Усиление перекрытий и балок углеродным волокном

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

Несущие конструкции, которые можно усилить 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

Усиление углеродными летами приопорной зоны

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.

Прикатывание валиком углеволокна

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.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен, чтобы ничего не пропустить!

Усиление монолитных и пустотных плит углеволокном

Монолитные плиты применяются в перекрытиях между цокольным и первым этажом или последующими этажами в жилищном (ГОСТ 26434-2015) строительстве. Координационные размеры плит должны обеспечивать опору на двух, трех точках или по контуру.

Пустотные плиты применяются во всех типах зданий в качестве межэтажных перекрытий (в промышленных зданиях длина плиты до 12-ти м включительно). Пустотные плиты выполняют функции звукоизоляции и виброизоляции, т.к. при переходе стоячей звуковой или вибрационной волны из тела плиты в полость отверстий внутри плиты происходит формирование вторичных акустических волн, которые гасится слоем бетона. Для создания предварительного напряжения в монолитных плитах используется арматура, в пустотных — трос с заделкой на концах плит, который располагается в отверстиях.

Основным разрушающим фактором является нагрузка на изгиб, которая возникает под весом плиты и оборудования или вещей.

Дополнительные разрушающие факторы:

  • Вибрации, возникающие под действием акустических и вибрационных нагрузок.
  • Превышение нагрузок по сравнению с расчетными. Такая ситуация возникает при перепланировке или смене формата деятельности (перепрофилирование объекта), которая осуществляется в помещении или здании.
  • Работа с агрессивными веществами, которые воздействуют на поверхностный слой плиты снизу или сверху.
  • Сложный режим изменения температуры или влажности.
  • Нарушения технологии производства плит.

При исследовании разрушающих факторов и выборе способа устранения повреждений обращают внимание на целостность плиты (отсутствие трещин, разрушений до арматуры слоя бетона сверху или снизу, сквозные дыры до отверстия пустотной плиты, повреждение армирующих элементов).

Существующие способы ремонта или восстановления несущей способности плит:

  • Укладка дополнительной стяжки после удаления поврежденных участков.
  • Установка дополнительных опор в средине плиты и вблизи точек опоры на несущий элемент здания.
  • Установка дополнительных закладных изделий на краях плит и их обвязка сваркой с использованием стальной полосы или проволоки.

Все работы связаны с прекращением эксплуатации объекта и проводятся за 5…7 рабочих дней, если не связаны с бетонными работами. Ремонт с применением дополнительной бетонной стяжки займет 28 дней до получения проектной прочности бетона. Рекомендуются быстро застывающие бетонные смеси или смеси на основе эпоксидных смол с наполнителем.

Углеродная лента

CarbonWrap Tape 230/300

Однонаправленная углеродная лента для усиления строительных конструкций плотностью 230 гр/м² и шириной 300 мм

Эпоксидная смола

CarbonWrap Resin 230+

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

Читайте также  Плиты покрытия и плиты перекрытия в чём разница

Эпоксидная смола

CarbonWrap Resin Laminate+

Двухкомпонентный эпоксидный клей для устройства системы усиления конструкций на основе композитных углеродных ламелей CarbonWrap Lamel

Углеродная ламель

CarbonWrap Lamel HS 12/100

Ламель из углеродных волокон толщиной 1.2 мм и шириной 100 мм

Принцип усиления плиты перекрытия углепластиком

Монолитные и пустотные плиты перекрытия испытывают изгибающую нагрузку: внизу (потолок) на растяжение, вверху (пол) — на сжатие. У бетонных и железобетонных конструкций предельная нагрузка на сжатие в десятки раз превышает предельную нагрузку на растяжение. Но существуют методы создания предварительного напряжения для снижения усилия сжатия, что приводит повышению эффективности мероприятия по усилению плиты снизу на растяжение. Для этого применяют двунаправленное полотно (напр., CarbonWrap Fabric 450/1200), которое располагается вдоль длинной стороны плиты с определенным шагом в несколько слоев. После укладки полотна сверху и «схватывания» усиливающего слоя аналогичные работы проводят снизу, где можно использовать однонаправленное полотно (напр., CarbonWrap Tape-230/600).

Порядок проведения работ по усилению плит с помощью углепластика

Работы по восстановлению несущей способности плит перекрытий проводятся специализированными строительно-ремонтными организациями, которые имеют возможность производить технические расчеты и специалистов по созданию проектов усиления.

