автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Применение низковязких полимерных композиций на основе ММА для восстановления изгибаемых железобетонных элементов с различными вариантами разрушений

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬ НО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЕЗДАКОВ Александр Борисович

УДК 624.012.4/666.973.004.67

ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКОВЯЗКИХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ММА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ВАРИАНТАМИ РАЗРУШЕНИЙ.

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания

. и сооружения.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

г. Москва - 1992 год.

Рабата выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-порожном институте.

Научный .руководитель' Научный консультант

Официальные оппоненты Ведущая организация

- доктор технических наук, профессор Г.И.ПОП^В.

- кандидат технических наук ведущий научный сотрудник Ю.В.МАКСИМОВ.

- доктор технических наук, профессор А.В.НОСАРЕВ. кандидат технических наук доцент В.И.ФОМИЧЕВ.

- НИИЖБ Госстроя СССР.

7

Зашита состоится заседании специализированного

1992 г. в

часог К 053.11.01 при

на заседании специализированного совета Московском инженерно-строительном институте им. В.В.Куйбышева по адресу: Москва, Шлюзовая набережная, дом 8, в аудитории N

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участив в защите и направить свой отзыв в двух экземплярах до адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, дом 26, МИСИ им. Е.В.Куйбышева, Ученый Совет.

Автореферат разослан

1992 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

Э.В ФИЛИМОНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темь;. Опыт эксплуатации железобетонных зданий и сооружений свидетельствует о недостаточной долговечности многих конструкций вследствие преждевременного образования и развития дефектов. Эги дефекты появляются не только во время эксплуатации, но и часто и в доэксплуатационный период. Причины возникновения доэксплуатационных дефектов, в частности трещин, самь1г разнообразные: неудачное проектирование изделия, несовершенство технологии его изготовления и извлечения из форм, сработанность форм, несоблюдение технологии производства, "грубое обращение" с изделием при его извлечении, перевозке, внутризаводском складировании и т.п.

Ремонт железобетонных конструкций в процессе эксплуатации зданий и сооружений связан со многими трудностями и дорогостоящ.

Многие заводы железобетонных изделий терпят сушественные убытки вследствие образования и развития доэксплуатационных трещин в части готовой продукции. Поэтому целесообразна в сложившихся условиях организация на завода?: ЖБИ небольших участков по восстановлении эксплуатационных свойств бракованных изделий.

Современные разработки технологии заяепхи трешин в изгибаемых, сжатых и внецентренно сжатых элементах с применением полимерных композиций позволяют эффективно восстанавливать конструкции, предотвращая в них дальнейшее развитие • трешин и разрушений. В результате восстанавливаются сплошность конструкции, происходит местное упрочнение зоны разрушения.

При эксплуатации аэродромов возникают и развиваются многочисленные дефекты в их покрытиях. Традиционные методы ремонта поверхностных дефектов с помошыо материалов на цементных вяжущих требует значительного времени и не всегда эффективны. Перспективным является применение полимерных материалов. Применение эпоксидных смол позволяет ремонтировать элементы железобетонных конструкций в меньшие сроки и с лучшим качеством, чем с помощью цементных растворов. Однако, и эта технология имеет свои недостатки: требуется штрзбление изделия, разделка трещин, нагнетание раствора под высоким давлением. К тому же,

эпоксидный клей не способен проникать в тонкие трещины и обеспечивать тем самым сплошность конструкции. Свободна от этих недостатков используемая нами технология применения низковязких полимеррастворов на основе метилметакрилата•

В данной работе ' предполагается проанализировать причины возникновения трешин в железобетонных конструкциях на разных стациях от их изготовления до складирования, систематизировать трещины в зависимости от их распределения, отработать технологию "залечивания" низковязким попииерраствором на основе метилметакрилата ¡ИМА). пр верить эффективность этой технологии путем проведения экспериментального исследования ■ а таме исследовать возможности применения наших способов для устранения дефектов. типичных для строительных, промышленных, гражданских, дорожных, мостовых, аэродромных конструкций (трешиьо-образование бетонного или железобетонного покрытий, шелушения, образование каверн|, развить эти способы, внедрить их на опытных участках, продолжить исследования свойств полимербетонов и отремонтированных образцов.

Способ "залечивания" трешин и дефектов объединяет в себе технологию полимербетонов и бетонополимеров: с одной стороны заполняются образовавшиеся трещины, с другой - пропитываются объемы бетона, прилегающие к трещине. с третьей - образуются зоны чистого попимербетона.

Цель работы - разработать методику восстановления изгибаемых железобетонных элементов с различными вариантами разрушений низковязкими полимеррастворами на основе ММА, исследовать их поведение при кратковременном статическом нагружении, разработать методы оценки несущей способности и способы их расчета.

Научная новизна состоит в создании способа восстановления железобетонных изгибаемых элементов, в экспериментальном исследовании железобетонных балок, восстановленных с помощью поли-меррастворов и полимербетонов на основе ММА, в создании расчетного аппарата для определения прочности и трешиностой-кости восстановленных элементоа.

На защиту выносятся:

- результаты исследований изгибаемых элементов с трещинами Е сжатой зоне, "залеченными" полимерраствором на основе ММА;

- результаты исследований изгибаемых элементов с различной степенью разрушения сжатой зоны. восстановленных полимер -раствором на основе КМЛ;

- результаты испитаьиД на морозостойкость образцов с различными вариантами разрушений после их восстановления низковязкими композициями;

- результаты натурных испытаний плит перекрытий и автопорожной балки:

- результаты испытаний надежности герметизации сквозной трешины ь полке автодорогной банки;

- способы восстановления трешш в сжатой зоне балок;

- метолика создания герметизирующего экрана при восстановлении изгибаемых элементов после ик статического испытания или нагружения по различной степени разрушения;

- способы расчета прочности нормальных сечений восстановленных нормально- и переармированных балок с учетом реальных прочностных и деформативных характеристик материалов.

