Гидродемонтаж и роботы. Введение в технологию гидродемонтажа

Часто ли вам приходилось слышать словосочетание "робот для гидродемонтажа"? Нам в редакции не доводилось раньше с такими сталкиваться. И мы решили обратиться к специалистам в этой сфере.

Предлагаем вашему вниманию наш совместный материал с компанией ООО «ЦЕДИМА» - дочерней фирмой немецкой компании CEDIMA и представителем в России шведской фирмы Conjet (Конжет) - производителя уникальных роботов для гидродемонтажа. Фёдор Букин, коммерческий директор, введет нас в курс дела и расскажет про некоторые нюансы гидродемонтажа.

Что нужно знать о бетоне

Какой материал является самым распространенным в мире, спрошу я вас? Конечно, бетон! С ним мы встречаемся везде, иногда даже не замечая его, настолько он стал нам привычен. Почему бетон получил такое широкое распространение? Конечно, благодаря своим уникальным свойствам.

Кратко остановимся на бетоне и его свойствах. Так что же такое – его величество бетон?

Бетон - это искусственный каменный материал конгломератного строения, получаемый в результате формования и затвердения бетонной смеси. Бетонной смесью называют правильно подобранную и тщательно перемешанную смесь, состоящую из:

• вяжущих составляющих (цемента, битума и т.д);
• воды;
• заполнителей: песок, гравий, щебень, шлак и прочие;
• различных добавок (пластификаторов, упрочнителей, противоморозных и др.).

Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие: до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции в эксплуатацию; расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.

Основные свойства бетона:

Прочность - самое важное свойство бетона - способность сопротивляться внешним силам, не разрушаясь. Прочность бетона зависит от прочности каменного заполнителя (известковый или гранитный щебень) и от качества растворенного в воде цемента: бетон будет тем прочнее, чем прочнее каменные заполнители и чем лучше они будут скреплены цементным клеем. Прочность природных камней не изменяется со временем, а вот прочность бетона со временем даже растет. (М100-М500: больше цифра - выше прочность).

Пористость - свойство, обратное средней плотности бетона - отношение объема пор к общему объему материала, т.е. пористость "дополняет" среднюю плотность бетона до 100%. Как бы плотен ни был бетон, в нем всегда есть поры!

Водостойкость - это свойство бетона противостоять действию воды не разрушаясь.

Теплопроводность - способность бетона передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях бетона. Теплопроводность бетона почти в 50 раз меньше, чем у стали, но зато выше, чем у строительного кирпича. Сравнительно невысокая теплопроводность обеспечивает бетону довольно высокую огнестойкость - способность материала выдерживать действие высоких температур.

Морозостойкость - способность выдерживать сезонные колебания температуры.

Области применения основных марок бетона:

М100 - применяется для строительства фундаментных плит, малозаглубленных фундаментов при расположении грунтовых вод ниже глубины промерзания, с дополнительной гидроизоляцией и утеплением фундамента;

М150 - заливка полов с малой истираемостью в отапливаемых и неотапливаемых помещениях (подвальные помещения, гаражи) без воздействия агрессивных сред;

М200 - применяется в частном строительстве, строительными фирмами при возведении коттеджных построек;

М250, М300 (на известняковом щебне) - применяется для строительства монолитных перекрытий, строительства колонн, бетонных фундаментов в заболоченной местности, железобетонных конструкций, фундаментных плит, полов, плит перекрытий, балок и т.д., к которым предъявляются повышенные требования по водонепроницаемости и морозостойкости;

М250, М300, М350, М400, М450, М500 (на гранитном щебне) - возводятся мостовые конструкции, буронабивные сваи, колонны, фундаментные плиты, фундаменты (ленточные, свайные), т.е. конструкции и изделия, к которым предъявляются высокие требования по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости; при расположении грунтовых вод выше точки промерзания, бассейны, полы с высокими требованиями по истираемости.

