CC BY
108
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
THE USE OF COMPOSITE MATERIALS FOR STRENGTHENING OF CONCETE CONSTRUCTIONS
В статье освещены вопросы усиления внешним армированием композиционными данного метода усиления.
Я.Е. Григорьева
Y.Y. Grigoryeva
ГОУ ВПО МГСУ
изгибаемых железобетонных элементов материалами. Описаны преимущества
The article deals with the questions connected with strengthening of flexural concrete elements with externally-bonded FRP composites. The advantages of this method of strengthening are described here.
Повреждения железобетонных конструкций вызывают необходимость проведения ремонтных работ. В последнее время основными причинами таких повреждений являются ошибки в изготовлении строительных конструкций, нарушение требований норм при производстве строительно-монтажных работ, правил эксплуатации и условий технологии производства, ошибки при проектировании конструкций.
Также в процессе эксплуатации любые сооружения испытывают негативное воздействие окружающей среды. С течением времени это воздействие приводит к снижению не только эксплуатационных качеств, но и к уменьшению несущей способности отдельных элементов
В этом случае повреждения связаны с карбонизацией бетона, заражением его хлоридами, коррозией арматуры, что приводит к изменению физико-механических свойств железобетона, геометрических размеров конструкций, появлению раковин, трещин, отслоению защитного слоя.
Ремонт и усиление конструкций в настоящее время стали более актуальными проблемами и требуют значительных материальных затрат. При выполнении работ необходимо применять сложное и громоздкое оборудование и оснастку, а иногда и остановить производственный процесс. Часто требуется обеспечить надежную эксплуатацию уникальных, дорогих, исторически значимых конструкций, демонтаж и замена которых значительно дороже ремонта или вообще невозможна. Кроме того, возникают задачи обеспечения совместной работы укрепляющих элементов с основной конструкцией. Не менее важно - обеспечить защиту элементов от коррозии[3].
В последние годы в строительной практике достаточно часто используется метод усиления железобетонных элементов внешним армированием из углеволокна.
На сегодняшний день это самый «бережный» способ восстановления и повышения эксплуатационных характеристик конструкций.
1/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
История использования композиционных материалов насчитывает много веков, а представление о таких материалах заимствовано человеком у природы. Уже на ранних стадиях развития цивилизации для строительства использовался кирпич из глины, в которую замешивалась солома, придававшая повышенную прочность.
Основными компонентами композиционных материалов или FRP (Fiber Reinforced Polymers) являются полимерные смолы (чаще всего, полиэфирная, эпоксидная, винил эфирная и фенольная) и армирующие их волокна (углеродное, арамид-ное и стекловолокно). Назначение волокон - создание силового наполнения полимера, что позволяет получить высокопрочный материал, обладающий малым весом и высокой прочностью.
Рис. 1. Разновидности композиционных материалов: а- волокна, б - арматура
Композиционные материалы поставляются в виде листов, пластин, реек, тканей, мягких изоляционных материалов, решеток, а также стержневой и прядевой арматуры. Волоконная арматура, формирующая свойства материала, может быть расположена в одном, в двух направлениях или быть хаотично ориентированной [1].
Таблица 1
Физико-механические свойства некоторых типов угле-, стекло- и арамидных
волокон
Материал Модуль упругости, Е, (ГПа) Прочность при растяжении, Rt (МПа) Предельное удлинение, 8 (%) Плотность, р, (кг/м3)
Углерод (ВП)1 200 - 250 3400 - 3900 1,5-2,5 1750-1950
Углерод (ВМ) 300 - 700 2900 - 4000 0,45-1,2 1750-1950
Арамид (ВП) 75 3500 4,6 1400
Арамид (ВМ) 110 2900 1,5-2,4 1400
Стекло (тип Е)2 72-77 3400 - 3700 3,3-4,8 2600
Стекло (тип С)3 75-88 4300 - 4900 4,2-5,4 2500
Стекло (тип А)4 21-74 3000 - 3500 2,0-4,3 2700
1 ВМ - высокомодульный, ВП - высокопрочный; 2 Универсальное;3 Высокопрочное; 4 Щелочестойкое
Физико-механические свойства композиционных материалов (Табл. 1) определяются типом и количеством применяемых волокон, их ориентацией и распространени-
ем в поперечном сеченнн ленты, а также объемным соотношением волокон и отвер-ждающего полимера в композите[2].
Технология усиления внешним армированием из углеволокон такова: на отремонтированную поверхность в качестве клея наносится эпоксидный компаунд, приклеивается один или несколько слоев лент (углеродных, арамидных, стеклоткани). Выбор типа композиционного материала для усиления определяется условиями эксплуатации и назначением усиливаемой конструкции[4].
Усиление при Иэгибо
Рис. 2. Схема усиления изгибаемых элементов
В зависимости от вида лент и количества слоев несущая способность конструкции может быть значительно увеличена (Рис. 2). Эффективность данного метода чрезвычайно высока.
Технология усиления достаточно проста, не требует сложного оборудования и оснастки, не имеет размерных ограничений и, что особенно важно, во многих случаях может быть выполнена без перерыва в эксплуатации объекта.
На практике метод усиления конструкций композиционными материалами на основе углеволокон зарекомендовал себя как более конкурентоспособный, нежели традиционные методы:
1) малая масса и плотность обеспечивают лёгкость транспортировки и обработки материала;
2) применение углеволоконных материалов не требует тяжелых вспомогательных приспособлений;
3) холсты способны легко повторять любые формы конструкции;
4) для приклеивания углеволоконных материалов достаточно лишь прижать их рукой.
В России применение углеродного волокна в строительстве в настоящее время не нашло такого широкого применения как в Японии, Европе ввиду отсутствия нормативной и расчетной базы. Проектирование конструкций из композиционных материалов требует специальных методов расчетов, проектирования, и здесь нет типовых решений. В каждом конкретном случае используются разные виды материалов и разные способы их применения.
Долгое время в нашей стране использовали только зарубежные материалы фирм Sika, Basf, Mapei, что значительно влияло на удорожание технологии.
Но известно, что при наличии потребителя формируются и новые отрасли, направления инновационного развития страны. Не так давно о себе заявили российские производители композиционных материалов.
1/2011 ВЕСТНИК
J/201j_мгсу
Рис. 3. Выполнение работ по усилению перекрытия
В целом опыт освоения технологии восстановления и усиления железобетонных конструкций с использованием композиционных материалов свидетельствует о перспективности этого направления. По мере расширения номенклатуры зарубежных и отечественных углеродных тканей и эпоксидных компаундов, отвечающих особенностям строительного производства, возможностей для применения этой технологии станет больше.
Литература
1. Материалы холдинговой компании «Композит», в рамках выставки Mosbuild 2010
2. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами
3. Чернявский В.Л. Усиление железобетонных и кирпичных конструкций композитными материалами// УДК 30.19.53/67.11.33/67.13.51
4. Шилин А.А. и др. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами..М., «Стройиздат», 2007
The literature
1. Materials of holding company «Composite» within the bounds of the Exhibition Mosbuild 2010
2. Guide on strengthening of concrete constructions with composite materials
3. Chernyavsky V.L. Strengthening of concrete and brick constructions with composite materials
4. Shilin A.A. and others. External bonding of concrete structures with composite materials. M. Stroiizdat", 2007
Ключевые слова: волокно, композиционные материалы, усиление, несущая способность, внешнее армирование.
Keywords: fiber, Fiber Reinforced Polymers, strengthening, bearing capacity, external bonding.
E-mail автора: [email protected]
Рецензент: Г. А.Павлова, директор энергетического управления ООО «ВЕЛД», кандидат технических наук
