Армирование балок углеволокном

7
0
Сергей Эксперт. Более 12 лет
Ваша скидка: 5%

Заполните несколько простых вопросов чтобы подобрать себе правильную гидроизоляцию:

1 Выбрать вариант:
Содержание статьи

1. Углеволокно и его свойства
2. Балки
3. Приготовление компонентов
4. Каким требованиям должна отвечать эффективная технология армирования балок?
5. В каких ситуациях необходимо осуществление внешнего армирования?
6. Этапы усиления
6.1 Начало
6.2 Шлифовка
6.3 Подготовка компонентов
6.4 Монтаж
7. Какие материалы лучше всего использовать?

В современном мире, любая строительная конструкция не обходится без внедрения новых технологий. И уже сегодня материалы, ранее используемые только в наукоемких производствах, таких как ракетостроение, широко применяются в строительной сфере, формируя архитектуру будущего.

Одной из самых важных проблем, с которой сталкивается строительство – это предотвращение разрушения зданий и других архитектурных построек. Каждое строение находится под влиянием сильных нагрузок, резких перепадов температуры и других климатических факторов, которые разрушают здания.

В результате, со временем, на строениях начинают появляться трещины и отслаивается защитный слой. В связи с этим, неотъемлемым этапом строительства стало армирование несущих конструкций, призванное предотвратить их преждевременное разрушение.

Углеволокно и его свойства

В отличие традиционных способов усиления несущих строительных конструкций, усиление углепластиками не увеличивает сечение усиливаемых 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.

Углеродное волокно – это материал искусственного происхождения. В его структуре находятся тонкие нити, диаметр которых составляет от 3 до 15 микрон. Эти нити объединены в кристаллы, которые придают материалу невероятною прочность и упругость.

По многим характеристикам углеродное волокно превосходит другие популярные строительные материалы:

  1. Оно крепче и тверже.
  2. Имеет термостойкость.
  3. Имеет устойчивость к ударам и химической внешней среде.
  4. Время службы практически неограниченно.
  5. Наносится в несколько слоев, при необходимости.
  6. При строительстве не требуется прекращение работы всего здания.
  7. Вес материала намного меньше других.

Еще один плюс материалы – это его инновационность, это изобретение нашего века. Давно используется в авиа- и ракетостроении, а с конца прошлого столетия и в строительстве.

Но следует помнить, что углеволокно – это такой же материал, как и бетон или дерево, оно не является конечным изделием. В большей степени – это основа для других материалов.

Балки 

Балкой (ребром, прогоном) называется линейный, как правило, изгибаемый элемент,
применяемый в конструкциях зданий и сооружений отдельно или в составе перекрытий, подпорных стен, фундаментов и других конструкций. Балки могут опираться свободно или с защемлением на две или несколько опор. В связи с этим, по числу пролетов и характеру опирания, различают балки:

  • однопролетные, свободно лежащие;
  • однопролетные, защемленные на одной или на обеих опорах;
  • многопролетные неразрезные;
  • консольные.

По формам поперечного сечения балки, как правило, могут быть прямоугольные, тавровые (с полкой сверху или снизу) и двутавровые. Рекомендуется монолитные балки конструировать прямоугольного поперечного сечения, а сборные – таврового или двутаврового.

Минимальная толщина защитного слоя бетона для арматуры балок, находящихся в обычных условиях эксплуатации (отсутствие агрессивных воздействий), должна удовлетворять требованиям пп. 3.3, 3.4, 3.5 и 3.6.

Концы продольных рабочих стержней арматуры, не привариваемых к анкерующим деталям, должны отстоять от торца балки на расстоянии не менее:

  • 10 мм – для сборных балок длиной до 9 м включительно;
  • 15 мм – для монолитных балок длиной до 6 м включительно, при диаметре стержней арматуры до 40 мм включительно;
  • 20 мм – для монолитных балок длиной более 6 м, при диаметре стержней арматуры до 40 мм включительно.

Армирование опор главных балок монолитных перекрытий сварной арматурой рекомендуется выполнять специальными вертикальными сетками.

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 другую (для этого емкость присылается только на половину наполненной (полупустым)) и получить готовый адгезивный состав.

Строительный 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 22С, поэтому объем приготовляемого адгезива не должен превышать физических возможностей его выработки.

Каким требованиям должна отвечать эффективная технология армирования балок?

