CC BY
150
УДК 624.21.012.45
Б. В. САВЧИНСКИЙ (ДИИТ)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ И СПОСОБОВ РЕГЕНЕРАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ
На 0CH0Bi аналiзу юнуючих методiв дiагностики i cnoco6iB регенераци залiзобетонних конструкцiй мос-TiB запропоновано рекомендаци по запровадженню нових сучасних технологш ввдновлення залiзобетонних конструкцш мостiв при забезпеченнi 1х експлуатацшно! надiйностi та довговiчностi.
На основе анализа существующих методов диагностики и способов регенерации железобетонных конструкций мостов предложены рекомендации по внедрению новых современных технологий восстановления железобетонных конструкций мостов при обеспечении их эксплуатационной надежности и долговечности.
On the basis of analysis of existing diagnostic methods and regeneration ways of reinforced-concrete constructions of bridges the recommendations on introduction of new modern technologies of renewal of reinforced-concrete constructions of bridges in providing their operating reliability and longevity are offered.
Постановка проблемы
Обеспечение эксплуатационной надежности и долговечности железобетонных конструкций мостов после их регенерации.
Анализ исследований и публикаций
На основе анализа опыта обследований железобетонных мостов за последние 25 лет выявлены недостатки существующих методов диагностики и способов регенерации конструкций, которые снижают их эксплуатационную надежность. В статье изложены основные направления в решении этой проблемы.
Постановка задачи
Целью настоящей статьи является популяризация внедрения современных методов диагностики и способов регенерации железобетонных конструкций для обеспечения их эксплуатационной надежности.
Основной материал исследований
Надежность и долговечность мостов определяется условиями их эксплуатации, своевременным и качественным проведением работ по диагностике и ремонту Большой вклад в развитие теории надежности и долговечности конструкций внесли Иосилевский Л. И., Перельму-тер А. В., Лантух-Лященко А. И. [1-3].
В последние годы проблеме обеспечения надежности строительных конструкций и свя-
занными с этим вопросами их диагностики и усиления, автором посвящены статьи [4-8].
При диагностике железобетонных мостов в настоящее время применяются методы:
• неразрушающего контроля прочности бетона;
• инструментального контроля размеров и положения конструкции;
• статические и динамические испытания;
• визуальный осмотр.
Так, для определения прочности бетона рекомендуется молоток D1G1-Schmidt2 [9]. Традиционный молоток Шмидта оснащен электронным устройством со встроенными графиками перевода в значение прочности на сжатие. Прибор автоматически корректирует направление удара, статически обрабатывает результаты измерений с выводом на ПЭВМ.
Особый интерес представляет локатор арматуры «Profometer4» [9]. Он предназначен для поиска арматуры, измерения толщины защитного слоя и определения диаметра арматуры и обладает уникальной возможностью представлять на жидкокристаллическом дисплее слой бетона с заложенной в нем арматурой в системе координат. Прибор точно измеряет защитный слой бетона до 120 мм - при помощи точечного пробника, методом неразрушающего контроля определяет диаметр арматуры с точностью до 1 мм. Данные измерений могут быть занесены в память для дальнейшей обработки на ПЭВМ.
При инструментальном контроле измеряются строительные подъемы главных балок и их основные геометрические размеры. Наряду с
© Савчинский Б. В., 2010
инструментальными методами применяется и визуальный контроль наличия и характера трещин в главных балках пролетных строений с определением величины их раскрытия микроскопом МПБ-2.
Статические и динамические испытания проводятся с целью определения прогибов, удлинений и напряжений в элементах конструкции. Методика обладает рядом преимуществ: точность измерений, мобильность, универсальность. К недостаткам этой методики следует отнести привязанность к источникам питания, трудности установки датчиков, дополнительные затраты средств и времени по созданию испытательных нагрузок.
Анализ обнаруженных дефектов и повреждений указывает на закономерности их появления. Причинами преждевременного разрушения железобетонных конструкций мостов, на наш взгляд, являются: влияние агрессивной среды на трещинообразование, усталостное разрушение бетона от воздействия эксплуатационных нагрузок, неудовлетворительное текущее содержание, что влечет за собой разрушение системы водоотвода, выщелачивание бетона, разрушение защитного слоя и коррозию рабочей арматуры. Ограниченность средств на текущее содержание и капитальные ремонты сооружений, приводит к преждевременному разрушению конструкций, сокращению долговечности мостов по сравнению с проектными сроками. Эти вопросы усугубляются снижением надежности сооружений и созданием условий, при которых не обеспечивается их безопасная эксплуатация.
Современные способы восстановления поврежденных железобетонных конструкций предполагают:
• использование торкретбетона для лечения раковин, сколов бетона и защитного слоя;
• инъекцирование силовых трещин в главных балках;
• внедрение новых полимерных составов для защиты бетона от коррозии.
