Усиление конструкций углеволокном

Усиление конструкций углеволокном

Общая информация.

Данная статья описывает основные аспекты метода усиления конструкций углеволокном, а если точнее – технологию внешнего армирования строительных конструкций композитными материалами на основе углеродных волокон.

Данный материал служит для ознакомления с основами данной технологии, вариабельностью применяемых материалов, но не может использоваться в качестве технологического, или проектного руководства в виду своей поверхностности и обобщенности.

Усиление конструкций углеволокном – относительно новый для России метод – первые реализованные в нашей стране объекты датированы 1998 годом. Заключается этот метод в наклеивании на поверхность конструкции высокопрочного углеволокна, воспринимающего на себя часть усилий, тем самым повышая несущую способность усиленного элемента.

В качестве клея применяются специальные конструкционные адгезивы (связующее) на основе эпоксидных смол, либо минерального вяжущего.

Благодаря высоким физико-механическим характеристикам углеволокна, повысить несущую способность конструкции можно практически без потери полезного объема помещений и увеличения собственного веса здания – толщина усиливающих элементов обычно составляет от 1 до 5 мм.

Следует понимать, что «углеволокно» — это материал (например, как бетон), а не конечное изделие.

Из углеволокна изготавливают целый набор материалов, некоторые из которых применяются в строительстве – углеродные ленты, ламели и сетки.

В подавляющем большинстве случаев усиление углеволокном применяется для железобетонных конструкций – это обусловлено высокими технико-экономическими показателями реализации таких проектов. Однако, данная технология применима и к металлическим, деревянным и каменным зданиям и сооружениям.

Конструктивные решения.

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. Это повышает их несущую способность по изгибающим моментам. Для решения таких задач подходят все виды углеродных материалов – ленты, ламели и сетки.

Кроме того, для балок часто требуется выполнить усиление приопорных зон на повышение несущей способности при действии поперечных сил (по наклонной трещине).

Для этого выполняется наклейка U-образных хомутов из углеродных лент, или сеток.

Углеродные ленты и ламели иногда применяются в совокупности, так как их способ монтажа и адгезивные составы схожи. Применение углеродных сеток, как правило, исключает использование лент и ламелей в связи с производством «мокрых» видов работ.

Усиление колонн происходит путем их оклейки углеродными лентами, или сетками в поперечном направлении. Таким образом достигается эффект «бондажирования» и происходит сдерживание поперечных деформаций бетона по схожему принципу с «бетоном в трубе», или «трехосным сжатием».

Выполнение работ.

Подготовка поверхности.

При усилении железобетонных конструкций углеволокном выполнение работ начинается с разметки конструкции – отчерчиваются зоны в которых будут располагаться элементы усиления. Затем эти зоны очищаются от отделочных материалов, загрязнений и цементного молочка до обнажения крупного заполнителя бетона.

Для этого применяют, либо угол-шлифовальные машинки с алмазными чашками, либо водо-пескоструйные установки.

Качество подготовленного основания (поверхности на которую приклеивают углеволокно) напрямую влияет на совместность работы конструкции с элементом усиления, поэтому при подготовке основания, в обязательном порядке, контролируют следующие параметры:

  • ровность поверхности;
  • прочность и целостность материала усиливаемой конструкции;
  • температуру поверхности конструкции;
  • отсутствие загрязнений и пыли;
  • влажность;
  • и другие (полный перечень и допустимые значения контролируемых параметров приводятся в технологических картах на выполнение строительных работ).

Приготовление компонентов.

Углеродные материалы поставляются смотанными и упакованными в полиэтилен. Очень важно не испачкать их в пыли, которой после шлифования бетона будет очень много, иначе углеродное волокно невозможно будет пропитать связующим, т.е.

получится производственный брак. Поэтому, заготовительную зону следует застелить плотным полиэтиленом и уже по нему отматывать требуемую длину углеродного материала. Обрезка углеродных лент и сеток может осуществляться канцелярским ножом, или ножницами по металлу, а углеродных ламелей – угол-шлифовальной машинкой с отрезным кругом по металлу.

Адгезивы, как правило, применяются двухкомпонентные – т.е.

требуется смешивать два материала в определенной пропорции. Необходимо четко следовать инструкции производителя и при дозировании использовать весы, или мерную посуду. Смешивание составов происходит путем постепенного добавления одного компонента в другой при постоянном перемешивании низко оборотистой дрелью.

Ошибки дозирования, или неправильное вмешивание одного компонента в другой, могут привести к закипанию адгезива.

В последние годы, большинство производителей поставляют адгезив в комплектах – т.е. в двух ведрах с уже дозированными объемами компонентов.

Таким образом можно просто вмешать содержимое одного ведра в другое (ведро специально поставляется большего объема (полупустым)) и получить готовый адгезивный состав.

Полимерцементные адгезивы (для углеродных сеток) поставляются в мешках и затворяются водой согласно инструкции, как любой ремонтный материал.

