13 Июнь 2016

 

Е.А. УРЕЦКАЯ, канд. хим. наук, Е.М. ПЛОТНИКОВА, инж., Н.К. ЖУКОВА, инж., Т.Н. КУХТА, инж.,
НИЭП ГП «Институт БелНИИС» Минстройархитектуры Республики Беларусь (Минск)

 

Как правило, железобетон используется в сооружениях и конструкциях, предназначенных для достаточно длительных сроков эксплуатации. Долговечность железобетонных конструкций может быть гарантирована, если бетон, арматура и железобетонная конструкция в целом соответствуют условиям работы — воздействиям внешней среды.

 

Кроме того, технология изготовления железобетонных конструкций должна обеспечивать высокое качество бетона, сохранность арматуры и в конечном итоге долговечность конструкции. Однако со временем происходит неизбежный процесс разрушения конструкций.

 

Современное состояние воздуха в промышленных центрах усиливает другие факторы агрессивного воздействия окружающей среды на строительные конструкции. При этом не только ухудшаются их декоративные качества, но и создается опасность появления преждевременной коррозии конструктивных элементов.

 

В связи с этим вопрос ремонта и восстановления уже разрушенных железобетонных конструкций является весьма актуальным.

 

В настоящей работе показано, что для устранения разрушений (восстановления арматуры и бетона) нужны специальные материалы и технологии. Это должна быть группа материалов, хорошо согласующихся между собой по химической природе и физико-механическим характеристикам. Они представляют собой ремонтную систему и должны применяться только в предлагаемом специалистами комплекте.

 

Для качественного выполнения работ в состав ремонтной системы должны входить следующие материалы:

  • средство защиты арматуры от коррозии;
  • полимерминеральная грунтовка-праймер (адгезионный слой между старым бетоном и ремонтным составом);
  • ремонтная штукатурка;
  • шпатлевка или состав с низкой проницаемостью для воды и углекислого газа;
  • краска или защитно-отделочная штукатурка.

 

При подборе оптимальных составов авторы исходили из того, что к материалам ремонтной системы предъявляются следующие требования: высокая адгезия к старому бетону; минимальное водопоглощение; стойкость к воздействию атмосферных нагрузок; низкая усадка; высокая паропроницаемость. В конечном итоге ремонтная система должна работать в условиях эксплуатации как единое целое со старым бетоном.

 

Восстановление и защита металлической арматуры является одним из наиболее важных и ответственных этапов при проведении ремонтно-восстановительных работ. Арматура номинально считается защищенной слоем бетона, однако в силу его проницаемости может подвергаться воздействию окружающей среды. Кроме того, бетон, являющийся средой для арматуры, в некоторых случаях может не только не защищать, но и способствовать развитию ее коррозии [1, 2]. Известен ряд способов защиты арматуры от коррозии [3—6].

 

Проведенные ранее исследования показали, что обычные лакокрасочные покрытия не обеспечивают достаточного сопротивления сдвигу стержня относительно бетона [7]. Последнее может быть достигнуто только при высокой степени наполнения композиции. Однако при этом увеличивается проницаемость покрытия, то есть снижается его защитная функция.

 

Особый интерес при ремонтных работах вызывает минеральная защита металлической арматуры на основе цемента.

 

Защитные свойства таких покрытий связаны с уплотнением структуры новообразованиями при гидратации зерен клинкера, а также с пассивирующим действием на металл содержащихся в нем компонентов (подщелачивание влаги, проникающей через покрытие). При этом, как видно на рис. 1, снижение щелочности происходит очень медленно.

 

01_03_1
Рис. 1. Изменение рН водной вытяжки минеральных покрытий от времени

 

Основные характеристики разработанной полимерминеральной грунтовки-праймера, которая также может применяться в качестве промежуточного адгезионного слоя между старым бетоном и ремонтным раствором, приведены ниже.

 

Технические характеристики полимерминеральной грунтовки

Влажность сухой смеси, %, не более………………………………………1

Адгезия к основанию, МПа, не менее
бетонному…………………………….0,8
металлическому…………………….0,7

Водопоглощение при капиллярном подсосе, кг/м2, не более………………..2

Стойкость к статическому воздействию воды при температуре (20±2)оС, ч, не менее…………………………………….24

Усадка………………..отсутствие трещин в рабочей толщине

 

В работе уделялось внимание разработке и исследованию наиболее современного типа ремонтных систем на основе модифицированных сухих строительных смесей.

