Руководство по ремонту цниис

РУКОВОДСТВО ПО РЕМОНТУ

1 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА» (ОАО ЦНИИС) РУКОВОДСТВО ПО РЕМОНТУ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С УЧЁТОМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОВМЕСТИМОСТИ МАТЕРИАЛОВ (Второе издание, переработанное и дополненное) Москва 2010

2 ОАО «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА» (ОАО ЦНИИС) Утверждаю: Зам. генерального директора по научной работе — Главный инженер д-р техн. наук, проф. А.А. Цернант РУКОВОДСТВО ПО РЕМОНТУ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С УЧЕТОМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОВМЕСТИМОСТИ МАТЕРИАЛОВ (Второе издание, переработанное и дополненное) Москва

3 (, ). 2010, «-» ( ), : 60 90/32 : 5, . 20,.2. (495)

4 Содержание Предисловие Общие положения Основные виды повреждений, дефектов и трещин Выбор материалов для ремонта бетонных и железобетонных конструкций Материалы для производства ремонтных работ Приготовление ремонтных растворных и бетонных смесей и подача их к месту использования Производство ремонтных работ. Оборудование и оснастка для ремонтных работ Контроль качества работ Техника безопасности при производстве ремонтных работ ПРИЛОЖЕНИЕ. Классификация трещин и дефектов, возникающих в ходе строительства массивных и крупноразмерных конструктивных элементов транспортных сооружений Список использованной литературы

5 ПРЕДИСЛОВИЕ За последние лет требования к ремонту бетонных и железобетонных конструкций существенно повысились. Для обеспечения выполнения повышенных требований в Европе разработан Европейский стандарт EN 1504, который реализован национальными органами по стандартизации 28 европейских стран ещё до 1 января Достоинством этого стандарта является то, что на основе правильного концептуального подхода определены базовые правила, которые должны использоваться по отдельности или в сочетании при ремонте или защите бетонных наземных, подземных, надводных или подводных сооружений, а также определены требования к идентификации, рабочим характеристикам (включая срок службы) и безопасности материалов и систем, которые должны использоваться в конструкционном и неконструкционном ремонте бетонных сооружений. В России, где техническое нормирование пока не получило должного развития, нормативные документы часто разрабатываются исходя из узковедомственных интересов, а средства на их разработку распыляются без учета возможности использования коллективного разума, что снижает уровень разработки этих документов и их значимость. Настоящее Руководство разрабатывалось Научноисследовательским институтом транспортного строительства при участии ООО «БАСФ Строительные системы» как рекомендательный технический документ, направленный на улучшение качества ремонтных работ, выполняемых как на стадии возведения транспортных сооружений, так и при их эксплуатации. На стадии возведения конструктивных элементов обычно осуществляются устранение дефектов, допущенных в ходе строительства, и лечение трещин. На стадии эксплуатации осуществляют различные виды ремонтов, в т.ч. ремонты, связанные с восстановлением и увеличением несущей способности отдельных конструкций или сооружения в целом. Во всех случаях ремонт должен быть выполнен качественно, гарантировать установленную долговечность и продолжительность межремонтных сроков. Опыт показывает, что указанные требования не всегда выполняются. Основными причинами этого являются неправильный вы- 4

6 бор ремонтных материалов и методов проведения ремонта. Настоящее Руководство направлено на улучшение технического обслуживания бетонных и железобетонных конструкций, обеспечивающего гарантию проектного срока службы конструкций. При разработке новой редакции Руководства сделана попытка учесть основные положения концептуального подхода к ремонту конструкций, использованные при составлении Европейского стандарта EN 1504 и предложен ряд новых материалов для практического использования при выполнении работ. Кроме указанных материалов возможно и применение материалов других фирм, соответствующим образом сертифицированных и удовлетворяющих требованиям Европейского стандарта EN 1504 и, в известной мере, настоящего Руководства. Первую редакцию Руководства, выпущенного в 2005 г., разработали А.Р. Соловьянчик, А.А. Цернант, С.А. Шифрин и А.С. Бейвель (ОАО ЦНИИС), Л.Н. Козлов и О.Н. Тоцкий (ОАО «Строительные системы») и В.Н. Федосеев (ГУП «Гормост») г. Москва. Предлагаемую редакцию Руководства, созданную на базе первой редакции, представили доктора технических наук А.Р. Соловьянчик и А.А. Цернант, канд. техн. наук А.С. Бейвель и инж. Д.Е. Нагорный (ОАО ЦНИИС), канд. техн. наук А.В. Гинзбург (НПО «Космос»), канд. техн. наук Л. Тойхерт и инж. М.В. Закржевский (ООО «БАСФ Строительные системы»). Руководство предназначено для научных и инженернотехнических работников организаций, осуществляющих проектирование, строительство и научное сопровождение ремонта транспортных сооружений из сборного и монолитного железобетона, а также организаций, осуществляющих технический надзор за ходом ремонтных работ. 5

7 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Ремонт железобетонных конструкций транспортных сооружений осуществляют как на стадии их возведения, так и при их эксплуатации. На стадии возведения конструктивных элементов обычно осуществляют доведение конструкций до кондиции, связанной с устранением дефектов, допущенных в ходе строительства, и лечением трещин. На стадии эксплуатации осуществляют различные виды ремонтов, в т.ч. ремонты, направленные на восстановление и увеличение несущей способности отдельных конструкций или сооружения в целом Во всех случаях ремонт должен быть выполнен качественно, гарантировать установленную долговечность и продолжительность межремонтных сроков. Достигнуть этого возможно только при условии знания и правильного учета физикотехнических основ обеспечения требуемого качества работ или другими словами: при обеспечении организационно-технической стороны вопроса с одной стороны и правильного выбора материалов и технологии работ для ремонта, учитывающих особенности взаимодействия ремонтного материала с ремонтируемым, с другой Выполнение работ на всех стадиях инвестиционного цикла должно регулироваться общими правилами, находящимися в рамках определенных нормативно-технических документов, правил и пособий Настоящее Руководство предназначено для применения при разработке проектов ремонта бетонных и железобетонных конструкций транспортных сооружений и объектов другого назначения, составлении технологических регламентов и непосредственно при производстве работ по ремонту на объектах с учетом обеспечения совместимости материалов. Основные требования по обеспечению принципов совместимости материалов, приготовленных на основе цемента, изложены ниже в главе 3. Применение других материалов, не входящих в группу совместимых, допускается в тех случаях, когда совместимые материалы по определенным причинам не могут гарантировать высокое качество ремонтных работ. 6

