СПОСОБ АБРАЗИВОСТРУЙНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПЕРЕД РЕМОНТОМ
METHOD OF ABRADING JET SURFACE CLEANING OF CONCRETE AND REINFORCED CONCRETE STRUCTURES BEFORE REPAIR

Изобретение относится к технологии выполнения ремонтных работ и может быть использовано при очистке поверхности бетона и железобетона при ремонте конструкций промышленных и гражданских объектов после деструктивного воздействия солей, кислот и щелочей.
Известен способ абразивоструйной очистки (Патент №2152865 «Способ обработки поверхности изделий», заявитель: ОАО «Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение», авторы: Полянский С.Н., Тетюхин В.В., Левин И.В., Козлов А.Н., патентообладатель: ОАО «Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение»), который заключается в том, что при очистке поверхности от окалины или окисной пленки используют метод струйно-абразивной обработки поверхности водовоздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами, одновременно удаляют дефектный слой металла и проводят финишную операцию травления или осветления с получением текстуры поверхности произвольного типа с величиной шероховатости Ra=0,5-5,5 мкм. Недостатком данного способа является отсутствие данных по характеру и качеству очистки поверхности бетона и арматуры применительно к бетонным и железобетонным конструкциям. Также недостатком данного способа является отсутствие таких параметров как давление, длительность воздействия и расход материала очистки, при которых происходит полное удаление корродированного слоя и не происходит повреждения очищаемой поверхности бетона.
Известен также способ абразивоструйной очистки (Патент №99120773 «Способ очистки труб и нанесения защитного покрытия на их внутреннюю поверхность, устройство для их осуществления, составы для очистки и покрытия», заявитель: ЗАО «Лицензтехэкспорт», авторы: Шишкин В.В., Ли С.А.), включающий удаление отложений с внутренней поверхности путем прохода по трубе очищающего механизма, отличающегося тем, что очищающий механизм перемещают по трубе подачей в трубопровод текучего агента, при этом часть текучего агента пропускают через зазоры, образованные трубой и очистным механизмом, причем рабочий агент подают под давлением 0,2-1,6 МПа и его скорость потока повышают очистным механизмом до 333 м/с. При этом перед очистным механизмом по трубопроводу потоком рабочего агента перемещают сыпучее абразивное вещество, а в качестве текучего агента используют воду, или воздух, или смесь воздуха и воды, или смесь воды, воздуха, силиката, и полифосфата натрия. Недостатком данного способа является отсутствие данных по характеру и качеству очистки поверхности бетона и арматуры применительно к бетонным и железобетонным конструкциям. Также недостатком данного способа является отсутствие таких параметров как длительность воздействия и расход материала очистки, при которых происходит полное удаление корродированного слоя и не происходит повреждения очищаемой поверхности бетона.
2
Известен способ очистки поверхности бетонных и железобетонных конструкций (Патент №2400314 от 28.07.2009), который заключается в том, что поверхность бетона и арматуры обрабатывают струей воды под давлением, обработку ведут под давлением 450-500 атм, расход воды составляет 20-25 л/мин, производительность 60-80 м/ч, продолжительность воздействия 0,5-1,0 мин/м, степень очистки Sа 2½. Не достатком данного способа является отсутствие данных по параметрам и степени абразивоструйной очистки поверхности бетона и арматуры. Также недостатком данного способа является сохранение внутреннего карбонизированного слоя при обработке бетона, что затрудняет контроль качества обработки поверхности. Также недостатком данного способа является невозможность очистки конструкций из бетона и железобетона класса по прочности ниже В15 в связи с риском повреждения поверхности бетона.
Известен способ абразивоструйной очистки (Патент №2381096 «Способ очистки струйно-абразивной обработкой поверхности изделий из титановых сплавов», авторы: Полянский С.Н., Мохов В.П., Смеян М.А., Попов М.В., Крохин Б.Г., патентообладатель: ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА»), который заключается в том, что на обрабатываемую поверхность подают гидроабразивную суспензию. В качестве абразива гидроабразивной суспензии используют мелкодисперсные частицы с твердостью по шкале Мооса 8÷9. Мелкодисперсные частицы имеют размер от 50 до 80 мкм. Давление струи сжатого газа, обеспечивающего подачу гидроабразивной суспензии, поддерживают в следующем интервале: более или равно 3,0 бара и менее 3,5 бара. В результате полностью удаляются остатки технологических смазок и различных загрязнений с поверхности изделий, обеспечивается требуемая шероховатость обрабатываемой поверхности и увеличивается скорость обработки. Недостатком данного способа является отсутствие данных по характеру и качеству очистки поверхности бетона и арматуры применительно к бетонным и железобетонным конструкциям. Также недостатком данного способа является отсутствие таких параметров как длительность воздействия и расход материала очистки, при которых происходит полное удаление корродированного слоя и не происходит повреждения очищаемой поверхности бетона.
