Долговечность и эксплуатационная надежность строительных материалов, конструкций, зданий и сооружений

 

Рисунок 24. График зависимости вязкости водных растворов полимеров от концентрации

 

В лаборатории  кафедры «Строительные конструкции и механика твердого тела» ГОУ ВИТУ были проведены опыты по изучению вязкости цементно-полимерных инъекционных растворов.

Растворы полимеров  заданных концентраций готовились на дистилированной воде. Измерение  вязкости в этом случае основано на определении времени истечения  через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара вискозиметра.

Как видно из графика (рис.24), вязкость водного раствора оксиэтилцеллюлозы отечественного производства ОЭЦ-1 с увеличением концентрации растет менее интенсивно, чем у растворов с импортной добавкой ОЭЦ-2.

КМД образует маловязкие водные растворы, вплоть до концентрации 3%. Кривые вязкости КМЦ и ОЭЦ-1 сходны.

 

Инъекционные  растворы, обладая повышенным В/Ц, имеют также несколько увеличенную усадку по сравнению с кладочными или даже литыми растворами. Механизм подачи раствора в конструкцию – нагнетание под давлением 0,6 МПа и последующая опрессовка его в течение 15…30 мин – способствуют уплотнению инъекционных растворов в трещинах, порах, раковинах и пр. и отжатию свободной влаги через фильтрующий материал кладки. Тем не менее, вопрос усадки играет немаловажную роль.

При проведении эксперимента изучение усадочных деформаций проводилось  для цементнополимерных растворов.

По полученным результатам испытаний были установлены  зависимости величины деформации усадки инъекционного раствора от продолжительности его высыхания (интенсивность процесса усадки); деформации усадки от влагопотерь образца во времени (рис. 25).

Проведенный эксперимент  на образцах, изготовленных из инъекционного  раствора с различным водоцементным отношением, подтвердил, что наиболее интенсивное нарастание деформаций усадки обеих групп происходило в первые дни твердения.

 

Рисунок 25. График зависимости относительной усадки инъекционного раствора во времени

 

Одной из важнейших  характеристик инъекционных растворов  является надежное сцепление материалов раствора между собой и сцепление вяжущего с материалом. Сцепление инъекционного вяжущего с материалом кладки определяется их химической связью в контактном слое. Инъекционный раствор, попадая в каменную конструкцию, увеличивает зону контакта между кирпичом и кладочным раствором. Этот факт стал основополагающим в том, что метод инъекции получил довольно широкое применение при реконструкции каменных зданий и сооружений для повышения несущей способности и долговечности.

Методика определения  сцепления инъекционного раствора с материалом кладки, предложенная А.Н. Адамовичем, заключалась в оценке прочности на срез склеенных различными растворами образцов. Проведенные    кафедрой    лабораторные исследования были направлены на изыскание возможности количественной оценки инъецирования цементнополимерных составов, с использованием в качестве  полимера  карбоксиметилцеллюлозы  и оксиэтилцеллюлозы.   Причем   оксиэтилцеллюлоза использовалась как зарубежного, так и российского производства.

Рисунок 26. Образцы для исследования прочности

на  срез цементированных швов (схемы

испытаний):

а – по опытам А.Н. Адамовича, 1947-46 гг.;

б – по методике ЦНИИПС, 1948 г.;

I – бетонная плитка; 2 – асбестовый шнур; 3 –

цементационные  гнезда размером 30x30 мм

 

 Лабораторные  исследования были проведены  по методике, предложенной А.Н. Адамовичем (рис. 26а), и по методике, разработанной в ЦНИИПСе (рис. 26б).

На основании  полученных результатов испытаний были построены графики зависимости прочности сцепления на срез от водоцементного отношения.

 

Рисунок 27. График зависимостей прочности сцепления

 

Из  рис.  27  видно,  что наибольшую прочность сцепления показали     цементнополимерные инъекционные  растворы  ОЭЦ-1: порядка 2,2…2,8 МПа при В/Ц, соответственно равном 0,5…0,9.

Увеличение прочности  раствора с добавкой полимера объясняется механизмом его твердения, который заключается в удалении свободной влаги из материала и образованием жесткой пленки внутри последнего.

Как   известно,   прочность цементнополимерной    композиции увеличивается в течение времени по мере испарения свободной влаги и схватывания полимера.

При испытании  склеенных образцов разрушение происходило  в основном по кирпичу. Данный факт позволяет сделать вывод о том, что принятые составы цементнополимерных растворов обеспечат достаточную прочность сцепления раствора с материалом кладки.

Прочность на сжатие образцов, инъецируемых цементнополимерными  растворами, превысила прочность образцов без усиления.

