогою матерiалу KB PUR IN I використовуеться для склеювання сухих тр> щин i заповнення пустот в залiзобетонi. KB PUR IN III найкраще застосовувати там де не-обхщно виконати силове з'еднання трщин в залiзобетонi або виконати достатньо мщне з'еднання кра1'в поверхонь шших будiвельних конструкцiй.
Властивостi: 2-компонентна полiуретано-ва смола без розчинникiв, хорошо1' текучостi
для iн'ектування трiщин. KB PUR IN III, завдя-ки високш витривалoстi на стиск та високому показнику адгезп дае можливють отримати до-вготривале силове з'еднання склеюваних трь щин в затобетош.
Рис. 11. Схема розташування iн'ектoрiв при закриттi трiщин
а
б
Рис. 12. Схема монтажу розтискуючих пакeрiв: а - установка пакера в шдготовлений шпур; b - затис-кання пакера в шпурi
Техн1чн1 дан1:
Спiввiднoшeння змiшування (за об'емом)
Стввщношення змiшування (по ваз^
Час застосування (20 °C, 1 л)
Температура застосування
В'язюсть (компоненти А + В)
2: 1 (А : В)
5: 3 (А : В)
40 хв.
вище +5 °C
близько 200 МПа
Густина сумМ 1, 1 кг/л
Мщшсть на стиск > 60 Н/мм2
Адгeзiя до бетону > 2,5 Н/мм2
Способ застосування. Мо^ прoтiкаючi трщини або з'еднання слщ попередньо осуши-ти i захистити вщ доступу води виконавши по-передне iн'ектування матeрiалoм KB PUR IN I. Вздовж трщини виконати отвори (шпури) тд кутом 45° по oбидвi сторони трщини через 10...20 см. та в подальшому вмонтувати iн'екцiйнi пакери (штуцери). Дiамeтр oтвoрiв виконуеться в залежност вiд наявних пакeрiв. Для мiнiмiзацiï втрат iн'екцiйнoгo матeрiалу перед ш'екщею трiщину слiд зашпаклювати, наприклад матeрiалoм KB FIX 5, Pagel U10 або Resin 220.Отвори шсля демонтажу ш'екцшних пакeрiв заробити за допомогою KB FIX 5, Pagel U10 або Resin 220.
Приготування KB PUR IN III. Обидва компоненти ретельно змшують за допомогою низькообертово'1 дрил^ шсля чого витримати штервал очжування тривалютю 1 хв. i ще раз перемшати. Пюля замшування сумiш можна закачувати в трщину за допомогою iн'екцiйних насoсiв рiзних типiв, в тому чиои i ручних, ви-конуючи процес ш'ектування знизу вверх.
Розх1д: - бшя 1,1 кг/л пустоти.
Висновки
Застосування технологи ш'ектування, особливо тд тиском, пoлiурeтанoвими кoмпoзицiя-ми при усуненш трiщин i пошкоджень в бетон-них та залiзoбeтoнних кoнструкцiях суттево вiднoвлюе працeздатнiсть цих конструкцш.
U,i методи дають дoбрi результати, особливо в кoмбiнацiях з розвантажувальними мiрoпри-емствами, чи посиленням традицшним способом або з застосуванням композитних матeрiа-лiв.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Czarneki, Lech Naprawa i ochrona konstrukcji betonowych [Текст] / Lech Czarneki, Peter H. Emons. - Krakow, Polski Cement, 2002. - 434 c.
2. Звгг на тему, розробка проектно-технолопчних ртень з посилення i реконструкцп будiвлi ту-ристичного готельного комплексу, Дшстер, (кoнструктивнo-будiвeльна частина) [Текст]. -Л. : НДЛ-19, НУ, Львiвська пoлiтeхнiка, 2006. -45 с.
3. Маруха, В. I. Мехашка руйнування та мiцнiсть матерiалiв [Текст], Т. 12/ В. I. Маруха,
B. В. Панасюк, В. П. Силованюк. - Л., 2009. -261 с.
4. Лучко, Й. Й. Методи шдвищення корозшно! спйкосп та довговiчностi бетонних та затзобе-тонних конструкцiй i споруд [Текст] / Й. Й. Лучко, I. I. Глагола, Б. Л. Назаревич. - Л. : Каме-няр, 1999. - 229 с.;19 табл., 81 рис.
