Способ инъекционного уплотнения бетонных и железобетонных конструкций и тампонажные растворы для его осуществления - RU2067643C1

Описание

Изобретение относится к эксплуатации и реконструкции ограждающих конструкций заглубленных и наземных сооружений, в особенности, к способам восстановления водонепроницаемости и повышению прочности дефектных бетонных и железобетонных конструкций, преимущественно заглубленных сооружений, без проведения наружных работ, связанных со вскрытием и обратной засыпкой сооружений, и без прекращения действующих в них технологических режимов.

Целью изобретения является расширение области применения способа, сокращение времени и стоимости производства работ по герметизации ограждающих конструкций на основе тампонажных растворов, обеспечивающих равнопрочное уплотнение конструкции в целом.

Известен инъекционный способ заделки фильтрующих трещин, включающий нагнетательное устройство для подачи тампонажной смеси за обделку конструкции и установку приспособления для внедрения тампонирующего состава в трещины, в качестве которой используют герметизирующий пластырь с вакуум-насосом, причем заделка трещин производится путем вовлечения тампонирующего состава в трещины после нагнетания его за обделку [1]
Недостатком этого способа является ограниченная область его применения, когда ремонту подвергают только дефекты обделки, но не самой конструкции, а в качестве тампонажной смеси используют нестойкий к воде и малопрочный материал глинистую суспензию.

Известен способ заделки щелей в бетонных сооружениях, преимущественно гидротехнических, включающих нагнетание в полость щели с помощью сжатого воздуха порошкообразного вяжущего и введение в него воды для отверждения, причем нагнетание вяжущего ведут с перерывами, длительность которых зависит от времени его схватывания, отверждения и обратного заполнения щели водой, до обеспечения полной заделки полости [2]
Недостатком данного способа цементации является неоднозначность определения давления воздуха, требуемого для вытеснения воды из щелей и зависящего от гидростатических нагрузок на фильтрующую щель, т.е. от ее местоположения по отношению к уровню воды; техническая сложность каждого цикла "подача воздуха подача вяжущего отверждение порошка обратное заполнение щели водой", а также неопределенность с количеством таких циклов. Кроме того, этот способ применим только для ликвидации сосредоточенных течей воды через сквозные щели.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к способу является известный способ цементации бетонных конструкций, включающий последовательное нагнетание цементного раствора с добавкой и отверждением, причем нагнетание и отверждение осуществляют при воздействии магнитного поля, а раствор содержит цемент, тонкомолотый магнетит и воду [3]
Недостатком этого способа является сложность и ограниченная область его применения, требующая использования прижимных камер с магнитами (электромагнитами), применение которых не всегда возможно по технологическим и конструктивным особенностям сооружений. Кроме того, этот способ эффективен лишь для уплотнения конструкции в ее поверхностном слое, т.е. не решает задачи герметизации конструкции на всю ее глубину одновременно с ее прочностным усилием.

Общим недостатком известных способов [1-3] является то, что все они, решая локальные задачи герметизации конструкций в местах сосредоточенных течей путем тампонажа соответствующих дефектных мест (щелей, свищей, отверстий, каверн), не исключают возможности образования в таких конструкциях новых дефектов вследствие сохранения механизма разрушения и снижения прочности под воздействием эксплуатационных нагрузок.

Известен тампонажный раствор, содержащий тонкомолотые цемент, магнетит и воду [3] Недостатком раствора является его сравнительно невысокие значения прочности, ограничивающие область его применения, а также необходимость специального оборудования для применения раствора в известном способе [3]
Наиболее близким к заявленным тампонажным смесям по совокупности существенных признаков и техническому результату является тампонажный раствор, включающий цемент, воду, ПАВ, мочевиноформальдегидную смолу, бентонитовый глинопорошок и глинистый инертный заполнитель [4]
Недостатком такого раствора является присутствие в его составе смолы, которая при приготовлении раствора с ПАВ и другими компонентами образует устойчивую пену, исключающую возможность заполнения дефектных мест и пор конструкции без воздухововлечения при нагнетании, что создает противоположный эффект при сплошной цементации конструкции на всю его глубину. Кроме того, присутствие в растворе глинистых заполнителей не обеспечивает достаточной прочности камня.

