Современные технологии реконструкции гидротехнических сооружений

Кропивницкий В.В.,
Генеральный директор
ООО "Ватерпрувинг Тэкнолоджис"

Не секрет, что в настоящее время значительная часть гидротехнических сооружений находится в ограниченно работоспособном состоянии, а некоторые сооружения полностью исчерпали весь свой эксплуатационный ресурс и достигли своих предельных состояний. В сложившейся ситуации остро стоит  вопрос о продлении эксплуатационно-технического ресурса сооружений, их модернизации в соответствии с меняющимися технико-экономическими требованиями. Конечно, одним из лучших решений такой задачи является строительство новых сооружений. Однако это сопряжено с большими капитальными затратами которые чаще всего невозможно осуществить, из-за особенностей реальной экономической ситуации. Потому новые технологии ремонта и реконструкции гидротехнических сооружений в настоящее время выходят на первый план. Особое внимание обращают на себя технологии позволяющие проводить реконструкцию сооружений не выводя, или частично выводя их из эксплуатации. При этом собственники или эксплуатирующие организации сталкиваются с трудностями объективной оценки и подбора тех или иных методов и технологий при планировании реконструкции конкретных объектов. Ведь недостаточно применить дорогостоящие материалы и оборудование, главное сделать это обоснованно и профессионально!

В данной статье речь пойдет об основных методах и технологиях для решения задач реконструкции зданий и сооружений, которые применяются в настоящее время, как у нас, так и за рубежом. Статья является обзорной и не является инструкцией к действию.

Первое, с чего должен начинаться проект реконструкции - со сбора и анализа максимально объективной информации об объекте: условиях его эксплуатации, воздействующих факторах, текущем эксплуатационно-техническом состоянии и т.п. Указанную информацию в основном можно получить из проектной, строительной и эксплуатационной документации по объекту, материалов изыскательских работ, инженерного обследования, проведенных незадолго до планируемой реконструкции. Особенно важно уделить внимание инженерно-техническому обследованию объекта. Такое обследование должно быть более скрупулезным и глубоким. Результатом такого обследования должно являться не только эксплуатационно-техническое состояние объекта в целом и отдельных его элементов в частности, но и анализ причин вызывающих те или иные деструктивные процессы, четкие рекомендации по предотвращению влияния таких причин и конкретные рекомендации для проектной организации по, возможно применимым при планируемой реконструкции, технологиям и материалам.

Далее, в рамках объема данной статьи, рассмотрим некоторые технические решения, методы и технологии, применяемые в настоящее время при реконструкции гидротехнических сооружений.

 

 Бетонные работы

Часто при реконструкции сооружений существует необходимость проведения бетонных работ.  При этом, есть два пути получения бетона: первый – это заказ с ближайшего бетонного узла, в соответствии с определенными проектом, техническими требованиями к бетону; второй – изготовление или модификация бетона в построечных условиях. В первом случае, несмотря на кажущееся соблюдение технических требований производителем бетона, существует вероятность получения бетона с некачественным заполнителем, нарушенным В/Ц отношением (особенно в жаркую погоду), несбалансированностью модифицирующих добавок и их невысоким качеством. Все эти факторы могут быть причиной появления дефектов бетонных конструкций в период эксплуатации. При производстве бетона в построечных условиях можно значительно эффективнее наладить контроль качества и намного улучшить те или иные технические показатели.

Например, для конструкций I категории ответственности при числе циклов попеременного замораживания и оттаивания – 100-150 в год, следует использовать бетон по морозостойкости не ниже F300, для суровых условий эксплуатации (СНиП 2.06.08-87). Марку по водонепроницаемости следует брать в зависимости от градиента напора. Для температуры водной среды свыше плюс 10 ^оС до плюс 30 ^оС и при градиенте напора свыше 10 до 20, марка бетона по водонепроницаемости должна быть не ниже W8 (СНиП 2.06.08-87). Указанные требования далеко не самые критические, но даже для соблюдения этих требований требуется изготовить специальный бетон. Такие требования достаточно легко выполнить, изготавливая бетон по собственной рецептуре непосредственно на объекте. Однако для этого следует точно знать особенности применения тех или иных добавок и технологию производства бетона в целом.

