05 марта 2016г.
Под влиянием атмосферных воздействий и антропогенных факторов происходит снижение несущей способности конструкций зданий и сооружений. В связи с этим, перед инженерами встает вопрос о выборе проектных решений для усиления и реконструкции поврежденных элементов.
В настоящее время применяется современный полимерно-композитный материал — углепластик (углеволокно), в основе которого лежат углеродные нити, расположенные в матрице из полимерных смол. Он является наиболее популярным среди других пластиков и композитов. Обладая четырёхкратной прочностью на разрыв, больше чем у наилучших марок стали, углеволокно намного легче железа (на 75%) и алюминия (на 30%). На данный момент этот материал пользуется значительным спросом в строительной сфере. Эта популярность обусловлена высокой прочностью материала. Данное качество очень важно при обустройстве наружного армирования кирпичных, железобетонных и деревянных систем. Усиление углепластиком заключается в обклейке поврежденных элементов углепластичными полосами, расположенными на наружной стороне конструкции для образования внешнего усиления или армирования. Благодаря этому можно добиться дополнительного увеличения прочности до 60%, а также улучшения прочности на сжатие до 110%. Данные показатели подтверждаются нормативными документами, такими как СНиП и ГОСТ.
В зависимости от конкретной задачи, вида и расположения конструкций, усиляющие материалы выполняются в трех видах:
1) Углепластиковые ленты с эпоксидным клеем: используются для усиления мостов, длинных пролетных строений. Длина рулона может составлять до 250 погонных метров, материал обладает высокой жесткостью и несущей способностью.
2) Углеродные холсты с эпоксидным клеем: применяется для усиления балок, колонн, перекрытий, ригелей, отверстий и других элементов гражданского строительства. Эти холсты в достаточной мере гибкие, что позволяет им придать практически любую форму.
3) Углепластиковые сетки на цементном связующем: применяются для усиления кирпичной и каменной кладки, а также железобетона. Вдобавок к высоким прочностным характеристикам, они являются огнеупорными и обладают высокой паропроницаемостью.
Усиление железобетонных конструкций.
Усиление сжатых (в том числе и внецентренно-сжатых) железобетонных элементов типа пилонов, колонн, простенков с помощью наружного армирования осуществляется двумя способами. Первый метод заключается в применении бандажей из углепластика, которые выполняют «эффект обоймы». Второй способ — установка холста из углеволокна по длине сжатого элемента, который выступает в роли дополнительной рабочей арматуры. Усиление гибких колонн выполняется как поперечными, так и продольными элементами внешнего армирования. Продольные составляющие монтируются так, чтобы не изменилось расположение физической оси сечения.
Усиление металлических конструкций.
Растянутые стальные конструкции усиливаются симметрично по отношению к центру тяжести сечения. При этом применяется углеволокно с предельно возможной прочностью и модулем упругости, близким по значению к модулю упругости усиливаемого материала. Прежде чем устанавливать холст или ленты из углеволокна проводится очистка поверхности металлоконструкции (например, пескоструйная обработка) и нанесение адгезионного слоя — монтажного эпоксидного клея. По завершении монтажа они покрываются защитной или огнезащитной краской, а затем устанавливаются дополнительные механические фиксирующие устройства. При усилении внецентренно сжатых стальных элементов холсты или ленты из углеволокна располагаются также симметрично касательно центра тяжести сечения, но допустимо их несимметричное распределение, к примеру, при восстановлении сечения, поврежденного коррозией. В подобной ситуации также используется углеволокно с максимальным модулем упругости.
Усиление каменных конструкций.
Элементы наружного армирования из углеволокна позволяют в больших пределах корректировать напряжения в каменной конструкции, при этом сводя к минимуму нарушения ее целостности. Это в полной мере объективно для элементов реконcтруируемых и реcтаврируемых зданий. При традиционном уcилении кирпичных cтен с окнами, дверями и прочими проемами вводятся cтальные cкобы и профили. Все это закрепляется на cтенах через анкеры с дальнейшей зачеканкой раcширяющимися растворами.
Усиление деревянных конструкций.
Углехолсты продуктивны на учаcтках, где действуют главные раcтягивающие усилия и имеется опасность раздробления вдоль волокон. Эти элементы внешнего армирования, как правило, либо приклеиваются к поверхности, либо вклеиваются в заблаговременно подготовленные пропилы. Второй вариант предпочтителен, когда имеется необходимоcть в cохранении первоначального вида балок и создании самого уcиления незаметным. Незаметноcть на равных уcловиях с технологической простотой и повышенной cкоростью монтажа относят к главным преимуществам армирования деревянных конструкций из углеволоконных элементов.
Ниже в табличной форме приведены результаты сравнения использования углепластика и традиционных материалов.
Обобщая вышесказанное, автор отмечает, что усиление строительных
конструкций углепластиком на сегодняшний день является крайне энергоэффективным методом, обладающим рядом значительных преимуществ с широкой сферой
применения.
Список литературы
1.
Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. М.,2006.
2.
СП 52-101-2003. Бетонные
и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М., 2004.
3.
Грановский А.В. Сейсмостойкость стен, усиленных композитными материалами. С.-Петербург, 2011.
