RU2248951C2 - Quick-hardening bound cement mortar, method for preparation thereof, and method for repairing concrete and reinforced concrete underwater structures - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacture of building materials.

SUBSTANCE: quick-hardening bound cement mortar including, vol parts: cement 6-9, water 2-3, aqueous epoxide resin dispersion 1, and hardener 1, said cement being of quick-hardening type and said dispersion additionally containing polyurethane rubber. Quick-hardening cement can be alumina-based cement. In a method of preparing quick-hardening bound cement mortar including mixing cement with aqueous epoxide resin dispersion and hardener on a surface immediately before underwater application, one volume part of water is diluted with one volume part of hardener and stirred, after which one volume part of aqueous dispersion of epoxide resin and polyurethane rubber are added, resulting mixture is agitated and then, depending on particular application, 1 or 2 vol volumes of water are added and, after agitation, resulting composition is used to temper quick-hardening cement, and stirred in low-speed mixer until soft plasticine-type plastic homogenous mass is obtained, after which mortar is held up to 5 min and agitated once more. Escort method of repairing concrete and reinforced concrete underwater structures comprises conveying quick-hardening cement mortar into underwater repair operation zone and manually laying thus prepared mortar onto prepared surface with defective spots. Conveyance of mortar can be accomplished by means of containers or buckets, or yet by means of worm mortar pumps. Invention enables preparation of repair material characterized by dimensional stability, short setting time and fast hardness development, non-diffuseness in aqueous media, waterproofness, frost resistance, crack resistance, resistance to corrosive media (salt and alkali solutions, petroleum products), high adhesion to cement, concrete, and metallic surfaces, and not leading to corrosion of hardware.

EFFECT: improved performance characteristics of cement mortar.

6 cl

Description

Изобретение относится к материалам и технологиям ремонтных бетонных работ под водой.The invention relates to materials and technologies for repair concrete work under water.

Известно, что бетонные и железобетонные сооружения на акватории морей, озер и рек в своей подводной части, особенно в зоне переменного уровня водной поверхности, имеют высокий процент повреждений.It is known that concrete and reinforced concrete structures in the waters of the seas, lakes and rivers in their underwater part, especially in the zone of a variable level of the water surface, have a high percentage of damage.

Изобретение направлено на решение сложной технической проблемы подводного бетонирования, к которому предъявляются значительно более высокие требования по сравнению с бетонными работами на открытом воздухе, что обусловлено тем, что цемент при подводных бетонных работах легко разрушается и вымывается, что приводит к ухудшению качества или повреждению бетона. Традиционные методы ремонтных работ с использованием кессонов и подводного бетонирования требуют высоких затрат и сложной организации работ.The invention is aimed at solving the complex technical problem of underwater concreting, which has much higher requirements in comparison with concrete work in the open air, due to the fact that cement underwater concrete works easily and deteriorates, which leads to deterioration in quality or damage to concrete. Traditional repair methods using caissons and underwater concreting require high costs and complex organization of work.

Известен способ подводного бетонирования, согласно которому на дно предварительно установленной опалубки через специально приготовленные отверстия вливается или закачивается жидкий бетонный раствор, см. патент США №159165, E 02 D 15/06. Известен специальный быстротвердеющий жидкий цементный раствор, содержащий цемент, воду и дисперсию эпоксидной смолы в воде, и способ приготовленния быстротвердеющего связанного цементного раствора, включающий смешивание цемента, дисперсии эпоксидной смолы в воде и отвердителя на поверхности непосредственно перед применением под водой и эскорт-метод ремонта бетонных, железобетонных сооружений под водой, согласно которому быстротвердеющий связанный цементный раствор подают насосом в зону подводных ремонтных работ и укладывают на предварительно подготовленную поверхность дефектных участков, а жидкий эпоксид с удельным весом 1,3-1,4 г/см³ создает вокруг цементного раствора водонепроницаемую оболочку и после затвердевания сцепляет его со старым бетоном, см. патент США №4482273, E 02 D 15/06. Согласно данному способу поверхность поврежденного участка очищают путем пескоструйной обработки или вымыванием струей воды, затем устанавливают непроницаемую в основании и по бокам опалубку и подают в нее предварительно смешанную эпоксидную смолу через шланг, достигающий нижней части опалубки, а затем подают жидкий цементный раствор, который вытесняет эпоксидную смолу со дна опалубки, при этом конструкция покрывается эпоксидной смолой, улучшается сцепление и на подаваемом цементном растворе создается защитный эпоксидный слой, предотвращающий выщелачивание цемента.There is a known method of underwater concreting, according to which liquid concrete mortar is poured or pumped through specially prepared holes to the bottom of a pre-installed formwork, see US Patent No. 159165, E 02 D 15/06. Known for a special quick-hardening liquid cement mortar containing cement, water and a dispersion of epoxy resin in water, and a method for preparing a quick-hardening bonded cement mortar, including mixing cement, dispersion of epoxy resin in water and a hardener on the surface immediately before use under water and an escort method for repairing concrete , reinforced concrete structures under water, according to which a quick-hardening bonded cement mortar is pumped into the area of underwater repair work and laid on p edvaritelno prepared surface defect sites and the liquid epoxy with a specific weight of 1.3-1.4 g / cm ³ creates grout around waterproof shell after hardening and concatenates it with the old concrete, see. U.S. Patent №4482273, E 02 D 15 / 06. According to this method, the surface of the damaged area is cleaned by sandblasting or by washing with a stream of water, then formwork impervious to the base and sides is installed and pre-mixed epoxy resin is fed into it through a hose reaching the bottom of the formwork, and then a cement slurry that displaces the epoxy is fed resin from the bottom of the formwork, while the structure is coated with epoxy resin, adhesion is improved and a protective epoxy layer is created on the supplied cement mortar, before repellent leaching cement.

