VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Промышленные и гражданские здания в процессе эксплуатации подвергаются действию нагрузок и агрессивному воздействию окружающей среды, эти факторы оказывают негативное влияние на ограждающие и несущие конструкции. Для того, чтобы конструкции могли выполнять свою функцию и жизни людей не подвергались опасности, требуется своевременное восстановление и усиление строительных конструкций, которые можно произвести следующими способами: традиционным и современным.

К традиционным методам усиления конструкций относятся:

- применение железобетонных обойм ;

- усиление стальными уголками ;

- установка дополнительных несущих элементов (например, распорок при усилении колонн)[1].

К современным методам усиления конструкций относятся новые композитные материалы (углеродное волокно), инъектирование и усиление преднапряженными канатами.

В этой статье предлагается применение передового современного метода усиления железобетонных конструкций - усиление углеродным волокном.

Принцип усиления углеродным волокном или углеволокном, можно по-другому назвать внешним армированием конструкций. Материал усиления накладывается на внешнюю поверхность конструкции и закрепляется при помощи специального монтажного клея на основе эпоксидной смолы. Данная система, как экзоскелет, эффективно реагирует на возрастание деформаций конструкции. Данный вид усиления стал возможным благодаря появлению искусственного, сверхпрочного, высокомодульного и линейно-упругого материала - углеродного волокна. Применение углеволокна позволяет закрыть трещины и прочие дефекты, образовавшиеся на поверхности материала, из-за вредного воздействия окружающей среды, и восстановить требуемую, проектную прочность конструкции.

Надежность данного метода доказана экспериментально. Прочность материала имеет значения от 35 · 103 МПа. Модуль упругости - до 640 · 103 МПа, т. е. практически в 3 раза больше, чем у стали[2]. Помимо всего перечисленного, для склейки используются специальные монтажные эпоксидные клеи, обладающие технологическим совершенством, т. к. их можно наносить на железобетонную конструкцию, имеющую естественную влажность.

Усиливать сжатые (в том числе и внецентренно-сжатые) железобетонные элементы типа колонн, пилонов, простенков с помощью внешнего армирования можно двумя способами. Для усиления «коротких» элементов ( Н/b < 10: где: Н - высота конструкции, м; b - наибольший размер поперечного сечения элемента, м) применяют бандажи из углеволокна, которые создают «эффект обоймы». Второй способ - установка холста из углеволокна вдоль сжатого элемента, который служит дополнительной рабочей арматурой. Усиление гибких колонн производится как продольными, так и поперечными элементами внешнего армирования. Продольные элементы устанавливаются с таким расчетом, чтобы не изменилось расположение физической оси сечения.

Как и у любой другой технологии усиления, у рассматриваемого варианта имеются и недостатки. Во-первых, это высокая стоимость материала - углеволокна.  Кроме высокой стоимости, это и необходимость дополнительной защиты от огня. Дело в том, что температура стеклования эпоксидного клея составляет всего лишь 60°- 650 С, даже в случае самых лучших эпоксидов. Поэтому необходимо очень тщательно готовить бетонную поверхность для обеспечения надежной адгезии.

Рисунок. Примеры применения углеволокна для усиления железобетонных конструкций: а - усиление колонны, б - усиление балки (1- тело конструкции, 2 - материал усиления - углеволокно)

Методика внешнего армирования углеволокном наиболее оправдана в случаях, когда:

- необходима быстрота производства работ и имеется небольшой объем усиляемых конструкций;

- необходимо сохранить внешний облик конструкции;

- не представляется возможным прерывать деятельность предприятия, либо это прерывание слишком дорого обходится, это касается, прежде всего, промышленных предприятий, заводов, мостов, гидротехнических сооружений, памятников архитектуры и т.д.

Список литературы:

1.                  Чернявский В.Л., Хаютин Ю.Г., Клевцов В.А. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами - Москва:  ООО «Интераква», 2007.

2.                  Шилин А.А. Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами - Москва: ОАО «Издательство «Стройиздат», 2004.