Применение химических анкеров: Портовое строительство

Причал — одна из самых агрессивных эксплуатационных сред для любого крепежного узла. Морская вода с концентрацией хлоридов порядка 19 г/л, зона переменного уровня с циклическим увлажнением-высыханием и карбонизацией бетона, брызговая зона с коррозионной активностью выше, чем в полностью погруженных конструкциях, ледовые и волновые нагрузки, динамические воздействия от навала судов и работы портальных кранов — все это действует на каждое анкерное соединение одновременно и непрерывно, десятилетие за десятилетием. 

Механический распорный анкер в таких условиях создает две проблемы: кольцевой зазор между гильзой и стенкой шпура становится капиллярным каналом для проникновения морской воды к арматуре, а распорные напряжения ускоряют раскрытие трещин в бетоне, и без того работающем на пределе долговечности. Химический анкер снимает обе эти проблемы: полимерный состав герметизирует шпур и передает нагрузку без распора, формируя монолитный узел, устойчивый к морской среде.

Статья адресована проектировщикам гидротехнических сооружений, инженерам ПТО подрядных организаций портового строительства, снабженцам портовых компаний и судоремонтных заводов — всем, кто принимает решения о крепеже на объектах, работающих в контакте с морской водой.

Крепежные узлы на причальных сооружениях

Номенклатура анкерных точек на причале значительно шире, чем принято представлять. Швартовное оборудование — тумбы ТСО и ТСС с расчетными усилиями от 16 до 160 тс, кнехты, рымы, утки — традиционно устанавливается на закладных устройствах с Т-образными болтами, замоноличенных в бетон при строительстве. Однако при реконструкции и ремонте, когда закладные утрачены или разрушены коррозией, установка нового швартовного оборудования в существующий бетон требует альтернативного решения — и химические анкеры для максимальных нагрузок с глубокой заделкой шпилек М24–М36 становятся проектным стандартом.

• Отбойные устройства — резиновые и пневматические фендеры — крепятся к лицевой стенке причала через монтажные фланцы и воспринимают динамические нагрузки от навала судна при швартовке. 
• Крановое оборудование — подкрановые рельсы, опорные рамы портальных кранов, тупиковые упоры — передает на анкерные узлы сочетание высоких статических нагрузок с вибрацией и циклическими динамическими воздействиями. 
• Навигационное оборудование — мачты, светосигнальные устройства, кабельные трассы и щиты управления — работает в брызговой зоне с максимальной коррозионной агрессивностью. 
• Металлоконструкции — лестницы, площадки обслуживания, ограждения, леерные стойки, причальные решетки — требуют десятков и сотен точек крепления по всей длине причального фронта. 
• Трубопроводные системы — бункеровочные линии, водоснабжение, пожаротушение — фиксируются на консолях и опорах через хомуты для высоких нагрузок и силовые хомуты.

Отдельная масштабная задача — усиление и реконструкция конструкций: вклейка арматурных выпусков при наращивании причальной стенки, соединение нового бетона с существующим, восстановление несущей способности элементов после десятилетий эксплуатации в морской среде. На крупном причале суммарное количество точек химической анкеровки при реконструкции исчисляется тысячами.

Шесть аргументов в пользу химического анкера на портовых объектах

Первый — герметизация шпура. Химический состав после полимеризации полностью заполняет отверстие, запечатывая путь для проникновения морской воды к арматуре. На причальных сооружениях это принципиально важно: зона переменного уровня воды (участок конструкции между минимальным и максимальным уровнями моря) является наиболее разрушительной для железобетона — именно здесь бетон подвергается одновременному воздействию хлоридов, циклического замораживания-оттаивания и карбонизации. Каждое незагерметизированное отверстие в этой зоне ускоряет деградацию конструкции.

Второй — химическая стойкость полимера к морской воде. Эпоксидные и винилэстеровые смолы, из которых изготавливаются составы для ответственных креплений, устойчивы к хлоридам, сульфатам, магнезиальным солям — всем основным агрессивным компонентам морской воды. Данные ETA подтверждают сохранение характеристик составов при длительном контакте с морской средой на протяжении 50 лет и более.

