Технологии усиления колонн

Колонна – это вертикальная строительная конструкция, может быть монолитной, железобетонной или кирпичной. Основное ее предназначение – это поддержка, благодаря чему происходит равное распределение нагрузки на всё здание.

От состояния колонн зависит их способность поддерживать необходимые усилия и устойчивость всего построения.

В отличие от 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.

Основные причины усиления колонн

Каждый элемент любого архитектурного построения рано или поздно потребует ремонтных работ, в том числе и усиления. Проводятся такие работы только в крайних случаях, которыми могут стать:

• деформация элемента, механические повреждения;
• разрушение материала (бетона и арматуры) из–за агрессивной окружающей среды;
• коррозия арматуры (разрушение);
• в случаях, когда увеличиваются нагрузки на элементы;
• исправление ошибок;
• нарушение технологии при работе;
• несоответствие фактических свойств материалов.

Прежде, чем в здание будет происходить усиление колонн. Их осматривают специалисты, они решают какие материалы лучше всего использовать, уточняют сроки за которые будет проведена работа и дают советы.

Чем углеволокно лучше других материалов?

Использование углеродного волокна в строительстве достаточно новый метод. В России он используется с 1998 года. За столь короткое время углеволокно смогло доказать, что является одним из самых эффективных материалов и практически не заменимо.

Оно обладает такими свойствами как:

• термостойкость;
• устойчивость к ударам и химической внешней среде;
• время службы практически неограниченно;
• наносится в несколько слоев, при необходимости;
• при строительстве, не требуется прекращение работы всего здания;
• вес материала;
• прочность материала.

По техническим свойствам, даже по твердости, углеродное волокно раза в 3 превосходит металл (до недавних пор самый прочный материал в строительстве). Используется углеволокно в таких сферах, как промышленность, строительство, реже в аэрокосмической сфере.

Одним из ключевых плюсов использования углеродного волокна является доступность, скорость и простота реализации (технология работы представляет из себя наклеивание материала на подготовленную поверхность).

По многим параметрам, углеродные волокна превосходят другие материалы в несколько раз. Но, несмотря на это, материал требует внимательного ухода и имеет ряд недостатков:

• цена (работа с этим материалом немного дороже, чем со сталью);
• время работы (в одном помещение не превышает недели, но по сравнению с работой другими материалами она выходит дольше).

Преимущества использования материалов

Ремонтные работы старых зданий, а также строительство новых, при условии использования углеволоконных материалов, углепластика или фибробетонов, возможно существенное сокращение расходов, срока их выполнения.

К преимуществам использования этих материалов относится:

• отсутствие необходимости привлекать тяжеловесную технику для работ, так как материалы легкие;
• с применением технологии внешнего армирования время, за которое выполняется усиление бетона углеволокном, сокращается до 10 раз;
• конструкция приобретает способность выдерживать нагрузки, которые в 4 раза превышают допустимый уровень для других материалов;
• конструкция не становится тяжелее;
• материал не подвергается коррозийным изменениям;
• если при проектировании, а также предварительных строительных работах, были допущены ошибки, их вполне можно исправить;
• новые материалы прослужат не менее 75 лет.

Усиление углеволокном проводится быстро и является очень эффективной технологией. При повреждении несущих конструкций усиление углепластиком или углеволокном незаменимо, так как оно помогает существенно уменьшить последствия повреждений, не только вернуть несущие способности конструкции, но и повысить их. В дальнейшем железобетон будет защищен от влияния влаги и возникновения коррозии арматуры. А также от большинства возможных механических повреждений.

Усиление несущих конструкций рационализирует строительство. Но доверить любые работы в этой сфере можно только профессионалам. Ведь огромное значение в достижении необходимого результата имеет технология.

Усиление композитами становится все более распространенной и часто применяемой технологией, поэтому и технология производства отдельных композиционных материалов и систем внешнего армирования – это та ниша, попасть в которую стремится все больше предприятий. Но только при условии технически грамотного подхода и отказа от чрезмерной экономии на материально–технической базе возможно создание конкурентоспособного материала.

Что усиливает углеволокно?

Усиление железобетонных колонн углеволокном позволяет улучшить такие показатели конструкции:

• несущие способности;
• устойчивость колонн к внешней среде;
• уровень допустимой нагрузки.

Преимуществами такого способа укрепления колонн являются следующие особенности материала:

• углеродное волокно не меняет вес колонн и не деформирует их;
• нет необходимости использовать тяжелую технику при работе;
• усиление с помощью углеволокна позволяет восстановить несущую способность колонны на 90 %.

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 ^оС, поэтому объем приготовляемого адгезива не должен превышать физических возможностей его выработки.

МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ И МАТЕРИАЛЫ

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 позволяет в короткие сроки обрабатывать большие поверхности.
3. Гидроизоляция – последний метод усиления, применяется в защите фундаментов, подвалов и цокольных этажей.

Сколько стоит проведение такой работы?

Точную цену могут сказать только специалисты, следует помнить, что в разных городах России стоимость будет отличаться.

В таблице приведены примерные цены.

Не стоит забывать и о том, что снижение затрат ресурсов при выполнении усиления конструкций углепластиком или углеволокном приводит к существенной экономии. Причем качество работ не страдает, а оказывается только лучше, чем при использовании устаревших технологий усиления.

Процесс работы

Прежде всего, происходит обследование помещения. Находятся наиболее тяжелые колонны, закупается нужный материал и подготавливается поверхность.

Различают несколько видов работ, которые направлены на усиление колонн:

1. По вертикали – делается фаска на углах или опора на скругление.
2. По горизонтали – укладка по высоте объекта двунаправленных или однонаправленных.
3. Обвязка оголовка конструкции под углом в 45° или 90° в направлении действия.
4. Комбинирование нескольких методов.

Подготовка поверхности 

Выбранные 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 завершении этого этапа происходит очистка поверхности от грязи и пыли.

Определяется состояние поверхности и ее готовность к нанесению, проверяются такие факторы как:

• гладкость поверхности и ее чистота;
• стабильная температура;
• монолитность;
• влажность.

Подготовка материала

После того, как поверхность готова к работе, с завода забирается материал, выбирается отдельная зона в помещение, куда меньше всего попадает грязь и пыль, стелется полиэтиленовая пленка, куда и укладывается материал.

В процессе необходимо внимательно следить за состоянием материала, он не должен быть бракованным.

Заранее отмеривается нужная длина и отрезается.

Усиление колонн

Работа может проходить двумя способами «сухим» или «мокрым». Каждый из способов предполагает обработку материала специальным связующим – адгезивом. Различаются они лишь последовательностью использования адгезива, в первом случае он наносится на материал, во втором случае на поверхность строения, а на него материал.

Углеродное волокно слоями накладывается на поверхность, за одну смену (день) можно нанести не более двух слоев, в ином случае они не успеют просохнуть и работа будет с браком. Каждый слой материала прокатывается валиком, он должен полностью просохнуть и затвердеть, после этого накладывается новый. Также могут потребоваться и другие мероприятия для работы. К ним относится ликвидация неисправностей и брака с помощью инъектирования либо склеивания отдельных элементов. В общем, все, что необходимо для реконструкции целостности строения.

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.

На 2020 год углеволокно для усиления конструкций и зданий является самым надежным методом в строительстве. Большинство строительных компаний уже остановили свой выбор именно на этом материале, посчитав его достойным быть первым. Углеродное волокно практически незаменимо в усилении архитектурных зданий и старинных постройках. В отличие от других, более старых методов, этот – 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.