Технологии Усиления ЖБ конструкций углеволокном и композитными материалами

Усиление плиты перекрытия с применением ленты углеродной FibARM

Работы по усилению плиты перекрытия проводились на жилом 10-ти этажном доме (ЖБ МКД). Дата проведения работ — апрель 2012 года. Заказчик: ООО «Техстрой» («Костромагорстрой»).

Cпособ наружного усиления строительных конструкций появился благодаря такому высокотехнологичному изобретению, как искусственное углеродное волокно (углеволокно).

Углеволокно — высокопрочный, высокомодульный, линейно упругий материал. Он применяется в виде холстов, а также лент. Усиление углепластиком относят к внешнему армированию, поскольку материалы крепятся на конструкции с помощью монтажного клея (эпоксидного, эпоксиполиуретанового или полимерцементного). Они эффективно реагируют на приращение деформаций конструкции, в них возникают большие приращения усилий.

Прежде всего, это свойство обусловило применение углеродного волокна для усиления железобетонных конструкций. Поскольку предельное удлинение этого материала значительно больше, чем у бетона, в большинстве случаев рабочие усилия в углеволокне значительно меньше предельных и разрушение усиленного углеволокном образца как правило происходит по контактному слою между элементом внешнего армирования и бетоном. Исключением является работа поперечных бандажей колонн из углеволокна.

Быстрота и легкость монтажа элементов внешнего армирования из углеволокна является основным преимуществом нетрадиционного способа. Кроме того, внешнее армирование не искажает эстетический облик конструкции, при этом процесс усиления становится значительно проще, чем традиционные технологии.

Данный способ является наиболее оправданным при необходимости усиления уникальных или дорогостоящих конструкций, например, памятников архитектуры, транспортных и гидротехнических сооружений, реконструкция которых другими способами затруднительна или невозможна вообще. Такая технология на сегодняшний момент является наиболее практичным способом повышения эксплуатационных характеристик любых элементов здания или сооружения.

Способы усиления конструкций, зданий и сооружений

В строительстве бетонные материалы используются уже более четырех тысяч лет, последние несколько столетий этот материал поддерживается железом, но это не помогает ему в защите от неблагоприятной внешней среды, катастроф. Только в России, на сегодняшний день, находятся тысячи домов изготовленные из железобетона, которые требуют усиления конструкции. Наиболее прогрессивным и экономичным способом является укрепление с помощью углеродного волокна.

На данный момент существует всего 3 основных способа усиления конструкций:

Традиционные, или же стандартные.
Инновационные, или технологичные.
Комбинированные.

Традиционный способ – первым делом происходит обитонирование, наносятся бетонные слои для увеличения площади сечения. Далее используется стальной прокат, установка металлических стяжней, укрепление отверстий уголками или швеллерами. Заканчиваются работы монтажам дополнительных элемент,ов для усиления колонн, перекрытий, происходит установка распорок или свай.

Инновационный способ – такой метод усиления конструкций основан на применении композитов. Его суть заключается в наклеивании углеволокна слоями на несущие поверхности. Размеры помещения из–за этого не меняются, толщина материала не превышает несколько миллиметров.

Комбинированный способ – метод работы по заполнению материалом всех трещин и полостей. Такой способ помогает надолго соединить разрозненные части построения. Работа производится с помощью различных смесей.

Для укрепления сооружений из железобетона подходит третий способ (комбинированный). Таким образом, совмещаются традиционный и инновационный способы.

Когда может потребоваться укрепление железобетонной конструкции?

Следует помнить, что укрепление такой конструкции происходит только при необходимости:

Износ изделия под влиянием коррозии.
Требуется постройка дополнительных этажей.
Изменение планировки.
Изменение функций сооружения.
Деформация.

Сфера применения

Усиление железобетонных конструкций

Обычно железобетонные конструкции повреждаются в результате коррозии, перегрузки отдельных элементов, ошибок проектирования и производства строительных работ, неправильной эксплуатации объекта. Особого внимания требуют те из них, которые очень дорого, а то и невозможно заменить. Это касается, прежде всего, мостов, гидротехнических сооружений, памятников архитектуры. В таком случае без внешнего армирования не обойтись. Усиление рядовых конструкций с применением углеродного волокна не всегда целесообразно экономически.

Усиливать сжатые (в том числе и внецентренно-сжатые) железобетонные элементы типа колонн, пилонов, простенков с помощью внешнего армирования можно двумя способами. Для усиления «коротких» элементов (с соотношением «высота — габарит поперечного сечения» не более 10:1) применяют бандажи из углепластика, которые создают «эффект обоймы». Второй способ — установка холста из углеволокна вдоль сжатого элемента, который служит дополнительной рабочей арматурой.

