Как происходит усиление конструкций углеволокном?

Как происходит усиление конструкций углеволокном?

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.

Усиление перекрытия углеволокном

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 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.

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.

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.

Углеволокно, или Как спасти от разрушения несущие конструкции из бетона, кирпича и дерева?

Бывают ситуации, когда строительным конструкциям требуется усиление. Что делать? Сооружать дополнительные укрепляющие конструкции. Впрочем, есть материал, позволяющий одеть их в надежный поддерживающий «корсет», для создания которого даже не понадобятся масштабные строительные мероприятия

Речь идет о таком материале, как углеволокно (УВ), выпускаемое в виде тканого и нетканого полотна, непрерывных нитей, жгутов, ламелей, сеток, фибры и даже дисперсного порошка. В основе всех этих продуктов лежат тончайшие химические или органические волокна, в которых после поэтапной термической обработки (окисление, карбонизация, графитизация) остаются практически одни только атомы углерода (до 99%). В качестве исходного сырья может применяться вискоза, полиакрилонитрил, лигнин, фенольные и нефтяные смолы и пр. Свойства УВ — малый удельный вес, химическая инертность, высокая стойкость к температурным воздействиям, а также почти нулевое линейное расширение — позволяют изготавливать из него композиты, ставшие незаменимыми в авиа- и ракетостроении, при производстве электро- и радиотехники, деталей автомобилей, плавильного и теплопроводящего оборудования, энергетических установок и многого другого. Фильтрующая и сорбционная способность углеволокна нашла ему место в сфере медицины и фармакологии.

Не осталась в стороне и строительная отрасль, где ленты, ламели и сетки из углеткани служат в системах внешнего армирования для усиления элементов зданий и сооружений (путепроводов, мостов, тоннелей и пр.). С их помощью строениям, разрушающимся от износа и агрессивных влияний, из-за неравномерной осадки или подвижек грунта, можно не просто вернуть прочность, но и увеличить их несущую способность, причем без вмешательства в конструктив. Это позволяет использовать углеволокно для укрепления объектов, эксплуатируемых в сейсмоопасных регионах; при повышении этажности домов, а также при перепланировках, затрагивающих силовые элементы постройки.

Армированию углеволокном подлежат элементы зданий и сооружений из железобетона, кирпича и камня, дерева, металла (для предотвращения коррозии в данном случае используют прослойку из стекловолокна)

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.

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

Особенности монтажа

Армирование углеволокном выполняют согласно проекту, подготовленному на основе результатов профессиональной строительной экспертизы и в соответствии с СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования». Инженерный расчет, а также сами работы должны проводить только квалифицированные специалисты.

Размеченные для усиления участки ж/б конструкции следует зачистить и ошлифовать так, чтобы проступили крупные фракции бетонного наполнителя. Мелкие трещины (до 6 мм) расшивают и замазывают раствором, крупные устраняют методом инъекций. Поверхности из других материалов также должны быть очищены от старых покрытий и слабосвязанных частиц, отремонтированы и обезжирены. Обязательное условие — достаточная шероховатость основания. Подготовленные конструкции тщательнейшим образом обеспыливают, в противном случае надежного сцепления с армирующим элементом не произойдет. По той же причине раскатывать рулоны, резать углеродное полотно и пропитывать его адгезивом нужно на чистой полиэтиленовой подстилке.

Физическую готовность конструкции к упрочнению углеволокном — качество обработки поверхности, ее соответствие допустимому уровню температуры и влажности — может оценивать только специалист

В качестве адгезива применяют двухкомпонентные эпоксидные клеи. Есть составы, которые надо дозировать и вымешивать по инструкции самостоятельно, а можно использовать готовые смеси — они продаются в двух ведрах (в одном основа, в другом отвердитель в нужных пропорциях), содержимое которых остается просто соединить. Рабочее время клеевой массы — всего 30–40 минут.

Монтаж ленты. Очерченный участок поверхности промазывают адгезивом, прикатывают к нему валиком отрезок углеволоконной ткани и затем равномерно пропитывают ее саму (состав как бы втирают, вдавливают в нее шпателем). Такой способ монтажа называется «сухим». «Мокрая» технология подразумевает прикатывание к основанию уже предварительно пропитанной ленты. Полосы важно накладывать аккуратно, без сильного натяжения и не допуская образования складок и отслоений.

