Усиление конструкций углеволокном

Для конструкций, не удовлетворяющих требованиям поверочных расчетов по эксплуатационной пригодности, допускается не предусматривать усиление, если фактические прогибы превышают допустимые значения, но не препятствуют нормальной эксплуатации, а также если фактическое раскрытие трещин превышает допустимые значения, но не создает опасности разрушения.

Усиление конструкций углеволокном

УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Strengthening of reinforced concrete structures by FRP composites
Regulation of design

Дата введения 2014-09-01

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛИ – ОАО “НИЦ “Строительство” – НИИЖБ им.А.А.Гвоздева, ЗАО “Триада-Холдинг”, ЗАО “ХК “Композит”

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 “Строительство”

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет

Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных

Усиление конструкций углеволокном

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.

Читайте также:
Умывальник для дачи — 76 фото лучших идей удобного обустройства

Конструктивные решения усиления углеволокном

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.

Эпюры напряжений в балке Усиление балки углеволокном Усиление перекрытия углеродными лентами Усиление перекрытия углеродными сетками

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.

Усиление приопорной части балки

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 перекрытия углероднами лентами и ламелями

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».

Эпюры напряжений в колонне Усиление колонны углеродными сетками Усиление колонны углеродными лентами

Подготовка поверхности перед усилением углеволокном

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.

Шлифовка бетона

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 для усиления углеволокном

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.

Читайте также:
Фундаментные подушки: описание, характеристики, размеры, монтаж

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.

Пропитка углеродной ленты Монтаж углеродной ленты

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.

Читайте также:
Теплоаккумуляторы для котла отопления своими руками: изготовление, схема, расчет

При монтаже углеродных ламелей адгезив наносится и на конструкцию, и на усиливающий элемент. После этого, ламель прикатывается к основанию малярным валиком, или шпателем.

Нанесение адгезива на бетон Нанесение адгезива на ламель Монтаж углеродной ламели Монтаж углеродной ламели

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.

Набрызг полимерцемента Укладка углеродной сетки

Защитные покрытия углеволоконного усиления

Необходимо помнить, что адгезивы на основе эпоксидных смол горючи, а кроме того подвержены охрупчиванию при воздействии ультрафиолетовых лучей. Поэтому, применяя их необходимо предусматривать огнезащиту углеволоконных элементов усиления до класса огнестойкости не ниже заявленного для усиливаемой конструкции.

ООО “ПСК Сигма-Ф” выполняет полный комплекс работ по усилению конструкций углеволокном – бесплатный выезд на объект для сбора объемов работ, разрабатывает проект (наличие СРО), осуществляет поставку материалов, выполняет строительные работы, проводит натурные испытания и несет гарантийные обязательства – позвоните нам, и мы рассчитаем стоимость работ на Вашем объекте.

Состав композитных материалов, виды связующего и армирующих материалов

Изготовление, особые свойства
и контроль качества углепластика

Испытание и определение характеристик углеродных материалов по ГОСТ

Реализованный объект 2020г:
усиление монолитных балок в г. Ярославле

Основные методы усиления несущих конструкций зданий и сооружений

Виды трещин, причины их возникновения, допуски по раскрытию и технология ремонта

Современная технология против устаревших методов усиления

Углеродный холст — высокопрочный, нетоксичный, эластичный полимерный материал. Армирование, проведённое углехолстом, способно заменить традиционные способы укрепления в строительстве:

  • Торкретирование. На поверхность повреждённой колонны, стены или плиты наносится новый слой бетона, что приводит к изменению массогабаритов элемента.
  • Инъектирование. Внутрь плиты, перекрытия, фундамента под давлением вводится быстросхватывающийся ремонтный раствор. Такой метод также связан с утяжелением усиливаемых зданий.
  • Внешнее армирование, установка дополнительных поддерживающих элементов. Отнимают жизненное пространство, трудны в исполнении, часто требуют предварительного разрушения старых элементов.
Читайте также:
Утепление бани или сауны внутри

Усиление железобетонных конструкций композитным волокном, выполняемое нашей компанией, лишено перечисленных недостатков. Цена материала позволяет заменить углехолстом любой из этих способов — и завершить работу значительно быстрее.

Некоторые особенности

Усиление углеволокном бетонных конструкций имеет свои варианты выполнения. В зависимости от того, какой тип конструкций здания усиливается, будет различаться виды углеродных элементов, принципы их монтажа. Если ведётся обработка балок и плит перекрытий, применяются все возможные виды углеродных строительных материалов. Элементы из углеволокна наклеиваются в зонах, где напряжение максимально. Как правило, на нижнюю грань по центру пролёта.

