Бетоны. Бетоноведение

Ремонт и гидроизоляция железобетонных изделий

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В некоторых сооружениях незначительные протечки в крышах рассматривают только с точки зрения возможности коррозии арматуры. Однако в резервуарах для питьевой воды любая течь является потенциальным источником загрязнения. По-видимому, основными местами проникания воды являются швы и трещины в бетоне. Пористость бетона может способствовать этому,   но   сама   редко   вызывает   протечки.

В настоящее время принято устраивать водонепроницаемую изоляцию по всей поверхности плиты покрытия, но примерно 30 лет тому назад дело обстояло не так. Отсутствие гидроизоляции часто сопровождается недостаточным уклоном плиты покрытия. Это приводит к «затоплению» поверхности, что, в свою очередь, может явиться причиной постепенного насыщения бетона влагой. Со временем среда вокруг стали может утратить свои щелочные свойства до такой степени, что происходит коррозия.

Там, где нет течи, но есть ржавые пятна на внутренней поверхности плиты покрытия, трудно определить, является ли коррозия следствием пористости защитного слоя бетона (внутренней стороны плиты) или проникания воды сверху.

Прежде всего нужно снять с плиты слой грунта (если он есть) и тщательно очистить поверхность бетона, обращая особое внимание на швы и трещины. При ремонте швов и заделке трещин следует выбрать метод проведения ремонта (жесткий или эластичный материал). В плитах, не защищенных слоем грунта, температура может быть в пределах 40—50°С, тогда как в плитах, защищенных слоем грунта толщиной 300— 400 мм, она не превышает 15°С. В большом диапазоне температур швы и трещины могут раскрываться и закрываться в зависимости от времени года. Поэтому здесь следует использовать эластичные герметики. При значительно меньших диапазонах температур многие из швов и трещин можно с успехом ремонтировать жестким материалом, так чтобы «заклинить»   шов   или   трещину.

Многие из старых сооружений ие имеют специально устроенных швов, обеспечивающих восприятие растягивающих усилий в плите покрытия. Это часто приводит к раскрытию некоторых рабочих швов и образованию новых, которые, по существу, являются местами снятия напряжений. Иногда по этой же причине образуются трещины.

В случае инфильтрации воды через шов целесообразно удалять весь старый герметик и заменять его новым. Если в шве есть какой-либо инертный залолнитель, его также следует заменить. В качестве герметика можно использовать любой из материалов, описанных в главе I, с учетом их характеристик. Если применяют готовый неоп-рен, ширина прокладки должна превышать ширину паза, в который она вставляется. Это превышение размера прокладки должно определяться очень точно с целью обеспечения водонепроницаемости шва. Неопреновую накладку с поперечным сечением в форме швеллера,  стали использовать в Великобритании недавно, но она имеет перепективы для широкого применения.

В сооружениях, построенных в 20-е и 30-е годы, плиты покрытий иногда армировали прокатным металлом (ХРМ) вместо арматуры из круглых стержней, применяемой в настоящее время. Автор располагает данными, свидетельствующим.и о том, что прокатный металл может сильно корродировать даже если в бетоне нет трещин и расслоения. На поверхности плиты видны пятна ржавчины, а иногда и четкие контуры деталей армирования. В таких случаях следует удалить бетон и обследовать металл с целью определения его пригодности для восприятия растягивающих усилии. В случае интенсивной коррозии на нижней поверхности плиты рекомендуется устраивать новую арматуру, которая заанкеривается в балках и покрывается цементным раствором с помощью цемент-пушки. Так как на практике трудно определить, откуда проникала вода — сверху или снизу, целесообразно устраивать гидроизоляционный слой на верхней и на  нижней поверхности плиты.

Если предполагаемая инфильтрация происходит на большой площади поверхности, то самым приемлемым решением будет устройство новой полностью сцепленной с основанием водонепроницаемой изоляции из полиуретана, рулонного полиизобу-тилена или бнтутена (Bitu-Thene) номер 1000, укладываемых по месту. Вариантом решения является использование несвязанного с основанием рулонного ПВХ. Последний метод имеет преимущество, заключающееся в том, что рулонный материал, не будучи сцепленным с основанием, не подвергается деформациям. Кроме того, материал можно укладывать почти в любую погоду.

Однако если несцепленная изоляция имеет механические повреждения и вода проникает через отверстия и разрывы, она медленно стекает по плите покрытия до тех пор, пока не попадает на слабое место, и через него начинает проникать з плиту. В покрытиях, полностью сцепленных с основанием, этого не происходит до тех пор, пока не разрушится адгезив.

Крыши резервуаров, как правило, весьма подвержены атмосферному воздействию, поэтому пеприклеенную изоляцию необходимо прижимать к основанию, так как в период сильных ветров и непогоды возникает отсос. Для этого на изоляцию аккуратно укладывают слой гладкой (без острых гранен) гальки толщиной около 50 мм.

Слой покрытия крепится по периметру крыши, а также к парапетам, трубам и другим элементам, проходящим через плиту покрытия. Полосы материала укладываются внахлестку, свариваются растворителем (холодная сварка) и затем герметизируются специальным составом. Слой покрытия из ПВХ — очень прочный и долговечный, но он не должен соприкасаться с битумом, креозотом, дегтем или гудроном и другими подобными веществами. Подробная информация о применении покрытий, наносимых по месту, или готовых рулонных материалов, которые приклеиваются к основанию при внутренней облицовке резервуаров и аналогичных сооружений, уже рассматривалась в этой главе.

Для удерживания на месте и защиты не связанной с основанием изоляции можно успешно   использовать и другие материалы, например бетонную смесь без мелкого заполнителя толщиной 75 мм н сборные бетонные плиты толщиной 50 мм. Эти два вида материала можно также применять для устройства защитного слоя изоляционных покрытий, наносимых по месту, и рулонных материалов, сцепленных с основанием, которые должны выдерживать пешеходное движение и передвижение легких транспортных средств. Однако бывают случаи, когда крыша «течет», несмотря на наличие изоляции. Определить места повреждений в изоляционном слое чрезвычайно трудно или почти невозможно, потому что места течи на нижней поверхности плиты покрытия, заметные на глаз, вряд ли будут совпадать с местами повреждения в изоляционном слое. Выбор наиболее целесообразного метода ремонта зависит в основном от степени течи. Если она значительна, то, по-видимому, самым- рациональным решением будет удаление всей существующей изоляции и замена ее новой. Одновременно следует провести ремонт повреждений в самой бетонной плите. Если течь относительно небольшая, ее можно заделать с нижней стороны плиты одним из рассмотренных выше способов.

В данном разделе туннели и подземные трубопроводы будут рассматриваться как одни тип сооружений согласно определению понятия «туннель» в Оксфордском словаре: «Туннель — это искусственный подземный проход». Проблемы, возникающие при ремонте и гидроизоляции трубопроводов большого диаметра и туннелей, аналогичны.

Материалы и оборудование, необходимые для гидроизоляции туннелей и трубопроводов, значительно отличаются от материалов и оборудования, используемых для гидроизоляции таких сооружений, как резервуары и отстойники для сточных вод.

Гидроизоляцию туннелей и трубопроводов приходится неизбежно устраивать с внутренней поверхности. Чтобы исключить инфильтрацию в сооружениях для хранения воаы, ремонтно-восстановительные работы часто можно проводить также с внутренней стороны (информация по этому вопросу приведена   в   начале   главы).

Туннели и трубопроводы большого диаметра прокладывают, как правило, в водоносном грунте, и приток воды, особенно в туннели, может быть весьма значительным. Большинство инженеров учитывают это и считают допустимой определенную степень инфильтрации. Опубликовано много работ, посвященных туннелям, магистральным коллекторам для сточных вод н их проходке, но в них редко рассматривается вопрос гидроизоляции и не приводятся данные о допускаемой проектировщиками степени инфильтрации. Исключение составляет работа Хэзуэлла, связанная с исследованиями туннеля для пропуска кабеля через р. Темза. По мнению автора, для магистральных коллекторов инфильтрация представляет собой более серьезную   проблему,   чем   утечка   наружу.

Специальных норм, посвященных туннелям, не существует, однако в нормах СР 2005 «Канализация» содержится упоминание об инфильтрации, которое сводится к следующему: «Скорость инфильтрации зависит от такого большого числа факторов, что не представляется возможным дать указания о ее допустимых объемах, и решение этого вопроса относится к   компетенции   инженера».

Принимая во внимание важность влияния инфильтрации на функционирование системы канализации, удивительно, что комитет по нормированию не мог дать более точных рекомендаций   (в том числе по сооружению магистральных   коллекто-

разработку проектов.

Что касается туннелей, степень инфильтрации зависит от многих факторов, в том числе от давления грунтовых вод, типа обделки (одинарная или двойная), материалов и способов зачеканки швов между сегментами, методов заделки течи в других местах. Хэзуэлл в своей работе приводит допустимые величины инфильтрации: 5,5 и 32 л/м2 в сутки для различных участков   туннеля.

