Високорухливі ін’єкційні розчини на модифікованому в’яжучому для захисту транспортних споруд від водопритоку - Автореферат

Будівництво й експлуатація транспортних і гідротехнічних споруд істотно ускладнюються в умовах обводненості. Підземні води впливають на вибір способу будівництва, а також призводять до зміни експлуатаційних характеристик конструкцій, які знаходяться в зоні впливу ґрунтових вод, що вимагає проведення ремонтно-відбудовних робіт на спорудах. Це призводить до підтоплення споруд і штучного створення складних гідрогеологічних умов за рахунок виникнення нових джерел живлення водоносних горизонтів по всій площі їхнього виходу на поверхню, а також через тріщини, що утворилися в підземній частині спеціальних споруд, наприклад, у транспортних тунелях. Обводнювання основ транспортних споруд у результаті підвищення рівня ґрунтових вод представляє одну з проблем не тільки для окремих обєктів спеціального призначення, але і цілих комолек-сів. Розширення вимог, що висуваються щодо розчинів для відновлення експлуатаційних характеристик транспортних і гідротехнічних споруд, зокрема, щодо полімерних адгезивів, призводить до того, що, незважаючи на різноманіття клеючих композицій, ускладнюється вибір полімерних матеріалів, що цілком задовольняють увесь комплекс властивостей.Застосування звичайних цементно-піщаних розчинів для влаштування захисних екранів недостатньо ефективно з наступних причин: такі розчини не мають високого ступеня водонепроникненості і стійкості до агресивних впливів, одержання міцного зчеплення ушкодженого бетону конструкцій з розчином не завжди можливо, деформативні характеристики розчинів відрізняються від бетону конструкцій і т.ін. У третьому розділі обґрунтовано доцільність застосування розчинів на основі алкілрезорцинів для протифільтраційного захисту транспортних споруд та встановлено особливості структуроутворення наповненої полімерної матриці розчинів. При цьому встановлено, що введення в систему модифікаторів у кількості, що перевищує оптимальну, може привести до розпушення просторової сітки полімера, послаблення сил міжмолекулярної взаємодії, а також зниження експлуатаційних характеристик розчину. Міцність при стиску характеризує структурно-механічні властивості матеріалу й у значній мірі залежить від концентрації смоли в розчині, з підвищенням якої міцність зростає, складаючи у віці 1 доби 2,3...8,9 МПА. При взаємодії алкілрезорцинової матриці і наповнювача відбувається істотна зміна властивостей полімера, що залежить від природи самого полімера, поверхні наповнювача й умов одержання наповненого композита.Введення в якості модифікатора 10% полісульфідного каучука як найбільш ефективного дозволяє знизити КЛТР наповненої полімерної матриці на 24...27% при введенні цементу і на 31...34% при введенні до складу композиції цементного пилу, що наближає значення КЛТР алкілрезорцинової композиції до аналогічних значень бетону відновлюваної споруди. На підставі якісного аналізу реакцій полімерної матриці розчину на зовнішні навантаження встановлено, що її міцність визначається міцністю звязків у кристалічних ґратках і щільністю їхнього упакування в займаному обємі, пружністю і міцністю контактів між структурними складовими, кількістю і перетином пор (дефектів), а також відновлюваною силою, що виникає під дією зовнішнього навантаження внаслідок релаксаційних коливань і зрушень мікро-і макроструктурних елементів. При дослідженні адгезійної міцності полімерного розчину на основі алкілрезорцину встановлено, що руйнування зразків відбувається по бетону або носить змішаний характер. Руйнування зразків, викликаного відшаруванням полімерного розчину від бетону в зоні їхнього контакту, не відзначалося. адгезійна міцність контактного шару на обробленій поверхні бетонних зразків на 7...12% вище міцності адгезії полімерного розчину з природною бетонною поверхнею. При введенні до складу полімерного розчину 15% цементу в якості наповнювача найбільша адгезійна міцність характерна для розчину на змішаному піску середньої крупності, причому зниження міцності при зсуві протягом 100 циклів зміни температури склало всього 4,2%, тоді як зниження адгезії розчину на дрібному піску при 100 циклічних змінах температури склало 23,9%.