Приготовление торкретбетона сопряжено с необходимостью тщательного подбора состава бетона, что в условиях строительной площадки объекта затруднено. Кроме того, перед нанесением торкретбетона возникает необходимость тщательной очистки поверхности бетона и арматуры, что также усложняет процесс восстановления разрушенных участков бетона.
Внедрение новых полимерных материалов (ПХВ) обеспечивает защиту поверхности желе-
зобетонных конструкций от проникновения воды, улучшает внешний вид, способствует повышению долговечности бетона. К недостаткам этого способа относятся высокая стоимость работ и необходимость применения специальных устройств для нанесения составов.
Перспективные методы диагностики предполагают:
• создание диагностических комплексов на базе ПЭВМ, усилителей, аналого-цифровых преобразователей и датчиков для регистрации измерений, их анализа и занесения в базу данных;
• разработку и внедрение методики прогнозирования срока службы железобетонных пролетных строений автодорожных мостов в соответствии с требованиями ДБН В.2.3-14:2006 «Мости i труби. Правила проектування».
Новые способы регенерации железобетонных пролетных строений мостов включают:
• использование составов проникающего действия для ремонта несущих конструкций;
• усиление конструкций композиционными материалами на основе углеродных волокон.
Применение составов проникающего действия (кальматрон) обеспечивает высокое проникновение в бетон, возможность регенерации старого бетона, но требует специального оборудования и имеет высокую стоимость.
В процессе эксплуатации мостов возникает их деформация из-за снижения их несущей способности вследствие коррозии арматуры и разрушения бетона.
Помимо восстановления первоначальной несущей способности, может возникнуть необходимость увеличения нагрузки на сооружение или изменение его расчетной схемы. Основными способами усиления конструкций являлось увеличение их сечения. Однако, в последнее время, получили применение композиционные материалы, армированные углеродными волокнами. Их несомненными преимуществами являются высокие прочность и модуль упругости, малый вес, технологичность, невосприимчивость к внешним агрессивным факторам, способность повторять практически любые формы конструкции, выносливость. Достоинствами композиционных материалов являются также легкость транспортировки и изготовления усиливающих элементов необходимых размеров на месте выполнения работ, возможность усиления поверхностей различной кривизны, непре-
рывность эксплуатации сооружения во время проведения работ по усилению, что особенно важно для мостовых конструкций, испытывающих постоянные технологические нагрузки, поскольку даже временные перерывы в процессе их эксплуатации приводят к серьезным финансовым потерям. В настоящее время композиционные материалы с фиброй (КМФ) широко используются для усиления опор и пролетных строений мостов. Необходимо отметить, что капитальный ремонт и усиление железобетонных конструкций мостов невозможно проводить без тщательной диагностики сооружения, выполнения детального обследования. Причем, в случае усиления конструкции композиционными материалами, её диагностика и анализ напряженно-деформированного состояния играют ключевую роль при принятии решения об усилении. Выполнение диагностики необходимо для определения реальных геометрических параметров конструкции, фактических свойств ее материалов и их распределения по сечению. Диагностика железобетонных мостов позволяет не только выявить степень их износа, но и определить причины этого явления. Все это возможно выполнить с помощью современных приборов для диагностики и неразрушающего контроля строительных конструкций.
Результаты исследований и перспективы дальнейших разработок
Указанные способы регенерации мостовых конструкций не обеспечивают в полной мере сохранение эксплуатационной надежности и долговечности конструкций в связи с несовершенством применяемого оборудования, а также неэффективностью применяемых материалов и технологий. Определяющими факторами разрушения мостовых конструкций являются:
• высокая водопроницаемость;
• низкая коррозионная стойкость бетона использованного при строительстве;
• низкая морозостойкость.
Первоочередными задачами в решении данной проблемы являются вопросы разработки новых методик диагностики и новых современных способов регенерации мостовых конструкций.
Актуальными являются вопросы создания современных мобильных измерительных комплексов для диагностики мостов.
Современные способы регенерации мостов основаны на внедрении новых технологий усиления пролетных строений и опор мостов композиционными материалами.
Важнейшими элементами эффективности выполнения работ по регенерации мостов служат критерии оценки эксплуатационной надежности, в том числе:
• влияния фактора системности на надежность пролетных строений мостов;
• применение метода случайных величин для оценки надежности конструкций;
• создание предпосылок для проектирования балочных железобетонных пролетных строений с заданным условием надежности;
• разработка комплексной системы управления надежности на всех этапах строительного процесса (изыскания, проектирование, строительство);
• создание нормативной базы для разработки взаимосвязанной системы критериев принятия решений на различных этапах производственного процесса.
Приоритетными направлениями в обеспечении эксплуатационной надежности и долговечности железобетонных конструкций мостов являются:
• совершенствование исследовательской и проектной баз;
• внедрение методик эксплуатационной оценки мостов;
• применение зарубежных материалов и технологий при ремонте мостов [10].
Выводы
По результатам исследований можно сделать выводы о несовершенстве методов диагностики железобетонных конструкций мостов: погрешности измерений, трудоемкости работ, нерентабельности. Существующие способы регенерации поврежденных конструкций мостов не обеспечивают требуемое качество работ, трудоемки в исполнении, имеют высокую стоимость.
Современная концепция повышения эксплуатационной надежности и долговечности железобетонных конструкций мостов предполагает:
• использование бетонов, содержащих ингибиторы коррозии при ремонтных работах;
• применение эластичных, защитных покрытий для герметизации трещин, возникающих при нормальной эксплуатации железобетонных мостов;
• продление срока эксплуатации конструкций путем создания защитного покрытия
непосредственно на поверхности арматуры;
• повышение адгезии старого и нового бетона с помощью набрызга современных материалов;
• увеличение несущей способности конструкций при усилении элементов путем инъекцирования эпоксидных смол.
Следовательно, в настоящее время еще не создана целостная система повышения эксплуатационной надежности и долговечности автодорожных мостов и нам предстоит коренным образом изменить текущее содержание и своевременный ремонт искусственных сооружений.
Первоочередными задачами в области восстановления поврежденных железобетонных конструкций мостов являются:
• применение методов диагностики с использованием современных электронных измерительных комплексов;
• разработка и внедрение мобильных восстановительных комплексов;
• совершенствование проектной и научной базы для обеспечения эксплуатационной надежности конструкций;
• разработка и внедрение комплексной системы технического обслуживания, гарантирующей обеспечение долговечности конструкций;
• обеспечение безопасности эксплуатации усиленных железобетонных пролетных строений мостов.
Вопросы сохранения эксплуатационной надежности и долговечности железобетонных конструкций в процессе регенерации являются очень актуальными для мостов как объектов особой социальной значимости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Иосилевский, Л. И. Практические методы управления надежностью железобетонных мостов [Текст] / Л. И. Иосилевский - М.: Науч-изд. центр «Инженер», 2005. - 324 с.
2. Перельмутер, А. В. Избранные проблемы надежности и безопасности строительных конст-
рукций [Текст] / А. В. Перельмутер - К.: Укр-НИИпромстальконструкция, 2000. - 216 с.
3. Лантух-Ляшенко, А. I. Оцшка техшчного стану транспортних споруд, що знаходяться в експлу-атаци [Текст] / А. I. Лантух-Ляшенко // Вюник Транспортно! Академи Укра!ни. - 1999. -№ 3. - С. 59-63.
4. Закора, А. Л. Обеспечение эксплуатационной надежности мостов на автомобильных дорогах Днепропетровской области [Текст] / А. Л. Закора, С. М. Костюченко, Б. В. Савчинский // Вгс-ник Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - 2001. - Вип. 9. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2001. - С. 11-12.
5. Костюченко, С. М. Обеспечение эксплуатационной надежности и долговечности железобетонных конструкций автодорожных мостов [Текст] / С. М. Костюченко, Б. В. Савчинский // Автомобильные дороги и дорожное строительство. - 2002. - № 64. - К.: НТУ, 2002. -С. 147-149.
6. Заяц, Ю. Л. Некоторые вопросы диагностики и регенерации железобетонных конструкций автодорожных мостов, поврежденных в результате длительного воздействия эксплуатационных нагрузок [Текст] / Ю. Л. Заяц, Б. В. Савчинский // Мехашка i фiзика руйнування будiвельних матерiалiв та конструкцш: зб. наук. пр. ФМ1 iм. Г. В. Карпенка. - 2002. - Вип. 5. - Л.: Вид-во ФМ1 iм. Г. В. Карпенка, 2002. - С. 491-494.
7. Савчинский, Б. В. Вопросы повышения надежности и безопасности металлических пролетных строений железнодорожных мостов [Текст] / Б. В. Савчинский // Вюник Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. -2005. - Вип. 9. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2005. -С. 203-205.
8. Савчинский, Б. В. Критерии оценки надежности железобетонных конструкций автодорожных мостов [Текст]: тезисы докл. Межд. науч.-практ. конф. «Мосты и тоннели: теория, исследования, практика» / Б. В. Савчинский, - Д.: ДНУЗТ, 2007. - С. 62-63.
9. Измерительные приборы фирмы Proced для исследования свойств строительных материалов [Текст] / Рекламный каталог. - М.: Триада-Холдинг, 2001.
10. Мосты. Строительство и ремонты / Рекламный сборник. - Варшава: Sika Poland, 2001.
Поступила в редколлегию 02.03.2010.
Принята к печати 10.03.2010.