Основные этапы работ:

  • Анализ причин повреждений и состояния плит перекрытия. Составление схемы повреждений.
  • Разработка проекта ремонта и усиления. Проект содержит расчет по методу конечных элементов с применением специального ПО, которое моделирует ситуацию до и после ремонтных работ. На основании модели выбирается количество слоев, схема укладки (могут понадобиться поперечные слои углепластика) и тип углепластика (ширина, плотность, одно или двунаправленность нитей углеволокон в ткани).
  • Составление и согласование проекта усиления с отделениями Госстроя и владельцем проекта здания.
  • Составление сметы и графика выполнения работ.
  • Удаление однослойного пола или покрытия.
  • Разгрузка плиты с помощью домкратов.
  • Подготовка поверхности под укладку полотна или ленты. При необходимости удаляется поврежденный слой, проводится разделка, очистка рабочей зоны от грязи, пыли и ржавчины. Укладка ремонтного слоя из композиций с высокой скоростью «схватывания» для уменьшения сроков выполнения работ. При серьезных повреждениях используют армирующую сетку из углеволокна (напр., CarbonWrap Grid 300/1200).
  • Укладка слоев углепластика на подготовленную обеспыленную и загрунтованную поверхность по утвержденной схеме и последовательности. В промышленных и коммерческих зданиях с большой площадью перекрытий используются монолитные плиты с ригелем. Ригель ремонтируют и укладывают на него усиливающую углеволоконную ленту со стороны ригеля с заходом на поверхность плиты.
  • При необходимости делают косметический ремонт или восстанавливают покрытие пола.
  • Сдача работы заказчику.

Работы по ремонту проводятся в сухом помещении при температуре поверхности не ниже +5° С и влажности не более 4%. Следующий слой укладывают через 2…3 часа в зависимости от условий полимеризации эпоксидного клея. При повышенной влажности помещение следует просушить.

Достоинства усиления перекрытий монолитного или пустотного исполнения:

  • Работы по укладке полотна, ленты или ламината не требуют дополнительных конструкций или специальной техники. Большинство работ производится со строительных лесов.
  • Короткие сроки выполнения работ. Оклеивание можно проводить через 6…12 часов после проведения ремонтных работ, т.е. набора 60…70% прочности ремонтной смеси на основе эпоксидной смолы.
  • Толщина усиливающего слоя влияет на толщину плиты незначительно. При выполнении усиления со стороны пола или потолка отделочные работы решают вопросы неровности. Сроки выполнения работ составляют 2…5 рабочих дней.
  • Стоимость усиления с помощью углеволокна, в пересчете на кв. метр, с учетом затрат на материалы и оплату рабочих получается ниже, чем традиционные способы усиления.

Усиление бетонных монолитных и пустотных плит перекрытий с помощью композиционных материалов на основе углеволокна и эпоксидных компаундов имеет значительные перспективы, но сдерживается отсутствием нормативных документов на методику расчета прочности и материалы.

Современный способ усиления деревянных балок в объектах культурного наследия

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Дата публикации: 11.06.2019 2019-06-11

Статья просмотрена: 770 раз

Библиографическое описание:

Полякова, Н. А. Современный способ усиления деревянных балок в объектах культурного наследия / Н. А. Полякова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 23 (261). — С. 63-65. — URL: https://moluch.ru/archive/261/60463/ (дата обращения: 04.10.2021).

В статье поставлена цель изучить особенности реконструкции и дальнейшей эксплуатации зданий культурного наследия. В статье рассмотрены области применения и преимущества углеволокна. В результате анализа выявлены задачи внедрения способа усиления зданий КГИОПа при помощи углеволокна.

Ключевые слова: здания КГИОПа, прогиб, деформации, углеволокно, усиление.

В Санкт-Петербурге находится множество зданий дореволюционной постройки. У большинства из этих зданий перекрытие — это деревянная балочная система, которая в большинстве случаев либо никогда не менялась, либо менялась очень давно. В этих зданиях проживает огромное количество людей, а значит вопрос усиления перекрытий является всегда актуальным.

Плохое состояние балочной конструкции происходит вследствие повреждения целостности древесины. Перепады температуры, влажности, вредоносное действие жуков короедов приводит к деформированию балки перекрытия.