Но есть поговорка – вода камень точит! То же самое происходит с бетоном. Факторы окружающей среды: вода, ветер, соль, температурные перепады и другие факторы воздействуют на конструкцию и вносят свой вклад в процесс разрушения бетона. В связи с этим все бетонные сооружения требуют ремонта и реконструкции для увеличении срока эксплуатации и сохранению конструкционных и геометрических параметров.

Основные виды разрушения бетонных конструкций:


Разрушения под воздействием хлоридов


Коррозия внутреннего металла


Воздействие огня

Технология гидродемонтажа была разработана для удаления бетона, потерявшего свою несущую способность или геометрическую форму.

Как мы уже знаем, бетон - это пористый материал, имеющий высокую прочность на сжатие, но прочность на растяжение гораздо ниже, приблизительно в 10 раз. Для компенсации применяется армирование металлической или стеклотканевой арматуры.

При гидродемонтаже для удаления бетона используется высокоскоростная струя воды. Вода проникает в пористый бетон и создает внутреннее давление, которое при превышении прочности на растяжение разрушает материал.

Преимущество метода гидродемонтажа перед другими методами

1. Обеспечивает превосходную адгезию из-за отсутствия микротрещин

Основным преимуществом гидродемонтажа является то, что после обработки отсутствуют микротрещины в материале. Поверхность становится шероховатой и является идеальной адгезионной основой для ремонтного состава.

Это было доказано испытаниями, сравнивающими прочность на растяжение керновых проб после ремонта методом гидродемонтажа с пробами после ремонта ударными методами. Это единственная сертифицированная технология, принятая на Западе для восстановления несущей способности конструкции. Коэффициент отрыва ремонтного состава от основного тела конструкции для полного восстановления несущей конструкции должен быть более 2 МПа. Если разрушенный бетон удаляется ударными методами, то этот коэффициент составляет 1,1 МПа, при применении метода гидродемонтажа – 2,1 МПа. Если задача ставится о восстановлении только геометрической формы, то можно применять и ударные методы. Хотя, при ударных технологиях мы загоняем проблему внутрь конструкции.

2 Очищает арматуру без повреждений

При разрушении поверхностного слоя бетона атмосферные осадки, соли и прочие факторы начинают воздействовать и на армокаркас конструкции. При применении гидродемонтажа отлетающие частички бетона отпескоструят арматурный каркас и вымоют оксидную часть металла. При использовании ударных методов арматура не только непосредственно будет повреждена, она будет вибрировать, что заставит бетон расслаиваться вдоль арматурных стержней за пределами отремонтированного участка. Этого не происходит при гидродемонтаже.

Метод гидродемонтажа позволяет удалить выборочно бетон до определенного качества по параметрам. Эта технология позволяет удалять только поврежденный бетон. Это связано с тем, что последний имеет меньшую прочность на растяжение, чем нормальный. Таким образом, при правильной установке параметров гидродемонтажа автоматически будет удаляться бетон до предустановленного уровня качества, что означает частичное удаление.

3. Отличается безопасностью

Гидродемонтаж менее опасен для окружающей среды и безопаснее для оператора и окружающих людей, чем другие методы демонтажа. Уровень шума ниже, пыли меньше. Оператор может контролировать процесс с дистанционного пульта управления, находясь на безопасном расстоянии от участка демонтажа.

4. Один робот способен заменить 20 человек с отбойными молотками

Производительность демонтажа зависит от определенных параметров, например, от типа и качества бетона, размера и количества арматурных стержней, размера и количества щебеночного балласта, используемого насоса, а именно от давления и потока воды. Робот может использоваться только для скарифицирования поверхности, удаляя несколько миллиметров бетона, или для удаления бетона на глубину до 700 мм. В зависимости от машины высоким давлением обычно удаляется от 0,5 до 1,5 м³ бетона в час. Как бы там ни было, гидродемонтаж значительно быстрее ручных методов. Робот удаляет то же количество бетона, как и 20-25 человек с отбойными молотками.