Пока клей не полимеризовался, на зону армирования наносят слой крупнозернистого песка, иначе она получится такой гладкой, что там не будет держаться отделочный слой. Обратите внимание: эпоксидные компаунды горючи и чувствительны к ультрафиолету, а значит, усиленная углеродными лентами несущая конструкция должна иметь покрытие, обеспечивающее ей защиту от возгорания (по классу огнестойкости согласно СНиП) и от УФ-излучения. К слову, само углеволокно относится к материалам группы НГ (ленты, сетки) и Г1 (ламели).

Практикуется укладка углеткани в несколько слоев, а также применение на одном участке поверхности и лент, и ламелей. Часто к такому приему прибегают при упрочнении деревянных несущих элементов (например, балок перекрытия), что позволяет во много раз увеличить их жесткость и сопротивление изгибающим нагрузкам. Притом сделать это можно и в качестве превентивной меры. А габариты конструкции даже при многослойном армировании углеволокном практически не изменятся.

Монтаж ламели. Рабочую сторону пластины обезжиривают растворителем, наносят на нее слой адгезива толщиной 1,5–2 мм и укладывают на промазанную клеем поверхность. Для плотного прилегания к основанию, а также чтобы выдавить излишки смеси, по ламели проходятся валиком или шпателем (допустимая высота «волны» — не более 5 мм на 2 м длины).

Монтаж сетки. Углеволокно в виде сеток предназначено для усиления конструкций из кирпича и бетона и фиксируется на полимерцементную смесь, затворяемую водой. Предварительно поверхность увлажняют, затем кладут раствор и вжимают, утапливают в него сетку. Как только состав начнет схватываться, наносят покрывающий слой полимерцемента толщиной не менее 3 мм. К сведению: выпускаются специальные углеволоконные сетки, которыми можно упрочнять покрытия дрог, откосы насыпей, склоны.

Усиление углеволокном

Компания «Вармастрой» предлагает усиление углеволокном бетонных, ж/б конструкций. Новый строительный материал позволяет выполнять армирование, реконструкции балок, стен, фундаментов, колонн без резкого возрастания стоимости работ. В технологии применяют композитное полимерное волокно, подходящее для усиления внешних и внутренних элементов из бетона. Услуги ООО «Вармастрой» доступны в Москве и Московской области. Методика восстановления перекрытий, плит, отверстий сертифицирована в России, безопасна для человека.

Углеродное волокно подходит для:

  • Укрепления, восстановления бетонных, железобетонных элементов, зданий, сооружений. При армировании углеволокном не требуются новое строительство, перекрытие доступа к объекту: подрядчик усиливает поражённые конструкции на отдельных участках.
  • Снятия, перераспределения давящих, разрывающих, сжимающих нагрузок на несущие стены, фундамент, арки. Не нужно покупать материал, доставлять его до своего объекта: «Вармастрой» выполнит полный цикл увеличения прочности бетона, жб.
  • Повышения сейсмической устойчивости сооружения или комплекса зданий. Угроза в этом случае исходит снизу, из земли. Установка плит из углеродного волокна защитит отдельные элементы и фундамент в целом.

Технология проведения работ

Усиление углеволокном стен, фундамента, проёмов, плит проводится подрядчиком в несколько этапов:

1. Подготовка обрабатываемой поверхности. С армируемого участка удаляют выкрошенные частицы, счищают пыль, грязь. Избавляются от следов лакокрасочного слоя, шпатлёвки, штукатурки. Выступающие стальные элементы зачищают от ржавчины, при необходимости — заделывают в бетон.

2. Устранение геометрических дефектов. Чтобы композитная панель легла ровно, глубокие трещины, впадины зачеканивают, возвышающиеся выступы — нивелируют с защищаемой поверхностью.

3. Полное удаление пыли. После второго этапа остаются частички загрязнений. Перед началом основной работы колонны, стены, перекрытия снова очищают.

4. Раскрой холста, ламели из углеродного волокна. Мастер вырезывает согласно проектной документации укрепляющие фрагменты, подготавливает их к установке.

5. Разметка области нанесения подготовленных армирующих элементов. Без этого шага могут образовываться некрасиво выглядящие, снижающие прочность «пересечения» холстов — или отдельные участки останутся незащищёнными.

6. Нанесение на одну или обе стороны углеволокна адгезионного (клеящего) слоя. Для создания прочной связи «Вармастрой» применяют эпоксидную смолу с присадками. Вещество малотоксично, быстро сохнет, отлично схватывается со всеми поверхностями, заполняет поры, мелкие трещины. Для равномерного распределения слоя используют строительный валик.

7. Наклеивание полимерного холста, разглаживание посредством шпателя или валика. Последнее позволяет выгнать из-под фрагмента скопившиеся воздушные пузырьки. Сразу после нанесения вырезанный участок можно свободно перемещать на эпоксидном слое, стыкуя с соседними кусками.

8. Нанесение запечатывающего слоя. Внешнее покрытие предотвращает повреждение композитной панели, ускоряет процесс окончательного сцепления клеящего материала, восстанавливаемой и армирующей поверхностей.

Монтаж системы холстов

Укладка выравнивающего слоя

Первый слой клея

Смачивание холста до полной пропитки

Второй слой клея чз 30 мин

Защитное покрытие чз 24 часа

После высыхания эпоксидной смолы холст или ламель затвердевают, приобретают требуемую жёсткость. Все применяемые материалы сохраняют гибкость: не трескаются, не раскрашиваются, не ломаются при наложении изгибающих усилий.

Усиление углеволокном железобетонных конструкций
имеет ряд преимуществ по сравнению
с усилением консервативными методами

  • Сохраняется первоначальное сечение элемента конструкции
  • Удельный вес композитов из углеволокна в десять раз ниже идентичных вариантов из бетона/металла — применение материала позволяет реконструировать сооружения и здания, изменять массу которых в большую сторону опасно.
  • Композитные материалы имеют высокую коррозионную стойкость
  • Отсутствие необходимости покидать здание. Наши специалисты попросят освободить лишь часть, подлежащую реконструкции.
  • Экономичность. Она обусловлена расценками на применяемые материалы и отсутствием необходимости использовать спецтехнику.
  • Простое применение, сжатые сроки при производстве работ
  • Возможно избежать возведения сложных подмостей, не требуется грузоподъемное оборудованиеки при проектировании
  • Отсутствуют размерные ограничения – длина холстов и ламинатов составляет не менее 50 метров
  • Приобретение уникальных прочностных качеств, касающихся изгибания, упругости, прочности на разрыв и растягивание
  • Материал, в составе которого присутствует углеволокно, достаточно гибок, поэтому специалисты рекомендуют применять его для укрепления конструкций сложной архитектурной формы.

Основные схемы усиления конструкций углеволокном

Различают три основные схемы организации усиления, в зависимости от характера механического напряжения и типа усиливаемых элементов.

Усиление колонн углеволокном (деформация на сжатие)

В случае сжатых конструкций вокруг их сечения устанавливают бандажи. Направление углеродных волокон в такой схеме должно быть перпендикулярным продольной оси конструкции, которую усиливают.

По окончании размещения бандажа ставят замок из внахлёст расположенного слоя. Холст размещают в соответствии с расчётными данными. Это может быть расположение встык, внахлёст или с интервалом. Иногда применяют укладку в несколько слоёв.

Укрепление холстами (Горизонтальная сплошная или прерывистая обойма из лент)

Компания MBrace® предлагает горизонтальную сплошную или прерывистую обойму из углеродных лент CarbonWrap Tape. При усилении требуется создать эффект обоймы.

Ленты размещают вокруг колонны и сплошь её обёртывают. Для лучшего сцепления между лентами их ставят с небольшим нахлёстом по всей площади колонны. Возможна установка в виде прерывистой обоймы, которую размещают с определённым расчётным шагом. Применяют такую обойму вместе с эпоксидным клеем CarbonWrap Resin, который даёт хорошее обоюдное сцепление между углеродными лентами и основанием колонны. Им пропитывают ленты и приклеивают к усиливаемому элементу.

К углеродным лентам прибегают в случае понижения прочности бетона, недобора им проектной прочности. А также, если имеется превышенная нагрузка при центральном сжатии или динамическое давление вдоль плоскости колонны либо из неё. Причинами усиления могут служить местное смятие при перегрузках, потеря сечения, вызванного коррозией, отсутствие косвенного армирования. К неблагоприятным факторам относятся огневое воздействие, трещины, ошибки, допущенные при проектировании. Также проводят усиление, если при предыдущем неверно были соотнесены диаметр арматуры и шаг хомутов.

Читайте также  Интерьер спальни в деревянном доме

Усиление ламелями (Подходит при изгибающих нагрузках)

К усилению ламелями на основе однонаправленных углеродных волокон прибегают при наличии изгибающих нагрузок. Такое может быть в колоннах маленького сечения. Под воздействием таких нагрузок выше допустимых значений колонна искривляется. Нужно компенсировать момент изгиба. Для этого на грани колонны либо со стороны усилий на растяжение вдоль свободной длины продольного изгиба накладывают углеродную ламель CarbonWrap.

Систему располагают по всей высоте конструкции. Применяют здесь и углеродные ленты, из которых формируют горизонтальные хомуты, размещаемые по всей длине. Систему ламелей крепят эпоксидным клеем CarbonWrap Resin Laminate+, а ленты всё тем же CarbonWrap Resin.

Причинам необходимости усиления ламелями могут служить, помимо некоторых из уже перечисленных уменьшение сжатой и/или растянутой арматуры в диаметре в результате коррозии, большая гибкость колонны. Основная причина – перегрузка при малых эксцентриситетах или увеличение эксцентриситета.

Углеродные сетки

Усиление можно проводить также углеродными сетками CarbonWrap Grid 150/1200. При этом методика (формирование обоймы вокруг колонны) очень напоминает усиление лентами. Причины, которые могут вызвать необходимость применить углеродные сетки фактически те же, что и в случае применения лент. Можно применять сетку при наличии изгибающих нагрузок.

На поверхность колонны накладывают сначала цементный ремонтные составы CarbonWrap Repair либо эпоксидные смолы CarbonWrap Resin. Если пользоваться ремонтным составом, то при усилении колонн достигается группа горючести НГ. Это значит, что какие-либо дополнительные меры, повышающие огнестойкость конструкции принимать не надо. Затем в соответствии с несложной технологией в состав укладывается сетка.

Сперва углеродную сетку утапливают в слой наложенного раствора, ещё до момента его схватывания. Предварительный слой наносят шпателем на поверхность колонны в толщину не менее 3-4 миллиметров. После установки сетки наносят финишный укрывающий слой ремонтного состава CarbonWrap Repair FS. Он должен иметь толщину не менее 2-3 миллиметров, чтобы полностью покрывать сетку.

Усиление балок углеволокном

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.

Усиление перекрытий углеволокном

При повышении несущей способности плит перекрытий применяют метод накладки. Это делается так, чтобы углеродные волокна были вдоль оси конструкции. Кроме того, в перпендикулярном направлении организуют поперечные слои.

При организации усиления сжатых конструкций и даже подверженных изгибу применяют систему холстов на основе углеродных волокон. Около оснований их пропитывают эпоксидной смолой, чтобы образовалось фиброармированное твёрдое полимерное соединение, которое способно повысить полезную нагрузку.

Ламели накладывают на усиливаемый элемент, подверженный изгибающему воздействию, и после этого проводят пропитку эпоксидной смолой основания.

Усиление железобетонных колонн углеволокном

Усиление ЖБ колонны углеродными лентамиПоявление углеволокна в виде нитей диаметром 5…15 мкм, которые состоят из структурированных атомов углерода, изменило схему ремонта и внешнего усиления железобетонных конструкций или СВА — системы внешнего армирования. Прочность углеволокна на разрыв вдоль волокон в несколько раз превышает прочность стали (может достигать 5 ГПа). При этом вес плетения нитей в десятки раз меньше, чем у плетения стальных нитей с аналогичной прочностью на растяжение.

Усиление ЖБ колонны углеволокном

В строительстве углеволокно применяется в виде полотна или ленты однонаправленного (CarbonWrap Tape 230/600) и двунаправленного плетения (CarbonWrap Fabric 240/1200). В присутствии связующего или клеящего компонента полотно образует композитное соединение (карбон), которое становится усиливающим или несущим элементом колонны. В качестве связующего элемента используются эпоксидные компаунды.

Принцип действия усиления колонн с углепластиком

Тканое углеволокно используется для усиления колонн из камня, кирпича, монолитного и армированного железобетона или дерева. В основе способа лежит создание обвязки из углеродной ткани, которая ориентируется волокнами в направлении максимальной нагрузки. На клеевую основу из эпоксидной смолы укладывается ткань по периметру колонны. После полимеризации клея и образования прочной связки материала колонны с нитями ткани часть усилий (до 30…40%), которые возникают в колонне, воспринимаются композитной группой (углепластиком).

Для снижения изгибающих нагрузок, которые возникают на внешних несущих колоннах или при смещении точки приложения нагрузки от оси колонны, на колонну со стороны растягивающих усилий (вдоль плоскости действия изгибающего момента) приклеивают ламель из углеволокна. Ламели являются законченной продукцией и не требуют дополнительной обработки.