Под тяжестью собственного веса, а также постоянной и переменной нагрузки балки могут достигать предела допустимого нормами прогиба. Если прогиб находится в пределах 1:300, то значение прогиба считается нормальным, но если показатели больше, то балку усиливают.

Часто требуется сделать из чердака мансарду или жилое помещение, тем самым увеличится и постоянная нагрузка, и временная, и тогда автоматически требуется увеличить сечение деревянных несущих конструкций.

Приступать к восстановлению деревянных конструкций следует только после проведения детального инженерно-технического обследования здания. В процессе обследования изначально следует выявить особо опасные дефекты, которые могут привести к обрушению, а именно:

  1. сильное поражение от жизнедеятельности дереворазрушающих грибов и насекомых;
  2. растрескивание ответственных частей конструкции;
  3. разрывы растянутых элементов (поясов, раскосов, стоек и т. д.);
  4. деформации изогнутых элементов.

При незначительных биологических повреждениях древесину, сохранившую прочность, следует очистить от грибковых налетов до здоровых слоев и тщательно обработать антисептиками с последующим усилением.

Древесину, в значительной степени утратившую свои нормальные физико-механические свойства, необходимо удалить, при этом удаляется не только явно разрушенная древесина, но и прилегающая к ней на расстоянии до 0,5 м здоровая на вид [1].

Рассмотрим основные способы усиления деревянных конструкций.

Усиление деревянными накладками

Данный способ является наиболее распространенным. Он достаточно прост в исполнении, и не требует больших навыков от рабочих, совершающих установку накладок.

Накладки применяются при повсеместном, но не очень сильном повреждении древесины. Устанавливаются они с двух сторон бруса, или сверху и снизу, или по бокам, но по всей длине. Сначала все части плотно затягиваются друг к другу, а затем насквозь скрепляются. Особое внимание уделяют обработке поврежденной балки и накладок противогрибковым раствором.

Рис. 1. Усиление балки деревянными накладками

Усиление пролетов металлическими накладками (пластинами)

Также вместо деревянных накладок можно использовать стальные. Металл перед установкой следует обработать антикоррозионным раствором.

Монтаж пруткового протеза

Очень часто происходит так, что конец балки сгнивает особенно сильно, тогда ту часть обрезают и ставят на место её прутковый протез, выполненный из двух спаренных металлических ферм малого сечения (10–25 мм).

Длина протеза должна быть на 10 % больше двойной длины сгнившего конца балки, но не более 1,2 м.

Усиление балок шпренгельными затяжками

Также распространено усиление деревянных балок шпренгельными затяжками. Это металлическая система из стержней, закрепленных снизу балки, она не позволяет балке прогнуться, более чем на нормируемую величину.

Изменение условий работы конструкций

Данный способ применяется, при условии возможности установки дополнительных раскосов и стоек, которые улучшают работу конструкции, но занимают большое количество пространства.

Но задача усиления усложняется, когда конструкции здания относятся к объектам культурного наследия. Обязательное условие при этом — максимально возможная сохранность существующих конструкций, их внешнего вида. Обеспечить эти требования, при условии сохранения или увеличения несущей способности, возможно путем их армирования с использованием полимерных композитных материалов, а именно — наклеиваемые тканые материалы.

Усиление углеродным волокном является современной технологией. Представляет собой наклеивание стольких слоев углеволокна, с помощью эпоксидной смолы, сколько потребуется для обеспечения требуемых показателей жесткости.

Рис. 2. Усиление деревянной балки углеволокном

Целесообразность применения углеволокна при усилении существующих конструкций обусловлена несколькими факторами. Главный из них — это высокие прочностные характеристики, которые могут компенсировать выявленные пороки и повреждения в деревянных конструкциях.

Второе достоинство полимерных композитов состоит в их относительно малой плотности, что позволяет не увеличивать габариты и нагрузку на фундамент при усилении.

Третье достоинство — это высокая устойчивость к воздействию химически агрессивных сред, которая позволяет применять углеволокно в аквапарках, бассейнах, складах минеральных удобрений и солей.

К преимуществам полимерных композитов относится и сравнительно простой их монтаж, что важно при производстве работ на конструкции, находящейся в проектном положении и при ограниченном доступе к ней [2].

Но сдерживающим фактором расширения усиления полимерными композитами можно считать отсутствие нормативной базы и специальных руководств по проектированию, а также недостаточный объем исследований в этом направлении.