Наклонная трещина в приопорной зоне свидетельствует о наличии поперечного давления. Оно нивелируется изготовлением хомутов U-образной формы, формируемых из углеродных сеток или лент. Это восстанавливает повреждённые участки, значительно увеличивает несущие способности этих конструкций.

Колонны укрепляются оклеиванием углеродными лентами или же сетками в направлении, поперечном к действию механического давления. Образуется своеобразный бандаж, сдерживающий возникшие деформации.

Иногда усиление бетонных конструкций углеволокном подразумевает совместное применение лент и ламелей. Их монтаж происходит схожим образом. Подходящие для их установки клеящие (адгезивные) составы практически идентичны.

Усиление балок углеволокном

Усиление конструкций углеволокном - схема

Если идёт речь о балочных или подверженных изгибу конструкциях, то в растянутой зоне устанавливают композитную систему усиления. Волокна располагают перпендикулярно оси. В приопорной зоне формируют вертикальные хомуты, которые ставят перпендикулярно продольной оси.

  • наличии прогибов перекрытий сверх нормативов;
  • снижении несущей способности;
  • появлении трещин;
  • разрушении балок.

Использовать усиление перекрытий углеволокном стоит в тех случаях, когда увеличивать удельный вес балки крайне опасно. Применяемый материал не подвергается коррозийным изменениям и воздействию агрессивных факторов, благодаря чему широко используется как на производствах, так и в жилых помещениях.

Технологии усиления с углепластиком

Существует 3 технологии усиления железобетонных конструкций с использованием углеволокна (углепластика):

  1. Применение лент из углеродного волокна (укрепление мостов и пролетных построек).
  2. Использование холстов из углеродного волокна (применяется в укрепление балок, ригелей, отверстий и колонн). Основной плюс холстов – это их гибкость, им можно легко придать нужную форму.
  3. Применение сеток из углеродного волокна (используются чаще всего при работе с железобетонными конструкциями). Такие сетки огнеупорны.
Читайте также:
Схема установки ендовы на крышу

Бесплатная консультация

Преимущества армирования углеволокном

Весьма значимым плюсом применения углеволокна является возможность выполнения работ без перерыва в эксплуатации объекта: по сравнению с другими технологиями армирования, процесс (без учета подготовки поверхности) занимает минимум времени — счет идет не на дни, а на часы. Никакая тяжелая техника или спецоборудование при этом не требуется. Материал гибкий, легкий, режется обычными ножницами по металлу (ткань) или отрезным диском (ламели). К основанию его фиксируют с помощью специального адгезивного состава. Пропитанное полимерным вяжущим углеволокно после отверждения образует армирующий «корсет» исключительной прочности (в несколько раз превосходящей конструкционную сталь) и упругости, устойчивый к коррозии, влаге, высоким температурам и радиации. Он обладает способностью гасить вибрации и звуковые волны, не подвержен деформациям и растрескиванию. Максимум вреда, который можно причинить ему тяжелым точечным ударом — это вмятина. В результате такого упрочнения с наиболее нагруженных участков конструкции снимается напряжение, а сама она не испытывает при этом дополнительного давления. Срок службы усилительного бандажа составляет 75–80 лет, а значит, на столько же продлевается жизнь несущего элемента или ответственного узла сооружения.

Углеволокном можно армировать стены и фасадные системы; фундаменты и перекрытия (плиты пустотные, монолитные, ребристые); фермы, ригели и диафрагмы жесткости; балки, колонны и столбы вместе с приопорными зонами; стропильные конструкции, дымовые трубы, лестничные марши. Притом материал допускает укладку на поверхности любой сложности — в арочные проемы, в углы и пр.

Толщина углеродного полотна не превышает 5 мм, так что при усилении конструкций с внутренней стороны здания не изменяется ни геометрия, ни полезный объем помещений. Применение УВ позволяет обойтись без громоздких подпорок и расширения несущих оснований

Выпускаются материалы в упакованных рулонах: ленты — длиной 50 и 100 пог./м, ламели — 6, 25, 50 и 100 пог./м, сетки — 50 пог./м. Ширина изделий — 100–1200, 50–800 и 1000–1200 мм соответственно. Средний вес рулонов — 6–15 кг. Плотность углеткани варьируется в пределах 200–600 г/м², прочность на растяжение — не менее 4900 МПа, удлинение волокна на разрыв —1,8—2,1%. Модуль упругости ламелей составляет от 160 до 300 ГПа. Разрывная прочность сеток в продольном и поперечном направлениях — 2300 МПа.

