СИСТЕМА ВНЕШНЕГО АРМИРОВАНИЯ: УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ УГЛЕВОЛОКНОМ

В практике реконструкций зданий и сооружений часто возникает необходимость усиления конструкций или их частей. Она может быть вызвана износом или повреждением здания, модернизацией объекта. Перед началом работ проектировщики выполняют расчет усиления в соответствии с технологиями строительной механики и сопромата. Немаловажным аспектом, влияющим на результаты работы, является выбор материалов, применяемых для усиления.

Усиление конструкций углеволокном — продуктивная строительная технология, с использованием материалов с углеродными волокнами. Этот метод уже доказал свою высокую эффективность даже в зонах сейсмической активности.

Система внешнего армирования CarbonWrap®, представлена на рынке стройматериалов еще с конца 80-х годов прошлого века. С ее помощью по всему миру реализовано множество проектов по усилению строительных конструкций жилых и промышленных зданий и сооружений, объектов энергетики, транспортной инфраструктуры, резервуаров, трубопроводов и пр.

Она предназначена для усиления конструкций углеволокном с целью дальнейшего устранения разрушения бетона и коррозии арматуры, процессов, происходящих в результате длительной эксплуатации строительных сооружений, в условиях воздействия природных агрессивных сред, а также из-за сейсмоусиления.

Усиление углеволокном: в чем оно заключается и его преимущество

Материал для усиления углеволокном представляет собой линейно-упругий композит в виде нитей разной толщины — от 5 до 15 микрон. Такие волокна, объединенные в микроскопические кристаллы, способны значительно повысить прочность материала при его натяжении. Их прочность существенно выше технических свойств металла. По твердости углеволокно в несколько раз превышает металл. Благодаря этому его используют для усиления конструкций важных строительных объектов в оборонной и в аэрокосмической сферах.

Преимуществом метода усиления конструкции углеволокном, в отличии от других технологий, является его простота в реализации. Усиление осуществляется наклеиванием на поверхность армируемых зон элементов углеродных лент посредством связующих специальных составов. Ленты имеют высокую прочность, препятствующую растяжению. Их можно крепить к растянутым и сжатым частям и элементам конструкций, к различным стойкам и колонам, к консольным системам. После наружного армирования наносится полимерцементный состав на поверхность, и далее выполняется финишная отделка и покраска.

Усиление углеволокном: где используется?

Метод усиления углеволокном может осуществляться для различных видов конструкций: каменных, железобетонных, бетонных, металлических, деревянных.

В проектировании строительства усиление углеволокном используют:

• для повышения несущей способности и надежности строящейся конструкции,
• для сейсмостойкости здания,
• в целях увеличения межремонтных сроков.

В реконструкции зданий и сооружений:

• для армирования углеволокном несущих конструкций, их усиления, необходимого для восприятия сооружением повышенных нагрузок или обеспечения работоспособности здания по измененной конструктивной схеме.

В проектах усиления конструкций:

чтобы устранить последствия разрушения каменной кладки, бетона, коррозии арматуры из-за длительной амортизации зданий и сооружений, подвергающимся тяжелым нагрузкам при их эксплуатации.
Усиление конструкции углеволокном посредством внешнего армирования происходит в несколько этапов. При осуществлении работы, мастер использует защитные средства – перчатки, респиратор, очки.

Этапы работы:

1. вначале проводится ремонтная работа по выравниванию и обеспыливанию усиливаемой поверхности,
2. осуществляют разметку поверхности для усиления углеволокном в соответствии с принятым проектом,
3. приготавливают адгезив (связующий состав эпоксидных систем) — компоненты тщательно размешиваются электромиксером, а затем смешиваются в указанных пропорциях,
4. адгезив наносится на размеченную поверхность толщиной в 1,5 мм,
5. осуществляют раскрой углеродных ламелей, перед приклеиванием их обрабатывают ацетоном и сушат,
6. адгезив наносят на ламели слоем толщиной в 1-2 мм,
7. монтаж ламелей — их с некоторым усилием приклеивают, а затем еще сверху на них наносят адгезив,
8. наносят верхнее защитное покрытие — последнее в системе усиления конструкции углеволокном.