8 1.5. Для обеспечения эффективного ремонта эксплуатируемых бетонных и железобетонных конструкций необходимо иметь определенную концепцию, четко устанавливающую последовательность выполнения различных работ. Работу рекомендуется выполнять поэтапно. На первом этапе на основе проведения натурных обследований устанавливают причины и степень разрушения конструкций. На втором этапе следует изучить требования заказчика, условия использования и эксплуатации сооружения. Без этих данных нельзя определить критерии назначения свойств материалов. На третьем этапе следует выполнить обзор свойств материалов, которые могут быть использованы для ремонта. На четвертом этапе следует определить эксплуатационные требования к материалам и установить их приоритеты. На пятом этапе необходимо составить итоговое заключение На основании результатов проведенных обследований, классификации выявленных дефектов и повреждений и требований заказчика следует составить техническое задание на разработку проекта ремонтных работ. При этом в техническом задании должны быть указаны: ожидаемое время эксплуатации объекта, продолжительность межремонтных сроков, ожидаемая стоимость работ. Если по каким либо причинам в техническом задании не указывается ожидаемая стоимость ремонтных работ, то она устанавливается при составлении проектно-сметной документации При разработке проектно-сметной документации необходимо установить способы ремонта конструкций в зависимости от вида и степени повреждений, причин их возникновения и степени влияния на несущую способность отдельных конструктивных элементов и конструкций в целом, а также используемые для ремонта материалы. На бетонных и железобетонных конструкциях эксплуатируемых сооружений различают пять степеней повреждений, а на арматурной стали три вида коррозии. 1-я степень загрязнения на поверхности бетона (следы масел, жиров, моха или водорослей), усадочные трещины и раковины, незначительная карбонизация без визуально наблюдаемых 7

9 отдельных выколов, но при этом обеспечена высокая прочность бетона; 2-я степень обветшалая, шелушащаяся или раскрошившаяся поверхность с усадочными трещинами и небольшими сколами бетона, прочность бетона на 10-15% ниже проектной марки, малая степень карбонизации, выражающаяся в наличии на поверхности визуально наблюдаемых выколов; 3-я степень ржавчина и трещины неактивные до 0,2 мм на бетонной поверхности, отдельные сколы, прочность бетона на 15-20% ниже проектной, сильная карбонизация, выражающаяся в наличии на поверхности бетона визуально наблюдаемых сплошных выколов; 4-я степень активные и неактивные трещины размером более 0,2 мм, многочисленные сколы бетона, оголение арматуры, прочность бетона более чем на 20% ниже проектной, сильная карбонизация, выражающаяся в наличии на поверхности бетона продуктов его разрушения в виде сталактитов; 5-я степень рыхлый бетон с оголенным и не прочно закрепленным заполнителем, открытая арматура, глубокие сколы, при простукивании молотком «глухой» звук, указывающий на наличие пустот, полная потеря бетоном прочности в отдельных местах. На арматурной стали наблюдают три вида коррозии: равномерную сплошную в сплавах, не образующих защитных окисных пленок или образующих рыхлые пленки; неравномерную сплошную в многофазных сплавах; локальную в виде пятен, точек, язв в виде вспучивания и расслоения металла, межкристаллитную и избирательную Одной из важнейших задач при проведении ремонтных работ является выбор ремонтного материала. В любом случае надо учитывать для какой цели выбирается материал: для конструкционного или неконструкционного ремонта, восстановления геометрической формы, выполнения защитных свойств и т.п. Обычно необходимый ремонтный материал выбирают на основании технико экономического обоснования с учетом требований, учитывающих условия эксплуатации и продолжительность межремонтных сроков. Однако в условиях рыночной 8

10 экономики выбор материала часто определяется финансовыми возможностями инвестора и его субъективными пожеланиями по использованию определенных материалов, а также с учетом элементов риска, связанного с недостаточным знанием условий последующей эксплуатации объектов и фактических технических характеристик широко разрекламированных новых материалов. Тендер на производство работ может выиграть организация толком не знающая сущность проблемы ремонта, что недопустимо. И это должен учитывать заказчик Необходимо стремиться ремонтировать конструкции с использованием материалов, подобных материалу ремонтируемой конструкции. При выборе материала необходимо не просто соблюдать это правило, но и обеспечивать четко требования по совместимости материалов, так как одинаковые материалы по ряду признаков могут быть несовместимыми Значительные затруднения часто возникают при ремонте различного вида трещин в бетоне как в возводимых, так и в эксплуатируемых объектах При выборе способов ремонта трещин обязательно нужно учитывать является ли трещина активной (дышащей) при приложении временных или температурных нагрузок или она является неактивной, т.е. не меняет раскрытия при приложении нагрузок При разработке способов производства работ необходимо учитывать, что следует обеспечить в полном объеме восстановление защитного слоя и герметизацию всех трещин, расположенных на открытых поверхностях бетона Поверхностные трещины, не влияющие на прочность и коррозионную стойкость конструкций, рекомендуется заделывать путем нанесения на бетон герметизирующих составов Герметизация трещин с раскрытием до 0,3 мм и расположенных на боковых, закрытых сверху и нижних поверхностях конструкций осуществляется только после устранения возможности фильтрации воды в них и образования потеков на этих трещинах Трещины, изменяющие свое раскрытие при приложении временных или температурных нагрузок до 0,3 мм, рекомендуется герметизировать жесткими составами. 9

