Усиление бетонных и железобетонных конструкций углеволокном. Технология работы, характеристики.

Усиление бетонных и железобетонных конструкций – это процесс, путем которого достигается наибольшая прочность, надежность конструкции, увеличивается продолжительность срока службы. Это необходимо для строительства новых объектов и для укрепления старых. В случае, если полная замена еще не требуется, но конструкция имеет какие-либо нарекания – применяют метод усиления углеволокном.

Применение данного метода обходится гораздо дешевле, нежели менять и строить заново.

Важным критерием является то, что эксплуатация помещения или производство при выполнении строительных работ не останавливается. Использовать помещение разрешено в обычном режиме, возможны только не продолжительные остановки производства или использования помещения.

Характеристики, которые должны присутствовать в качественном углеволокне:

• Гибкость полотна, легкость разрезания;
• высокая термостойкость, достигающая температур 2000 градусов по цельсию;
• хорошая теплоемкость, коррозионная стойкость;
• правильное сплетение волокон в структурном элементе;
• соблюдение всех правил и технологий в производстве;
• прочность порядка 0,5—1 ГПа и модуль 20—70 Гпа.

Соблюдая вышеупомянутые пункты, углеродное волокно будет наделено свойствами, которые стоят внимания в строительном мире. К ним относятся: высокая прочность, увеличение механических характеристик, уменьшение нагрузки на конструкцию, не изменяя при этом геометричность сооружения.

Прочность данного элемента как у стального изделия, но с весом в 5 раз меньше. Это по праву дает ему возможность называться композитным материалом (КМ).

Преимущества и недостатки углеродного материала

При таких характеристиках невозможно не поговорить о достоинствах представленного материала. Из основных преимуществ можно выделить:

• Простота и высокий темп монтажа – одни из важных критериев производства. Для установки углеродного полотна не потребуется дополнительной силы в виде громоздкого оборудования. Предприятие не придется закрывать и останавливать производство или эксплуатацию сооружения. Такие результаты достигаются благодаря малому весу композитного материала.
• Повреждения и любое другое силовое воздействие не влечет за собой острые сколы, глубокие трещины.
• КМ не подвергается деформированию при воздействии с высокими температурами (до 2000 градусов по цельсию).
• Имеет хорошую теплоемкость, значение которой достигает 10 Дж/кг-К.
• Снижает воздействие вибрационных волн.
• За счет своего состава не подвергается коррозионным изменениям и другим воздействиям внешних факторов.
• Срок службы продолжительный, может достигать 80 лет.
• Материал обладает свойствами упругости, прочности. Не повышает нагрузки на сооружение из-за своего маленького веса.
• Представленный композитный материал существенно сокращает последствия силовых воздействий на месте применения углеволокна. Здания меньше подвержены повреждениям.
• Влагостойкость углеродного волокна защищает бетонную конструкцию, обеспечивая влагоотталкивающей оболочкой.

Недостатки не серьезные, но и без них никак не обходится. Из минусов можно выделить следующие:

• Достаточно восприимчивы к точечным ударам, могут образовываться вмятины. На несущие характеристики конструкции это не влияет.
• Если видимые дефекты образовались, то они трудно устранимы.
• Процесс изготовления материала занимает продолжительное время в связи со сложностями производства.
• Необходимо применение дополнительных элементов при соединении с металлами для профилактики и предотвращения разрушительного процесса коррозией. Обычно в этой роли выступает стекловолокно.
• Повышенная стоимость и полная невозможность вторичной эксплуатации, утилизации.

Монтаж углеродного волокна для усиления бетона

Усиление сооружений необходимый этап для возведения долговечного и качественного здания. Главной целью применения усилителей является повышение показателя прочности несущих характеристик. Такие технологии необходимы для строительства и реставрации сооружений после воздействия на них внешних раздражителей.

В том числе, при локальных повреждениях нет смысла проводить демонтаж конструкции и возведение новой. Гораздо проще исправить положение, умея применять углеродное полотно.

На фото выше наглядным образом можно восстановить полную картину всего вышесказанного. Монтаж углеволокна достаточно прост, чтобы выполнить его даже самостоятельно. Главное знать методы установки и основные принципы перед выполнением установки:

• Перед монтажными работами необходимо выровнять ремонтируемую поверхность, затем снять с нее верхние слои пыли.
• Устранить все видимые вмятины, трещины, прочие дефекты на рабочей плоскости. Плотно замазывая их цементными составами.
• Выполнить выравнивание, сгладить все выступающие неровности.
• Рекомендуется начертить разметку для аккуратного и простого наклеивания.

Существует два метода установки

• «Сухой метод». В качестве клеящего вещества применяются материалы с адгезионными составами. Первым делом смешивают связующие составы для монтажа. Раскраивают углеволокно с учетом необходимого размера. Нанесение адгезива производится на ремонтируемую поверхность. Раскроенное полотно наклеивается на адгезивный состав, сверху накладывается укрывающий слой полимерцементного состава. При желании посыпается песком для лучшего сцепления.
• «Мокрый метод» несколько отличается от первого. После смешивания связующих составов для установки, раскраивается волокно в соответствии с необходимыми размерами и формами. Адгезивный состав наносится на ремонтируемую поверхность. Кроме того, им производится пропитывание полотна с двух сторон. После чего полотно аккуратно наклеивается, посыпается песком. Заключительный этап – нанесение защитного покрытия полимерцементным составом. Выполнить заключительную отделку.