CarbonWrap Resin 230+

Эпоксидная смола

Эпоксидный клей для холста («сухой» способ) CarbonWrap Resin 230+

Двухкомпонентный эпоксидный состав для пропитки систем внешнего армирования CarbonWrap «сухим» способом

CarbonWrap Resin 530+

Эпоксидная смола

Эпоксидный клей для холста («мокрый» способ) CarbonWrap Resin 530+

Двухкомпонентный эпоксидный состав для пропитки углеродных холстов CarbonWrap повышенной плотности (от 300 гр/м2). Обладает улучшенными характеристиками.

CarbonWrap Tape-230/600

Углеродная лента

Углеродный холст CarbonWrap Tape 230/600

Однонаправленная углеродная лента для усиления строительных конструкций плотностью 230 гр/м² и шириной 600 мм

CarbonWrap Tape 530/600

Углеродная лента

Углеродный холст CarbonWrap Tape 530/600

Однонаправленная углеродная лента для усиления строительных конструкций плотностью 530 гр/м² и шириной 600 мм

Виды усиления колонн

Технология усиления колонн углеволокном не является самостоятельной операцией. Она входит в состав комплекса работ, включающий диагностику и ремонт с помощью инъектирования или других видов ремонтных работ.

Усиление железобетонной колонны углеродным холстом

  • по горизонтальному сечению лентами или полотнами с однонаправленным или двунаправленным плетением с определенным шагом по всей высоте;
  • по вертикали с опорой на скругление или фаску на углах колонны;
  • обвязка оголовка колонны в направлении перпендикулярном и под 45° относительно направления приложения разрушающей силы;
  • комбинированное усиление.

Выбор типа углеродной ленты или углепластиковой ламели зависит от анализа разрушающих усилий, факторов или степени разрушения. Направление нитей должно противодействовать этим нагрузкам.

Основные этапы производства работ:

  1. Определение разрушающих факторов, составление карты повреждений. Колонну желательно разгрузить и установить дополнительные опоры.
  2. Определение схемы ремонта и усиления колонны. В состав схемы входит весь комплекс мероприятий, который предусмотрен для ремонта колонны (очистка, разделка трещин шириной до 0,3 мм, инъектирование трещин до 5 мм, разделка значительного повреждения с зачисткой ремонтной зоны и арматуры от пыли и ржавчины, грунтование, заделка ремонтным составом).
  3. Выполнение фаски или скругления на углах колонны, выравнивание, очистка колонны по всей поверхности и грунтование. Скругления позволяют избежать напряжений, которые перпендикулярны направлению нитей, т.е. максимальной несущей способности углеволокна.
  4. Нанесение эпоксидного клея, укладка и прикатка полотна, ленты или ламели. Если колонна разгружена, то на верхнюю плоскость оголовка укладывают слой углепластика. Количество слоев строго не регламентируется и определяется схемой усиления.
  5. После полимеризации эпоксидной смолы проводят отделочные работы (при необходимости).

Список не является исчерпывающим.

Усиление колонны углеродными лентами

Работы проводятся при температуре воздуха и тела колонны не ниже +5° С и влажности поверхности колонны < 4%. Следующий слой можно укладывать через 4 часа. Последовательность укладки вертикальных и горизонтальных усиливающих слоев не регламентируется, т.к. пропитка слоев образует монолитную карбоновую конструкцию. Полная полимеризация и набор прочности происходит через 48 часов, после чего колонну можно нагрузить.

Достоинства способа усиления колонн с помощью углеволокна:

  • Геометрическая форма колонны не изменяется.
  • Усиление не влияет на вес колонны.
  • Не требуется производства сварочных работ по обвязке колонны металлическими элементами усиления.
  • Не требуется остановки производственных или технологических циклов.
  • Минимальные сроки производства работ.
  • Технология усиления, в сочетании с комплексом ремонтных работ, позволяет восстановить несущую способность колонны не менее чем на 90%.

Выполнение работ по ремонту и усилению несущих конструкций проводят только специализированные организации, которые могут провести анализ и расчет строительной конструкции в соответствии с требованиями СНиПов для гражданского и промышленного строительства. Все этапы работ с несущими конструкциями документируются. По окончании работ заказчик подписывает акт сдачи-приемки, который является обязательным для пакета технической документации, разрешающего безаварийную эксплуатацию строительного объекта.

Как сделать усиление бетона углеволокном (бетонных и железобетонных конструкций)

Усиление бетона углеволокном – сравнительно новый для отечественной ремонтно-строительной сферы метод, который в России впервые был реализован в 1998 году. Суть метода заключается в наклеивании на поверхность нуждающейся в укреплении конструкции высокопрочного углеволокна, которое забирает часть усилий на себя и существенно повышает несущую способность упрочненного элемента/конструкции.