11 1.16. Трещины, изменяющие ширину раскрытия при приложении временных или температурных нагрузок на величину более 0,3 мм, рекомендуется герметизировать эластичными составами, имеющими относительное удлинение при разрыве не менее 50%. К таким трещинам относят температурно-усадочные трещины в стенах и перекрытиях, раскрывающиеся под действием временных и температурных нагрузок Трещины, имеющие при температуре наружного воздуха о С раскрытие 0,3 мм и более, рекомендуется инъецировать полимерными растворами. При этом если трещина меняет величину раскрытия, то обязательно следует применять эластичные инъекционные растворы Время лечения трещин должно устанавливаться индивидуально после проведения натурных обследований и классификации трещин. Температурные трещины в подпорных стенах и стенах тоннелей не допускается ремонтировать при температурах наружного воздуха и бетона выше плюс 10 о С. Такие трещины следует ремонтировать при температуре бетона конструкций, равной о С Если на поверхности бетона наряду с неглубокими неактивными трещинами имеются сколы, раковины, участки шелушения, поверхностный слой подлежит удалению и замене Заделку трещин можно начинать только после исправления дефектов гидроизоляции и водоотвода, а также после удаления воды, скопившейся в полостях, порах и трещинах бетона (бетон должен быть сухим). В случае если бетон высушить не удается, трещины рекомендуется лечить с использованием материалов, обеспечивающих герметизацию и надежное сцепление с бетоном ремонтируемого конструктивного элемента в присутствии воды и обладающих высокой проникающей способностью (эластичные эпоксидные смолы ЭЛД 283 и ЭЛД 552). Указанные виды эластичных эпоксидных смол и других синтетических эластичных герметиков используют также при лечении активных трещин и для защиты бетона от намокания Способ ремонта выбирают в зависимости от влияния повреждений на несущую способность и долговечность сооруже- 10

12 ний с учетом величины раскрытия трещин. Повреждения по характеру влияния на конструкции следует разделить на группы Поверхностные повреждения в зависимости от их величины, места нахождения и типа конструкции ремонтируют с устройством или без устройства опалубки При значительной коррозии арматуры осуществляют установку новой арматуры или усиливают существующую Дополнительная арматура устанавливается при восстановлении или увеличении несущей способности конструктивных элементов Организации, ведущие обследование конструкций, разработку проектов ремонтных работ, составление технологических регламентов и осуществляющие ремонтные работы, должны иметь лицензии на право выполнения таких работ. 11

13 2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ, ДЕФЕКТОВ И ТРЕЩИН 2.1. В процессе возведения конструктивных элементов транспортных сооружений после укладки и выдерживания бетона этим элементам следует придать товарный вид, удовлетворяющий требованиям нормативных документов. Обеспечение этих требований в одних случаях состоит в исправлении только поверхностных дефектов и заполнении раствором отверстий от болтов, очистке, окраске и офактуровке поверхности, а в других случаях необходимо ликвидировать большие и глубокие дефектные места, требующие значительных затрат труда и материалов. В связи с этим необходимо иметь четкую классификацию дефектов и трещин. Характерные дефекты и причины их образования в строящихся объектах, например, при строительстве тоннелей установлены ещё в 2000 г. при разработке «Руководства по устранению дефектов и лечению трещин при возведении крупноразмерных железобетонных конструктивных элементов транспортных сооружений» и перечислены ниже Выступы на поверхности бетона образуются из-за неправильной установки опалубки, недостаточной её жесткости или низкого качества Наплывы из бетона или раствора образуются при недостаточной герметичности опалубки Недостаточная толщина или отсутствие защитного слоя наблюдается при неправильной установке или смещении опалубки, срыве защитного слоя, отсутствии прокладок- «сухарей» и т.п. (рис.1 и 2) Раковины на поверхности бетона образуются вследствие недостатка раствора, скопления воды и воздуха вблизи опалубки, недостаточного уплотнения бетона (рис.3 и 4). Большая щебенистость бетона возникает при расслоении бетонной смеси, неоправданно высокой жесткости бетонной смеси, вытекании цементного молока и т.п. 12

14 Рис. 1. Участок стены с оголенной арматурой Рис. 2. Срыв защитного слоя на поверхности стены 13

15 Рис. 3. Щебенистость на поверхности стены и полости, незаполненные бетоном Рис. 4. Непровибрированные участки стены 14

16 2.6. Полости в бетоне образуются из-за зависания бетонной смеси на арматуре и опалубке, а также в местах устройства технологических швов, при преждевременном схватывании ранее уложенного бетона и недостаточной подготовке основания при укладке вышележащих слоев бетона (рис.5) При недостаточном влажностном уходе за бетоном образуются усадочные трещины (рис.6) При строительстве в бетонных конструкциях возникают трещины различного происхождения: конструктивные, технологические и организационно-технологические. Основные виды трещин конструктивного и технологического происхождения, обнаруженных при строительстве Волоколамского, Гагаринского, Лефортовского, Серебряноборского тоннелей, а также тоннелей в районе Ленинградского проспекта, их классификация и причины их возникновения приведены в Приложении При выполнении работ по лечению трещин всегда нужно учитывать, что все сквозные технологические температурные трещины, возникшие в зоне защемления, а также трещины в наружных стенах, возникшие в рабочих швах, следует лечить в весенний или осенний периоды года, когда температура наружного воздуха составляет плюс о С, а температура бетона не превышает плюс о С Трещины конструктивного происхождения, вызванные завышением допустимых расстояний между температурнодеформационными швами, следует лечить в осенний или весенний периоды года Трещины, возникшие в процессе строительства и не меняющие величины своего раскрытия при приложении температурных и строительных нагрузок без дополнительных перегрузок, при использовании традиционных ремонтных материалов допускается лечить по мере их возникновения в соответствии с необходимостью и возможностями строительной организации при температуре бетона не ниже плюс 5 о С В эксплуатируемых конструкциях транспортных сооружений повреждения разделяют по характеру влияния на несущую способность на три группы. 15

