Усиление железобетонных плит перекрытия углеволокном

Углеволоконные материалы

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

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.

Чем внешнее армирование углеволокном отличается от традиционных систем усиления?

Чаще всего внешнее армирование углеволокном применяют для восстановления элементов ж/б конструкции старых сооружений, а также для устранения ошибок проектирования или монтажа новых конструкций. При этом, армируя, и тем самым усиливая, они не увеличивают собственный вес конструкции.

Иногда они являются единственным способом сохранить работоспособность конструкции, при отсутствии возможности применения альтернативных вариантов по технологическим или иным причинам, а также при необходимости восстановления и укрепления памятников архитектуры и иных важных, уникальных сооружений.

При внешнем армировании углеволокном:

• нет необходимости применять громоздкую технику и специализированное оборудование;
• эффективность армирования выше, чем у большинства альтернативных вариантов;
• работы производятся значительно быстрее и ценой меньших усилий;
• для ремонта и усиления нет необходимости останавливать эксплуатацию конструкции;
• усиление углеволокном внешним армированием увеличивает срок службы сооружений. И тем самым серьезно сокращает затраты на эксплуатацию сооружений;
• системы внешнего армирования активно применяются для конструкций из бетона, камня, железобетона, стали. дерева и иных материалов.

Специалисты с радостью помогут освоиться с относительно новой для нашей страны технологией. Мы обладаем значительным практическим опытом и отличной теоретической подготовкой. Наши сотрудники способны помочь советом, поддержкой проектирования или же произвести установку систем внешнего армирования углеволокном.

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».

Усиление строительныхконструкций щадящим методом углеволокном SIKA

УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ ВНЕШНЕГО АРМИРОВАНИЯ ИЗ УГЛЕВОЛОКНА

1.Введение. История вопроса.

Необходимость в усилении строительных конструкций путем приклейки элементов внешнего армирования из высокопрочного и высокомодульного материала появляется в следующих основных случаях:

— повреждение строительной конструкции, которое привело к снижению её несущей способности, жесткости и трещиностойкости,

— изменение условий эксплуатации, выражающееся ., прежде всего, в изменении величины, характера и расположения нагрузок,

— изменение расчетной схемы конструкции,

— необходимость повысить надежность и долговечность конструкции.

Для обеспечения эффективного усиления технология должна гарантировать выполнение следующих условий:

— возможность монтажа элементов внешнего армирования на конструкции естественной влажности,

— возможность надежной приклейки к любым строительным материалам, которая обеспечивает передачу усилий со строительной конструкции на элемент внешнего армирования,

— механические свойства материалов, применяемых при усилении должны быть стабильны во времени. Это относится как к монтажному клею, так и к элементу армирования,

— модуль упругости и прочность элемента внешнего армирования должны быть представлены достаточно широкой линейкой, для эффективного применения на различных конструкция из разных материалов.

Перечисленным выше требованиям вполне отвечают элементы внешнего армирования из высокопрочных и высокомодульных искусственных волокон, прежде всего углеродных и арамидных. Наибольшее распространение получили углеродные волокна, имеющие наилучшее на сегодняшний день соотношение цена/качество.

Углеродное волокно производится в трех странах: США, Япония и республики бывшего СССР.

Наибольшее распространение в изделиях для усиления получили элементы внешнего армирования из углеволокна японского производства.

Применение углеродного волокна в качестве внешнего армирования строительных конструкций насчитывает примерно 40-летнюю историю. На сегодняшний день имеют тысячи объектов, усиленных по этой технологии. Технология усиления строительных конструкций с применением элементов внешнего армирования из углеволокна тесно связана с технологиями ремонта и восстановления строительных конструкций в целом.

Данная технология является в настоящий момент самым современным и «бережным» методом восстановления и повышения эксплуатационных характеристик строительных конструкций.

2.Усиление железобетонных конструкций.

Железобетонные конструкции имеют в настоящий момент наибольшее распространение в строительстве. Повреждения железобетонных конструкций, как правило, связаны с различными коррозионными повреждениями, перегрузкой отдельных элементов и неправильной эксплуатацией. Часто требуется обеспечить надежную эксплуатацию уникальных, дорогих, исторически значимых конструкций, демонтаж и замена которых значительно дороже ремонта или невозможна вообще. Это, прежде всего, относится к транспортным, гидротехническим сооружениям, памятникам архитектуры. Усиление рядовых конструкций с применением технологии внешнего армирования должно быть обосновано экономически.

Для усиления железобетонных конструкций применяются элементы в виде лент и холстов. Механические характеристики элементов внешнего армирования варьируются в следующих пределах: Е= 70000 – 640000 МПа, R= 1700 – 4800 МПа.

При усилении железобетонных конструкций с применением лент необходимо решить проблему анкеровки ленты на конструкции, что приводит к необходимости устройства закладных деталей – стальных или из углехолста.

Наиболее распространенное решение при усилении железобетонных конструкций с применением углеволокна- расположение элемента внешнего армирования с наиболее растянутого волокна в пролетной зоне изгибаемых конструкций, хотя имеется успешный опыт усиления сжатой зоны. В зоне действия пролетных моментов могут устанавливаться как ленты, так и холсты. В последнее время имеет место тенденция более широкого распространения холстов. Это связано с их более высокими механическими характеристиками и простотой монтажа и обеспечения надежной анкеровки.