В качестве клеящего вещества обычно применяют специальные конструкционные связующие с высокой адгезионной способностью, сделанные на базе эпоксидных смол или минеральных составов.

Благодаря тому, что углеволокно обладает высокими физико-механическими свойствами, несущая способность конструкции повышается без потери полезного объема коробки и увеличения собственной массы здания. Обычно толщина усиливающих элементов варьируется в диапазоне 1-5 миллиметров.

Чаще всего реализуют усиление железобетонных конструкций, что объясняется высокими технико-экономическими показателями выполнения работ подобного типа. Но сама технология может применяться к зданиям/сооружениям из металла, дерева, камня и других материалов.

упрочнение железобетона углеволокном

Применение углеродного волокна наиболее оправданно, так как материал считается самым недорогим и эффективным для исправления ошибок в проектировании, выполнении разного типа строительных работ.

  • Параллельное расположение волокна в структуре материала.
  • Для сохранения структуры армирующих элементов применяется специальная стеклянная сетка.
  • Углеволокно должно производиться в точном соответствии с технологией, соответствовать высоким стандартам качества.

Изготовленный по правилам материал демонстрирует уникальные свойства – обладает небольшим весом, не дает дополнительной нагрузки по весу, при минимальной толщине дает максимальную прочность. Армирующие углеволоконные элементы используются для усиления уже созданных конструкций и тех, что находятся еще в процессе строительства.

углеволокно для усиления бетона

Преимущества композитных материалов

Усиление конструкций углеволокном представляет собой современный эффективный метод, демонстрирующий целый ряд явных преимуществ. Технология внешнего армирования ЖБ конструкций композитными материалами дает возможность выполнить процесс быстро и увеличить несущую способность конструкции в среднем в 4 раза (если сравнивать с иными материалами).

  • Отсутствие необходимости привлекать для выполнения работ специальную технику благодаря малому весу материала.
  • Длительный срок эксплуатации (до 75 лет) – углеволокно не боится коррозии, агрессивного воздействия внешних факторов.
  • Нагрузка на здание не увеличивается, так как вес волокна минимален.
  • Возможность исключить серьезные эксплуатационные проблемы, появляющиеся в случае повреждения конструкций, минимизировать последствия повреждений.

углеволокно для усиления железобетона

  • Защита бетона от влаги, арматуры внутри монолита от коррозии благодаря способности волокна создавать водонепроницаемый плотный слой.
  • Высокая прочность на растяжение – материал демонстрирует значения в диапазоне 4900 МПа.
  • Простота, высокая скорость монтажа, что позволяет усилить любую конструкцию в малые сроки и без существенных затрат на привлечение людей, техники.
  • Работы можно проводить без остановки производства, движения транспорта.
  • Существенная экономия на трудозатратах, времени, финансах.

Общий принцип технологии простой – углеволокно наносят на участки бетонной или железобетонной конструкции в местах наибольшего напряжения. Решение конкретных задач может выполняться с применением сеток, ламелей, лент.

Работы по усилению железобетонных конструкций

Усиление конструкций является очень важной задачей любого ремонтно-строительного процесса, связанного с повышением показателей общей прочности здания. Благодаря усилению удается продлить время эксплуатации элементов и конструкций, возвратить им утраченную несущую способность, улучшить свойства. Часто усиление углеволокном актуально при реставрации железобетонных изделий из-за износа, механических повреждений.

Углеродное волокно – это линейно-упругий полимерный композитный материал, который производится из углеродных нитей толщиной 5-15 микрон. Тонкие волокна выровнены и объединены в микроскопические кристаллы, способные успешно противостоять растяжению. Углеродное волокно по техническим свойствам превосходит металл в несколько раз, поэтому используется в аэрокосмической сфере, оборонной промышленности, строительстве.

Одно из основных преимуществ усиления конструкций углеволокном считается простота реализации задачи. Материал просто нужно правильно наклеить на поверхность упрочняемых элементов на специальные адгезионные составы. Ленты из волокна можно крепить на сжатые/растянутые элементы, пролетные зоны изгибаемых конструкций, короткие стойки, консольные системы, гибкие колонны.

Усиление углеволокном может применяться для бетонных, железобетонных, металлических, каменных, деревянных конструкций. Метод хорошо подходит для стеновых/потолочных проемов, строительных ферм, стен построек/зданий, плит перекрытия, колонн, иных элементов.

усиление бетона композитными материалами

Усиление железобетонных конструкций

Любая конструкция со временем может приходить в негодность либо же изначально быть спроектированной с ошибками. Поэтому появляется необходимость в упрочнении.

  • Естественный процесс физического старения и износа материалов, элементов.
  • Перепланировка помещений с внесением изменений в разного типа несущие конструктивные узлы.
  • Повреждение конструкции с понижением уровня несущей способности.
  • Потребность в увеличении этажности здания.
  • Ошибки в первичном проекте.
  • Усиление для исключения последствий аварийных ситуаций.
  • Подвижки грунта.

В процессе упрочнения важно отыскать зоны наибольших нагрузок, разметить конструкцию, правильно выполнить подготовительные работы. Участки, на которые планируется клеить композит, нужно тщательно очистить шлифовальным оборудованием. Выбор подходящих методов и решений по упрочнению конструкций осуществляется по проектной документации, созданной на базе исходных данных.

  • Результаты обследования, экспертизы объекта (ищут зоны с дефектами и потерей прочности).
  • Документы по проекту уже созданной конструкции.
  • Срок эксплуатации объекта.
  • Информация про гидротехнические и инженерные характеристики участка, которая учитывалась при первичном проектировании, прогнозы возможных подтоплений.
  • Данные про отличия проектных и реальных значений исполнения узлов, указание отступлений от проекта.
  • Технологические нагрузки при эксплуатации.
  • Информация про положение железобетонных конструкций, которая была получена в процессе геодезической съемки.
  • Реальные характеристики бетона, стали конструктивных узлов.
  • Все данные про аварийные режимы конструкций, имеющиеся деформации и их причины, про усиленные ранее элементы и узлы.
  • Сведения про возможные новые нагрузки, ожидания агрессивности среды, особенности эксплуатационного режима.

упрочнение железобетона углеродным волокном

Поверхность бетона должна быть хорошо подготовлена к композитному усилению – все детали шлифуют по технологии, исключают возможность попадания влаги, удаляют после грязь и пыль. Углеродную ленту можно монтировать сухим/мокрым способом – разница заключается в технологии: в случае применения сухого метода ленту прикладывают к поверхности основания, пропитывают адгезивом.

Если используется мокрый метод – сначала пропитывают, потом монтируют. В таком случае состав наносят на всю поверхность армирующего компонента, дожидаются полного проникновения вещества в структуру и выхода его наружу с бока бетонного основания.

усиление балки перекрытия

Усиление перекрытий

Усиление перекрытий углеволокном осуществляется очень часто ввиду того, что материал демонстрирует высокую коррозийную стойкость, не дает дополнительной нагрузки, не меняет внутреннюю геометрию зданий (так как толщина пластины составляет всего 1 миллиметр), долго служит, дает максимальную прочность, не требует применения дополнительного оборудования в процессе выполнения работ. Консервировать объект не нужно, все работы может реализовать небольшая группа работников.

  • Перекрытия обследуются с целью поиска мест, которые требуют усиления и выполнения расчетов нагрузок.
  • Создается проект упрочнения перекрытия.
  • Утверждается итоговая смета.
  • Все перекрытия очищаются от пыли и мельчайших частиц, чтобы обеспечить максимальную адгезию.
  • В случае необходимости перекрытие ремонтируется: заделываются трещины, удаляются возможные дефекты.
  • На перекрытия клеятся листы или ламели углепластика, сверху наносится запечатывающий слой.
  • В случае необходимости можно присыпать всю поверхность кварцевым песком, что даст лучшее сцепление с материалами отделки.

усиление железобетонных конструкций углеволокном

Расчет усиления железобетонных конструкций

Расчет упрочнения железобетонных конструкций (стен, перекрытий, фундаментов, колонн) и иных систем зданий предполагает ответственную и сложную работу, которая может быть выполнена исключительно профессионалами высокой квалификации. Самостоятельно выполнять расчеты не рекомендуется однозначно. Обычно задачу поручают целым отделам проектных организаций – отыскать специалистов в пределах Москвы и дальних регионов не составит труда.

  • Результаты экспертизы, обследований тех строительных конструкций, что планируется усиливать – без них расчеты осуществить невозможно.
  • Подробные фото поверхности – очень желательны.
  • Детальные пояснения, что и как нужно делать.

Усиление бетона углеволокном – современный и эффективный метод повышения несущей способности конструкций, устранения последствий аварий, реконструкции старых элементов и упрочнения новых.

