Повышение качетсва бетонных работ при ремонте и восстановлении конструкций гидротехнических сооружений на мелиоративных системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА БЕТОННЫХ РАБОТ ПРИ РЕМОНТЕ И ВОССТАНОВЛЕНИИ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМАХ

Д.С. Дубяго, А.Е. Новиков, Ю.А. Мажайский

Аннотация

Актуальность. В теплый период после завершения укладки бетона при ремонте гидромелиоративных сооружений на мелиоративных системах ряд неблагоприятных факторов ухудшает его физико-механические свойства, поэтому важно осуществлять работы по уходу за гидротехническим бетоном. Разработанные способы ухода можно разделить на две группы: приклеивание пленки только к прилегающей поверхности к уложенной бетонной смеси и приклеивание пленки к уложенному бетону, который уже начал затвердевать, и к прилегающей к нему поверхности. Данные способы позволяют обеспечить достижение бетоном физико-механических требуемых показателей в требуемые проектом сроки, которые закладываются при изготовлении смеси. Для обеспечения тщательного прилегания пленки к поверхности она закрепляется при помощи специального состава из полимерной композиции, которая состоит из технического натрия, карбометилцеллюлозы и латексной основы. Среди наиболее известных изделий такого типа выделяется «Универсальный клей «Бустилат-М». Улучшение качества ремонта конструкций гидротехнического назначения, изготовленных из бетона и железобетона, повышает срок эксплуатации этих сооружений. Объект. Объектом исследования выступают гидромелиоративные сооружения с наличием дефектов бетонных и железобетонных конструкций, которые требуют проведения соответствующего ремонта, бетон для их устранения. Материалы и методы. Применялись стандартные методы оценки дефектов гидротехнических сооружений. Оценку эффективности ухода за гидротехническим бетоном производили путем сравнения средних прочностных характеристик образцов, которые осуществляли набор прочности в условиях оптимального ухода без компенсации потерь воды в результате испарения (герметичные плотнооблегающие полиэтиленовые пакеты), с прочностью образцов, твердевших в воздушно-сухих условиях, и прочностью образцов, за которыми осуществлялся уход по одному из разработанных способов при контроле влагопотерь. Возраст образцов бетона, с которого начинался уход за ними, изменяли дискретно. До и после снятия опалубки изучаемые образцы бетона для ремонта гидротехнических сооружений твердели в специализированных лабораторных условиях при температурном режиме 20±3 °С и в полной изоляции от прямого попадания солнечных лучей. Контроль прочности осуществляли преимущественно в возрасте 28 суток. В опытах использовали песок мелкий и шлакопортландцемент, низкопластичную и жесткую бетонную смесь. Образцы изготавливали в форме с размерами 0,1х0,1х0,1 м. Результаты и выводы. По данным проведенной инвентаризации мелиоративных систем полностью исправны около 62 % всех крупных сооружений (шлюзы-регуляторы, трубы-регуляторы, трубы-переезды, мосты). Результатами лабораторных опытов установлено, что осуществление технических операций по уходу за бетонной смесью предложенными методами и по общим принципам закрепления полиэтиленовой пленки при помощи «Клея универсального «Бустилат-М» на водной основе с концентрацией от 24,9 до 37,4 % будет оптимальным. Установлено, что нанесение двух и более слоев клеящего состава на склеиваемую поверхность или на обе склеиваемые поверхности не влияет на сцепление или силу адгезии.

Ключевые слова: гидротехнические сооружения, бетон гидротехнический, ремонт ГТС, качество бетонных работ.

Введение

гидротехнический бетонный сооружение ремонтный

Состояние гидротехнических сооружений (ГТС) на мелиоративных системах Республики Беларусь предполагает в обозримом будущем выполнение существенных объемов ремонтно-восстановительных и эксплуатационных работ различного рода. Проведение ремонтов железобетонных и бетонных конструкций ГТС не является исключением.

От технического состояния ГТС зависит эффективность использования водных ресурсов, в том числе и на орошение [3]. Например, трещины в облицовке каналов будут способствовать увеличению фильтрации воды из них. Разрушение конструкций труб-регуляторов будет причиной невозможности регулирования уровня воды.

Цель исследований - выработать и обосновать практико-ориентированные рекомендации, направленные на эффективное и рациональное использование методов безвлажностного ухода за бетонной смесью при осуществлении ремонтно-восстановительных работ на гидротехнических сооружениях для повышения их долговечности и надежности эксплуатации.

Материалы и методы

Оценку дефектов ГТС осуществляли визуально и с применением контрольно-измерительных приборов. Лабораторные исследования проводили в лабораториях Учреждения образования «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия».

Для получения жесткой или низкопластичной бетонной смеси использовали шлакопортландцемент марки 400 и песок мелкий. Для изготовления образцов применяли специальные формы с габаритами каждой из трех ячеек 0,1х0,1х0,1 м. Для оценки эффективности осуществления ухода за образцами контролировали следующие ключевые показатели:

1) средняя прочность при сжатии по оси при достижении проектного возраста;

2) средний объем потери воды бетоном в период затвердевания.

До этапа снятия опалубки первичный и вторичный уход за бетоном осуществляли посредством герметичного укрытия специализированной пленкой на основе полиэтилена. В течение всего периода полученные образцы хранили в условиях температурного режима 20 - 3 °С, а также полного отсутствия попадания прямых солнечных лучей на образцы.

Требуемую концентрацию полимерного раствора получали путем добавления рекомендуемого объема воды в «Клей универсальный «Бустилат-М».

Результаты и обсуждение

В соответствии с данными Государственного объединения по мелиорации земель, водному и рыбному хозяйству «Белводхоз» (Республика Беларусь) на территории страны располагается порядка 87 834 узкоспециализированных гидротехнических сооружений. После проведения инвентаризации конструкций и определения их состояния было установлено, что 35 464 единицы или 40,4 % требуют профилактического ремонта. Еще 1809, или 2,1 %, ГТС требуется проведение текущего ремонта. Капитальный ремонт требуется 487 сооружениям, что составляет 0,6 %. В исправном состоянии находится 62,2 % сооружений. Анализ разработанной проектносметной документации на ремонтно-восстановительные и ремонтно-эксплуатационные работы ГТС указывает на то, что именно на осуществление ремонтных работ с использованием бетона, а также производные от них, приходятся наибольшие издержки [10]. К примеру, при осуществлении ремонта труб-переездов удельные затраты могут достигать порядка 70 %. Вместе с этим стоимость проведения ремонтных работ с использованием бетона зависит от типа конструктивного элемента (от 1,8 % для труб-переездов до 35,8 % для шлюзов-регуляторов).

Причины разрушения бетонных и железобетонных конструкций ГТС могут быть различны. Повышение долговечности ГТС - одна из основных задач при ремонте [15]. Бетонные работы при ремонте ГТС выполняют по типовым схемам [5]. Работы при ремонте ГТС выполняются на открытом воздухе при значительном удалении (могут быть на расстоянии 25 км и больше) от баз организаций во время теплого периода года. В этих условиях на бетон воздействует ряд природно-климатических факторов (низкая относительная влажность воздуха, высокая температура окружающей среды, ветер и солнечная радиация), которые сильно ухудшают все его физико-механические свойства: прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и другие. Процесс ухудшения показателей гидротехнического бетона (ГТБ) при обезвоживании до приобретения им определенной критической прочности относительно деструктивного воздействия потерь воды и влажностных деформаций, возникающих при испарении воды с его поверхности, является необратимым [1, 4, 8, 11, 12].

Если не обеспечить ухода за гидротехническим бетоном в необходимом объеме, то бетон не достигнет уровня заложенных при его приготовлении физико-механических свойств в проектные сроки, поэтому осуществлять требуемый уход за ГТБ при устранении дефектов его бетонных и железобетонных конструктивных элементов - важная составляющая повышения качества ремонтных работ ГТС на мелиоративных системах. Затраты на уход за ГТБ меньше затрат на ремонт ГТС. Обеспечение ухода за уложенной смесью заключается в обеспечении наиболее благоприятных температурных и влажностных показателей, которые обеспечат идеальность и равномерность процесса затвердевания, что скажется на повышении прочностных характеристик. Выполнение всех необходимых работ по уходу за бетоном позволяет избежать деформаций и усадок, сократить количество и размеры трещин на поверхности бетона [6, 7].