5. Помогает снизить общие расходы на цикл эксплуатации конструкции

Если сравнивать гидродемонтаж непосредственно с другими методами, может оказаться, что расходы при гидродемонтаже выше. Однако затраты на гидродемонтаж – это лишь часть общего ремонтного бюджета. Гидродемонтаж значительно увеличивает промежуток времени между ремонтными работами, поэтому общие расходы на цикл эксплуатации значительно снижаются (т.е. все расходы, связанные с возведением и эксплуатацией конструкции в течение всего срока эксплуатации конструкции).

Что необходимо учесть при гидромонтаже

Настройка рабочего места

Чтобы получить хорошую отдачу от своих инвестиций в оборудование для гидродемонтажа, важно обеспечить максимальное использование техники. В основе должно лежать хорошее планирование проекта и управление, чтобы предотвратить ненужное простаивание оборудования. Кроме того, необходимо убедиться, что в наличии есть достаточно потребляемых материалов и запасных деталей, чтобы осуществлять непрерывную работу и обеспечивать необходимые меры безопасности.

Система – робот и насос

Чтобы осуществлять гидродемонтаж, требуется робот и насос высокого давления для воды. Дизельные насосы высокого давления с мощностью от 350 до 700 кВт поставляют от 150 до 300 литров воды в минуту по шлангам высокого давления к роботу. Робот оснащен опорой / рамой, которая может двигаться назад и вперед по направляющей, на которой она закреплена. Шланг высокого давления от насоса соединен с инструментом, являющимся ротором для скарифицирования поверхности или осциллирующим копьем для более глубокого удаления. Ротор имеет две или четыре насадки, копье – одну. Вода в насадке сжимается в реактивную струю. Диаметр отверстия насадки, обычно 2-4 мм, определяет давление воды, которое при гидродемонтаже колеблется от 800 до 1500 бар (11600-21800 psi).

Питание – вода, топливо, электричество

Водный насос работает на дизельном топливе, некоторые роботы для гидродемонтажа тоже. Большинство роботов, представленных на рынке, работают от электричества. Трехфазный ток может поступать либо от сети, либо от генератора. Кроме того, для гидродемонтажа требуется большое количество чистой воды. Как правило, необходимо использовать воду того же качества, что и для замешивания бетона. Часто используется вода из рек и озер, но при этом она должны быть отфильтрована и очищена, чтобы предотвратить повреждение водного насоса. Не следует использовать морскую воду с большим содержанием хлоридов, поскольку хлориды могут проникнуть в остающийся бетон и стимулировать процесс разрушения сразу после окончания ремонта.

Отходы – вода и бетон

Как было упомянуто выше, при гидродемонтаже удаляется большое количество бетона в час. Отходы следует удалять как можно быстрее, иначе негидратированный цемент в отходах прилипнет к поверхности, что снизит адгезионную прочность.

Наиболее эффективным методом является всасывание отходов с помощью вакуумной тележки, однако успешно используются и ручные методы. После удаления отходов поверхность необходимо тщательно промыть, прежде чем заливать новый бетон.

При гидродемонтаже используются большие объемы воды. Прежде чем сточные воды будут спущены в канализационную систему, реку или озеро в зависимости от расположения объекта и местных предписаний, необходимо уменьшить уровень рН и отделить от воды частицы цементного раствора.

Безопасность – избегайте опасных отбойных молотков

Гидродемонтаж, вероятно, самый безопасный метод демонтажа при условии соблюдения указаний по безопасности. Необходимо использовать только оборудование производителя, соответствующее нормам качества и безопасности. Важно также тщательно проверить место работы, чтобы предотвратить доступ неуполномоченных лиц к месту работ, а также попадание мусора и воды в людей и причинение им вреда. За безопасность отвечают подрядчик, управляющий объекта и оператор, обслуживающий технику. Следуйте указаниям инструкции.

Параметры гидродемонтажа

Бетон является сложным (комплексным) материалом, поэтому невозможно заранее предсказать точный результат гидродемонтажа. Однако настоятельно рекомендуется всегда начинать работу с тестового запуска и настройки параметров для достижения желаемого результата. Чтобы сделать это правильно, важно понимать, как параметры влияют на конечный результат.

