Способы и средства устранения повреждений в заглубленных сооружениях

Наиболее эффективным способом уплотнения конструкций и устранения течей является инъекция (тампонао/с) в поры и трещины бетона тампонажной смеси, постепенно превращающейся в твердую газоводонепроницаемую массу. Инъекция может быть осуществлена цементацией — нагнетанием цементного раствора, силикатизацией — нагнетанием жидкого стекла и смолизацией — нагнетанием синтетических смол. Последние, называемые химическими тампонажными составами, получили наибольшее распространение.

Выбор вида тампонажа производят в зависимости от плотности бетона и ширины раскрытия трещин. Плотность бетона оценивают по удельному водопоглощению, отнесенному к 1 м глубины скважины в конструкции. Для этого бурят скважины глубиной примерно в % толщины и производят в них пробную закачку воды. При расходе воды до 0,1 л/м и трещинах до 0,1 мм назначают смолизацию, при больших показателях — цементацию с дополнительной смолизацией (силикатизацией).

Тампонажные растворы. Все большее применение при там- понажных работах находят синтетические смолы с отверди- телями, являющиеся химическими затвердевающими растворами. При нагнетании жидких маловязких составляющих раствора они в расчетное время отвердевают в теле пористого бетона, образуя прочные водоустойчивые гели, неагрессивные к бетону, стальной арматуре и обладающие высокой адгезией к поверхности бетона.
В качестве тампонажных растворов рекомендуются следующие:
водные растворы карбамидных смол с отвердителем — раствором щавелевой кислоты;
водные растворы карбамидных смол, модифицированные добавками синтетического латекса и отверждаемые раствором щавелевой кислоты;
водные растворы карбамидных смол, улучшенные эластичными заполнителями — резиновой и асбестовой крошкой и отверждаемые раствором щавелевой кислоты;
силикатные растворы плотностью 1,20—1,35 г/см3 с силикатным модулем не ниже 2,65, отверждаемые в результате взаимодействия с содержащимися в бетоне свободной известью, карбонатом и гидроалюминатом кальция;
кислый силиказоль, состоящий из раствора силиката натрия плотностью 1,19 г/см3 и раствора щавелевой кислоты плотностью 1,023—1,025 г/см3.

Важным преимуществом перечисленных растворов является их малая вязкость (близкая к вязкости воды), что позволяет нагнетать их во все пустоты, по которым фильтрует вода. Для полного отверждения растворов щавелевой кислотой уплотняемый бетон предварительно обрабатывается слабым раствором этой кислоты, нейтрализующим известь в нем. При этом отверждающая добавка кислоты в тампонажном растворе полностью используется для отверждения смолы.

Эпоксидные смолы не получили применения в качестве там- понажных растворов из-за большой их вязкости. Разжижение их путем подогрева усложняет производство работ, а введение в них растворителей (например, ацетона) приводит к усадке смолы вследствие испарения растворителя, что, в свою очередь, приводит к возобновлению течей.

Подготовка тампонажного раствора состоит в расчете соотношения компонентов — смолы и отвердителя, которое и определяет время гелеобразования, т. е. время, в течение которого раствор еще находится в жидком состоянии и способен проникать в бетон: чем больше отвердителя вводится ц смолу, тем быстрее протекает гелеобразование. Для расчета соотношения компонентов служат специальные график или таблица, приведенная в [13]. Нужно приготавливать только такое количество раствора, которое можно успеть использовать, ибо в противном случае гелеобразование начинается в системе нагнетания —в бачке и шлангах, что весьма нежелательно, так как шланги нельзя промыть и их приходится выбрасывать.

При получении новых партий смолы и отвердителя, а также при длительном их хранении надо проверять их активность и соответствие данным графика: в пробирках или чашечках определяют время начала гелеобразования нескольких проб и уточняют фактическое время начала гелеобразования раствора с принятым процентным соотношением смолы и отвердителя.

Карбамидная смола удобна тем, что вязкость ее всегда можно снизить путем разбавления водой, благодаря чему ее можно нагнетать в более мелкие поры и пустоты, закупоривать их.

Для более глубокого и полного уплотнения конструкций, кроме поддержания давления, целесообразно также вибрирование растворов. Опытами установлено, что высокочастотное вибрирование жидкости способствует более высокому поднятию ее в капиллярах. Эффект вибрирования сохраняется и после отключения вибратора; это позволяет производить вибрирование раствора перед его нагнетанием или в стороне от места работ. Наибольший эффект достигается при вибрировании тампонажного раствора непосредственно под прижимной камерой при высокочастотном вибраторе (100—20000 Гц, амплитуда колебаний 0,01—2 мм).

Обычно раствор нагнетают с перерывами, давая возможность ему глубже проникнуть в поры и пустоты без повышения давления. Рекомендуется также при постоянном давлении на раствор периодически подвергать его гидравлическим ударам, способствующим более глубокому проникновению раствора в толщу бетона.

Устройства для нагнетания растворов. В ВИКИ имени А. Ф. Можайского разработан и внедрен комплект устройств (авт. свид. № 264987, 275098,329282, 340755, 384973, 397583 402612, 588323, 608903, 850805, 870729, 857347, 870725) для нагнетания тампонажных растворов в ограждающие конструкции сооружений (рис. 13.3). Особенность этих устройств заключается в их комплектности, позволяющей вести тампонажные работы в разных местах, а также в применении приспособлений и ряда мер (вибрирования, вакуумирования, создания магнитных полей, использования магнитных жидкостей), ускоряющих процесс тампонажа, намного сокращающих расход раствора, повышающих надежность уплотнения, о чем подробнее будет сказано ниже.
 

img-263

Рис. 13.3. Устройства для нагнетания тампонажных растворов
а — с инъектором; б — с насадкой и телескопическим упором или вакуумной камерой; в — с прижимной камерой, винтами или сжатым воздухом; г —с прижимной камерой, удерживаемой вакуумными камерами, расположенными раздельно или в виде единого щита из камер

 

Различают два вида уплотнения конструкций тампонажными растворами: точечное уплотнение стыков и трещин, производимое через скважины или в отдельных точках на трещинах; площадное уплотнение кавернозных участков. В соответствии с этим и все устройства делятся на два класса: для точечного уплотнения — насадки и инъекторы\ для уплотнения по площади — прижимные камеры (подробнее см. [14]).

Отличие между классами указанных устройств, а также внутри каждого класса состоит прежде всего в рабочем органе, через который нагнетается раствор, в способе его закрепления на конструкции и восприятии реакции давления нагнетания.

Если нагнетание производится в отдельных точках через скважины, то применяют инъекторы с приспособлением на нагнетательной трубке, которым она удерживается в скважине. Чаще всего для этого служат резиновые кольца, чередующиеся с металлическими (в форме чечевичек) прокладками, насаженными на нагнетательную трубку, которые при обжатии заклиниваются в скважине. Резиновые кольца не должны касаться нагнетательной трубки и должны быть посажены на стальное кольцо (в форме чечевички), ибо в противном случае при обжатии они будут заклиниваться на трубке и инъектор не будет работать. Известны и иные типы инъекторов (см. перечень авт. свид. в конце книги).

Другим вариантом устройства для точечного нагнетания является насадка, удерживаемая телескопическим упором, передающим реактивное давление нагнетания на противоположную стену. .Насадки делают плоскими, угловыми, на двойной и тройной углы применительно к месту уплотнения. Телескопический упор выполняют из дюралевых трубок с талрепом или струбциной.

Основным рабочим органом устройств второго класса для нагнетания растворов в конструкции является прижимная камера размерами от 500x500 до 1000x1000 мм. При среднем давлении нагнетания раствора 0,4—0,5 МПа такие прижимные камеры необходимо удерживать с усилием 10—50- 10 кН, в связи с чем возникает проблема — как воспринять, на что передать столь большое усилие? Наиболее просто прибегнуть к телескопической трубке. На практике используются трубки длиной не более 4—4,5 м и при нагрузке примерно до 10 кН, ибо при больших длине и нагрузке они теряют продольную устойчивость. Не всегда в эксплуатируемых сооружениях можно использовать телескопический упор. Тогда на смену ему приходят вакуумные камеры [15 и 18]: рядом с камерой нагнетания раствора укрепляют на общей штанге две или четыре вакуумные камеры, соединенные шлангами с системой вакуумирования, с помощью которых и погашается реактивное давление нагнетания. Известны также иные способы удержания прижимных камер на конструкции — анкерами, заделанными в конструкцию, с использованием магнитов, описанных в работе [14].

Другая проблема, возникшая при применении прижимных камер,— их герметизация на уплотняемой конструкции. Уже при давлении 0,05—0,1 МПа тампонажный раствор легче пробивается из-под прижимной камеры через уплотнительную прокладку, чем проникает в толщу бетона, а для более глубокого и полного уплотнения конструкции требуется возможно более высокое давление нагнетания. Известен ряд мер по удержанию герметика по периметру прижимной камеры, в частности пружинящими гребенками [16]. Разработаны различные способы прижатия камеры с тампонажным раствором к конструкции, например металлическую камеру прижимают винтовыми домкратами, резиновую камеру — посредством камеры высокого давления и др.

Предложены (авт. свид. № 857347, 870725, 870729) ферромагнитные высокодисперсные добавки к тампонажным растворам, а также рекомендуется применение постоянных магнитов или электромагнитов на рабочих органах устройств для нагнетания растворов; это позволяет создать в поверхностной зоне уплотняемой конструкции магнитное силовое поле, попадая в которое, отверждающийся тампонажный раствор с добавкой высокодисперсных ферромагнетиков образует непроницаемую пробку; такая пробка тем надежнее, чем выше напряженность магнитного поля и чем больше ферромагнитной добавки содержится в растворе. Однако количество ее в растворе ограничивается условиями обеспечения его твердения. Оптимальное соотношение магнитной добавки по массе к цементному тампо- нажному раствору составляет 25—30 % при наличии в нем 40—50 % вибромолотого цемента и 25—30 % воды.