Например, известно, что для увеличения морозостойкости и водонепроницаемости рекомендуется использовать воздухововлекающие добавки, однако не всегда учитывается, что такие добавки влияют на уменьшение прочностных характеристик, а в случае  превышения дозировки, происходит формирование нерегулярной структуры частично открытых пор, в результате чего резко увеличивается водопроницаемость бетона. Поэтому для рассматриваемого случая необходимо применить комплексную добавку, в состав которой, помимо воздухововлекающего компонента, будет входить уплотняющий, пластифицирующий и суперпластифицирующий. Также можно внести неактивные добавки типа микрокремнезема, армирующих полимерных волокон. Применяя армирующие волокна, опять же, следует учитывать, что для гидротехнических сооружений не следует применять волокна на основе целлюлозы по причине их биоразлогаемости. При использовании некоторых гидроизолирующих и гидрофобизирующих добавок (при их передозировке) могут проявиться процессы миграции растворимых солей к испаряющим поверхностям, в результате образуются высолы. Иногда процессы образования высолов настолько интенсивны, что приводят к отрыву, практически, любых защитных покрытий с поверхности бетона. Приведенные примеры показывают, насколько важно знать об особенностях свойств тех или иных материалов, особенно новых зарубежных, которые относительно недавно появились на отечественном рынке.

Технические решения по устройству технологических швов и стыков

 В большинстве случаев дефекты гидротехнических сооружений локализуются в зоне швов и стыков. Поэтому как при новом строительстве, так и при ремонтных работах технологическим швам необходимо уделять особое внимание. В настоящее время существует много технических решений ремонта и устройства различных швов. Отдельно хотелось бы рассмотреть гидроизоляцию «холодных» швов. При организации собственных работ мы чаще всего применяем гидрофильный резиновый профиль (не надо путать с бентонитовыми шнурами и матами). При его закладке в проекцию будущего холодного шва, после бетонирования он частично увеличивается в объеме и стабилизируется, тем самым уплотняя зону шва. В случае нарушения гидроизоляции в зоне шва и проникновения водной среды профиль продолжает «впитывать» воду при этом еще больше уплотняя межшовное пространство. В результате разбухший профиль полностью повторяет рельеф соседних поверхностей шва и изолирует данную зону.

Другой интересной технологией устройства швов являются «ижекто-системы». Суть таких систем сводится к предварительной закладке инжекто-шнура в зону бетонирования, после бетонирования, через специально выведенные штуцера производится прокачка шва под давлением заранее определенной инъекционной композицией (см. ниже).

Для поверхностной обработки швов существует целый ряд специальных эластичных материалов, в том числе и на цементной основе.

В любом случае, при планировании ремонта или устройства шва необходимо завершенное комплексное решение.

Защита сооружений от воздействия грунтовых вод

 Часто, при разработке проекта реконструкции заглубленных емкостных сооружений детально рассматривается внутренняя гидроизоляция, а внешняя гидроизоляция считается не столь важной и планируется, например, из недорогого битума, который давно не отвечает требованиям по качеству к современным изолирующим материалам. А ведь на заглубленное сооружение помимо технологической среды изнутри, снаружи действуют грунтовые воды, явления пучения грунта, внешних статических нагрузок и т.п. И порой, снаружи сооружение подвергается не меньшему воздействию различных факторов, чем изнутри. Указанные факторы можно свести к минимуму, просто организовав по периметру сооружения пристенный дренаж, из полимерной профильной мембраны с геотекстильным слоем, с выводом его в кольцевой трубчатый дренаж и отводом в приемный колодец, далее ливневую или дренажную канализацию. Но почему-то такое решение применяется редко. Зато можно часто наблюдать, когда после слива технологической среды из заглубленного емкостного сооружения, по стенам, особенно в нижней части, происходит прямая фильтрация влаги из прилегающего грунта. Часто это сопровождается локальными разрушениями внутреннего гидроизоляционного покрытия и (или) стенок сооружения.

Технологии восстановления, защиты и гидроизоляции железобетонных сооружений

 В настоящее время на отечественном рынке представлено достаточно много компаний-производителей специальных материалов для ремонта и гидроизоляции железобетонных сооружений. Наверняка специалисты в области ремонта и защиты бетона прекрасно понимают, о каких группах материалов идет речь. Нет необходимости их подробно рассматривать. Стоит лишь обратить внимание, что, выбирая те или иные материалы, необходим комплексный подход, знание особенностей применения и принципов действия выбранных материалов. Например, применяя материалы проникающего действия надо знать, что движущей силой процесса проникновения является градиент концентраций порового раствора и его низкие показатели поверхностного натяжения, при этом уплотнение и гидроизоляция пор бетона происходит в результате сложных реакций образования сульфоаллюминатов кристаллогидратов солей кальция. Понятно, что для эффективного протекания такой реакции необходимо наличие свободных ионов Са²⁺ в поровом растворе. Это свойственно для относительно нового бетона. В «старом» бетоне гидротехнических сооружений свободных ионов Са²⁺ на порядки меньше, чем в новом, а значит и процесс проникновения и уплотнения поровой структуры, в таком случае, будет иметь поверхностный характер.  Т.е. для гидроизоляции «старых» бетонных поверхностей применение проникающей изоляции малоэффективно.