Наиболее близким к предлагаемому способу очистки поверхности бетонных и железобетонных конструкций является способ очистки абразивно-струйной очистки поверхности от органических загрязнений (Патент №2010144194 от 10.05.2012, заявитель ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», авторы: Ягафарова Г.Г., Акчурина Л.Р., Федорова Ю.А., Сафаров А.Х.), включающий подачу под давлением на обрабатываемую поверхность абразива в струе сжатого воздуха, с добавлением в поток воды, ПАВа, отличающийся тем, что в качестве абразива используют композицию следующего состава: мягкий абразив 60-80 мас.%, твердый абразив 10-30 мас.%, карбонат натрия 10 мас.%, при этом абразив подают на очищаемую поверхность под давлением 8 атм, в поток подают воду, содержащую 0,1-2 мас.% ПАВа, в количестве 10-150 мас.% от веса расходуемой композиции. При этом в качестве мягкого абразива используют избыточный активный ил биологических очистных сооружений, например нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий, а в качестве твердого абразива используют песок, оксиды металлов, купершлак, никельшлак, металлические или стеклянные шарики или их смесь.
Недостатком данного способа является отсутствие данных по характеру и качеству очистки поверхности бетона и арматуры применительно к бетонным и железобетонным конструкциям. Также недостатком данного способа является отсутствие таких параметров, как длительность воздействия и расход материала очистки, при которых происходит полное удаление корродированного слоя и не происходит повреждения очищаемой поверхности бетона.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в определении оптимальных параметров обеспечения качественной очистки поверхности бетона и железобетона, таких как давление, продолжительность воздействия, качество очистки поверхности, расход абразива, производительность при осуществлении ремонта конструкций после деструктивного воздействия солей, кислот и щелочей.
Данная задача достигается тем, что по предлагаемому способу абразивоструйной очистки поверхности бетонных и железобетонных конструкций перед ремонтом, поверхность обрабатывают абразивом из шлаков медеплавильного производства под давлением.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
При обработке абразивом под давлением до 4 атм корродированные слои полностью не удаляются, при давлении 4-7 атм карбонизированный слой полностью не удаляется, при давлении более 7 атм появляются признаки повреждения структуры бетона; оптимальным является давление 7 атм, приведенная величина давления позволяет полностью надежно удалить корродированные слои без повреждений структуры бетона, при этом создается высокая степень шероховатости поверхности для надежного сцепления с ней наносимого ремонтного состава. Расход абразива менее 8 кг/м не позволяет надежно удалять корродированные слои, расход абразива более 10 кг/м увеличивает стоимость очистки; оптимальным является расход абразива 8-10 кг/м, приведенные границы расхода абразива позволяют с высокой точностью прогнозировать ее расход и стоимость используемого материала при очистке. Производительность при очистке менее 25 м/час значительно уменьшает скорость и в целом сроки очистки, при этом очень сложно добиться производительности более 30 м/час при уменьшении давления и расхода абразива; при оптимальных значениях давления и расхода абразива производительность находится в пределах 25-30 м/час, приведенные границы производительности позволяют прогнозировать скорость выполнения очистки поверхности и общее время, которое необходимо затратить при выполнении работ на определенной площади конструкции. При продолжительности воздействия менее 4,0 мин/мкачество очистки поверхности бетона и арматуры не обеспечивается, при продолжительности воздействия более 5,0 мин/м увеличивается расход абразива и, в целом, стоимость работ; оптимальной является продолжительность воздействия 4,0-5,0 мин/м, которая ограничивает время, необходимое для качественной очистки 1 м поверхности, что также позволяет прогнозировать время на очистку определенной площади конструкции. При оптимальных параметрах можно добиться степени очистки:
- 1-2 по ГОСТ 9.402-2004 «Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию» и СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии» (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85);
- Sa 2½-Sa 3 по ISO 8504:2000 «Подготовка стальной поверхности перед нанесением красок и относящихся к ним продуктов. Методы подготовки поверхности», что достаточно для качественного ремонта. Степень очистки показывает качество обработки поверхности, необходимое для надежного сцепления ремонтного состава с очищаемой основой и долговечного ремонта в целом.
