Технологии использования свойств углеволокна для усиления строительных конструкций

Усиление несущих элементов проводится не только при естественном износе зданий и других строений. Нередко в укреплении нуждаются и новые объекты. Способ армирования подбирается после обследования, выявления дефектов и расчета степени разрушения конструкций. Оптимальный метод усиления во многих случаях – с помощью композитных стройматериалов. Популярность современной технологии объясняют свойства углеволокна в совокупности с простотой выполнения работ. 

Что такое углеволокно?

Углепластиковые полотна и ламели – это композиты, в основе которых углеродные нити, толщиной 5-15 микрон. В процессе производства материала, они объединяются в микрокристаллы, что обеспечивает высокую прочность на растяжение и другие свойства:

• Гибкость и легкость разрезания.
• Высокая термостойкость – характеристики сохраняются при нагреве до 2000 градусов.
• Инертность к коррозии и воздействию многих химических соединений.
• Хорошая теплоемкость.
• Стойкость к усталостным нагрузкам.
• Низкая плотность – углеволокно в строительстве востребовано, поскольку отличается небольшим весом. Масса конструкций не увеличивается.

Прочность углепластика выше, чем у стали. Все свойства сохраняются в течение 50 лет.

Преимущества 

Технология усиления углеволокном бетона и других материалов востребована по следующим причинам:

1. Простота и высокая скорость монтажа – для усиления не нужно использовать тяжелую строительную технику и задействовать многочисленные бригады. Работы могут проводиться без полного закрытия здания.
2. Повреждения не приводят к появлению скол и глубоких трещин.
3. Усиленные сооружения не подвержены деформированию.
4. После ремонта минимизируется воздействие вибрационных волн.
5. Срок службы строений увеличивается в несколько раз.
6. За счет влагостойкости, бетонные постройки хорошо защищаются.

Недостатков несколько. Углеволокно подвержено точечным ударам, из-за чего на поверхности образуются вмятины, но на несущие свойства они не влияют. При появлении дефектов их довольно трудно устранить. Стоимость углепластика выше, чем у традиционных материалов.

Разновидности

Углеволокно – основной материал, который применяется для усиления сооружений. Кроме строительства используется в автомобильной и авиационной промышленности. Среди других композитов можно выделить:

• Кевлар – синтетический продукт с высокой прочностью и устойчивостью к внешним воздействиям. Часто применяется в военной промышленности.
• Стекловолокно – продукт со схожими характеристиками. Кроме усиления в строительстве, задействуется при изготовлении лодок и кузовов транспортных средств.
• Арамидные волокна – стойкое к термическому воздействию сырье. Кроме ремонта и усиления задействуется при производстве авиационных деталей. 
• Базальтовые волокна – высокопрочная продукция, которая применяется при производстве космических объектов. 

Конкретный материал для усиления подбирается с учетом особенностей несущих конструкций и сооружения, которое подлежит восстановлению.

Когда применяется технология усиления бетонных конструкций углеволокном 

Здания нуждаются в усилении вследствие физического износа. Под действием динамических и статических нагрузок они теряют несущую способность. Усиление строительных конструкций углеволокном проводится при изменении назначения объекта и в других случаях:

1. Пожар или техногенная авария.
2. Масштабная перепланировка.
3. Выявлены дефекты, из-за которых постройка может обрушиться.
4. Надстройка этажей.
5. Ошибки, допущенные при проектировании и возведении объекта.
6. Неравномерная усадка здания.

Усиление проводится и других случаях, когда необходимо восстановить свойства оснований и других несущих элементов.

Технология усиления углеволокном бетона

Перед основными работами объект обследуется. Проводятся инженерные изыскания, направленные на выявление повреждений и расчета степени износа сооружения. Учитываются не только дефекты бетона, но и арматуры. Например, наличие коррозии, нарушение сцепления с основным материалом и т.д. Углеродное сырье применяется только после устранения дефектов армирования. На основе обследования подготавливается проект усиления, в котором отражаются все параметры ремонта. Например, описываются технологии усиления оконных проемов углеволокном, если они повреждены или изношены, а также железобетонных колонн, ригелей, плит перекрытия и т.д.

Технология намотки углеволокна и наклейки композитов

Для усиления задействуются следующие углеволоконные изделия:

1. Холсты – волокна материалов направлены в одну или две стороны. Для увеличения стабильности дополнительно применяются термопластичные волокна. Они крепятся с помощью специального клея, который обеспечивает плотное прилегание к основанию.
2. Полотна – компоненты сырья направлены в одну сторону.
3. Пластины – задействуются для анкеровки материалов усиления. Волокна также направлены в одну сторону. 

Чтобы стройматериал выполнял функцию усиления, ремонт нужно делать, соблюдая ряд правил. Участки, где будут клеиться ламели или ленты, тщательно очищаются, что усиливает адгезию. Нельзя фиксировать полотна на оголенную арматуру или на поверхность с дефектами, глубиной более 5 мм. Металл нужно предварительно обработать преобразователем ржавчины, а затем восстановить защитный слой.

Также при усилении нужно соблюдать следующие требования:

• Материал нельзя клеить в точках пересечения балок и стыков стен.
• Карбон не крепится на поверхность с трещинами, ширина которых более 0,2 мм. 
• Для создания многослойного усиления углепластик фиксируется поочередно продольно и поперечно.
• Для загиба сеток и хомутов на углах используются фаски с катетами от 20 мм. 
• На поверхность не следует наклеивать более 5 слоев полотен и сеток.
• Трещины перед усилением сооружения устраняются посредством затирки строительными смесями. Если они больше, задействуется методика инъектирования.
• Ширина кусков углепластика для усиления должна составлять – от 50 до 600 мм.

Если на плиты перекрытия действуют сильные нагрузки на изгиб, усиление фиксируется параллельно растягивающим усилием. Карбон укладывается в зоне конструктивного элемента. Если нагрузки на плиты действуют в двух направлениях, углеродные ламели сначала крепятся на длинной стороне.

Чтобы стройматериал не отслаивался, его следует заводить на боковую сторону поверхности примерно на 150 мм. Строения, которые эксплуатируются в условиях повышенной влажности, усиливаются так, чтобы не препятствовать уходу влаги из бетона.

Участки, которые находятся под нагрузкой на растяжение, укрепляются посредством заведения композита в зону, где сооружение подвержено сжатию, или где нет трещин. Холсты и сетки, уложенные в продольном направлении, крепятся поперечными трехсторонними или сплошными хомутами. Длина нахлестки при установке обойм должна быть не менее 150 мм. Поперечные хомуты, которые размещаются под наклоном, можно делать из двух частей. Они соединяются в нижней половине основания.

С помощью карбона усиливаются ребристые плиты. Они увеличивают несущую способность на участках сжатия и растяжения. Как правило, размещаются на ребрах и полках. Работа сложная. Чтобы избежать ошибок при усилении конструкций, ее нужно доверить специалистам, которые оказывают подобные услуги в Москве или другом городе.