17 Рис. 5. Зависание бетонной смеси в зоне «сухарей» Рис. 6. Усадочные трещины на поверхности стены автодорожного тоннеля 16

18 I группа повреждения, практически не снижающие прочность и долговечность конструкции (поверхностные раковины, пустоты; трещины, в том числе усадочные и учтенные расчетом, раскрытием не свыше 0,2 мм, а также те, у которых под воздействием временной нагрузки и температуры раскрытие увеличивается не более чем на 0,1 мм; сколы бетона без оголения арматуры и т.п.); II группа повреждения, снижающие долговечность конструкции (коррозионно-опасные трещины раскрытием более 0,2 мм и трещины раскрытием более 0,1 мм, в зоне рабочей арматуры предварительно напряженных пролетных строений, в том числе и вдоль пучков под постоянной нагрузкой; трещины раскрытием более 0,3 мм под временной нагрузкой; пустоты раковины и сколы с оголением арматуры; поверхностная и глубинная коррозия бетона и т.п.); III группа повреждения, снижающие несущую способность конструкции (трещины, не предусмотренные расчетом ни по прочности, ни по выносливости; наклонные трещины в стенках балок; горизонтальные трещины в сопряжениях плиты и пролетных строений; большие раковины и пустоты в бетоне сжатой зоны и т.п.) Повреждения I группы не требуют принятия срочных мер, их можно устранить нанесением покрытий при текущем содержании в профилактических целях. Основное назначение покрытий при повреждениях I группы остановить развитие имеющихся мелких трещин, предотвратить образование новых, улучшить защитные свойства бетона и предохранить конструкции от атмосферной и химической коррозии При повреждениях II группы ремонт обеспечивает повышение долговечности сооружения. Поэтому и применяемые материалы должны иметь достаточную долговечность. Обязательной заделке подлежат трещины в зоне расположения пучков преднапряженной арматуры, трещины вдоль арматуры При повреждениях III группы восстанавливают несущую способность конструкции по конкретному признаку. Применяемые материалы и технология должны обеспечивать прочностные характеристики и долговечность конструкции. 17

19 2.16. Для ликвидации повреждений III группы, как правило, должны разрабатываться индивидуальные проекты При эксплуатации мостов наблюдают повреждения различных конструктивных элементов: опор, ригелей, пролетных строений (рис.7), опорных частей и т.д При эксплуатации маломассивных опор и ригелей чаще всего встречается разрушение защитного слоя, оголение арматуры и коррозия арматуры (рис.8) При эксплуатации массивных опор наблюдают значительное количество различных повреждений. Например, при обследовании группой специалистов МИИТа опор недостроенного моста через Волгу в районе Кинешмы, где не осуществлялось текущее техническое содержание конструкций в течение 10 лет, обнаружено значительное количество различных дефектов: одиночные силовые трещины в контурных блоках; групповые силовые трещины в оголовках опор; температурно-усадочные трещины в оголовках опор, шкафных стенах, задних гранях устоев; усадочные трещины в ростверках, контурных блоках, крыльях устоев; сколы в контурных блоках и крыльях устоев; отслоение защитного слоя в контурных блоках; выщелачивание в ядре тела опор и оголовках, ригелях, опорных тумбах; раковины и каверны в контурных блоках, опорных тумбах; точечное свечение арматурных элементов в контурных блоках При обследовании массивных опор и пролетных строений рекомендуется составлять карты дефектов (рис.9) с использованием условных обозначений (рис.10) на этих картах При обследовании пролетных строений мостов и путепроводов наблюдается разрушение защитного слоя боковых поверхностей балок, наличие трещин на нижней и боковых поверхностях балок, значительное повреждение консолей При обследовании конструктивных элементов мостов значительные повреждения бетона обнаруживают в зоне расположения температурно-деформационных швов и в зонах, где нарушена гидроизоляция и иное покрытие. 18

20 Рис. 7. Разрушение бетона пролетного строения Рис. 8. Разрушение бетона маломассивной опоры с оголением и коррозией арматуры 19

21 ОПОРА 5-4 ОПОРА 5-6 Щ Щ 10 ряд 10 ряд Ск Ск Ск Ск Ск 9 ряд П Ск 9 ряд 8 ряд 8 ряд Ск Ск Щ НР Ск П П НР Ск Ск Ск 7 ряд 6 ряд 5 ряд П Ск И Ск П 4 ряд 3 ряд П НР Ск И 2 ряд 1 ряд НР П НР Ск НР Ск П НР Р П НР П НР Ск Ск НР ТС ТС НР Щ НР 7 ряд 6 ряд 5 ряд 4 ряд 3 ряд 2 ряд 1 ряд Рис. 9. Карта дефектов опоры 5 Щ Рж — пятна выщелачивания — потеки ржавчины НР — наплывы раствора в швах Ск, А- скол бетона с выходом арматуры Ск, И- скол от истирания бетона ТС — точечные свечения арматуры П — пустоты в швах ПС — полосовые свечения арматуры РБ — область раковистого бетона — раковина Ск — скол — сеть хаотических трещин Ск.Ш — скол в шве Тр — трещина А2 — оголение двух стержней арматуры Тр.Щ- трещина с выщелачиванием ОТС — отслоение защитного слоя бетона Рис.10. Условные обозначения дефектов на картах 20