Подводя итоги можно сказать, что за годы исследований было разработано и внедрено в строительную практику множество вариантов усиления деревянных конструкций, однако, многие из них связаны с изменением статической схемы, они оказывают существенное влияние на эстетический вид конструкции и уменьшают полезное пространство в помещении. Часто это является нежелательным, а при усилении конструкций культурного наследия — недопустимым. Поэтому в таких случаях целесообразно усиление армированием, которое позволяет значительно повысить несущую способность и жесткость деревянного элемента без изменения его внешнего вида, а именно углеродное волокно.

  1. Погорельцев А. А. Высокомодульные материалы, используемые в массивных клеедощатых конструкциях / А. А. Погорельцев, С. Б. Турковский, В. О. Стоянов // Современные строительные конструкции из металла и древесины: сб. научных трудов. — Одесса.- 2015. — С.106–109.
  2. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. М.: Стандартинформ, 2015. — 56с.

Усиление углеволокном

под ключ от 4000 рублей/м.кв.

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.

Читайте также  Армопояс для газобетона под балки перекрытия

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.

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.

В настоящее время при укреплении конструкций стали чаще отдавать предпочтение инновационным технологиям. Усиление плит углеволокном целесообразно производить при :

  • 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 перекрытий и балок углеродным волокном

В перекрытиях, при возведении жилых домов, между цокольным и остальными этажами устанавливают монолитные плиты в соответствии с ГОСТ 26434-2015. Опору элементам обеспечивают несколько точек (2, 3) или весь контур.

Пустотелые плиты устанавливаются в постройках разного типа. Эти железобетонные элементы обеспечивают вибро- и шумоизоляцию в здании. Армированный каркас создает напряжение в монолитных плитах, а в пустотных – тросы с заделками на конце элемента, что находится в отверстиях.

В случае возникновения существенных повреждений балок или перекрытий, выполняется обследование, а затем усиление этих ж/б конструкций на основании разработанной проектной документации, государственных стандартов и нормативов.

К основным факторам возникновения повреждений относится нагрузка на изгиб, возникающая под собственным весом плиты-перекрытия, а также весом внутреннего наполнения здания.

К дополнительным разрушающим критериям относят:

  • нарушения в технологиях изготовления плит;
  • работы с агрессивными средствами, что действуют на поверхностный слой снизу или сверху;
  • вибрации, которые возникают при вибрационных либо акустических нагрузках;
  • превышение нагрузок при сравнении с расчетными. Подобные ситуации возникают при перепрофилировании постройки либо перепланировке;
  • сложные режимы влажности и колебания температурного режима.

При подборе метода устранения дефектов, анализе разрушающих факторов учитывают целостность железобетонной плиты.

Способы, которые используют при восстановлении несущей способности либо ремонта плиты:

  • монтаж дополнительного закладного изделия на краю элемента, проведение сварочных работ по обвязке с применением проволоки или стальных полос;
  • укладка стяжек после удаления поврежденного участка;
  • монтаж дополнительной опоры около точек опоры и в середине элемента, который усиливают.

Любой из методов подразумевает прекращение эксплуатации конструкции.

Этапы работ по укреплению углеродным волокном

Пустотная или монолитная плита испытывает нагрузку на сжатие вверху, на растяжение внизу. Предельные показатели на сжатие превышают предел нагрузки на растяжение в несколько десятков раз. Для укрепления бетонных элементов используют углепластик.

Перед восстановлением несущей способности ЖБ плит и балок проводят технический расчет и проект усиления.

К основным этапам работ относят:

  • анализ состояния перекрытий и причин появления дефектов;
  • составление схем повреждений;
  • разработку проекта по укреплению или ремонту, который содержит расчеты, моделирует ситуацию;
  • выбор количества слоев и схемы монтажа углеволокна и типа материала;
  • составление и согласование проектной документации с владельцем здания;
  • определение графика производства работ, составление сметы;
  • демонтаж покрытия;
  • разгрузку строительной конструкции домкратами;
  • проведение подготовительных работ перед монтажом углеродной ленты или полотна – удаление поврежденных слоев, разделка и очистка зоны от загрязнений, монтаж ремонтного слоя композитного материала;
  • укладку углепластиковых слоев на загрунтованную поверхность;
  • проведение косметического ремонта или восстановление напольного покрытия;
  • сдача выполненного задания.