После испытаний  на сжатие образцы были восстановлены методом инъекционного уплотнения и по истечении срока отвердения инъекционной композиции повторно испытаны на прежние виды нагружения. Нужно отметить, что образцы были заинъецированы вторично для определения эффекта восстановления разрушенной инъецированной кладки.

Для исследований были использованы опытные образцы  кирпичных столбов, прошедших испытания  и имеющих вертикальные трещины. Эти образцы были восстановлены путем инъекции в них цементнополимерных составов КМЦ и ОЭЦ.

Результаты испытаний  образцов показывают, что при применении цементнополимерных составов для инъецирования каменной кладки несущая способность кладки не только восстанавливается полностью, но и увеличивается на 15-20%. Образцы, подвергнутые повторному инъецированию, также полностью восстановили прочность и повысили ее, но эффект увеличения прочности оказался несколько ниже. Наилучшие результаты повышения прочности кладки в целом показали образцы, инъецируемые ОЭЦ российского производства. Характер трещинообразования на образцах был идентичен результатам первичных испытаний, но отмечена повышенная хрупкость и малая деформативность восстановленных конструкций.

Инъецирование водорастворимых  полимеров и эмульсий в конструкцию  рекомендуется производить в утренние часы, когда конструкция имеет более низкую температуру, а трещины имеют наибольшее раскрытие. Минимальная температура стен для инъекции раствора +5°С.

Рекомендуется производить  инъецирование в конструкцию, не снимая с нее нагрузки, т.е. не разгружая ее. В противном случае происходит частичное закрытие трещин, и качество инъекции резко снижается.

Исследования  показывают, что инъекция водорастворимых  полимеров и эмульсий значительно улучшает технологические и конструктивные характеристики усиливаемых железобетонных конструкций, повышают эффективность их работы.

 

 

 

 

Применяя этот метод, мы получаем сокращение затрат по сравнению с применением традиционных методов усиления за счет экономии стали и некоторых других материалов. Экономический эффект обеспечивается прибылью, получаемой за время проведения ремонтных работ, не требующих простоя оборудования, а также экономией на разборке поврежденных конструкций зданий и замене их на новые.

 

6.2. Спиралевидные жесткие связи

 

Спиралевидные ремонтные  гибкие связи изготавливаются из круглой нержавеющей проволоки, профиль которой  в процессе прокатки принимает крестообразную конфигурацию с вытянутыми от центральной части  плоскими ребрами, упрочненными в результате нагартовки. Спиралевидную форму  проволоке придает технология продавливания  через специальную матрицу таким  образом, чтобы ребра навивались вокруг сердечника. Технология изготовления предполагает ряд производственных циклов, в результате  получается изделие, сочетающее в себе высокую  прочность, гибкость и упругость (см. рисунки ниже).

 

 

 

 

 

 

Форма изделия  обеспечивает простую и быструю  установку посредством ударных воздействий ручным или механическим способом. При использовании электроинструмента необходимо использование специального адаптера.

Закрепление ремонтной  связи происходит в результате самообразующегося  механического замка между спиралью и винтообразным пазом, возникающего  в процессе установки в материале  основания (бетон и железобетон  различных классов, включая ячеистый, керамические материалы, древесину).

При установке  связи в материале основания  не возникает напряжений и распора (отсутствие концентраторов напряжения), что позволяет осуществлять установку  вблизи края конструкции.

Спиралевидные связи  представлены широкой номенклатурой  типоразмеров из различных классов  аустенитных хромникелевых  сталей.

Ремонтные спиралевидные  связи в последние 30 лет широко применяются на Западе и служат для  связи наружного слоя облицовки  с внутренним, при усилении и  ремонте многослойных наружных стен, при ремонте кирпичной кладки в зоне образования трещин, восстановлении утраченных из-за коррозии металлических  связей, при усилении арочных перемычек, а также устройстве вертикальных деформационных швов в облицовке  зданий.

Шаг расстановки  связей и глубина заделки в  основании определяется в соответствии с расчетом и на основе поверочных испытаний прочности заделки  связи в материал основания, проведенных  непосредственно на объекте.

Одно из наиболее ценных преимуществ в том, что  после проведения ремонтных работ  внешний облик здания практически  остается без каких-либо следов ремонта, т. к. связи устанавливаются заподлицо  в материал основания (кирпич, бетон, растворный шов), при этом место установки  затирается мастиками с добавками  пигментов, подобранными в цвет фасада.

