В статье рассмотрены составы и способы ремонта бетонных конструкций с применением сухих строительных смесей. Это специальное направление развития технологии постоянно развивается в целях обеспечения условий безопасной эксплуатации бетонных конструкций в строительстве.

УДК 693

В.П. КУЗЬМИНА, академик АРИТПБ, канд. техн. наук, генеральный директор ООО «Колорит-Механохимия», технический эксперт Союза производителей сухих строительных смесей

Ключевые слова: конструкционный бетон, ремонт, правила, ремонтные сухие строительные смеси, вещественный состав, способы производства и применения, направления развития технологии, безопасная эксплуатация бетонных конструкций, строительство
Keywords: construction concrete, repair, rules, repair dry building mixes, material structure, way of manufacture and application, direction of development of technology, safe operation of concrete designs, construction

Для защиты и ремонта железобетонных конструкций используется конструкционный бетон. К такому бетону предъявляются особые требования для поддержания проектной прочности изделий и конструкций, работающих под статической и динамической нагрузкой в суровых условиях эксплуатации в грунтах зоны вечной мерзлоты, зоне переменного уровня воды, зоне суточных колебаний температуры от плюса к минусу и наоборот. Материалы для конструкционного ремонта характеризуются высокими физико-механическими свойствами как на ранних стадиях твердения (12-24 часа), так и через 28 суток. Конструкционный бетон позволяет выполнить высококачественный ремонт железобетонных сооружений и деталей в сжатые сроки при уменьшении общего времени восстановительных ремонтных работ без снижения качества.

Согласно ГОСТ 31189-2012 «Сухие строительные смеси. Классификация. Термины и определения» ССС для ремонта бетона имеют 2 классификационных признака: по способу применения: поверхностные и инъекционные, для конструкционного и инъекционного ремонта бетона.

По виду основного вяжущего ремонтные смеси бывают: цементные, гипсовые, известковые, магнезиальные, полимерные, композиционные.

Таблица 1. Защита от проникновения разрушающих веществ

Определение правила	Методы на основе правила	Рекомендуемые материалы
Защита от проникновения Защита или предотвращение проникновения агрессивных реагентов, например, воды, других жидкостей, пара, газа, химикатов и биологических воздействий	1.1. Пропитка. Применение жидких материалов, которые проникают в бетон и блокируют систему пор	Masterseal 501
	1.2. Защитное покрытие поверхности с заделкой трещин или без нее	Masterseal F1120 / F1131 136 / 190 / 531 / 550
	1.3. Локально заделанные трещины	Masterflex 3000
	1.4. Заполнение трещин	Concresive инъекционные материалы
	1.5. Перемещение трещин в швы	Masterflex 462TF / 468 472 / 474 / 700
	1.6. Установка внешних панелей	Не применяются
	1.7. Нанесение мембран	Мембраны Conipur / Conideck

Детальное рассмотрение интересующих нас вопросов представлено в европейском стандарте EN 1504 «Материалы и системы для ремонта и защиты бетонных конструкций». Этот стандарт вступил в силу в начале 2009 г., вместе с ним стала обязательной маркировка СЕ на продукции.

Впервые в евростандарте EN 1504 рассмотрены все аспекты процесса ремонта и защиты бетонных конструкций, включая: определения и правила ремонта; необходимость правильной диагностики причин повреждения, выполненной до определения способа ремонта.

Таблица 2. Контроль влажности

Определение правила	Методы на основе правила	Рекомендуемые материалы
Контроль влажности Регулировка и поддержание содержания влаги в бетоне в заданных пределах	2.1. Гидрофобная пропитка	Masterseal 303
	2.2. Нанесение поверхностных слоев	Masterseal F1120 / F1131 136 / 190 / 531 / 550
	2.3. Защита укрытием или ремонтная облицовка	не применяются
	2.4. Электрохимическая обработка	не применяются

EN 1504-1 описывает термины и определения, принятые в стандарте.

EN 1504-2 предусматривает технические требования к материалам и системам защиты поверхности бетона, EN 1504-3 – к конструкционному и неконструкционному ремонту, EN 1504-4 – к конструкционному усилению, EN 1504-5 – к инъектированию бетона, EN 1504-6 – к креплению арматурных стальных стержней, EN 1504-7 – к антикоррозионной защите арматуры, EN 1504-8 описывает контроль качества и оценку соответствия для компаний – изготовителей материалов, ENV 1504-9 определяет общие правила применения материалов и систем для ремонта и защиты бетона, EN 1504-10 предоставляет информацию по применению материалов на рабочем месте и контролю качества работ.

Таблица 3. Восстановление бетона

Определение правила	Методы на основе правила	Рекомендуемые материалы
Восстановление бетона — Восстановление исходного бетона как элемента конструкции к первоначально заданной форме и функции — Восстановление бетонной конструкции путем замены его частей	3.1 Нанесение ремонтной смеси вручную	Emaco Nanocrete R4 / R3 / R2/ FC /R4 Fluid
	3.2 Восстановление путем заливки бетоном	Emaco Nanocrete R4 Fluid
	3.3 Нанесение ремонтного состава методом распыления	Emaco Nanocrete R4 / R3 / R2/ FC
	3.4 Замена элементов	не применяются

Области применения ССС для ремонта бетонных конструкций включают в себя: наземные условия эксплуатации, подземные условия эксплуатации, надводные и подводные условия эксплуатации под высоким давлением, агрессивные условия эксплуатации.

Рассмотрим «Базовые правила по защите и ремонту бетонных наземных или подземных, надводных или подводных сооружений», изложенные в EN 1504-9.

Сначала производится оценка состояния объекта ремонта: оценка состояния сооружения, идентификация причин повреждения, определение целей защиты и ремонта совместно с владельцами сооружения, выбор соответствующего правила защиты и ремонта, выбор методов, определение материалов и систем (см. EN 1504-7), определение требований к техническому обслуживанию после защиты и ремонта. Типы повреждений бетона представлены в табл. А.

Таблица А. Повреждения бетона

Повреждения бетона
Механическое	Химическое	Физическое
1. Удар 2. Перегрузка 3. Перемещение (например, осадка) 4. Взрыв 5. Вибрация	6. Агрессивные реагенты (сульфаты, мягкая вода, соль) 7. Биологическая активность 8. Щелочная реакция с заполнителем	9. Усадка 10. Эрозия 11. Износ 12. Замораживание / 13. Оттаивание 14. Кристаллизация соли 15. Термические воздействия

Типы повреждений бетона в результате коррозии арматуры: карбонизация, воздействие хлоридов (хлориды, введенные при изготовлении железобетона, противообледенительная обработка хлорсодержащими реагентами, другие загрязняющие источники), блуждающие токи.

Таблица 4. Конструкционное усиление

Определение правила	Методы на основе правила	Рекомендуемые материалы
Конструкционное усиление — Повышение или восстановление несущей способности элемента бетонного сооружения с точки зрения нагрузки на конструкцию	4.1. Добавление или замена замоноличенных в бетон или внешних арматурных стержней	Подливки Masterflow
	4.2. Установка анкеров в подготовленные отверстия в бетоне	Masterflow 920SF
	4.3. Усиление плиты	Системы MBrace и адгезивы Concresive
	4.4. Добавление ремонтной смеси или бетона	Emaco Nanocrete
	4.5. Инъектирование трещин, полостей или пустот	Инъекционные материалы Concresive
	4.6. Заполнение трещин, полостей или пустот	Инъекционные материалы Concresive
	4.7. Создание предварительного напряжения – (с последующим натяжением арматуры)	Не применяются

Шесть правил ремонта бетона:

Правило 1. Защита от проникновения разрушающих веществ.

Правило 2. Контроль влажности.

Правило 3. Восстановление бетона.

Правило 4. Конструкционное усиление.

Правило 5. Повышение износостойкости и конструкционной прочности бетона.

Правило 6. Повышение коррозионной стойкости.

Таблица 5. Повышение износостойкости и конструкционной прочности бетона

Определение правила	Методы на основе правила	Рекомендуемые материалы*
— Стойкость к физическим воздействиям — Повышение стойкости к физическим или механическим воздействиям	5.1. Последующие слои или покрытия	Напольные покрытия Mastertop Восстанавливающие смеси Emaco
	5.2. Пропитка	Не применяются

EN 1504. Часть 3. Классификация строительных ремонтных растворов: R4, R3, R2, R1 для конструкционного и неконструкционного ремонта бетона: бетон высокой прочности, подверженный высоким нагрузкам, должен ремонтироваться смесью класса R4 с высокой прочностью и модулем упругости. Бетон низкой прочности, подверженный нагрузкам, должен ремонтироваться смесью класса R3 для конструкционного бетона со средней прочностью и модулем упругости. Бетон неконструкционный, когда нагрузки не передаются через зону ремонта, должен ремонтироваться ремонтной смесью класса R2 для неконструкционного бетона со средней прочностью и модулем упругости. Главное правило ремонта бетона: «подобное лечится подобным».

После определения строительно-технических свойств бетона ремонтируемого объекта начинаются работы по проектированию ремонтного бетона (см. табл. 6, 7). Далее воспользуемся ГОСТ 27006-86 «Правила подбора состава» с целью получения ремонтного бетона, аналогичного составу конструкционного бетона ремонтируемой конструкции. При назначении ремонтного состава его проверяют и производят корректировку в лабораторных и производственных условиях. Результаты подбора ремонтного состава бетона утверждаются главным инженером проекта и начальником лаборатории. Введение добавок в ремонтные смеси позволяет изменять свойства ремонтного бетона.

Таблица 6. Строительно-технические характеристики ремонтных смесей для конструкционного и неконструкционного бетона

Рабочие характеристики	Правило ремонта
	3	3	4	7
	Метод ремонта
	3,1; 3,2	3,3	4,1	7,1; 7,2
Прочность на сжатие
Содержание ионов хлорида
Адгезионное сцепление
Ограниченная усадка/расширение
Стойкость к карбонизации
Совместимость тепловых свойств замораживание/оттаивание; удар молнии/ливни; циклы работы в сухом состоянии
Модуль упругости
Стойкость к скольжению
Коэффициент теплового расширения
Капиллярная абсорбция (водопроницаемость)

Таблица 7. Характеристики ремонтных материалов на цементной основе для конструкционного и неконструкционного ремонта бетона

Рабочие характеристики	Метод испытания	Требования (таблица 3 в части 3 EN 1504)
		Конструкционный		Неконструкционный
		Класс R4	Класс R3	Класс R2	Класс R1
Прочность на сжатие	EN 12190	≥45 МПа	≥25 МПа	≥15 МПа	≥10 МПа
Содержание ионов хлорида	EN 1015-17	≥0,05%		≤0,05%
Адгезионное сцепление	EN 1542	≥2 МПа	≥1,5 МПа	≥0,8 МПа
Ограниченное сжатие / расширение	EN 12617-4	Адгезия			Нет требований
		≥2 МПа	≥1,5 МПа	≥0,8 МПа
Стойкость к карбонизации	EN 13295	dk ≤ контрольного бетона		нет требований
Совместимость тепловых свойств замерзание/оттаивание	EN 12617-4	Сила сцепления после 50 циклов			Визуальный контроль
		≥2 МПа	≥1,5 МПа	≥0,8 МПа
Стойкость после удара грозового дождя	EN 12617-4	Сила сцепления после 30 циклов			Визуальный контроль
		≥2 МПа	≥1,5 МПа	≥0,8 МПа
Совместимость тепловых свойств циклы работы в сухом состоянии	EN 12617-4	Сила сцепления после 30 циклов			Визуальный контроль
		≥2 МПа	≥1,5 МПа	≥0,8 МПа
Модуль упругости	EN 13412	≥20 МПа	≥15 МПа	нет требований
Стойкость к скольжению	EN 13036-4	Класс I >40 ед. изм. при испытании в мокром состоянии Класс II >40 ед. изм. при испытании в сухом состоянии Класс III >55 ед. изм. при испытании в сухом состоянии		Класс I >40 ед. изм. при испытании в мокром состоянии Класс II >40 ед. изм. при испытании в сухом состоянии Класс III >55 ед. изм. при испытании в мокром состоянии
Капиллярная абсорбция	EN 13057	≤0,05 кг/м³·ч1/2		≤0,05 кг/м³·ч1/2	Нет требований

Введение пластификаторов и гиперпластификаторов позволяет изменить водопотребность бетонной смеси, увеличить ее пластичность, снизить пористость, изменить структуру цементного камня и увеличить прочностные характеристики бетона.

Введение эфиров целлюлозы и крахмала позволяет изменить агрегатное состояние воды в бетоне из жидкого в гелеобразное, что уменьшает процесс испарения воды и стимулирует процессы гидратации клинкерных минералов в цементе.

Введение добавок редиспергируемых полимерных порошков способствует уплотнению цементного камня в контактных зонах на разделе фаз крупного и мелкого заполнителей с цементным камнем.

После упорядочения макро- и микроструктуры введение наноразмерных веществ, (например, диоксида кремния, алюминия) позволяет уплотнить структуру цементного камня на третьем уровне за счет перевода метастабильных фаз продуктов твердения цементного камня в устойчивое состояние.

Добавка нанодиоксида титана позволяет запустить процесс изменения угла смачиваемости поверхности бетона во времени от 0° до 80° и обратно под воздействием солнечного излучения, что позволяет поверхности бетона самоочищаться. Такой процесс чрезвычайно важен для декоративного бетона.

Другие функциональные добавки помогут ускорить или замедлить процесс схватывания и твердения бетона, изменить технологические свойства: открытое время бетонной смеси, ее текучесть, прилипаемость к оснастке и рабочим частям ремонтного оборудования.

Российская научная практика подготовила для строительного производства множество мудрых нормативных документов, содержащих многовековой опыт производства строительных и ремонтных работ. Их необходимо применять в каждом конкретном случае. Однако надо учитывать, что вся ответственность за производство ремонтных работ лежит на заказчике и исполнителе работ, и эта ответственность должна быть зафиксирована в договоре на производство работ между заинтересованными сторонами. Объем и мера этой ответственности должны быть оговорены в технических приложениях к договору на выполнение работ. Если исполнитель отказывается работать в рамках указанных документов, значит, он не может выполнить поставленные условия, и надо найти специализированную организацию, которая произведет работы в соответствии со всеми требования ГОСТов, СНИПов, рекомендаций и т.д.

Выводы:

1. Российская строительная индустрия в сотрудничестве с иностранными компаниями производит широкий ассортимент ремонтных смесей для поверхностного ремонта конструкционного и неконструкционного бетона, а также для инъекционного ремонта.

2. ЕС разработал комплекс европейских стандартов EN, строго регламентирующих всю деятельность по ремонту бетонных конструкций.

3. Россия должна разработать унифицированные требования в области ремонта бетона или ввести в действие европейские нормы на своей территории.

4. Инновационные направления развития ремонтных работ по бетону лежат на стыке комплексного применения функциональных добавок с механоактивацией при изготовлении ремонтных смесей, а также в развитии производства оборудования и приспособлений для осуществления ремонтных работ.

5. Оптимально выбранные состав и последовательность ремонтных работ, оперативное устранение причин, вызывающих образование дефектов, минимизируют затраты по поддержанию в работоспособном состоянии цементобетонных покрытий и уменьшают объем повреждений, требующих больших капитальных вложений.