Дослідження впливу технологічних чинників на якісні показники відремонтованих тріщини залізобетонних плитних конструкцій просочуванням

INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL FACTORS ON QUALITY INDICATORS OF CRACKS IN CONCRETE SLAB STRUCTURES RENOVATED WITH THE HELP OF IMPREGNATION

A significant part of buildings and structures is erected of concrete or reinforced concrete. However, under the influence of various factors, such structures are destroyed and require repair and restoration of operational properties. The most frequent damages to structures are cracks. According to DBN B V.3.1-2: 2016 and EN-1504, cracks with disclosure exceeding 0.4 mm are subject to repair. However, in the case of the construction exploitation under moist or wet conditions, cracks with the disclosure of 0.3 mm require repair. This is due to impregnation of moisture into small cracks and subsequent corrosion of reinforcement. Repair of cracks in concrete and reinforced concrete structures is carried out using adhesion and filling with solutions in way of injection or impregnation.

In the laboratory of State Enterprise "Research Institute of Building Production", a series of experimental studies were performed to determine the impact of technological factors, namely: temperature and humidity of structures with cracks on their bonding with a repair solution using "trays".

A series of nine studies examined combinations of three humidity states of a crack (dry, wet, wet) and three temperature conditions (20 °C, - 10 °C, - 20 °C). Before conducting experimental studies, artificial cracks were formed on samples and the value of applied destructive effort was fixed. 96 years after soaking the specimen with Composition Liquid "Consolid 1", a destructive effort was re-applied and its value was fixed.

Established that for specimens restored at 20 ° C, humidity of the cracks has almost no effect on the value of repeated destructive force. At the same time at an average, it equaled: for dry samples - 98% from the value of destructive effort applied before impregnation, for moist ones - 95% and for wet - 91% respectively. Reducing the temperature of samples to - 10 ° C affected the value of re-destructive effort. It equaled: for dry samples - 84% from the value of destructive effort applied before impregnation, for moist - 57%, for wet - 51%. Reducing sample temperatures to - 20 ° C significantly affected the rates of re-applied effort. For dry samples, the value of the destructive effort applied to the samples after impregnation was 85%, for moist - 58%, for wet - 38% from the values of the destructive effort of the samples before the impregnation.

Keywords: reinforced concrete structures; cracks; adhesion; impregnation; structures' humidity; structures' temperature.

Анотація

Значну частину будівель і споруд зведено з використанням бетону чи залізобетону. Проте, під дією різних чинників такі конструкції руйнуються та потребують ремонту і відновлення експлуатаційних властивостей. До найчастіших пошкоджень конструкцій належать тріщини. Згідно з ДБН Б В.3.1-2:2016 та EN - 1504, ремонту підлягають тріщини, ширина розкриття яких більше ніж 0,4 мм. Проте, в разі роботи конструкцій у вологих чи мокрих умовах ремонту потребують тріщини з шириною розкриття від 0,3 мм. Це зумовлено просоченням вологи у дрібні тріщини та подальшою корозією арматури. Ремонт тріщин у бетонних і залізобетонних конструкціях проводять за допомогою склеювання та заповнення розчинами способом ін'єктування чи просочення.

На базі лабораторії ДП «НДІБВ» було проведено ряд експериментальних досліджень зі встановлення впливу технологічних чинників температури та вологості конструкцій з тріщинами на їх склеювання ремонтним розчином за допомогою «лоточка».

Було виконано дев'ять серій досліджень, в яких розглядали комбінації трьох станів вологості тріщин (сухий, вологий, мокрий) та трьох температурних режимів (20 ^оС, мінус 10 ^оС, мінус 20 ^оС). Перед проведенням експериментальних досліджень на зразках утворювали штучні тріщини та фіксували значення руйнівного зусилля. Через 96 год після просочення зразків композиційною рідиною «Консолід 1» до них повторно прикладали руйнівне зусилля з фіксуванням його значення.