Следует помнить, что адгезив имеет ограниченный срок жизни – порядка 30-40 минут и он резко сокращается при повышении температуры выше 20°С, поэтому объем приготовляемого адгезива не должен превышать физических возможностей его выработки.

Монтаж углеволоконных материалов.

В зависимости от вида углеволоконного материала технология его монтажа существенно отличается:

Монтаж углеродных лент может осуществляться по «мокрому», или «сухому» методу.

В обоих случаях на основание наносится слой адгезива, но при «мокром» методе углеродная лента сначала пропитывается адгезивом, а потом прикатывается валиком к основанию, а при «сухом» — лента прикатывается к основанию, а потом сверху ее пропитывают слоем адгезива.

Пропитка углеродной ленты осуществляется путем нанесения на ее поверхность слоя адгезива и вдавливания его малярным валиком, или шпателем, добиваясь того, что бы верхний слой связующего проник вглубь углеволокна, а нижний слой связующего вышел наружу.

Углеродные ленты могут укладываться в несколько слоев, но при наклейке на потолочную поверхность, не рекомендуется за одну смену выполнять более 2-х слоев – материал начинает «сползать» под собственным весом.

Следует помнить, что после полимеризации адгезива, его поверхность будет гладкой и качественно нанести на нее отделку будет невозможно.

Поэтому, еще по «свежему» элементу усиления необходимо нанести слой крупного песка.

При монтаже углеродных ламелей адгезив наносится и на конструкцию, и на усиливающий элемент.

После этого, ламель прикатывается к основанию малярным валиком, или шпателем.

Монтаж углеродной сетки выполняется на увлажненную поверхность бетона.

Сначала наносится первый слой полимерцементного состава. Он может наноситься как ручным, так и механизированным способом – торкретом. По «свежему» слою полимерцемента раскатывается углеродная сетка с небольшим вдавливанием в состав. Удобнее всего это делать шпателем. Затем необходимо выдержать технологическую паузу до начала схватывания состава.

Усиление конструкций композитами

Срок схватывания зависит от выбранного состава и температуры окружающей среды, но требуемое состояние – полимерцемент с трудом продавливается пальцем. После этого наносится закрывающий слой полимерцемента.

Защитные покрытия.

Необходимо помнить, что адгезивы на основе эпоксидных смол горючи, а кроме того – подвержены охрупчиванию при воздействии ультрафиолетовых лучей.

Поэтому, применяя их необходимо предусматривать огнезащиту элементов усиления на класс огнестойкости не ниже заявленного для усиливаемой конструкции.

Если Вам нужно выполнить Усиление конструкций углеволокном — позвоните нам и мы проконсультируем Вас и поможем составить план решения Вашей задачи.

Усиление конструкций от проектирования до установки

Укрепление углеродных структур

Плиточные здания долгое время считались самыми сильными и прочными, но они могут стать бесполезными — трещины, потерять элементы фасада и даже начать распадаться. Причины ошибок могут быть разными: неадекватное качество кладки или раствора, чрезмерное воздействие влаги и другие неблагоприятные факторы, работа на стенах неподходящих грузов.

  

Ремонт и реконструкция зданий включает в себя несколько этапов, одним из которых является укрепление кладочных блоков специальными композитными материалами.

Это позволяет нам восстановить технические возможности строительства, увеличить его основные свойства и продлить срок службы кирпичной конструкции.

Стены, особенно подшипники, подвержены сильным нагрузкам.

Помимо собственного веса, они должны выдерживать вес других элементов несущей конструкции (балки, потолки), полезные нагрузки и сжатие разных типов. Особое значение придается укреплению кирпичных стен жилых зданий, промышленных зданий и зданий большой емкости (торговые центры, развлекательные комплексы и др.).

Основные признаки усиления кирпичных стен

  1. Несоответствие грузоподъемности здания для работы статических нагрузок.
  2. Низкая сейсмическая стабильность структуры.
  3. Неподходящая стена, которая может привести к потере мощности (стены должны соответствовать требованиям категории I и II).
  4. Жесткость настенных интерфейсов не соответствует расчетным параметрам (недостаточно).

Технология армирования кирпичной стены с помощью полосы из углеродного волокна FibARMTape

  1. штук

Стены между отверстиями дверей и окон (причалов) укрепляются с помощью двух углеродных полос, которые поперек стены и параллельны ее плоскости.

Отверстие и нижняя линия окна / дверного проема должны оставаться отверстием в 30 см. Эта схема усиления предотвращает возникновение трещин и существенно увеличивает прочность конструкции.

  1. Каменщики

Укрепление кирпичной стены достигается путем склеивания полос FibARMTape на нем в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Лента также может быть склеена вдоль диагонали стены.

  1. Уголки стен

Уголки кирпичных стен усилены лентами, приклеенными к стене, горизонтально и вертикально.