Усиление конструкций при помощи углеродного волокна находит применение для улучшения прочности зданий, построенных из разных материалов. Подойдут для укрепления бетонные, железобетонные здания, сооружения, выполненные из деревянных, металлических, каменных материалов.

Методом усиления можно укрепить конструкции любой сложности и геометричности (арки, колонны, несущие стены, потолочные проемы и др.).

Как понять в каком случае монтаж усиливающего полотна необходим? Существует несколько основных причин, по которым желательно усиление конструкций:

• Просчеты, неточности в изначальном проектировании здания.
• Грунт под построенным объектом оказался склонным к подвижности.
• Здание возведено давно, появились первые признаки износа материалов, отдельных деталей. Ранний износ возможен в случае агрессивного воздействия внешних факторов.
• Перепланировка, которая влечет за собой изменения несущих стен и других фундаментальных конструкций.
• Требуется увеличение уровня безопасности, чтобы избежать неприятных исходов возможных аварийных случаев.
• Несущая конструкция помещения была значительно повреждена. В таком случае необходимо увеличить уровень прочности этого элемента.
• Возведение дополнительных этажей, их перестройка требуют повышения надежности нижней части здания.
• Для профилактических мероприятий при реконструкции старого объекта. Использование усиления углеродным волокном в качестве внедрения нового технологического метода.
• Любые случайные повреждения

Основные способы усиления бетонных объектов

Усиление углеродными полотнами основывается на двух способах:

Инновационный – способ, про который не раз упоминалось по тексту (делится на «сухой» и «мокрый» метод). Он заключается в использовании композитного материала (углеродное, карбоновое волокно или кевлар) с использованием адгезионных составов для прочного скрепления. Путем закрепления, как правило, цементными материалами.

Комбинированный – по самому названию понятно, что он совмещает в себе несколько способов. Из них инновационный и традиционный. Второй метод заключается в наращивании уровня прочности путем использования других материалов, отличающихся от углеволокна. Такие материалы менее удобны в строительстве, так как имеют вес сравнительно больше.
Таким образом, комбинированный метод заключается в использовании углеродного полотна и других усилительных материалов. Обычно применяется такой способ в зонах повышенной нагрузки.

На что следует обратить внимание при создании проекта на усиление:

• В первую очередь следует обратить внимание на итоги анализа, экспертизы сооружения. Такой анализ проводится в случае видимых дефектов, при уменьшении уровня прочности.
• Какая продолжительность эксплуатации здания. Старые сооружения больше подвержены разрушительному процессу.
• Необходим сбор информации о грунте, на котором планируется строительство объекта. Важно указать имеются ли в наличии водоемы, которые могли бы создать подтопление, другие имеющиеся природные особенности (агрессивное воздействие внешних факторов)
• Информация об аварийных ситуациях, положениях. Необходимо указать на имеющиеся дефекты.
• Действительные характеристики всех используемых материалов (бетон, сталь и т. д.).
• Информация об усиленных ранее деталях.
• Данные о возможных увеличительных нагрузках.

Как усилить перекрытие

Чаще остальных усиление углеродным полотном производится для перекрытий. Для этого элемента очень важно, что углеродный материал не добавляет дополнительную нагрузку, за счет своего веса, защищает от коррозионных разрушительных процессов. Так же он не меняет геометричность объекта, так как толщина полотна 1-5 мм.

Усиленное перекрытие таким способом прослужит долгий срок. Монтируется очень легко, стоит только приклеить и закрепить полотно. Дополнительной рабочей силы в лице большой бригады работников и громоздкого оборудования не требует.

Каким образом выполняется усиление перекрытий:

• Первым дело необходимо тщательно осмотреть, проанализировать элемент на наличие слабых участков, которые требуют упрочнения. Любые вмятины и трещины подвергаются скрупулезному исследованию.
• После выявления недостатков необходимо приступить к созданию проекта по усилению ослабленных участков.
• Затем формируется окончательная смета.
• При необходимости поверхность перекрытия выравнивается. Все дефекты, включая трещины, заделываются цементным составом. После застывания шлифуются для создания идеально ровной плоскости. Заключительный этап – избавление от излишней пыли и других частиц. Это важно для лучшего скрепления клеящего вещества с поверхностью.
• Чертятся разметки на месте крепления будущей углеродной ленты. Не стоит избегать этого пункта, важно прикрепить волокно аккуратно. Подробнее все этапы монтажа были разобраны в главе «монтаж углеродного волокна для усиления бетона».
• В заключение посыпать кварцевым песком для наиболее надежного соединения.

Какие необходимо вести расчеты

Конечно, для таких непростых проектных работ должны вестись внушительные расчеты. Производить их самостоятельно не имеет смысла, возникает высокая вероятность ошибочных итоговых значений. Это задание весьма ответственное и трудоемкое, которое будет разумнее доверить высококвалифицированным профессионалам. Как правило такая работа предоставляется целому отделу проектной организации.

Для расчета потребуются следующие данные:

• Информация о результатах экспертизы и анализа имеющихся ослабленных мест в конструкции. Соответственно без этих данных невозможно произвести расчеты.
• Рекомендуется сделать фотографии поверхности, где предполагаются ремонтные работы.
• Детальные пояснительные комментарии относительно ослабленной поверхности.

Период выполнения расчетных работ варьируется от сложности и объемов строительного процесса, от занятости специалистов и других немаловажных причин. Как правило, это занимает от одного дня до недели. Поэтому лучше уточнять заранее о сроках сдачи итоговых расчетов.

09.01.2020