Лузгин Роман Юрьевич. Технология усиления каменных кладок старинных построек

Короткий опис

Лузгин Роман Юрьевич. Технология усиления каменных кладок старинных построек : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.08 / Лузгин Роман Юрьевич; [Место защиты: Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т].- Новосибирск, 2007.- 217 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/5125

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи

ЛУЗГИН РОМАН ЮРЬЕВИЧ
ТЕХНОЛОГИЯ УСИЛЕНИЯ КАМЕННЫХ КЛАДОК СТАРИННЫХ ПОСТРОЕК
Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: к-т техн. наук, доцент Пальчинский Владимир Григорьевич
Новосибирск-2007

2 ОГЛАВЛЕНИЕ
С.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ОБЛАСТИ УСИЛЕНИЯ
КАМЕННЫХ КЛАДОК СТАРИННЫХ ПОСТРОЕК И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЙ 8
1.1 Анализ современных направлений повышения надёжности кладок .. 8
1.2 История развития метода инъецирования 14
1.3 Анализ инъекционных составов 17
1.4 Постановка цели и задач исследований 21
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КАМЕННЫХ
КЛАДОК СТАРИННЫХ ПОСТРОЕК 25
2.1 Конструктивное исполнение старинных каменных построек 25
2.2 Дефекты и повреждения старинных каменных построек 30
Выводы по 2 главе 35
ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УКРЕПЛЯЮЩИХ
СОСТАВОВ 36
3.1 Требования, предъявляемые к укрепляющим композициям 36
3.2 Разработка инъекционных композиций на основе жидкого стекла .... 37

3.2.1 Подбор и изучение эффективных компонентов для придания тре-буемых свойств укрепляющим композициям 39
3.2.2 Оптимизация состава жидкостекольной композиции 46
3.2.3 Влияние величины силикатного модуля жидкого стекла на эффек-тивность укрепляющего состава 71
Выводы по 3 главе 73
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИНЪЕЦИРОВАНИЯ КАМЕННЫХ КЛАДОК СТАРИННЫХ ПОСТРОЕК 74
4.1 Область применения технологии 74
4.2 Технология и организация инъекционного укрепления 75
4.2.1 Подготовительный этап 76

з
4.2.2 Основной этап. Процесс объёмного инъекционного усиления ста¬ринной каменной кладки на захватке 77
4.2.3 Заключительный этап 93
4.3 Технологическое решение по сокращению времени набора прочно¬
сти новообразований 93
4.3.1 Особенности технологии инъекционного усиления с использовани¬
ем углекислого газа 95
4.4 Оборудование для производства инъекционных работ 96
4.5 Контроль качества работ 98
Выводы по 4 главе 101
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЯ УКРЕПЛЕНИЯ СТАРИННЫХ КАМЕННЫХ
КЛАДОК ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫМИ КОМПОЗИЦИЯМИ НА
РЕАЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ 102
5.1 Усиление каменной кладки памятника истории и культуры - Дра-матического театра им. Н.П. Охлопкова, 1894-1897 гг. - по ул. К. Маркса, 14 в г. Иркутске 102
5.2 Усиление кладки стен цокольного этажа здания памятника истории и культуры - «Главный дом и доходный дом в усадьбе Миндалеви-чей», конец XIX в - по ул. Чехова-2, в г. Иркутске 111
5.3 Усиление фундамента памятника истории и культуры - «Усадьба Бутиных: винные склады», конец XVIII в. - по пер. Хасановский, 1
в г. Иркутске 118
5.4 Усиление кладки стен памятника истории и культуры - «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной семинарии», ко¬нец XVIII - начало XIX вв. - по ул. Нижняя Набережная, 6 в г. Ир¬кутске 122
5.5 Усиление кладки стен памятника истории и культуры - «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной консистории», конец XVIII - начало XIX вв. - по ул. Нижняя Набережная, 6 в г. Иркутске 128