 

Благодаря модификации ремонтных растворов дисперсионными полимерными порошками достигается значительное уменьшение одного из основных эксплуатационных показателей — капиллярного водопоглощения, что приводит к увеличению морозостойкости, а следовательно, и к долговечности (рис. 2).

01_03_2
Рис. 2. Зависимость адгезии (1) и водопоглощения при капиллярном подсосе (2) ремонтных составов от содержания полимера

 

Введение полимерных дисперсионных порошков приводит не только к значительному увеличению прочности сцепления ремонтных штукатурных составов с различными основаниями, но и к увеличению прочности на растяжение при изгибе (рис. 2, 3, кривая 1).

 

Эффект усиливается с увеличением содержания полимера. При соотношении полимер : цемент более 0,2 прочность на растяжение при изгибе начинает снижаться из-за увеличения пористости состава. При этом введение дисперсионных порошков практически не оказывает влияния на прочность образцов при сжатии (рис. 3, кривая 2).

01_03_3
Рис. 3. Зависимость прочности на растяжение при изгибе (1) и прочности на сжатие (2) ремонтного состава от содержания полимера

 

Известно, что прочность ремонтных растворов при сжатии определяется в основном водоцементным отношением, количеством и распределением пор в цементном камне. Так как эти показатели не изменяются с введением полимера, то не следует ожидать эффекта упрочнения.

 

На качество ремонтных растворов существенное влияние оказывает гранулометрический состав песка (модуль крупности) и содержание в нем различных примесей (пылевидных, глинистых и др.). Известно, что глинистые и пылевидные примеси в песке повышают водопотребность смесей и резко снижают прочность сцепления с основанием, морозостойкость растворов. Поэтому авторы большое внимание уделяли выбору песка оптимального качества и гранулометрического состава.

 

Модуль крупности позволяет оценивать влияние наполнителя на прочностные свойства раствора лишь ориентировочно. Смеси с различным зерновым составом могут иметь одинаковый модуль крупности, но различные пустотность и удельную поверхность и по-разному влиять на свойства растворной смеси.

 

Степень влияния гранулометрического состава песка на прочностные характеристики ремонтных растворов зависит от соотношения цемент: песок. Наименьшая прочность наблюдается при использовании мелкого песка (Мк = 1,5) при соотношениях цемент: песок 1:4 и 1:3. Это связано с тем, что именно при указанных соотношениях повышается роль песка в образовании структуры раствора. Поэтому в данном случае на прочность раствора большое влияние оказывает гранулометрический состав песка, определяющий плотность и число контактов между зернами песка. С повышением расхода цемента число контактов между зернами песка уменьшается, и влияние песка на структуру и в конечном итоге на прочностные характеристики уменьшается.

 

Исследования показали, что оптимальной является такая ситовая характеристика песка, при которой обеспечивается плотная упаковка и доли различных фракций примерно равны. В этом случае достигается наиболее эффективное сочетание всех показателей ремонтных составов и минимизируется содержание полимерных дисперсионных порошков и других добавок.

 

Каждый материал и ремонтная система в целом успешно прошли комплекс эксплуатационных испытаний [8].

 

Совместно с ОНИЛ МБ БНТУ проводили определение защитных свойств ремонтной системы и коррозионного состояния стальной арматуры в ней методом ускоренных электрохимических испытаний.

 

В качестве арматуры использовали стальные стержни диаметром 10 мм из стали марки Ст3 по ГОСТ 5781. Длина стержней 165 мм. Торцы стержней изолированы токонепроводящим покрытием на длину 20 мм. Стальные стержни не имели следов коррозии и видимых дефектов.

 

Перед установкой в форму стальные стержни обезжиривались ацетоном и покрывались полимерми-неральной грунтовкой-праймером слоем 1 мм. Через сутки стальные стержни устанавливались в форму. Форма заполнялась ремонтным штукатурным составом «Полимикс-ШСремонтный».

 

Изготовленные образцы сутки выдерживались в форме, затем производилась распалубка. Образцы осматривались на наличие трещин, сколов, раковин, следов расслоений. На поверхность образцов серии 1 и 3 наносился шпатлевочный состав «Полимикс-Ш» толщиной 1 мм; серии 2 — гидроизоляционный состав «Полимикс — ГСэластичный» толщиной 1 мм и выдерживался 1 сут. После выдержки на поверхность образцов серий 1, 2 и 3 наносился окрасочный состав «Полимикс-ОС» толщиной 1 мм.

