Усиление железобетонных конструкций

Усиление конструкций из железобетона

Наиболее важным и ответственным этапом в строительстве является усиление конструкций из железобетона, направленных на восстановление и повышение несущей способности различных строительных элементов из железобетона. Грамотное усиление способствует продлению сроков эксплуатации всего здания. Усиление железобетонных конструкций может проводиться не только в процессе строительства новых зданий, но и для эксплуатируемых объектов, в результате их износа.

В настоящее время выделяют следующие причины, необходимые для проведения усиления железобетонных конструкций:

Если на этапе строительства были нарушены технологические нормы;
Были допущены ошибки на этапе проектирования и строительства в результате несоответствия фактической нагрузки проектным значениям;
Когда произошло снижение фактической прочности бетона;
В случае проведения реконструкции и- или перепланировки здания – когда происходит увеличение эксплуатационной нагрузки, изменение схемы работы конструкции;
Внезапно увеличились несущие нагрузки на строительные конструкции;
Произошло разрушение бетона в результате воздействия огня;
В случае образования силовых и усадочных трещин;
Когда наблюдается преждевременная распалубка;
В результате физического и морального износа;
В результате воздействия агрессивных сред, таких, как коррозия арматуры или разрушение бетона;
При появлении механических повреждений- локальные сколы, пробоины, нарушение целостности.

Выделяют следующие типы железобетонных конструкций, нуждающихся в усилении:

Колонны— чаще всего с железобетонными колоннами связаны все основные несущие элементы здания;
Балки перекрытия— обеспечивающие распределение нагрузки между колоннами;
Плиты перекрытия— опирающиеся на балки, и несущие нагрузку от вышележащих этажей;
Фундаментные балки и ленты фундамента— передающие нагрузку на грунт;
Стеновые панели— которые несут нагрузку на себя и являются несущими конструкциями.

Выбор способа усиления зависит от типа конструкции, причин ослабления и требуемой несущей способности.

В современном обществе работы по усилению бетона проводят с использованием различных технологий. Выделяют три группы технологий:

Инновационные— метод инъектирования, усиление объекта преднапряжными канатами и использование композитных средств, например, углепластика. Данный метод используется в случае: а) когда в несущих элементах здания и сооружения имеются пустоты и трещины. Суть данного метода заключается в нагнетании раствора в тело фундамента, склеивания повреждённых частей строительного объекта. В случае проведения инъектирования фундамента – проводятся работы по укреплению грунта; б) с целью повышения прочностных характеристик фундамента и предотвращения появлению трещин- используются с преднапряжными канатами. Данная технология предусматривает использование предварительно напряжённых канатов. Следует обратить внимание на то, что знак напряжения должен быть прямо противоположным знаку напряжения в канатах. Чаще всего, данный метод используется в процессе усиления монолитных конструкций; в) метод усиления железобетонных конструкций с использованием композитных элементов- с целью увеличения несущей способности различных элементов сооружения. Данный процесс усиления предусматривает применение углеволокна- тонкими пластами, наклеиваемую на поверхность. При этом толщина материала должна оставаться неизменной4
Традиционные методы усиления железобетонных конструкций включают в себя следующие основные положения:

А) Усиление строительных конструкций с использованием монтажа дополнительных несущих элементов— распорок, для усиления колонн;

Б) Увеличение площади сечения методом нанесения дополнительного слоя бетона – с целью усиления прочностных характеристик сооружения- т.е. обетонирование объекта;

Комбинированный— включает в себя как традиционные, так и инновационные методы усиления строительных конструкций из бетона.

В настоящее время выделяют три метода по усилению бетона при помощи углепластика:

С использованием углеродных холстов на эпоксидном клее. Используют с целью усиления колонн и балок перекрытий и ригелей, отверстий и иных частей объектов гражданского строительства. Углеродные холсты обладают повышенной гибкостью- в результате чего, могут принимать абсолютно любую форму;
Усиление железобетонных конструкций с использованием углепластиковых ленточных материалов с эпоксидным клеем. Данный материал применяется для длинных элементов строений, например, мостов, пролётов. Углепластиковая лента может быть длиной до 250 погонных метров. Используемый материал обладает высоким уровнем жёсткости и высокой несущей способностью;
Для усиления железобетонных конструкций и кирпичных или каменных строений используют углепластиковые сетки на цементном связующем. Высокие огнеупорные и прочностные характеристики, а также высокий уровень паропроницаемости.

Плюсами работ по усилению бетона углепластиком являются следующие:

Прочность углеволокна на растяжке в 6-10 раз больше, чем у стали;
Толщина пластика составляет 1 мм, что позволяет сохранить внутреннюю геометрию помещения;
Обладает высоким уровнем устойчивости к коррозии;
Вес составляет 230 г/ квадратный метр, что позволяет избегать дополнительной нагрузки на усиливаемый элемент;
Длительный срок эксплуатации- не менее 50 лет;
Работы по усилению проводятся в кратчайшие сроки- не требуют установление подмостей, сварки, инъектирование зазоров и зачеканки;
Обладает высоким уровнем прочности на усталостном разрешении;
Низкая стоимость работ.

Данный метод подходит для любых строительных материалов- т.е. является универсальным

Технология проведения усиления железобетонных конструкций включает в себя следующие этапы:

Проведение обследования и диагностики технологического состояния. Наиболее точная оценка фактического состояния конструкции является основой успешного проекта усиления. В начале проводят визуальный, а затем инструментальный осмотр. Далее определяют прочность бетона неразрушающими методами- используют склерометр, ультразвук. Затем, выявляют коррозию арматуры, измеряют глубины карбонизации бетона. После производится расчёт фактической несущей способности. А далее проводят разработку технического заключения;
Проведение проектирования и расчёта усиления. На основании данных обследования инженерами разрабатывают самое оптимальное и наиболее экономичное решение.

В настоящее время выделяют следующие этапы проектирования:

Анализ исходных данных и нагрузок;
Выбор метода усиления- сравнение разных вариантов;
Выполнение поверочных расчётов;
Конструктивная разработка узлов усиления;
Составление проектно- сметной документации;
Прохождение необходимых экспертиз.

Технология выполнения работ по усилению железобетонных конструкций включает в себя следующие этапы:

Обследование конструкции, выявление дефектов и повреждений;
Разработка проекта по усилению на основе инженерных расчётов;
Подготовка поверхности- проводят очистку, обеспыливание, удаление дефектов бетона;
Установка лесов, подмостков, опалубки. Подготовка оборудования и материалов;
Выполнение работ по усилению, согласно проекту- такие как, монтаж конструкции, инъектирование, бетонирование и т.д.;
Контроль качества выполненных работ, проведение испытаний;
Демонтаж лесов и подмостков, уборка мусора, зонирование участка.

Правильное выполнение всех операций является залогом качественного усиления.

В настоящее время выделяют следующие основные способы для усиления железобетонных конструкций:

Устройство металлических обойм и бандажа- при помощи обваривания или крепления к конструкции;
Установка дополнительной арматуры и закладных деталей с их заделкой в бетон;
Обетонирование- т.е. добавление слоя бетона с целью увеличения сечения;
Инъектирование трещин и пустот с использованием полимерных составов;
Устройство внешнего армирования из композитных материалов- таких как углеволокно, базальтовая ткань и пр;
Замена повреждённых элементов на новые железобетонные или металлические.

Выбор технологии зависит от типа конструкции, характера дефекта, требуемой несущей способности и условий эксплуатации.

Основные материалы, которые используются для усиления железобетонных конструкций:

Стальной прокат- т.е. стальные листы, уголки, швеллеры, профили;
Дополнительная арматура- т.е. арматурная сталь класса А240, А400, А500;
Композитные материалы- т.е. ламинаты, ткани, ленты из углеволокна, базальта, стекловолокна;
Инъекционные составы- т.е. двухкомпонентные полимеры, акриловые и эпоксидные смолы;
Бетон- в основном с прочностью от В15 до В60;
Стальной лист- применяют для изготовления металлических обойм и бандажа.

Выбор материала зависти от ряда условий:

Во- первых, от требуемой прочности.

Во- вторых, от условий эксплуатации;

В- третьих, от конструкции усиления и в- четвёртых, от расположения.

Контрольные качества работ по усилению железобетонных конструкции состоит из следующих компонентов:

Входной контроль применяемых материалов проводится на соответствие стандартам и проекту;
Операционный контроль – т.е. соблюдение технологии выполнения работ на всех этапах;
Контроль геометрических параметров— проводится соответствие размеров проекту;
Механические испытания— т.е. прочностные испытания, измерение прогибов;
Измерение адгезии к бетону, вырывные испытания анкеров;
Контроль качества сварных соединений и антикоррозионная защита;
Приёмка законченных работ с составлением акта;
Мониторинг условий эксплуатации— влажность, температура, вибрации;
Своевременное устранение мелких дефектов;
В случае необходимости разрабатывается проект по усилению с целью предотвращения аварий.

Строгое соблюдение технологии и контроля на всех этапах обеспечивает требуемую несущую способность конструкции.

Стоимость усиления железобетонных конструкций зависит от ряда факторов:

А) Какой объёма и типа конструкции;

Б) Степени повреждений и требуемого увеличения несущей способности;

В) Выбранного метода усиления и применяемых материалов;

Г) Необходимости в дополнительных работах, таких, как демонтаж, устройство опалубки;

Д) Трудоёмкости и сложности работ в конкретных условиях;

Е) От стоимости используемых материалов в конкретном регионе. Современные методы и способы усиления железобетонных конструкций:

1.) Усиление железобетонной конструкции композитными материалами GFRP, FRCM- использование высокопрочных материалов, на основе углеродных, стеклянных или базальтовых волокон. Материал углеволокна GFRP – производится в форме ламелей, ткани, сетки- применяется для усиления изгибов элементов- балок, плинтусов, колонн. Данный материал обладает высокой прочностью, имеет малый вес, хорошую скорость монтажа и обладает коррозионной стойкостью;

Стекловолокно GFRP— производится в виде стержней, сетки и профилей- применяется для ремонта и усиления в агрессивной среде. Обладает хорошей химической стойкостью и диэлектрическими свойствами;

Базальтопластик BFRP— производится в виде сеток и стержней- применяется для общего усиления и в качестве огнезащиты. Данный материал обладает хорошей устойчивостью к высоким температурам и является высокопрочным;

Области применения;

Наклейка внешнего армирования EBR— т.е. углеволоконные ламели или ткани, приклеиваемые на эпоксидный состав к заранее подготовленной поверхности бетона;
Система, NSMR— когда в предварительно проделанные пазы укладываются и закрепляются композитные стержни или ламели;
Обоймы из углеволокна— т.е. сплошная обмотка колонн или других сжатых элементов с целью повышения их прочности на сжатие и сейсмостойкости;

2) Усиление железобетонных конструкций стальным прокатом и наращивание сечения. Данный метод является классическим, проверенным временем, часто используемом при значительном увеличении нагрузки. Он включает в себя: а) установку обойм и кожухов. Суть данного метода заключается в том, что колонны и другие элементы заключаются в стальной каркас из уголков, швеллеров и соединительных планок. Пространство между каркасом и бетоном инъецируется цементно- песчаным раствором либо тиксотропным составом; б) наклейка стальных листов происходит с помощью эпоксидного клея на поверхность конструкции, крепят стальные пластины, заранее обработанные антикоррозионным составом; в) установка дополнительных стальных балок- ригелей, подводок- используется для разгрузки существующих несущих элементов; г) наращивание сечения бетона производится с помощью установки дополнительной армирующей сетки или каркаса с последующим торкетированием или омоноличиванием высокопрочного бетона;

3) Усиление железобетонных конструкций методом инъектирования и ремонтными составами. Используют для восстановления монолитности, заполнения пустот и трещин и для усиления кирпичной кладки и бетонных оснований;

А) Инъектирование трещин— происходит под давлением в трещины нагнетается эпоксидный, микроцементный или полиуретановый состав;

Б) Создание шпур и инъектирование. Данный метод основан на том, что когда в тело конструкции бурятся шпуры, в которые под давлением закачиваются составы, которые повышают прочность и создают дополнительное армирование;

В) Использование ремонтного состава с целью восстановления повреждённого защитного слоя бетона применяются тиксотропные и литьевые смеси с высоким уровнем адгезии;

4) Усиление железобетонных конструкций предварительного напряжения. Данный метод позволяет эффективно повышать трещиностойкость и жёсткость изгибаемых элементов- таких, как плит перекрытий, балок, ригелей. Происходит установка дополнительных напрягаемых элементов- канатов, стержней, позволяющих перераспределению нагрузки и снижению напряжения в основной арматуре.

Существует своя специфика усиления различных типов железобетонных конструкций:

Усиление изгибаемых элементов- плит перекрытий, балок, ригелей- с целью повышения прочности на изгиб и поперечную силу. Для этого используют такие методы, как: а) наклейку углеволоконных ламелей на растянутую зону; б) установку стальных накладок; в) наращивание сечения снизу; г) установку дополнительных опор или подбалок; д) предварительное напряжение;
Усиление сжатых элементов колонн, простенок- с целью увеличения несущей способности на сжатие и устойчивость. Для этого используют: а) устройство стальных или железобетонных обойм; б) обоймы из углеволокна GFRP- обмотки; в) наращивание сечения со всех сторон;
Усиление фундамента и подземных конструкций с целью восстановления несущей способности, борьбы с просадками, увеличению площади подошвы. Для этого проводится: а) укрепление подошвы; б) устройство буроинъекционных или буронабивных свай; в) инъектирование грунта и оснований; г) усиление тела фундамента композитами или обоймами.

Контроль входных материалов включает в себя проверку сертификатов на композиционные материалы, арматуру, бетонные смеси и клеевые составы;

Операционный контроль— состоит из подготовки поверхности – обеспыливание, безуглероживание; в качестве и точности установки элементов усиления; в соблюдении технологического регламента- температуры, влажности и времени жизни составов; в контроле адгезии композиционных материалов методом отрыва со скалыванием;

Контроль исполнительных документов— т.е. ведение и проверка журналов работ, актов на скрытые работы, протокольные испытания;

Приёмочный контроль— включает в себя оценку качества выполненных работ и мониторинг поведения конструкции после усиления. В случае необходимости проводят установку мониторинговых систем с целью контроля деформаций.

В заключении следует отметить, что регулярный мониторинг позволяет спрогнозировать развитие дефектов и своевременно выполнить усиление. Для проведения качественного усиления железобетонных конструкций обращайтесь в профессиональные компании, имеющие большой опыт в данной сфере. Усиление железобетонных конструкций – представляет собой ответственную инженерную задачу, от качества решения которой зависит безопасность людей и сохранность имущества.