При имеющихся у ГТС плоских прилегающих поверхностей к ремонтируемому участку первичный и вторичный уход за ГТБ может быть выполнен с помощью укрытия его поверхности полиэтиленовой пленкой и прижиманием ее краев. При возникновении ситуации с неплотным прилеганием пленки по периметру бетонной смеси эффективность ее применения значительно снижается. Появление небольшой вентиляции для бетона становится причиной увеличения потерь воды в результате испарения. Последнее является не только основой возникновения влажностной деформации, но также влияет на снижение физических и механических свойств гидротехнического бетона [13, 14]. Повреждения железобетонных конструктивных элементов ГТС могут быть на различных пространностях относительно вертикали. Они преимущественно возникают локально. Поэтому применение общепринятых способов ухода за бетоном при его твердении неэффективно или дорого. Например, рекомендуемый при ремонте ГТС влажностный уход за ранее уложенным бетоном в течение двух недель [9] в условиях удаленности ГТС от базы не рационален.

В случае использования технологии по приклеиванию полиэтиленовой пленки к поверхности бетона при уходе за ним, а не простое прижимание последней по краям позволяет устранить вышесказанные недостатки, обеспечить высокий уровень ухода за укладываемой смесью. Рассматриваемая технология позволяет обеспечить достаточную плотность прилегания пленки к поверхности, высокий уровень герметичности. Применяемые способы приклеивания пленки условно делятся на 2 ключевые группы. Первая предполагает крепление материала только к прилегающей бетону поверхности. Вторая заключается в осуществлении процедуры не только к прилегающей к бетону поверхности, но и к ранее уложенной бетонной смеси (рисунок 1).

Рисунок 1 Способы ухода за гидротехническим бетоном

При достижении возраста бетона, при котором он становится невосприимчивым к влиянию влагопотери, пленку можно удалять с защищаемой поверхности. Для повышения водонепроницаемости бетонной конструкции пленку необязательно удалять с поверхности бетона, например, при уходе за внешней поверхностью конструкции ГТС, которая будет засыпаться грунтом. Это будет альтернативой нанесения пленкообразующих покрытий на поверхность бетона или приклеивания водонепроницаемых материалов [2].

В производственных условиях для осуществления поставленных задач по приклеиванию полиэтиленовой пленки при уходе за бетоном наилучшим решением является использование полимерной композиции «Клей универсальный «Бустилат-М»» и его растворов водой.

С целью определения ключевых характеристик особенностей полимеризации нанесенного полимерного раствора при твердении образов ГТБ, твердевших в воздушно-сухих условиях, на них наносился раствор с концентрацией от 12,5 % до 34,7 %. Для изготовления бетона использовалась жесткая и низкопластичная бетонная смесь. В процессе исследования использовались образцы возрастом от 1 до 6 суток, а количество слоев покрытия раствора варьировалось от 1 до 2. При проведении опытов осуществлялся контроль за влагопотерями. При достижении образцами проектного возраста выполнялось испытание на прочность при осевом сжатии. Было выявлено, что при полимеризации полимерного состава на основе «Клей универсальный «Бустилат-М»» на поверхности твердеющего бетона не образуется влагонепроницаемой полимерной пленки.

Первый способ, который предполагает приклеивание полиэтиленовой пленки к прилегающей поверхности к уложенному бетону (рисунок 1), может быть применен в качестве первичного или вторичного ухода за ГТБ. При осуществлении подобных работ пленка закрепляется таким образом, при котором свежеуложенный раствор не взаимодействует с полимерным раствором. При достижении ГТБ прочности, при которой у него из-за потерь воды в результате испарения не происходит ухудшения физикомеханических свойств, полиэтиленовая пленка удаляется с его поверхности.

Второй способ ухода, при котором выполняется приклеивание пленки всей ее поверхностью, обладает повышенной эффективностью при вторичном уходе за бетонной смесью. То есть представленный вариант подойдет для ухода за бетоном, за которым уже выполнялся первичных уход. Исключением является ситуация, при которой поверхность бетона покрывалась полимерными веществами, которые образуют влагонепроницаемые вещества. При реализации работ по уходу за ГТБ пленка приклеивается по всей поверхности, в том числе и к прилегающей к отремонтированному участку поверхности.

