76 научно-методическая и научно-исследовательская конференция Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) Секция ОНИЛ "ЦЕМЕНТ" "Цементные бетоны")
Рыбалко В.П., д.т.н., Писаренко Е.И., к.х.н., Корчмарек А.С., Дьяченко П.Б., к.т.н.
5 февраля 2018
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
В настоящее время важное значение приобретает возможность выполнения ремонтно-восстановительных работ дорожных и аэродромных покрытий круглогодично, в различных природно-климатических зонах, в ограниченные временные интервалы.
На российском рынке представлен широкий спектр ремонтных композитов. Только Федеральным агентством воздушного транспорта (Росавиация) сертифицированы и рекомендованы к применению на гражданских аэродромах более 15 составов
[1]. Это ремонтные материалы на неорганической основе из сухих ремонтных смесей типа «Startbahn», «MasterEmaco», «ЦМИД», «ДАС-500», «РМ-26», «АРБ-10» и др., двухкомпонентный холодный ремонтный материал на органической основе типа «ХРМ‑2» и пр.
Однако из вышеперечисленных материалов при отрицательных температурах воздуха рекомендуются к использованию только четыре [1]
- Mapegrout SV-R Fiber – до минус 5°C (прочность на сжатие при отверждении при минус 5°C в возрасте 1 сут. – 27 МПа, в возрасте 28 сут. – 65 МПа);
- MasterEmaco марок T 1101 Tix и T 1400 FR – до минус 10°C, при этом необходимы прогрев ремонтируемой поверхности до положительных температур и затворение горячей водой с температурой +60°C (при соблюдении этих условий прочность на сжатие при отверждении при минус 10°C в возрасте 1 сут. составляет 30 и 35 МПа, соответственно, в возрасте 28 сут. – 40 и 55 МПа, соответственно);
-ХРМ-2 – до минус 37°C, однако прочность на сжатие этого материала даже в возрасте 10 суток (согласно ГОСТ Р 56378 [2] для составов на полимерных вяжущих прочность на сжатие определяют в возрасте 7 сут.) составляет 36,2 МПа (через 1 час – 30,5 МПа (отверждение при минус 37°C), 25,6 МПа (при +20°C)), в то время как, согласно требованиям [3] класс прочности на сжатие материалов, предназначенных для ремонта аэродромных покрытий, должен быть не ниже В30 (~40 МПа).
Следует также отметить, что даже при оптимальных условиях твердения (отверждения) для большинства вышеуказанных композитов прочность получаемого материала на сжатие, равная 30-40 МПа, достигается только в возрасте 1 суток и более, что не позволяет обеспечить ввод в эксплуатацию объектов в сжатые (2–3 часа) сроки (согласно СП 70.13330 [4], СНиП 3.06.06-88 и др. нагружение бетона разрешают, если его прочность составляет не менее 70% от проектной прочности).
В Инновационном центре «Полимер» [2]РХТУ им. Д.И. Менделеева разработана серия ремонтных материалов марки ГЭКОС на основе акриловых связующих для антикоррозионной защиты и ремонта бетонных и железобетонных сооружений и конструкций, цементо- и асфальтобетонных покрытий, для упрочнения и повышения стойкости их поверхностных слоёв.
Бетон химически стойкий марки ГЭКОС-М0 (по ГОСТ 25246 [5]) – инновационный высокопрочный быстротвердеющий материал для капитального и текущего (планового и оперативного) ремонта дорожных и аэродромных покрытий, не имеющий ограничений по температурам применения от минус 40 до плюс 50°С.
Бетон химически стойкий марки ГЭКОС-М0 обладает:
- коротким сроком набора прочности в широком диапазоне температур окружающего воздуха (время отверждения 20-60 мин):
через 1 ч после укладки прочность бетона на сжатие составляет не менее 35 МПа;
через 1,5 ч – не менее 45 МПа;
через 1 сут. – не менее 55 МПа.
- высокими прочностными и адгезионными свойствами (через 2 суток прочность на сжатие, не менее - 60 МПа, прочность на растяжение при изгибе - не менее 12 МПа, прочность сцепления с ремонтируемым основанием - не менее 3,5 МПа);
- долговечностью (марка по морозостойкости, не менее, F2300; высокая стойкость к истиранию и ударным нагрузкам);
- высокой химической стойкостью, в том числе к антигололёдным реагентам, противообледенительным жидкостям, ГСМ и другим агрессивным жидкостям (по классификации ГОСТ 25246 бетон ГЭКОС-М0 относится к категории высокостойких).
Материал ГЭКОС-М0 практически не снижает коэффициент сцепления покрытия с колесом транспортного средства, не теряет свои свойства со временем под действием климатических факторов и агрессивных сред (ультрафиолета, замораживания оттаивания, действия щелочей, кислот, нефтепродуктов и пр.).
Одной из отличительных особенностей бетона марки ГЭКОС-М0 является сохранение высокой скорости набора прочности (скорости отверждения) в широком температурном интервале. По этому показателю (особенно при отрицательных и низких положительных температурах) материал ГЭКОС-М0 выгодно отличается от применяемых на практике традиционных ремонтных материалов.
Данное свойство (сохраняющееся даже при особо низких температурах) с химической точки зрения объясняется невысокой (близкой к нулю) энергией активации процесса радикальной полимеризации акрилового связующего в присутствии бинарных окислительно-восстановительных инициирующих систем [6]. При этом низкая вязкость акрилового связующего делает возможным использование технологического оборудования, предназначаемого для приготовления бетонов на цементном вяжущем.
Описание технологии. Бетон марки ГЭКОС-М0 поставляется в виде двухкомпонентной системы (сухая смесь и связующее). Он может быть:
- мелкозернистым – для ремонта сколов на кромках плит, мелких выбоин в цементо и асфальто бетонных покрытиях, вставок (сколов), раковин, шелушения поверхности цементобетонных плит покрытия разной глубины (до 30 мм) и пр. Средний расход на 1 м2 составляет 19-20 кг при толщине слоя 1 см; плотность отвержденного материала (затвердевшего бетона) ~2000 кг/м3;
- тяжелым – для ремонта глубоких сколов или выбоин в
покрытиях (более 30 мм), в том числе, на всю толщину плиты цементобетонного покрытия или слоя асфальтобетонного и т.п. Средний расход на 1 м2
составляет 22-23 кг при толщине слоя 1 см; плотность отвержденного материала (затвердевшего бетона) ~2200 кг/м3.
При перемешивании компонентов бетона ГЭКОС-М0 – сухой смеси и связующего − образуется подвижная бетонная смесь, готовая к применению по традиционной бетонной технологии: по технологии ямочного ремонта (глубина разрушения от 30 мм и более) или методом шпаклевания (на глубину от 2 до 30 мм). Сохраняемость подвижности бетонной смеси – не менее 20 минут после смешения компонентов.
Для повышения прочности и плотности поверхностного слоя покрытия, предотвращения морозного шелушения цементобетона, консервации и заполнения мелких трещин, повышения стойкости к антигололедным реагентам и противообледенительным жидкостям производится нанесение связующего бетона марки ГЭКОС-М0 со средним расходом 0,3 кг/м2.
Более чем десятилетний положительный опыт применения указанной операции службами различных аэропортов доказал, что такая превентивная обработка не только предотвращает развитие процессов разрушения аэродромных покрытий, но и является экономически более выгодной по сравнению с ремонтно-восстановительными работами на более поздних стадиях разрушения плит.
Можно, суммируя, отметить следующие основные преимущества проведения ремонтных работ с использованием бетона марки ГЭКОС-М0:
1. Возможность выполнения работ круглогодично, в том числе при низких отрицательных температурах воздуха, при выпадении осадков во время проведения работ и др.
2. Универсальность: возможность укладки материала слоем любой толщины при ремонте цементобетонных или асфальтобетонных покрытий.
3. Возможность выполнения работ в сжатые сроки («технологические окна»), до 2 часов, за счет:
а) короткого срока твердения и высокой скорости набора прочности бетона ГЭКОС‑М0;
б) простоты и «дуракоустойчивости» (низкой чувствительности к изменению параметров) технологии – при выполнении работ с использованием материала ГЭКОС‑М0 не требуются:
- специальная подготовка ремонтируемой подложки для повышения адгезии (установка анкеров, нанесение праймера и др.);
- уход за ремонтным материалом;
- вторичная защита отремонтированных участков;
- привлечение специализированных подрядных организаций (использование простейшего набора строительных инструментов).
4. «Удобство» условий поставки и хранения: фасовка по требованию Заказчика; длительные (2-3 года) сроки хранения, не боится замораживания, не требует теплого складского помещения.
Объекты применения и виды работ.
Бетон химически стойкий марки ГЭКОС-М0 был разработан по Техническому заданию ФГУП «Союздорпроект», Корпорации «Трансстрой» и при финансировании Правительством Москвы в 1998 г. Лабораторные испытания прошел в ФГУП «СоюздорНИИ», НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, ВНИИжелезобетон и ЦНИИПромзданий. С успехом апробирован при ремонте различных железобетонных конструкций, в том числе, деформационных швов мостов и путепроводов.
Здесь, в качестве примера можно привести использование бетона ГЭКОС-М0 для восстановления несущей способности конструкций: в 1999 г. при строительстве в зимний период Торгового центра «Гвоздь» (расположен в районе Покровское-Стрешнево на пересечении МКАД и Волоколамского шоссе) после снятия опалубки были обнаружены большие пустоты и раковины в несущих конструкциях. Встал вопрос: или снести часть конструкции здания и построить заново, или использовать ремонтный материал, способный в зимних условиях (минус 10-15°С) отверждаться в короткие сроки и иметь при этом прочность не менее 40 МПа.
Установив опалубку в местах дефектов и заполняя пустоты материалом ГЭКОС-М0, подрядная организация в течении 2 суток, при температуре окружающего воздуха минус 12°С, смогла восстановить несущую способность конструкций. Таким образом была решена сложная техническая задача.