В данной статье, в виду остроты проблемы, затронут только вопрос  применения связей для  «лечения» слоистых конструкций. Однако они обладают более широким спектром применения в любых видах каменных конструкций, в конструкциях из железобетона и дерева.

 

 

 

 

В настоящее время  специалистами  сектора надежности фасадов зданий  ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко  выполняется  комплекс исследований,  направленных на изучение технических  характеристик гибких связей  BIT-ThorHelical, и уточнение особенностей их работы в строительных материалах отечественного производства (тяжелый бетон различных  классов, ячеистобетонные блоки, пустотелый и полнотелый керамический кирпич).

Проведенные лабораторные испытания гибких связей на действие усилия вырыва, направленного вдоль  оси связи, показало наличие большего запаса прочности по сравнению с  традиционными видами анкерных креплений (шпильками и арматурными стержнями), установленных в ячеистобетонные  блоки как «насухо», так и с  применением химического состава.

Результаты  анализа  зарубежного опыта по ремонту  и реконструкции каменных зданий, в том числе  зданий с облицовкой из керамического кирпича, а также  испытания, проведенные в лаборатории  кирпичных, блочных и панельных  зданий ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, подтверждают  высокую эффективность применения гибких ремонтных связей BIT-ThorHelical.

Использование инновационных  технологий,  позволяющих эффективно устранять дефекты  и повреждения  в строительных конструкциях,  обеспечивает  эксплуатационную надежность кирпичных  и каменных зданий. Несоблюдение рекомендаций  по замене  технологии и материалов при выполнении ремонта может привести к развитию деструктивных  процессов в кладке. Внедрение и использование современных технологий в области  каменных конструкций  открывают новые возможности для восстановления, ремонта и усиления кладки стен, возведенных из штучных материалов (керамического кирпича и камня).

 

6.3. МОРОЗОСТОЙКИЕ КЛАДОЧНЫЕ РАСТВОРЫ ПОНИЖЕННОЙ ПЛОТНОСТИ С ДОБАВКАМИ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА И ОМЫЛЕННОГО ТАЛЛОВОГО ПЕКА

Приведены результаты исследований цементно-песчаных кладочных  растворов с добавками 10–20 % микрокремнезема и 0,04 % омыленного таллового пека. Растворы с добавками отличаются большей на 4–6 % общей пористостью при равном содержании открытых пор (22–24 %), меньшей на 8–10 % средней плотностью и большей морозостойкостью.

Разработка составов кладочных растворов, эффективно работающих на любом пористом основании, обусловлена  необходимостью повышения качества ограждающих каменных конструкций. Сегодня кирпич, камни керамические и различные стеновые блоки являются весьма востребованными в строительстве. По оценке Росстроя России потребность  в стеновых материалах в 2010 г. достигнет 27–28 млрд штук условного кирпича, при этом объемы производства кладочных растворов могут увеличиться до 17 млн м³ в год.

Известно, что кирпичная (каменная) кладка представляет собой сложно-структурированную конструкцию, важной составляющей частью которой является цементно-песчаный кладочный раствор [32]. От соответствия технических характеристик кладочных растворов требуемым (заданным по проекту) зависят качество и долговечность каменной конструкции в целом.

 

 

Исходя из особенностей цикла жизнедеятельности раствора в составе каменной конструкции (структурообразование в тонких слоях  на пористом основании), к нему предъявляют  ряд специфических требований: хорошая  удобоукладываемость, пластичность при  разравнивании с целью надежного  заполнения горизонтальных и вертикальных швов; высокая водоудерживающая способность (обеспечивающая при твердении на пористом основании проектную прочность  раствора); прочность сцепления с  основанием и морозостойкость; согласованные с элементами кладки теплоизоляционные характеристики. Обеспечение указанных требований кладочного раствора может быть достигнуто при введении в его состав различных функциональных добавок.

При проведении экспериментальных  исследований была показана возможность  повышения качества кладочных строительных растворов при совместном введении в их состав добавок различной  природы, регулирующих структуру цементных материалов: минеральной – микрокремнезема Братского завода ферросплавов (МК) и органической – омыленного таллового пека (ОТП), попутного продукта сульфатной переработки древесины ОАО «Брат-сккомплексхолдинг» [33]. Установлено, что для достижения требуемых свойств в кладочные смеси необходимо ввести совместно добавки МК – 10–20 % и ОТП – 0,04 % от массы цемента (в пересчете на сухое вещество). Микрокремнезем, по причине ультрадисперсности и микропористости частиц, обеспечивает высокую пластифицирующую и водоудерживающую способность смесей, омыленный талловый пек способствует повышенному воздухо-вовлечению и диспергации воздушных пузырьков в цементном тесте.