В практике реконструкции зданий и сооружений частo появляется необходимость усиления конструкций и их отдельных элементов. Продлить срок, а также повысить безопасность эксплуатации зданий и сооружений дает возможность усиление композитными материалами. Чаще всегo в качестве усиления конструкций используется внешнее армирование с применением композитных материалoв с углеродными волокнами. Эти технологии уже успешно используются на многих объектах и доказали свою эффективность в самых сложных условиях.
Для усиления железобетонных конструкций в строительной отрасли наиболее популярными являются композитные материалы с стекловолокнoм и углеродными добавками.
Современная технология внешнего армирования композитными материалами распространенной, так как предоставила возможность достичь важных целей:
- Усилить несущую способность перекрытия, ригеля, колоны или других частей здания, нуждающихся в дополнительном армировании, упростить строительно-ремонтные процессы, устранить результаты нарушения технологий строительства и ошибки.
- Облегчить строительную конструкцию при максимальном сохранении производственного объема здания, исключая при этом надобность в дополнительных балках, металлических обоймах, хомутах, раскосах и пр. Используемые для усиления композиты значительно тоньше, легче и прочнее традиционных материалов.
- Увеличить эксплуатационные сроки зданий и сооружений. Композитные материалы не подвергаются разрушающему влиянию влаги (кородированию) и химических сред, прочны на разрыв.
- Экономия средств может составить околo 20 %. Внешнее армирование композитными материалами дороже традиционного усиления, однако данная методика в несколько раз повышает прочность конструкций. В следствии уменьшается необходимость остановки эксплуатации здания в период ремонтных работ и сокращаются временные затраты.
Внешнее армирование является универсальной технологией – его можно использовать не только на этапе строительства, но и при реставрации и ремонте зданий или там, где необходимо усилить элементы конструкции.
Предпосылки применения технологии внешнего армирования (ТВА) различны: от ликвидации последствий стихийного бедствия, нарушившего целостность несущих конструкций, вплоть до желания повысить эксплуатационные нагрузки на объект.
Универсальность внешнего армирования также наблюдается и в разнообразии объектов, для которых оно подходит: жилые, производственные и коммерческие здания, уникальные строения (памятники архитектуры), гидротехнические и транспортные сооружения, объекты атомной промышленности.
Технология внешнего армирования предполагает ряд этапов:
- обследование конструкции на предмет целостности, выявление дефектов;
- разработка проекта усиления;
- подготовка усиливаемой конструкции — разметка зоны монтажа, механическая подготовка, локальный ремонт усиливаемой части, грунтовка эпоксидными материалами;
- монтаж высокопрочных элементов (углеродных лент, ткани, сетки, углепластиковых ламелей, мультиаксиальной ткани) посредством эпоксидных двухкомпонентных систем, соответственно проекту;
- нанесение защитного слоя от повреждений или огнезащиты (материал выбирают в зависимости от условий, в которых эксплуатируется строение).
Усиление конструкций углеволокном (углепластиком), возможно при строительстве и ремонте зданий и сооружений различного типа. Технология направлена на повышение несущей способности конструкций без изменения структурной схемы объекта. Композитные материалы подходят для обработки конструкций из железобетона, металла, камня и кирпича, дерева.
При проектировании усиления конструкций углеволокном необходимо руководствоваться Сводом правил СП 164.1325800.2014 “Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования”.
Усиление плит перекрытий и балок выполняется путем наклейки углеволокна в наиболее напряженных зонах – обычно в центре пролета по нижней грани конструкции, рис.1а. Это увеличивает их несущую способность по изгибающим моментам. Для решения таких проблем подходят все виды углеродных материалов – ленты, ламели и сетки.
а – усиление балок по нормальному и наклонному сечениям
б – усиление колонн
Рис. 1. Усиление конструкций композитными материалами
Кроме того, для балок часто необходимо выполнить усиление приопорных зон, чтобы увеличить несущую способность под действием поперечных сил (вдоль наклонной трещины). Для этого выполняется наклейка U-образных хомутов из углеродных лент, или сеток, рис. 1а.
В некоторых случаях углеродные ленты и ламели используются вместе, так как их способ монтажа и адгезивные составы схожи. Использование углеродных сеток, как правило, исключает использование лент и ламелей в связи с производством «мокрых» разновидностей работ.
Усиление колонн происходит путем их оклейки углеродными лентами, либо сетками в поперечном направлении. Подобным способом достигается эффект «бондажирования» и происходит сдерживание поперечных деформаций бетона по аналогичному принципу с «бетоном в трубе», либо «трехосным сжатием», рис. 1б.
Неорганическое стекло используется для изготовления композиционных материалов с матрицей из термореактивных синтетических смол. Такой наполнитель обладает необычными для стекла свойствами – он не ломается, легко гнется и обладает огромной прочностью. Благодаря этому стекловолокно становится отличным армирующим материалом. Результат его использования аналогичен результату армирования углепластиком. Дополнительным преимуществом армирования из стекловолокна является относительно низкая стоимость.
По сравнению с обычными конструкционными материалами (алюминием, сталью) композитные материалы на основе углеродных волокон обладают экстремально высокими характеристиками:
- высокой прочностью;
- значительным сопротивлением усталости;
- высоким модулем упругости;
- химической и термической стойкостью, характеристики которых в несколько раз выше, чем у стали при гораздо меньшей массе композита.
Следует также отметить, что, в отличие от традиционных методов усиления с помощью железобетонных рубашек и установки дополнительных стальных профилей, усиление из углеродной ленты позволяет полностью сохранить первоначальный архитектурный и эстетический вид конструкции.
Таким образом, использование композиционных материалов для усиления конструкций позволяет стабилизировать коррозионные процессы и обеспечить нормированную несущую способность конструкций. Это, в свою очередь, может заложить основу для нового направления в реконструкции инженерных сооружений, которое может значительно снизить сложность, время и эксплуатационные расходы при регулируемом уровне безопасности при эксплуатации зданий и сооружений.
Библиографический список
- Свод правил СП 164.1325800.2014 “Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования”.
- Грановский А.В. Сейсмостойкость стен, усиленных композитными материалами. С.-Петербург, 2011.
- Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. – М., 2006.
- Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. – М., 2007.
- СО 34.21.673 Рекомендации по усилению стальных конструкций производствен-ных зданий и сооружений энергопредприятий. «Гипроэнергоремонт» 2010. С. 143
- СТО 2236–002–2011. Стандарт организации. Система внешнего армирования из полимерных композитов FibARM для ремонта и усиления строительных конструкций. Общие требования. Технология устройства. ЗАО «Препрег-СКМ» М. 2011. С. 16
- Бикбаева К. А., Савинкова К. С. Усиление металлических конструкций композитными материалами // Молодой ученый. — 2018. — №11. — С. 71-73.
Количество просмотров публикации: Please wait