Третий — отсутствие распорных напряжений. Причальные стенки гравитационного типа состоят из массивов-гигантов или массивовой кладки, стенки уголкового типа — из тонкостенных железобетонных элементов. И те и другие после десятилетий в морской среде имеют трещины, зоны пониженной прочности, оголенную арматуру. Распорный анкер в таком бетоне создает дополнительные радиальные напряжения и может вызвать скол; химический анкер для бетона передает нагрузку равномерно по всей длине заделки, без распора, а составы с допуском ETA Option 1 рассчитаны на работу в бетоне с трещинами.

Четвертый — работа в затопленных и мокрых шпурах. При ремонте причальных сооружений высушить бетон ниже уровня воды физически невозможно, а в приливно-отливной зоне конструкция периодически затапливается. Эпоксидные составы с соответствующим допуском ETA — STALMAX L-ITH EPOXe, fischer FIS EM Plus, BIT-EX — допущены для установки в водонаполненные отверстия, включая монтаж под водой. Это делает химическую анкеровку единственным инструментально обеспеченным решением для подводной зоны причальных конструкций.

Пятый — виброустойчивость. Швартовка судна, работа портальных и мостовых кранов, удары волн о причальную стенку, ледовые нагрузки — все это создает динамические и циклические воздействия, передающиеся через бетон на каждый анкерный узел. Механический анкер удерживается силой трения распорных элементов, и эта сила постепенно ослабевает под действием вибрации. Клеевое соединение — монолитное: состав адгезионно связан и со шпилькой, и с бетоном, вибрация не способна ослабить эту связь.

Шестой — возможность глубокой заделки и больших диаметров. Швартовное оборудование с расчетными усилиями до 160 тс, крановые рельсы с нагрузками от колесных пар требуют анкерных шпилек диаметром М24–М36 с глубиной заделки 300–500 мм и более. При новом строительстве такие узлы реализуются закладными деталями, замоноличенными в бетон. Но при реконструкции, когда закладные утрачены или находятся не в проектном положении, химический анкер позволяет выполнить крепление в существующем бетоне с несущей способностью, сопоставимой с закладной. Фундаментные болты ГОСТ 24379 большого диаметра, вклеенные на эпоксидном составе, — стандартное решение при реконструкции портовых объектов.

Выбор состава: эпоксид как основа

На портовых объектах эпоксидные составы занимают доминирующую позицию — и это обоснованно. Нулевая усадка при глубокой заделке (300+ мм) исключает образование зазоров между полимером и стенкой шпура. Допуск для водонаполненных отверстий и бурения алмазной коронкой позволяет работать в реальных условиях причала, где сухой шпур — исключение. Максимальная адгезия к бетону и стали обеспечивает расчетную несущую способность узла. Стойкость к хлоридам и сульфатам морской воды подтверждена данными ETA на срок 50+ лет. Рекомендованные смеси: STALMAX L-ITH EPOXe, fischer FIS EM Plus и BIT-EX — все с допусками для растянутой зоны бетона и сейсмических условий C1/C2.

Винилэстеровые составы применяются для серийного монтажа второстепенных узлов — ограждения, площадки обслуживания, кабельные лотки, консоли трубопроводов — где критичны скорость набора прочности и производительность работ в условиях ограниченного технологического окна (между приливами или штормовыми периодами). STALMAX L-ITH Ve, составы линейки fischer и Sormat обеспечивают рабочую прочность уже через 20–45 минут при +20 °C.

Порты Арктики, Дальнего Востока и Балтики работают при температурах до −40 °C, и монтажные работы на причалах ведутся круглогодично. Для таких условий в нашем каталоге представлены зимние химические анкеры на модифицированном винилэстере, полимеризующиеся при температуре основания до −20 °C.

Нержавеющая сталь: единственный допустимый материал шпильки

Морская вода — сильноагрессивная хлоридная среда по классификации СП 28.13330. Оцинковка (даже горячая, 40–80 мкм) в таких условиях исчерпывает свой ресурс за 5–10 лет. Углеродистая сталь без покрытия разрушается еще быстрее — скорость коррозии в морской воде составляет 0,1–0,15 мм/год, а в зоне переменного уровня и брызговой зоне — до 0,3 мм/год.