Встановлено, що для зразків, відновлення яких відбувалося за температури 20 ^оС вологість тріщин майже не впливає на значення повторного руйнівного зусилля. При цьому в середньому воно становило: для сухих зразків 98 %, для вологих - 95 %, для мокрих - 91 % від значень руйнівного зусилля зразків до просочення. Зниження температури зразків до мінус 10 ^оС вплинуло на значення повторного руйнівного зусилля. Воно становило: для сухих зразків 84 %, для вологих - 57 %, для мокрих - 51 % від значень руйнівного зусилля зразків до просочення. Зменшення температури зразків до мінус 20 ^оС істотно вплинуло на показники повторно прикладеного зусилля. Для сухих зразків значення руйнівного зусилля, прикладеного до зразків після просочення, становило 85 %, для вологих - 58 %, для мокрих - 38 % від значень руйнівного зусилля зразків до просочення.

Ключові слова: залізобетонні конструкції; тріщини; склеювання; просочення; вологість конструкції; температура конструкції.

Постановка проблеми. Значну частину будівель і споруд зведено з використанням бетону чи залізобетону, які зарекомендували себе як високоякісний будівельний матеріал. Проте, під дією різного роду чинників (фізичні, механічні, хімічні і т. ін.) такі конструкції руйнуються та потребують ремонту, а відтак і відновлення експлуатаційних властивостей. До найчастіших пошкоджень конструкцій належать тріщини.

Згідно з ДБН Б В.3.1-2:2016 «Ремонт і підсилення несучих і огороджувальних будівельних конструкцій та основ будівель і споруд» [2] та EN - 1504 «Product and system for the protection and repair of concrete structures - Definitions, requirements, quality, control and evaluation of conformity» [6], ремонту підлягають тріщини, ширина розкриття яких перевищує 0,4 мм. Проте, в разі функціонування конструкцій у вологих чи мокрих умовах ремонту потребують тріщини з шириною розкриття від 0,3 мм. Це зумовлено просоченням вологи у дрібні тріщини та подальшою корозією арматури. Ремонт тріщин у бетонних і залізобетонних конструкціях проводять за допомогою заповнення ремонтними розчинами з метою склеювання, зміцнення і захисту такої конструкції від впливу вологи та агресивного середовища.

Аналіз публікацій. Найрозповсюдженішим способом заповнення та склеювання тріщин у бетоні є їхнє ін'єктування [3], що полягає у просвердлюванні отворів уздовж тріщини, встановленні в отвори пакерів та поступовому ін'єктуванні (заповненні) тріщини ремонтним розчином. Застосування цього способу доцільне за невеликої кількості тріщин або для ремонту зі значною шириною їх розкриття, що пов'язано з високою трудомісткістю. Для вирішення завдання з ремонту конструкцій з великою кількістю дрібних тріщин авторами було розроблено та досліджено спосіб поверхневого просочування тріщин у бетонних і залізобетонних конструкціях за допомогою спеціально розробленого пристрою - «лоточка» [4, 5].

Відповідно до рекомендацій нормативних та проектних документів, ремонтні роботи необхідно виконувати в суху теплу погоду. Проте трапляються випадки, коли такі роботи доводиться виконувати на вологих чи мокрих конструкціях, а інколи - навіть у зимових умовах. Але дослідження та будь-яка інша інформація щодо технології ремонту тріщин на мокрих конструкціях чи в зимових умовах відсутня.

Мета статті. На основі експериментальних досліджень встановити вплив температури та вологості конструкцій на здатність до склеювання бетону композиційною рідиною «Консолід 1» за допомогою «лоточка».

Виклад матеріалу. У лабораторії ДП «НДІБВ» було проведено ряд експериментальних досліджень зі встановлення впливу технологічних чинників вологості та температури бетонних Для проведення експерименту було конструкцій з тріщинами на їх склеювання виготовлено зразки з бетону класу С 20/25 та ремонтним розчином. фізичними розмірами 250 х 100 х 65 мм. Армування залізобетонних виробів показано на рис. 1

Рисунок 1. Схема зразків та їх армування: а) армування зразка - поздовжній розріз;б) вид 1-1

Для утворення штучних тріщин на нижній ПСУ 5 прикладали зусилля до верхньої поверхні (розтягнутій) поверхні зразків за допомогою преса зразків, установлених на двох опорах (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Схема прикладання руйнівного зусилля до залізобетонного зразка

На зразках після прикладання руйнівного зусилля утворювалися тріщини з шириною розкриття від 0,15 до 0,75 мм Кількість тріщин на кожному зі зразків становила від 6 до 9 шт. Середня ширина розкриття тріщин на зразку становила 0,45 мм.