2
2
2
Согласно изобретению обработку абразивом ведут под давлением 7 атм, расход абразива составляет 8-10 кг/м, производительность 25-30 м/час, продолжительность воздействия 4,0-5,0 мин/м, степень очистки:
- 1-2 по ГОСТ 9.402-2004 «Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию» и СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии» (актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85);
- Sa 2½-Sa 3 по ISO 8504:2000 «Подготовка стальной поверхности перед нанесением красок и относящихся к ним продуктов. Методы подготовки поверхности».
Сопоставительный анализ с аналогами и прототипом показывает, что ни в одной из работ не определены оптимальные параметры очистки поверхностей бетона и железобетона при помощи абразива, что приводит к сохранению продуктов коррозии после воздействия солей, кислот и щелочей. Нанесение ремонтных составов на такую плохо подготовленную поверхность, содержащую продукты коррозии, приводит к скорому отслоению ремонтных покрытий в процессе эксплуатации и неэффективности потраченных средств на ремонт. Таким образом, адгезия ремонтного состава напрямую зависит от качества подготовки поверхности бетона и арматуры (т.е. удаления коррозионных слоев) и является важным фактором включения в совместную работу с ремонтным составом и обеспечения долговечности конструкции в целом.
Таким образом, заявляемое техническое решение отвечает критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».
Для экспериментального исследования предложено использовать абразивоструйный способ очистки поверхности бетона и железобетона давлением 7 атм. Глубину очистки до «неповрежденного» бетона предложено определять по наличию малиновой окраски, которую он принимает при pH>9 в результате обработки поверхности индикатором (0,1% спиртовым раствором фенолфталеина).
2
2
При абразивоструйной очистке бетона и железобетона классов по прочности В5-В60 после деструктивного воздействия солей, кислот и щелочей экспериментально установлено, что при абразивоструйной очистке под давлением 7 атм абразивным порошком из шлаков медеплавильного производства слой продуктов коррозии удаляется полностью, очищенная поверхность окрашивается в малиновый цвет на 95-97% площади (т.е. карбонизированный слой также удаляется практически полностью). Расход абразива составляет 8-10 кг/м, арматура очищается до степени 1-2 по ГОСТ 9.402-2004 и СП 28.13330.2012, либо Sa 2½-3 по ISO 8504:2000, что достаточно для качественного ремонта. Производительность метода составляет 25-30 м/час, продолжительность воздействия 4,0-5,0 мин/м.
Таблица 1
Способ очистки
Давле-ние, атм
Степень очистки
Состояние структуры бетона
Абразивоструйный
до 4
Корродированные и карбонизированный слои полностью не удаляются
Не повреждается
Абразивоструйный
4-7
Карбонизированный слой полностью не удаляется
Не повреждается
Абразивоструйный
7
Корродированные и карбонизированный слои удаляются полностью
Не повреждается
Абразивоструйный
более 7
Корродированные и карбонизированный слои удаляются полностью
Появляются признаки повреждения структуры бетона
Данный вид обработки полностью надежно удаляет корродированные слои, не повреждает поверхность, степень очистки легко контролируется; кроме того, создается высокая степень шероховатости поверхности, что увеличивает сцепление наносимого ремонтного состава с бетонной поверхностью. При абразивоструйной обработке перед нанесением ремонтных составов требуется обеспыливание и увлажнение поверхности, а также удаление использованного абразива из зоны очистки.
Абразивоструйная очистка под давлением 7 атм после деструктивного воздействия солей, кислот и щелочей может использоваться для конструкций промышленных и гражданских объектов из бетона и железобетона класса по прочности ниже В15 без риска повреждения поверхности.
Этим данный способ очистки выгодно отличается от других, таких как механический, водоструйный, термический и др.