5. Дорошкевич, Л. О. Аналiз причин аваршного стану залiзобетонних ригелiв рам готелю Дшс-тер, в м. Львова Проблеми теорп i практики бу-дiвництва [Текст], Т.4/ Л. О. Дорошкевич,
C. Б. Максимович, Б. Ю. Максимович. - ДУ, ЛП, 1997. - С. 34-39.
6. 1ваник, I. Г. Досв1д шдвищення надшносп екс-плуатаци пдротехшчно1 споруди на приклад1 капитального ремонту басейна [Текст] / I. Г. 1ваник, В. О. Каганов, Б. Л. Назаревич // Шляхи шдвищення надшносп проектування, буд1вництва та експлуатацп пдротехшчних споруд мелюрацп. - К. : 2007. - С. 181-192.
7. Лучко, Й. Й. Капитальный ремонт бассейна гостиницы «ЫХО8» расположенной в г. Труска-вец, Львовской обл. [Текст] / Й. Й. Лучко, I. Г. 1ваник, Б. Л. Назаревич, Т. Бартосш // Ма-тер1али науково-техшчно! конференцп Позна-ньсько! полттехшки. - Польша, 2006. - С. 63-71.
И. И. ЛУЧКО1*, Б. Л. НАЗАРЕВИЧ2, О. М. ГАЙДА3
1 Каф. «Подвижной состав и путь», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Львовський филиал, ул. И. Блажкевич, Львов, Украина, 79052, тел. +38 (097) 033 18 36
2 Каф. Строительного производства, Институт строительства и инженерии окружающей среды,
Национальный университет «Львовская политехника», ул. Карпинского 6, 2 -ой корпус, к. 419, Львов, Украина, 79013, тел. +38 (032) 258 25 41, ел. почта ibid-bv@polinet.lviv.ua
3 Каф. Строительного производства, Институт строительства и инженерии окружающей среды,
Национальный университет «Львовская политехника», ул. Карпинского 6, 2 -ой корпус, к. 419, Львов, Украина, 79013, тел. +38 (032) 258 25 41, ел. почта ibid-bv@polinet.lviv.ua
ЗАКРЫТИЕ ТРЕЩИН В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ИНЪЕКЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ
Цель. Бетонные и железобетонные конструкции благодаря многочисленным преимуществам применяют в большинстве сооружений. Актуальной является проблема сохранения и усиления железобетонных конструкций промышленных производств, поскольку достаточно частой является эксплуатация их в различных агрессивных средах. Пропитка растворами различного назначения используется для решения ряда задач по защите и усилению конструкций, увеличению срока их службы. Методика. В статье проанализированы особенности технологии восстановления железобетонных конструкций с помощью пропитки инъекционными полиуретановыми смолами. Приведены примеры характерного использование технологии на реальных объектах. Научная новизна. Показано, что наиболее эффективная пропитка происходит с помощью специальных пакеров под высоким давлением. Наведено характеристики эффективного современного материала для пропитки.
Ключевые слова: пропитка трещин; склеивание трещин; железобетонные конструкции; инъекционный метод
I. I. LUTCHKO1*, B. L. NAZAREVITCH2, O. M. GAIDA3
1 Dept. of Rolling stock and track, Dnipropetrovsk national university of railway transport named after academician V. Lazaryan, Lviv branch, I. Blazhkevych Str., Lviv, Ukraine, 79052, tel. +38 (097) 033 18 36
2 Dept. of Building Production, Institute of Building and Environmental Engineering, National University
«Lviv Polytechnic», 6 Karpinskyi St., 2nd academic building, 419-rd room, Lviv, 79013, Ukraine, тел. +38 (032) 258 25 41, e-mail ibid-bv@polinet.lviv.ua
3 Dept. of Building Production, Institute of Building and Environmental Engineering, National University
«Lviv Polytechnic», 6 Karpinskyi St., 2nd academic building, 419-rd room, Lviv, 79013, Ukraine, тел. +38 (032) 258 25 41, e-mail ibid-bv@polinet.lviv.ua
CLOSING OF CRACKS IN REINFORCED CONCRETE CONSTRUCTIONS INJECTABLE METHODS
Purpose. Concrete and reinforced concrete structures due to the numerous advantages used in most buildings. The actual problem is the preservation and strengthening of concrete structures of industrial production, because of their exploitation in various aggression environments. Impregnation with solutions of different function is used to solve a number of problems for the protection and strengthening of structures, increasing their lifespan. Methodology. This paper analyzes the features of recovery technology of concrete structures using polyurethane injection resin impregnation . Examples of typical use technology to the real objects are presented. Originality. It is shown, that the most effective treatment is through special packers under high pressure. Characteristics of effective modern material treatment are given.
Keywords: impregnation of cracks; bonding of cracks; reinforced concrete structures; injection method; stress deformation state
Статтярекомендована до публ^кацИ'д.т.н., проф. О. С. Распоповим (Украгна).
Надшшла до редколеги 10.08.2013. Прийнята до друку 28.10.2013.
