Усиление углеволокном железобетонных конструкций, композитные FRP-системы

За последние 30 лет усиление углеволокном (FRP-системы) получило широкое распространение в строительстве, которые применяются  для повышения несущей способности железобетонных конструкций в зданиях и сооружениях – углеволокном проводят усиление колонн, плит перекрытия, балок, ригелей и даже кирпичных или бутовых стен. Углеволокно в строительстве – это элегантная альтернатива традиционным способам: обрамление в стальные каркасы, монтаж стальных тяжей и дальнейшая заделка торкрет-составами

Усиление углеволокном железобетонных конструкций с использованием холстов, углеродных ламелей, сеток и лент производится по наружной поверхности элемента, как правило в растянутой зоне, и позволяет увеличить его поперечное сечение. Данный подход является схожим с методом взятия в стальные обоймы или обечайки, однако имеет ряд существенных преимуществ:

• Система усиления углеродным волокном имеет существенно меньший вес, что облегчает как саму строительную конструкцию, а также позволяет уменьшить производственные затраты при выполнении работ;
• Углеволокно не подвергается коррозии как металлические детали, что позволяет не думать о защитном слое, необходимом при применении металлоконструкций;
• Для включения в работу материалов из углеволокна не требуется нанесения поверх ремонтных составов торкретированием, что снова облегчает строительные конструкции и упрощает работы по применению.

Усиление углеволокном – область применения

Системы усиления железобетона углеволокном могут использоваться

• для восстановления несущей способности поврежденного или изношенного элемента бетонной конструкции при реконструкциях;
• для увеличения несущей способности в виду возросших нагрузок при модернизации;
• для исправления дефектов строительства или проектирования обнаруженных на этапе завершения строительства;
• для обеспечения несущей способности в связи с изменениями или демонтажем части конструкции, например прорезании окна в монолитном перекрытии.

Перед выбором системы усиления железобетона необходимо определить тип усиления и определить, насколько та или иная система будет подходящей для решения строительной задачи. Для этого вначале проводится детальное обследование здания в целом и состояние конструкций в отдельности, а также проводится анализ планируемых условий эксплуатации здания в соответствии с принятыми строительными правилами и нормами.

Кроме всего прочего необходимо получить данные о состоянии конструкции:

• Текущие габаритные размеры конструкционных элементов;
• Размещение, длины и ширины раскрытия имеющихся трещин и сколов;
• Наличие коррозии и степень изношенности стальной арматуры, а также количество и диаметр прутов в элементе конструкции;
• Текущую прочность бетона и стали;
• Величину защитного слоя бетона

На основании полученных данных будет производиться проектирование системы усиления углеволокном или композитными FRP-системами с обязательным проведением расчета по несущим нагрузкам

Расчет систем усиления углеволокном, композитными FRP-системами

Расчет систем усиления углеволокном проводится обязательно и на основании реальных данных полученных при детальном обследовании сооружения. Расчеты по системам усиления может проводится

• по пределу прочности на растяжение системы усиления углеволокном;
• по прочности на изгиб балки или ригеля;
• по сдвигающее усилие, для повышающее прочность колонны или балки;

Расчет необходимо проводить отдельно для каждого типового элемента строительной конструкции, затем на основании пол ученых результатов принимается решение об необходимости и типе усиления углеволокном.

Материалы и компоненты систем усиления

Существует достаточно много разновидностей систем и типов материалов используемых при усилении углеволокном, которые можно классифицировать по различным признакам: системы с укладкой по влажному или предварительно отвержденные, по виду, размеры углеволокна и его ориентации в системе и т.д. Однако основными материалами при усилении углеволокном или композитными FRP системами армирования являются:

• Грунтовочные составы применяются для пропитывания пористой бетонной поверхности для улучшения адгезии к последующим клеевым слоям.
• Шпатлевочные составы применяются для выравнивания, заполнения каверн и раковин в бетонной поверхности с целью обеспечения ровности поверхности и плотного прилегания армирующих материалов.
• Пропиточные составы применяются  для пропитыванию армирующих углеродных волокон и их фиксированию в требуемом положении, которое обеспечивает эффективную передачу нагрузки на армирование.
• Клеевые составы или адгезивы применяются для приклейки готовых полимерного ламината из углеволокна (ламелей) с бетоном в требуемом проектном положении с последующей передачей нагрузки от конструкции.
• Углеволокно в форме тканевых холстов из углеродного волокна или готовой клеенной полимерной ламели применяются непосредственно в качестве армирующего элемента конструкции, придающие системам усиление прочность и жесткость.
• Защитные составы используются для сохранения системы усиления от неблагоприятных внешних воздействий.

Монтаж углеволокна в строительных конструкциях

Монтаж системы усиления строительных элементов состоит из этапов, все из которых являются важными:

• Квалификация подрядчика – подрядная организации должна обладать знаниями и навыками в области усиления, иметь специалистов, владеющими особенностями работы с полимерными составами, быть знакомым со свойствами бетона и армирующих элементов, иметь системы контроля качества на этапах производства работ.
• Проверка температуры, влажности воздуха и бетонной поверхности перед нанесением систем усиления является обязательным этапом, так как эти параметры могут оказывать влияние на рабочие характеристики систем усиления.
• Наличие специального оборудования предназначенного для применения материалов систем армирования углеволокном. Сюда могут входить пропиточные приборы, распылители, подъемные устройства и манипуляторы, а также намоточные машины.
• Подготовка бетонной поверхности, а также ее ремонт и выравнивание – нарушения на данном этапе могут привести к расслоению систему усиления углеволокном и ослаблению усиливаемой конструкции.
• Подготовка и нанесение компонентов.  Все материалы рекомендуется подогреть до комнатной температуры, а полимеры смешивать в нужной пропорции до образования гомогенной массы в соответствии с рекомендациями производителя.

Заключение:

Таким образом необходимо отметить, что усиление углеволокном ригелей, перекрытий и колонн является полностью прогрессивным способом усиления. Ламели и холсты из углеволокна намного легче металлоконструкций и учитывая полный комплекс строительных затрат, усиление углеволокном является более благоприятным и эффективным методом усиления строительных элементов зданий и сооружений. Специалисты нашей компании готовы оказать содействие с расчетом по усилении, подбором системы материалов, а также при монтаже углеволокна на объекте.