Минимальный стандарт для надводной зоны причала — нержавеющая сталь А4 (AISI 316 / 1.4401) с содержанием молибдена не менее 2%, обеспечивающим стойкость к питтинговой и щелевой коррозии в хлоридной среде. Для зоны переменного уровня и подводной зоны проектировщики все чаще назначают дуплексные и супердуплексные стали (1.4462 / 1.4410) с еще более высокой коррозионной стойкостью и прочностью.

Принцип антикоррозионной комплектности обязателен: вся «цепочка» от шпильки через шайбу и гайку до опорной пластины и присоединяемой конструкции должна быть выполнена из одного класса коррозионностойкой стали. Контакт разнородных металлов в морской воде (среде-электролите с высокой проводимостью) запускает гальваническую коррозию, разрушающую менее благородный металл в разы быстрее, чем атмосферная. 

Компания 1001 КРЕПЕЖ поставляет полную линейку: нержавеющие анкеры, нержавеющие болты, нержавеющий такелаж — рым-болты, скобы такелажные, талрепы, зажимы и коуши для тросовых систем.

Нормативные рамки

Проектирование крепежных узлов на портовых сооружениях находится на пересечении нескольких нормативных дисциплин.

• СП 38.13330 (актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*) определяет нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения — швартовые, ледовые, волновые, крановые. 
• СП 58.13330 (СНиП 33-01-2003) устанавливает общие требования к проектированию и эксплуатации гидротехнических сооружений, включая класс сооружения и уровень ответственности. 
• СП 513.1325800.2022 регламентирует расчет и конструирование анкерных креплений к бетону — именно по нему определяется несущая способность химического анкерного узла с учетом типа основания, глубины заделки, краевых и межосевых расстояний.
• ГОСТ Р 58387-2019 устанавливает методы испытаний клеевых анкеров, а СП 28.13330 и ГОСТ 31384-2017 определяют степень агрессивности среды и требования к антикоррозионной защите конструкций. 

На сайте 1001 КРЕПЕЖ доступен онлайн-калькулятор расхода химического анкера — он особенно полезен при глубокой заделке шпилек большого диаметра, где расход состава значителен. Инженерный отдел компании поможет подобрать состав и шпильку под конкретные проектные условия, а служба испытаний проведет контрольные и приемочные испытания анкерных узлов на объекте с выдачей протокола.

Особенности монтажа на портовых объектах

Работа на причальных сооружениях отличается от стандартного строительного монтажа рядом принципиальных ограничений, которые определяют и выбор состава, и организацию работ.

Приливно-отливная зона — главная специфика морских объектов. Монтаж в этой зоне ведется в ограниченном технологическом окне: от момента обнажения конструкции при отливе до начала затопления при приливе. В Белом море этот интервал может составлять 4–5 часов, на Балтике — меньше. За это время необходимо пробурить шпур, очистить его, заполнить составом, установить шпильку и обеспечить начальную полимеризацию до прихода воды. Винилэстеровые составы с рабочим временем 20–45 минут при +20 °C здесь имеют преимущество — но при пониженных температурах время полимеризации увеличивается в разы, и необходимо планировать работы с учетом приливных таблиц и прогноза температуры.

Подводная зона — реконструкция ниже ватерлинии. Здесь монтаж выполняется водолазами с применением эпоксидных составов, допущенных ETA для установки в водонаполненные отверстия. Шпур бурится гидравлическим перфоратором, очищается струей воды, заполняется составом через пистолет-дозатор со смесительной насадкой — эпоксид вытесняет воду из отверстия за счет более высокой плотности и адгезии к стенкам шпура. Операция требует квалификации и тренировки, но сама технология отработана и описана в ETA производителей составов.

