Ремонт и реставрация конструкций

РЕМОНТ И РЕСТАВРАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ

Общие сведения

Ремонт, реставрация, а также усиление конструкций можно проводить при помощи эффективных материалов, конструктивных решений и производстве работ. Ремонту и реставрации подвергаются различные конструкции: каменные, бетонные, железобетонные, металлические и др. Для металлических конструкций и арматуры при этом главным является применение резки, сварки, для деревянных конструкций - замена старой древесины новой и закрепление ее при помощи болтов, врубок, клея и др. Ремонт каменных, бетонных и железобетонных конструкций связан с их надежной монолитностью, что осуществляется соответствующими материалами: цементными составами - бетонами и строительными растворами, полимерцементными составами, когда полимер вводится как добавка и, наконец, полимерными составами, в которых связующим является только полимер. Как показала мировая практика, последние дают наивысшие результаты монолитности. Поэтому этому направлению уделяется главное внимание.

Надежная монолитность необходима при различных работах, основные из них следующие: заделка трещин, раковин, отколов проводимых иногда одновременно с устройством защитных покрытий; замоноличивание стыков, пазов и швов конструкций; устройство сборно-монолитных конструкций, которые должны работать как единое целое; укладка бетона в монолитные сооружения, возводимые с перерывом в бетонировании; усиление конструкций путем намоноличивания слоев бетона в сжатой зоне или приклеивания арматуры, стальных листов, стеклоткани в растянутой зоне; скрепление отдельных кирпичей, камней, блоков, элементов между собой.

Таким образом, при ремонте, реставрации и новом строительстве могут встречаться различные варианты строительных работ, где должна быть обеспечена монолитность конструкций. Можно привести тому много примеров. Например, уникальный памятник древнего зодчества египетский храм Абу-Симбел, вырубленный в скале более 3000 лет назад, оказался в районе затопления вследствие возведения Асуанской плотины. Храм высотой 33 м, шириной 38 м и глубиной 63 м с четырьмя статуями Рамзеса II был распилен на отдельные блоки и смонтирован на новом месте. Известково-песчаные блоки были соединены эпоксидным составом, камень после обработки полимером значительно повысил свою прочность на сжатие.

Другой пример - строительство ультрасовременного оперного театра в Сиднее (Австралия). Покрытие театра представляет собой сложную железобетонную конструкцию криволинейного очертания, выполненную из сборных сегментных элементов. Эти элементы изготовлялись заранее и сопрягались между собой эпоксидным составом с последующим обжатием пучковой арматурой. Сборные сегменты имеют переменное сечение: ширину от 0,3 до 3,64 м и высоту от 1,2 до 2,1 м. Толщина эпоксидных швов колебалась от 0,4 до 2,4 мм.     

Для проведения ремонтных работ необходимо: подготовить ремонтируемую поверхность, выбрать замоноличивающий состав в зависимости от возможности осуществления ремонтных работ и дальнейшей эксплуатации конструкции, провести замоноличивание, используя специальный инструмент и оборудование.

Подготовка поверхности и выбор состава

Поверхность конструкции, на которую будет наноситься замоноличивающий состав, должна быть прочной, чистой (обезжиренной и обеспыленной) и сухой. Лучшим способом очистки, например, поверхности бетона, считается пескоструйная обработка. Наряду с этим большое распространение имеет также обработка поверхности 20-25%-ным раствором соляной кислоты. Расход кислоты составляет примерно 1,1 л на м поверхности. Масла и другие жирные вещества удаляют 10%-ным раствором каустической соды - 1,5 л на м, раствором кремнекислого натрия с добавкой канифольного мыла или такими сильными растворителями, как метасиликат или трифосфат натрия. Растворитель разливают по поверхности и с помощью щетки очищают бетон. Затем поверхность промывают нейтральным или слегка щелочным раствором и только после этого приступают к обработке поверхности раствором соляной кислоты. Реакция между кислотой и известью, содержащейся в бетоне, протекает в течение 3-5 мин, далее поверхность промывают водяной струей высокого давления и обрабатывают щетками для удаления образовавшихся солей и слабых частей бетона. Степень промывки проверяют лакмусовой бумагой. При обработке удаляется поверхностная пленка, которая не обладает большой прочностью (если прочность достаточная, то пленку не удаляют) и поверхность бетона становится шероховатой. Перед укладкой выбранного состава поверхность должна быть полностью просушена (сжатым воздухом, горячим воздухом, инфракрасными лампами и др.).