Предлагаемые тампонажные растворы содержат высокодисперсные наполнители и заполнители мелких фракций, которые способствуют повышению прочности и плотности и в сочетании с ПАВ позволяют создавать растворы с требуемыми технологическими и реологическими характеристиками. В то же время указанные заполнители и наполнители не исключают трещинообразования за счет действия усадочных напряжений, а ПАВ снижает скорость твердения бетона в начальный период.

Для устранения этих недостатков тампонажные растворы содержат активную комплексную минеральную добавку (КМД) продукт совместного помола алюминатного цемента марки не ниже "500" с содержанием трехкальциевого алюмината 12-15% от массы цемента, сульфоалюмината кальция и кварцевого песка фракции не выше 0,140 мм, взятых в соотношении компонентов КМД Ц С А П 1 1 1 соответственно, с удельной поверхностью после помола (4,5-5,0) • 10 см² /г.

Механизм действия КМД в смеси заключается в нейтрализации снижения скорости твердения (присутствия ПАВ) и усадочных напряжений твердеющего бетона (присутствия тонкодисперсных наполнителей и заполнителей). Это достигается тем, что высокодисперсные частицы компонентов КМД в процессе гидратации образуют кристаллы гидросульфоалюминатов высокосульфатной фазы и низкоосновных гидросиликатов кальция, которые расширяют формирующийся каркас цементного камня и уплотняют его структуру, теп самым нейтрализуют усадочное трещинообразование. В то же время неакционноактивные частицы КМД способствуют связыванию воды затворения, сокращению индукционного периода цементного теста, ускоряя начало интенсивного кристаллообразования, т.е. усиливают скорость твердения и набора прочности в начальный период. Регулирование этими процессами осуществляется дозировкой компонентов КМД, тонкостью их помола и корректировкой содержания смеси с учетом КМД.

Присутствие кварцевого песка при приготовлении КМД совместным домолом ее компонентов обеспечивает требуемую тонкость помола частиц добавки, препятствует их коагуляции, активизирует частицы вследствие раскрытия новых активных центров зерен и формирования поверхностно ориентированных кристаллов. Это позволяет использовать ее как добавки с заданным и регулируемым воздействием на свойства тампонажных растворов.

Готовят тампонажные растворы по раздельной технологии с использованием скоростного турбулентного смесителя и низкооборотного смесителя, при этом предусматривают окончание их приготовления за 10-15 мин до начала инъектирования.

Способ инъекционного уплотнения бетонных конструкций и тампонажные растворы для его осуществления обеспечивают достижение следующих технических результатов: восстановление водонепроницаемости бетонных и железобетонных конструкций до значений W 16, повышение прочности материала конструкций на 25-45% сокращение сроков производства работ до 35% снижение стоимости работ на 25-30% проведение работ без выключения конструкций из эксплуатационных нагрузок, исключение наружных работ по вскрытию ограждающих конструкций и обратной их обваловке, сохранение технологических режимов действующих предприятий.

Это достигается тем, что в способе инъекционного уплотнения, включающем последовательное нагнетание и отверждение тампонируемых растворов, нагнетание их осуществляют через группы точечных инъекторов, герметично закрепляемых в уплотняемой части конструкции в специально подготовленных скважинах, находящихся в пределах каждой группы инъекторов в гидравлической связи между собой и выполненных как в местах дефектов, так и в остальных участках площади конструкции таким образом, что после выполнения всех операций нагнетания вначале через первую группу инъекторов, затем через вторую и т.д. по завершении операций инъектирования в последней группе скважин герметизации и уплотнению подвергается вся конструкция в целом по глубине и площади, при этом операции нагнетания в скважины каждой группы проводят через соответствующие ей инъекторы в три последовательные стадии с интервалами между ними, равными времени отверждения ранее поданных в конструкцию растворов, причем на первой и второй стадии используют предлагаемый раствор одинакового состава, но с различным водоцементным отношением, а на заключительной стадии используют другой предлагаемый раствор. Параметры нагнетания (давление системы нагнетания, продолжительность и очередность операций) выбирают исходя из установленных ранее значений удельного водопоглощения конструкции, ее размеров и степени дефектности при условии, что скважины данной группы имеют одинаковые или близкие значения водопоглощения, и их суммарное значение не превышает производительности нагнетательного оборудования.

