Оборудование скалолазных маршрутов. Часть 7 - Устанавливаем болты

Основные факторы здесь – чистота, правильное смешивание состава, его распределение по отверстию, температура и толщина клеевого шва.

Очистка – очевидно, что болт должен быть очищен, но ввиду механической природы сцепления, это не столь важно, как чистота поверхности отверстия. Оно должно быть продуто и очищено несколько раз, затем высушено. Сырые и неочищенные отверстия могут стать причиной снижения прочности усадки болта до 90%. Кто-то из производителей советовал не пользоваться этим способом, но мы следуем совету большинства, и чистим отверстия металлической щеткой. Это немного расширяет само отверстие, однако будучи расширено изнутри, оно станет даже несколько надежней. Влажные отверстия тяжело прочищать от крошки и пыли, но немного спасти ситуацию можно потерев носиком клеевого пистолета о стенки отверстия, дав клею проникнуть в стенки. Большинство инструкций говорят о снижении прочности усадки болта во влажные отверстия. Величина эта зависит от типа применяемого состава. Винилэстеровые составы вроде бы не изменяют своих свойств во влажных условиях, во многом благодаря необходимости тщательного смешивания путем поворотов болта, что перемешивает остатки воды и пыли с клеем. Также устойчивы к влажности составы на основе эпоксидакрилата.

Правильное смешивание должно быть задачей производителей смешивающих носиков, но опыт показывает, что и здесь лучше внести свою лепту, дополнительно перемешав клей в отверстии металлическим прутом. Обязательно нужно контролировать, что каналы носика не забились и обеспечивают правильное дозирование элементов состава. При усадке на ампульный клей надо следовать инструкциям производителя, должным образом смешивая компоненты, проворачивая болт в отверстии. При ручном смешивании состава (как в случае с применением клея в банках), вы можете сами контролировать качество смешивания, к тому же у вас будет для примера уже застывший экземпляр с прошлого раза. Но здесь, к сожалению, возникает проблема нехватки времени для проклейки уже готовым составом.

Распределение клея должно обеспечивать повсеместное прилегание состава к стенкам отверстия и болту и отсутствие пузырьков воздуха. Этого можно добиться как путем применения болтов специальной конструкции с каналами и пазами для заполнения клеем, либо путем проворачивания болта после установки. Многие производители советуют даже прокручивать болт в отверстии с помощью электродрели, чтобы обеспечить лучшее смешивание и распределение состава. В этом еще один недостаток применения скоб для страховки – их невозможно провернуть, и многие тесты показывают наличие воздушных пузырьков, явно снижающих прочность усадки.

Температура обычно не является большой проблемой для большинства производимых для строительства адгезивов, поскольку клеим и лазаем мы, по сути, в том же температурном диапазоне. Клеить можно при любой температуре, однако в холодное время затвердевание состава происходит значительно медленнее. Эпоксидакрилат показывает себя здесь несколько лучше. Высокие температуры, в свою очередь, показывают меньшее рабочее время состава и больший расход смешивающих носиков. Я много работал при высоких температурах, и при хорошей организации процесса больших проблем не возникало, но все же лучше пользоваться составами, рассчитанными на более высокие температуры. Важно также не подвергать клей предельно низким температурам (близким к замерзанию), так как это может стать причиной остановки химического процесса.

Толщина клеевого шва, или - как звучит в нескольких источниках - критическая клеевая масса, часто игнорируется, но этот вопрос очень важен (я попытаюсь упростить суть, чтобы было легче понять).

Эпоксиды и эстеры экзотермичны, то есть, с одной стороны, им необходима температура для затвердевания, с другой – они сами ее выделяют во время реакции (нагреваясь обычно градусов до 65) со скоростью, большей, чем возможность камня отводить эту температуру. Установка на такой клей массивных металлических болтов не лучшая идея, поскольку металл будет отводить тепло и мешать процессу затвердевания. По этой причине производители рекомендуют сверлить отверстие на 2 мм больше в диаметре, чем устанавливаемый болт. Больший объем клея обеспечит большее выделение тепла и лучшее протекание процесса затвердевания.