Для того чтобы строительная работа проводилась в точном порядке и по своду, технология армирования должна гарантировать выполнение ряда условий:

  1. Влажность конструкции не должна останавливать монтаж армирующих конструкций.
  2. Любые элементы должны крепко приклеиваться к строительным материалам, благодаря чему будет проведена эффективная работа над переносом усилий.
  3. Все используемые материалы должны быть качественными.
  4. В связи с тем, что армированию подлежат конструкции из различных материалов, модуль упругости и прочность армирующих элементов должны быть представлены достаточно широкой линейкой.

В каких ситуациях необходимо осуществление внешнего армирования?

На сегодняшний день, углеродное волокно можно использовать для армирования конструкций из различных материалов:

  • железобетонных построек;
  • металлических конструкций;
  • каменных конструкций.

Необходимо осуществление внешнего армирования. Оно происходит в следующих случаях:

  1. Если конструкция повреждена, что стало причиной снижения несущей способности.
  2. Если изменились условия, при которых здание было построено.
  3. Если балки на протяжении долгого времени подвергались механическим факторам или агрессивной внешней среде.

Какие ошибки может решить усиление:

  1. Устранить строительные ошибки.
  2. Увеличить несущую способность.
  3. Убрать коррозию.
  4. Продлить работоспособность здания.

Система внешнего армирования применяется при восстановлении не только балок, но и плит перекрытий, колонн, фундаментов, каркасов.

Этапы усиления

Начало

Прежде всего, подготавливается поверхность и выбирается материал. 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).

Шлифовка

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.

Подготовка компонентов

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.

Монтаж

Монтаж работы с использованием углеродной ленты можно производить несколькими методами (мокрым или сухим). Разница между ними не столь большая, в мокром методе, прежде всего поверхность протирается адгезивом, после этого приклеивается лента. В сухом – сначала приклеивается лента, после чего она пропитывается адгезивом.

В случае работы с ламели, адгезив наносится, как на поверхность здания, так и на сам материал. Таким образом, он пропитывается с двух сторон.

Углеродная сетка наносится только на влажную поверхность.

Армирование балок с использованием углеродного волокна – один из самых эффективных методов по усилению конструкции. Таким образом, повышаются несущие способности конструкции.

Какие материалы лучше всего использовать?

Для того чтобы работа проводилась не зря и ее итог обрадовал каждого, необходимо подумать и о качественном материале. Сейчас углеродное волокно и связующий клей можно купить практически в любом строительном магазине.

Одними из лучших считаются:

  1. Sika CarboDur S – однонаправленный материал из волокон на основе углерода для использования «сухим» методом. Обладает такими преимуществами: увеличением сейсмостойкости стенок из кирпича; компенсацией растерянной стальных элементов; повышением несущей возможности, а также гибкости колонн; улучшением несущей возможности систем; изменением смещений, стимулированных сейсмическими влияниями; улучшением рабочей прочности.
  2. Sika CarboDur M – это изготовленные способом пултрузии холсты из армированного полимера на основе волокон из углерода (CFRP), используемые для улучшения бетонных, деревянных, кирпичных, стальных элементов. Обладают такими преимуществами: повышением несущей возможности плит перекрытия, балок, пролётных построек мостов; монтажом нелегкого оснащения; самой высокой прочностью на растяжение; длиной, которая не имеет границ, не требует швов соединения; маленькой толщиной, простотой устройства пересечений; легко перевозится (рулоны); проведением комплексных испытаний и получением разрешительных документов на применение во многих странах мира.
  3. Sikadur–300 – двухкомпонентная смола, в состав которой не входят растворители. Обладает такими свойствами: используется для работы как вручную, так и механизированным способом; хорошо сцепляется с множеством поверхностей; неограниченные механические свойства; долгое время службы; не содержит растворителей.
  4. Sikadur–330 – двухкомпонентная тиксотропная смесь смолы и клея. Обладает такими особенностями: просто перемешивается и работает с помощью шпателя либо валика; используется для работы пропитки вручную; комфортена при нанесении в отвесные и потолочные плоскости; превосходное сцепление с большинством поверхностей; большие механические качества; не требует единичной грунтовки; не включает растворителей.
  5. Sikadur–30 – тиксотропный клей на основе двух компонентов комбинации эпоксидных смол и специальных наполнителей, применяется при нормальных температурах от +8 оC до +35 оC. Обладает такими свойствами: просто смешивается и наноситься; непроницаемый для воды в жидком и парообразном состоянии; значительная устойчивость к ударам и шлифующему сносу; твердеет в отсутствии усадки; значительная первоначальная также окончательная механическая надежность.
  6. Sikadur–31 CF Normal – это влагостойкий, клей на основе двух компонентов: смолы и специальных строительных элементов. Используется для работы при температурах от +15 оС до +35 оС. Обладает такими особенностями: элементы различного цвета (позволяет контролировать процесс); намерено не потребует грунтования; значительная первоначальная и окончательная надежность; непроницаем для жидкостей и водяного пара; хорошая стойкость при химических работах.
  7. Эпоксидный клей CWrap Polimer 530. Срок годности смеси 45 мин при 20Ст. Вязкость смеси ~100 000 сантипуаз. Температура стеклования ~68 оС. Предел прочности при растяжении 68 МПа. Модуль упругости при растяжении 3,3 ГПа. Предел прочности при сжатии 76,4 МПа. Модуль упругости при сжатии 3 ГПа. Предел прочности при изгибе 82,7 МПа. Модуль упругости при изгибе 3,1 ГПа. Время открытой выдержки (полной полимеризации) при t=25 оC 36 часов. Удлинение не более 5 %. Адгезия к бетону разрушение бетона через одни сутки после нанесения. Срок хранения 1 год.
Частые вопросы
Какие могут быть методы по усилению?