22 2.23. При обследовании бетона покрытий автомобильных дорог и взлетно-посадочных полос чаще всего встречаются повреждения поверхностного слоя и в зоне различных видов швов. На автомобильных дорогах, кроме того, часто наблюдается ускоренное разрушение бордюрного камня На различных объектах могут наблюдаться и другие виды разрушений. Все они должны отражаться в дефектных ведомостях и картах и по каждому из них следует принимать конкретное решение по ремонту При содержании автомобильных мостов проводят классификацию ремонтных работ, увязанную с затратами на их выполнение. В частности, к содержанию моста предложено относить работы, стоимость которых не превышает 5% от стоимости строительства (балансовой стоимости), к мелкому ремонту до 25%, к среднему ремонту до 50%, к капитальному ремонту до 75%, к реконструкции свыше 75%. Опыт эксплуатации сооружений в течение последних 20 лет показал, что фактические стоимости работ укладываются в предложенные выше интервалы. 21

23 3. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕМОНТА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 3.1. При выполнении ремонтных работ всегда следует учитывать, что выбор необходимых материалов для производства работ должен базироваться на результатах поэтапного многофакторного анализа и, в сущности, является процессом поиска компромисса, основанного на использовании достоверной технической информации, требований и финансовых возможностей инвестора (заказчика) В ходе разработки технических решений по ремонту следует ориентироваться на современные материалы и технологии, обеспечивающие при условии правильного выбора продление срока службы конструкций от до лет. При выборе ремонтного материала подлежат учету: степень ответственности элементов конструкции, включая зависимость несущей способности сооружения от их целостности; глубины разрушений; условия эксплуатации (температурный режим, влажность и агрессивность среды, динамические воздействия); эстетические требования; положение и доступность конструкции; объем подлежащих выполнению работ. В любом случае нужно четко осознавать, что на выбор материалов может также повлиять вид проводимого ремонта: конструкционный или неконструкционный, при которых возможно выполнение таких работ, как устранение дефектов и лечение трещин, обнаруженных в ходе возведения объектов; косметический ремонт эксплуатируемых бетонных и железобетонных конструкций; текущий ремонт конструкций, не требующий восстановления их несущей способности; ремонт конструкций с восстановлением их несущей способности; 22

24 ремонт конструкций с увеличением их несущей способности по отношению к несущей способности, заложенной в первоначальном проекте сооружения. В России для проведения ремонтных работ часто используют материалы, выпускаемые совместными предприятиями, или ввозимыми из-за рубежа. В связи с этим при использовании этих и отечественных материалов рекомендуется учитывать требования Европейского стандарта EN 1504 к характеристикам ремонтных материалов на цементной основе, приведенные в табл Для обеспечения эффективного ремонта бетонных и железобетонных конструкций и выбора требуемых материалов необходимо разработать определенную концепцию, четко устанавливающую последовательность и условия выполнения работ, позволяющих обосновать правильный выбор материалов, необходимых для ремонта При разработке концепции ремонта необходимо иметь четкие требования заказчика на выполнение работ, где должна быть изложена информация об объекте, предполагаемом сроке службы, внешнем виде, особенностях использования объекта при выполнении работ, сроки выполнения работ и условия финансирования ремонтных работ При выборе материалов необходимо определить условия эксплуатации объекта с оценкой внешних факторов, включая погодные условия, химическую среду и временные нагрузки, что позволит определить требования к физико-механическим характеристикам материалов На выбор материалов могут повлиять погодные условия, доступ к месту нанесения материала, временные рамки выполнения работ и другие производственные условия Для выполнения ремонтных работ необходимо разработать и утвердить в установленном порядке проектно-сметную документацию. До начала разработки проекта следует провести обследование объекта или конструкций, которые необходимо ремонтировать. При этом обследование и установление причин и степени разрушения могут производиться, как это указывалось ранее, проектной или специализированной организацией, имеющей право на выполнение данного вида работ. 23

25 Таблица 1 Характеристики ремонтных материалов на цементной основе при конструкционном и неконструкционном ремонте по Европейскому стандарту EN 1504 Требования (Таблица 3 в части 3 EN 1504) Рабочие характеристики Метод испытания Конструкционный Неконструкционный Класс R4 Класс R3 Класс R2 Класс R1 Прочность на сжатие EN МПа 25 МПа 15 МПа 10 МПа Содержание ионов хлорида EN ,05% 0,05% Адгезионное сцепление EN МПа 1,5 МПа 0,8 МПа Ограниченное сжатие/расширение EN Адгезия 2 МПа 1,5 МПа 0,8 МПа Нет требований Стойкость к карбонизации EN dk контрольного бетона Нет требований Совместимость тепловых свойств EN Сила сцепления после 50 циклов замерзание/оттаивание 2 МПа 1,5 МПа 0,8 МПа Визуальный контроль Стойкость после удара грозового EN Сила сцепления после 30 циклов дождя 2 МПа 1,5 МПа 0,8 МПа Визуальный контроль Совместимость тепловых свойств EN Сила сцепления после 30 циклов циклы работы в сухом состоянии 2 МПа 1,5 МПа 0,8 МПа Визуальный контроль Модуль упругости EN ГПа 15 ГПа Нет требований Стойкость к скольжению EN Класс I:>40 ед. изм. при испытании в мокром состоянии Класс II:>40 ед. изм. при испытании в сухом состоянии Класс III:>55 ед. изм. при испытании в мокром состоянии Капиллярная абсорбция EN ,5 кг/м 2 ч 0,5 0,5 кг/м 2 ч 0,5 Нет требований Примечание: при использовании указанной табл.1 в России требования к замораживанию / оттаиванию ужесточаются в соответствии с требованиями для объектов, расположенных в конкретных регионах. 24