Укрепление строительной конструкции осуществляется при температуре +5 градусов и влажности меньше 4%. В зависимости от скорости полимеризации эпоксидных составов определяется время укладки следующих слоев. Если влажность воздуха в помещении увеличена, то необходимо его просушить.

Преимущества укрепления углепластиком

Преимущества использования методов по усилению пустотных либо монолитных перекрытий:

  • не требуется применения спецтехники и создания дополнительных объектов при работах по укладке ламелей, лент, полотен;
  • оперативность выполнения задания;
  • работы проводятся с применением строительных лесов;
  • незначительное увеличение толщины перекрытия при наращивании усиливающих слоев;
  • цена при расчете за квадратный метр.

Основные техники внешнего армирования

Технология Как осуществляется Степень износа Метод воплощения
Изменения в схемах Уменьшение пролета при обустройстве дополнительной опоры Не более 60% Обустройство распорки из стали.
Наращивание сечения элемента Создание конструкции, которая частично примет нагрузку Не более 40% Для перекрытий из дерева – обустраивается накладка, деревянный либо металлический «протез».
Установка новых конструкций, которые опираются на имеющиеся или вновь созданные элементы. Обустройство металлических хомутов и жб обойм – для железобетонной плиты.
Приварка дополнительного профиля, бетонирование стальной балки – для элементов из стали.
Создание нового конструктивного элемента Перераспределение нагрузки при превращении определимой в неопределимую систему
Устройство нового конструктивного элемента, который будет нести нагрузку взамен существующей плиты Не более 60%
Разгрузка объектов Предполагает замену современными материалами тяжелой смазки или засыпки, чтобы снизить вес плиты Не более 60%
Выявление неучтенного запаса прочности Конструкция пересчитывается по новым нормам, который учтут реальный характер работы бетонного перекрытия Не более 40%

Расценки на проектирование и укрепление строительных объектов

Вид работы Объем Цена
Усиление стержневой арматурой от 50 м 2 от 95 000 за м 3
Усиление перекрытия с использованием металлоконструкции от 50 м 2 от 78 000 тыс. руб. за тонну
Укрепление балок композитами от 30 м 2 ткани от 7010 тыс. руб. за м 2
Усиление перекрытий углеволокном от 50 м 2 От 7010 тыс. руб. за м 2
Создание проектной документации по усилению перекрытия. от 50 м 2 от 100 000 тыс. руб.
от 1 000 м 2 от 5 000 000 млн. руб.
от 5 000 м 2 от 10 000 000 млн. руб.
Укрепление ригеля или балки. от 50 пог. м. от 78 000 тыс. руб. за тонну
Усиление балки металлоконструкцией. от 3 тонн металла от 78 000 тыс. руб. за тонну

Сотрудники компании выполнили несколько проектов в Москве. Услуга оказывается в удобное для заказчика время. Усиленная конструкция не меняет геометрической формы и не увеличивает нагрузку. Оформить заявку можно через сайт или по телефону. Специалист ответит на возникший вопрос, согласует детали сотрудничества.

Технологии усиления плит перекрытия

  1. Что такое углеволокно?
  2. Когда требуется усиление плит?
  3. Что необходимо сделать перед началом работы?
  4. Основные правила укрепления
  5. Приготовление компонентов
  6. Укрепление плит углепластиком
  7. Особенности повышения прочности различными методами
  8. Полезные рекомендации

Усиление плит углеродным волокном достаточно новый метод для России. Первые объекты, которые были реализованы по новой технологии, появились в 1998 году. Заключается он в наклеивании на конструкцию высокопрочного углеродного волокна, после чего материал принимает на себя часть усилий, благодаря чему повышает несущую способность конструкций.

В отличие традиционных способов усиления несущих строительных конструкций, усиление углепластиками не увеличивает сечение элементов, что имеет большое значение не только в случае промышленных зданий и сооружений, но, что особенно важно, в жилом, коммерческом и административном строительстве. Применение углепластиков при усилении зданий значительно сокращает сроки выполнения работ, и при комплексном подходе имеет ощутимый экономический эффект.

Что такое углеволокно?

Углеродное волокно – это искусственный материал, который состоит из очень тонких нитей. Выравнивание кристаллов придает материалу невероятную прочность на растяжение. Используется в промышленности.

