Инъектирование пенополиуретана для стабилизации и поднятия бетонных оснований

Технология заключается в введении под бетонное покрытие специальных даухкомпонентных пенополиуретановых смол, что позволяет нивелировать просадку основания. Данную методику отличает высокая скорость выполнения работ, возможность использования материала в грунте, а также его инертность к агрессивным средам и микроорганизмам.

Еще одно преимущество геополимерного инъектирования в том, что плотность вспененных смол ниже плотности возможной бетонной инъекции и самого грунта. По этой причине не происходит дополнительной осадки основания, что не редкость при использовании тяжелых материалов на основе цемента.

Для подъем бетонного основания и стабилизация грунта (закачка композиции непосредственно в грунт) применяется импортная инжекционная ППУ система Эластопор Н 1700/40.

В качестве вспенивателя выступает вода. Производитель заявляет об экологической чистоте продукта (инертность к щелочным и кислотным средам, к воздействию грибков и микроорганизмов). БАСФ декларирует срок службы не менее 50 лет.

Это гидрофобный материал с закрытоячеистой структурой. Эффективно зарекомендовал себя при проведении восстановительных работ по созданию пенополиуретановой подушки и подъема бетонных плит на больших площадях.

Свойства готовой пены для фундаментной плиты

Основные физические параметры Эластопор Н 1700/40 приведены в таблице.

Показатель	Значение	Единица измерения	Стандарт
Плотность (в ядре)	44	кг/м3	DIN EN ISO 845
Прочность при сжатии	0,22	Н/мм2	DIN 53 421
Сжатие	10,0	%	DIN 53 421
Прочность при изгибе	0,300	Н/мм2	DIN 53 423
Прогиб	19	мм	DIN 53 423
Водопоглощение после 168 ч	2,1	об. %	DIN 53 428
Содержание закрытых ячеек	95	%	ISO 4590
Характеристика огнестойкости	В 3		DIN EN ISO 845

Технология перспективная, но в России применяется редко. На всю страну всего несколько предприятий, предлагающих услуги по данному навправлению.

Оосенью 2019 года в компанию НСТ поступил запрос на поставку оборудования для инжектирования. Перед клиентом стояла задача по устранению проседания основания, повлекшее деформацию объекта с образованием трещин.

Он попытался заказать услугу у подрядчика, однако цена оказалось высокой, а сроки - длинные (заказы были расписаны на три месяца вперёд). И тогда было принято решение поднять бетонную плиту самостоятельно. Марку сырья сообщил несостоявшийся подрядчик, оставалось подобрать оборудование.

После изучения параметров компонентов и технологического процесса, стало понятно, что для переработки указанной марки Эластопора подходит станция высокого давления ПЕНА-ВД18 УМ -К1-39/380В (эта модель выпускалась до октября 2021 года, ей на замену пришла ПЕНА-ВД21ро/380В). 

Технология закачки ППУ в грунт под бетонную плиту

Задача заключаются в том, что в грунт, под бетонное основание, вводится двухкомпонентный состав, который увеличиваясь в объеме, нивелирует просадку плит.

На первом этапе исследуется несущая способность и плотность грунтов с помощью пенетрометра.

Далее выполняется бурение поверхности ручным электрическим инструментом с буром диаметром 28-60 мм на глубины залегания слоев грунта с минимальной несущей способностью.

Этапы инжекции: бурение поверхности, установка пакеров, заливка системы

Работы по инъектированию пенополиуретановой смолы выполняются в 3-5 уровнях по принципу пространственной матрицы через вставленные стальные трубы (пакеры) с внутренним диаметром 8-12 мм.

Заполнение смолой происходит дозировано, с выдержкой по времени и контролем фактического подъема и/или выравнивания бетонной плиты. После окончания работ пакеры обрезаются вровень с поверхностью и пломбируются цементным составом. К эксплуатации объекта можно приступать всего через 15 минут после проведения последней инъекции.

Инъектирование материала по матричной схеме

Уникальные химические свойства материала и возможность строгой дозации позволяют контролировать подъем уровня поверхности с точностью до 1 мм.

При подачи двухкомпонентной полиуретановой смолы происходит первоначальное заполнение подземных трещин и пустот. Далее, через 2-7 секунд, начинается реакция вспенивания материала внутри массива, уплотняется скелет грунта с выдавливанием поровой воды и газов. Данный процесс ведет к повышению несущей способности грунта.

Достижение минимально требуемого уплотнения контролируется по началу подъема плиты. При этом вытесняются грунтовые воды из линз, а также выполняется гидроизоляция массива грунта. При необходимости возможно устройство пенополиуретановой стены, полностью исключающей поступление воды.

Компоненты А и Б системы Эластопор Н 1700/40

Основные характеристики полиола и изоцианата системы ППУ для инжектирования приведены в таблице.

Показатель	Единица измерения	Значение	Метод
Базовая рецептура	Комп.А	100,0 вec.частей Эластопор Н 1700/40
	Комп.Б	107.0 вес.частей IsoPMDI 92140
Температура компонентов	град.C	20 ± 0,5
Соотношение компонентов	Вес.частей	А : Б = 100 : 107
Время старта	с	25 ± 3	п.6.1ТУ2224-007-54409607-2003 с изм. 01; 02; 03; 04; 05; 06
Время гелеобразования	с	45 ± 5
Кажущаяся плотность (при свободном вспенивании)	кг/м3	45 ± 2
Массовая доля воды	%	2,8 ± 0,05	п.6.2ТУ2224-007-54409607-2003 с изм. 01; 02; 03; 04; 05; 06

Рекомендуемые параметры окружающей среды для проведения работ по инжектированию:

• минимальная температура: +10 град.С
• максимальная температура: +20 град.С
• относительная влажность: не более 90% 

К установке следует подключить обогреваемые рукава с диапазоном нагрева от +35 до +50 град.С. Оптимальная температура грунта, куда закачивается жидкий пенополиуретан, составляет +15 град.С.

Пример инжектирования ППУ для подъёма бетонных оснований

Магазин сети Лента в Казани.

Предпосылки для проведения восстановительных работ:

• Наличие грунтовых вод
• Торфяник под бетонными плитами глубиной до 3 метров
• Проседание бетонных плит до 200м
• Трещины в основании бетонных плит
• Возможность проведения работ только в ночное время, без закрытия гипермаркета

Выводы после завершения проекта:

• Проект был завершен в течение 1.5 месяца.
• Работы проводились только в ночное время без  приостановки рабочего цикла гипермаркета
• Для создания пенополиуретановой подушки и подъема бетонных плит на площади 3.000 квадратных метров было использовано 60 тонн сырья
• Проведена стабилизация грунта и подъем бетонных плит с минус 200 мм до нуля.
• Выполненные работы полностью соответствовали техническому заданию заказчика

Опыт ремонта взлётно-посадочной полосы

Метод инъектирования хорошо зарекомендовал себя при ремонте ВВП и рулевых дорожек аэродромов. Подробный обзор на эту тему в статье из журнала Строительство уникальных зданий и сооружений, издаваемого Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого. Статья выложена в разделе Библиотека сайта poliuretan.ru:

Капитальный ремонт ВПП двухкомпонентной полиуретановой смолой 

Традиционные работы предусматривают снятие бетонного покрытия с последующим восстановлением подушки основания и укладкой новых плит. В таком случае требуется длительная остановка аэродрома, что влечет отмену рейсов, то есть потерю выручки.

Благодаря применению полиуретановых смол, возможна замена капитального ремонта на текущий, без перерывов в рабочем цикле авиагавани.