26 3.8. При выборе материалов для ремонта всегда следует учитывать, что ремонт, в сущности, предполагает создание композитной системы, основными элементами которой являются существующий субстрат (тело существующей конструкции), контактная поверхность и ремонтный материал. При этом следует помнить, что любой другой материал (даже бетон, имеющий точно такие же характеристики, как и бетон тела существующей конструкции), на самом деле будет отличаться от субстрата. В связи с этим для ремонта следует выбрать материал, отвечающий требованиям по нанесению и обеспечению характеристик по прочности и долговечности, но и обеспечивающий совместимость с субстратом, что является гарантом долговечности ремонта. Совместимость это соотношение между физическими, химическими и электрохимическими характеристиками и размерами составляющих ремонтной и существующей систем. Это соотношение является обязательным, если ремонтная система должна выдерживать все усилия и напряжения, вызываемые эксплуатационными нагрузками и при этом не терять своих свойств и не разрушаться в конкретных условиях окружающей среды и в течение заданного временного промежутка. Именно несовместимость материалов является главной причиной плохого ремонта. Совместимость подразумевает характер поведения материала как в затвердевшем, так и в твердеющем состоянии. Самое важное требование к материалу поведение его размерных характеристик относительно размерных характеристик субстрата При выборе ремонтных материалов следует учитывать, что эффективность ремонта определяется как отношение напряжений, которые выдерживает ремонтный материал к напряжениям, которые выдерживает элемент до разрушения и ремонта. В идеале ремонтный материал должен принимать на себя определенный уровень напряжений и распределять их так, как это было бы при полном функционировании ремонтируемого элемента Решение по выбору ремонтных материалов сле- 25

27 дует принимать только после того, как будут определены характеристики материалов, которые наилучшим образом соответствовали бы реализации проектного решения. В связи с этим рекомендуется определить указанные характеристики и присвоить им приоритеты После определения требований и критериев следует составить перечень соответствующих свойств. Свойства необходимо систематизировать и сформировать как основные, так и специальные. К основным свойствам относят те, наличие которых необходимо для проведения основательного и качественного ремонта. К специальным свойствам относятся те, с помощью которых корректируется эффективность материала, чтобы продлить срок его службы в пределах определенных нагрузок. Специальные свойства распределяют по рангу в порядке убывания значимости. Свойства, к которым не предъявляются требования, в такой список не включаются При выборе материалов для ремонта бетонных и железобетонных конструкций необходимо учитывать такое свойство, как прочность сцепления ремонтного материала с субстратом, которое является основным требованием качественного ремонта. Плохое сцепление между ремонтным материалом и правильно подготовленным бетонным субстратом часто происходит из-за разности температурных деформаций твердеющего ремонтного состава и основания и из-за его усадки при твердении. Часто сцепление уменьшается при плохой подготовке поверхности субстрата перед укладкой ремонтного состава Величина усадки при твердении гидравлических вяжущих на основе цемента оказывает большое влияние на сцепление ремонтного состава с основанием и его прочность. Из материалов, которые обладают другими необходимыми свойствами, при выборе ремонтных материалов предпочтение следует отдавать тем, которые характеризуются самой низкой усадкой при твердении При изменении температуры величина деформаций конструкции пропорциональна коэффициенту температурного линейного расширения материала. При выборе материала для ремонта следует учитывать, что введение 26

28 полимеров в растворы приводит к увеличению коэффициентов температурного линейного расширения ремонтного состава в 1, раз, что может привести к появлению значительного напряжения в контактной зоне и быть причиной растрескивания, коробления и шелушения ремонтного материала. Тепловая совместимость ремонтного состава и субстрата в связи с этим должна рассматриваться особенно внимательно При выборе ремонтных составов следует учитывать величину их модуля упругости. Он должен быть близким к модулю упругости субстрата При выборе ремонтных материалов следует учитывать ползучесть ремонтных материалов. В ряде случаев повышенная ползучесть материала может быть полезной. Пониженная ползучесть ремонтного состава по сравнению с материалом основания наоборот может привести к негативным последствиям При выборе материалов для ремонта следует учитывать проницаемость ремонтного материала. Низкая проницаемость ремонтного материала является положительным фактором с позиции уменьшения скорости проникновения хлоридов через защитный слой бетона и отрицательным фактором с позиций карбонизации, так как уменьшает водородный показатель рн и способна в зависимости от наличия свободной влаги привести к внутренней коррозии бетона При выборе ремонтных составов их марку по морозостойкости следует увязывать с маркой по морозостойкости субстрата При воздействии на бетон антиобледенительных солей, вызывающих шелушение бетона, необходимо в перечень требуемых свойств ремонтных составов включать их стойкость к шелушению При разработке проектов ремонтных работ следует учитывать агрессивность среды, в которой эксплуатируется конструкция. В связи с этим при выборе ремонтных материалов следует учитывать, например, такое свойство как сульфатостойкость. Агрессивное воздействие сульфатов проявляется через химическое разложение определенных вяжущих соединений 27

29 гидратированного цемента. Первым признаком агрессивного воздействия сульфатов является растрескивание. Характеристика сульфатостойкости должна быть отражена в спецификациях на ремонт сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии При выборе материалов для производства ремонтных работ следует учитывать вероятность протекания реакции между щелочами и заполнителем. Известны два вида реакций между щелочами, которые содержатся в портландцементе или в других источниках: это взаимодействие щелочей цемента с кремнеземом заполнителя в бетоне и взаимодействие щелочей цемента с карбонатом заполнителя в бетоне. Продукты этих реакций приводят к расширению бетонов и строительных растворов и к их растрескиванию. При использовании цемента для мостовых конструкций в нормативных документах наложено ограничение на величину щелочей в цементе. Использование цементов с завышенным содержанием щелочей (более 0,6%) при изготовлении и ремонте мостовых конструкций не допускается При ремонте покрытий дорог, аэродромов, полов, опор мостов в зоне ледохода необходимо иметь данные по сопротивлению ремонтных материалов истиранию При выборе ремонтных материалов следует иметь данные по прочности на растяжение. Для тех участков конструкций, где ремонтная система подвергается растягивающим нагрузкам, например, верхняя сторона консоли, в технических условиях следует отражать характеристику прочности материала при растяжении. При выборе ремонтных материалов следует учитывать, что их прочность на растяжение далеко не всегда коррелируются с прочностью на сжатие. В связи с этим прочность ремонтного материала на растяжение должна определяться экспериментально Прочность материала на растяжение при изгибе определяется как показатель стойкости материала к изгибанию. Если ремонтная система будет подвергаться изгибанию, то прочность на изгиб должна быть отражена в технических условиях, и использоваться при выборе ремонтного материала При выборе материалов для ремонта следует 28