Этот эффект был впервые открыт в восьмидесятых в лесозаготовочной промышленности, и было рекомендовано обеспечивать толщину клеевого шва в 1 мм. Вся сложность здесь состоит в том, чтобы заставить устанавливаемый болт оставаться посередине отверстия. Это достигается разнообразными методами, самый распространенный из которых состоит в применении перфорированной пластиковой втулки, которая часто идет в комплекте с клеевыми системами для полых блоков. Однако для наших целей это неприменимо.

Второй способ – производство клея в специальных ампулах, которые при усадке разбиваются и служат твердым заполнителем, предотвращающим смещение болта.

Третий вариант – придать болту такую форму, при которой отдельные его части были бы достаточно большими, чтобы касаться стенок отверстия и центрировать болт, в то время как остальная его часть контактирует с клеем. Такой метод используется в болтах Buhler и в новых химических анкерах Hilti. Этот принцип ясно виден на рисунке, где у болтов Petzl шейка ножки больше остальной ее части. Эти болты также применяются со специальными ампулами.

Время затвердевания зависит от типа применяемого состава, температуры и способа установки. Большинство конструкционных составов имеют время затвердевания от 1 до 3 часов, но эпоксиды достигают максимальной прочности позже. Я тестировал стальные болты, посаженные на эпоксидку с временем застывания 7 дней при температуре 20 градусов, установив 7 болтов и вырывая один каждые 24 часа. Первый вылетел при нагрузке 12 кН, второй (после 48 часов) выдержал 22 кН, третий (через три дня с начала процесса) уже показал заявленный результат в 38 кН (произошло разрушение основания).

График показывает время затвердевания для различных клеевых составов. Заштрихованная площадь показывает время первоначального застывания (полимеризации).

Полиэстер, винилэстер и эпоксидакрилат, как вы можете видеть, быстрее. И хотя многие производители дают сходное время для различных продуктов, это, как мы с вами убедились, не совсем так.

Для нас интерес представляет, как быстро после установки болта мы сможем безопасно нагружать его. Для этого надо ознакомиться с графиком зависимости показателя прочности от времени. Для полиэстера, винилэстера и эпоксидакрилата следует придерживаться следующего правила - подождать, пока пройдет время, в четыре раза большее времени первичной полимеризации. Тогда состав достигнет 80% своей максимальной прочности. В доказательство мы провели несколько испытаний, результаты которых вы видите ниже, и сравнили результаты с данными производителей. Как видно, наш метод, возможно, несколько консервативен, но в нашем деле лучше лишний раз перестраховаться.

На графиках нижние кривые (обрывающиеся на 100%) относятся к полиэстеру, верхние – для эпоксидакрилата и винилэстера. Мы предприняли несколько тестов эпоксидакрилата, и показатель через 20 минут после полимеризации составил 4820 кН. Через 35 минут он достиг 95%, что на нашем графике соответствует 4900 кН.

Мы также протестировали на устойчивость к осевой нагрузке быстросхватывающийся цемент, посадив на него болты нашего производства. Результаты составили: через день – 8, 6 кН, через 6 дней – 19, 2 кН, через 28 дней – 35, 4 кН.

Если вы решили довериться этой информации, чтобы оценить безопасность лазания на свежеустановленных болтах, помните, что все данные приведены в процентах к полной прочности. Если же болт даже после полного затвердевания состава выдерживает лишь немногим более требуемой нагрузки, следует быть осторожней!

Краевой эффект Если болт установлен в непосредственной близости от края скалы или около трещины или откола, это может привести к сколу породы при сравнительно малой нагрузке. В этом направлении было проведено много исследований, и основная рекомендация – не устанавливать болт ближе 200 мм от трещины. В некоторых источниках эта цифра увеличивается до 400 мм. К сожалению, если вы применяете скобы, то сам факт сверления второго отверстия в непосредственной близости от первого создает подобный эффект, что значительно снижает прочность. Компания Hilti рекомендует сверление второго отверстия на расстоянии, в два раза большем его глубины. ITW Ramset называют критическим расстояние между отверстиями, равное их глубине, помноженной на 1, 5, и расстояние до кромки – на 1, 25. UIAA рекомендуют делать расстояние между болтами не менее 200 мм.