4
5.6 Выбор технологии инъецирования 132
Выводы по 5 главе 134
ГЛАВА 6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИНЪЕКЦИОННОГО УСИЛЕНИЯ
СТАРИННОЙ КАМЕННОЙ КЛАДКИ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫМИ
КОМПОЗИЦИЯМИ 136
6.1 Методика расчёта 136
6.2 Вариант А. Расчет технико-экономических показателей при усиле¬нии кирпичных простенков монолитной железобетонной обоймой .. 140
6.3 Вариант Б. Расчет технико-экономических показателей при усиле¬нии кирпичных простенков методом инъецирования полимерным укрепляющим составом 144
6.4 Вариант В. Расчет технико-экономических показателей при усиле¬нии кирпичных простенков методом инъецирования жидкостеколь-ной композицией 147
6.5 Экономический эффект 150
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 151
ЛИТЕРАТУРА 153
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Таблица П 1.1; Таблица П 1.2; Таблица П 1.3 169
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Рекомендации по усилению каменой кладки ста¬
ринных построек в г. Иркутске 185
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Производственное внедрение результатов ис¬
следований 213

5 ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Реконструкция и реставрация зданий требует раз¬работки технологических приёмов по их укреплению. Особенно это касается укрепления старинных каменных построек, расположенных в сейсмически ак-тивных зонах России. С целью сохранения зданий историко-архитектурного значения, выполненных в основном из кирпичной кладки на растворах с из-вестковым связующим, необходимо разработать методы их усиления и их прак-тическую реализацию. Наиболее приемлемым методом является инъекционное усиление. В связи с этим разработка технологии инъекционного усиления кир-пичной кладки старых построек, основанная на использовании оптимального укрепляющего состава для обеспечения их дальнейшей безопасной эксплуата-ции, является актуальной задачей.
Работа выполнена по плану НИР ИрГТУ на 2003-2006 годы по разделу «Совершенствование технологии усилению каменной кладки старинных по-строек в сейсмически активных зонах», а так же по заказу ЗАО «Иркутскпром-строй».
Научная новизна диссертационной работы:
разработана технология инъекционного укрепления каменных кладок ста-ринных построек с применением жидкостекольных композиций, которая по-зволяет по истечении 98-115 суток с момента усиления повысить прочность растворного камня до 4,2-6 МПа, а прочность сцепления кладки до 116,4-126 кПа;
разработана технология инъекционного усиления каменной кладки жид-костекольными композициями совместно с подачей в шпуры двуокиси углеро¬да, что позволяет сократить время набора прочности укреплённой кладки на 50-70 %;
введение в жидкостекольную массу цеолитсодержащего компонента, обеспечивает максимальное заполнение капиллярно-пористого пространства укрепляемой кладки при следующих технологических параметрах: условия

6
твердения - воздушно-сухие (Т=18-20 ° С); количество цеолитсодержащей до-бавки - 20 % от массы жидкого стекла; плотность укрепляющей композиции -1,2 г/см3.
предложена новая схема расположения шпуров инъецирования при уси-лении кладки простенков со стороны оконного проёма, что позволяет на 8-12 % заполнить больше капиллярно-пористого пространства кладки по сравнению с традиционной схемой.
Практическое значение и реализация работы:
разработаны оптимальные составы жидкостекольных композиций для выполнения инъекционных работ;
определены технологические параметры производства работ по усилению кладки методом объёмного инъекционного усиления;
предложена технологическая схема производства работ, включающая подготовительный, основной и заключительный этапы;
разработаны рекомендации для инъекционного усиления каменной клад¬ки старинных построек;
результаты работы использованы при реконструкции зданий историко-культурного наследия г. Иркутска: драматический театр им. Н.П. Охлопкова, «Главный дом и доходный дом в усадьбе Миндалевичей», «Усадьба Бутиных: винные склады», «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной семинарии», «Духовная консистория. Комплекс построек: здание духовной консистории».
На защиту выносится:
анализ состояния и наиболее характерные дефекты и повреждения камен-ных кладок старинных построек в сейсмически активных зонах;
результаты экспериментально-теоретических исследований по оптимиза-ции состава укрепляющего инъекционного раствора;
разработанные технологии инъекционного метода усиления каменной кладки;

7
результаты технологических основ укрепления каменных кладок на ре-альных объектах.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и рассмот-рены на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспиран-тов и молодых учёных «Современный университет: образование, наука, куль-тура» (Иркутск, май 2005 г.), научно-практической конференции «Инвестиции. Строительство. Недвижимость» (Иркутск, июнь 2006 г.).
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 4 научных статьях, в том числе в изданиях с внешним рецензированием - 2.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 175 наименований, 3 приложе¬ний и содержит 169 страниц основного текста, 40 рисунков и 38 таблиц.
Работа выполнена автором в Иркутском государственном техническом университете на кафедре строительного производства под руководством к-та техн. наук, профессора ИрГТУ В.Г. Пальчинского.