Бетон после десятилетий в морской среде — отдельная история. Карбонизация защитного слоя, хлоридное заражение на глубину 30–80 мм, коррозия арматуры с расширением продуктов ржавления и отслоением бетона, трещины от ледовых и волновых воздействий — таков типичный «паспорт» причальной стенки возрастом 30–50 лет. Перед устройством химических анкеров необходимо оценить состояние бетона: если разрушение затронуло зону заделки, потребуется предварительное удаление дефектного бетона и восстановление сечения ремонтными составами. Шпур должен уходить в здоровый бетон на расчетную глубину заделки. Очистка шпура — продувка насосом, прочистка щеткой-ершиком, повторная продувка — выполняется с особой тщательностью: буровая мука в сочетании с морскими солями на стенках шпура снижает адгезию критически.

Большие диаметры и глубины заделки — для швартовных тумб и крановых рельсов применяются шпильки М24–М36 с длиной канала 250–500 мм. Расход состава на одну точку при шпильке М30 и глубине 400 мм составляет порядка 200–300 мл — то есть один картридж 385–450 мл может обеспечить лишь 1–2 точки крепления. При проектировании реконструкции крупного причала с сотнями точек анкеровки расчет расхода состава — обязательный этап, и калькулятор позволяет выполнить его для конкретной конфигурации шпура.

Частые вопросы

Можно ли установить химический анкер в бетон причальной стенки, находящийся под водой?

Да, при условии использования эпоксидного состава с допуском ETA для водонаполненных отверстий. Составы STALMAX L-ITH EPOXe и fischer FIS EM Plus допущены для такого применения. Монтаж выполняется водолазами: шпур бурится гидравлическим инструментом, очищается струей воды, заполняется составом от дна к устью. Эпоксид вытесняет воду из отверстия за счет более высокой плотности. Время полимеризации при температуре воды +10…+15 °C увеличивается до 24–48 часов — нагружать узел до полного набора прочности запрещено.

Какой состав выбрать для крепления швартовной тумбы при реконструкции причала?

Швартовная тумба — ответственный узел с расчетными усилиями от 16 до 160 тс. Единственный выбор — эпоксидный состав для максимальных нагрузок с допуском ETA для растянутой зоны бетона. Анкерные шпильки — из нержавеющей стали А4, диаметр М24–М36, глубина заделки — по проектному расчету (обычно 300–500 мм). Проект крепления тумбы в существующий бетон причала должен выполняться специализированной организацией с учетом фактического состояния конструкции и данных обследования.

Подходит ли оцинкованная шпилька для портовых условий?

Нет. Морская вода классифицируется как сильноагрессивная хлоридная среда по СП 28.13330. Цинковое покрытие (даже горячее, 40–80 мкм) в таких условиях исчерпывается за 5–10 лет. Для портовых объектов проектным стандартом является нержавеющая сталь А4 (AISI 316) — для надводной и брызговой зоны, дуплексные стали — для зоны переменного уровня и подводной зоны. Вся «цепочка» — шпилька, гайка, шайба — из одного класса стали.

Как рассчитать количество состава при глубокой заделке?

Расход зависит от диаметра шпура, диаметра шпильки и глубины заделки. При шпильке М30 в шпуре ∅35 мм на глубину 400 мм расход составляет порядка 250 мл. Калькулятор расхода на сайте 1001 КРЕПЕЖ позволяет рассчитать точный объем для конкретной конфигурации. При проектировании реконструкции причала с сотнями точек анкеровки рекомендуется закладывать запас 15–20% на потери при заполнении шпуров.

Каков срок службы химического анкерного узла в морской среде?

Ресурс полимерного узла определяется типом состава и условиями эксплуатации. Ведущие производители подтверждают данными ETA срок службы эпоксидных и винилэстеровых составов 50 лет и более при соблюдении условий монтажа. Фактический срок службы всего крепежного узла ограничивается коррозионной стойкостью металлического элемента: нержавеющая сталь А4 обеспечивает расчетный ресурс 50+ лет в морской среде, углеродистая с цинковым покрытием — не более 5–10 лет. Периодический осмотр анкерных узлов на портовых объектах рекомендуется проводить ежегодно с занесением результатов в паспорт сооружения.