Г)р тическая ценность работы состоит в том, что результаты работы позволяют рекомендовать восстановление с помощью композиция на основе ММА железобетонных балок и плит, и их целесообразно внедрить в нормативные, рекомендательные, и инструктивные документы.

Реализация результатов раьогы. Результаты работы использованы при восстановлении железобетонных конструкций на: Кунцевском заводе К {ОКБ Г. II 5, Бескудниковском заводе МЛ\5К, Ростокинском заводе ЖБК, при строительстве ¡сарьиьсг.згс моста, при строительстве домов серии Л-44/17в в микрорайоне Бутове, пр.. ремонте аэродромного железобетонного покрытия рулежной дорожки в аэропорту Домодедово.

Апробация работы и публикации. Основные поли-кения и результаты диссертационной работы опубликованы д 8 печатных работах, доложены и обсуждены на 43, 45 и 46 научно-методической и научно-исследовательской конференциях НАДИ; Всесоюзных конференций "Качество железобетона и его метрологическое обеспечение" (Вильнюс, 1987 г.); Московской городской научно-дракти-ческой конференции "Технический прогресс и ускорение строительства* , 1987 г.); Всесоюзной конференции "Прогнозирование прочности и деформативности бетона методами механики разрушения" (Севастополь, 1988 г.); Всесоюзной конференции "Примеке-

иие П-бетоноа ь машиностроении и строительстве" (Вк.лыиос. 1989 г.); Всесоюзной конференции "Экспериментальные исследования инженерных сооружений" (Суки, 1991 г.).

Обг-ем работы: работа состоит из введения, пяти глав, основных вывпдов, списка литературы, вкгаочаюшего 149 наименований, в том числе 26 иностранных источников. Диссертация содержит 205 страниц, в том числе 23 таблицы, 75 рисунков.

Исследования проведены на кафедре аэропортов и конструкций Московского автопс-бипьно-доражного института под руководством профессора. доктора технических наук Попова Г.И. и при науной консульгаиии кандидата наук, ведущего научного сотрудника НИИЖБ Госстроя СССР Максимова Ю.В., которым автор вы-ранет сьою при; атепьность и благодарность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во »ведение обоснована актуальность темы, приведены цель и задачи диссертационной работы, ее научная новизна и практическая значимость. Указаны пути реализации полученных результатов и их внедрение в строительство.

3 пдрпоу^ главе_приведен обзор литературы о причинах и

последствиях появления различных дефектов в иг-~ибаемых элементах. развитии методов расчета прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элементов и возможностей полимерных материалов при восстановлении эксплуатационных свойств изгибаемых элементов. Проблемами дефектов конструкций, анализом их появления, систематизацией их влияния на состояние элементов строительных конструкций занимались И.А.Физдель , Ь.И.Пинус . Г.В.Марчюке ¡тис , Е.А.Рабинович, В.А.Клевцов, В.И.Петров И.Н Жуковский и О.О.Роханский , З.А.Камайтис и В.И.Иокубайтис . И.М.Литвинов , Н.М.Онуфриев , Эль-Хадж Хамиль Салим Сулейман Р.Рибнцкий , Гонсалвиш М., Коташ И, Силва В. , Г.Руфферт , Яоесье А. , Чемпион С. , Бойен Й.М. , Каминетский Д. . Хмимлц А., Лоррайн М. и пр. На основании данных работ приведены несколько вариантов классификации дефектов в железобетонных изгибаемых элементах.• Рассмотрено одно из направлений совер-лекствования расчета прочности железобетонных элементов 'использование диаграммы 6 - £ . Большего уточнения расчетов прочности нормальных сечений изгибаемых железобетонных элемен-

тов (при действии кратковременных статических нагрузок) можно добиться, применяя диаграммы Gc-£f Для арматуры, и меньшего - применяя диаграммы 6i - Ei Пля бетона.

Изучение диаграммы _ f важно не только для уточ-

нения усилий в материалах в нормальном сечении в стадии разрушения, но и для. правильного определения граничных высот сжатой зоны "сверху" - ^я (для исключения переармирования сечеиия и тем самым недоиспользования прочностных свойств арматуры) и "снизу" (для исключения разрыва арматуры). Учет диаграмм 6" - f производился по разному: либо находились зависимости для напряжений или деформация, отвечающих моменту исчерпания несушей способности элемента, либо » расчет вводились зависимости Си * / (¿i ) •

В последнее преия возродился интерес к диаграммам деформирования бетона, и не просто диаграммам, а г. диаграммам с нмспадакхзей ветвью.

Косвенный учет сис.коляаей ветви дааграмкы сязлан азхорами СНиП , а также в других работах.

Полные диаграммы 6" ~ £ с нисходящими ветвяки для сжатого, растянутого бетона и арматуры приняты Б.С.Расторгуевым в его докторской диссертации при разработке способов динамического расчета элементов железобетонных конструкций. Прямому учету ниспадающей ветви диаграммы - £t посвяшеио достаточно много работ- Предложения в порядке опубликования сделаны P.O.Красновекип, Я.С.Кролем, С.Л.Тихомирову , в сборнике НИИЖВ, В.В.Байковым, С.В.Горбатовым, 3.А.Димитровым , Г.В.Марчюкайтисом , Г.И.Поповым , А.Н'.БакбуроЯ , С.Ю.Цейтлиным , П.Р.Иаиляном и Р.Х.Асааяом , Н.И.Карпенко , Л.Н.Зайцевым, П.Р.Иаиляном и Р.X.Асаалом , В.Я.Бачинским, А.Н.Бамбурой и С.С.Ваташиным , П.Л.Лемьлпем , Л.Р.Маиляном, Р.Х.Асдадом Г.Р.Силем , П.Р.Иаиляном и Г.К.Рубеном , M.D.Беккигвым " Л.Р.Маиляном , Г.К.Рубеном, Л.Р.Маиляном, t'u SO. Беккиевым , Л.Р.Маиляном и А.И.Москаленко , Н.И.Карпенко, V.А.Мухамеднеомм и А.Н.Петровым , В.К.Карпенко, Т.А.йухамедиевым М.А-Сапожнико-вым , Т.А.Мухамедиевым и др. В последние годы вышли также монографии П.Н.Ганат-и и Л.Р.Маиляна ^ Л.Р.Маиляна , осиованные на использовании в расчетах полных диаграмм материалов.

