Как усилить кирпичную кладку: современные способы

Кирпичная кладка широко распространена в строительстве благодаря огнестойкости, тепло- и звукоизоляции, механическим свойствам, экономичности и эстетичному виду. Каменные стены обладают хорошей прочностью на сжатие, но хрупкие и очень слабые под действием боковых нагрузок, которые вызывают напряжение. Под действием сил растяжения — во время землетрясений, приложения боковых нагрузок, из-за осадки фундамента — кладка имеет тенденцию трескаться. Возникновение трещин может привести к полному обрушению стены, поэтому для повышения безопасности и надежности дома используются методы усиления кирпичной кладки.

Как усилить кирпичную кладку?

Метод связывания

Связывание стен и полов из кирпича — первый этап работ по улучшению сейсмического отклика конструкций, обеспечивающий их структурную целостность. Связывание выполняется путем добавления стальных или железобетонных связей на уровне пола. Связывание повышает стойкость стен на уплотнение и сдвиг, жесткость, боковую несущую способность и пластичность. Несмотря на высокую эффективность, способ трудоемок и неприменим к историческим строениям из-за инвазивности.

Бетонная оболочка

Торкретирование заключается в размещении стальных сеток на поверхности стены и нанесении бетона под высоким давлением. Надлежащее соединение покрытия со стеной и крепление сетки к фундаменту достигается путем анкеровки. Бетонную оболочку желательно наносить с обеих сторон стены, чтобы добиться симметричного поперечного сечения, более пластичного отклика и большего рассеивания энергии.

К преимуществам торкретирования относятся повышенная несущая способность, возможность смещения, пластичность и рассеивание энергии. Однако бетонный кожух добавляет массу и жесткость сооружению. Это увеличивает сейсмические требования и изменяет глобальное поведение конструкции, что может вызвать крутильные эффекты всего здания и изменения в перераспределении жесткости. Вероятное окисление и коррозия стальных сеток снижают долговечность строения. Метод торкретирования дорогой, трудоемкий, сопряжен с крупными строительными работами, приводит к изменению фасада и сокращению внутренних пространств, что делает его нежелательным с точки зрения жителей и исторической ценности.

Альтернативный способ усиления кладки — нанесение цементного раствора в качестве штукатурки меньшей толщиной, чем бетон. Это снижает дополнительную массу и смягчает проблемы, связанные с загрязнением. Способ требует применения стальных сеток с обеих сторон стены, которые должны быть соединены через ее поперечное сечение. При этом проблема коррозии остается.

Замена раствора или кирпичей

Технология перерасшивки предполагает удаление поврежденной затирки в швах на определенную глубину и нанесение более прочного и долговечного состава. Перерасшивка используется, когда повреждения появляются только в швах.

Если кирпичи повреждены на одном участке стены, возможен локальный демонтаж и восстановление кладки. Поврежденные камни и затирка удаляются и заменяются на новые. Цель способа — добиться совместимости между старыми и новыми участками стены. Для этого используется состав с аналогичными механическими, химическими и физическими характеристиками.

Инъектирование

В стены со множеством пустот впрыскиваются инъекции цементной или эпоксидной смеси под давлением. После застывания вещество соединяет листы стен в однородный элемент, который гораздо устойчивее при сейсмических нагрузках, чем неармированная стена.

Усиление кирпичной кладки углеволокном

Углеволокно — это композитный материал, состоящий из углеродных волокон, встроенных в полимерную матрицу. Наполнитель связывает волокна и защищает от внешних воздействий, углеводород обеспечивают прочность. Углеволокно производится в форме стержней, полос, ламинатов и тканей в сетчатых конфигурациях.

Усиление кирпичной кладки углеволокном, особенно в зданиях, имеющих историческую и культурную ценность, является предпочтительным по следующим причинам:

• коррозионная стойкость;
• малый вес;
• высокие прочностные показатели на разрыв;
• увеличение несущей способности сдвига, устойчивость при динамических нагрузках;
• гибкость;
• отсутствие изменений облика и веса здания;
• низкие временные и трудовые затраты;
• финансовая конкурентоспособность.

Однако композиты на эпоксидной матрице имеют ряд недостатков. Обычно они накладываются путем мокрой укладки, и их нанесение на влажные поверхности или при более низких температурах достаточно сложно. При этом эпоксидные материалы изменяются, когда температура превышает температуру стеклования. Другая проблема — отсутствие проницаемости смоляной матрицы, что препятствует использованию этих композитов в существующих каменных постройках. Физическим недостатком углеволокна с эпоксидным связующим является возможность раннего отслоения от слабого основания. Исследования гигротермических условий на долговечность каменной стены, укрепленной углеволокном на смоляной основе, показали тенденцию к деградации смолы, потерю надежности связи и ухудшение физических свойств вследствие поглощения влаги. 

Устранить данные недостатки можно заменой органической смоляной матрицы на неорганическую — цементный или известковый раствор. Во влажных и сырых условиях и при высоких температурах неорганическая матрица имеет лучшие свойства, чем эпоксидная смола, и более совместима с деформируемой стеной. Модифицированный композит наносится на всю поверхность стены и армируется сетками. Взаимодействие между покрытием и основанием стены существенно и требует специальной анкеровки, обычно 4-6 единиц на м2 в случае сейсмических нагрузок.

Для кирпичных стен композитные полотна используются в качестве односторонней или двухсторонней системы упрочнения, приводящей к значительному повышению пластичности — на 18% и 29% соответственно. Модуль сдвига увеличивает на 620%, прочность на смещение — на 420%.

Как выбрать метод усиления кирпичной стены?

Каменные конструкции представляют собой композитные системы, основными компонентами которых являются каменные блоки и слои раствора. Оба могут быть изготовлены из различных материалов с различными механическими характеристиками. Геометрия каменных блоков (длина, ширина, высота, количество и направление отверстий), толщина заполнителя и площадь, которую он покрывает, также могут сильно влиять на общее физическое поведение. Выбор технологии укрепления зависит от характеристик прочности на сжатие, функций параметров кирпича и раствора.

Большинство существующих каменных домов были построены до того, как появились сейсмические нормы, и многие из них имеют культурную и историческую ценность, поэтому их оценка и модернизация должны выполняться осмотрительно. Для оценки и изучения характеристик материалов используются следующие методы:

• визуальный осмотр для оценки механических параметров, размеров и формы блоков, качества затирки и соединений стен;
• измерение прочностных показателей на сжатие каменных блоков и заполнителя с помощью отбойного молотка;
• ультразвуковой импульсный тест на однородность и изменчивость кладки;
• изучение расположения неоднородностей, пустот или включений других материалов ударным молотком с акселерометром;
• измерение местоположения арматуры при помощи георадара;
• изучение дефектов ограждающих конструкций, арматуры, влаги термографическими камерами;
• исследование внутренних компонентов стен, типа и стойкости затирки бороскопом и маятниковым отбойным молотком;
• изучение параметров прочности на сжатие и на сдвиг плоскими домкратами;
• анализ остаточной несущей способности стены акустической эмиссией.

После тщательного осмотра строения выбирается, как усилить стену из кирпича так, чтобы противодействовать одному из режимов разрушения — изгибному, диагональному или разрушению при сдвиге скольжения. Режимы разрушения зависят от геометрии стен, уровня сжимающего напряжения, прочностных показателей кирпичей на сжатие и растяжение, вида и размеров каменных блоков. Стена из блоков с высокой прочностью имеет тенденцию к разрушению при смещении, из слабых блоков — при изгибе. Верно выбранная технология упрочнения позволяет повысить устойчивость и долговечность здания.