Впервые использование углеволокна датируется 1880 годом. Оно получилось в результате пиролиза хлопкового или вискозного волокна и отличались высокой пористостью и хрупкостью. После этого на недолгое время про углеродные волокна забыли, но вторичное его появление состоялось в 1958 год, когда велись поиски новых материалов. Углеродные волокна оказались одними из наиболее подходящих. Благодаря их термостойкости, хорошим теплоизоляционным свойствам, коррозионной стойкости к воздействию газовых и жидких сред, высокой удельной прочности и жёсткости.

В качестве клея стали использоваться специальное связующее – конструкционные адгезивы.

Когда требуется усиление плит?

Со временем каждая строительная конструкция начинает разрушаться, терять свои первоначальные свойства. Если не произвести строительные работы, в итоге результат может привести к глобальным проблемам и человеческим жертвам. В связи с этим проводятся постоянные проверки и усиление плит.

Усиление железобетонных плит позволяет восстановить их целостность, рабочие характеристики и несущие способности.

Самой распространенной причиной разрушения плит является коррозия. Арматура увеличивается в объеме и разрушает окружающий бетон. Также, при появлении ржавчины, уменьшается сечение прутков армирующего каркаса, что ведет к снижению несущей способности конструкции.

(На фото можно увидеть обвал бетона в результате поражения армирующего каркаса коррозией)

Обнаружить проблему не всегда можно с первого раза. В некоторые детали необходимо всмотреться. Явные износы плиты:

  1. Образование щелей и трещин.
  2. Появление странных пятен на потолке – темных или светлых.
  3. Появляются сколы.
  4. Проблемы со штукатуркой на потолке.

Что необходимо сделать перед началом работы?

Первым делом необходимо оценить состояние перекрытия и его несущую способность. Для этого потребуется:

  1. Визуальный осмотр, во время которого определяются геометрические размеры, целостность армирующего каркаса, выявляются дефекты конструкции.
  2. Инструментальный контроль – определяется реальный запас прочности полевыми методами, сечение арматуры, измеряется раскрытие трещин и величина прогиба конструкции, толщина стяжки и штукатурки на потолке.

Общая технология усиления включает такие мероприятия:

  • определение способа, который поможет увеличить несущую способность, а также примерные работы;
  • создается документация;
  • производятся расчеты;
  • закупаются все необходимые материалы.

Основные правила укрепления

Усиливаемая плита перекрытия – это один из главных источников опасности, любое лишнее или неправильное действие может привести к катастрофическим последствиям. Для правильной установки и укрепления плит следует действовать в точности по технологии:

  1. Первым делом конструкция укрепляется распорками, благодаря этому нагрузка распределяется по всей плите. Для этого используются металлические трубы, швеллера или брус большого сечения. Опоры при этом распираются клиньями и деревянными подкладками.
  2. Далее требуется отчистить участки, где будет проходить работа. Плиты отчищаются от краски и других отделочных материалов, а также от осыпающейся штукатурки. С арматуры, в обязательном порядке, отчищается ржавчина и обрабатывается специальным преобразователем коррозии.
  3. После этого убирается стяжка.
  4. Рабочие места отчищаются от пыли и грязи.

Такое может произойти при несоблюдении правил.

Приготовление компонентов

Углеродные материалы продаются смотанными и упакованными в специальный защитный полиэтилен. Не допускается попадание пыли, которой после шлифования бетона будет достаточно, иначе углеродное волокно не будет приклеиваться с помощью строительного клея на основе смолы, 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 обычным ножом, или ножницами по металлу, а углеродных ламелей – угол–шлифовальной машинкой с отрезным кругом по металлу.

Адгезивы, могут быть, как правило, двухкомпонентные – т. е. необходимо объединить два материала в определенных количествах. Необходимо точно прислушиваться к инструкции производителя и при смешивании элементов использовать специальные весы или мерную колбу. Объединение элементов заключается в постепенном добавлении одного компонента в другой, при непрерывном перемешивании дрелью на низких оборотах. Ошибки дозирования, или неправильное добавление одного элемента в другой, могут привести к кипению клея.
В последнее время, примерно несколько лет, большинство специалистов присылают адгезив в комплектах – т. е. в двух емкостях с уже дозированными объемами компонентов. Таким образом, появилась возможность просто смешать содержимое одной емкости в другой (для этого емкость присылается полупустой) и получить готовый адгезивный состав.