Важной областью применения элементов внешнего армирования является усиление приопорных участков в зоне действия поперечных сил. В этих зонах, как правило, устанавливают холсты из углехолста вдоль линии главных растягивающих напряжений. Углехолсты можно наклеивать в несколько слоев и формировать любые сечения, необходимые по расчету.

Применение элементов внешнего армирования для усиления сжатых, внецентренно- сжатых железобетонных элементов типа колонн, пилонов, простенков производится двумя способами. Во-первых, для усиления коротких элементов эффективно устройство бандажей из углехолста, создающих «эффект обоймы» по типу косвенного армирования. Во-вторых, установка углехолста вдоль сжатого элемента является дополнительной рабочей арматурой.

Перспективной областью применения элементов внешнего армирования из углеволокна является предварительно напряженные элементы. Впервые предварительно-напряженные углеродных ленты были применены при усилении автомобильного железобетонного моста на юге Германии в 1982г(Совместный проект концерна «СИКА» проектного бюро «Леонгард, Андрэ и парт. и ). В России впервые предварительно-напряженные углепластиковые ленты были применены при усилении балок пролетного строения авторожного моста через реку Киржач на 104 км трассы Москва-Нижний Новгород в 2003 г. Предварительное напряжение элементов внешнего армирования значительно повышает его эффективность и сферы его применения. Натяжение производится гидродомкратами с использованием специальных захватов и анкерных устройств. При натяжении элементов внешнего армирования из углеволокна с его последующим закреплением на конструкции достигается не только повышение несущей спосбности, но так же достигается повышение жесткости и трещиностойкости усиливаемого элемента.

3. Усиление металлических конструкций.

3.1. Усиление растянутых конструкций.

Усиление растянутых стальных конструкций элементами внешнего армирования из углеволокна целесообразно производить симметрично относительно центра тяжести сечения. При этом применяется углеволокно с модулем упругости равным или минимально отличающимся от модуля упругости материала усиливаемого стального элемента и максимально высокой прочности(например Е=20000-230000 МПа, R=480000 Мпа).

Основываясь на современной линейке материалов из углеволокна, возможен достаточно точный подбор материала для получения наибольшей эффективности усиления.

Установка элементов внешнего армирования происходит в следующем порядке:

— очистка поверхности от загрязнений (возможна пескоструйная обработка),

— нанесение адгезионного слоя – монтажного эпоксидного клея,

— монтаж элементов внешнего армирования ( холста или ленты),

— эащитная или огнезащитная покраска.

3.2. Усиление внецентренно сжатых конструкций.

Усиление внецентренно сжатых стальных элементов производится путем установки элементов внешнего армирования из углеволокна симметрично относительно центра тяжести сечения. Возможно несимметричное расположение элементов внешнего армирования, например при восстановления сечения при ремонте коррозионных повреждений.

Лдя усиления внецентренно сжатых стальных элементов целесообразно применять элементы внешнего армирования из углеволокна с максимально высоким модулем упругости (до 640000 Мпа).

3.3. Повышение устойчивости пластинок.

Повышение устойчивости стальных пластинок, например высоких стенок балок из плоскости изгиба в зоне действия поперечной силы производится путем наклейки элементов внешнего армирования (холстов) симметрично относительно центра тяжести сечения.

1. 4. Усиление деревянных конструкций.

Усиление деревянных конструкций производится путем установки элементов внешнего армирования из углеволокна. При этом применяется углеволокно с модулем упругости не менее 300000 Мпа.

Установка элементов внешнего армирования производится двумя основными способами:

— путем приклейки к поверхности,

— путем вклейки на монтажный клей в предварительно подготовленные пропилы.

Второй способ применяется в случае, если необходимо сохранить первоначальный вид балок и сделать незаметным само усиление. Пропилы предпочтительно делать вертикальными для минимального нарушения целостности сечения.

Наиболее широко используют элементы внешнего армирования из углеволокна при усилении деревянных балок, как сплошный, так и клееных в зоне действия пролетных моментов.

Элементы усиления в виде углехолстов устанавливают на участки, где действуют главные растягивающие напряжения и имеется опасность раскалывания вдоль волокон. Эффективно повышение жесткости гибких фанерных стенок путем приклейки углехолста в зоне действия поперечной силы.

К основным преимуществам элементов внешнего армирования из углеволокна относят простоту и скорость их монтажа и незаметность на конструкции.

5. Усиление каменных конструкций.

Основная сфера применения элементов внешнего армирования из углеволокна при усилении каменных конструкций-внецентенно-сжатые элементы, т.е. столбы, пилоны и простенки. При усилении этих элементов специалисты сталкиваются с проблемой включения в работу стальных обойм, монтируемых на конструкцию, в соответсвии с традиционной концепцией усиления. Для обеспечения совместной работы стальной обоймы и усиливаемого столба как правило пытаются создать в обойме начальные усилия путем нагрева хомутов и применения расширяющихся растворов. Технически это осуществимо, но достаточно трудоемко и нетехнологично.