 

Каждой серии изготовлялось по девять образцов (партия 1, 2 и 3) для испытаний соответственно после насыщения, после 10 циклов насыщения — высушивания и после 20 циклов насыщения — высушивания (при необходимости).

 

Изготовленные образцы хранились 28 сут в воздушно-сухих условиях (20+2оС и влажность 65+5%).

 

Перед испытанием образцы партии 1 взвешивали и насыщали рабочей жидкостью: серия 1 — питьевой водой, серия 2, 3 — 5%-ным раствором NaCl.

 

Сущность метода состояла в определении защитных свойств ремонтной системы по отношению к стальной арматуре при наложении электрического потенциала на стальную арматуру и измерении соответствующей величины плотности тока с последующим построением поляризационной кривой и ее анализом.

 

Вначале измеряли величину установившегося потенциала стальной арматуры. Затем арматуру поляризовали от установившегося значения потенциала до потенциала +100 мВ в течение 60 мин. Величину силы тока регистрировали через каждые 50мВ, начиная от установившегося потенциала.

 

После окончания процесса поляризации при помощи моста переменного тока на частоте 500 Гц измеряли сопротивление между рабочим электродом и электродом сравнения.

 

Для каждого измеренного значения силы тока рассчитывали величину плотности тока. Определяли поправку Ди к величине потенциала.

 

Рассчитывали соответствующий реальный потенциал стальной арматуры (Е) вычитанием поправки (Au) от значений измеренного потенциала.

 

В системе координат «потенциал-плотность тока» строили поляризационную кривую и определяли критерий оценки — плотность тока при потенциале плюс 300 мВ, 10 мкА/см2.

 

Испытания образцов партии 1 (серий 1, 2 и 3) показали, что арматура находится в устойчиво пассивном состоянии (плотность тока при потенциале плюс 300 мВ, менее 10 мкА/см2).

 

Если арматура находится в устойчиво пассивном состоянии, проводят дополнительные циклические испытания образцов партии 2 путем попеременного насыщения в рабочей жидкости так, чтобы уровень был на 5 см выше уровня образца. Насыщение производили в течение 1 сут. Высушивание осуществляли в сушильном шкафу при температуре 40оС в течение 1 сут. Через 10 циклов образцы насыщали рабочей жидкостью в течение 10 суток и испытывали, как указано выше.

 

Испытания образцов партии 2 (серий 1, 2 и 3) показали, что стальная арматура находится в устойчивом пассивном состоянии (плотность тока при потенциале 300 мВ, менее 10 мкА/см2).

 

В результате испытаний установлено, что материалы ремонтной системы обладают защитным действием по отношению к стальной арматуре и обеспечивают защиту от воздействия агрессивной среды.

 

Ремонтная система успешно прошла апробацию на строительных объектах при коррозии арматуры, ремонте и выравнивании плит перекрытий, заделке трещин.

 

Список литературы

  1. Томашев Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.: Изд. АН СССР.1962. С. 592.
  2. Эванс Ю.Р. Коррозия и окисление металлов. М., 1962. 885 с.
  3. Алексеев С.Н., Заренин С.В., Подвальный А.М. Исследование полимерных защитных покрытий стальных связей трехслойных панелей. Способы повышения коррозионной стойкости бетона и железобетона. М.: НИИЖБ, 1986. С. 4-13.
  4. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К., Катаев И.Г. Нанесение термопластичных порошков на арматурные каркасы в электрическом поле с целью получения антикоррозионных покрытий. Коррозия, методы защиты и повышения долговечности бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1965. С. 19-27.
  5. Алексеев С.Н., Шапиро Р.Б. О возможности повышения долго -вечности покрытия на основе цемента для защиты арматуры в автоклавном ячеистом бетоне. Защита строительных конструкций от коррозии. М.: Стройиздат. 1966. С. 115-122.
  6. Ткачев Б.В., Хрулев В.М. Стойкость эпоксидных порошковых покрытий арматуры при автоклавной обработке бетона. Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. 1986. № 7.
  7. Алексеев С.Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне. М., 1968. 230 с.
  8. Типовая технологическая карта на производство ремонтновосстановительных работ строительных конструкций составами «Полимикс» ТК-13/05-2000, М., 2000. 38 с.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»