Первоначально лента приклеивается к горизонтальной плоскости (расстояние между соседними полосками не должно превышать 80 см), а затем с обеих сторон углеродные ленты в вертикальной плоскости слишком склеиваются, расстояние между углом здания и вертикальным растяжением ленты должно быть в пределах 5 см.

  1. Узлы конъюнкции

Укрепление настенных соединительных устройств осуществляется с использованием углеродных пучков и с наклейкой на стене в горизонтальной плоскости полос из углеродного волокна FibARMTape.

Усиление конструкций углепластиком и углеволокном. Внешнее армирование композиционными материалами (композитами).

В процессе эксплуатации, основные несущие конструкции (балки, фермы, железобетонные плиты, колонны) подвергаются неблагоприятным воздействиям, которые серьёзно их ослабляют и приводят к аварийному состоянию все строение в целом. При проведении обследования аварийных зданий составляется Техническое Заключение, в котором экспертами разрабатываются рекомендации по усилению основных несущих конструкций.

Некоторые дефекты невозможно исправить обычным косметическим ремонтом и для этого необходима разработка проекта усиления указанных несущих составляющих здания.

Наша компания предлагает выполнение работ по усилению строительных конструкций как традиционным методом, так и нетрадиционным, используя композитные материалы.

В последнее время благодаря новейшим технологиям и новым композиционным материалам, появился высокоэффективный способ — усиление конструкций углепластиком или, как еще его называют, усиление углеволокном или углеродными волокнами.

Ткань из углеродных волокон выдерживает огромные нагрузки на растяжение, то есть её практически невозможно разорвать, она мало подвержена агрессивному воздействию окружающей среды, что значительно увеличивает срок службы любой конструкции.

Благодаря армированию конструкций с применением углеволокна, многие стали отказывается от традиционного усиления, такого как установка металлических обойм, хомутов, раскосов. Связанно это, прежде всего, с более высокой эффективностью нетрадиционного способа усиления, так как, к примеру, другие более привычные способы усиления могут значительно увеличить сечение конструкции и ее вес, тем самым уменьшая полезную площадь объекта.

Основная проблема заключается в том, что не всегда обычное усиление может быть настолько эффективным, как этого требуется или хотелось бы.

Технология усиления углепластиком (углеволокном) имела и продолжает иметь более широкое распространение и популярность в строительных и ремонтных работах за рубежом, и, к сожалению, Россия не стала первопроходцем в этой сфере, несмотря на тот факт, что у нас были все возможности и шансы — в тот период, когда западные рынки развивались и были в постоянных в поисках новых технологий и способов, наш отечественный улепластик (улеволокно) относился к секретным технологиям.

Преимущество усиления нетрадиционным способом перед традиционным очевидно, но последний способ ни в коем случае списывать со счетов нельзя. Главное преимущество обычного способа усиления заключается в цене, что немаловажно для любого Заказчика, и каждый объект и каждую строительную конструкцию на этом объекте необходимо оценивать индивидуально и делать это должен квалифицированный специалист.

Усиление строительных конструкций — основные виды

Ниже перечислены основные виды работ, используемые при традиционном усилении:

  • Устройство обойм и рубашек
  • Усиление строительных конструкций установкой дополнительной арматуры
  • Увеличение (наращивание) сечения элементов таких как: балок, ригелей, колонн, плит
  • Устройство металлических обойм
  • Установка разгружающих стоек, балок и рам
  • Монтаж металлических порталов, рам, стоек
  • Устройство предварительно напряженных затяжек, хомутов и раскосов

Усиление углепластиком можно отнести к внешнему армированию конструкций, способ и процесс усиления значительно проще, чем у традиционного способа, что позволяет не останавливать технологический процесс и уменьшает время на проведение ремонта.

Из-за простоты и удобства процесса усиления армирующим волокном в последнее время усиление углепластиком стало наиболее распространенным. Как уже упоминалось, недостатком нетрадиционного усиления является его стоимость — оно дороже, чем обычное усиление, но это только на первый взгляд — не стоит забывать, что долговечность и прочность материала увеличивает срок эксплуатации, а, следовательно, потенциально уменьшается количество последующих ремонтных работ и затрат на них.

Лучше сделать один раз, оценив долгосрочную перспективу вложений, и не думать об этом в дальнейшем.

УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В конечном итоге, незначительная разница в стоимости впоследствии может сэкономить значительные средства и усилия.

Сегодняшний рынок насыщен различными предложениями по продаже композитов, но самыми распространенными и зарекомендовавшими себя на Российском рынке являются отечественный производитель в лице Холдинговой компании «Композит» и греческий производитель ISOMAT (Изомат).

Стоит особо отметить, что прежде, чем принять решение о проведении такого вида ремонтных работ — Вам, в первую очередь, необходимо провести обследование здания или сооружения, после чего, на основании полученных данных, выявленных дефектов и заключения с рекомендациями о необходимости усиления Вам потребуется сам проект усиления, на основе которого и проводится усиление конструкций.