По наибольшему количеству сходных признаков данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.For the largest number of similar features, this technical solution is selected as a prototype of the claimed invention.

Недостатком прототипа является необходимость установки сложных непроницаемых опалубок и подачи с поверхности больших объемов жидкой эпоксидной смолы и цемента, что ограничивает применение известного метода вследствие значительных материальных затрат, невозможности использования на конструкциях со сложной геометрией поверхностей, со сквозными раскрытыми дефектами структуры сооружений и со сложной турбулентной динамикой инфильтрации течей.The disadvantage of the prototype is the need to install complex impermeable formwork and supply large volumes of liquid epoxy resin and cement from the surface, which limits the application of the known method due to significant material costs, the inability to use on structures with complex surface geometry, with through defects revealed in the structure of structures and with complex turbulent dynamics infiltration leaks.

Задачей изобретения является создание нового поколения модифицированных цементов и полимерорганических компонентов, а также новой технологии их приготовления и укладки, позволяющих проводить как большие, так и локальные точечные работы под водой, по ремонту бетонных и железобетонных сооружений с нанесением составов на бетон, металл, дерево и полимеры.The objective of the invention is the creation of a new generation of modified cements and organo-polymer components, as well as a new technology for their preparation and installation, allowing both large and local spot work under water to repair concrete and reinforced concrete structures with the application of concrete, metal, wood and polymers.