Бетоны и строительные растворы на основе минерального вяжущего могут быть использованы для ремонта, при обеспечении высокой прочности сцепления в швах. Важным свойством составов является адгезия (клеящая способность) вяжущего. Наилучшей адгезией (например, с зернами песка) обладают жидкое растворимое стекло и магнезиальный шлам, портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент, а также расширяющийся и безусадочный цементы; худшей - пуццолановый и шлакопортландцемент. Высокая прочность сцепления цементного теста наблюдается с цементным камнем, чугуном, мрамором, гематитом, гранитом: хуже - с литой и прокатной сталью, бокситом и нулевая - с алюминием. При стыковании старого бетона с вновь уложенным на портландцементе по границе раздела образуются кристаллы Са(ОН), связывающие бетон в монолит и служащие "сшивкой". Введение полимерных добавок в цемент, как, например, поливинилацетата (ПВА), значительно повышает адгезию, поэтому полимерцементные бетоны используются для ремонтных работ.

Составы на полимерном связующем являются наиболее эффективными, так как ряд полимеров обладает высокой адгезией (выше чем у минеральных вяжущих) и в зонах стыкования не происходит разрушения. В качестве полимерных связующих используют в первую очередь эпоксидные смолы, а также при определенных условиях - полиэфирные, инденкумароновые, полиуретановые, фенолформальдегидные, карбамидные и др. Применение эпоксидных составов обеспечивает высокую прочность замоноличивания конструкций, не уступающую прочности монолита. Это объясняется химическим взаимодействием эпоксидных и гидроксильных групп смолы с СiO, содержащимся в цементном камне и заполнителе бетона. Применение эпоксидных составов дает возможность сократить сроки монтажа сооружения, по сравнению с применением обычных бетонов, они хорошо зарекомендовали себя при различных ремонтных работах.

Заделка трещин и другие ремонтные работы

Наиболее трудоемкой операцией при ремонте каменных, бетонных и железобетонных конструкций является ликвидация трещин. Трещины заделываются инъекцированием (ширина раскрытия более 0,1 мм) или поверхностной затиркой (ширина раскрытия менее 0,1 мм). Другие дефекты заделываются полимерными мастиками (глубина до 5 мм) или полимербетоном (глубина более 5 мм).

Инъекцирование клея производят самотеком или под давлением шприцами или при помощи установки с компрессором.

Заделка трещин инъекцированием выполняется в определенной последовательности: вдоль трещин прорезаются абразивным диском пазы и продуваются воздухом; просверливаются отверстия в трещинах и в них устанавливаются ниппели для нагнетания клея; герметизируются трещины посредством заполнения пазов полимербетоном или гипсом.

Для обеспечения прочного сцепления нового бетона со старым поверхность, старого бетона промазывают тонким слоем эпоксидного клея. Укладка нового бетона производится в течение определенного времени, обусловленного адгезионной жизнеспособностью клея (это характеризуется его предельным возрастом, при котором возможно нанесение клея). Для того чтобы не снизить сил сцепления при температурном расширении, а также, чтобы погасить усадочные деформации вновь уложенного бетона, вводят, например, тиокол. Следует учитывать щелочную среду и высокую влажность в зоне контакта, поэтому можно применять аминофенольные отвердители АФ-2 и поверхностно-активные вещества типа ОП-27.

При склеивании природных камней или затвердевших бетонов поверхности подготавливают указанным выше способом и эпоксидные клеевые швы делают небольшой толщины - до 2-3 мм, в зависимости от степени неровности поверхности. Чем ровнее поверхность, тем тоньше клеевой шов. С увеличением толщины шва его прочность понижается.

Рис.1. Усиление фундаментов:

а) ленточных, устройством приливов-башмаков из монолитного бетона; б) то же, приклеиванием сборных элементов усиления; в) то же, устройством приливов-башмаков с армированной связью с фундаментом;
1 - монолитный башмак; 2 - адгезионная промазка; 3 - сборный элемент усиления; 4 - эпоксидный полимерраствор; 5 - арматура; 6 - шурф, заполняемый полимер-раствором

Эпоксидные составы широко применяются при ремонтных и восстановительных работах в дорожном и аэродромном строительстве, в мостостроении, гидротехническом, промышленном и гражданском строительстве (рис.1 и рис.2).

Рис.2. Усиление колонны стальными листами:

1 - усиливаемая колонна; 2 - стальной лист; 3 - уголок: 4 - герметизация; 5 - отверстия с нарезкой; 6 - эпоксидный клей; 7 - сварной шов

Вопросы для подготовки специалистов:

1. Почему полимерные составы наиболее эффективны для ремонта бетона и естественного камня?