Список літератури

ВЫВОДЫ
1. Теоретические и экспериментальные исследования старинных зданий показали, что их фактическая сейсмостойкость по многим параметрам не соот-ветствует современным требованиям строительства, в частности по прочности нормального сцепления кладки и прочности растворного камня.
2. Экспериментально обоснованна целесообразность применения компози-ций на основе жидкого стекла для усиления старинных каменных кладок.
3. Разработана технически эффективная жидкостекольная композиция, включающая цеолитсодержащую добавку, которая при соблюдении определён-ной технологии позволяет максимально заполнить капиллярно-пористое про-странство укрепляемой кладки при следующих технологических параметрах: условия твердения - воздушно-сухие (Т=18-20 ° С); количество цеолитсодер-жащей добавки - 20 % от массы жидкого стекла; плотность укрепляющей ком-позиции- 1,2 г/см3.
4. Разработана технология инъекционного метода усиления на основе ис-пользования жидкостекольных укрепляющих композиций нагнетаемых как под давлением, так и гравитационным способом.
5. Предложена и обоснована схема расположения шпуров инъецирования для усиления простенков со стороны оконного проёма, которая позволяет на 8-12 % заполнить больше капиллярно-пористого пространства кладки по сравне-нию с традиционной схемой.
6. Разработана технология инъекционного усиления каменной кладки жид-костекольными композициями совместно с подачей в шпуры двуокиси углеро¬да, что позволяет сократить время набора прочности на 50-70 %. Так по истече¬нию 28 суток с момента усиления прочность растворного камня находится в пре¬делах 6,9-8,1 МПа, прочность нормального сцепления - 119-138 кПа.
7. Проведена практическая проверка технологий объёмного инъекционно¬го усиления жидкостекольными композициями при реконструкции и восста-новлении пяти объектов г. Иркутска, которая позволила детально проработать

152 отдельные технологические операции в условиях строительной площадки. Ре¬комендуется применять шахматное расположение шпуров инъецирования, при использовании технологии нагнетания жидкостекольной композиции под давле¬нием - последовательную схему установки стопор-инъекторов в шпуры с под¬ключением материального шланга к одиночному инъектору. Для устранения те¬чи укрепляющего раствора из соседнего шпура в процессе нагнетания использо¬вать заглушки.
8. Разработана схема выбора технологии объёмного инъекционного усиле-ния старинной каменной кладки с учётом следующих условий: структурное со-стояние укрепляемой кладки; требуемое время набора прочности.
9. Производственная проверка технологий объёмного инъекционного уси-ления жидкостекольными композициями показала эффективность их примене¬ния, как с технологической, так и с экономической стороны. Разработаны тех-нологические рекомендации для усиления кладки старинных построек в г. Ир-кутске.

