Укрепление строительных конструкций

Гранулы вторичного каучука все чаще применяются в качестве звукопоглощающей основы в двустенных перегородках..

Новые исследования показывают, что этот материал способен иметь характеристики шумопоглощения, подобные свойствам ваты на минеральной основе. Это повышает возможности его применения и делает его привлекательным для производителей звуковых экранов..

Главная причина усиления конструкция из железобетона практически всегда это изменение его первоначального назначения или ухудшение параметров материалов, из которых он был сделан — по большей части, бетона..

Можно отметить два типа мер по улучшению состояния. объекты строительства:

  • первый укрепление конструкции. Это операции, заключающиеся в увеличении несущей способности элементов конструкции, чтобы она могла переносить нагрузки большие, чем возможные на шаге проектирования..
  • второй — ремонт объекта, под которым понимаются все действия, которые направлены на восстановление разрушенных или повреждённых элементов конструкции до состояния, способного держать расчетные нагрузки..

Необходимость улучшения состояния конструкции в большинстве случаев вызывается одновременным действием определенных факторов. Самые популярные:

  • ошибки проектирования и реализации,
  • повреждение от механических факторов конструкции (столкновение с автомобилем),
  • необходимость ограничения деформации,
  • увеличение полезной нагрузки,
  • старение материалов и их коррозия,
  • необходимость уменьшения ширины трещины,
  • изменения статической схемы (снятие опор).

Система FRP

Армирование строительных конструкций теперь можно поделить на системы усиления FRP и FRCM. Оба метода обсуждаются в статье. Приведены свойства армирующих систем, содержащих углеродные волокна и волокна ПБО. Приведены данные исследований армированных образцов..

Армирование строительных конструкций на данный момент можно поделить на системы FRP и FRCM. В статье обсуждаются два этих метода. Продемонстрированы свойства армирующих систем, содержащих углеродные волокна и волокна PBO. Результаты испытаний также указаны для армированных образцов..

Один из методов укрепления армированные конструкции есть приложение материалы на композитной основе.

Применение материалов FRP настало в 1950-х годах. В течение следующих десятилетий качество материалов и автоматизация методов их изготовления существенно улучшились..

В объем усиления входят: маты, ленты, натяжные детали и тросы из полимерной матрицы, армированной углеродными, арамидными или стеклянными волокнами..

Данные материалы отличаются непревзойдённой прочностью на разрыв, большим отношением прочности к массе, большой стойкостью к динамическим нагрузкам и, если сравнивать со сталью, ощутимой стойкостью к коррозии. Имеют линейные характеристики упругой деформации, аж до предельной нагрузки..

Материалы FRP закрепляются термореактивной смолой. Они применяются для увеличения сопротивления балок сдвигу и изгибу, а еще для создания трехмерного напряженного состояния в колоннах..

  • монолитно бетонный компонент с подготовленной и запыленной поверхностью,
  • грунтовка,
  • эпоксидный наполнитель (для устранения неровностей и пустых мест),
  • первый слой смолы,
  • компонент армирующего волокна,
  • еще один слой смолы (в случае матов из углепластика),
  • слой защиты.

Для эффектной передачи сил на Система FRP основа должна быть достаточно шероховатым. Такого результата можно достигнуть при помощи пескоструйной обработки или придания шероховатости..

По данным технических разрешений и каталожных карточек, смола может применяться при температуре от –40 ° C до + 50 ° C. Уже при температуре примерно + 30 ° C начинается разложение смолы на эпоксидной основе, и становится невозможно предсказать состояние деформации элементов..

Необходимо отметить, впрочем, что это не температура отслоения композитного стеклокомпозита от бетона. Происходит снижение несущей способности элементов, что поясняется пластифицированием смолы на эпоксидной основе и ослаблением связи между бетоном и армирующим элементом..

Стойкость связующего к очень высокой температуре считается аргументом, определяющим результативность данной системы. Подобная чувствительность системы была выделена при испытаниях при низкой температуре..

КАК АРМИРОВАТЬ УГЛЫ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

Было найдено, что подъемность груза компрессионных элементов армированного стеклокомпозита уменьшается при снижении температуры до конкретного очень маленького значения, а потом становится больше при будущем снижении температуры..