Основные методы усиления это:

  1. Армирование – используется стальная и композитная арматура, сварные сетки и различный металлопрокат: швеллеры, уголки, двутавр. Другие, или же дополнительные, элементы усиления монтируются с внешней стороны. Таким образом создается внешний армопояс. Также дополнительные элементы могут встраиваться в несущие конструкции, такими являются стены, колонны, балки.
  2. Торкретирование – этот метод является самым молодым, используется он, в сравнение с другими, недавно, на сегодняшний день является самым доступным по расходам. Метод позволяется в короткие сроки обрабатывать большие поверхности.
  3. Гидроизоляция – последний метод усиления применяется в защите фундаментов, подвалов и цокольных этажей.

На данный момент существует всего 3 основных способа усиления конструкций:

  1. Традиционные, или же стандартные.
  2. Инновационные, или технологичные.
  3. Комбинированные.
Зачем необходимо армирование несущих конструкций?

Армирование несущих конструкций происходит нескольких случаях. Армирование нужно проводить если конструкция была повреждена, так как это стало изначально причиной снижения несущей способности. Также необходимо проведение данных работ, если изменились условия, при которых здание было построено. Армирование нужно, если балки на протяжении длительного времени были подвержены механическим факторам или агрессивной окружающей среде.

Зачем усиливать балки?

Балки необходимо усилить, если балочная конструкция находится в плохом состоянии. Такое может случиться, если древесина была повреждена. Обычно это происходит из-за повышенной влажности, перепадов температуры, деятельности различных вредителей и растрескивания. Также балки необходимо усилить из-за снижения несущей способности. Такое может произойти под собственным весом, постоянных и переменных нагрузок, из-за чего балки перекрытия начинают прогибаться. Также балки требует усиления из-за необходимости увеличения несущей способности. Это может быть связано, к примеру, с перестройкой чердака под жилое помещение. Данная перестройка приводит к увеличению нагрузки , что обязательно требует изменения сечения установленных деревянных балок.

Каким путем осуществляется армирование балки композитами?

На балку наклеивается углеволокно в несколько слоев. Слои углепластика, которые прикрепляются, должны прикладываться к поверхности балки друг на друга и по всей её длине. Края наклеенных полос необходимо перекрыть поперечными слоями. Наклеивать армирующие компоненты необходимо до тех пор, пока усиленная балка не обретет достаточную жёсткость для противостояния нагрузок. Монтаж нужно проводить с применением эпоксидного клея. После того как слой застынет, по прочности он не будет уступать даже металлу.

Каким требованиям должна отвечать эффективная технология армирования?

Естественная влажность конструкции не должна препятствовать монтажу армирующих элементов. Кждый элемент армирования должен быть крепко приклеен к каждому строительному материалу. Благодаря этому передача усилий с усиливаемой конструкции на армирующие элементы будет максимально эффективной. Все материалы, которые используются для армирования, должны характеризоваться свойствами стабильными во времени. Так как армированию подлежат конструкции из многих материалов, модуль упругости и прочность армирующих элементов должны быть представлены достаточно широко.

Что такое конструкция?