Быстротвердеющий связанный цементный раствор, включающий цемент, воду, дисперсию эпоксидной смолы в воде и отвердитель, в качестве цемента содержит быстросхватывающийся цемент, а дисперсия дополнительно содержит полиуретановый каучук при следующем соотношении компонентов, об. ч.: быстросхватывающийся цемент - 6-9, указанная дисперсия - 1, отвердитель - 1, вода - 2-3. В качестве быстросхватывающегося цемента может быть использован глиноземистый цемент. В способе приготовления быстротвердеющего связанного цементного раствора, включающем смешивание цемента, дисперсии эпоксидной смолы в воде и отвердителя на поверхности непосредственно перед применением под водой, сначала одну объемную часть отвердителя разбавляют одной объемной частью воды, перемешивают, добавляют одну объемную часть дисперсии эпоксидной смолы и полиуретанового каучука в воде, перемешивают, затем в зависимости от назначения раствора добавляют одну или две объемные части воды и еще раз перемешивают, после чего полученной композицией затворяют цемент быстросхватывающийся и перемешивают в низкооборотной мешалке до получения однородной массы пластичной консистенции типа мягкого пластилина, после чего полученный раствор выдерживают до 5 минут и вторично перемешивают. В эскорт-методе ремонта бетонных, железобетонных сооружений под водой, заключающемся в подаче быстротвердеющего связанного цементного раствора в зону подводных ремонтных работ и укладке на предварительно подготовленную поверхность дефектных участков, используют раствор, приготовленный вышеуказанным способом, а укладку осуществляют вручную. Подачу указанного цементного раствора можно осуществлять в контейнерах или ведрах. Подачу указанного цементного раствора можно осуществлять с помощью шнековых растворонасосов.Quick-hardening bonded cement mortar, including cement, water, a dispersion of epoxy resin in water and a hardener, contains cement as quick-setting cement, and the dispersion additionally contains polyurethane rubber in the following ratio of components, vol. h.: quick setting cement - 6-9, the indicated dispersion - 1, hardener - 1, water - 2-3. Alumina cement may be used as quick setting cement. In the method of preparing a quick-hardening bonded cement mortar, including mixing cement, a dispersion of epoxy resin in water and a hardener on the surface immediately before use under water, first one volume part of the hardener is diluted with one volume part of water, mixed, one volume part of the dispersion of epoxy resin and polyurethane rubber is added in water, mix, then, depending on the purpose of the solution, add one or two volume parts of water and mix again, after which constant composition shuts cement quick-setting and slow-speed stirring mixer until smooth plastic consistency of soft clay type, and the resulting solution was kept under 5 minutes and stirred again. In the escort method of repairing concrete, reinforced concrete structures under water, which consists in supplying a quick-hardening bonded cement mortar to the area of underwater repair work and laying on the prepared surface of the defective areas, use the solution prepared by the above method, and laying is carried out manually. The supply of the specified cement mortar can be carried out in containers or buckets. The supply of the specified cement mortar can be carried out using screw mortar pumps.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленных совокупностей признаков, заключается в том, что заявленный метод обеспечивает возможность подачи на участки конкретных дефектов сплошности подводных сооружений небольших порций точноспециализированных ремонтных составов, приготовленных на специальной жидкой полимерорганической композиции, в результате чего они образуют с цементом стойкую к воздействию воды систему, способную сохранять ремонтные свойства в требуемом промежутке времени, способствуют сцеплению со старым бетоном и после затвердевания придают ремонтным материалам дополнительные свойства по прочности, долговечности, водонепроницаемости и трещиностойкости.The immediate technical result that can be obtained by implementing the claimed sets of features is that the claimed method makes it possible to supply small sections of finely specialized repair compositions prepared on a special liquid polymer-organic composition to concrete continuity defects underwater structures, as a result of which they form with cement resistant to water, a system capable of maintaining repair properties in the required period of time, with facilitate adhesion to old concrete and, after hardening, give repair materials additional properties in terms of strength, durability, water resistance and crack resistance.

Отдельные отличительные признаки заявленного изобретения (цементы, полимерорганические композиции, средства подачи ремонтных растворов) известны из уровня техники, однако заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии данных отличительных признаков изобретения на достигаемый изобретением технический результат. Возможность промышленного применения заявленного технического решения не вызывает сомнений, так оно может быть реализовано с использованием известных материалов и средств доставки. Изобретение реализуют следующим образом.Certain distinctive features of the claimed invention (cements, polymer-organic compositions, means for supplying repair mortars) are known from the prior art, however, the applicant is not aware of any publications that would contain information on the effect of these distinctive features of the invention on the technical result achieved by the invention. The possibility of industrial application of the claimed technical solution is not in doubt, so it can be implemented using well-known materials and delivery vehicles. The invention is implemented as follows.

Ремонтные поверхности дефектных участков предварительно очищают от разного рода загрязнений, биофлоры и препятствующих адгезии веществ типа жиров и смазочных масел. Работы по очистке основания можно проводить вручную металлическими щетками, пескоструем, струей воды под высоким давлением, а также ультразвуковыми и т.п. методами, основанными на физических принципах. Ремонтные поверхности дефектных участков должны быть плотными, обладать достаточными несущими способностями.Repair surfaces of defective areas are pre-cleaned of various kinds of contaminants, bioflora and substances such as fats and lubricating oils that prevent adhesion. Work on cleaning the base can be carried out manually with metal brushes, sandblasting, high pressure water jet, as well as ultrasonic, etc. methods based on physical principles. Repair surfaces of defective areas must be dense, have sufficient bearing capacity.

Затем на поверхности приготавливают быстротвердеющий связанный цементный раствор, для чего одну объемную часть отвердителя, например, полиамидного отвердителя “Эпоксим”, разбавляют одной объемной частью воды и перемешивают, добавляют одну объемную часть дисперсии эпоксидных смол и полиуретановых каучуков и перемешивают, затем в зависимости от назначения ремонтного состава добавляют одну-две объемные части воды и перемешивают, после чего 7 частей выбранных модифицированных быстросхватывающихся портландцементов - БТЦ, ОБТЦ, а также глиноземистых цементов ВРЦ, РЦ затворяют полученной композицией и перемешивают с помощью низкооборотной мешалки до получения однородной массы пластичной консистенции типа мягкого пластилина, после чего полученный раствор выдерживают до 5 минут и вторично перемешивают.Then, a quick-hardening bonded cement mortar is prepared on the surface, for which one volume part of the hardener, for example, Epoxim polyamide hardener, is diluted with one volume part of water and mixed, one volume part of the dispersion of epoxy resins and polyurethane rubbers is added and mixed, then depending on the purpose repair composition add one or two volume parts of water and mix, after which 7 parts of the selected modified quick-setting Portland cement - BTC, OBTC, and g the alumina cements of the VRC, RC are closed with the obtained composition and mixed with a low-speed mixer until a homogeneous mass of plastic consistency is obtained, such as soft clay, after which the resulting solution is kept for up to 5 minutes and mixed again.

В раствор могут быть дополнительно введены различного рода добавки - пластифицирующие, гидрофобизирующие, микроармирующие, эластифицирующие и т.д.Various kinds of additives — plasticizing, hydrophobizing, micro-reinforcing, elasticizing, etc. — can be additionally introduced into the solution.

Полученный быстротвердеющий связанный цементный раствор подают в зону подводных ремонтных работ в контейнерах или ведрах либо с помощью шнековых растворонасосов, после чего раствор укладывают на предварительно подготовленные поверхности дефектных участков вручную рабочими водолазами. При необходимости можно осуществить контроль объемов и качества выполненных работ посредством фото- и видеофиксации рабочих участков.The obtained quick-hardening bonded cement mortar is fed into the underwater repair zone in containers or buckets or with the help of screw mortar pumps, after which the mortar is laid manually on the previously prepared surfaces of the defective areas by working divers. If necessary, it is possible to control the volume and quality of work performed through photo and video recording of work sites.

Полученный заявленным способом ремонтный материал обладает безусадочностью, малым сроком схватывания и быстротой набора прочности, неразмываемостью в водной среде, водонепроницаемостью, морозостойкостью, трещиностойкостью, устойчивостью к воздействию агрессивных сред (растворы солей, щелочи, нефтепродукты), высокой адгезией к цементным, бетонным и металлическим поверхностям, не вызывает коррозии арматуры, экологической безопасностью.The repair material obtained by the claimed method possesses non-shrinkage, short setting time and quickness of curing, indelibility in the aquatic environment, water resistance, frost resistance, crack resistance, resistance to aggressive environments (solutions of salts, alkali, oil products), high adhesion to cement, concrete and metal surfaces , does not cause corrosion of valves, environmental safety.

Основные достоинства эскорт-метода заключаются в следующем.The main advantages of the escort method are as follows.

1. Экономичность ремонта по материальным затратам, с подачей конкретных специализированных составов в конкретное место рабочей зоны.1. The cost-effectiveness of repairs in terms of material costs, with the supply of specific specialized compounds to a specific place in the work area.

2. Возможность визуального, фото- и видеоконтроля за каждой рабочей операцией и качеством работ.2. The possibility of visual, photo and video monitoring of each work operation and quality of work.

3. Ограничение вымывания цементов, связанных полимерорганическими соединениями, из растворов под водой.3. Limitation of leaching of cements bound by polymer-organic compounds from solutions under water.

4. Обеспечение надлежащего сцепления ремонтных растворов под водой со старым бетоном, металлом, деревом и пластиком использованием полимерорганической композиции с адгезионным компонентом.4. Ensuring proper adhesion of repair mortars under water with old concrete, metal, wood and plastic using an organopolymer composition with an adhesive component.

5. Придание цементам заданных свойств для решения разных ремонтных задач, повышение пластичности, плотности, внутреннего сцепления и ускорения сроков твердения ремонтных растворов под водой за счет специальных добавок-модификаторов для цементов.5. Giving cements the desired properties for solving various repair problems, increasing ductility, density, internal adhesion and accelerating the hardening time of repair solutions under water through special modifier additives for cements.

6. Улучшение характеристик прочности, долговечности, водонепроницаемости и трещиностойкости цементных ремонтных материалов, связанных специализированной полимерорганической композицией с высокой твердостью, эластичностью и стойкостью к растворам солей, щелочей и нефтепродуктам.6. Improving the characteristics of strength, durability, water resistance and crack resistance of cement repair materials associated with a specialized polymer-organic composition with high hardness, elasticity and resistance to solutions of salts, alkalis and oil products.

Стендовые испытания ремонта бетонов под водой по заявленной оригинальной технологии эскорт-метода на побережье Финского залива в районе пос. Репино Курортного района С.-Петербурга и на объектах портовых сооружений БТС г. Приморска. Подводные ремонтные работы с привлечением рабочих-водолазов дайвинг-клубов выполнены при ремонте насосной станции ОАО “Балтийский завод” в сентябре-октябре 2002 г. Указанные испытания заявленного эскорт-метода доказали его высокую эффективностьBench tests of repair of concrete under water according to the claimed original technology of the escort method on the coast of the Gulf of Finland in the area of the village. Repino Kurortny district of St. Petersburg and at the facilities of the port facilities of the BPS of the city of Primorsk. Underwater repair work involving diving club workers and divers was carried out during the repair of the Baltiysky Zavod pumping station in September-October 2002. These tests of the declared escort method proved its high efficiency

Эскорт-метод может быть применен для:The escort method can be used for:

- ускоренного подводного ремонта бетонных и железобетонных, металлических, полимерных и деревянных конструкций в условиях морской и пресной воды;- accelerated underwater repair of concrete and reinforced concrete, metal, polymer and wooden structures in conditions of sea and fresh water;

- устранение дефектов, вызывающих протечки в ограждающих конструкциях подводных сооружений;- elimination of defects causing leaks in the enclosing structures of underwater structures;

- ремонта как масштабных, так и локальных точечных дефектов подводных конструкций.- repair of both large-scale and local point defects of underwater structures.

Claims (6)

1. Быстротвердеющий связанный цементный раствор, включающий цемент, воду, дисперсию эпоксидной смолы в воде и отвердитель, отличающийся тем, что в качестве цемента он содержит быстросхватывающийся цемент, а дисперсия дополнительно содержит полиуретановый каучук при следующем соотношении компонентов, об.ч.:1. Quick-hardening bonded cement mortar, including cement, water, an epoxy resin dispersion in water and a hardener, characterized in that it contains quick-setting cement as a cement, and the dispersion additionally contains polyurethane rubber in the following ratio of components, parts by volume: Быстросхватывающийся цемент 6-9Quick setting cement 6-9 Указанная дисперсия 1The specified variance 1 Отвердитель 1Hardener 1 Вода 2-3Water 2-3 2. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве быстросхватывающегося цемента он содержит глиноземистый цемент.2. The solution according to claim 1, characterized in that it contains alumina cement as a quick setting cement. 3. Способ приготовления быстротвердеющего связанного цементного раствора, включающий смешивание цемента, дисперсии эпоксидной смолы в воде, и отвердителя на поверхности непосредственно перед применением под водой, отличающийся тем, что сначала одну объемную часть отвердителя разбавляют одной объемной частью воды, перемешивают, добавляют одну объемную часть дисперсии эпоксидной смолы и полиуретанового каучука в воде, перемешивают, затем в зависимости от назначения раствора добавляют одну или две объемные части воды и еще раз перемешивают, после чего полученной композицией затворяют цемент быстросхватывающийся и перемешивают в низкооборотной мешалке до получения однородной массы пластичной консистенции типа мягкого пластилина, после чего полученный раствор выдерживают до 5 мин и вторично перемешивают.3. A method of preparing a quick-hardening bonded cement mortar, including mixing cement, a dispersion of epoxy resin in water, and a hardener on the surface immediately before use under water, characterized in that at first one volume part of the hardener is diluted with one volume part of water, mixed, one volume part is added dispersion of epoxy resin and polyurethane rubber in water, mix, then, depending on the purpose of the solution, add one or two volume parts of water and mix again they are cured, after which the cement is quickly cemented and mixed in a low-speed mixer until a homogeneous mass of plastic consistency is obtained, such as soft plasticine, after which the resulting solution is kept for up to 5 minutes and mixed again. 4. Эскорт-метод ремонта бетонных, железобетонных сооружений под водой, заключающийся в подаче быстротвердеющего связанного цементного раствора в зону подводных ремонтных работ и укладке на предварительно подготовленную поверхность дефектных участков, отличающийся тем, что используют раствор, приготовленный по п. 3, а укладку осуществляют вручную.4. The escort method for repairing concrete, reinforced concrete structures underwater, which consists in supplying a quick-hardening bonded cement mortar to the area of underwater repair work and laying on the prepared surface of the defective areas, characterized in that they use the solution prepared according to claim 3, and the installation is carried out manually. 5. Эскорт-метод по п. 4, отличающийся тем, что подачу указанного цементного раствора осуществляют в контейнерах или ведрах.5. The escort method according to claim 4, characterized in that the supply of the specified cement mortar is carried out in containers or buckets. 6. Эскорт-метод по п. 4, отличающийся тем, что подачу указанного цементного раствора осуществляют с помощью шнековых растворонасосов.6. The escort method according to claim 4, characterized in that the supply of the specified cement mortar is carried out using screw mortar pumps.