токсичные соединения, которые выделяются во время пожара, считаются еще одной проблемой систем FRP..

Система FRCM

Минусы систем FRP были уменьшены в системах FRCM (Цементная матрица, армированная волокном), который состоит из сеток, залитых минеральным раствором и применяемых для укрепления кирпичных и конструкций из бетона..

Система FRCM состоит из 2-ух элементов: сетки из ортогонально расположенных волокон и минерального раствора, составляющего матрицу материала на основе композита и в это же время обеспечивающего соединение материала на основе композита (РЫСЬ. 2).

Усиление конструкций при помощи углеродных лент

Применение минерального раствора в системах FRCM в качестве матрицы, объединяющей арматуру волокна со структурным элементом, имеет такие плюсы перед системами FRP с применением эпоксидных или полиэфирных смол:

  • стойкость к большим температурам похожа прочности основания,
  • можно наносить на влажную основу (системы FRP в большинстве случаев можно наносить, когда основание сухое, потому как полиэфирные и смолы на эпоксидной основе не отверждаются в наличии воды; такое требование не потребуется для систем FRCM),
  • не тяжелое нанесение даже на неровные и неровные поверхности (слой минерального раствора выравнивает неровности основания, по этой причине нет необходимости заранее смягчать основание, как в случае с системами FRP),
  • легкость изготовления (материал перемешивается с водой, и получившийся раствор наноситься как обыкновенный раствор, потом в него заделывается (заделывается) сетка),
  • применимость,
  • нет важных отличий в применении системы в температурном диапазоне от + 5 ° C до + 40 ° C (в системах FRP, из-за применения искусственных смол, диапазон температур ограниченный),
  • очень высокая безопасность системы (в отличии от систем FRP с использованием смол, при нанесении раствора достаточно следовать традиционным руководствам по использованию минеральных растворов),
  • инструменты, применимые для нанесения, можно мыть водой,
  • апатия к внешней среде,
  • не препятствуя диффузии пара перегретого.

Механизм разрушения также важен для конструкционной безопасности — в системе FRCM разрушение не происходит неожиданно (ФОТО 1–2).

Образец на ФОТО 1 уничтожен неожиданно, без признаков предварительного разрушения. В образце, показанном на ФОТО 2 бетон разрушен, но форма разрушения абсолютно иная. Разрушение случалось неторопливо, матрица с волокном (в таком случае волокна PBO) деформировалась (была целой) и удерживала раздробленные части бетона в середине арматуры..

Подобный механизм разрушения как правило позволяет своевременно заметить потенциальные угрозы (деформацию конструкции) до окончательного разрушения армированных элементов и предпринять какие-нибудь корректирующие либо даже эвакуационные меры..

Сравнение выполнено в пользу системы FRCM с точки зрения теплового сопротивления и безопасности разрушающейся конструкции..

Система с сеткой из углеродного волокна

Одна из систем FRCM собой представляет систему, которая состоит из сетки из углеродного волокна в качестве арматуры и минерального раствора, объединяющего сетку с кирпичным основанием (ФОТО 3).

  • структурное усиление конструкций из камня,
  • увеличение стойкости стеновой кладки к сейсмическим или паразитарным нагрузкам (к примеру, повреждения при горных работах).

Армирование системой FRCM сеткой из углеродного волокна дает возможность повысить несущую способность конструкции из камня за счёт распределения растягивающих стрессов на приличной площади. Более того, часть нагрузки воспринимается арматурой благодаря эффективному комбинированию арматуры из минерального раствора с одним или 2-мя заделанными в него слоями углепластика с поверхностью армированной конструкции из камня..

Были проведены проверки обсуждаемой системы, в ходе которых определили значения разрывной нагрузки и появляющихся одновременно касательных стрессов для самых разных комбинаций арматуры..

Проверки проводились по тесту DCT (с. Диагональный тест на сжатие). Определена крепость образца на растяжение на раскол, определяющая крепость на сдвиг стены из кирпича..

Были испытаны стены размером 467,5 ? 467,5 ? 105 мм из кирпича размером 225 ? 105 ? 45 мм. Средняя толщина горизонтальных швов раствора составляла 10 мм..