Г.И.Поповым был предложен способ расчета прочности нормальных сечений кзгибаеаи железобегонополимерных элементов ,

учитывающий реальные деформационные свойства бетонополимера и арматуры перед разрушением элемента, сцепление между бетонопо-лимером и арматурой. изменение положения нейтральной оси по длине элемента. О.Ф.Ильин и Г.И.Попов предложили способ расчета армированных изгибаемых элементов из модифицированных ПММА бетонов , представляющий собой методику СНиП 11-21-75. скорректированную на деформационные свойства бетонполимеров.

Перечисленные выше способы расчета не могут быть применены к расчету прочности восстановленных элементов. Как будет видно из содержания 2-и г..авы. средняя восстановиеиная часть балки имеет как бы три обпасти: ¡а| область полимербетонл. заполнившего разрушенные и выброшенные объемы сжатой зоны: |б! ооласть бетонополимера. куда мйтипметакрилат успг;л проникнуть, заполнить трещины и поры. т.е. пропитать бетон; <в) область бетона. т.е. объемы, на подвергшиеся разрушению. Применять к сроднен части зпки с весьма неоднородными свойствами материала по длине и высоте элемента какие-то сложные предложения по расчету вряд пи целесообразно. Однако, надо знать хотя бы прочность и предельные относительные деформации каждого материала.

Изучением вопросов применения полимеров для ремонта и восстановления дефектов конструкций различного рода занимались многие ученые: П.А.Игонин , В.Т.Микульский и П.А.Игонин , Э.П.Александрии , И.С.Дуров. Н.И.Красулин . И.А.Моцанский, И.Е.Путляев, Е.А.Пичугина, И.Б.Уварова и М.А.Хорькова , В.В.Патуроев и Ю.В.Максимов , Э.А.Камайтис . Э.А.Камайтис и

A.П.Кудзис . В.Г.Микульский. В.Б.Козлов , В.М.Хрулев

B.И.Шлыков , А.Д.Ескарев, В.А.Писенко. В.И.Мосяк, Т.В.Сте-фанская , А.С.Фрейдин, А.Б.Шолохова , И.М.;блшчн, Н.А.Мо-1цанский, В.А.Олехович , Н.Г.Матков, В.М.Горшкова , Г.Е.Огород-иов . А.П.Радченко , Н.М.Шаповалов , Х.М.Чанг , М.Гонсалвеш, П.Коташ, В.Силва , П.С.Хьюпетг и Дж.Дж.Л.Морган . Е.П.Попов и В.В.Бертеро .

Приведенные примеры технологий, использующих для инъецирования трящин высоковязкие композиции на основе эпоксидных смол имеют следующие недостатки:

- необходимость использования высокого давления для подачи композиции в трещины;

- повышенная стоимость и дефицитность;

- значительные затраты на подготовительные работы;

- невозможность иэ-эа высокой вязкости заполнять трешины mott раскрытия менее 0, 1 мм. а также капиллярно-пористую гуру разлома трешины;

трудоемкость работ с высоковязкой композицией. 3 лаборатории поликербетонов НИИЖБ Госстроя СССР разрабо-ювая технология заделки трещин составом на основе моно-»етилметакрипата (ММА|. Этот метод объединяет в себе тех-1И бетонополимеров и полнмербетонов. Происходит пропитка >в трешины, капиллярно-пористой структуры зоны разруше-микротрешин и кикродефектов и обьединение в жесткую гуру продуктов разлома. Вязкость составов на основе 1МА -;а 0,67 сП при комнатной температуре. Благодаря большой :агаей способности композиции, . создана возможность без >чного давления и сложного оборудования заполнять трешины ширины раскрытия. Насыщение стенок трешины полимером и такие трешины в ее вершине позволяет значительно снизить ирации напряжений вокруг зоны разрушения по сравнению с I, обработанными высоковязкими композициям» на основе диых смол. Высок эффект склейки, который получается за оверхностной адгезии полимера к бетону разлома трешины. редложенная технология, основанная на гравитационном ме-:одачи состава (заполнение трешины самотеком), позволяет ться от сложного оборудования для икьектирования, снижа-мя ремонгно-восстановигельных работ за счет отказа от штрабления, разделки краев трешины, сверления'отверстий ьекторы, их установки и нагнетания композиции под давле-

анная методика позволяет значительно увеличить масштабы по залечиванию трещин и дефектов в железобетонных укциях при реконструкции и ремонте и удлинить сезон ре-х работ.

результате проведенного обзора научно-технической лите-сделаны выводы и определена цель диссертационной работы. о второй главе описаны конструкции экспериментальных об, состав бетона, характеристики заполнителей, методика эвки и состав полимерной композиции, методика: проведения жента, методика восстановления трещин и разрушений в зоне изгибаемых железобетонных элементов. Приведены ре-

г

аханий арматуры, бетона и лолимербетон^ на о< лных и восстановленных балок, морозостойкости во< ,ых образцов с различными вариантами дефектов.