Обоймы из углеволокна (углехоста) являются эффективной альтернативой стальным обоймам, поскольку их включение в работу усиливаемого элемента обеспечивается просто во время монтажа холста на усиливаемый элемент через клеевой слой.

Натурные испытания кирпичных столбов, проведенные в лаборатории каменных конструкций ЦНИИСК в 2004г по инициативе и под руководством руководителя сектора к.т.н. Грановского А.В., показали 1,5-2,0 кратное увеличение несущей способности кирпичных столбов, усиленных банадажами из углехоста.

Применение элементов внешнего армирования из углеволокна позволяет в широких пределах регулировать усилия в каменной конструкции, минимально нарушая её целостность. Это в полной мере касается конструкций рекоструируемых и реставрируемых зданий.

Отдельный вопрос-это усиление каменных стен, поврежденных в результате просадок фундаментов или имеющих отверстия в виде технологических, дверных, оконных проемов.

Традиционным решением при усилении подобных элементов является установка стальных скоб, стальных профилей через анкерное крепление на стене в отдельных точках с последующей зачеканкой расширяющимися растворами. Применение элементов внешнего армирования из углеволокна для усиления перечисленных конструкций позволяет избежать установки точечных анкеров, вовлечь больший объем материала в работу отдельного элемента, реализовать имеющиеся резервы конструкции, при этом бережно отнестись к неповрежденным участкам.

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

Технология усиления железобетона углеродными материалами

Давайте пошагово рассмотрим технологию усиления углеволокном (карбоном, углепластиком) железобетона. Для примера рассмотрим усиление железобетонных конструкций углеродными лентами (холстами) и углеродными сетками. Важно помнить, что работы по усилению (армированию) ж/б конструкций углеродными композитными материалами могут проводиться только при температуре окружающей среды выше 5 С! В противном случае необходимо сооружение теплового контура для поддержания необходимой температуры.

1. Подготовка поверхности

На данном этапе поверхность железобетонной конструкции готовится для усиления. Удаляется старый рыхлый бетон, специальными ремонтными составами выравниваются все неровности и каверны, поверхности конструкции придается правильная геометрическая форма. Выполняется шлифовка поверхности для снятия цементного молока и обеспечения высокой адгезии элементов усиления к бетону. Шлифовке подвергается только поверхностный слой до обнажения крупного заполнителя.

2. Раскрой ленты

Углеродная лента или углеродная сетка раскраиваются согласно решениям в проектной документации. Раскрой осуществляется ножницами. Заготовки нарезаются в нужном количестве, и сматываются в рулон снабжаются этикетками.

3. Подготовка и нанесение связующего (клея)

Традиционно связующее (компоненты) поставляется в двух емкостях. Одна емкость (меньшего размера) выливается во вторую и связующее перемешивается. Срок жизни подготовленного связующего не более часа (зависит от производителя и назначения клея), поэтому важно сразу после подготовки адгезива приступить к работам по усилению. Если используется углеродная сетка, то связующее здесь — это специальный полимерцементный состав. Он затворяется водой в нужной пропорции согласно инструкции производителя.

После подготовки связующего (клея) на подготовленную поверхность наносится первый слой в объеме до 1,5 кг (зависит от плотности ленты).

4.Монтаж углеродных лент и углеродных сеток

Углеродная лента (холст) монтируется на подготовленную поверхность железобетона с уже нанесенным клеем. Затем лента прижимается (прикатывается) валиком или шпателем. В случае с углеродной сеткой — она равномерно вдавливается в слой полимерцементного раствора.

5.Нанесение укрывающего слоя связующего и запечатывающий защитный слой

После монтажа углеродных материалов наносится укрывающий защитный слой связующего (расход обычно не более 0,5 кг на м2) и после полимеризации углепластика наносится защитный слой полимерцементного раствора. Поверх полимерцементного раствора поверхность можно красить или производить необходимые работы по отделке. При необходимости, монтируется огнезащита (это может быть как и специальная штукатурка, так и плиты из минеральной ваты).

Как мы уже говорили усилить (произвести армирование) углепластиком можно практически любую бетонную или железобетонную конструкцию: балку, плиту перекрытия, ригель или колонну. Важно, чтобы работы по усилению производились специализированной организацией, предоставляющей гарантии на выполненные работы. О том, как сегодня формируется цена на усиление углепластиком Вы можете прочитать здесь.

ПСК «Прогресстрой» предлагает приобрести всю линейку CarbonWrap: углеродные ленты CarbonWrap Tape 530/300 и CarbonWrap Tape 230/300 , углеродные ламели CarbonWrap Lamel 14/100, клеи и связующие CarbonWrap Resin 230+ и CarbonWrap Resin 530+ , составы для ремонта железобетонных конструкций CarbonWrap Repair ST и CarbonWrap Repair FS.

У нас вы можете приобрести продукцию CarbonWrap со скидкой, в зависимости от объема. Наши специалисты подскажут особенности каждого вида продукции, нюансы применения и эксплуатации усиленных конструкций.