В ходе производства ж/бетонных и других конструкций незначительное отклонение от норм производства и постоянное воздействие окружающей среды могут существенно изменить качество железобетона. Хорошо известна технология усиления ж/бетонных конструкций увеличением поперечного сечения привариванием дополнительной арматуры. Вместе с таким стандартным решением уже более 20 лет существует и другой способ усиления, где вместо арматуры применяются углепластики и холсты, которые приклеивают эпоксидным составом к бетону.

Эпоксидный клей является важной составляющей в системе внешнего армирования. Он представляет собой эпоксидную систему из двух компонентов, замешиваемую в определенных пропорциях. Эпоксидный клей (CarbonWrap® марок Resin 230+ и Resin 530+) в системе усиления углеволокном применяют в качестве адгезива, склеивающего и пропитывающего обе поверхности. А в качестве клеевого состава CarbonWrap® Resin Laminate+ его используют в системах усиления углепластиком для приклеивания ламелей, также для монтажа углеродных лент и холстов на влажных плоскостях (CarbonWrap® Resin WS+), для приклеивания углеродных лент и тканей на поверхности конструкций, эксплуатируюмых при температурах 60˚С — 110˚С (CarbonWrap® Resin HT+).

Преимущества эпоксидных систем в схеме усиления углепластиком:

• клей разработан специально для использования в СВА CarbonWrap®,
• у него высокая адгезия к разным поверхностям: железобетонным, каменным, металлическим,
• клеевой слой в системе отличается прочностью и долговечностью,
• клей удобен для пропитки тканей простым ручным способом (марки CarbonWrap® Resin 230+, Resin WS+), а также для машинной пропитки (марки CarbonWrap® Resin 530+, Resin HT+),
• его применяют в системах усиления углепластиком для лент и тканей любой плотности,
• не требует применения отдельных грунтовочных составов.

Шпатлевка CarbonWrap® Putty состоит из двух компонентов, которые замешиваются в определенной пропорциональности. Она предназначена для подготовки основания строительной конструкции, подлежащей монтажу системы усиления углеволокном. Это начальный этап работы по установке системы внешнего армирования.

Характеристика и преимущества шпатлевки:

• разработана специально для СВА CarbonWrap®,
• не содержит растворителей,
• у нее высокая адгезия к разным по составу конструкциям – бетону, железобетону, металлу, камню,
• служит также для выравнивания поверхности.

В начале 60-х годов прошлого столетия в Великобритании и США были произведены углеродные и борные волокна, которые стали в основе инновационных композиционных стройматериалов. В настоящее время выпускаемые углепластики и ткани нашли широкое применение в системах усиления каменных и бетонных конструкций, в том числе изгибаемых. Прочность плит после усиления углеволокном возрастает в 1,4 — 2 и более раз.

Преимущества в использовании углепластиковых ламелей для усиления:

• усиливают различные конструкции, в том числе большепролетные, в условиях действия на них повышенных нагрузок,
• хорошо пропитываются и равномерно распределяются волокнами по сечению,
• их хорошо использовать для выполнения усиления углепластиком конструкций высокоответственных объектов.

В системах усиления конструкции углеволокном применение углеродных сеток увеличивает несущую способность железобетона. Они применяются для обеспечения высокой стойкости у конструкций к атмосферным внешним воздействиям, для ремонта строительных старых поверхностей, при армировании тонкостенных и фасадных панелей.

В составе систем усиления высокопрочным углеволокном CarbonWrap® такой жгут применяется для закрепления углеродных лент и тканей. Анкерный жгут диаметром 12 мм длиной 10 м или 100 м наматывается и продается в рулонах.

ПРЕИМУЩЕСТВА:

• легкий вес и простота его закрепления,
• у него высокий предел прочности — не менее 3,7 ГПа,
• область применения — усиление углеволокном армокаменных и каменных конструкций, также бетонных и железобетонных,
• долговечность.

ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА:

• износостойкость,
• высокая прочность штукатурки уже в ранние сроки отвердения,
• тиксотропность (при усилении углеволокном вертикальной или горизонтальной поверхности ремонтная смесь не оползает),
• подходит для любого климата.

РЕМОНТНЫЙ СОСТАВ CarbonWrap® Repair ST (заполнитель крупный). Он применяется для локального восстановления геометрии конструкции (выбоин, сколов, трещин), а также улучшает эксплуатационные качества железобетонных, бетонных, каменных, кирпичных конструкций. Применяется при усилении углеволокном ремонтирующих и реконструирующих поверхностей.

РЕМОНТНЫЙ СОСТАВ CarbonWrap® Repair FS (финишный). Он применяется для локального восстановления геометрии конструкции (выбоин, сколов, трещин), а также для улучшения эксплуатационных качеств железобетонных, бетонных, каменных, кирпичных конструкций. Он применяется при усилении углеволокном старых конструкций разного назначения при ремонте и реконструкции, а также во время возведения новых.

РЕМОНТНЫЙ СОСТАВ CarbonWrap® Repair Shotcrete (механическое нанесение). Он применяется для локального восстановления геометрии конструкции (выбоин, сколов, трещин), а также для улучшения эксплуатационных качеств железобетонных, бетонных, каменных, кирпичных конструкций. Применяется при усилении углеволокном во время ремонта и реконструкции различных старых конструкций и в новом строительстве.

Минстрой России утвердил в августе 2014 года свод правил проектирования по усилению углеволокном железобетонных строительных конструкций — СП 164.1325800.2014. Это один из нормативных документов, согласно которых обеспечивается соблюдение безопасности зданий и сооружений, в соответствии с ФЗ N 384 от 30.12.2009 г.

Перечень других нормативных документов, где содержатся рекомендации по усилению конструкций углеволокном:

Стекло- базальто- углепластиковая арматура для усиления конструкций товарной марки Monsterod® — это композитный полимерный материал, востребованный в строительстве и в промышленности. Композиты — это материалы нашего настоящего и будущего. Предприятие, являющееся одним из лидеров этих чудо-материалов — московский завод ООО «НЦК». Арматура торговой марки Monsterod® изготавливается на заводе диаметром от 4 мм до 32 мм. Мощность завод располагает выпускать свою продукцию — композитную арматуру — в объёме до 300 тыс. погонных метров в месяц.

• в дорожном строительстве для укрепления асфальтобетонных дорог,
• в коттеджном строительстве для усиления углепластиковой арматурой конструкций из ячеистого бетона,
• для усиления углепластиковой арматурой перекрытий и фундаментов хозяйственных построек и гаражей, различных промышленных объектов,
• используют при устройстве опор железобетонных ЛЭП,
• для усиления армированием шпал, а также столбов в мостостроительстве,
• для усиления углепластиком объектов коммуникаций в горнодобывающей промышленности,
• также используют усиление углепластиковой арматурой в сооружениях портов, также предназначенных для укрепления берегов,
• для армирования бетонных емкостей в мелиорационных и очистных сооружениях.

• высокая антикоррозионная стойкость к любым агрессивным средам,
• морозостойкость, к тому же несущая способность усиленных углепластиковой арматурой конструкций при низких температурах увеличивается на 40%,
• усиление у углепластика прочнее на разрыв, чем у прутков из стали класса А III,
• углепластик по сравнению со стальной арматурой намного легче, это снижает затраты на транспортировку и погрузочные работы,
• углепластик в бетоне служит дольше, чем стальная арматура.

Материал для усиления углеволокном — это неорганическое вещество, состоящее из углерода на 92% — 99,9 % из углерода. Углеродные волокна получают методом ступенчатой термообработки полиакрилонитрила при высоких температурах (до 3200°С). По сравнению с такими материалами как алюминий или сталь или другими, материалы из углеволокна, применяющиеся для усиления конструкций, обладают более высокими показателями по прочности, сопротивлению усталости, более высоким модулем упругости.

Химическая и коррозионная стойкость углеродной фибры в несколько раз превышает аналогичные показатели стали.

• дорожные и аэродромные плиты,
• гидротехнические сооружения,
• антистатические полимерные, а также наливные полы,
• торкретбетон,
• сухие строительные смеси,
• строительные растворы,
• ячеистые бетоны.

Достоинства в применении фибры из углеволокна для усиления конструкций

• высокая морозостойкость,
• повышенная трещиностойкость,
• уменьшение микротрещин и снижение внутреннего напряжения при усадке в конструкциях,
• составляет собой препятствие и мешает расслаивания бетонной смеси,
• повышенная прочность при растяжении конструкций, армированных углеродной фиброй, или их изгибе,
• высокая коррозионная стойкость,
• она нейтральна к радиации.
• Углеродную фибру при поставках транспортируют в полимерных мешках по 1, 2, 5, 10 кг или других, согласно пожеланию заказчика.