Основные параметры:

• давление воды,
• поток воды,
• время воздействия водной струи на бетон.

В принципе, увеличение давления и потока воды будет увеличивать мощность демонтажа до определенных пределов. В то же время увеличение давления будет снижать селективность, что выражается в более ровной поверхности. Давление определяется отверстием насадки и потоком воды. Поток воды регулируется изменением числа оборотов насосного мотора в минуту, однако следует помнить о том, что тогда нужно заменить насадку, чтобы обеспечить то же давление, и что мощность / производительность снизится. Поток воды и давление ограничиваются выбранным насосом. Иногда для снабжения одного робота используется несколько насосов, чтобы увеличить производительность. Мощность демонтажа выше при поверхностном (мелком) удалении, чем при глубоком. Время воздействия водной струи на бетон определяет глубину удаления. Время воздействия регулируется несколькими параметрами, например, скоростью движения опоры, скоростью осцилляции, количеством превышений, что детально описывается в руководстве по эксплуатации техники.

Все машины, производимые компанией "Конжет", имеют возможность работать, как в автоматическом, так и в ручном режиме управления. У других производителей есть ручные машинки для гидродемонтажа, но они решают совсем иные задачи.

О применении роботов для гидродемонтажа в России и за рубежом

Среди проектов, выполненных с помощью вышеуказанного метода, наиболее ярким представляется восстановление конструкционной способности и геометрической формы моста на остров Русский. Во время строительства произошел пожар опалубки площадью 1200 м². Поверхностный бетон был разрушен на глубину 120 мм. С помощью самого маленького робота марки Nalta был удален бетон на глубину 160 мм за короткий период времени.

Продажа роботов фирмы "Конжет" – это разовые уникальные дорогостоящие контракты, которые могут прорабатываться годами. Стоимость комплекта самого маленького робота начинается от 25 млн рублей. На сегодняшний день в России роботов гидродемонтажа можно пересчитать по пальцам. После резкого роста курса валют в 2014 году объемы продаж данного оборудования практически свелись на нет. Этому есть два объяснения:

• высокая стоимость оборудования, первоначальные инвестиции достаточно велики
• отсутствие единой федеральной расценки на эти работы. Стоимость демонтажа 1 м³ составляет порядка от 80 до 120.000 рублей. Заказчиками данных работ выступают, в основном, государственные и крупные корпорации, которые работают по ФЕРам. В связи с этим никакая договорная цена в данном случае не проходит, единственная близкая расценка – это механическое удаление разрушенного бетона с применением ударных методов. А она в разы ниже и не окупает даже затрат на дизельное топливо для насоса.

На Западе и в США данная технология имеет очень широкое применение, так как действуют определенные требования, предъявляемые к восстановительным работам. В России данных требований нет и соответственно применяются методы наиболее дешевые, но менее качественные.

Перспектива увеличения спроса на такие работы, а соответственно и на оборудование конечно есть, так как ничто прогрессивное нам не чуждо, но необходимо очень серьезно проработать законодательную базу и базу ФЕРов.

Основные области применения данного метода можно определить так: объекты имеющие большие площади бетонных конструкций. Это дамбы, шлюзы, гидроэлектростанции и плотины, мосты, эстакады, тоннели и другие сооружения.

Несколько фотографий применения данной техники:


Тоннель метрополитена в Бельгии


Панамский канал


Опора моста в Швеции

Итак, с учетом всех аспектов гидродемонтаж является наиболее эффективным и экономичным методом удаления бетона в чувствительных конструкциях. Во многих странах это единственный разрешенный метод удаления бетона на мостах благодаря превосходному качеству ремонта, сводящему к минимуму риск разрушений, подвергающих опасности людей.

Фёдор Букин

ООО «ЦЕДИМА»

Теги: ЦЕДИМА, CEDIMA