Исследование прочностных и деформативных характер: остановленных изгибаемых железобетонных элементов произ) ась на двух группах балок. Их обмее количество состагчл« туг.. Разделение на группы сделано исходя из характера р; ений изгибаемых железобетонных элементов. На заводах же) етомкых изделий в процесса изготовления, внутризаво) ранспортировки и складирования элементов последние чаше 1 оиучают повреждения в сиде надломов. После длительной эк! .таини конструкций возможны текучесть растянутой арма' ильное раскрытие трешмн растянутой зоны и та или иная ст< ■азрущеиия сжатой зоны (дробление или зыколы бетона). В < : тем, что в изученных нами заводских панелях перекрытий : 1'/льтате складирования открываются трешины главный образ !ер::кей, сжатой эксплуатационными нагрузками зоне плиты, 13 задач эусперимента было определение несушей способиост ■ибаемых элементов с трещинами подобного характера раскр ( этих исследованиях было испытано 19 балок с тремя разли фоцеитами армирования. 14 ометрнческие размеры изгибаемых -.ентоБ имели следующие величины: 1300x140x100 мм. Высота шя балок принята равной 140 км и была равна толщине па зерекрытий, разработанных а МННИТЭП.

Рабочая арматура балок класса А-Щ быпа трех диаметр >,10,16 мм. Балки серии 1 - ... армировалась 0 6 А-Ш, > - ... - 0 10 А-Ш и серии 3 - ... - 0 16 А-Ш.

Другой цельк? экспериментального исследования явл проверка возможности восстановления несушей способности Заеммх элементов, полностью иди частично разрушенных экс 1-ационными нагрузками. А именно, предполагается рассмс возможность применения низковнзкой полимерной кемпозиг эсноае метилметакрилата для восстановления разрушенной с зоны изгибаемых элементов и "залечивания" нормальных те находящиеся в зоне чистого изгиба. Семнадцать балок резг 1300x140x100 №1 [с тремя процентами армирования) изгета! пмсь одновременно с элементами, описанными выше, и имели хичный состав бетона и такое же армирование.

Изготовление балок было осуществлено на стане Кунцеа

комбината железобетонных конструкций N 9. Для того, чтобы максимально приблизить условия изготовления экспериментальных образцов к изготовлению натурных панеььных перекрытий, формовку балок осуществили в одной из форм на' стане.

При исследованиях изгибаемых элементов с трещинами,' залеченными низковязким полимерраствором на основе ММА, эти начальные трещины создавались путем обратного вышба элемента до образования трехсторонней сквозной трещины с раскрытием в верхней (сжатой под действием эксплуатационной нагрузки) зоне. Все начальные трешины в балках расхрылись и зоне чистого изгиба и находились в середине пролета или в блкзлежаией области.

После завершения восстановления спгошности бетона сжатой зоны изгибаемого элемента производилось статичзское испытание балок на прессе УД-ЮОПУ. Нагрузка прикладмаалась в третях пропета.

Изучение несушей способности изгибаемых элементов, восстановленных после разрушения статической нагрузкой, осуществлялось ' следующим образом. Первоначально железобетонные балки каждой из трех серий испытывали по частичного или полного разрушения бетона сжатой зоны (у нормально и переариирован-ных балок) или по больших пластических деформаций (у спабоарми-рованных элементов). Схема нагружения балок, а также методика регистрации деформаций и прогибов, как первоначальных испытаний, так и повторных - для восстановленных балок - соответствовала описанной выше. Частично разрувеиными балками считались элементы загруженные до уровня нагрузки, соответствую-шей началу образования горизонтальной трешины отрыва бетона минимальной линзы выкола сжатой зоны в каждой варианте армирования балок. Полностью разрушенными балками считались элементы, в которых линза вы&опа имела максимальный объем, соответствующий их проценту армирования и времени действии ¿.азрушаювей нагрузки.

Основным мероприятием, обеснечиваасшим качественное

восстановление изгибаемого элемента, является установка герметичного экрана в зоне чистого изгиба, предотвращающего вытекание ремотного состава из тела балки.

Результаты испытаний балок с трещинами в сжатой зоне, восстановленными полимерным раствором на основе НМД представлены в таблице 1.

Таблица 1.

N Шифр Название /1 £ Ь / а"с

^ см см кНм % мм мм

.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0. 1 пробная 0,49 0,99 14 ,0 5,50 10.21

1. 1- 1а . контр. 0,49 0,99 14 ,0 5,60 13,41

2 . 1-16 контр. 0.49 10,2 14,0 5.60 7.50

3 . 3 --2 а с трещиной 0.49 9,7 14.3 5.44 98% 6,41 1,8

4. 1-20 - 0.49 9,7 14.2 5.44 98% 6.42 1.7

5. 1-й - 0.49 9.6 14,3 5.50 99% 9.33 1 . 4

6. - 0,49 9.5 14.2 5,40 97% 13.84 1,4

7 . 2-1а контр. 1, 25 9,8 14,4 10.50 6,28

3. 2-16 контр. 1,25 9,7 14.3 10,50 10.12

9. 2-2а с трещиной 1.25 10.5 14,0 10.00 95% 6.92 1,2

10. 2-26 - 1,25 10,1 14,3 9,84 95% 6,96 0,9

11. 2-За - 1,25 9,8 14,0 10,00 9.5% 8,32 1,3

12. 2-36 - 1,25 9,5 14,2 10.00 95% 7,60 1.3

13. 3-1а контр. 3,21 10,0 14,0 13,40 7,52

14. 3-16 контр. 3,21 10,1 14,0 14,80 6,90

15. 3-2а с трещиной 3,21 9,7 14,0 14,00 99% 9,29 0,7

16. 3-26 - 3,21 9.7 14,2 12, 10 85% 8,33 0,8

17. З-За - 3,21 9,6 14,4 16,10 114% 6,98 1,8

13. 3-36 - 3,21 9.9 14.3 14.00 99% ;,05 2,0

При исследовании характера работы поп статической нагрузкой восстановленных конструкций не выявленно существенных особенностей, которые обусловили бы необходимость разработки специальной методики их расчета.