153 ЛИТЕРАТУРА
1. Абдужабаров Х.С. Разработка и исследование фурано-эпоксидных смол и полимербетонов, предназначенных для гидромелиоративного строитель¬ства: Автореф. дис... канд. техн. наук.- М, 1979.
2. Адамович А.Н. Устройство противофильтрационных завес посредст-вом инъекции цементоглинистых растворов на вибродомолатых цементах / А.Н. Адамович, И.Р. Арабаджан, И.Е Картелев, Л.Н Паронян //Материалы совещания по закреплению и укреплению грунтов.- Киев.: КИСИ, 1962. - с. 149.
3. Адамович А.Н., Колтунов Д.В. Цементация оснований гидросооруже-ний / А.Н. Адамович, Д.В. Колтунов.- М.: Энергия, 1964. - 514 с.
4. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента.- М.: Металлур-гия, 1968,-155 с.
5. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных ус-ловий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский,- М.: Наука, 1976.- 280 с.
6. Айлер Р.К. Химия кремнезёма. Ч. 1-2.- М.: Мир, 1982.-1127 с.
7. Александрян Э.П. Восстановление и усиление бетонных и железобе-тонных конструкций зданий и сооружений методом инъецирования полимеррас-творов / Жилищное и гражданское строительство.-1983.-Вып. 14,-С. 15-18.
8. Арсан Арсан Совершенствование технологии усиления грунтов осно-ваний фундаментов зданий и сооружений: Дис... канд. техн. наук: 05.23.08.-Харьков., 1992.
9. Афанасьев В.В. О возможности гидрофобизации строительной кера-мики при реставрации памятников истории и культуры / В.В. Афанасьев, И.И. Барков, С.А. Шадрин, Ю.И. Худобин // Труды V совещания по химии и практи-ческому применению кремнеорганических соединений.- Ленинград, 1984.- С. 41-45.
10. Балли Р.Ж. Результаты режима нагнетания закрепляющих жидкостей в грунт / пер. с румынского/.- Бухарест.: Изд-во института гидротехнических ис-следований, 1989.- 12 с.
11. Басин В.Е. Адгезионная прочность.- М.: Химия, 1981.- 208 с.

154
12. Беленцов Ю.А. Усиление каменных стен и простенков с учётом упруго
пластической работы каменной кладки реконструируемых жилых зданий: Дис... канд. тех. наук: 05.23.01.- СПб., 2001.
13. Бобкова Н.М. Общая технология силикатов.- М: Вые. шк., 1987.- 288 с.
14. Болт Б.А. Землетрясения,- М: Мир, 1981.- 256 с.
15. Бубнов В.И. Модификация строительных растворов на основе мине-ральных вяжущих для реставрационных работ кремнеорганическими соедине-ниями / В.И. Бубнов, В.В. Островский, А.И. Тепляшин, С.А. Щадрин // Сборник научных трудов. Научно-методический совет по охране памятников культуры.-М, 1988,-С. 78-82.
16. Вагнер Г.Р. Влияние щелочных компонентов цеолитовых пород на процессы твердения шлако- и портландцемента // Г.Р. Вагнер, В.Г. Тихонов, В.П. Батанов // Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции: Тезисы докладов II Всесоюзной научно-практической конференции, Киев, октябрь 1984 г.- Киев, 1984.-С. 160-161.
17. Вагнер Г.Р. Совершенствование качества цементирования скважин и изоляция водопритоков тампонажными материалами, наполненными природны-ми клиноптилолитом и филлипситом / Г.Р. Вагнер, Н.Я. Каданкова // Добыча, пе-реработка и применение природных цеолитов: Тезисы докладов научно-практической конференции, Гори, ноябрь 1986 г.- Тбилиси.: Мецниереба, 1986.-С. 86-89.
18. Вагнер Г.Р. Физико-химия процессов активации цементных диспер-сий.- Киев, Наукова Думка, 1980,- 200 с.
19. Воронина В.П. Прочность и деформативность каменной кладки и сты-ков крупнопанельных зданий, инъецированных цементным раствором: Дис... канд. тех. наук: 05.23.01.- М., 1986.
20. Восстановление и усиление зданий и сооружений полимеррастворами: Сб. научных трудов ТбилЗНИИЭП.- Тбилиси, 1987.-135 с.

155
21. Временная инструкция по составлению проектов и производства работ
по цементации бетонных и каменных кладок.- М.-Л., ОНТИ, 1937.- 56 с.
22. Временные технические указания по инъецированию памятников ар-хитектуры.- М.: ВПНРК, 1974.- 22 с.
23. Временные указания по восстановлению несущей способности кир¬пичной кладки методом цементации.- Ташкент.: ТашЗНИИЭП, 1966.- 74 с.
24. Гальперина Т.Я. Природные цеолитсодержащие туфы Сибири и Дальнего Востока // Т.Я. Гальперина, Р.П. Иванова, Л.А. Вертопрахова // Це¬мент, 1990.-№ 2.-С. 22-25.
25. Гвоздев А. А. Изучение сцепления нового бетона со старым / А.А. Гвоз¬дев, А.П. Васильев, С.А. Дмитриев.- Л.: ОНТИ, 1936.- 53 с.