УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОМПОЗИЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ © Вагнер Е.С.

УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
КОМПОЗИЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
© Вагнер Е.С.
Филиал Московского технологического института, г. Оренбург
В данной статье освещен метод усиления строительных конструкций
внешним армированием композиционными материалами с использованием углеродного волокна. Описаны достоинства систем внешнего
армирования на основе углепластиков, технология выполнения работ.
Ключевые слова: внешнее армирование, углеродное волокно, усиление конструкций, технология, железобетон.
В настоящее время весьма актуальной является тема повышения долговечности зданий и сооружений. Основные элементы каркаса зданий и сооружений в процессе эксплуатации подвергаются воздействиям, негативно
влияющим на их несущую способность, ослабляющим и нередко приводящим к аварийному состоянию.
Здания и сооружения, находящиеся в аварийном состоянии, а также реконструируемые здания, подвергаются специальному обследованию.
По окончании проведения обследования зданий и сооружений, делается
Техническое заключение, содержащее рекомендации по ходу выполнения
восстановительных работ строительных конструкций. Для дефектов, которые нельзя устранить обычным косметическим ремонтом, разрабатывается
проект усиления указанных несущих конструкций [1].
Кроме того, часто возникает необходимость усиления дорогих, исторически значимых конструкций, демонтаж и замена которых значительно дороже ремонта или невозможна вообще.
Существуют различные методы усиления несущих конструкций. Кроме
традиционного метода, при котором используются металлоконструкции,
широкое применение нашел метод с применением композитных материалов. Последний также называют внешним армированием композиционными
материалами.
В настоящее время в производстве композиционных материалов, которые широко используются для ремонта и усиления строительных конструкций, применяются углеродные волокна. Данный способ является высокоэффективным. Он называется – усиление конструкций углепластиком, также
его называют, усиление углеволокном или углеродными волокнами.
Метод усиления конструкций углепластиками в настоящее время является самым «бережным» методом ремонта и восстановления строительных
конструкций. Он позволяет производить реконструкцию элементов в корот
Старший преподаватель кафедры «Строительство».
120
ДОСТИЖЕНИЯ ВУЗОВСКОЙ НАУКИ
кие сроки, является более экономичным, по сравнению с традиционными,
увеличивает срок службы конструкции.
Использовать углеродное волокно для внешнего армирования конструкций из железобетона, металла, дерева и других материалов стали не так
давно, примерно 40 лет назад. Технология усиления и восстановления несущей способности конструкций с использованием элементов внешнего
армирования из углеродного волокна применяется наряду с традиционными
технологиями и является частью работ по реконструкции и восстановлению
здания или сооружения.
Основными свойствами углеродного волокна, позволяющими говорить
о его уникальности, являются высокая прочность и стойкость ко всем агрессивным средам, растягивающие усилия, которые может выдержать ткань из
углеволокна очень существенны R = 1700…4800 МПа при модуле упругости Е = 70000…640000 МПа, на этих особенных свойствах и основан новый
метод усиления конструкций.
Очень широко в настоящее время современный способ с применением углеродного волокна применяется для восстановления эксплуатационных
свойств железобетонных конструкций. Нормы устанавливают требования к
проектированию восстановления и усиления железобетонных конструкций,
изготовляемых из тяжелого и мелкозернистого бетонов. В Своде правил «Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами» [2] обозначены положения о проектировании усиления конструкций из железобетона
путем устройства внешнего армирования композиционными материалами на
основе углеродных, арамидных и стеклянных волокон.
Применение углеволокна для усиления именно железобетонных конструкций обусловлено тем, что он является высокопрочным, линейно упругим
материалом, из которого изготавливают ткань. Ткани делаются из углеродных волокон, которые получают путем воздействия высокими температурами в инертной среде на органические волокна. В качестве элементов внешнего армирования ее применяют в виде лент и холстов. Требования к углеродным однонаправленным лентам приведены в технических условиях [3].
Прикрепляют элементы внешнего армирования к железобетонным конструкциям при помощи эпоксидного, эпоксиполиуретанового или полимерцементного клея. Они эффективно реагируют на приращение деформаций
конструкции, в них возникают большие приращения усилий. Технология
усиления конструкций композиционными материалами как заводского изготовления, так и создаваемыми непосредственно на строительном объекте из
тканей (лент, холстов) за счѐт пропитки и наклейки их специальными полимерными составами приведена в руководстве [4].
Достоинства систем внешнего армирования на основе углепластиков:
‒ элементы усиления имеют ничтожный вес по сравнению с привычными решениями по усилению стальными элементами;
Технические науки
121
‒ для монтажа систем высокопрочного усиления не требуется специальная грузоподъемная техника, все материалы легко перемещаются вручную в нужную точку конструкции;
‒ возможность производства работ в крайне стесненных и даже замкнутых условиях;
‒ возможность усиления конструкций находящихся далеко от транспортных путей куда невозможно или затруднительно доставить
стальные элементы усиления;
‒ возможность усиления конструкций работающих в агрессивных
средах;
‒ возможность усиления конструкций подверженных воздействию
жидких агрессивных сред, в том числе, возможность крепления систем усиления под водой;
‒ элементы усиления на основе композитных материалов не подвержены коррозии и воздействию агрессивных сред, кроме того они не
проводят электрический ток;
‒ работы по усилению возможно выполнить в кратчайшие сроки;
‒ высокопрочные системы усиления имеют ничтожный габарит, не
уменьшают строительную высоту перекрытия и не увеличивают
габариты усиливаемой конструкции.