В дополнение к обделке туннеля в процессе производства работ принято нагнетать цементный раствор за обделку. Швы между чугунными сегментами принято зачеканивать свинцом, а между сборными бетонными сегментами — смесями на основе   асбестоцемента.

Ни один из этих методов не дает полной гарантии, так что часть швов требует дополнительной гидроизоляции. Кроме того в зонах между швами всегда наблюдается течь. Для заделки этих мест инфильтрации следует использовать составы со сверхбыстрым схватыванием. В продаже имеется много патентованных материалов. Ранее применявшиеся составы обычно имели в своей основе портландцемент и затворяющую жидкость, которая обеспечивала почти мгновенное схватывание. Портландцемент и глиноземистый цемент примерно в одинаковых пропорциях обладают свойством мгновенно схватываться. За последние годы для этого вида гидроизоляции .стали применять органические полимеры, например эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные, полиакриловые и бутадиен-стирольные смолы. Иногда их применяют в дополнение к традиционным материалам. Специалисты в области полимеров могут придавать составам особые свойства в зависимости   от   условий   на   месте   работ.

Подземные трубопроводы  магистральных коллекторов, как правило, изготовляют из железобетона. Б Великобритании для труб диаметром до 1,2 м применяют также и асбестоцемент. В Европе и США используют асбестоцемептные трубы диаметром до 2 м. В обоих типах труб предусмотрены податливые стыки, образуемые с помощью резиновых колец. При правильной установке эти кольца обеспечивают водонепроницаемый стык, ио если кольца смешаются во время укладки труб или между ними и трубой попадает каменная мелочь и песок, возможны протечки. Как правило, инфильтрация происходит именно в швах трубопровода или в местах соединения труб   н   смотровых   колодцев.

Внутрь труб большого диаметра (900 мм и более) можно проникнуть. Это позволяет осмотреть швы и отремонтировать их. При значительной инфильтрации ремонт может оказаться трудным и потребовать много времени, так как невозможно снять соединительные кольца и исправить их положение. Поэтому герметизация стыка осуществляется путем зачеканки изоляционного материала в узкое пространство между участком одной трубы, заходящей в раструб другой трубы. Иногда вследствие значительных деформаций грунта или неправильной укладки труб это пространство может быть весьма узким на одной половине стыка и довольно широким на другой. В этом случае следует сколоть бетон, чтобы обеспечить место для герметика. В одном трубопроводе, где нужно было загерметизировать около тысячи таких стыков, заданные размеры пеза под герметик были шириной 30 мм и глубинок 40 мм. Последовательность   работ   была   такова:

а)         все стыки расчистили до необходимых размеров;

б)         с помощью  сверхбыстротвердеюшего  материа.

стью   исключили   приток   воды   внутрь   труб;

в)         обработали   поверхность   стыков   для   обеспечении

снмального   сцепления   с   выбранным   типом   герметика;

г)         герметик (специально подобранная эластичная смесь на

основе полиуретана) вводили в шов и заглаживали его запод

лицо   с   внутренней   поверхностью   трубы.

В трубопроводах диаметром менее 900 мм места инфильтрации н другие дефекты можно обнаружить лишь с помощью телевизионной системы, работающей по замкнутому каналу. Однако с помощью фотографий невозможно оценить степень повреждения трубопровода химической агрессией, т. е. определить толщину и прочность оставшейся части бетона.

Для облицовки внутренней поверхности трубопроводов небольшого диаметра и герметизации стыков существует специальное   оборудование.

В  больших городах имеются сотни километров кирпичных канализационных коллекторов, многим из которых 100 и более лет. Несмотря на исключительно высокое качество этих коллекторов, значительно возросшие нагрузки и интенсивность проходящего по поверхности транспорта приводят иногда к серьезным повреждениям сооружений. А это означает, что коллектор нужно либо сооружать вновь, либо устраивать внутри его несущую обделку. Для такого рода обделки весьма целесообразно использовать армированный торкрет-бетон.

Однако во многих случаях сам коллектор не имеет по

вреждений, но растворные швы разрушились и пропускают

большое количество воды. Если своевременно не провести ре

монт, кирпичная кладка станет разрушаться, вызывая разру

шение всего коллектора. Повреждения такого рода можно

успешно устранять путем герметизации течи через швы с

последующей их заделкой цементным раствором, содержащим

бутадиен-стирольный латекс. В случае насыщения грунтовой

водой "самой кирпичной кладки, ее следует покрыть двумя-тре-

мя слоями специально подобранной эпоксидной смолы, кото

рая значительно улучшает водонепроницаемость коллектора.

