Ремонт и усиление строительных конструкций
Авторы: к.т.н. Н. Н. Губин, инж. А. И. Сердюк, Ф. Т. Жиганьшин.
Опубликована в журнале «Точка опоры», в выпуске № 12 (138), авг. 2011 г.
Инженерно-производственный центр «ИнтерАква» является неоспоримым лидером в разработке эффективных методов ремонта и усиления строительных конструкций с использованием внешнего армирования композитными материалами, имеет огромный практический опыт в решении вопросов гидроизоляции и защиты конструкций с применением современных материалов собственного и импортного производства.
За истёкшие 20 лет производственной деятельности компания выполнила работы более чем на 5000 объектах в Москве. Московской области и ряде регионов России. К наиболее значимым работам можно отнести ремонт и реконструкцию причалов Новороссийского морского торгового порта, гидроизоляцию подземной части Храма Христа Спасителя, ряда сооружений Московского Кремля. Гостиного Двора, комплекса фонтанов мемориала «Поклонная гора», подземной части зданий Счётной палаты и Мосгордумы. ремонт донных водоводов Вилюйской ГЭС, гидроизоляцию и ремонт береговых насосных станций в городах Пермь. Сургут, Сыктывкар, усиление конструкций более чем на 300 объектах.
Система ремонта и усиления строительных конструкций композиционными материалами
Система направлена на решение практических задач по восстановлению или увеличению несущей способности, жёсткости, трещиностойкости строительных конструкций зданий и сооружений. В её основу положен опыт проектирования и выполнения работ ИГ1Ц «ИнтерАква» на протяжении более 10-ти лет, результаты собственных исследований и проведенных совместно с НИИЖБ. результаты многочисленных зарубежных экспериментальных исследований, рекомендации производителей композиционных материалов для усиления строительных конструкций, а также анализ данных практического применения композиционных материалов для усиления строительных конструкций в России и за рубежом.
В систему конструкционного ремонта входят следующие операции и использование специальных материалов.
1. Удаление повреждённого бетона (до здорового).
2. Предотвращение коррозии арматуры:
2.1 Удаление пластовой коррозии с обнаженной стержневой арматуры и закладных деталей механическим способом (без пескоструйной обработки).
2.2 Обработка открытой поверхности арматуры и закладных деталей грунтом-преобразователем ржавчины NR.
2.3 Нанесение на поверхность бетона мигрирующего ингибитора коррозии MCI-2020M. проникающего внутрь бетона и блокирующего анодную и катодную составляющие коррозии стали внутри бетона. После нанесения на поверхность конструкции. I МС1-2020М проникает в её глубь и образует защитную плёнку на 1 арматуре. То есть снимается проблема непосредственного нанесения антикора на металл. При этом долговечность железобетонных конструкций, обработанных MCI-2020M, повышается на) 15 лет и более.
2.4 При многорядном армировании конструкции установка в просверленные отверстия картриджей с мигрирующим ингибитором коррозии MCI-2010,2011.
3. Восстановление повреждённого бетона полимернементными составами с быстрым набором прочности (типа «Полифаст», «АкриликПатч», HD-25) или торкретбетоном с добавкой акрилового латекса и полипропиленовой фибры.
4. Инъектирование трещин в конструкции (при их наличии).
Трещины с раскрытием более 0,3 мм инвестируются низковязкими эпоксидными (типа HYDROPOX INJEKT 840) или полиуретановыми (НydroBloc Integral 575) составами, трещины с меньшим раскрытием могут быть затерты полимерцементным раствором. Инъектирование трещин выполняется с помощью специального насоса и пакеров (инъекторов). Пакеры устанавливаются в шахматном порядке в пробуренные под углом к поверхности бетона конструкции с обеих сторон трещины скважины. Для избегания вытекания инъектируемого материала из устьев трещин, они расшиваются штробой, которая зачеканивается жёсткой ремонтной смесью (HD-25). При инъектировании возможно применение накладных (контактных) пакеров.
5. Усиление (восстановление) несущей способности конструкций, в том числе методом внешнего армирования материалами на основе углеродных волокон.
Метод заключается в устройстве однонаправленных высокопрочных углепластиковых накладок на растянутой поверхности бетона конструкции. Накладки выполняются путём наклейки углеродных лент эпоксидным компаундом на предварительно подготовленную поверхность.
На растянутых элементах конструкции углепластиковые накладки устраиваются в продольном направлении элемента. После полимеризации накладки работают совместно с бетоном, воспринимая продольные растягивающие усилия в конструкции.
На изгибаемых элементах наклейка лент ведётся в зависимости от схемы работы конструкции. Как правило, по нижней поверхности элемента - в пролетной части и по верхней - в приопорных.
Для повышения несущей способности по поперечной силе в приопорных зонах устраиваются хомуты из углепластика.
На сжатых элементах конструкции (колонны) углепластиковые накладки устраиваются в поперечном направлении элемента - выполняются замкнутые бандажи. После полимеризации бандажи работают совместно с бетоном, воспринимая растягивающие усилия от поперечных деформаций в элементе. При этом условная прочность бетона конструкции на сжатие в условии стеснённых деформаций повышается. Также повышается устойчивость элемента.
Через сутки посте наклейки лент, они покрываются защитным слоем полимерцементного состава.
Система ремонта и усиления композиционными материалами применима для различных типов элементов конструкций: плит и балок перекрытий различного сечения, центрально и внецентренно сжатых колона. Система эффективна для применения в жилых, административных, промышленных зданиях. При усилении композиционными материалами не повышается собственный вес конструкций, не сокращается жизненное пространство помещений, применяемые материалы устойчивы к воздействию агрессивных сред.
С начала своей работы на строительном рынке России ИПЦ «ИнтерАква» успешно внедрил выработанную им систему конструкционного ремонта более чем на 300 объектах.
Усиление колонн внешним армированием углепластиком
В качестве примера остановимся более подробно на одном из объектов, выполненных в последнее время.
Объект: Стадион ФК «Локомотив», г. Москва. ВАО.
С начала 2000-х годов ИПЦ «ИнтерАква» тесно сотрудничает со службой эксплуатации стадиона. За время сотрудничества были выполнены несколько очередей текущего ремонта конструкций стадиона.
В 2009 г. были выполнены работы по ремонту опорных консолей покрытия стадиона.
Консоли расположены па главных пилонах центральной арены на отметке +28,720 (примерно 2/3 высоты пилонов). в плане - имеют форму многоугольника и сориентированы в направлении от центра стадиона.
Вылет консолей составляет примерно 1,5м. Консоли служат для передачи нагрузки от ферм покрытия на пилоны. Фермы покрытия опираются на консоли через закладные детали, выполненные в виде стальных пластин толщиной 36мм. Форма пластин в плане подобна форме консолей (с коэффициентом подобия <1). Верхние поверхности пластин совпадают с верхними поверхностями консолей. Со стороны пилонов пластины приварены к вертикальным металлическим закладным деталям конструкции. Под действием нагрузки от фермы покрытия опорные пластины консолей получили деформации. В продольном направлении центральная часть заштатных выгнута вверх, в поперечном - закладная приняла U-образный вид. Защитный слой бетона с внешней стороны боковых граней закладных деталей на большинстве консолей отколот. Наряду с этим на боковых гранях консолей имелись вертикальные - раскрытием до 0,4 мм различной протяжённости, участки непровибрированного бетона. На закладных деталях присутствовали следы коррозии металла.
Для восстановления работоспособности конструкции и увеличения её долговечности был выполнен комплекс мероприятий по устранению имеющихся дефектов.
Непрочные участки бетона были удалены. Затем геометрия консолей была восстановлена с использованием высокопрочного ремонтного состава с быстрым набором прочности «Полифаст». Для повышения адгезии ремонтного материала к «старому» бетону конструкции её поверхность была огрунтована раствором латексной эмульсии «Примал». В связи с наличием сезонных температурных деформаций металлических закладных деталей (опорных пластин) и возможностью повторного откола вокруг них защитного слоя бетона было принято решение восстанавливать участки бетона только до уровня нижней поверхности пластин.
Для защиты верхней и боковых граней металлической закладной от коррозии они были обработаны грунтом-преобразователем ржавчины NR-1.
Для предотвращения коррозии нижней поверхности металлических опорных пластин полости под ними были заинъектированы полиуретановой смолой IIvdroBloc Integral 575. Integral 575 набухает и отверждается при взаимодействии с водой (не образуя при этом пену), имеет высокую проникающую способность.
Для защиты арматуры внутри конструкции, поверхность её бетона была обработана мигрирующим ингибитором коррозии MCI-2020M.
Существующие трещины раскрытием более 0,3мм были заинъектированы низковязким эпоксидным составом HydroPoxInject 840 с использованием металлических пакеров ОРК13/70М6РМ.
Для повышения трещиностойкости по граням железобетонных консолей были созданы высокопрочные угле пластиковые накладки. Накладки выполнены на основе однонаправленной углеродной ленты JSUD-200 и двухкомпонентного эпоксидного адгезива АЭ-1. Ленты наклеены е шагом по периметру консолей, и после полимеризации играют роль высокопрочного бандажа.
В 2007-2008 гг. выполнялся ремонт и повышение трещиностойкости главных пилонов стадиона.
Поскольку ремонтные работы выполнялись на высоте до 30м. а на стадионе регулярно проводились массовые мероприятия (игры, концерты), возникала необходимость частого монтажа-демонтажа средств подмащивания. Поэтому было принято решение выполнять работы методом промышленного альпинизма. Метод позволяет обеспечить свободное перемещение ко всем участкам конструкции работников, выполняющих ремонт, и инженеров, осуществляющих технический надзор и сопровождение. При этом используемая верхолазная оснастка при первой необходимости легко и быстро убирается со стройплощадки.
В результате выполнения комплекса ремонтных работ на стадионе была восстановлена несущая способность опорных консолей покрытия, решена проблема трешиностойкости конструкции. значительно увеличена её долговечность. При этом все работы выполнены без внесения изменений в режим проведения культурно-массовых мероприятий на стадионе.
Успешное выполнение инженерных задач по реконструкции на множестве объектов в течении более чем 15-ти лет позволяет сделать вывод о высокой эффективности выработанной ИПЦ «ИнтерАква» системе конструкционного ремонта. При жом применяемые нами технологии - как проектирования. так и выполнения работ - постоянно совершенствуются, дополняется номенклатура применяемых материалов. Мы изучаем опыт зарубежных коллег, ведём собственные разработки и внедряем их на производстве.
Специалисты ИПЦ «ИнтерАква» всегда рады новым интересным инженерным задачам, взаимовыгодному сотрудничеству!
Усиление строительных конструкций композитными материалами
Н. Н. Губин, к.т.н.,главный инженер;
А. И. Сердюк, начальник проектного бюро;
Ф. Т. Жиганьшин, ведущий инженер технического отдела.