Строительные адгезивы (для углеродного волокна) поставляются в мешках и затворяются водой согласно инструкции, как любой ремонтный материал.
Помните, что связующее имеет ограниченный срок жизни – порядка 35–45 минут, и он резко сокращается при повышении температуры выше 22 о С, поэтому объем приготовляемого адгезива не должен превышать физических возможностей его выработки.

Укрепление плит углепластиком

При укреплении плит строители используются холсты из углеволокна:

  1. Улеродное волокно наклеивается на плиты снизу с определенным шагом.
  2. При необходимости используется лента – она проклеивается продольно по всей поверхности.
  3. Если плиты ребристые, композитный материал наклеивается на нижней части ребер жесткости. Дополнительно укрепляется хомутами из однонаправленной ленты опорная часть конструкций.

В первую очередь необходимо найти участки, которые находятся под большим напряжением, следовательно, с ними и будет происходить дальнейшая работа. Сразу же эти места необходимо пометить и начать подготавливать конструкцию. Данные участки тщательно отчищаются от прежней отделки, краски, грязи и т. д. (для этого используется специальное шлифовальное оборудование).

От начального этапа будет зависеть и дальнейшая работа. Шлифовка должна происходить по точной технологии, с соблюдением всех правил. В процессе работы не допускается попадание влаги, в завершение этого этапа происходит очистка поверхности от грязи и пыли.

После того, как была подготовлена поверхность, настает очередь компонентов. Углеродное волокно привозится с завода в виде скрученной трубы. Перед началом выбирается отдельное место, где будет раскатываться материал, после этого зона застилается полиэтиленовой пленкой. Материал нарезается на куски необходимо размера. Для того чтобы сцепить материал и поверхность используются двухкомпонентные клеящие составы. Приобрести все необходимые ингредиенты можно в строительном магазине.

В обязательном порядке проверяют следующие параметры:

  • ровность поверхности;
  • прочность материала;
  • температуру поверхности;
  • отсутствие грязи и пыли;
  • влажность;
  • целостность материала.

Особенности повышения прочности различными методами

От выбора методики будет зависеть увеличение несущей способности. Выбор зависит от материала и особенностей самой постройки. Но универсальным и самым эффективным средством для плит считается углепластик. В зависимости от вида плиты, выполняются такие действия:

  1. Усиление пустотных плит этажного перекрытия материалом, осуществляют путем наклеивания холста на поверхность снизу. Он приклеивается с определенным шагом. При этом может быть нанесено несколько слоев холста, что определяет степень повышения прочности.
  2. Аналогичным способом происходит армирование монолитных плит, используемых для перекрытия, но углелента приклеивается продольно по всей поверхности. Это позволяет повысить сейсмоустойчивость.
  3. Для усиления ребристых плит перекрытия углекомпозит наклеивают на нижнюю часть ребер. Количество слоев определяет уровень усиления. Опорную часть такой системы также укрепляют хомутами из однонаправленной ленты.

Полезные рекомендации

Профессионалы дают всего несколько важных советов:

  1. При проведении восстановительных работ используются только качественные материалы, самое важное – это следовать требованиям технологии.
  2. Доверять такую работу следует только проверенным компаниям, от правильного расчета будет зависеть остальная работа и итог.

Если следовать только этим рекомендациям, можно избежать многих проблем.

В таблице приведены несколько популярных продуктов, которые можно использовать.

· дефекте строй систем;

· распаде исходного материала систем;

· ржавчине металлической арматуры;

· аварии и стихийном бедствии (повреждение транспортом,

· повышении рабочих характеристик стабильности;

· уменьшении прогибов и ширины раскрытия трещин;

· снижении усилий в металлической арматуре;

· увеличении усталостной стабильности;

· изменении расчётных схем;

· сносе стен или колонн;

· устройстве проёмов или отверстий в плитах перекрытия и стенах;

· необходимости повысить надёжность и устойчивость;

· повышении сейсмостойкости, взрывоустойчивости и т. д.;

· исправлении ошибок проектирования и строительства;

· разработан для нанесения как вручную, так и механизированным способом;

· хорошая адгезия ко многим основаниям;

· высокие механические свойства;

· длительное время жизни;

При усилении плит ни в коем случае нельзя экономить на материале, плиты являются основой всей конструкции, и при плохой работе могут произойти страшные последствия. Такую работу лучше всего доверить профессионалам, которые смогут внимательно осмотреть плиты и подобрать необходимый материал.