2. Основний зміст роботи

У дисертації приведено теоретичне узагальнення і рішення практичної задачі, що є в розробці спеціальних розчинів підвищеної стійкості на модифікованій полімерній речовині для захисту транспортних споруд від водопритоку. Основні наукові і практичні результати, отримані в дисертаційній роботі, полягають у наступному: 1. Визначено вплив компонентів полімерного розчину на величину коефіцієнта лінійного температурного розширення. Введення в якості модифікатора 10% полісульфідного каучука як найбільш ефективного дозволяє знизити КЛТР наповненої полімерної матриці на 24...27% при введенні цементу і на 31...34% при введенні до складу композиції цементного пилу, що наближає значення КЛТР алкілрезорцинової композиції до аналогічних значень бетону відновлюваної споруди.

2. На підставі якісного аналізу реакцій полімерної матриці розчину на зовнішні навантаження встановлено, що її міцність визначається міцністю звязків у кристалічних ґратках і щільністю їхнього упакування в займаному обємі, пружністю і міцністю контактів між структурними складовими, кількістю і перетином пор (дефектів), а також відновлюваною силою, що виникає під дією зовнішнього навантаження внаслідок релаксаційних коливань і зрушень мікро- і макроструктурних елементів. У результаті цього підвищується однорідність і міцність інєкційного розчину.

3. Результати досліджень підтвердили доцільність введення до складу полімерного розчину в якості наповнювача цементного пилу, оскільки умови тверднення практично не чинять негативного впливу на формування міцної структури наповненої полімерної матриці ремонтних розчинів. Це визначає можливість використання розчинів на основі алкілрезорцину для ремонтно-відбудовних робіт на спорудах незалежно від ступеня їх обводненості.

4. При дослідженні адгезійної міцності полімерного розчину на основі алкілрезорцину встановлено, що руйнування зразків відбувається по бетону або носить змішаний характер. Руйнування зразків, викликаного відшаруванням полімерного розчину від бетону в зоні їхнього контакту, не відзначалося. адгезійна міцність контактного шару на обробленій поверхні бетонних зразків на 7...12% вище міцності адгезії полімерного розчину з природною бетонною поверхнею. При дослідах руйнування зразків відбувалося не по замоноліченій тріщині, а по новій поверхні в бетоні.

5. При введенні до складу полімерного розчину 15% цементу в якості наповнювача найбільша адгезійна міцність характерна для розчину на змішаному піску середньої крупності, причому зниження міцності при зсуві протягом 100 циклів зміни температури склало всього 4,2%, тоді як зниження адгезії розчину на дрібному піску при 100 циклічних змінах температури склало 23,9%. При введенні до складу розчину цементного пилу в якості наповнювача адгезійна міцність підвищується (зниження міцності при зсуві при 150 циклах склало 8,6%). Отриманий ефект обумовлюється особливостями структури контактного шару полімерного розчину з цементним пилом на піску середньої крупності.

6. Мікроскопічними дослідженнями наповненого алкілрезорцинового розчину встановлено формування однорідної фібрилярної структури з високим ступенем щільності незалежно від умов отвердження, що сприяє підвищенню міцнісних властивостей матеріалу. У процесі отвердження полімерного розчину йдуть процеси зменшення розмірів крупнокристалічних новоутворень і розгортання глобул з переводом їх у лінійну будову.

7. Несуча здатність відновлених зразків незначно залежить від вихідної міцності бетону, тобто зразки з низькою (20 МПА) і високою (30 МПА) вихідною міцністю при повторному випробовуванні витримали практично однаковий рівень руйнівного навантаження. Це пояснюється тим, що при повторному випробовуванні в роботу залучається вже не весь бетон, а лише приповерхневі шари берегів тріщин. З цієї причини загальна несуча здатність зразка більше визначається адгезійною міцністю полімерного розчину, ніж когезійною міцністю бетону.

8. Розроблена технологія ґрунтується на застосуванні полімерних композицій, особливістю яких є хімічна взаємодія з бетоном відновлюваного елемента споруди з формуванням у місцях контакту структурних звязків, що забезпечує відновлення експлуатаційних характеристик споруди і захист від впливу вологого середовища.

9. Економічна ефективність розроблених полімерних розчинів для захисту спеціальних споруд від водопритоку склала 11903грн., при загальній площині відновлених залізобенних резервуарів 560 м2, у порівнянні з відомими матеріалами без урахування підвищення експлуатаційних характеристик ремонтного шару.

Основні положення дисертаційної роботи викладені у наступних публікаціях

1. Мамонова Т.В., Руденко Н.Н. Влияние гипса на структурообразование активированных цементных систем//Будівництво: Зб. наук. праць ДІІТУ. - Дніпропетровськ. - 1999. - Вип. 8. - С. 209-214 (Досліджено структуру цементних систем з різним вмістом гіпсу, визначено оптимальну кількість гіпсу).

2. Пшинько А.Н., Мамонова Т.В. Технологические свойства бетонов и растворов для подводного бетонирования//Будівництво: Зб. наук. праць ДІІТУ. - Дніпропетровськ. - 2002. - Вип. 9.-С.86-89 (Досліджено реологічні характеристики розчинів та бетонів для підводних робіт).

3. Мамонова Т.В., Тютькин А.Л. Анализ опытных данных расхода компаундов при инъектировании//Будівництво: Зб. наук. праць ДІІТУ. - Дніпропетровськ. - 2002. - Вип. 10. - С. 60-62 (Розраховані оптимальні склади компаундів).

4. Мамонова Т.В. Особенности ремонта обводненных транспортных сооружений//Будівництво: Зб. наук. праць ДІІТУ. - Дніпропетровськ. - 2002. - Вип. 11. - С. 15-18 (Автором доведено доцільність застосування полімерних матеріалів лужного отвердження для улаштування протифільтраційних екранів з метою підвищення міцності зчеплення інєкційних розчинів з бетоном споруд).

5. Мамонова Т.В. Модифицированные полимерные растворы для восстановления поврежденных транспортных сооружений//Строительство: Сб. научн. тр. Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. - Днепропетровск. - 2003. - Вып. 22. - Ч. 2. - С. 181-185 (Доведена ефективність модифікованих полімерних розчинів).

6. Мамонова Т.В. Исследование процессов структурообразования наполненных растворов на основе алкилрезорцинов//Будівництво: Зб. наук. праць ДІІТУ. -Дніпропетровськ. - 2003. - Вип. 12. - С.130-134 (Автором наведено результати експериментально-теоретичних досліджень особливостей структуроутворення наповнених композицій на основі алкілрезорцинів).

7. Мамонова Т.В., Заяц Ю.Л. Роль сополимеров в модифицированных смолах для инъектирования в бетоны: Зб. наук. праць НДІБК. - Київ. - 2002.-Вип.56-С.317-321 (Визначено умови сополімеризації розчину).

8. Технология бетонов с высокими эксплуатационными свойствами при ремонте и восстановлении зданий и сооружений/Пшинько О.М., Пунагин В.Н., Руденко Н.Н., Мамонова Т.В., Урих Е.И.: Сб. науч. трудов “Строительство и техногенная безопасность”. - Симферополь: КАПКС. - 2002. - Вып. 6. - С. 224-227 (Визначені оптимальні технологічні властивості розчинів для транспортування трубопроводом).

9. Мамонова Т.В. Деформативные свойства инъекционных растворов // Сб. научных. тр.: Строительство, Материаловедение, Машиностроение: Вып.№ 25. - Днепропетровск: ПГАСА, 2003. - С.200-204 (Автором наведено результати експериментально-теоретичних досліджень деформативних властивостей інєкційних розчинів на основі алкілрезорцина).

10. Пат.56656 Україна, UA С04В41/45 “Спосіб просочування зразка пористого будівельного матеріалу” Пат.56656 Україна, UA С04В41/45 заявл.09.08.2002р, опубл.15.05.2003р. Бюл.№5.

11. Пат.54747 Україна, UA Е02 D 3/12 ”Спосіб відновлення заобробного грунту тампонажем” Пат.54747 Україна, UA Е02 D 3/12 заявл.19.03.2002р, опубл.17.03.2003р. Бюл.№3.