После испытаний в ФГУП 26 ЦНИИ МО РФ и ФГУП ГПИ и НИИ ГА «Аэропроект» и сертификации Федеральным агентством воздушного транспорта (Росавиация) с 2004 года широко применяется при ремонте искусственных покрытий аэродромов
(искусственные взлетно-посадочные полосы, рулёжные дорожки, перроны, места стоянок).
Ремонтно-восстановительные работы с использованием бетона химически стойкого марки ГЭКОС-М0 проведены в аэропортах Московского авиационного узла («Внуково», «Домодедово», «Шереметьево», «Жуковский», «Остафьево»), международном аэропорте (МА) «Нижний Новгород» (Стригино), МА «Ярославль» (Туношна), МА «Уфа», МА «Казань», МА «Минеральные Воды», МА «Сургут», аэродроме «Мячково», аэродромах Министерства обороны РФ, Казанском авиационном заводе им. С.П. Горбунова, Лётно-исследовательском институте им. М.М. Громова, Российской самолетостроительной корпорации «МиГ».
Срок службы – не менее 10 лет. Подтверждено актами обследования (мониторинга) элементов летного поля аэродромными службами и отзывами. Отремонтированные участки покрытий МА «Нижний Новгород» (Стригино), МА «Домодедово» успешно эксплуатируются более 13 лет.
Одним из направлений
применения бетона химически стойкого марки ГЭКОС‑М0 является устранение дефектов деформационных швов в железобетонных конструкциях (на мостах, путепроводах и пр.), возникших при строительстве и эксплуатации.
В 2017 году совместно с АО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (АО «ЦНИИС») и одним из Заказчиков был разработан Технологический регламент по ремонту железобетонных конструкций деформационных швов. В соответствии с этим регламентом в декабре 2017 г. при температуре воздуха до минус 6°C на ряде мостов с использованием материала ГЭКОС-М0 были успешно выполнены работы по устранению дефектов в виде пустот и неплотного прилегания металлической полки деформационного шва к бетону методами инъектирования (с применением мелкозернистого состава) и заливки.
Применение бетона химически стойкого марки ГЭКОС-М0 позволяет значительно повысить эффективность и качество ремонтных работ дорожных и аэродромных покрытий за счет:
- существенного, более, чем в 10 раз, сокращения сроков проведения работ (короткое время твердения материала (20-60 мин), исключение ряда технологических операций (нанесение праймера, установка анкеров, уход, вторичная защита и пр.), и соответственного уменьшения трудо-, энерго- и стоимостных затрат;
- высоких физико-механических показателей и долговечности применяемых материалов (более 13 лет), обеспечивающих увеличение межремонтного периода (повышения эксплуатационного ресурса), что исключает затраты на повторные ремонтные работы;
- обеспечения бесперебойной работы объектов транспортной инфраструктуры, благодаря возможности проведения ремонта цементо- и асфальтобетонных покрытий круглогодично, во всех природно-климатических зонах России.
Бетон химически стойкий марки ГЭКОС-М0 – отечественная разработка, что позволяет оперативно и индивидуально решать поставленные задачи и направленно регулировать технологические и физико-механические свойства материала с учётом конкретных условий ремонта или строительства.
Литература
1. Перечень материалов, предназначенных для эксплуатационного содержания и текущего ремонта аэродромов по состоянию на 09.10.2017 г. [Электронный ресурс]. URL: http://favt.ru/dejatelnost-ajeroporty-i-ajerodromy-materially-soderjaniya/
(дата обращения 09.01.2018 г.).
2. ГОСТ Р 56378-2015 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к ремонтным смесям и адгезионным соединениям контактной зоны при восстановлении конструкций: стандарт. – М.: Стандартинформ, 2015. – 85 с.
3. СП 121.13330.2012. Аэродромы. Актуализированная версия. СНиП32-03-96. Утвержден и введен в действие с 01.01.2013 г. приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 30.06.2012 г. №277.
4. СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87. Утвержден и введен в действие с 01.07.2013 г. приказом Федерального агентства по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству (Госстрой) от 25.12.2012 г. N 109/ГС.
5. ГОСТ 25246-82 Бетоны химически стойкие. Технические условия: стандарт. −
М.: Изд-во стандартов, 1982. − 10 с.
6. Рыбалко, В.П. Высокопрочный быстротвердеющий полимерный композиционный материал / В.П. Рыбалко и др. // Журнал прикладной химии. − 2014. − Т. 87, вып. 9. − С. 1362-1367.
[1]Данные по прочности ремонтных материалов получены из открытых источников (опубликованных рекомендаций и пр.).
[2] Инновационный центр «Полимер» создан для внедрения разработок кафедры химической технологии пластических масс РХТУ им. Д.И. Менделеева, позднее на его базе в целях практического применения результатов интеллектуальной деятельности было организовано инновационное предприятие РХТУ им. Д.И. Менделеева – ООО «Центр «Полимер» - РХТУ».
