Усиление конструкций углеволокном Общая информация. 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. 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». 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. Защитные покрытия. Необходимо помнить, что адгезивы на основе эпоксидных смол горючи, а кроме того – подвержены охрупчиванию при воздействии ультрафиолетовых лучей. Поэтому, применяя их необходимо предусматривать огнезащиту элементов усиления на класс огнестойкости не ниже заявленного для усиливаемой конструкции.
Дефекты в бетоне условно принято разделять на две на две основные группы — к первой группе относят дефекты, которые не влияют на прочностные характеристики конструкций, не оказывают влияние на их несущие способности, не требуют разработки специальных мероприятий. Первая группа дефектов: 1. Обычные неровности на поверхности бетона, этот вид дефекта еще называют «гравелистая» поверхность бетона, появляется из-за некачественной опалубки, когда осуществляется производство бетонных работ, выхода наружу граней щебня. Этот наиболее часто встречающийся вид брака, он снижает качество внутренней и наружной отделки помещений. Устраняется этот вид дефекта следующим образом, сначала очищают металлическими щетками, затем промывают струей воды, и затем просто «косметический» ремонт, то есть оштукатуривают обычным цементным раствором обычного состава. 2. Каверны и поры на поверхности бетона, образуются обычно из за вовлечения пузырьков воздуха в бетон или раствор, дефектов опалубки, выхода на поверхность конструкции «цементного молочка» при излишне вибрировании или наоборот из за недостаточного уплотнения бетонной смеси, все это возможно когда укладка бетона производится с нарушениями. Этот брак устраняется тем же способом, что и в предыдущем случае. 3. Небольшие углубления в бетоне, так называемые «изъяны», недостаточный защитный слой, обнажение арматуры, которые вызывают на поверхности бетона ржавые пятна и потеки на фасадах; различные механические повреждения, возникающие при изготовлении, транспортировании или монтаже конструкций. 4. Раковины поверхностные – этот вид дефекта встречается, к сожалению, сравнительно часто. Появление раковин происходит в основном из за нарушений технологий всего цикла: а) неправильное приготовление бетонной смеси б) расслоение ее при длительном транспортировании в) укладка бетона и его уплотнение производилась с нарушениями г) конструкция насыщена большим количеством арматуры и это не учитывалось когда производилась укладка бетона и его уплотнение. Неглубокие раковины расчищают от неплотного бетона зубилом и металлической щеткой, промывают водой и заделывают обычным цементным раствором раствором, «вбивают» как бы трамбуют уплотняя или зачеканивают жестким раствором. 5. Необработанные рабочие швы и наплывы образуются как правило довольно часто, когда производится укладка бетона в монолитные железобетонные конструкции. Их нужно удалять по свежему бетону сразу после снятия опалубки. 6. Сколы в бетоне, они образуются, как правило, от механических повреждений при распалубке еще не «схватившегося» бетона, перевозке железобетонных конструкций, их складировании и монтаже. Сколы могут образовываться и при эксплуатации промышленных сооружениях при креплении к изделиям оборудования, систем коммуникаций и т д. Как заделывать сколы? Однозначный ответ дать сложно, нужно исходить из реалий и делать это нужно по свежему бетону, если небольшой скол, просто ограничиваются восстановлением с помощью цементного раствора повышенной марки и тщательного ухода за ним. Если скол разрушил защитный слой и проглядывает арматура, нужно углубить поврежденный участок до ребра арматуры, очистить края скола, наложить опалубку и забетонировать участок бетоном на одну марку превышающую существующий и обеспечить должный уход за «залеченным» участком. Вторая группа дефектов: 1. Раковины глубинные и сквозные. Эти раковины в бетоне образуются как участки плохо сцементированного щебня или песка, они разобщены между собой при отсутствии раствора в местах контакта. Такие раковины могут образовываться из-за сбрасывания бетона в опалубку с большой высоты, как результат недостаточного уплотнения бетонной смеси или применения повышенной жесткости бетона, как результат длительного транспортировки, во время которого бетонная смесь расслоилась и начала схватываться. Большей частью подобные раковины образуются в местах большого количества арматуры, в труднодоступных и неудобных местах для укладки и уплотнения бетона. 2. Рыхловатость структуры бетона. Обнаружить такой дефект сравнительно просто, если есть опыт, при простукивании молотком в этих местах звук получается более «глухой». В основном это происходит, когда укладка бетона производится зимой. Такую структуру мы получим при замораживании бетона на ранних сроках твердения. В результате в бетоне не проходит нормальная стадия гидратация цемента в начальный период твердения, он при оттепелях впитывает воду, что при многократном повторение этих процессов оттаивания и замораживания бетона и раствора приводит к полному или частичному разрушению структуры материала. Большей частью признаком такого дефекта, является «лицевое шелушение бетона», сопровождается отделением поверхностного слоя до глубины 4 — 7 см и арматура обнажается, через определенный время эксплуатации рыхловатость структуры может распространяться на глубину 10 — 30 см. В тонкостенных конструкциях бетон разрушается на полную толщину. Обнаружив такой дефект, нужно принимать неотложные меры с участием представителя строительной лаборатории. Однозначных рекомендаций здесь трудно дать, это зависит от многих факторов. Иногда просто можно покрыть участок гидрофобизирующими составами, а иногда и полностью удалять бракованный участок и проводить повторное бетонирование, если это конечно позволяет технология строительства. 3. Пустоты в бетонных конструкциях. Пустоты часто возникают в конструкциях, насыщенных арматурой, в местах скопления и пересечения закладных деталей, при бетонировании тонкостенных конструкций, обетонировании колонн с жесткой арматурой, при недостаточном уплотнении, зависании бетона в конструкциях, а также при сложном примыканий элементов друг к другу. Чаще всего, такие дефекты встречаются в нижних частях колонн, балок на участках различной длины с обнажением арматуры в узлах примыкания изделий, в сопряжениях монолитных железобетонных стен с днищами. Если это не несущая конструкция, то сразу после снятия опалубки расчищается «пустота», удаляются «слабые» и «неокрепшие» слои бетона, все это промывается водой, изготавливается опалубка на пустотный участок и через раструб (если участок длиннее делается 2 или 3 раструба) заливается такая же бетонная смесь подвижностью П5 (если поставляемая смесь жестче добавляется примерно 15% цемента с водой из пропорции 60/40) эту бетонную смесь нужно хорошо перемешать, залить через раструб, проштыковать, слегка обстучать молоточком по опалубке с разных сторон. 4. Выбоины и углубления в бетоне.