Продолжая тему проникающей гидроизоляции, хочется остановиться на широко распространенном заблуждении, что проникающая гидроизоляция является одним из эффективных средств при устранении очагов сквозной фильтрации влаги, при, так называемом, негативном давлении. Нет сомнения, что при правильном применении рассматриваемых материалов, увлажненная бетонная поверхность в зоне применения станет сухой. Но это не является решением проблемы гидроизоляции, это – является устранением локального дефекта увлажнения и не более того. Ведь если рассмотреть данную проблему более объективно можно утверждать, что сквозная фильтрация влаги через бетон является причиной повреждения наружной гидроизоляции и затрагивает всю структуру бетона от поверхности проникновения до поверхности появления влаги. Соответственно, внутри бетона влага распространяется неконтролируемо, чаще всего вдоль арматуры и закладных изделий и затрагивает значительно больший объем, чем то, что можно обнаружить на поверхности.  Более того, создав барьер для выхода влаги, происходит увеличение давления воды и водяных паров в поровой структуре, что в свою очередь является причиной более обширного заполнения  бетонной структуры водой. Таким образом, применив проникающую гидроизоляцию для устранения дефекта прямой фильтрации, мы провоцируем развитие процесса фильтрации в объеме поровой структуры бетона. Когда будут обнаружены новые зоны увлажнений - вопрос времени. В дальнейшем постепенно начнут развиваться процессы коррозии арматуры. Для подобных случаев мы рекомендуем применить технологии инъектирования проницаемой зоны полимерными композициями и только после этого применить один из видов цементной гидроизоляции. В этом случае произойдет уплотнение и гидроизоляция всей проницаемой зоны в объеме конструкции, а цементная гидроизоляция изолирует поверхность от остаточной капиллярной влаги.

Технологии инъектирования при ремонте и восстановлении железобетонных конструкций

 Эти технологии можно отнести к достаточно редким технологиям, особенно в том контексте, в котором мы это понимаем. За рубежом указанные технологии распространены значительно шире, чем у нас. Однако за последние годы на отечественном рынке появилось достаточно много различных материалов и оборудования для инъекционных работ. По нашему мнению это одни из самых эффективных и надежных технологий укрепления и гидроизоляции бетонных (каменных) сооружений. Ведь подбирая инъекционный состав, технические приспособления и оборудование можно решить большинство проблем бетонных структур, при этом, не выводя сооружение из эксплуатации. А затраты времени на устранение определенных дефектов могут быть на порядок меньше по сравнению с применением традиционных технологий. Если рассматривать технологии инъектирования подробно, то это может занять отдельную объемную монографию. Поэтому коснемся лишь основных материалов по принципу их действия и применения.

Цементные инъекционные материалы

 В основном предназначены для укрепления каменных, кирпичных, реже бетонных сооружений. Также эти материалы весьма эффективны при бетонировании мелких элементов со сложной пространственной конфигурацией, бетонировании труднодоступных мест, бетонированию анкерных элементов. По сравнению с обычными растворами их отличает высокая дисперсность, реологические свойства, отсутствие усадочных дефектов, высокая прочность.

Вспенивающиеся гидроактивные полимерные композиции

Особенностью этих материалов является процесс их отвердения, который, в присутствии влаги происходит с увеличением объема и формированием ячеистой структуры полимера с замкнутыми порами. В ре­зультате  образуется полимер, объем твердой фазы которого, в 3-10 раз больше объема жидкой фазы исходных реагентов. Т.е. происхо­дит заполнение и уплотнение поро­вого пространства в структуре ма­териала. Общим результатом при­менения таких материалов является увеличение прочностных характе­ристик и уменьшение влагопрони­цаемости. Эти результаты обу­славливают целевое применение таких материалов – восстановление прочностных показателей сооруже­ния и гидроизоляционная защита.

Инъекционные смолы

Обычно являются двух и более компонентными составами и предназначены для укрепления и изоляции пористых структур бетона (камня), устройства гидроизоляционных отсечек и склеивании трещин. Часто применяются в комплексе с гидроактивными вспенивающимися композициями.

Гидрофильные гели

В отвердевшем состоянии представляют собой эластичные полимеры, при наличии воды увеличиваются в объеме. Применяются в основном для изоляции швов и трещин в сооружениях с влажным режимом эксплуатации.

Кремнийорганические высокоподвижные жидкости

Существует достаточно много инъекционных материалов на кремнийорганической и силикатной основе. Применяются для гидроизоляции мелкопористых структур, в сочетании с другими материалами, для устройства противофильтрационных завес (силикатные материалы) и т.п.

В заключение хочется отметить, что современная строительная химия и технология не стоит на месте. И, при желании эффективно эксплуатировать гидротехнические сооружения, необходимо иметь максимально полную и объективную информацию о существующих и новых материалах и технологиях применяемых при ремонте и строительстве подобных объектов.