Поэтому оценку несушей способности изгибаемых элементов, запорченных низковязкик полимерраствором, следует производить 170 методике действующих корм - СКиП 2.03.01.84.

Песок естественной влажности предварительно не просушивался и не прокаливался. Полимербетонная смесь получалась вытряхиванием песчано-шебеночной смеси в своеобразную "ванну" с ремонтным полимерным составом при минимальном перемешивании. Тем не менее получены поста¿очно обнадеживающие результаты. Прочность балок, арматура которых была в состоянии текучести, а сжатая зона - в процессе образования продольных трешин отслоения (малые и средние проценты армирования) близка к прочности исходных балок (отличие 3%). Слабоармированные балки ( £ < 0,15) при частичных и полных разрушениях средней зоны показали такую же прочность, что и исходные. Среднеармированкые балки ( ^ =0.3 ... 0,4) при частичных и полных разрушениях средней зоны показали прочность на 17% меньшую, чем у исходных. Наконец, переармиро^анные балки 0,6) также при частичных и

полных разрушениях не восстановили (после восстановления-ремонта) 19% первоначальной прочности.

Поэтому предлагаемая технология может быть рекомендована для плит ( £ $ 0,15) практичедки при любых повреждениях бетона, а для балок - при образовании трешин отслоения в сжатом бетоне и при выколах бетона, не превосходящих 1/5 высоты балки.

Для расширения области применения технологии, основанной на использовании ММА, ее следует несколько усовершенствовать без значительного усложнения, и по-прежнему ориентируя ее на построечные условия. Можно рекомендовать:

- фракционирование, промывку и просушку огнем песка;

- введение в состав полимербетона наполнителей в виде ан-пезитовой, диабазовой или кварцевой муки;

- для лучшей адгезии полимербетона и бетона производить двукратную заливку ремонтным составом разрушенной поверхности основного бетона.

Для проведения контроля- морозостойкости по третьему ускоренному методу (испытания в агрессивной среде) применяли климатическую камеру НИИЖБ Госстроя СССР, обеспечивающую достижение и поддержание температуры -60 градусов Цельсия. Испытания проводились совместно с аспиранткой С.В.Картошиной.

Для установления соответствия маркц бетона по морозостойкости требуемой средней прочности на сжатие основных образцов, подвергающихся 4 и 8 циклам замораживания и оттаивания, сравнивались со средней прочностью на сжатие контрольных образцов,

- 16 -

а также опрепепяли потерю массы.

Как показывает анализ, минимальное значение коэффициенте морозостойкости при 8 циклах замораживания и оттаивания (ЕЗОО) составляет 0,8 для образцов серии К, т.е. не обработанных низковязким полимерраствором, а значение больше 1 соответствует тем случаям, когда образцы были подвергнуты обработке ИЛ1-восстановлению, или полностью изготовлены из низковязких поли-меррасгворов, песка и шебня.

Полученные данные достаточно хорошо согласуются с результатами других авторов, исследовавших морозостойкость полимер-бетонов.

Таким образом, по критерию морозостойкости предлагаемый состав может быть рекомендован для ремонта конструкций, работающих в условиях переменных температур.

В третьей главе представлены результаты натурных испытаний панелей перекрытий с трещинами, восстановленными полимер-раствором на основе ММА, описана их конструкция, систематизированы варианты трещин по их местоположению, изложена методика испытаний плит, - сделано заключение, а также дриведены результаты испытаний автодорожной балки с трещинами, восстановленными полимерраствором, изложены особенности инъецирования трещин в ней, дана схема испытаний, представлены результаты ультразвуковых испытаний качества заполнения трещин, сделаны вывода по результатам натурных испытаний.

Панепи перекрытий типа 5П4-16 и 5П1-1 изготавливаются Кунцевский комбинатом железобетонных изделий N9. Конструкции и одалубочные чертежи были разработаны МНИИТЭП Геометрические размеры панели перекрытия 5П4-1Б равны 140x2980x4780 см. Рабочая арматура, расположенная в растянутой нижней зоне панели, обеспечивает ее несущую способность и предотвращает чрезмерное раскрытие грешин дри складировании, транедортировке, монтаже, экедлуатации. В верхней сжатой зоне установлены два П-образных каркаса КГ-1 в зоне стродовочных панелей. Два 'каркаса К-7, стоящих вдоль продольных ребер, обеспечивают жесткость арматурной сетки при транспортировке на заводе, но плошади сечения арматуры, работающей в сжатой зоне панели ври подъемно-транспортных одерациях, на наш взгляд, недостаточно.

В результате подъемно-транспортных операций на технологических стадиях изготовления плит, а также при транспортировке

элементов перекрытия на стройку, изделия часто попадают в си-су ации, когда в верхней зоне плиты возникают растягивающие усилия, как статического характера, так и динамического.

При выборе панелей для залечивания главным образом учиты-îanocb направление и месторасположение трещин. Большинство па-»елей имели сквозные трещины с максимальным раскрытием в верх-|ей зоне. Б связи с этим технология заполнения трещин полимер-iofl композицией сводилась к заливке состава в нее самотеком.

Испытания натурных панелей перекрытий с трещинами, зале-»енными низковязким полимеррастэором на основе ММА, проводили ï лаборатории испытаний строительных материалов и конструкций ?ТБ "Мосоргстройматериалы" при непосредственном участии авто-за.

Методика, схемы испытаний и величины контрольных нагрузок гоответствовали требованиям проекта, представленным в альбоме >абочих чертежей 5РС 53/03 и SPC 53/01 "Панели перекрытий гплошные толщиной 14 см" МНИИТЭП.

Заключение по несушей способности плит перекрытий с трешками, залеченными композицией на основе ММА:

1. По результатам испытаний панели перекрытий 5П4-16 Н2 и .111 — 1 В4 и S5 с трещинами, залеченными низковяэхим полимер-1аствором по прочности, жесткости и трешиностойкости удовлет-юряют требованиям проекта и ГОСТ 8829-85.

2. По результатам испытания панель перекрытия 5П1-1 N3 с' •ехнологической трещиной по прочности, жесткости и треши-юстойкости удовлетворяет требованиям проекта и ГОСТ 8829-85.

3. По результатам испытания панель перекрытия 5П4-16 N1 с •алеченной технологической трещиной по жесткости и треши-юстойкости удовлетворяет, а по прочности не удовлет! >ряет ребованиям проекта и ГОСТ 8829-85. Разрушение панели перекры-ия произошло а зоне сосредоточенной силы Р, на большом асстоянз*и от залеченной трещины.

Одним из главных факторов, влияющих на надежную работу остовых конструкций. является отсутствие в них дефектов. з астности трешин различного происхождение и местоположения. ри изгс овлении. транспортировке и ci :адировании крупнораз-ерных элементов железобетонных конструкций "в транспортном троительстзе, в них по различным технологическим причалам чень часто возникают трепяшы. Большая стоимость элементов и

требования, ограничивающие ширину раскрытия трещин, а в некоторых случаях и запрещающие их, делают вопрос заделки до-эксплуатационных трещин одним из самых важных. В то же время методы ремонта с помощью высок овязких полимеррастворов на эпоксидных смолах трудоемки, дороги и не всегда эффективны.

В результате нарушения требований по складированию в зимнее время на одном из заводов мостовых конструкций было повреждено пять 33-метровых мостовых железобетонных балок. В них образовались трещины в сжатой зоне с шириной раскрытия 0,1-2 мм в количестве 10-27 штук на элемент.

Порядок испытаний и схема загружения балки были подготовлены главным специалистом Мосикжпроекта т. Варшавским В.В. Методика испытаний заключалась в следующем. Торцы 33-метровой балки надежно закреплялись в металлических фаркопах. Загруже-ние балки осуществляли железобетонными блоками весом 4,2 т в количестве 11 штук от середины к концам симметрично относительно продольной оси.

Для проверки качества заполнения трещин были проведены выборочные испытания с помощью ультразвукового прибора "Бе-тон-12М". Эти испытания позволили сравнить однородность бетона в сечении без трещин и в сечении с трещиной, залеченной низковязким полимерраствором . Ультразвуковые испытания (разбросом до 20%) позволяют определить качество заполнения трещины полимером. При отсутствии полимера в трещине скорость прохождения ультразвука в бетоне значительно уменьшается.

Статические испытания балочных плит перекрытий, залеченных низковязким полимерраствором, показали, что их эксплуатационная дригодность восстановлена, прочность, жесткость и тре-шиностойкость отвечают требованиям нормативных документов.

Качество заделки трещин восстановленных мостовых балок изучалось путем контрольного их нагружения на стенде, а также ультразвуковым методом. Результаты проверок оказались положительными .

Следовательно, метод заделки.годится не только для горизонтальных. но и вертикальных протяженных трещин. Применение его не требует сложного оборудования и осуществимо при сравнительно низких температурах окружающего воздуха.

В четвертой главе рассмотрен расчет прочности и трещи-ностойкости нормальных сечений железобетонных изгибаемых эле-

ментов, получивших разрушения в сжатой зоне от действия длительных и кратковременных нагрузок и восстановленных с помошью полимеррастворов и полимербетонов на основе ММА. Элементы рассматриваются как ь^зухслойные, у которых силы сцепления обеспечивают совместимость деформаций основного бетона и поли-мербетона восстановления по всей поверхности их контакта вплоть до начала разрушения материалов сжатой зоны. Бетон и полимербетон обладают разными механическими свойствами (прочность на сжатие, предельная сжимаемость, модуль упругости), армирование элементов может быть самым различным, разной может быть и степень разрушения сжатой зоны. Разрушение восстановленных элементов также может происходить по разному. Все это предусматривается соответствующими случаями расчета. Если высота сжатой зоны нормально армированной восстановленной балки окажется в предельном состоянии меньше слоя модифицированного бетона, разрушение сечения начнется с текучести растянутой арматуры, а закончится разрушением в слое полимербетона (1 случай). Разрушение по этому случаю произойдет, если исходный элемент после исчерпания несушей способности был "додавлен" нагрузкой, и слой выкрошенного бетона получился мошнее сжатой зоны исходной балки в момент потери ею прочности. Если при исчерпании прочности восстановленного элемента сжатая зона включает и полимербетон и исходный бетон, и разрушение начинается с текучести растянутой арматуры, то затем в сжатой зоне может раньше "сдать" полимербетон (2 случай) или исходный бетон (3 случай). Случай 2 будет иметь место, если предельная сжимаемость модифицированного слоя <?£с*т будет реализована раньше, чем аналогичная характеристика в основном

бетоне. Случай 3 «Зудет иметь меса-о, если раньше буйет достигнута предельная сжимаемость исходного бетона. Если прочность модифицированного бетона нг> сжатие /¡¿,будет меньше прочности исходного бетона, не исключено, что после восстановления балка (плита) может перейти в разряд переармированных. Разрушение ее начнется не с текучести растянутой арматуры, как з случаях 1,2,3, а с разрушения сжатой ¿оны. Если сжатая зона включает как слой модифицированного батона, так и исходный батон, разрушение может начаться как в слое ^полимербетсна ' ¡4 случай), так и .юл этим слоем (5 случай). Из этих случаев основным является 4-й. Что касается 5 случая, то он может

-заиметь место, если, например, исходная балка была запроектиро-ваки при проценте армирования, близком к граничному и, выведена из-под нагрузки при слабых разрушениях в сжатой зоне. Наоборот, если исходная балка (плита) вывепена из-под нагрузки после больших разрушений сжатой зоны, и восстановление произведено попимербетоном с прочностью меньшей, чем у исходного бетона ( /?( ) , то разрушение может произойти по сжатой зоне в

толще модифицированного бетона (6 случай). Недоармированные (разрушаются по растянутой зоне) изгибаемые элементы не рассматриваются.

При построении расчета прочности предполагаем справедливость гипотезы плоских сечений (более правильно гипотезу плоских сечений применять к средним деформациям разрушающегося участка). Считаем, что адгезия исходного бетона с попимербетоном обеспечивает их одинаковые деформации на поверхности контакта. Принимаем прямоугольные эпюры напряжений в бетоне и по-лимербетоне. Величина напряжений в полимербетоне определя-

ется по относительной деформации на кромке сечения (:

« Е.£л> У&п ¿£ст , бйт < Яе,п

величина напряжения в бетоне 6/ определяется до деформации на границе слоев сГ/с

6$ . £¿^1 Сь , 6( < ^ .

Коэффишюнты упругости V/ , ■ равны отношениям упругих дефор-

маций к полным при наирпжениях, равных пределам прочности:

ле . 1г Я

Гет.

где £ ¿си , С£сет - деформации бетона и полимербетона при напряжениях бе = Й1 , = • Предполагаем в- соответствии

с опытам, что предельная сжимаемость полимербетона существенно превосходит предельную сжимаемость бетона. Значения напряжений получаются заниженными ввиду занижения модулей упругоппастич-ности Е £ УЦ и Е¿т • Принятие прямоугольной эпюры на-

пряжений в полимербетоне оправдано тем, что в 4-х случаях из 6-ти наименьшее напряжение в полимербетоне не равно нулю, а оп-

ределяется до деформации на границе слова £Зс • Принятие прямоугольной эпюры в бетоне не может дать существенной ошибки, т.к. наибольшее напряжение определяется по заниженному моду то упругопластичности бетьиа. В запас прочности считаем, что несущая способность элемента исчерпана, если или в бетоне, или в полимербетоне достигается предел прочности и предельная деформация (или /?£ и = , или - Н и £%<*>»)• В целом расчет идет в запас прочности восстановленных элементов. Для 2 случая расчета уравнение равновесия проекций внутренних сил на продольную ось элемента записывается в безразмерном виде так

1)

Рис. 1. Случай 2 расчета

X

/ х . х Хп , г. к¿н . о ,

Ь А . О.

К*

у & У7 ¿й»г» Е( У7 £1ып> 6(си

' /?/ Ле £ ь*

Относительная высота сжатой зоны

61си> £ (<„

(2)

- 22 -

Несущая способность сечения

гпе

Лс.с. = Mti[j>0U -¿с»)]

do » £ft■ &Sp , (кот = <7- asfm)

Чтобы исключить случай 1, надо выполнить условие j >/■ ^,

Чтобы исключить случай 3, надо выполнить условие Л<

fit.

Г ¿/сит '¿/со

для обеспечения начала разрушения элемента в растянутой зоне, необходимо выполнить условие г .

В опытах разрушение сжатой зоны происходило неравномерно по'ширине балки: а продольной вертикальной плоскости симметрии балки высота отслоившегося бетона меньше, чем по ее боковым вертикапьнымграням. Изменение ширины бетонного сечения (рис.2) было принято по зависимости ~ И ~у* , где О и О ~ константы.

а

X. , g.JL . sm.tL

(5т) АГ S-fi*' дт-~1Г

■Мех.

С*

tfs3

лиг

4*

*)

s

к

z

и«

У

75

V.

-6-

e-

Г

—As

—э-

Рис. 2. Определение эквиваленитой толщины полимербетонного слоя.

Уравнения равновесия проекций и моментов для 2 случая расчета записываются так:

Л—. Р (/Г- рЖ -

Г , г киг* , ¡Г/» „

■ ^ ■ Н-

Здесь . , '

* 0,5¡¿"') •

Эквивалентная толщина ровного слоя полимербетона (рис. 2), отнесенная к полезной высоте сечения:

" А + ¥ЛТг Чт ' fa / -

По ( 4 ) и (5), а также по ( 1 ) »{2} и (3 ) произведены сравнительные подсчеты несушей способности элемента при следующих

/ Г Aftl Г

данных: ^ =1,333;^ »1,4; iW =0,3; =0,1; Д, =0,212;

П =0,5. Разница результатов расчета прочности оказалась в пределах 1,5%. Для слабоармированных балок (7 шт.) сроднее значение 100% оказалось равным 107,74% (наименьшее 98,43%, _Д4тесь> jfj

наибольшее 113,73%). Значение j---100% для срепнеармированных

JH/fitob.

балок (б шт.) равно 122,31% (наи»~ньшее - 99,82%. наибольшее -137.23%). Повышенные значения можно объяснить чеучетом деформационного упрочнения арматуры в пластической стадии еэ работы. Пля ситноармисованных балок ( 4 шг. > среднее значение

—--- lOOt павно 88,5s ¡наименьшее значение - балка 3-ьа

JU/mot.

65.32%, наибольшее - 109.64®). Неудовлетворительную г^рочнсс-п,

балки 3-5а можно объяснить технологическими причинами. Сэязь

значения —-- с толшинои слоя полииероетона не просматри-

jlt[пес р.

вается.

Расчет образования трешин строится на предпосылках способа

В.И.Мурашева, добавляется необходимость определения напряжени на границе слоев; уравнения равновесия получаются.разными дл случая, когда высота сжатой зоны ОС слс больше толщины слоя мо инфицированного бетона Ьт (рис. 3), и случая, когда -Хок<- Ь (рис. 4). Для первого случая (сечение элемента прямоугольное имеем

где

Et ' В*

Jfctt =V/i-Rt*

\Vt - I? f г (tac -frfift-d-) f ч

^ ^ (J-fo*) J (f-)^)

Подсчеты (jt/ »=0,015; ^¡f =8; значение изменяется от

0 до 0,6) показали, что пониженный на 30% (по сравнению с B¿ ) модуль упругости полимербетрна вызывает уменьшение трещиностой кости элемента в пределах 8%.

В пятой главе изложены результаты расчета экономического эффекта от внедрения результатов работы в промышленном, гражданском и транспортном строительстве. Ва. Кунцевском комбинате железобетонных изделий Н 9 ожидаемый экономический эффект составил 96612 -руб. в год при ремонте панелей перекрытий. На Бескудниковском заводе мостовых железобетонных конструкций после ремонта четырех автодорожных балок длиной 33 м фактический экономический эффект составил 21,6 тыс. руб.

■При ремонте 300 п.м. трещин в гидрофобном слое на Марьинском мосту фактический эффект составил 5,75 тыс. руб.

Создание участка во ремонту яоэксплуатационных дефектов на Ростокинском заводе железобетонных конструкций ДСК-1 позволило получить ожидаемый экономический эффект 21632 руб.

После ремонта трещин в плитах перекрытий домов серии D-44/17 в микрорайоне Бутово в количестве 200 п.м., ликвидации т»еяз«1 на Мироновском заводе железобетонных конструкций ВС

Рис. 3. К расчету образования трешин

Рис. 4. К расчету образования трешин

"Дснбассэнергостройпром" и при ремонте объемных дефектов на аэродромном покрытии аэропорта Домояеково получены соответствующие подтверждающие документы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Способ восстановления изгибаемых железобетонных элементов с помощью полимеррастворов и полимербетонов на основе ММА, предложенный в диссертации, не требует сложного оборудования и может применяться в построечных условиях при сравнительно низких температурах окружающего воздуха.

2. Прочность и трещиностойхость имевших разрушения в сжатой зоне восстановленных изгибаемых железобетонных элементов зависят от прочности полимерраствора и полнмербетона. Разрушение опытных восстановленных элементов от действия изгибающих моментов происходило в сжатой зоне не по поверхности контакта бетона и полимербетона, а по нижележащему спою бетона.

3. Натурными испытаниями железобетонных плит, имевших дефекты в виде сквозных трешин и залеченных низковязким полимер-раствором. показано восстановление их прочности, жесткости, трешиностойкости. эксплуатационной пригодности.

4. Способ расчета прочности восстановленных железобетонных элементов на действие изгибающих моментов учитывает основные прочностные и аеформативные свойства материалов и предусматривает 6 возможных видов разрушения нормальных сечений.

5. Способ расчета трешиностойкости восстановленных изгибаемых элементов предусматривает расположение нейтральной оси как в слое бетона. так н в слое полимербетона.

6. Сопоставление результатов расчета прочности восстановленных балок, и результатов опытов доказало их удовлетворитель-н\то сходимость.

7. Способ восстановления изгибаемых железобетонных элементов и способы расчета их прочности и трешиностойкости могут быть рекомендованы к внедрению в' проектную и строительную практику.

Основные положения диссертации работах:

1. Ю.В.Максимов, К.Г.Залысина,

опубликованы в следующих С.М.Куркин, А.Б.Ездаков.

Заделка трешин в железобетонных плитах низковязкими полимеризу-оюими композициями. - В кн.: Совершенствование метопов расчета строительных конструкций. Сб. научн. тр. МАДИ. - М.. 1987, г.94-97.

2. Ю.П.Бакатин, А.Б.Ездаков, И.П.Голубев. Экспериментальная оценка ультразвукового метода интенсификации пропитки бетона полимерами. - В кн.г Совершенствование методов расчета строительных конструкций. Сб. научн. тр. МАДИ. - И., 1987,

113-117.

3. Г.И.Попов, А.Б.Ездаков. Прочность и деформативность ба-10К с трещинами в сжатой зоне, восстановленных полимерраство-эом. - В кн.: Совершенствование строительных конструкций и методов их расчетов. Сб. научн. тр. МАДИ. - М., 1988, с.34-90.

4. А.Б.Ездаков, Ю.В.Максимов, В.В.Варшавский. Иньецирова--ме трешик железобетонных балок автодорожных мостов. - В кн.: Совершенствование строительных конструкций и методов их расчетов. Сб. научн. тр. МАЛИ. - М., 1988, с.102-107.

5. А.Б.Ездаков, Л.М.Кислер. Особенности деформирования же-чезобетонных изгибаемых элементов, сжатая зона которых восста-<овлена полимерной композицией на основе ММА. - Тезисы Всесоюзен конференции "Применение эффективных П-бетонов в машиностроении и строительстве". - Вильнюс, 1989, с. 163-164.

6. А.Б.Ездаков, С.В.Картошина. Влияние отрицательных тем-iepaTyp на прочностные характеристики бетона, восстановленного ^т^овязкими полимеррастворами. - Тезисы VII Всесоюзной конференции "Экспериментальные исследования инженерных сооружений". - Сумы, 1991, с. 226-228.

7. А.Б.Ездаков, Ю.В.Максимов. Восстановление низковязким юлимерраствором на основе ММА железобетонных изгибаемых эле-?ентов, разрушенных статической нагрузкой. - d кн.: Совер-юнствование строительных конструкций и развитие методов их расчетов. Сб. научн. тр. МАДИ. - М., 1991, C.34-9C.

8. К).В.Максимов, А.Б.Ездаков, С.В.Картошина. Исследование юрозостойкости бетона, восстановленнного низковязкой лолимес-юй композицией. - В кн.: Совершенствование строительных :онструкций и развитие методов их расчетов. Сб. маучн. тр. МА-ГО. - М., 1991, с.84-90.