Конструкция (от лат. constructio) — составление, построение. Конструкция — строение, устройство, взаимное расположение частей какого-либо предмета. Конструкция — сложный объект, составленный из различных частей.

Конструкции из каких материалов можно армировать с помощью углеволокна?

Армировать с помощью углеволокна можно конструкции из железобетонных построек, металлических и каменных конструкций. К железобетонным постройкам относятся мосты, гидротехнические сооружения и памятники архитектуры, нуждающиеся в защите от коррозии, перегрузок, а также в усилении сжатых элементов. С данной функцией отлично справляется углеродное волокно. Металлические конструкции имеют близкий к углеволокну модуль прочности и упругости. К каменным конструкциям относятся каменные столбы, а также стены кирпичных домов и пилонов.

Какой первый шаг работы с армированием?

Подготовка поверхности и выбор материала. К данному этапу следует ответственно подойти, так как от качества материала очень многое зависит. В первую очередь нужно найти те участки, которые находятся под большим напряжением — с ними и будет проходить дальнейшая работа. Такие места необходимо отметить и начать подготовку конструкции. Затем зону нужно тщательно очистить от прежней отделки, краски, грязи и прочего. Чтобы это осуществить, необходимо воспользоваться специальным шлифовальным оборудованием.

Какие правила необходимо соблюдать во время шлифовки?

Процесс шлифовки является очень важным моментом перед началом усиления конструкции. От этого этапа зависит вся дальнейшая работа. Шлифовку необходимо проводить по строгой точной технологии, обязательно соблюдая все правила. В процессе работы нельзя допускать того, чтобы попадала влага. Завершением данного этапа является тщательная очистка поверхности от грязи и пыли. Профессионалы легко справятся с данной частью, так имеют большой опыт и знания в данной сфере.

Каким способом лучше всего проводить монтаж работы?

Если монтаж работы проводится с углеродной лентой, тогда его можно осуществлять несколькими способами — мокрым или сухим. Данные способы не сильно отличаются друг от друга: если в мокром методе первоначально поверхность необходимо протереть адгезивом, а после чего приклеить ленту, то в сухом — сначала приклеить ленту, после чего она пропитается адгезивом. Если работа проводится с ламелью из углеродного волокна — то адгезив необходимо наносить на поверхность здания, а также на сам материал. Благодаря этому материал пропитается с обеих сторон. Углеродная сетка наносится лишь на влажную поверхность.

Какие проблемы решает процедура усиления?

Усиление углеродного окном решает множество проблем. Процедура усиления устраняет строительные ошибки, увеличивает несущую способность, убирает коррозии, а также продлевает работоспособность здания. Систему внешнего армирования можно применять при восстановлении не только балок, но и плит перекрытий, колонн, фундаментов, каркасов.

Что влияет на прочность балок?

Прочность балок может меняться из-за множества факторов. На них воздействует техногенность, климатические или сейсмические условия. Также прочность может изменяться из-за динамических и вибрационных нагрузок; из-за перепрофилирования объекта, изменения планировки или превышения расчетной нагрузки в результате увеличения веса. Такое, например, может произойти из-за установки нового оборудования на пол перекрытия. Также на прочность влияет длительное воздействие влаги либо резкие изменения температуры.

Почему углеволокно стало широко распространено?

Армирование балок с помощью углеродного волокна является одним из самых эффективных методов по усилению конструкций. Преимущество такого метода в том, что с ним можно легко повысить несущую способность конструкций и значительно увеличить их срок службы. Углеродные волокна соблюдают все требования, необходимые для качественного и долговечного усиления конструкций. Они продемонстрировали самое лучшее соотношение цена/качество, поэтому стали очень распространены.

Какой принцип действия усиления с помощью углеродных холстов и ламинатов?

Сопротивление на разрыв основной нити из углеродного волокна в 10 раз прочнее, чем стальная проволока с таким же диаметром. Усиление балок проводится по схеме, которая построена из свойств тканого углеволокна. Полотно клеится на нижнюю поверхность балки. Усиливающий слой углеродного волокна в направлении основной нити воспринимает изгибающее усилие, разгружая бетонное тело и арматуру балки. Место, где находится поперечная загрузка рядом с вертикальной опорой устанавливают П или V-образные хомуты на продольное полотно, чтобы они перераспределяли поперечную нагрузку и выступали анкерами для продольного усиливающего полотна или ленты. Заведение полотна с двунаправленным плетением на боковые поверхности ощутимо увеличивает несущую способность конструкции.

Оставить отзыв
Ваша оценка: