CC BY
24УДК 69.059.32
СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Акулов М.В., магистрант, направление подготовки 08.04.01 Строительство, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: pes1094@mail.ru
Научный руководитель: Рубцова В.Н., кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры автомобильных дорог и строительных материалов, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: ruvani@mail.ru
Аннотация. Для обеспечения надежности железобетонных конструкций и продления срока их эксплуатации необходимо своевременно проводить работы по ремонту и усилению этих конструкций. Традиционные способы усиления, предусматривающие ремонт, замену стальной арматуры или использование металлоконструкций, к сожалению, не всегда дают необходимый эффект в долгосрочной перспективе, поскольку коррозионные процессы неизбежно возобновляются. Ремонт и усиление железобетонных конструкций путем пропитки их полимерным композитом на основе метилметакрилата позволяет повысить эксплуатационные характеристики и стойкость железобетонных конструкций к агрессивным средам. Проведенные нами исследования позволили подобрать оптимальные составы полимерного композита, при которых полимеризация происходит за 24 ч при температуре 25-35 °С.
Ключевые слова: усиление, ремонт, укрепление, композитные материалы, полимерные материалы, метилметакрилат, торкретирование, инъекция.
WAYS OF STRENGTHENING REINFORCED CONCRETE STRUCTURES
Akulov M.V., master student, training direction 08.04.01 Construction, Orenburg State University, Orenburg e-mail: pes1094@mail.ru
Scientific adviser: Rubtsova V.N., Candidate of Chemical Sciences, Assistant Professor, Department of highways and building materials, Orenburg State University, Orenburg e-mail: ruvani@mail.ru
Abstract. It is necessary to carry out timely repair and reinforcement of structures to ensure the reliability of reinforced concrete structures and extend their service life. Traditional methods of reinforcement include the repair, the replacement of steel reinforcement or using steel structures. Unfortunately, these methods don't always give the desired effect in the long time, because corrosion processes will inevitably resume. A repair and a strengthening of reinforced concrete structures by impregnating them with a methyl methacrylate-based polymer composite can improve the performance characteristics and the durability of reinforced concrete structures to aggressive environments. Our researches allowed us to choose the optimal compositions of the polymer composite. The polymerization happens in 24 hours at a temperature of25-35 °C.
Keywords: strengthening, repair, reinforcement, composite materials, polymeric materials, methyl methacrylate, filling, injection
Долговечность и эксплуатационная надежность конструкций из железобетона привлекают внимание специалистов, которые занимаются обследованием зданий и сооружений. Зачастую в результате обследования промышленных зданий, которые были унаследованы от СССР, находятся железобетонные конструкции, которые требуют усиления.
Прежде чем приступить к усилению железобетонных конструкций, необходимо установить причины появления и степень повреждения конструкций, а также определить их влияние на несущую способность и долговечность.
Причины усиления железобетонных конструкций:
- увеличение нагрузок на них в результате замены либо усиления вышерасположенных конструкций (перестройка помещений, надстройка зданий);
- модернизация технологического оборудования в реконструируемом здании, изменение технологических процессов;
- эксплуатационный износ (потеря несущей способности);
- конструктивные дефекты, возникшие в результате неправильной эксплуатации конструкции;
- случайные повреждения (при демонтаже и монтаже).
Выбор того или иного метода усиления строительных конструкций зачастую зависит от технического задания на реконструкцию здания или сооружения, которое включает изменение объемно-планировочных решений, нагрузок и условий эксплуатации.
Способов усиления железобетонных конструкций существует множество:
- без изменения их напряженного состояния или конструктивной схемы (железобетонные, металлические обоймы, железобетонные рубашки, железобетонное наращивание);
- с изменением напряженного состояния или конструктивной схемы конструкций (преднапря-женные металлические распорки, стойки, подкосы, горизонтальные шпренгельные и комбинированные затяжки);
- выполнение инъекций бетонного раствора в трещины, полости, пустоты и прочие дефекты для ремонта и восстановления целостности тела бетона;
- торкретирование железобетонных конструкций бетоном с использованием специальных пушек, которые наносят на поверхность бетона с высокой скоростью, что позволяет ему уплотняться и набирать значительную прочность;
- укрепление ригелей, балок, колонн, стоек, опор и свай композитными материалами, такими как кевлар, углепластик, карбоновое волокно и прочими подобными материалами;
- разгрузка конструкций путем внесения новых узлов и элементов, изменение однопролетных перекрытий многопролетными, применение тяжей и преднапряженных арматур;
- изменение характера сопряжений деталей с подвижных на жесткие.
Большинство методов при выполнении усиления требует подготовки бетонной поверхности. Необходимо удалить рыхлый бетон с ремонтируемых участков конструкции. Для этого можно использовать чеканочный или пучковый зачистной молоток, стальные щетки, дробеструйную обработку с использованием сжатого воздуха, гидроструйную очистку высокого давления и т. д.
Участки с удаленным бетоном необходимо восстановить ремонтным материалом. Для ремонта бетона используют цементные растворы или бетоны, торкретируемые цементные растворы или бетоны, полимер-модифицированные цементные растворы и бетоны, полимерные растворы.
Для ремонта трещин используют инъекционно-уплотняющиеся составы на цементной или полимерной основе.
Заполнение трещин осуществляют одним из методов:
- нагнетанием состава под принудительным давлением;
- нагнетанием состава под действием гравитации и капиллярного впитывания.