Оптимальные значения сил адгезии и сцепления пленки с поверхностью бетона, к которому она приклеивается, достигаются при использовании полимерной композиции концентрации 24,9-37,4 % и нанесении ее в один слой.

Выводы

На основании данных обследования состояния гидротехнических сооружений, расположенных на мелиоративных системах, установлена острая необходимость в проведении значительных объемов работ по ремонту их железобетонных конструкций. Применение раствора полимерной композиции концентрации 24,9-37,4 % с основой «Клей универсальный «Бустилат-М» при приклеивании полиэтиленовой пленки для проведения ухода за уложенным бетоном обеспечивает получение потенциально заложенного уровня прочности при приготовлении бетонной смеси в проектные сроки. Разработанные способы ухода за уложенным бетоном исключают возможность испарения влаги из внешних слоев уложенного бетона. При приклеивании полиэтиленовой пленки к поверхности бетона с применением полимерного раствора вышеуказанной концентрации достигаются оптимальные в данных условиях силы адгезии и сцепления.

Библиографический список

1. Александров Д. Ю. Перспективы применения комплексно-модифицированного песчаного асфальтобетона в дорожном строительстве // Наука и Техника. 2017. № 4. С. 315-324.

2. Гарбуз А. Ю. Ремонт повреждений облицовок длительно работающих каналов с использованием полимерных композиций // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2015. № 2 (58). С. 33-39.

3. Куликова Е. В., Нигреева В. А. Влияние гидротехнических сооружений на состояние водных ресурсов Белгородской области // Модели и технологии природообустройства. 2020. № 1. С. 18-23.

4. Леонович С. Н. Моделирование капиллярной усадки и трещинообразование бетона в раннем возрасте // Наука и техника. 2018. № 4. С. 265-277.

5. Причины разрушения и концепции ремонта бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений / В. М. Давиденко, Г. Ф. Паромова, Г. В. Охапкин, Д. А. Ивашинцев, П. И. Фотиев // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. 2017. Т. 286. С. 3-9.

6. Сайгашова Е. Е., Королькова Н. Н. Особенности бетонов для строительства гидротехнических сооружений // Вестник Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова. 2017. № 20. С. 41-43.

7. Соловьянчик А. Р., Гинзбург А. В., Пуляев И. С. Обеспечение повышенных требований к уходу за твердеющим бетоном при возведении конструкций транспортных сооружений // Вестник МГСУ. 2013. № 10. С. 156-165.

8. Структура и свойства мелкозернистых бетонов на основе композиционных вяжущих / А. И. Харченко, В. А. Алексеев, И. Я. Харченко, Д. А. Баженов // Вестник МГСУ. 2019. № 3. С. 33-39.

9. Судаков В. Б., Василевский А. Г. О ремонте бетонных и железобетонных конструкций в зоне переменного горизонта воды // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденова. 2015. Т. 262. С. 55-60.

10. Турапин С. С., Савушкин С. С., Каштанов В. В. Эксплуатация гидротехнических сооружений мелиоративного комплекса Минсельхоза России // Экология и строительство. 2018. С. 19-26.

11. Five year drying of high performance concretes: effect of temperature and cement-type on shrinkage / F. N. G. Brue, C. A. Davy, F. Skoczylas, N. Burlion, X. Bourbon // Cement And Concrete Research. 2017. V. 99. P. 70-85.

12. Koji I. A. Repair Example of Main Drainage Channel with Dry Masonry Concrete Block // Japanese Society ofIrrigation, Drainage and Reclamation Engineering. 2019. Vol. 87. No 12. P. 96-97.

13. Liu P., Chen Y., Yu Z., Xing F. Vertical water transport model in concrete based on the coupled effects of the capillarity, gravity and evaporation // Construction and Building Materials. 2020. V. 204. 10 p.

14. Meng L. Y. Moisture transport and shrinkage in concrete at early age // Applied Mechanics and Materials. 2012. P. 232-235.

15. Recommendations for improving the reliability of hydraulic structures in the on-farm network / B. Matyakubov, K. Isabaev, D. Yulchiyev, S. Azizov // Journal of Critical Reviews. 2020. V. 7. No 5. P. 376-379.

Размещено на Allbest.ru