Читайте также:
Стеллажи для комнаты: угловые, этажерки и другие примеры в интерьере прихожей, фото

В зависимости от структуры плетения, характеристик и параметров материала цена на продукты колеблется примерно от 40 до 800 тыс. руб. за рулон и более. В пересчете по плотности ламели обходятся дешевле, чем ленты. Это объясняется меньшим содержанием в них углеволокна (65–70% от общей массы композита) и упрощенной, по сравнению с плетением, технологией изготовления методом непрерывной пултрузии (протяжки углеродных нитей через формообразующую головку с последующей полимеризацией). В любом случае, если сопоставить затраты на усиление конструкций любыми другими способами либо и вовсе на снос и возведение новой постройки, стоимость углеволокна окажется более чем оправданной. Производят материалы как зарубежные (США, Великобритания, Япония, Швейцария, Италия, Греция и др.), так и отечественные предприятия.

Перед монтажом углеволокно, не распаковывая, необходимо выдержать в течение минимум двух суток при температуре 20—30⁰С в условиях влажности воздуха от 40 до 80% (это поможет избежать выпадения конденсата на полотне). Складируют рулоны в горизонтальном положении

Системы внешнего армирования

Структура, укреплённая карбоновым волокном, настолько прочна, что может применяться даже в качестве опоясывающего армирования для элементов сильно нагруженных конструкций. Начиная от высотного домостроения и заканчивая каркасными сборными конструкциями, внешний пояс армирования предоставляет небывалую устойчивость к эксплуатационным перегрузкам.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Суть в том, что сам сердечник элемента, содержащий закладную арматуру, отливается как обычно, но при минимальном защитном слое бетона по сторонам. После снятия опалубки изделие, будь то колонна или армирующий пояс, обматывается слоем углеродного полотна или толстой нитью, а затем заливается пескобетоном с содержанием фибры. Такой подход избавляет от нужды использовать тяжёлый гранитный бетон при полном наследовании его прочностных характеристик. Более того, даже минимальный слой укреплённого углеродом бетона существенно снижает корродирование закладной арматуры.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Частным случаем наружного армирования можно назвать оклеивание узлов соединений лоскутами или лентой из углеволокна, углеродной тканью с сопутствующей пропиткой эпоксидными смолами. Такое соединение демонстрирует втрое более высокую прочность, чем обычное, что неоценимо для стропильных систем и в особенности крепления ферм к мауэрлату.

Однако не обходится без сложностей. В частности, при внутренней отделке зданий ставится вопрос о пожарной безопасности углеволокна. В присутствии кислорода оно выгорает уже при температурах около 350–400 °С, однако будучи «законсервированным» в безвоздушной среде, карбон сохраняет свои свойства даже при нагреве выше 1700 °C. Более высокую жаростойкость гарантирует фибра и её производные, покрытые разного рода карбидами — это надо учитывать при выборе материала для отделочных работ.

Читайте также:
Солнечные коллекторы для нагрева воды

Использование углеродной фибры

Повышение прочности несущих элементов зданий, отлитых по месту или фабрично, возможно за счёт добавления углеволокна в жидкий состав наполнителя. Фибру из карбона уже сейчас можно приобрести в достаточно больших количествах, что позволит уменьшить толщину стен, колонн и прочих элементов бетонной конструкции, испытывающих вертикально-осевую нагрузку на сжатие. За счёт этого освобождается достаточно много пространства для структурной изоляции или утепления конструкций.

Особенно интересен этот материал будет для любителей свайно-ростверковых фундаментов, где работа карбоновой пряжи полностью наглядна. Столб, сохраняющий прочность на сжатие в 12–15 т с учётом всех рекомендуемых запасов надёжности, имеет толщину около 80 мм. Внутри него всего две нитки полимерной арматуры, а по двум другим сторонам уложены пряди углеродного ровинга.

Много ли требуется углеволокна для армирования бетона? Отнюдь, всего 0,05–0,12 % от массы готового ЖБИ. Концентрация может быть и выше, если речь идёт, например, о гидротехнических сооружениях или о бетонных фермах перекрытий.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: