Методы заделки неконструктивных (структурных) трещин

Термин «неконструктивные трещины» относится к трещинам в сборной железобетонной крепи (тюбингах), для которых при их возникновении принятый коэффициент безопасности не снижается и не требуется усиление элементов с помощью дополнительной арматуры или бетона.

Собственно трещины не всегда являются опасными для бетона. Определяющими факторами для принятия решения о проведении ремонта и методе заделки трещин являются: причина образования трещин, ширина их раскрытия и местоположение, степень атмосферного воздействия ствола на бетонную крепь.

Трещины на наружной поверхности крепи постепенно расширяются и становятся все более заметными. Такие явления характерны прежде всего для бетонной крепи, подверженной суровым атмосферным воздействиям.

В условиях агрессивной среды трещины шириной более 0,1 мм в бетонной и железобетонной крепи следует герметически заделывать.

Если на железобетонных тюбингах или на монолитной железобетонной крепи нет ржавых пятен и бетон не выкрашивается, а при обстукивании трещины молотком не обнаруживается пустот, то можно полагать, что коррозия арматуры незначительна. В таком случае при ремонте расшивать трещину не рекомендуется. Чтобы проверить состояние арматуры, можно вырубить бетон в нескольких местах и этим ограничиться. Кроме того, можно взять несколько проб бетона для контроля его качества и других характеристик, а также для определения концентрации хлоридов.

Приведенные ниже рекомендации можно использовать при заделке неглубоких трещин, появившихся по разным причинам и не вызванных внешними нагрузками.

При осмотре бетонной крепи ствола и при обнаружении трещины рекомендуется очень тщательно простучать долотом всю линию трещины, что помогает выявить даже незначительные пустоты. При этом бетон из трещины не вырубается. Вся каменная мелочь, угольная пыль и грязь удаляются при помощи щетки, а поверхность бетона по обеим сторонам трещины очищается проволочной щеткой. После такой подготовки в трещину кистью вводят латексный раствор, который состоит из двух частей портландцемента и одной части эмульсии бутадион-стирольного латекса (по массе). Целесообразно также кистью нанести раствор на поверхность бетона шириной примерно 75 мм с каждой стороны трещины (на те участки, которые были очищены проволочной щеткой). В случае необходимости через одну-две недели можно нанести еще один слой раствора. Волосяные трещины при отсутствии коррозии арматуры и выкрашивания бетона можно восстановить следующим образом. Прежде всего нужно вымыть холодной водой поверхность бетона шириной примерно 75 мм по обеим сторонам от трещины. Затем при помощи деревянного шпателя с резиновой пластинкой ввести в трещину жидкий раствор или цементное тесто. Раствор приготавливают на цементе. Добавление латекса белого искусственного каучука способствует уменьшению водопроницаемости и усадки.

Следует иметь в виду, что после ремонта бетон не обладает теми же свойствами и той же долговечностью, что бетон, не подвергавшийся ремонту. В большинстве случаев полезно и целесообразно в качестве заключительного этапа восстановительных работ выполнить изоляцию всей поверхности.

Бетон при суровых атмосферных воздействиях не должен подвергаться механическим повреждениям и в нем не должны возникать трещины. Там, где процесс трещинообразования связан с арматурой (тюбинги, монолитный железобетон), установлено, что чем ближе она размещается к поверхности, тем выше требования в отношении ограничения допускаемой ширины раскрытия трещин.

Бетон должен быть водонепроницаемым, обладать достаточной прочностью и не иметь трещин, ширина которых превышает допустимую.

При восстановлении бетонной крепи стволов шахт, в которой наблюдается выкрашивание бетона, появились трещины или произошло общее разупрочнение, обычно применяют следующий метод (за исключением специальной обработки трещин). Весь поврежденный метод удаляется вручную, пневматическими инструментами или напорной струей воды. Для отделения и очистки бетона может применяться напорная струя воды.

Этот метод имеет много преимуществ и особенно эффективен при очистке арматуры. Давление в сопле равно 20—65 МПа. Расход воды для создания одной струи сравнительно невелик (примерно 50 л/мин). Около 1/3 этого количества рассеивается в виде очень мелких капель и брызг. После обработки струей воды бетон и сталь остаются чистыми и влажными, так как вода уносит продукты коррозии стали (этого не наблюдается при других методах очистки арматуры). На очищенной стали быстро образуется очень тонкая пленка окиси железа, но, как показывает опыт, она только защищает сталь и не оказывает никакого вредного воздействия. Еще одним преимуществом напорной струи воды является отсутствие вибрации и шума (за исключением шума от мотора и насоса), а скорость работы значительно выше, чем при использования инструментов ударного действия. Трещиноватый и поврежденный бетон должен быть удален и заменен новым, а арматура очищена от ржавчины.