30 внимательно относиться к прочности на сжатие, как базовому показателю материала. Показатель по прочности на сжатие такого материала должен соответствовать прочности субстрата. Различие по прочности на сжатие говорит о различии в модулях упругости. Различие таких показателей у ремонтного состава и субстрата может привести к несовместимым напряжениям и вызвать перераспределение нагрузок. При разработке проектов ремонта конструкций необходимо тщательно взвешивать относительную значимость этого свойства в сравнении с другими необходимыми характеристиками долговечности. Высокая прочность на сжатие может в ряде случаев негативно влиять на другие свойства, которые необходимы для обеспечения качественного ремонта При выборе материалов для ремонта бетонных и железобетонных конструкций особое внимание следует обратить на свойства технологичности. Свойства технологичности это свойства материалов, которыми они обладают в раннем возрасте. Некоторые из свойств технологичности облегчают укладку материла, но могут неблагоприятно отразиться на формировании других свойств материала При выборе материалов следует учитывать, что знание физических и химических свойств материала в пластическом состоянии определяет выбор метода укладки. Например, консистенция продуктов, которые можно наносить кельмой, значительно отличается от консистенции материалов, которые нагнетаются с помощью насосов При производстве работ следует учитывать, что неправильное выполнение операций по перемешиванию, укладке и уходу могут изменить свойства уложенного материала. Поэтому очень важно при выборе материалов знать, как полевые условия могут воздействовать на материал При выборе материалов следует учитывать, что свойства технологичности могут зависеть от требований, которые предъявляет заказчик к условиям производства работ. Такие требования могут предполагать ограничение рабочего пространства, отсутствие помех для эксплуатации объекта, отсутствие шума, запахов, пыли и т.д., а также производство работ только в ночное время. 29

31 3.30. При выборе материалов необходимо учитывать такое технологическое свойство как текучесть материала. Текучесть ремонтного материала очень важное свойство, обеспечивающее способность материала проникать в полости и заполнять их. При отдельных методах укладки ремонтного материала, например, при нагнетании насосом в опалубку, бетонирование с укладкой в опалубку или раздельное бетонирование, характеристики текучести оказывают значительное влияние на качество ремонтных работ. При выполнении этих работ достаточно соблюдать требование по осадке (расплыву) конуса ремонтного материала Для обеспечения высокого качества работ текучесть (удобоукладываемость) ремонтного материала должна назначаться с учетом требований по его водонепроницаемости, прочности и морозостойкости При выборе ремонтных материалов следует учитывать скорость набора прочности при твердении. Очень быстрый набор прочности твердеющим материалом может негативно сказаться на транспортировке и укладке материала в конструкцию. Очень медленный рост прочности может создать проблемы со сроками выполнения работ в «окно», при сжатых сроках сдачи объекта в эксплуатацию может нарушить последовательность технологического потока, а также привести в ряде случаев к негативным последствиям в обеспечении требуемого качества работ. При ремонте эксплуатируемых конструкций материал, как правило, должен допускать нагружение конструкций через сутки после укладки При выборе ремонтных материалов следует учитывать имеющееся рабочее время. Под рабочим временем понимают интервал времени, который имеется с момента завершения перемешивания материала до начала его схватывания. Продолжительность рабочего времени зависит от свойств материала, температуры. В технических условиях рабочее время необходимо отражать в минутах при определенной температуре твердения При выборе ремонтных материалов следует учитывать совместимость с последующей поверхностной обработкой; необходимо определить материалы, с которыми воз- 30

32 никает риск несовместимости, и установить возможность использования этих материалов вместе. Для этой цели необходимо провести пробные испытания образцов, обратиться к имеющемуся опыту или проконсультироваться с поставщиком материалов Данные о свойствах ремонтных материалов можно получить из следующих источников: руководств и рекомендаций по ремонту железобетонных конструкций; оценочных свидетельств; контрактов и контактов с поставщиками; результатов испытаний Данные изготовителя (поставщика) по показателям прочности на сжатие, прочности на изгиб, прочности на растяжение и прочности сцепления при сдвиге под углом часто представлены в информационных листках на материал от поставщика. Другие свойства материалов равной или большей значимости, такие как усадка, при твердении, модуль упругости, прочность сцепления с субстратом, ползучесть, проницаемость и водопаропроницаемость могут быть не указаны и, при необходимости, должны определяться организацией, ведущей ремонт При выборе материалов не следует руководствоваться общим описанием материалов, а так же такими характеристиками как совместимый, безусадочный, расширяющийся и т.д., если такие утверждения не подтверждаются данными, полученными на основании стандартизированных методов испытаний Особое внимание следует уделять использованию обычных тяжелых бетонов для ремонта бетонных и железобетонных конструкций, которое находится в рамках принципа «ремонтируй подобное подобным». Однако при этом можно допустить грубейшую ошибку, связанную с соблюдением требований по совместимости материалов. Недоучет формирования физико-механических свойств бетона ремонтируемой конструкции и ремонтного состава в разные сроки может привести к негативным последствиям, которые потребуют отказаться от применения для ремонта обычного бетона, отвечающего всем требованиям норматив- 31

