Разработка и применение новых технологий и модифицированных материалов

   Разработка и применение новых технологий и модифицированных материалов с учетом условий эксплуатации конструкций и сооружений позволяет существенно увеличить их долговечность [1].
  В современных условиях актуальные вопросы ремонта причальных сооружений связаны с обеспечением экологической безопасности и повышением долговечности. Причем повышение долговечности конструкций причальных сооружений при их ремонте можно обеспечить путем усиления и нанесения защитных покрытий , а также изменением условий эксплуатации конструкций [2, 3, 8].
  В научно-производственной фирме , входящей в Корпорацию GT, разработаны новые технологии производства ремонтных работ, включающие способы герметизации температурных швов кордонных железобетонных элементов и замковых соединений шпунтового больверка нефтепирсов морских и речных портов, способ по усилению поврежденных кордонных плит причалов и стен из каменной кладки, cпособ нанесения защитного покрытия на гидротехнические конструкции в зоне переменного горизонта воды, а также способ защиты и повышения долговечности полых железобетонных свай гидротехнических сооружений путем изменения условий эксплуатации конструкций [4-8].
  Обследованием внутреннего пространства нефтепирсов установлено наличие нефти, нефтепродуктов и газов, накапливающихся в грунте обратной засыпки. Установлено, что глубина проникновения тяжелых нефтепродуктов в грунт обратной засыпки не превышает 2,0 м ниже нижнего горизонта воды. При падении горизонта воды, ударном воздействии волн, гидродинамических воздействиях от работы причаливающих судов, происходят протечки накапливающихся нефтепродуктов из грунта обратной засыпки нефтепирса в акваторию.
  Для предотвращения проникновения нефтепродуктов в акваторию порта были разработаны два способа: герметизация деформационных швов кордонных железобетонных элементов причала и герметизация замковых соединений шпунтового больверка [4, 5].
   Сущность разработанного способа герметизации деформационных швов кордонных железобетонных элементов причала заключается в том, что установка резинового уплотнителя, прижимаемого с наружной стороны шва металлической пластиной, закрепленной на поверхностях примыкающих элементов, осуществляется с выпуском, образуя эластичную камеру внутри полости шва, которая затем снизу вверх заполняется пенополиуретановым составом [4] (рис. 1).
  Заполнение деформационных швов через специальные трубки снизу вверх исключает образование пробок и обеспечивает равномерное заполнение полости пенополиуретановым составом.
  Пенополиуретановый состав, увеличиваясь в объеме, плотно прижимает стенки резинового уплотнителя к внутренним поверхностям примыкающих железобетонных элементов. Высокая упругость резины и пенополиуретана при нагрузках, вызванных температурными деформациями железобетонных элементов кордона, а также способность воспринимать знакопеременные нагрузки без образования трещин, обеспечивает повышенную долговечность герметизации.
  Указанный способ был опробован на нефтепирсе морского порта. Согласно предлагаемому решению, с наружной стороны внутрь деформационного шва вставляли резиновую ленту, которая на болтах закреплялась на торцевой стороне пластинкой из нержавеющей стали к бетонной вертикальной поверхности. Затем в образованную замкнутую эластичную камеру со стенками из резиновой ленты подавался однокомпонентный пенополиуретановый состав типа Beveseal.
   Подача раствора осуществлялась инъекционным оборудованием, используемым для подачи эпоксидных составов. Работа была окончена после полного заполнения раствором эластичной камеры до верхнего уровня.
  Наружным осмотром установлено, что пенополиуретановый состав заполнил всю эластичную камеру по всей высоте, о чем свидетельствовало выпирание раствора через щели примыкания к бетонной стенке металлической пластины по всей высоте шва.
  Фиксация появления пенополиуретанового состава в щелях позволяет контролировать качество предложенного решения. В результате обследования 3 деформационных швов, загерметизированных предлагаемым способом, установлено, что после 3 лет эксплуатации протечек нефтепродуктов не происходило.
  Сущность разработанного способа герметизации замковых соединений шпунтового больверка заключается в том, что после заполнения зазора между замковым соединением и боковиной соседней шпунтины уплотнителем с наружной стороны, на поверхность замка и боковину соседней шпунтины приклеивается и фиксируется монтажными дюбелями металлический уголок, а герметизацию осуществляют на высоту от железобетонного оголовка до отметки не более 2 м ниже нижнего горизонта воды [5] (рис. 2).
  Установленный уголок, благодаря приклеиванию и дополнительной фиксации способствует уменьшению трещинообразования в уплотнителе. Образование водонепроницаемой прочной пленки клея между уголком и поверхностями замка и боковины соседней шпунтины также способствует повышению долговечности герметизации. Герметизация замкового соединения не на всю высоту шпунта, а только до отметки не более 2 м ниже нижнего горизонта воды, существенно уменьшает трудоемкость работ.
  В процессе эксплуатации шпунтового больверка нефтепирса морского порта без вывода его из режима нормальной эксплуатации, были загерметизированы все замковые соединения на участке около 600 погонных метров.
  Зазор между каждым замковым соединением и боковиной соседней шпунтины, от железобетонного оголовка и до отметки 2 м ниже нижнего горизонта воды заполняли тампонажным быстротвердеющим цементным раствором, а затем покрывали гидроизоляционным цементно-полимерным раствором толщиной 2 мм. Затем к поверхности замкового соединения и боковины соседней шпунтины на конструктивном полимеррастворе толщиной 1-3 мм закрепляли стальной уголок и производили его дополнительную фиксацию монтажными дюбелями.
  В результате обследования 200 замковых соединений, загерметизированных предлагаемым способом, установлено, что после 5 лет эксплуатации протечки нефтепродуктов отсутствовали.
  Для усиления конструкций, поврежденных трещинами, был разработан способ, предусматривающий сверление в теле конструкции наклонных каналов, пересекающих под острым углом плоскость трещины и ось симметрии поперечного сечения, проходящей через плоскость трещины с чередованием относительно плоскости трещины с одной и другой стороны с последующим заполнением каналов клеящим составом и установкой в них металлических стержней (арматуры) [6].
  Выполнение работ по предлагаемому способу позволяет производить восстановление и повышение несущей способности поврежденной конструкции за счет включения в работу не поверхностных, а глубинных, не поврежденных трещиной участков конструкции. Установка арматуры внутри замкнутого цилиндрического канала, при заполнении его конструкционным полимерраствором, обеспечивает совместную работу конструкции и элемента усиления как в плоскости, так и из плоскости конструкции. Это происходит за счет высокой прочности такого соединения, благодаря сцеплению полимерраствора с поверхностью арматурного стержня и внутренней поверхностью канала, силами трения, возникающими на контакте полимерраствора с этими поверхностями, а также прочности на срез полимерраствора. В результате повышается эффективность усиления поврежденных конструкций, воспринимающих растягивающие усилия как при статических, так при динамических нагрузках, вызванных навалами судов.
  Применение указанного способа было произведено для усиления кордонных плит причалов, имеющих трещины с шириной раскрытия до 1,0 мм (рис.3).
  Повышение долговечности более 500 свай, свай-оболочек причалов в нескольких морских портах Балтийского и Черного морей осуществлялось с использованием 2 способов: путем усиления с нанесением защитного покрытия и изменением условий эксплуатации конструкций [7, 8].
  В зависимости от характера повреждений свай-оболочек производили усиление и нанесение защитного покрытия в зоне переменного горизонта воды [7].
  Для изменений условий эксплуатации был использован способ защиты полых свай-оболочек [8], согласно которому ниже нижнего горизонта воды в стенках свай-оболочек просверливались специальные отверстия, через которые дождевая и талая воды вытекали наружу.
  Применение указанного метода способствовало уменьшению распорных усилий, возникающих при замерзании воды и влажного грунта внутри свай-оболочек в зимний период эксплуатации. Возникновение распорных усилий в сваях-оболочках было подтверждено водолазными обследованиями ширины и характером раскрытия вертикальных трещин поврежденных свай в зоне переменного горизонта воды в летний и зимний период. Сравнительными инструментальными замерами ширины раскрытия вертикальных трещин поврежденных свай в зоне переменного горизонта воды установлено их расширение зимой с 0,6 до 10 мм, причем все вертикальные трещины раскрывались наружу. Многочисленными вскрытиями защитного слоя бетона поврежденных участков свай-оболочек в зоне переменного горизонта воды, производимыми при выполнении ремонтных работ, как и подводной съёмкой участков свай-оболочек с разрушенным защитным слоем бетона, зафиксированы разрывы горизонтальной арматуры диаметром 5 мм, что также свидетельствует о возникновении распорных усилий. В связи с вышеизложенным необходимо отметить, что при проектировании конструкций свай-оболочек диаметром 1200, 1600 мм данные распорные усилия не учитывались, как и не учитывалась более интенсивная коррозия горизонтальной арматуры малого диаметра, при недостаточном значении водонепроницаемости бетона свай.
  Обследованием технического состояния отремонтированных с использованием вышеуказанных способов 500 свай-оболочек, произведенным после 7 лет эксплуатации, установлено, что разрушений покрытий и образования трещин на поверхности свай как в надводной зоне, так и в зоне переменного горизонта воды, не происходило.
  Следовательно, применение разработанных способов позволяет улучшить экологическую безопасность акватории нефтепирсов, повысить долговечность конструкций путем их усиления, нанесения защитных покрытий и использования нетрадиционных методов, позволяющих изменить условия эксплуатации конструкций.

В.А. БУРОВЕНКО, канд. техн. наук;
И.О. АЛЕКСЕЕВ, доктор техн. наук, с.н.с.;
Н.Н. ГОНЧАРОВ, доктор техн. наук Молдовы, с.н.с.
Научно-производственная фирма , Молдова;
Корпорация GT, Россия

По материалам журнала "Строительные материалы. Где их можно приобрести".