Ниже приведено краткое описание работ по гидроизоляции

двух   туннелей.

Туннель для р. Мереей. Обделка туннеля состояла из сборных бетонных сегментов, собранных на болтах и внутренней оболочки из листовой стали. Полагали, что сварная оболочка из листовой стали преградит доступ внутрь туннеля воды, проходящей через несущую бетонную облицовку. Однако, несмотря на исключительно качественно выполненную сварку и тщательный контроль, многие из сварных швов пропускали воду. Их заделывали специально подобранной эпоксидной замазкой, а на всю поверхность набрызгивали слой горячей эпоксидной смолы.

Магистральный коллектор для сточных вод. Основная часть который заполнил стыки эластичным полиуретаном собственного- изготовления, состав которого был подобран специальна для сцепления с влажным бетоном и отверждения при наличии воды. В результате проведенного ремонта приток воды уменьшился примерно на 95%.

 Из опубликованных работ, посвященных вопросу ремонта повреждений от кавитации, следует, что если не устранить основную причину повреждений (а это очень трудно), то ни один из существующих методов ремонта не может гарантировать длительного срока службы. Автор считает целесообразным дать   некоторые   полезные   советы.

1.         Следует удалить весь дефектный и поврежденный бетон. Необходимо обеспечить очень прочное сцепление между новым бетоном или раствором и неповрежденным высокопрочным основанием, для чего, возможно, потребуется удаление значительного количества бетона. Новый бетой или раствор должен   быть   очень   прочным.

2.         Минимальный расход цемента в бетоне для ремонтно-восстановительных работ — 400 кг/м3, если толщина слоя но'-вого бетона не превышает примерно 750 мм. При большей толщине слоя расход цемента в бетоне можно уменьшить до 360 кг/м3. Максимальное водоцементное отношение для таких бетонов — 0,45, а для заполнителя следует использовать качественный щебень или кремневый гравий и хорошо отсортированный чистый песок. Существенно важными факторами являются хорошее уплотнение смеси и последующий правильный режим выдерживания бетона. Следует принять особые меры, чтобы обеспечить, по возможности, гладкую поверхность; в местах соединения нового слоя со старым бетоном не должно быть выступов. Все неровности следует сгладить, а углубления заполнить мелкозернистым раствором на эпоксидной смоле.

3.         Место соединения бетонного основания с новым бетоном разрушается особенно быстро, так как по периметру нового бетона обычно появляется тонкая усадочная трещина. Для предотвращения этого полосу бетона шириной примерно 300 мм (150 мм на вновь уложенном и 150 мм на старом бетоне) рекомендуется обработать проволочной щеткой, чтобы удалить все слабое цементное молоко. Затем эту полосу следует покрыть   'двумя   слоями   эпоксидной   смолы.

4.         Как правило, ремонт необходимо проводить в кратчайшие сроки, но скорость производства работ не должна отрицательно сказываться на качестве. Следует рассмотреть возможность использования сверхбыстротвердеющего портландцемента или глиноземистого цемента. В обоих случаях минимальный расход цемента должен быть таким же, как рекомендовано выше для обыкновенного портландцемента, но в случае использования глиноземистого цемента максимальное водоцементное отношение должно составлять 0,4. При использовании этих двух типов цемента следует обращаться за-консультацией к изготовителям; читатель может получить нужную ему информацию   в   главе   1.

5.         Если площадь повреждения довольно нелика, но глубина незначительна, следует рассмотреть возможность использования высокопрочного торкретбетона толщиной слоя не менее 75 мм. В зависимости от площади торкрет-бетон принято армировать тонкой сеткой из оцинкованной стали. Приведенная кубиковая прочность торкретбетона на 28 сут должна составлять не менее 55 МПа.

6.         Опыт США по ремонту и восстановлению водосбросов и успокоительных бассейнов показывает, что набрызг металла на поверхность высококачественного бетона повышает сопротивление истиранию и кавитации. Этот тип отделочного слоя более   подробно   рассмотрен   в   следующем   разделе.

7.         Последние работы, проведенные в США. свидетельствуют о том, что полимербетон, армированный волокном, может быть исключительно стойким к воздействию как кавитации, так и истирания. Водосброс плотины Дворшак в Айдахо был весьма сильно поврежден. После многочисленных лабораторных исследований для восстановления наиболее сильно поврежденных участков Корпус инженеров принял решение использовать фибробетон, пропитанный мономером на месте работ.