Углеволокно — передовой материал для усиления строительных конструкций

В сфере строительства постоянно ведутся поиски материалов, которые повышают устойчивость зданий и сооружений к динамическим нагрузкам и агрессивному воздействию внешней среды. Последняя передовая методика — усиление конструкций углеволокном (карбоновым волокном). Это вещество, позаимствованное из самолёто- и ракетостроения, выигрывает у традиционных строительно-ремонтных материалов по многим параметрам. Например, по прочности на разрыв холсты и ламели из углеволокна превосходят сталь лучших марок в 7 раз. При этом плотность углеволокна меньше железа и алюминия на 75% и 30% соответственно, то есть армирование углеволокном минимально нагружает конструкции.

Инновационная технология подходит для бетонных, железобетонных, металлических, каменных, кирпичных и деревянных конструкций. Универсальность обеспечивает специальный эпоксидный клей для углеволокна. С его помощью холсты и ламели надёжно монтируются на практически любую поверхность.

Что такое углеволокно

Материал представляет собой тонкие нити диаметром до 15 мкм. Основа нитей — атомы углерода (карбон), объединённые в микроскопические кристаллы. За счет особого строения атомов кристаллы в решётке имеют параллельное расположение, отсюда высочайшая прочность углеволокна на растяжение.

Производят карбон из природных и химических полимеров. Материалы и методы разные, но суть одна: удалить из волокон все вещества, кроме углерода. Например, при температурной обработке сырье окисляется при 250 °C, затем помещается в инертную среду и последовательно нагревается до 1500 °C для карбонизации, до 3000 °C для графитизации (на этом этапе объем углерода доводится почти до 100 %). Впоследствии волокна идут на изготовление разных продуктов. Например, для строительных нужд выпускаются тканые холсты и ламели (ламинаты).

Чтобы получить качественные волокна, приходится задействовать большие мощности и строго соблюдать технологию производства. Отсюда относительно высокая стоимость материала. Но если рассматривать соотношение цены и качества, то преимущества компенсируют затраты.

Основные характеристики углеволокна:

  • высокая прочность — до 7 раз выше, чем у высокомарочных сталей;
  • малый вес — в 4 раза легче стали и в 3 раза легче алюминия;
  • универсальность — усиление углеволокном подходит для любых конструкций;
  • экологичность — чистый углерод безвреден для человека и окружающей среды.

Дополнительно материал обладает высокой коррозионной стойкостью.

Углеволокно в строительстве

У карбона много полезных свойств для строительной сферы. Помимо высоких эксплуатационных характеристик, материал ценится за простой и быстрый монтаж. Для армирования поверхностей сверхлёгкими холстами и ламелями не нужно использовать грузоподъёмное и сварочное оборудование.

Технология усиления конструкций углеволокном простая. Холсты пропитываются эпоксидным составом и наклеиваются на усиливаемую конструкцию, как обои. Ламели приклеиваются на подготовленную поверхность или вклеиваются в предварительно подготовленные штробы. Прочные карбоновые каркасы особенно актуальны на приопорных участках, в местах изгибов и зонах растяжения конструкций. Удобно, что материалы гибкие и тонкие: можно производить усиление конструкций сложной конфигурации, сохранять объёмно-планировочные решения.

Углеткани удовлетворяют запросы профессионального строительства. Например, ламели Sika® CarboDur® — углеволокно для усиления конструкций любой сложности и масштаба. С их помощью можно увеличивать несущую способность перекрытий, балок и колонн, менять функциональное назначение зданий, ремонтировать разрушения от аварий и стихийных бедствий, устраивать проёмы в стенах, исправлять ошибки проектирования и строительства.

Усиление углеволокном бетонных конструкций используется при реставрации. Для некоторых объектов — памятников архитектуры, гидротехнических сооружений, эксплуатируемых мостов. Лёгкий, быстрый монтаж карбоновых лент и холстов сводит к минимуму простои и обеспечивает надёжную эксплуатацию сооружений в дальнейшем.

Усиление строительных конструкций углеволокном применяется на уже построенных объектах. В будущем на рынок выйдут материалы для возведения зданий с нуля. В качестве эксперимента уже построен прочный 4-метровый павильон из углебетонных элементов толщиной всего 4 см. Из сопоставимых ж/б плит такой объект построить невозможно, так что преимущества материала очевидны, а перспективы огромны.

Выбирая усиление углеволокном (плит перекрытия, балок, колонн), следует учитывать, что технология относительно новая. При устройстве систем усиления внешнего армирования важно использовать только качественные материалы, привлекать к проектированию и монтажу специалистов с опытом в этой сфере. Обращайтесь в Sika: у нас можно заказать подбор фирменных холстов, ламелей и клеев, а также профессиональную техническую поддержку.

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: :???: :?: :!:

Adblock
detector