Значення руйнівних зусиль наведено у табл. 1.

Таблиця 1 Значення руйнівних зусиль, прикладених до зразків до просочення

У європейському нормативному документі EN 1504-5:2013 [1] визначено чотири можливі стани вологості тріщин: сухий, вологий, мокрий та з активним протіканням води. Оскільки ремонтний розчин «Консолід 1», відповідно до рекомендацій виробника, не призначено для усунення активних протікань, то в експериментальних дослідженнях було розглянуто три стани вологості тріщин, а саме: сухий, вологий, мокрий. Крім вологості, на міцність конструкцій, тріщини яких підлягають склеюванню, може впливати їх температура. Для виконання експерименту було узято три температурні режими: 20 ^оС, мінус 10 ^оС та мінус 20 ^оС.

Експериментальні дослідження заплановано виконати дев'ятьма серіями. Комбіновані серії досліджень з вологістю основи та температурою конструкцій представлено у табл. 2

Таблиця 2. Серія досліджень з вологістю основи та температурою конструкцій

Перед початком усіх серій досліджень виконано підготовку зразків, що полягала в очищенні поверхні бетону від пилу, бруду, цементного молочка. Для уникнення витікання ремонтного розчину через тріщини зразки обмащували з усіх сторін, окрім сторони, що підлягала просоченню акриловою шпаклівкою. Після чого зразки витримували дві доби за температури 20 ± 2 ^оС та відносної вологості повітря 60 ± 5 %.

Детальніший опис підготовки зразків кожної серії досліджень наведено далі.

1. Серія досліджень № 1 - сухі зразки з тріщинами.

2. Серія досліджень № 2 - вологі зразки з тріщинами. Сухі зразки занурювали повністю у воду. Через 30 хв їх виймали та через 10 хв просочували.

3. Серія досліджень № 3 - мокрі зразки з тріщинами. Сухі зразки занурювали повністю у воду. Через 30 хв їх виймали та відразу просочували.

4. Серія досліджень № 4 - сухі зразки з тріщинами, заморожені. Сухі зразки клали у морозильну камеру на 2 доби за температури мінус 10 ^оС.

5. Серія досліджень № 5 - вологі зразки з тріщинами, заморожені. Сухі зразки занурювали повністю у воду. Через 30 хв їх виймали з води та відстоювали 10 хв, після чого клали у морозильну камеру на 2 доби за температури мінус 10 ^оС.

6. Серія досліджень № 6 - мокрі зразки з тріщинами, заморожені. Сухі зразки занурювали повністю у воду. Через 30 хв їх виймали з води та відразу клали у морозильну камеру на 2 доби за температури мінус 10 ^оС.

7. Серія досліджень № 7 - сухі зразки з тріщинами, заморожені. Сухі зразки клали у морозильну камеру на 2 доби за температури мінус 20 ^оС.

8. Серія досліджень № 8 - вологі зразки з тріщинами, заморожені. Сухі зразки занурювали повністю у воду. Через 30 хв їх виймали з води та відстоювали 10 хв, потім клали у морозильну камеру на 2 доби за температури мінус 20 ^оС.

9. Серія досліджень № 9 - мокрі зразки з тріщинами, заморожені. Сухі зразки занурювали повністю у воду. Через 30 хв зразки виймали з води та відразу клали у морозильну камеру на 2 доби за температури мінус 20 ^оС.

Перед кожним просочуванням було виміряно вологість залізобетонних зразків за допомогою вологоміра «Digital Moisture Meter MS - 300» (табл. 3).

Таблиця 3. Середнє значення вологості зразків перед просоченням

Поверхневе просочення зразків виконували за допомогою спеціально сконструйованої та запатентованої системи «лоточок» [4, 5], яку прикріплювали до зразка за допомогою систем затяжок (рис. 3). За допомогою стисненого повітря в «лоточок» подавали заздалегідь приготовану композиційну рідину «Консолід 1» з постійним тиском 0,5-0,6 атм. протягом 5-10 хв.

Рисунок 3. Просочення залізобетонного зразка за допомогою «лоточка»

Відразу після поверхневого просочення всі зразки поміщали в умови, в яких вони перебували до просочення. Тобто зразки, що перебували у морозильній камері, після поверхневого просочення повертали назад у відповідний температурний режим та залишали їх на 4 доби.

Через 96 год після проведення просочення виконували повторне прикладання руйнівного зусилля. Під час візуального огляду зруйнованих конструкцій помічено, що тріщини з шириною розкриття до 0,5 мм склеїлися повністю. Причому в деяких місцях під час повторного прикладання зусилля на зразках з'явилися тріщини паралельні склеєним. Деякі тріщини з шириною розкриття понад 0,5 мм були не заповнені ремонтним розчином. Результати досліджень наведено у табл. 4.

Таблиця 4. Значення руйнівних зусиль, прикладених до залізобетонних зразків до та після їхнього просочення

Як видно з табл. 4, вологість зразків та їхня температура істотно впливають на значення повторно прикладеного руйнівного зусилля після їх поверхневого просочення.

За результатами отриманих даних побудовано залежності, які відображають зниження руйнівного зусилля зразків за різної вологості після склеювання тріщин та їх температури у разі зміни показників технологічних чинників (рис. 4-6).

Рисунок 4. Зниження руйнівного зусилля після склеювання зразків залежно від вологості тріщин та температури 20оС

Як видно з графіка (рис. 4), зі збільшенням вологості зразків з тріщинами за їх температури 20 ^оС, значення повторного руйнівного зусилля, прикладеного до зразків після їх заповнення композиційною рідиною Консолід-1, знижується майже до 9 %. Відношення середнього значення руйнівного зусилля до та після поверхневого просочення для сухих зразків становило 0,98, для зразків з вологими трішинами - 0,95, для зразків з мокрими тріщинами 0,91.

На графіку (рис. 5) показано, що вологість зразків з тріщинами за температури мінус 10 оС впливає на значення повторного руйнівного зусилля, прикладеного до зразків після поверхневого просочення їх композиційною рідиною Консолід-1 та знижує його значення майже на 49 %. При цьому, відношення середнього значення руйнівного зусилля до та після поверхневого просочення для сухих зразків становило 0,84, для зразків з вологими тріщинами - 0,57, для зразків з мокрими тріщинами - 0,52

Рисунок 5. Зниження руйнівного зусилля після склеювання зразків залежно від вологості тріщин за температури мінус 10 оС

Рисунок 6. Зниження руйнівного зусилля після склеювання зразків залежно від вологості тріщин за температури мінус 20 оС

Як видно з графіка (рис. 6), зміна вологості тріщин за температури зразків мінус 20 ^оС істотно впливає на значення повторно прикладеного руйнівного зусилля до зразків після поверхневого просочення їх композиційною рідиною «Консолід 1» та знижує його на 62,2 %. Середнє значення відношення руйнівного зусилля до та після просочення для сухих зразків становило 0,85, для зразків з вологими тріщинами - 0,58, для зразків з мокрими тріщинами - 0,38.

Крім цього, побудовано тривимірну залежність руйнівного зусилля зразків після їх поверхневого просочення від впливу одразу двох технологічних чинників - вологості зразків та їх температури (рис. 7).

Рисунок 7. Залежність середнього значення руйнівного зусилля після просочення зразків композиційною рідиною «Консолід 1» від температури зразків та вологості тріщин

тріщина ремонт залізобетонний просочення

Як видно з графіка (рис. 7), температура та вологість конструкцій з тріщинами суттєво впливає на середні значення руйнівних зусиль, прикладених до залізобетонних зразків, після їх просочення композиційною рідиною «Консолід 1». Встановлено, що для зразків із сухими тріщинами температура конструкцій суттєво не впливає на показники значень руйнівних зусиль, прикладених до зразків після заповнення тріщин, та становить 98 % для зразків, просочених за температури 20 ^оС, 84 % - для зразків, просочених за температури мінус 10 ^оС, та 85 % - для зразків, просочених за температури мінус 20 ^оС від руйнівних значень, прикладених до зразків до поверхневого просочення.

Збільшення вологості тріщин конструкцій суттєво впливає на значення руйнівних зусиль, прикладених до зразків після їхнього заповнення та склеювання.

Для зразків з вологими тріщинами значення руйнівних зусиль після їх заповнення становило: 95 % для зразків, просочених за температури 20 ^оС, 57 % - для зразків, просочених за температури мінус 10 ^оС, та 58 % - для зразків, просочених за температури мінус 20 ^оС від руйнівних значень, прикладених до зразків до поверхневого просочення.

Для зразків з мокрими тріщинами значення руйнівних зусиль після їх заповнення та склеювання становило: 91 % для зразків, просочених за температури 20 ^оС, 52 % - для зразків, просочених при температурі мінус 10 ^оС, та 38 % - для зразків, просочених при температурі мінус 20 ^оС від руйнівних значень, прикладених до зразків до поверхневого просочення.

Згідно з аналізом результатів проведених досліджень встановлено:

1. Міцність на згин конструкцій з вологими тріщинами, які заповнено та склеєно за плюсових температур, майже не знизилась. Значення руйнівного зусилля, прикладеного до зразків після заповнення та склеювання, зменшилося: для сухих тріщин в 1,02; для вологих - в 1,05; для мокрих - в 1,1 раза.

2. Зниження температури конструкцій до мінус 10 ^оС суттєвіше впливає на їх міцність на згин у разі зміни вологості конструкції під час поверхневого просочення. При цьому, значення руйнівного зусилля, прикладеного до зразків після заповнення та склеювання, зменшилося: для сухих тріщин в 1,19; для вологих - в 1,76; для мокрих - в 1,94 раза.

3. Зниження температури конструкцій до мінус 20 ^оС істотно впливає на значення руйнівного зусилля після заповнення та склеювання тріщин у разі зміни вологості конструкцій. Так його значення зменшилося: для сухих тріщин в 1,18; для вологих - в 1,71; для мокрих - в 2,64 раза.

Використана література

1. Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к инъекционно-уплотняющим составам и уплотнениям трещин, полостей и расщелин: ГОСТ 33762 - 2016 ^ 1504-5:2013, ЫБф), издание официальное. - Действителен с 01.01.2017. - М.: Стандартинформ, 2016. - 80 с.

2. Ремонт і підсилення несучих і огороджувальних будівельних конструкцій та основ будівель і споруд: ДСТУ Б В.3.1-2:2016 видання офіційне. - Чинний з 01.04.2017. - Київ ДП «УкрНДНЦ», 2017. - 72 с.

3. Маруха В. І. Ін'єкційні технології відновлення роботоздатності пошкоджених споруд тривалої експлуатації / В. І. Маруха, В. В. Панасюк, В. П. Силованюк. - Львів: вид-во «СПОЛОМ», 2009. - Том 12. - 260 с.

4. Молодід О. С. Експериментальні дослідження ремонту тріщин балочних залізобетонних конструкцій просочуванням / О. С. Молодід, Р. О. Плохута // Міжвід. наук.- техн. зб. (техн. науки) «Будівельне виробництво». - Київ, 2017. - вип. 63. - с. 11 - 19.

5. Спосіб ремонту та захисту горизонтальних залізобетонних конструкцій з великою кількістю тріщин ін'єктуванням за допомогою «лоточка»: пат. 114090 Україна: МПК Е04В 1/62 (2006.01) / Молодід О. С., Плохута Р. О., Колесніков В. О. (Україна); заявник і власник Молодід О. С. - заявл. 22.09.2016; опубл. 27.02.2017, Бюл. № 4. - 5 с.

6. EN 1504 «Product and system for the protection and repair of concrete structures - Definitions, requirements, quality, control and evaluation of conformity». - Was approved by CEN on 2 June 2005. - 214 pp.

Размещено на Allbest.ru