Это особенно относится к бетонным и железобетонным строительным конструкциям, главный компонент которых цементный бетон, «щелочной» по своему происхождению, часто «подкисляется» и тем самым существенн. Подготовка поверхности бетонных и железобетонных конструкций к ремонту

Коррозионная поврежденность железобетона Эффективность защитных покрытий, применяемых при ремонте строительных объектов, длительное время подвергавшихся действию окружающей среды, зависит не только от качества материала покрытия и соблюдения технологии, но и от состояния поверхности строительных конструкций, в той или иной степени изменившейся в период эксплуатации. Кроме того, существует вероятность использования при ремонтно-восстановительных работах материалов и композиций, рассчитанных на конструкции, поверхность которых лишь незначительно изменилась под действием среды. Это особенно относится к бетонным и железобетонным строительным конструкциям, главный компонент которых цементный бетон, «щелочной» по своему происхождению, часто «подкисляется» и тем самым существенно изменяет свои электрохимические характеристики.

Известно, что более половины строительных объектов эксплуатируется в «агрессивных» средах, которые превращают первоначальный вещественный состав вяжущей компоненты бетона (гидроксид, гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты кальция в так называемые «продукты коррозии» (карбонат, сульфат, нитрат, хлорид, гидросульфоалюминаты кальция). Эти соединения не только обладают значительно худшими, по сравнению с первичными гидратами вяжущими и прочностными свойствами, но, занимая по сравнению с ними больший (в несколько раз) объем, повышают деформативность и проницаемость бетона в целом . Кроме того, продукты коррозии часто удаляются из структуры бетона движущейся жидкой средой. При этом глубина коррозионных изменений бетона часто превышает толщину его защитного слоя в железобетонных конструкциях, создавая благоприятные условия для коррозии стальной арматуры. Согласно действующим нормативным документам такой бетон должен быть полностью заменен новым, но, учитывая значительную глубину коррозионных изменений (иногда до 5-10 см), это правило при ремонте практически никогда не реализуется . Опыт ремонта и усиления железобетонных конструкций показывает, что обеспечение совместной работы прокорродировавшего и вновь уложенного бетона является серьезной инженерно-технической проблемой, которая может быть решена только благодаря качественной подготовке поверхности поврежденных бетона и стали за счет их очистки от загрязнений, малопрочных слоев и продуктов коррозии. Подготовку основания бетонных и железобетонных конструкций для их последующего ремонта можно условно разделить на подготовку бетонной поверхности и подготовку поверхности стальной арматуры. Методы подготовки во многом сходны между собой, и их целью является очистка поверхности бетона и арматуры для их прочного и надежного сцепления с наносимым впоследствии защитным материалом, т.е для обеспечения их эффективного последующего ремонта с целью долговременной эксплуатации железобетонных конструкций. Подготовка поверхности бетона Во всех случаях, когда материал должен быть надежно соединен с другим или обновлен, прочности основания придается большое значение, т. е от свойств основания зависит долговечность соединения нанесенного на это основание материала.

В связи с этим зона соединения должна располагаться в неповрежденном бетоне. Без тщательной подготовки поврежденного основания да же в случае последующего применения лучших материалов нельзя обеспечить надежную и долговременную защиту бетона. В связи с этим бетон в плоскости его последующего соединения должен быть однороден и иметь неповрежденную наружную поверхность, т.е. его необходимо соответствующим образом подготовить.

Поверхность бетона должна подготавливаться таким образом, чтобы между наносимым впоследствии защитным материалом и поверхностью бетона конструкции обеспечивалось прочное и плотное соединение. Качество зоны контакта в результате специальной обработки (см. табл.) бетона ремонтируемой конструкции обеспечивается в основном за счет «освежения» поверхности последнего. При этом имеющиеся в структуре бетона негидратированные зерна цемента (часто 30-50% от первоначального количества) очищаются от продуктов гидратации и коррозии и обеспечивают хорошее сцепление с ремонтным составом на основе цемента. Подготовка основания бетона ремонтируемых конструкций состоит из следующих работ: • очистка наружной поверхности бетона, т.е. удаление продуктов коррозии, остатков различных покрытий, слоев, защитных пленок и всевозможных наружных загрязнений; • удаление слоев бетона, имеющих слабую прочность; • удаление малоповрежденных участков бетона в случае необходимости вскрытия поверхности арматуры; • очистка поверхности арматуры и других металлических элементов от продуктов коррозии; • очистка бетонного основания от воды, водных растворов, льда, масел, пыли и иных посторонних частиц.

Для выполнения этих работ имеются механические (рис 3, 4), термические и химические методы. Требования к бетонному основанию В принципе бетонное основание должно быть чистое и свободное от слабых и легко отделяющихся частиц. Кроме того предпосылками применения некоторых мероприятий по ремонту является достижение определенных минимальных показателей и свойств бетона в поверхностном слое. В случае, если поверхность бетона не удовлетворяет этим минимальным требованиям и показателям (например: адгезии, плотности, щелочности), при последующем нанесений защитных составов (рис 5) нельзя ожидать высокое качество сцепления составов с поверхностью бетона и долговечность зоны контакта в целом. При подготовке поверхности бетона могут быть предъявлены требования последующим показателям: • шероховатость поверхности; • интенсивность (частота расположения) и величина усадочных трещин и дефектов иного происхождения; • прочность на отрыв; • прочность на сжатие и в некоторых случаях модуль упругости; • степень снижения щелочности; • содержимое хлоридов; • влажность и температура поверхности; • динамическая прочность (например, в железобетонных конструкциях мостов и фундаментов под оборудование). Для большинства защитных мероприятий легкая шероховатость поверхности, достигнутая за счет пескоструйной обработки поверхности или обработки водой под давлением, является вполне достаточной. Но для таких мероприятий, как покрытие поверхности тонкими защитными слоями наличие раковин, каверн и пустот на поверхности бетона недопустимо и в связи с этим перед нанесением защитных составов эти неровности поверхности должны быть ликвидированы.

Тонкие трещины на поверхности бетона, ширина раскрытия которых не превышают 0,1 мм, а глубина несколько миллиметров, не вызывают необходимости дополнительной обработки поверхности. Но в некоторых случаях бывает целесообразным поверхность бетона, имеющую большое количество тонких трещин, обработать специальным составом до полного впитывания. Более широкие и глубокие трещины в бетоне перед нанесением покрытия должны быть заполнены шпаклевочной композицией. О том, нужно ли и в какой степени необходимо удалять наружный слой прокорродировавшего бетона, следует решать специалисту в этой области и с учетом прочности этого слоя и общей концепции защиты бетона и арматуры от коррозии.

Слои бетона, значение рН водной вытяжки которых ниже нормированного значения либо содержащие недопустимое количество хлоридов, должны обязательно удаляться. Методы подготовки основания бетонных и железобетонных конструкций 1 2 3 4 5 6 це ли метод обработки цель применения метода область применения метода дополнительные требования мероприятия по дополнительной обработке вид обработка, материал 1 2 3 4 5 1 отбива ние откалывание молоток, зубило вручную отбойный молоток, пика пневмо и электропривод в отдельных местах при небольших объемах при больших объемах работ необходимо избегать повреждения стальных элементов, особую осторожность проявлять при работе с предварительно-напряженными элементами струйная обработка 2 очистка щеткой щеточный аппарате металлической щетиной * * * область применения зависит от конструкции аппарата - очистка 3 фрезерование цилиндрическая фреза * * * снятие бетона на больших горизонтальных площадях снятие бетона за проходку не менее 5 мм, необходимо использование электронного нивелира струйная обработка, включая необработанные участки 4 шлифование шлифовальная машина * * применение в отдельных местах на небольших участках - очистка 5 термическая обработка средства для термической и механической обработки б) * * горизонтальные и вертикальные поверхности скорость обработки поверхности не менее 1 0 м в минуту очистка после механической обработки 6б беспыльная струйная обработка обработка поверхности прочными частицами с одновременным всасыванием * # * в) * в зависимости от конструкции аппарата возможна обработка горизонтальных и вертикальных поверхностей - - 7а струйная обработка струйная обработка воздухом под давлением и прочными частицами * * * в) * обработка горизонтальных и вертикальных поверностей необходима защита от пыли повышенные требования техники безопасности, воздух под давлением без масла (г) очистка поверхности 7б влажная струйная обработка и обработка смесью воды и песка под давлением * * * в) * обработка горизонтальных и вертикальных поверностей воздух под давлением без масла (г) очистка поверхности 7в струйная обработка водой под высоким давлением * * д) * обработка горизонтальных и вертикальных поверностей - очистка поверхности 8а очистка сдувание воздухом под давлением * используется преимущественно на горизонтальных поверхностях воздух под давлением без масла необходима защита от пыли (г) - 8б всасывание с использованием промышленных пылесосов * используется на больших горизонтальных площадях используемые пылесосы должны также втягивать в себя воду и крупные частицы - 8в обработка струей воды, обработка струей пара, обработка струей горячей воды е) * очистка бетонных основаниий от атмосферных загрязнений - - 9 химическая обработка нанесение вручную с использованием кисти специальной пасты * очистка бетонных основаниий от масляных и битумных пятен слой наносимой пасты должен быть не менее 2мм очистка поверхности через 3-4 часа после нанесения пасты Цель применения метода (3-я колонка) 1 = удаление остатков слоев и покрытий а также поверхностных загрязнений, 2 = удаление покрытий на основе цемента, а также слоев, имеющих незначительную прочность, 3 = снятие поврежденного бетона (или его аналога) и очистка арматуры, 4 = удаление продуктов коррозии с арматуры и других металлических элементов 5 = очистка основания бетона от воды, пыли продуктов коррозии и других легкоотделяющихся частиц Разъяснения а) опасность разрушения бетона на значительную глубину, б) вследствие термической обработки поврежденные участки бетона должны быть удалены в) степень удаления бетона зависит от давления и от количества материала используемого для струйной обработки г) отсутствие масла в строительных целях используемые компрессоры должны иметь маслоотделитель с определенной степенью очистки от масла, д) степень снятия бетона зависит от давления е) остатки покрытий не всегда могут быть полностью очищены Методы подготовки бетонных поверхностей Выбор наиболее целесообразного метода производства работ по подготовке поверхности бетона зависит, с одной стороны, от существующего состояния этой поверхности, т.е. от ее степени загрязнения, наличия остатков предыдущих защитных покрытий, продуктов коррозии и т.д., и, с другой стороны, от требований к поверхности в строгом соответствии с предполагаемым ремонтно-строительным мероприятием. О том, подходит или нет выбранный метод производства работ, можно практически убедиться, заранее выполнив обработку на небольшом участке поверхности и сравнив необходимое и полученное качество обработанной поверхности.