Несмотря на огромное количество достоинств, к сожалению, такие системы усиления имеют и ряд недостатков:
‒ максимальная эксплуатационная температура системы высокопрочного усиления составляет от 60° до 150°С, что требует выполнения теплозащиты и огнезащиты таких конструкций усиления;
‒ достаточно высокие требования к прочности и подготовке поверхности усиливаемой железобетонной конструкции;
‒ для качественного и надежного выполнения работ по усилению с
помощью углепластиковых материалов требуются высококвалифицированные рабочие прошедшие специальную подготовку и имеющие достаточный опыт работы;
‒ целый ряд эстетико-психологических проблем – людям очень трудно поверить, что такая незначительная, казалось бы, углепластиковая лента, приклеенная к бетону, столь существенно увеличивает
несущую способность усиливаемой конструкции.
Основные требования к усиливаемой конструкции:
‒ максимальная эксплуатационная температура работы системы ВСУ
не должна превышать температуру стеклования полимерной матрицы и клея (ориентировочно 60-150°С);
‒ внешние ВСУ используются для продольного и поперечного армирования стержневых элементов, для создания армирующих усиляющих оболочек на колоннах и опорах мостов, эстакад, консолях
122
ДОСТИЖЕНИЯ ВУЗОВСКОЙ НАУКИ
колонн, для усиления плит, оболочек, элементов ферм и других
конструкций;
‒ рациональной степенью усиления с помощью системы ВСУ является диапазон 10-60 % от начальной несущей способности усиливаемой конструкции;
‒ система усиления ВСУ может применяться, если фактическая прочность на сжатие бетона конструкции составляет не менее 15 МПа.
Это ограничение не распространяется на усиление сжатых и внецентренно сжатых элементов горизонтальными обоймами, когда
важна только механическая связь обоймы с конструкциями;
‒ использование системы ВСУ не останавливает начавшиеся процессы коррозии арматурной стали в бетоне. Поэтому перед усилением
конструкции необходимо обработать бетонную поверхность мигрирующим ингибитором коррозии арматурной стали, а при отделении
защитного слоя – оголить арматуру и обработать еѐ грунтом-преобразователем ржавчины и затем восстановить защитный слой специальными полимерцементными ремонтными составами, обеспечивающими высокую адгезию к «старому» бетону, предотвращение
развития коррозии арматуры [4].
Система внешнего армирования углеродными лентами применяется для
ремонта и восстановления железобетонных конструкций, последствий разрушения бетона и коррозии арматуры железобетонных конструкций, подвергшимся действию агрессивной среды. Традиционный способ усиления
связан с большими трудозатратами, так как приходится производить вскрытие конструкции, устанавливать новую опалубку. Технология применения
внешнего армирования углеродными лентами снижает трудозатраты, позволяет проводить работы в срок от 1 до 3 недель, в зависимости от объемов.
Кроме того, позволяет увеличить несущую способность балок, перекрытий,
фундаментов и других конструктивных элементов в 2-4 раза, а межремонтный период до 30 лет.
В Стандарте организации [5] установлены общие требования к проведению работ, оборудованию, приспособлениям, инструменту и материалам,
используемым в технологическом процессе. Приведена последовательность
выполнения отдельных технологических операций, требования к технологическим режимам, методы контроля качества работ и материалов, а также
требования безопасности и охраны окружающей среды.
Технология выполнения работ по устройству внешнего армирования,
заключается в следующем: углеродная лента наносится в три слоя на монтажную смолу и, после застывания смолы, изначально мягкая на ощупь углеродная ткань становится жестким пластиком. Кроме того, монтажный клей
обладает хорошей адгезией, углеродные волокна буквально вдавливаются в
поверхность бетона.
Технические науки
123
Ленту укладывают на предварительно нанесенную монтажную смолу без
складок и излишнего натяжения. После укладки осуществляется прикатка ленты в обоих направлениях укладки волокон. Поскольку в процессе прикатки
происходит пропитка ленты, она должна осуществляться равномерно по всей
поверхности ленты. Не допускается наличие складок и отслоений. После пропитки лента должна быть слегка липкой на ощупь, но без явно видимого присутствия адгезива. Излишки смолы необходимо аккуратно удалить.
При усилении железобетонных конструкций с применением лент, анкеровка самой ленты производится при помощи закладных деталей, изготовляемых из стали или углехолста.
Применение углеродного волокна может дать вторую жизнь многим
ветхим зданиям.
Список литературы:
1. Козачек В.Г. Обследование и испытание зданий и сооружений: учебник для вузов / В.Г. Козачек [и др.]; Под ред. В.И. Римшина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2006. – 655 с.
2. Свод правил. Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами. Первая редакция. – М.: ОАО «НИЦ «Строительство» –
НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, ЗАО «Триада-Холдинг», 2012. – 61 с.
3. ТУ 1916-005-61664530-2011. Углеродные однонаправленные ленты
для систем внешнего армирования (СВА). Технические условия. – М.: ЗАО
«Препрег-СКМ», 2011. – 24 с.
4. Чернявский В.Л. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами / В.Л. Чернявский [и др.]. – М., 2006. – 60 с.
5. СТО 2236-002-2011. Стандарт организации. Система внешнего армирования из полимерных композитов FibARM для ремонта и усиления строительных конструкций. Общие требования. Технология устройства. – М.:
ЗАО «Препрег-СКМ», 2011. – 16 с.
ПРОБЛЕМЫ РАБОТЫ СТАНЦИИ НАХОДКА
ДВОСТ Ж.Д. С МЕСТНЫМИ ВАГОНАМИ
© Еременко Е.А., Широков А.П.
Дальневосточный государственный университет путей сообщения,
г. Хабаровск
В настоящее время, в период роста объемов перевозок и увеличения
числа угольных маршрутов, направленных на экспорт в страны АТР,
существует острая проблема в обеспечении эффективной работы стан
Студент кафедры Организации перевозок и безопасности на транспорте.