Преимущества и недостатки систем внешнего армирования

Совместная работа усиливаемой конструкции и композитного материала является следствием последовательно выполняемых регламентированных указаний по монтажу системы внешнего армирования, подробно описанных в стандартах:

  • СТО 38276489.001-2017 "Усиление железобетонных конструкций композитными материалами, проектирование и технология производства работ".
  • СТО 38276489.002-2017 "Усиление каменных и армокаменных конструкций композитными материалами, проектирование и технология производства работ".

Опыт применения композиционных материалов как в России, так и за рубежом даёт возможность утверждать, что усиление конструкций системами внешнего армирования из полимерных композитов продлевает срок службы сооружений не менее чем на 30 лет, что превышает нормативную периодичность ремонтных работ для сооружений с железобетонными несущими пролётными строениями. 
Трещинообразование в усиленной конструкции проходит значительно медленнее, что делает приемлемым усиление композиционными материалами не только для увеличения предельного усилия на 10-45%, но и восстановления безопасных условий эксплуатации. 

Среди преимуществ системы внешнего армирования из композитных материалов можно выделить следующие:

  • сокращение сроков проведения работ;
  • сокращение трудовых затрат на рабочих и технику;
  • проведение работ без остановки эксплуатации зданий и сооружений;
  • низкий удельный вес используемых материалов 0,5-1,5 кг на 1м.кв усиленной конструкции;
  • минимальное требование к пространству для выполнения работ;
  • толщина системы внешнего армирования составляет: 1-3 мм;
  • полная химическая инертность, обеспечивающая отсутствие коррозии СВА;
  • эстетическая компактность готовой системы внешнего армирования.

Среди недостатков системы внешнего армирования из композитных материалов можно выделить следующие:

  • эпоксидный состав, используемый для монтажа системы внешнего армирования, обладает высокими адгезионными свойствами, однако практика показывает, что при определенных условиях возможно разрушение защитного слоя бетона по когезии, что ограничивает минимальное значение прочности бетона для усиливаемых конструкций (минимальный класс бетона на сжатие В10, в изгибаемых элементах класс бетона В15);
  • потенциал усиления системой внешнего армирования ограничен коэффициентом отслаивания, что наиболее актуально для многослойных систем при работе с железобетонными балками длинной более 18 метров;
  • для обеспечения надежного сцепления материала усиления с конструкцией её поверхность должна быть сухой (влажность конструкции не более 4%) и выровненной;
  • работы по усилению необходимо осуществлять при положительных температурах (более 11 град. С) и нормальной влажности воздуха с целью отверждения клея, низкая живучесть которого требует быстроты приклеивания;
  • технология приклеивания на эпоксидном клее является вредной для здоровья;
  • монтаж системы внешнего армирования должен выполняться высококвалифицированными рабочими и специализированными фирмами;
  • при всей химической инертности углепластик остается уязвимым к прямым ультрафиолетовым лучам и открытому огню, что обязывает к применению огнезащитных плит, либо составов покрасочного типа.

    Несмотря на перечисленные недостатки, системы внешнего армирования на основе углеродных лент, ламелей и сеток успешно используются в мировой практике при реконструкции сооружений, а также внедряются в строительную отрасль России.

С целью активного внедрения в строительную отрасль России постоянно ведутся научные разработки и исследования с целью сокращения перечня недостатков системы внешнего армирования.
На сегодняшний день реализована:

  • концепция огнезащиты конструкций, усиленных системами внешнего армирования из полимерных композитов CarbonWrap, учитывающая особенность поведения в температурном поле как армирующего наполнителя, так и эпоксидной матрицы, применяемой для приклейки ткани к поверхности конструкции. Созданы совместимые огнезащитные материалы системы Wallgraf ОКМ-1 с повышенными адгезионно-прочностными характеристиками, способные обеспечить повышение предела огнестойкости конструкций, изготовленных с применением полимерных композиционных материалов до 120 минут;
  • разработана матрица системы на основе раствора из неорганических минеральных материалов с модифицированными полимерными добавками. В данной системе внешнего армирования в качестве армирующего наполнителя используются сетки из углеволокон, обладающие следующими механическими характеристиками:
    • прочность на растяжение - 4900 МПа;
    • модуль упругости - 245 ГПа; 
    • деформативность при разрыве - 1.8%

Технология усиления конструкций при этом заключается в следующей последовательности:

  • на очищенную от штукатурки и загрязнений поверхность каменной кладки после ее увлажнения наносится слой клеящего штукатурного раствора CarbonWrap Repair FS  толщиной 3 мм, в который вытапливается армирующая углеродная сетка CarbonWrap Grid ;
  • затем наносится защитный штукатурный слой толщиной 8-10 мм, поверхность которого подвергается финишной обработке. При необходимости в защитный слой может утапливаться вторая сетка, обеспечивающая повышенную прочность усиления.

 Система внешнего армирования на основе углеродных сеток обладает следующими достоинствами:

  • высокой адгезией армирующего слоя с поверхностью усиливаемой каменной кладки;
  • высокой огнестойкостью и коррозионной стойкостью, паропроницаемостью и водостойкостью, что позволяет производить усиление каменных конструкций как изнутри, так и снаружи зданий.

     

В настоящее время Управление научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства проводит научно-исследовательскую работа по теме: Разработка ГОСТ Р «Дороги автомобильные общего пользования. Мостовые сооружения. Правила расчета при усилении железобетонных балочных пролетных строений»

Цель работы: Разработать ГОСТ Р «Дороги автомобильные общего пользования. Мостовые сооружения. Правила расчета при усилении железобетонных балочных пролетных строений», отражающий новые, соответствующие международным нормативам принципы проектирования эффективного усиления существующих железобетонных пролетных строения мостов. Впервые разрабатывается отечественный нормативный документ, в котором структурируются и актуализируются выпущенные ранее рекомендации по усилению железобетонных пролетов, анализируются ошибки применения конструкций усиления и их объединения с существующими конструкциями, и даются правила расчета наиболее распространенных конструкций усиления, применимость тех или иных способов к различным системам пролетных строений мостов.