Проверки под сжимающей нагрузкой были проведены на 11 образцах, два из которых были без системы усиления, Чтобы узнать самую большую нагрузку и механизм разрушения неармированной стены. Другие образцы были усилены в разных схемах (ТАБЛИЦА 1).

Детали были исследованы через 28 дней после их внедрения. В ходе испытаний вертикальные измерители измеряли деформацию, вызванную сжимающей силой (+), а горизонтальные измерители — деформацию, вызванную растягивающей силой (-)..

Укрепление строительных конструкций

Гранулы вторичного каучука все чаще применяются в качестве звукопоглощающей основы в двустенных перегородках..

Новые исследования показывают, что этот материал способен иметь характеристики шумопоглощения, подобные свойствам ваты на минеральной основе. Это повышает возможности его применения и делает его привлекательным для производителей звуковых экранов..

Главная причина усиления конструкция из железобетона практически всегда это изменение его первоначального назначения или ухудшение параметров материалов, из которых он был сделан — по большей части, бетона..

Можно отметить два типа мер по улучшению состояния. объекты строительства:

  • первый укрепление конструкции. Это операции, заключающиеся в увеличении несущей способности элементов конструкции, чтобы она могла переносить нагрузки большие, чем возможные на шаге проектирования..
  • второй — ремонт объекта, под которым понимаются все действия, которые направлены на восстановление разрушенных или повреждённых элементов конструкции до состояния, способного держать расчетные нагрузки..

Необходимость улучшения состояния конструкции в большинстве случаев вызывается одновременным действием определенных факторов. Самые популярные:

  • ошибки проектирования и реализации,
  • повреждение от механических факторов конструкции (столкновение с автомобилем),
  • необходимость ограничения деформации,
  • увеличение полезной нагрузки,
  • старение материалов и их коррозия,
  • необходимость уменьшения ширины трещины,
  • изменения статической схемы (снятие опор).

Система FRP

Армирование строительных конструкций теперь можно поделить на системы усиления FRP и FRCM. Оба метода обсуждаются в статье. Приведены свойства армирующих систем, содержащих углеродные волокна и волокна ПБО. Приведены данные исследований армированных образцов..

Армирование строительных конструкций на данный момент можно поделить на системы FRP и FRCM. В статье обсуждаются два этих метода. Продемонстрированы свойства армирующих систем, содержащих углеродные волокна и волокна PBO. Результаты испытаний также указаны для армированных образцов..

Один из методов укрепления армированные конструкции есть приложение материалы на композитной основе.

Применение материалов FRP настало в 1950-х годах. В течение следующих десятилетий качество материалов и автоматизация методов их изготовления существенно улучшились..

В объем усиления входят: маты, ленты, натяжные детали и тросы из полимерной матрицы, армированной углеродными, арамидными или стеклянными волокнами..

Данные материалы отличаются непревзойдённой прочностью на разрыв, большим отношением прочности к массе, большой стойкостью к динамическим нагрузкам и, если сравнивать со сталью, ощутимой стойкостью к коррозии. Имеют линейные характеристики упругой деформации, аж до предельной нагрузки..

Материалы FRP закрепляются термореактивной смолой. Они применяются для увеличения сопротивления балок сдвигу и изгибу, а еще для создания трехмерного напряженного состояния в колоннах..

  • монолитно бетонный компонент с подготовленной и запыленной поверхностью,
  • грунтовка,
  • эпоксидный наполнитель (для устранения неровностей и пустых мест),
  • первый слой смолы,
  • компонент армирующего волокна,
  • еще один слой смолы (в случае матов из углепластика),
  • слой защиты.

Для эффектной передачи сил на Система FRP основа должна быть достаточно шероховатым. Такого результата можно достигнуть при помощи пескоструйной обработки или придания шероховатости..

По данным технических разрешений и каталожных карточек, смола может применяться при температуре от –40 ° C до + 50 ° C. Уже при температуре примерно + 30 ° C начинается разложение смолы на эпоксидной основе, и становится невозможно предсказать состояние деформации элементов..

Необходимо отметить, впрочем, что это не температура отслоения композитного стеклокомпозита от бетона. Происходит снижение несущей способности элементов, что поясняется пластифицированием смолы на эпоксидной основе и ослаблением связи между бетоном и армирующим элементом..

Стойкость связующего к очень высокой температуре считается аргументом, определяющим результативность данной системы. Подобная чувствительность системы была выделена при испытаниях при низкой температуре..

КАК АРМИРОВАТЬ УГЛЫ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

Было найдено, что подъемность груза компрессионных элементов армированного стеклокомпозита уменьшается при снижении температуры до конкретного очень маленького значения, а потом становится больше при будущем снижении температуры..

токсичные соединения, которые выделяются во время пожара, считаются еще одной проблемой систем FRP..

Система FRCM

Минусы систем FRP были уменьшены в системах FRCM (Цементная матрица, армированная волокном), который состоит из сеток, залитых минеральным раствором и применяемых для укрепления кирпичных и конструкций из бетона..

Система FRCM состоит из 2-ух элементов: сетки из ортогонально расположенных волокон и минерального раствора, составляющего матрицу материала на основе композита и в это же время обеспечивающего соединение материала на основе композита (РЫСЬ. 2).

Усиление конструкций при помощи углеродных лент

Применение минерального раствора в системах FRCM в качестве матрицы, объединяющей арматуру волокна со структурным элементом, имеет такие плюсы перед системами FRP с применением эпоксидных или полиэфирных смол:

  • стойкость к большим температурам похожа прочности основания,
  • можно наносить на влажную основу (системы FRP в большинстве случаев можно наносить, когда основание сухое, потому как полиэфирные и смолы на эпоксидной основе не отверждаются в наличии воды; такое требование не потребуется для систем FRCM),
  • не тяжелое нанесение даже на неровные и неровные поверхности (слой минерального раствора выравнивает неровности основания, по этой причине нет необходимости заранее смягчать основание, как в случае с системами FRP),
  • легкость изготовления (материал перемешивается с водой, и получившийся раствор наноситься как обыкновенный раствор, потом в него заделывается (заделывается) сетка),
  • применимость,
  • нет важных отличий в применении системы в температурном диапазоне от + 5 ° C до + 40 ° C (в системах FRP, из-за применения искусственных смол, диапазон температур ограниченный),
  • очень высокая безопасность системы (в отличии от систем FRP с использованием смол, при нанесении раствора достаточно следовать традиционным руководствам по использованию минеральных растворов),
  • инструменты, применимые для нанесения, можно мыть водой,
  • апатия к внешней среде,
  • не препятствуя диффузии пара перегретого.

Механизм разрушения также важен для конструкционной безопасности — в системе FRCM разрушение не происходит неожиданно (ФОТО 1–2).

Образец на ФОТО 1 уничтожен неожиданно, без признаков предварительного разрушения. В образце, показанном на ФОТО 2 бетон разрушен, но форма разрушения абсолютно иная. Разрушение случалось неторопливо, матрица с волокном (в таком случае волокна PBO) деформировалась (была целой) и удерживала раздробленные части бетона в середине арматуры..

Подобный механизм разрушения как правило позволяет своевременно заметить потенциальные угрозы (деформацию конструкции) до окончательного разрушения армированных элементов и предпринять какие-нибудь корректирующие либо даже эвакуационные меры..

Сравнение выполнено в пользу системы FRCM с точки зрения теплового сопротивления и безопасности разрушающейся конструкции..

Система с сеткой из углеродного волокна

Одна из систем FRCM собой представляет систему, которая состоит из сетки из углеродного волокна в качестве арматуры и минерального раствора, объединяющего сетку с кирпичным основанием (ФОТО 3).

  • структурное усиление конструкций из камня,
  • увеличение стойкости стеновой кладки к сейсмическим или паразитарным нагрузкам (к примеру, повреждения при горных работах).

Армирование системой FRCM сеткой из углеродного волокна дает возможность повысить несущую способность конструкции из камня за счёт распределения растягивающих стрессов на приличной площади. Более того, часть нагрузки воспринимается арматурой благодаря эффективному комбинированию арматуры из минерального раствора с одним или 2-мя заделанными в него слоями углепластика с поверхностью армированной конструкции из камня..

Были проведены проверки обсуждаемой системы, в ходе которых определили значения разрывной нагрузки и появляющихся одновременно касательных стрессов для самых разных комбинаций арматуры..