По окончании указанных операций и непосредственно перед нанесением нового раствора или бетона арматуру и примыкающие участки бетона следует покрыть жидким раствором на портландцементе. Состав цементного раствора: две части обыкновеного портландцемента, одна часть бутадион-стирольного или акрилового латекса (по массе). Цементный раствор следует аккуратно нанести кистью на бетон и равномерно покрыть им арматуру. Его применяют для создания интенсивной щелочной среды вокруг стали и улучшения сцепления между старым бетоном и новым раствором или бетоном.

Удовлетворительное качество ремонта достигается при обеспечении максимально возможного сцепления между старыми и новыми материалами, а также максимальной плотности нового бетона или раствора и его непроницаемости при соответствующем составе смеси. Бетон должен быть хорошо уплотнен.

Для получения удовлетворительного результата при производстве ремонтных работ в стволах необходимо правильно решить многочисленные задачи, возникающие в связи с ремонтом:

- выбор материалов — бетона, полимерного или цементного раствора;

- установление объема поврежденного бетона и метода его удаления, а также выбор способа очистки арматуры;

- определение состава смеси, а в случае применения цементного раствора или бетона — выбор заполнителей и водоцементного отношения, а также добавок типа латексных эмульсий;

- выбор метода, нанесения раствора или метода бетонирования поврежденных участков в крепи;

- выбор материалов для заключительной герметизации.

При обследовании крепи стволов существуют случаи, когда дефекты невидимы, например, при недостаточном уплотнении бетона или наличии раковин в отдельных местах. На поверхности бетонной крепи могут появиться признаки, свидетельствующие о повреждении внутри крепи.

Повреждения такого рода вызываются коррозией арматуры (монолитная или сборная железобетонная крепь), низкой пластичностью бетона, перерывами в процессе укладки и уплотнения бетона, плохим уплотнением вибраторами, преждевременным загустевавшем бетона при его укладке, смещением опалубки и др.

Участок крепи, в котором предполагаются повреждения, необходимо проверить с помощью ультразвука, путем просвечивания гамма-лучами или высверливания образцов. Если эти исследования показывают, что бетон имеет дефекты, то последний следует удалить. При любом методе следует удалять достаточное количество старого бетона, чтобы обеспечить пространство, необходимое для укладки и уплотнения нового бетона.

Обычно уплотнение бетона в условиях ствола шахты весьма затруднительно. Для качественного уплотнения необходимо применять смеси с высоким содержанием цемента и хорошо отсортированными заполнителями, низким водоцементным отношением, достаточной удобоукладываемостью, что требует применения пластификаторов.

Неплохой результат может дать заделка поврежденных участков цементным раствором под давлением, для чего требуется специальное оборудование.

Очень надежным материалом для восстановления крепи: стволов шахт является высококачественный армированный торкрет-бетон — плотный, водонепроницаемый и весьма устойчивый к агрессивным воздействиям материал.

Применение сульфатостойкого портландцемента обычно эффективно для предотвращения разрушения бетона растворами сульфатов (за исключением сульфата аммония) до концентрации порядка 5000 мг/л. При высокой концентрации и наличии кислот следует применять глиноземистый цемент. Одним из основных требований для успешного использования бетона и раствора на глиноземистом цементе является низкое начальное водоцементное отношение.

Как и во всех работах по ремонту бетонных сооружений существенным требованием является тщательная подготовка бетонного основания. Сюда входит удаление всего загрязненного и поврежденного бетона, а также удаление бетона в зонах всех больших трещин.

Существует еще один тип атмосферного воздействия, который может вызвать разрушение бетона,— это промерзание бетонной крепи. Если используется бетон хорошего качества, то повреждения могут быть незначительными. Однако в отдельных случаях промерзание может вызвать разрушение некачественных материалов. В таких пористых материалах, как плохо уплотненный бетон, бетон с высоким водоцементным отношением, влага проникает в поверхностные слои и при замерзании расширяется, вызывая расслоение бетона. Следует отметить, что водонепроницаемость высококачественного бетона значительно выше, а благодаря своей большой прочности он лучше выдерживает напряжения, вызываемые расширением при замерзании поглощенной влаги. Речь здесь идет о верхних участках стволов и при плохо работающих калориферах. Учитывая все это, можно рекомендовать для этих участков бетон с воздухововлекающими добавками, который хорошо сопротивляется воздействиям солей. Воздухововлекающую добавку следует тщательно размешивать в воде, чтобы обеспечить ее равномерное распределение по всему объему бетона или раствора.