Способ осуществляют следующим образом.

После подготовки конструкции к глубинному уплотнению, включая закрепление в скважинах первой группы инъекторов, сборки и подключения к ним нагнетательной линии, проведения гидравлического опробования, определения удельного водопоглощения конструкции выбирают (назначают) параметры нагнетания: рабочее давление, максимально допустимое давление, очередность и длительность операций нагнетания, продолжительность выдержки рабочего давления по достижении постоянного расхода поглощаемого раствора, время снижения давления и отключения системы нагнетания, время отверждения раствора, его состав и водоцементное отношение, после чего выполняют первую стадию уплотнения.

Для этого в нагнетательную емкость загружают тампонажный раствор с максимальным водоцементным отношением, равным 0,65-0,85, в зависимости от удельного водопоглощения конструкции, и плавно в течение 15-20 с повышают давление нагнетания, контролируя начавшееся поглощение смеси конструкцией, до рабочего давления, установленного ранее при гидравлическом опробовании линии и равного 2,0-6,0 кг/см², и нагнетание проводят при этом давлении с постоянным расходом тампонажного раствора в конструкцию на уровне 0,01-0.05 л/мин в течение 3-10 мин, после чего в течение 10-12 с плавно снижают давление нагнетания до нуля, при этом используют тампонажный раствор с указанным водоцементным отношением, включающий портландцемент марки "500", микрокремнезем, заполнитель, ПАВ и указанную выше комплексную минеральную добавку, при следующем содержании компонентов, мас. портландцемент марки "500" 35,5-40,5; микрокремнезем S_уд.= (25-35) • 10³см²/г 1,5-3,5; кварцевый песок фракции (0,140-0,315) мм 35,0-38,0; кварцевый песок фракции менее 0,140 мм 25,0-35,0; ПАВ 0,25-1,5; указанная комплексная минеральная добавка 4,5-5,5; вода остальное.

По истечении времени, необходимого для отверждения инъектированного раствора, проводят вторую стадию нагнетания для этой же группы инъекторов, для чего повторяют вышеуказанные операции с теми же параметрами нагнетания и в той же последовательности, как и для предыдущей стадии, но при этом вышеуказанный раствор используют с минимальным водоцементным отношением, равным 0,35-0,55, и по завершении второй стадии нагнетания выдерживают конструкцию до отверждения поданного раствора.

После достижения требуемого отверждения выполняют операции заключительной третьей стадии уплотнения в той же последовательности, как и в операциях первой стадии, при этом используют раствор, содержащий портландцемент марки "500", заполнитель, микрокремнезем, молотый кварцевый песок, ПАВ, воду и указанную комплексную минеральную добавку при следующем содержании компонентов, мас. портландцемент марки "500" 30,5-33,5; микрокремнезем, S_уд= (25-35)•10³см²/г 1,5-3,5; молотый кварцевый песок, S_уд= (3,5-4,5)•10³см²/г 30,5-33,5; ПАВ 0.5-2,0; кварцевый песок фракции менее 0,140 мм 25,0-35,0; указанная комплексная минеральная добавка 2,5-4,5; вода остальное.

По завершении заключительной стадии, разборки нагнетательной системы и отверждения тампонированного состава извлекают инъекторы данной группы скважин, а скважины заглушают путем заполнения их объема бетонной смесью состава, мас. портландцемент марки "500" 35,0-40,5; микрокремнезем S_уд= (25-35)•10³см²/г 1,5-3,5; молотый кварцевый песок S_уд= (3,5-4,5)•10³см²/г 7,5-9,5; кварцевый песок фракции (0,140-0,315) мм 43,5-54,0; комплексная минеральная добавка - продукт совместного помола алюминатного цемента марки "500" с содержанием С₃А 12-15% массы цемента, сульфоалюмината кальция и кварцевого песка фракции менее 0,140 мм в соотношении 1:1:1 4,5-5,5; вода остальное.

После этого выполняют все стадии нагнетания в порядке, указанном для первой стадии, для последующей очереди скважин (группы инъекторов).

Достижение требуемого технического результата контролируют после первой и второй стадии нагнетания на месте проведения работ, а после проведения третьей стадии инъектирования в лабораторных условиях.

В зависимости от степени дефектности, характера повреждений и размеров конструкции способ предоставляет возможность без снижения достигаемых результатов проводить уплотнение с сокращенным количеством стадий нагнетания. В этом случае выполняют операции первой и третьей стадии нагнетания либо второй и третьей стадии для каждой из групп инъекторов. Однако во всех вариантах производства работ, в том числе и при сокращении количества выполняемых стадий, размещение инъекторов в дефектных местах и вне их в пробуренных на конструкции скважинах осуществляют из условия, что расстояния между ними обеспечивают гидравлическую связь всех инъекторов данной группы, а суммарное водопоглощение не превышает производительности системы нагнетания.

В специфических условиях эксплуатационных воздействий на конструкции, обусловленных повышенной относительной влажностью, капиллярным подсосом агрессивной жидкости,воздействием вредных газов и пыли, после инъекционного уплотнения проводят дополнительные работы в целях усиления эффекта герметизации конструкций. В этих целях осуществляют нанесение защитных покрытий конструкций торкретированием под давлением на их поверхность торкретбетонных смесей с добавками.

Осуществление способа инъекционного уплотнения с использованием предложенных тампонажных растворов обеспечивает восстановление плотности и полной монолитностиб

Реферат

Изобретение относится к способам восстановления водонепроницаемости и повышению прочности ограждающих конструкций из бетона и железобетона, преимущественно заглубленных сооружений. Сущность изобретения: согласно способу по изобретению нагнетание осуществляют в глубину конструкций через группы точечных инъекторов, закрепленных в предварительно пробуренных скважинах конструкции и находящихся между собой в гидравлической связи в пределах уплотняемой ее части, в три последовательных стадии нагнетания, с интервалами между стадиями, равными времени отверждения ранее нагнетенного раствора, причем на первой и второй стадиях используют тампонажный раствор одинакового состава, но с различным водоцементным отношением, содержащий портландцемент, микрокремнезем, ПАВ, кварцевый песок фракций менее 0,140 мм и (0,140-0, 315) мм и дополнительно комплексную минеральную добавку - продукт совместного помола алюминатного цемента марки "500" с содержанием трехкальциевого алюмината 12-15% от массы цемента, сульфоалюмината кальция и кварцевого песка фракции не выше 0,140 мм, в соотношении 1:1:1. На заключительной стадии нагнетания используют тампонажный раствор, содержащий портландцемент, кварцевый песок фракции менее 0, 140 мм, микрокремнезем с удельной поверхностью (25-35)•10³см²/г, ПАВ, молотый кварцевый песок с уд.поверхностью (3,5-4,5)•10³ см²/г и дополнительно указанную комплексную минеральную добавку. Способ осуществляют для каждой стадии нагнетания смесей в определенной последовательности. После выполнения операций заключительной стадии извлекают из скважин, а скважины заглушают путем заполнения их объема бетонной смесью, состава, мас. % : портландцемент марки "500" 35,5-40,5; микрокремнезем 1,5-3,5; молотый кварцевый песок 7,5-9,5; кварцевый песок фракций (0,140-0,315) мм 43,5-54,0; указанная комплексная минеральная добавка 4,5- 5,5; вода - остальное, после чего выполняют все стадии уплотнения для группы инъекторов следующей очереди. При необходимости после инъекционных работ наносят защитноотделочное покрытие конструкции путем торкретирования на ее поверхность бетонной смеси либо штукатурного раствора. 3 с. и 1 з.п.ф-лы.

Формула