33 ных документов или привести к выполнению дополнительных работ Все обычные цементные смеси в процессе твердения в той или иной степени подвергаются усадке. Если уменьшить количество воды затворения, чтобы уменьшить усадку, то смесь становится жесткой и трудной для укладки и уплотнения и, кроме того, она не сможет заполнить полностью ремонтируемую полость (рис.11,а). Усадка смеси наблюдается даже при пониженном содержании воды. Если увеличить количество воды затворения, чтобы улучшить текучесть смеси для полного заполнения ремонтируемой структуры, то значительно увеличивается усадка (рис.11,б). Более того, физикомеханические свойства такого бетона (прочность, водонепроницаемость, морозостойкость и долговечность) понизятся из-за высокой пористости бетона. Для обеспечения эффективного ремонта в таких случаях целесообразно применить реопластичные и водонепроницаемые сухие бетонные смеси, например, EMACO (рис.11,в). Рис. 11. Взаимодействие ремонтных составов с материалом конструкции: а) не обеспечен полный контакт; б) отрыв по контакту; в) бездефектное заполнение 32

34 3.40. Следует учитывать, что состав имеющихся на рынке материалов часто изменяется по множеству причин, в т.ч. из-за смены собственника, замены сырьевых материалов, экологических норм и внедрения новых технологий. В таких случаях часто изменяются свойства материалов. В связи с этим для подтверждения возможности использования этих материалов с проектными критериями рекомендуется проводить независимые испытания ремонтных материалов, особенно если приоритет отдается долговечности, надежности и при производстве больших объемов ремонтных работ. В других случаях применение материалов может допускаться после сертификации в головных институтах и составления технических условий, согласованных и утвержденных в установленном порядке В последние годы значительно расширен рынок ремонтных материалов на основе цемента, обладающих широким спектром разнообразных свойств. Известно, что несколько типов материалов может удовлетворять проектным критериям для обеспечения надежного ремонта. В таких условиях при выборе ремонтного материала следует рассматривать другие факторы: удобство для нанесения, стоимость, наличие квалифицированных рабочих и необходимого оборудования. Однако и в этих случаях следует руководствоваться принципом: ремонтировать «подобное подобным». И лишь в тех случаях, где это не приемлемо, следует применять другие материалы, позволяющие эффективно решить трудно разрешимые проблемы При выборе материалов для ремонта следует учитывать, что если толщина ремонтного слоя несущих конструкций не превышает 10 см, следует применять бетоны из специальных сухих смесей (в дальнейшем изложении специальные бетоны). Дело в том, что бетоны и растворы, приготавливаемые на месте смешиванием инертных, цемента и воды, как и на новом строительстве, не всегда обеспечивают получение требуемых для ремонта свойств: сочетания безусадочности и пластичности, повышенной прочности сцепления со «старым» бетоном, ускоренного набора прочности и т.д Бетоны из сухих смесей предпочтительны также 33

35 в случаях небольших объемов работ и недоступности места проведения ремонтных работ для поставки обычных бетонных смесей с помощью автобетоносмесителей и когда применение обычных бетонов не обеспечивает требуемого качества работ При толщине ремонтного слоя несущих конструкций свыше 10 см следует либо использовать специальные бетоны с добавлением щебня (до 40% по массе) либо бетоны, приготавливаемые на месте смешением инертных со специальным цементом, обеспечивающим безусадочность и быстрый набор прочности. Ремонт массивных конструкций с большими повреждениями допускается выполнять, используя бетоны на портландцементе, не являющемся безусадочным Если ремонту подлежат вертикальные, потолочные и наклонные поверхности проект ремонта может предусматривать применение тиксотропных или наливных бетонов из сухих смесей. Тиксотропные бетоны наносят набрызгом или вручную при минимальных (до 5%) потерях (набрызг не требует высоких давлений, используемых при торкретировании) При значительной, свыше 10% потере площади сечения арматуры вследствие коррозии, за оптимальные ремонтные составы следует принимать специальные фибробетоны, изготавливаемые из сухих смесей. Благодаря высокой прочности на растяжение такие бетоны компенсируют снижение несущей способности арматуры Трещины в конструкциях разделяют на активные и неактивные. Активные могут изменять раскрытие под воздействием нагрузки и изменений температуры. Неактивные не меняют раскрытия при внешних воздействиях. Активные (дышащие) трещины могут обращаться в неактивные за счет соответствующего усиления конструкции, восстанавливающего ее монолитность. Другой вариант ремонта активных трещин: наполнение их мастикой, не подверженной разрывам при изменениях раскрытия. Неактивные трещины герметизируют инъецированием в них состава, склеивающегося с бетоном, но не способным предотвратить изменения раскрытия при внешних воздействиях. Для герметизации волосяных 34

36 трещин используют защитные покрытия, создающие пленку на поверхности бетона Если на поверхности бетона наряду с неглубокими неактивными трещинами имеются сколы, раковины, участки шелушения, поверхностный слой подлежит удалению и замене При выборе материалов следует учитывать требования к ремонтным бетонам Специальные бетоны и фибробетоны для ремонта несущих конструкций должны выполняться из сухих смесей, произведенных по техническим условиям, согласованным с головными организациями по конкретным видам объектов Специальные бетоны, которые используются при ремонте мостов на эксплуатируемых железных дорогах, должны отвечать следующим требованиям. Прочность на сжатие: через 24 часа не ниже класса В 15; через 28 суток не ниже класса В 45. Прочность сцепления со «старым» бетоном через 28 суток не ниже 2,5 МПа. Прочность сцепления с гладкой арматурой через 28 суток не ниже 3 МПа. Усадка в пластичном и затвердевшем состоянии не допускается. Морозостойкость не ниже F 300. Водонепроницаемость не ниже W 10. Коэффициент сульфатостойкости не ниже 0,8. Удобоукладываемость для бетонов из смесей с крупностью наполнителя до 3 мм, определяемая по расплыву конуса, не меньше 170 мм. Удобоукладываемость для бетонов из смесей с крупностью наполнителя свыше 3 мм, определяемая по осадке конуса, не меньше 200 мм Требования к специальным бетонам для других объектов транспортного назначения и строящихся объектов должны быть назначены проектной организацией. Специальные бетоны должны быть самоуплотняющимися, не требующими применения вибраторов при укладке Специальные фибробетоны должны отвечать 35

Источник