Проверки проводились по тесту DCT (с. Диагональный тест на сжатие). Определена крепость образца на растяжение на раскол, определяющая крепость на сдвиг стены из кирпича..

Были испытаны стены размером 467,5 ? 467,5 ? 105 мм из кирпича размером 225 ? 105 ? 45 мм. Средняя толщина горизонтальных швов раствора составляла 10 мм..

Проверки под сжимающей нагрузкой были проведены на 11 образцах, два из которых были без системы усиления, Чтобы узнать самую большую нагрузку и механизм разрушения неармированной стены. Другие образцы были усилены в разных схемах (ТАБЛИЦА 1).

Детали были исследованы через 28 дней после их внедрения. В ходе испытаний вертикальные измерители измеряли деформацию, вызванную сжимающей силой (+), а горизонтальные измерители — деформацию, вызванную растягивающей силой (-)..

Возрастающая сжимающая сила нагружала образцы до той поры, пока они не разрушились. Усилие, разрушающее неармированную стенку, было поглощено подкреплением.

Это увеличение нагрузки измерялось по напряжениям сдвига, возникающим между матрицей системы FRCM и подложкой, а еще матрицей и сетчатыми волокнами. Результаты исследования продемонстрированы в ТАБЛИЦА 1.

Механизм разрушения образцов PM3 — PM6 был подобным — главная трещина случилась вдоль диагонали, без трещин или с маленькими трещинами по двум сторонам от ключевой трещины. Впрочем самые большие сжимающие силы с увеличенным количеством волокна были выше..

Самая лучшая конфигурация усиления была найдена в элементах PM7 — PM8. На армированных поверхностях трещин не обнаружено. Поведение данных плитных конструкций творило впечатление, что они были линейно упругими до разрушения, которое настало с развития отрыва системы усиления от земли (ФОТО 4).

Исследования показали, что система усиления изменяет механизм разрушения и повышает несущую способность и жесткость стен. Последующие исследования позволят проверить, насколько введение анкерных элементов, применяемых для соединения системы усиления с стеной из кирпича, может расширить ее несущую способность..

Еще одно довольно интересное исследование заключалось в проверке усиления элементов очень сложных, чем стенка, а конкретно цилиндрических сводов. Исследование проводилось в Институте строительной инженерии Вроцлавского технологического университета на 7 моделях в техническом масштабе. Каждая арка имела пролет 4 м и высоту 2 м..

Предпринимали попытки расположить усиливающие детали на дорсальной стороне арок или в середине секций. Данный метод укрепления точно более полезен в случае арок и исторических сводов, богато декорированных со стороны потолка.

Три модели усилены системой FRCM с углеродной сеткой (РЫСЬ. 4-9).

  • А1 — неармированная дуга,
  • A2 — арка усилена материалом FRCM с сеткой из углеродного волокна, залитой раствором из цемента на дорсальной стороне,
  • A3 — арка усилена 2-мя карбоновыми полосками сечением 100 / 1,4, приклеенными на расстоянии по оси 40 см на дорсальной стороне, и материалом FRCM с сеткой из углеродного волокна, залитой в раствор цемента на дорсальной стороне,
  • A4 — дуга арки, армированная материалом FRCM с сеткой из углеродного волокна, залитой в раствор цемента на дорсальной стороне и на небной стороне дуги,
  • А5 — арка армированная стальными стержнями диаметром ?8, заделанная в пазы, сделанные в дорсальной поверхности кирпичной арки, склеенная клеем на основе смолы на эпоксидной основе.,
  • A6 — арка усилена 2-мя карбоновыми полосами 100 / 1.4, приклеенными на осевом расстоянии 40 см с дорсальной стороны.

Применение материалов на основе композитов (сетки FRCM — арки A2 и A4 и ленты и сетки FRCM — арка A3) представляется полезным при консервации кирпичных конструкций исторических арок, сводов и куполов..

Было подтверждено, что усиление материалы на композитной основе благоприятно оказывает влияние на подъемность груза (РЫСЬ. 10). Это также значительно оказывает влияние на жесткость тестируемых элементов, распределение стрессов и деформирований в тестируемых моделях арок..

Применение сеток FRCM дало очень хорошие результаты с точки зрения эффекта усиления. Подтверждена практическая технологическая правильность этого вида арматуры..