В дополнение к этому перед началом производства работ необходимо отрегулировать вопросы возможного негативного воздействия на окружающую среду, а также вопросы удаления с места работ и утилизации строительного мусора и других продуктов, получаемых при применении того или иного метода. Часто процесс обработки поверхности включает последовательное применение нескольких методов. Использование каждого метода связано в большей или меньшей степени с нарушением и повреждением структуры бетона. Для того чтобы в конечном результате внешние повреждения структуры были наименьшими, при обработке поверхности необходимо последовательно переходить от более грубых методов воздействия на поверхность к более тонким.

По этой же причине глубина удаляемого поверхностного слоя бетона за одну рабочую операцию не должна превышать определенной опытным путем величины. Раковины, пустоты и каверны должны быть открыты и обработаны достаточно в полной мере до прочных слев бетона. Арматура, поврежденная коррозией по всей наружной поверхности, должна быть обработана и освобождена от продуктов коррозии со всех сторон.

В мировой практике проведения работ по подготовке поверхности бетона уже долгое время эффективно используются разнообразные методы обработки поверхности. Наиболее распространенные из этих методов и соответствующие средства механизации и обработки представлены в таблице. При выборе метода обработки поверхности бетона необходимо обязательно учитывать, что в зависимости от выбранного метода качество и свойства поверхности бетона будут различными. Необходимо всегда учитывать тот факт, что после обработки самый верхний слой бетона может быть также в той или иной степени поврежден или иметь худшие прочностные характеристики. Так, например, после воздействия термического и фрезеровочного метода прочность на растяжение бетона значительно снижается, в то время как после пескоструйной обработки она увеличивается. Еще лучшие показатели по прочности наружной поверхности после обработки можно достигнуть, используя метод пескоструйной обработки с применением влажного песка. В зависимости от области и целей применения существующие методы подготовки поверхности бетона могут быть представлены следующим образом (см.таблицу). Подготовка поверхности стальной арматуры Необходимость проведения дополнительной обработки арматуры перед ремонтом зависит от ее коррозийного состояния, а также от запланированного вида защитного покрытия арматуры. В зависимости от степени повреждения арматуры коррозией необходимо прежде всего открыть все поврежденные коррозией участки арматуры.

При этом необходимо учитывать тот факт, что при вскрытии арматуры несущих конструкций на значительной площади может измениться расчетная схема работы конструкции и что это в некоторых случаях может привести к нарушению ее устойчивости или даже к разрушению. Если статическая схема работы конструкции позволяет это сделать и арматура расположена очень близко к поверхности, то ее необходимо вскрыть для ее дальнейшей обработки. Вид предварительной обработки арматуры зависит от того, в каких условиях будет «работать» она в конструкции: то ли она будет покрыта достаточным слоем бетона, защищающего ее, то ли будет подвержена внешним агрессивным воздействиям эксплуатационной среды. В первом случае вопросу качественной очистки арматуры от продуктов коррозии можно уделять меньше внимания, чем во втором. Для очистки арматуры от продуктов коррозии в соответствии с существующими требованиями должны применяться только механические способы очистки поверхности. Важным обстоятельством является и то, что при наличии хлоридов в бетоне вблизи арматуры на последней стадии обработки с целью их удаления необходимо обязательно применять обработку арматуры водной струей под высоким давлением. Опыт показывает, что, используя только пескоструйную обработку, удалить хлориды из зоны расположения арматуры невозможно. Удаление продуктов коррозии с поверхности арматуры Арматура, которая впоследствии не будет защищаться дополнительным защитным покрытием, должна очищаться от отделяющихся продуктов коррозии.

Поверхность стали должна обрабатываться таким образом, чтобы она соответствовала нормативным показателям по чистоте поверхности. Можно использовать ручной метод очистки, пескоструйную обработку, а также обработку струей воды под давлением от 500 до 1000 бар. При обнаружении в процессе обработки явных следов коррозии, вызванных хлоридами, необходимо окончательно,независимо от метода очистки, арматуру обработать струей воды под высоким давлением. К арматуре, которая впоследствии будет покрываться защитным покрытием, предъявляются более строгие требования по чистоте очистки от продуктов коррозии. Достижение такой чистоты и степени обработки возможно только за счет применения пескоструйной технологии. Необходимую чистоту поверхности арматуры следует обеспечить со всех ее сторон. Для этого арматура должна быть соответствующим образом вскрыта, а пескоструйная обработка должна вестись с разных сторон, под разными углами распыления.