Важное преимущество такого способа уплотнения бетона состоит в том, что течь может быть устранена уплотнением не всей толщи конструкции, а образованием лишь своеобразной пробки из раствора в ее поверхностной зоне; это достигается быстро и при минимальном расходе раствора. Ограничением при этом может стать агрессивная грунтовая вода: ее нельзя допускать в конструкцию, поэтому последняя должна быть уплотнена по всей толще.

Устройство с постоянными магнитами для нагнетания тампонажных растворов на магнитной основе показано на рис. 13.4.

img-264

Разработан также способ заделки трещин в металлической гидроизоляции герметизирующим высокопластичным составом на магнитной основе, вводимым в магнитное силовое поле, перекрывающее дефектную зону. Суть данного способа заключается в следующем: вокруг трещины располагают постоянные электромагниты, а в трещину (например, шпателем) вводят герметизирующий высокопластичный состав, при этом воздействие магнитного поля сохраняется до отверждения уплотняющего состава (рис. 13.5). Затем магниты убирают, на восстановленный участок наносят защитное покрытие, предохраняющее металл от коррозии. Важное преимущество этого способа и в том, что он может быть применен на потолке и стенах.

Предложенный способ заделки трещин в металлической гидроизоляции проще и надежнее чеканки и наложения пласты- рей; расход уплотняющего материала минимален — только на «пробку», удерживаемую магнитным полем. Вязкость вводимого в трещину раствора подбирают исходя из ее размеров, а постоянные магниты — из условий удержания массы герметика в трещине, изложенных в литературе о постоянных магнитах.
Для уплотнения бетона за металлоизоляцией применяют тампонажный раствор без ферромагнитной добавки или нагнетают раствор с такой добавкой, но с «усилием пробоя» магнитного поля. После отверждения раствора магниты снимают и защищают восстановленный участок покрытием.

Кроме рабочего органа в любом устройстве для нагнетания растворов в конструкции имеется герметизированный бачок, источник сжатого воздуха, а при вакуумных камерах — еще и вакуумный насос и баллон. Характеристика этого общепромышленного оборудования приведена в альбоме [18]. Там же и на плакатах [15 и 17] представлены чертежи рабочих органов некоторых типов устройств для нагнетания растворов, по которым они могут быть изготовлены в ремонтных мастерских.

Магниты и магнитное силовое поле могут быть шире использованы при ведении тампонажных работ. Магнитами можно удерживать рабочие органы на уплотняемой конструкции; введение магнитных жидкостей в магнитное поле по контуру прижимных камер позволяет надежно их герметизировать на уплотняемой конструкции. Изменяя напряжение в сети питания электромагнитов, можно менять напряженность магнитного поля и тем самым изменять усилие прижатия рабочего органа в конструкции, повышать его герметичность на поверхности, что дает возможность унифицировать рабочие органы для различных растворов и разных давлений нагнетания.

Производство тампонажных работ. В соответствии с проектом они начинаются с подготовки рабочего места: бурения скважин, промывки их водой или с расчистки участка стены для прижимной камеры. На втором этапе устанавливается и герметизируется на уплотняемой конструкции рабочий орган — инъектор или прижимная камера, герметичность которых проверяется сжатым воздухом при расчетном давлении нагнетания; параллельно с этим идет приготовление раствора. На третьем этапе производится нагнетание раствора; он весьма длителен —до момента отказа, за который принимается полное прекращение расхода раствора в течение 5—10 мин или удвоенный (интенсивный) за это время расход раствора за пределы уплотняемой зоны. После установления момента отказа подачу раствора прекращают, краны на шлангах перекрывают, тем самым предотвращая выдавливание его водой; затем шланги и бачок отключают и сразу же промывают, чтобы не допустить гелеобразования раствора в системе нагнетания.

Качество уплотнения бетона в сооружениях обычно контро лируется визуально, но с этой целью могут устраиваться контрольные скважины, предусмотренные проектом.

Уплотнение считается завершенным, если устранена видимая фильтрация бетона там, где она наблюдалась раньше, а среднее водопоглощение в контрольных скважинах не превышает 0,005 л/мин -м2. При контрольном удельном водопоглоще- нии свыше 0,002 л/мин м2 уплотнение бетона продолжается с контрольной скважины. Результаты уплотнения фильтрующего бетона оформляются актом и фиксируются в журнале технического состояния сооружения. Тампонажные работы представляют повышенную опасность и ведутся по специальным нарядам. Такие работы выполняют специально обученные рабочие, получившие допуск к их производству.

Устройства для нагнетания растворов действуют при давлениях выше 0,7 ати, а потому они являются объектами Котлонадзора со всеми вытекающими из этого последствиями: устройства и шланги должны проверяться при удвоенном давлении нагнетания; бригада, работающая с ними, должна проходить подготовку на специальных тренажерах и получать допуск к ведению работ.