При усилении сейсмостойких конструкций рекомендуется для крайних бандажей использовать трех- или четырехнаправленный холст.

Усиление гибких колонн производится как продольными, так и поперечными элементами внешнего армирования. Продольные элементы устанавливаются с таким расчетом, чтобы не изменилось расположение физической оси сечения.

Усиление металлических конструкцийРастянутые стальные конструкции усиливаются симметрично относительно центра тяжести сечения. При этом применяется углеволокно с максимально высокой прочностью и модулем упругости, близким по значению к модулю упругости усиливаемого материала.

Монтажу холста или ленты из углеволокна обычно предшествует очистка поверхности металлоконструкции (например, пескоструйная обработка) и нанесение адгезионного слоя — монтажного эпоксидного клея. По завершении монтажа на них наносится защитная или огнезащитная покраска, а затем устанавливаются дополнительные механических фиксирующие устройства.

При усилении внецентренно сжатых стальных элементов холсты или ленты из углеволокна устанавливаются также симметрично относительно центра тяжести сечения, однако возможно их несимметричное расположение, в частности, при восстановлении сечения, поврежденного коррозией. В этом случае также используется углеволокно с максимальным модулем упругости.

При необходимости повысить устойчивость стальных пластинок, например высоких стенок балок из плоскости изгиба в зоне действия поперечной силы, наклеиваются углеволоконные холсты симметрично относительно центра тяжести сечения.

Усиление каменных конструкцийВнешнее армирование из углеволоконных материалов гораздо эффективнее традиционных способов усиления каменных столбов, пилонов, простенков с помощью стальных обойм. Ведь обеспечить необходимую совместную работу стальной обоймы и усиливаемого столба можно, лишь создав в обойме начальные усилия путем нагрева хомутов и применения расширяющихся растворов. А это процесс трудоемкий, нетехнологичный и не современный. Обоймы из углехолста включаются в работу усиливаемого элемента просто во время его монтажа через клеевой слой.

Элементы внешнего армирования из углеволокна дают возможность в широких пределах регулировать усилия в каменной конструкции и при этом сводить к минимуму нарушения ее целостности. Это в полной мере справедливо дл конструкций реконструируемых и реставрируемых зданий.

При традиционном усилении кирпичных стен с окнами, дверями и другими проемами устанавливаются стальные скобы и профили. Все это закрепляется на стенах через анкеры с последующей зачеканкой расширяющимися растворами. Современный способ усиления стен с помощью углеволоконных холстов и лент позволяет избежать установки точечных анкеров, вовлечь больший объем материала в работу отдельного элемента, реализовать имеющиеся резервы конструкции, при этом бережно отнестись к неповрежденным участкам.

Усиление деревянных конструкций.Углехолсты эффективны на участках, где действуют главные растягивающие напряжения и имеется опасность раскалывания вдоль волокон. Также целесообразно их приклеивание на гибкие фанерные стенки в зоне действия поперечной силы.

Эти элементы внешнего армирования обычно либо приклеиваются к поверхности, либо вклеиваются в предварительно подготовленные пропилы. Пропилы предпочтительно делать вертикальными для минимального нарушения целостности сечения.

Второй вариант предпочтителен, когда необходимо сохранить первоначальный вид балок и сделать незаметным само усиление. Незаметность наряду с технологической простотой и высокой скоростью монтажа относят к основным преимуществам армирования деревянных конструкций из углеволоконных элементов.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Данная типовая технологическая карта разработана на процесс усиления железобетонных балок и ригелей постановкой промежуточной опоры.

1.2. Карта рекомендована для применения при реконструкции и ремонте промышленных и прочих зданий с монолитными или сборными балочными перекрытиями с величиной пролетов 6-18 м.

1.3. В настоящей карте рассмотрены особенности выполнения работ при различных конструктивных схемах усиления и вариантах применяемой технологии.

1.4. При привязке технологической карты к реальным объектам и условиям производства работ необходимо выполнить пересчет объемов работ, калькуляций затрат труда и заработной платы, графиков производства работ, материально-технических ресурсов и конечных технико-экономических показателей на основании фасетного классификатора факторов.

Усиление плиты перекрытия с применением ленты углеродной FibARM

Усиление железобетонной балки перекрытия — ЮГ-ЖБК

Все части строительных конструкций в процессе эксплуатации теряют прочность. Не являются исключением панели перекрытия и опорные балки.

В результате повышения нагрузки на перекрытия, а также при частичном разрушении армирования плиты возникают трещины на поверхности сборных плит, а также внутри бетонного массива монолитных перекрытий.

Для повышения нагрузочной способности и увеличения продолжительности эксплуатации выполняется усиление перекрытий. Выбор оптимального способа укрепления панелей определяется их конструктивными особенностями.

Усиление перекрытий – необходимое мероприятие

Необходимость осуществления восстановительных работ, направленных на увеличение прочности перекрытий, возникает достаточно часто:

при выполнении планового ремонта обычной квартиры, расположенной в многоэтажном доме;
при осуществлении ремонтных работ внутри помещений производственного или складского назначения;
в процессе реставрации архитектурных памятников и восстановления межэтажных конструкций старых зданий;
при производстве ремонтных мероприятий, связанных с серьезной перепланировкой различных видов помещений.

Техническое состояние этих конструктивных элементов — один из основных факторов, которые определяют необходимость осуществления реконструкции гражданских и жилых зданий

Причины разрушения несущих конструкций различные:

несоблюдение требований технологии при выполнении строительных работ;
использование низкокачественных строительных материалов;
значительное повышение нагрузки на несущие стены и потолки;
арматурная коррозия, связанная с нарушением защитного слоя.

Кроме того, иногда возникает потребность в укреплении межэтажных панелей, состояние которых вполне удовлетворительное. Такая ситуация связана с изменением функционального назначения помещений. Ведь новые владельцы зданий достаточно часто размещают массивное оборудование, выполняют существенную реконструкцию, а также повышают этажность строения.

В зависимости от характерных особенностей разрушения, ремонтные работы предусматривают:

удаление разрушающихся элементов и локальную их замену новыми;
восстановление бетонного массива или наращивание толщины плит;
усиление панелей стальной сеткой или дополнительными прутками арматуры;
установку в участках стыковки балок стальных накладок и мощных хомутов.

Выбор оптимального метода усиления определяется строителями в зависимости от материала перекрывающих конструкций. В качестве материала перекрытий используется:

древесина;
металлопрофиль;
железобетон.

Эти работы предусматривают целый комплекс мероприятий, которые направлены на восстановление несущей способности перекрытия и отдельных частей

В одних случаях для увеличения нагрузочной способности применяется бетон, усиленный стальной арматурой, в других производится установка опорных элементов или используются металлические хомуты.

Допускается установка на проблемном участке опорных стоек, изготовленных из металлопроката или деревянных брусьев.

При выполнении восстановительных мероприятий и установке перекрытий следует придерживаться требований технологии и использовать качественное сырье.

Выполнение указанных рекомендаций позволит избежать проблемных ситуаций в процессе эксплуатации строения.

Усиление плиты перекрытия – распространенные виды панелей

Усиление железобетонных перекрытий выполняется различными методами в зависимости от конструктивных особенностей плит. Применяются следующие разновидности плит:

составные. Они широко используются в железобетонных перекрытиях жилых, производственных и коммерческих объектов. Сборные панели из бетона ложатся на несущие стены, а также продольно расположенные ригельные балки или железобетонные фермы;
цельные. Они формируются путем непрерывной заливки марочного бетона в предварительно установленную опалубку с арматурным каркасом. Монолитная конструкция также собирается из стандартных железобетонных элементов, которые после монтажа плит перекрытия заливаются толстым слоем бетонного раствора.

Для сооружения перекрытий применяют различные виды панелей:

полнотелые. В них отсутствуют внутренние полости. Цельные плиты в основном применяют для нижних этажей строений, а также на производственных объектах. Характерными разновидностями полнотелых панелей являются ребристые, кессонные, а также безбалочные плиты. Ребристые плиты легко отличить по трапецеидальному сечению и наличию продольно расположенных ребер. Длина элементов достигает 12 м, что позволяет использовать их для формирования перекрытий на различных строительных объектах;
пустотелые. Они отличаются наличием шести продольно расположенных каналов круглого или овального сечения. Длина пустотных плит составляет от 3 до 6 м. Пустотные изделия, имеющие уменьшенный вес, востребованы при возведении жилых и административных многоэтажных зданий. Конструктивные особенности панелей, связанные с наличием внутренних полостей, отрицательно сказываются на прочностных свойствах. Для повышения надежности строительных конструкций изделия нуждаются в усилении.

Восстановление и усиление может предусматривать выявление запасов прочности

Наряду с указанными видами перекрытий применяется следующие конструкции:

сформированные каркасом из деревянных брусьев;
выполненные из металлических балок двутаврового сечения.

Строительные конструкции из деревянных и стальных балок применялись в зданиях, построенных в 19-20 веках. Свободное пространство между горизонтально расположенными элементами из древесины и металла армировалось и заполнялось бетоном. В результате формировалась монолитная поверхность. Перекрытия на базе деревянных и металлических балок хорошо сохранились до нашего времени, однако нуждаются в дополнительном усилении.

Какие факторы свидетельствуют о необходимости усиления

Необходимость укрепления плит связана в основном с временным факторам:

в процессе длительной эксплуатации снижается способность перекрытий воспринимать нагрузки;
при продолжительном использовании перекрытий ухудшается их техническое состояние;
при постепенном нарушении целостности кровли и проникновении влаги внутрь помещения возникает коррозия арматуры.

Не всегда удается обнаружить прослабленные места перекрытия. Поврежденные участки, расположенные в нижней части монолитного или сборного перекрытия, бывает проблематично визуально определить. Достаточно часто они расположены под слоем декоративной штукатурки, находятся под подвесным потолком или покрыты слоем краски.

Усиление плит перекрытия может предполагать повышение сечения конструктивных элементов

При осмотре важно обращать внимание на следующие моменты:

отслаивание бетона от верхней или нижней поверхности панелей;
глубокие и поверхностные трещины на поверхности плит;
отслоение цементной стяжки от железобетонной основы;
нарушение целостности напольного покрытия;
коррозионное разрушение арматурного каркаса;
появление на бетонной поверхности светлых или темных пятен;
образование на поверхности плит ржавых разводов;
разрушение защитного слоя бетона и обнажение арматуры;
повышенную величину прогиба элементов перекрытий;
неравномерность поперечного сечения элементов несущих конструкций;
значительное разрушение деревянных и железобетонных балок перекрытия.

В зависимости от вида дефектов специалисты принимают решение выполнить усиление плиты перекрытия снизу или усилить поверхность новым арматурным каркасом и забетонировать сверху.

Усиление перекрытий – подготовительные мероприятия

Правильный подход к осуществлению мероприятий по ремонту влияет на надежность и долговечность восстанавливаемых конструкций.

Ремонтные работы требуют подготовки и выполняются в следующей последовательности:

Выявляются уязвимые участки.
Определяется фронт строительных работ.
Разрабатывается проектная документация по усилению перекрытия.
Выполняются необходимые для реставрационных работ расчеты.
Выбирается подходящий метод восстановления.
Подготавливаются строительные инструменты.
Приобретаются стройматериалы, предусмотренные проектом.

Остановимся на особенностях выполнения отдельных этапов.

Усиление плит перекрытия иногда сопровождается включением в работу новых элементов

Для оценки реального состояния железобетонного перекрытия и определения его фактической нагрузочной способности проводится обследование одним из указанных методов:

путем визуального контроля определяется правильность геометрии, целостность армирования, степень воздействия повышенных нагрузок от технологического оборудования, наличие локальных дефектов бетонного массива;
методом инструментального контроля определяется запас прочности бетона, размер поперечного сечения арматурных прутков, ширина и толщина трещин, величина прогиба панелей перекрытия, толщина цементной стяжки или защитного слоя бетона.

Завершив мероприятия по обследованию, определяются с методикой выполнения работ, предусматривающей решение следующих задач:

восстановление нагрузочной способности железобетонных плит;
выполнение работ по дополнительному укреплению панелей;
устранение факторов, вызвавших дефекты железобетонной основы.

Независимо от вида перекрытия, до начала восстановительных мероприятий выполняют следующие работы:

монтируют под укрепляемой конструкцией вертикально расположенные опоры, изготовленные из стальных труб или деревянных бревен. Фиксация опорных элементов, предназначенных для перераспределения усилий, осуществляется с помощью распорок или подкладок;
удаляют остатки старой краски, слой штукатурки и побелки. Важно удалить отслоения бетона, а также тщательно очистить элементы арматурного каркаса от коррозии с помощью металлической щетки;
очищают поверхность от напольного покрытия и старой стяжки, а также производят демонтаж находящегося в помещении технологического оборудования.

На участках, где планируется локальное восстановление, следует удалить пыль и обезжирить поверхность бетонного массива и арматуры.

Иногда могут устанавливаться дополнительные опоры

Распространенные схемы усиления монолитных перекрытий

Профессиональные строители используют различные схемы укрепления перекрытий:

дополнительное армирование поврежденного участка с последующим бетонированием;
увеличение толщины плит за счет формирования дополнительного слоя железобетона;
торкретирование поверхности железобетонной основы марочным бетонным раствором.

Выбор оптимальной схемы укрепления производится индивидуально в зависимости от конструктивных особенностей перекрытия.

Источник: https://yzgbk.ru/usilenie-zhelezobetonnoy-balki-perekrytiya/