Системы с сеткой из волокна PBO

Новым решением для усиления конструкций считаются системы с волокнами PBO (поли-п-фениленбензобизоксазол) (ФОТО 5), используемые для структурного усиления бетонных и монолитно бетонных элементов в объектах и ??инфраструктуре коммунального хозяйства, а еще везде, где требуется стойкость к большим температурам и / или стойкость к огню. В ТАБЛИЦА 2 представляет информацию о механических свойствах волокна PBO если сравнивать с другими материалами.

Главная идея усиления аналогичная, как и в системе FRCM с сеткой из углеродного волокна. Новизна, связанная с характеристиками волокон PBO, состоит в наличии особенной химической связи между волокном и минеральной матрицей, которая обеспечивает довольно хорошую связь между этими 2-мя элементами системы.

Технологичные требования, касающиеся, к примеру, подготовка и очистка основания сходственны. На ФОТО 6 представляет конструкцию системы FRCM с волокнами PBO на цементной матрице.

Благодаря минеральному раствору механичные свойства системы FRCM с волокнами PBO не очень восприимчивы к большим температурам..

На РЫСЬ. 11 показывает увеличение несущей способности образца, армированного рассматриваемой системой, при разных температурах если сравнивать с образцом без такого усиления..

технология вязки армокаркаса для несущих стен. как построить дом

Необходимо выделить, что крепость на разрыв самого бетона резко падает после увеличения температуры + 130 ° С. Впрочем нужно сказать, что часть усиления компонента остается на том же уровне..

Известно, что классические системы FRP полностью теряют собственные механичные свойства спустя час работы при + 80 ° C. При этой температуре смола становится гибкой и, более того, после достижения температуры + 45 ° C откровенно теряет способность передавать напряжения в бетоне на композит (РЫСЬ. 1).

Результативность усиления системы FRCM волокнами PBO бетонных балок была основательно исследована и проанализирована..

Примером являются проверки на растяжение, проведенные на балках сечением 40 см ? 25 см и пролетом 1,6 м и 2,2 м. Были испытаны разные системы усиления, подобные представленным в РЫСЬ. 12-15.

Некоторые результаты испытаний на допустимую нагрузку (диаграмма линии деформации в середине пролета) показаны на рисунках. Первая схема усиления (РЫСЬ. 12) показан 1 слой усиления, нанесённый снизу с U-образными перекрытиями вертикального типа секций сетки, нанесёнными на концах.

Следующие два баффа (РЫСЬ. 13-14) имеют 2 слоя полос внизу и U-образные соединения на концах. Последний макет (РЫСЬ. 15) имеет 3 слоя полос, наложенных на нижнюю сторону и в это же время перекрывающих боковые поверхности.

Также есть П-образные вертикальные ленты, задачей которых считается передача касательных стрессов..

Превосходство усиления сеткой можно было четко увидеть при увеличении разрушающей нагрузки. Если вы сопоставьте эту нагрузку с нагрузкой, работающей на испытательные балки без усиления, легко увидеть, что увеличение сопротивления балки изгибу в регионах проявления напряжения в рассматриваемой системе может быть запроектировано всевозможными вариантами. Это повышает величину передаваемой разрывной нагрузки с 10% до 50%..

Работа арматуры и бетона в монолите

Обычные системы усиления состоят из полос разной длины, расположенных в зоне растяжения и, если есть возможность, загнутых к боковым поверхностям или усиленных на концах вертикальными накладками U-образных секций сетки..

Резюме

Ремонтные и укрепляющие работы в любых ситуациях (как и для абсолютно всех материалов на основе композитов) должны базироваться на старательной оценке механических параметров железобетонной конструкции..

Прежде всего, важно выверить качество применяемых материалов (заменяющий бетон и сталь), кол-во существующей арматуры, состояние покрытия стержней арматуры и состояние коррозии стержней арматуры. Тоже очень важно оценить, как конструкция откликается на перегрузки до и после усиления..

Проектировщик обязан знать механичные свойства и чувствительность арматуры конструкции к агрессии среды, с которой она соприкасается. Для доказательства корректирующих параметров системы советуется провести комплексные проверки до и после увеличения..