Развитие и применение полимерных материалов в ремонте железобетона, начавшиеся в конце ХХ века, продолжается и по сегодняшний день. В качестве полимерных ремонтных растворов используют эпоксидные и полиуретановые смолы, акриловые гели.
Эпоксидные смолы используются для силового замыкания трещин с шириной свыше 0,1 мм. Они представляют собой двухкомпонентные материалы, которые не содержат растворителей и имеют достаточно низкую вязкость в диапазоне примерно от 150 до 400 МПа-с. Эпоксидные смолы всегда обеспечивают отличную адгезию к бетону.
Полиуретановые смолы представляют собой реактивные полимеры, используемые для эластичного заполнения трещин. Они могут применяться во влажных трещинах и даже в трещинах с постоянным протеканием воды.
Master Builders Solutions от концерна BASF предлагает различные решения по усилению и ремонту бетона и железобетона:
- композитная система усиления MasterBrace восстанавливает бетонную конструкцию до ее первоначальной несущей способности, повышает ее прочность и конструкционные показатели;
- ремонтные смеси серии MasterEmaco восстанавливают первоначальную прочность и износостойкость бетонной конструкции;
- материал Masterlnject заполняет и герметизирует трещины и пустоты, восстанавливая структурную целостность и предохраняя бетон от дальнейшего разрушения [1].
Компания MAPEI предлагает большое разнообразие полностью готовых к применению материалов для усиления и ремонта бетона, некоторые из них представлены ниже:
- Mapegrout Thixotropic - сухая ремонтная смесь на основе высокопрочного цемента;
- Mapegrout Gunite (Торкрет-бетон) - одно-компонентная, предварительно смешанная для применения смесь на цементной основе, состоящая из гидравлического вяжущего и микрокремнезема;
- Mapegrout BM - двухкомпонентная ремонтная смесь на цементной основе для ремонта бетона с низким модулем упругости. Применяется для восстановления мостовых балок и пилястров, а также фасадов балконов и сборного железобетона [2].
Компания Hilti предлагает системы заполнения трещин под давлением на основе низковязких эпоксидных смол [3].
Российская компания ООО «КОМПОЗИТ» занимается усилением и ремонтом железобетонных
конструкций. В своем ассортименте имеет материалы, которые можно отнести к традиционным, а именно ремонтные составы: МаксГраут 450, FibArm Repair ST, FibArm Repair FS, FibArm Repair ShotCrete - сухие смеси на цементном вяжущем. ООО «КОМПОЗИТ» занимается восстановлением и усилением несущих конструкции зданий и сооружений промышленных и гражданских объектов с применением углеродных композитных материалов (Система Внешнего Армирования) [4].
На основании вышесказанного можно утверждать, что исследования в области изучения и внедрения в практику полимерных материалов на строительных объектах, где требуется укрепление -«залечивание» - разрушенных участков в железобетонных конструкциях без их демонтажа являются актуальными на сегодняшний день.
Ранее было выяснено, что на скорость полиме-
ризации полимерного композита влияют следующие факторы: состав реакционной смеси (количество ускорителя распада инициатора - диметила-нилина, количество гранулированного твердого инициатора - перекиси бензоила) и температура окружающего воздуха [5-6]. В данной работе был проведен ряд экспериментов, которые позволили доработать технологию пропитки железобетонных конструкций полимерным композитом на основе метилметакрилата. Для оценки влияния указанных факторов и математического описания процесса полимеризации использована модель первого порядка. Проведенные исследования -полный факторный эксперимент типа 23 - позволили подобрать оптимальные составы полимерного композита, при которых полимеризация (твердение) происходит за 24 ч при температуре 25-35 °С (рисунки 1-3).
/
F 0,65
£
/ 3
'0-10 »10-20 »20 10 я 30-40 -40-50 - 50 60 - 60-70 - 70 80
/
0,5 о 1,8 £
Рисунок 1 - Время полимеризации полимерного композита при температуре окружающего воздуха 25 °С
Рисунок 2 - Время полимеризации полимерного композита при температуре окружающего воздуха 30 °С
' 0-20 ■ 20-40 ' 40-60 " 60-80 ' 80-100 '100-120 '120-140
Рисунок 3 - Время полимеризации полимерного композита при температуре окружающего воздуха 35 °С
Как показывают исследования основных ным композитом снижает водопоглощение и повы-свойств полученных образцов, пропитка полимер- шает прочность бетона.
Литература
1. Master Builders Solutions от концерна BASF [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www. basf.com/ru/ru.html (дата обращения: 11.02.2019).
2. Структурное усиление MAPEI с помощью инновационных систем [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.mapei.com/ru/ru.html (дата обращения: 12.02.2019).
3. Передовые технологии в области усиления железобетонных конструкций от компании Hilti [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.hilti.ru.html (дата обращения: 11.02.2019).
4. Усиление и ремонт железобетонных конструкций ООО «КОМПОЗИТ» [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.compozit.pro.html(дата обращения: 12.02.2019).
5. Баженов Ю. М. Бетонополимеры / Ю. М. Баженов. - М.: Стройиздат, 1983. - 472 с.
6. Картошина С. В. Прочность сжатых железобетонных элементов, восстановленных полимерсоста-вами на основе ММА: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.23.01) / Картошина Светлана Викторовна; Всероссийский заочный институт инженеров железнодорожного транспорта. - Москва, 1993. - 20 с.
