В статье рассматриваются новые технологии использования композитных материалов для повышения прочности и долговечности железобетонных конструкций прямоугольного сечения. Описаны различные способы усиления, включая внешнее армирование, обмотку полимерными материалами и инъекционные технологии. Также приведены примеры успешного применения этих технологий в строительстве и оценка их эффективности.
Ключевые слова: композитные материалы, усиление железобетона, прочность конструкций, прямоугольное сечение, армирование углеродными волокнами, полимерные композиты, внешнее армирование, инъекционные технологии, стекловолокно, базальтовые волокна.
Современные методы строительства требуют повышения прочности и долговечности железобетонных конструкций, особенно когда речь идет об элементах прямоугольного сечения, которые широко используются в строительстве зданий, мостов и других объектов. Применение композитных материалов помогает существенно увеличить несущую способность конструкций, не увеличивая их вес и улучшить стойкость к внешним воздействиям.
Композитные армирующие материалы, такие как композиционные материалы, усиленные волокнами, применяются для усиления бетонных и каменных конструкций. Они обладают высокой прочностью, малым весом, долговечностью и удобны для монтажа в труднодоступных местах. Подобные материалы обычно состоят из стеклонитевых или углеродных волокон, встроенных в связующую полимерную матрицу.
Железобетонные элементы с прямоугольным сечением, такие как колонны, балки и ригели, обладают высокой несущей способностью, но могут быть подвержены большим нагрузкам, что приводит к появлению трещин и снижению прочности. Использование композитных материалов помогает улучшить их прочностные характеристики, преимущественно не увеличивая при этом вес и размеры [1].
Композитные материалы для усиления. В строительстве используются следующие виды композитных материалов:
Углеродные волокна (CFRP) — обеспечивают высокую жесткость и прочность при малом весе.
Стекловолокно (GFRP) — отличается устойчивостью к коррозии и долговечностью.
Арамидные волокна (AFRP) — обладают высокой ударопрочностью и устойчивостью к химическим воздействиям.
Базальтовые волокна (BFRP) — экологичный материал с высокой температурной стойкостью [2].
Методы усиления композитами . Для усиления железобетонных конструкций прямоугольного сечения применяются следующие методы:
Внешнее армирование композитными лентами — наклеивание углеродных или стекловолоконных лент на поверхность конструкции для повышения прочности на растяжение.
Обмотка композитными материалами — применение полимерных оболочек, увеличивающих устойчивость к изгибу и сжатию.
Инъекционные методы — заполнение трещин полимерными составами для восстановления прочности конструкции.
а — обмотка композитными материалами; 1 — усиливаемая конструкция, 2 — обмотка композитом;
б — внешнее армирование композитными лентами; 1 — усиливаемая конструкция, 2 — наклеивание углеродных или стекловолоконных лент
Замена металлической арматуры на композитную — использование неметаллических стержней для предотвращения коррозии и снижения массы конструкции [3].
Рис. 2. а — инъекционные методы; б — замена металлической арматуры на композитную
Системы усиления стеклопластиком мокрой укладки просты в использовании, и подрядчики приняли эту концепцию. Однонаправленные или разнонаправленные углеродные, стеклянные и арамидные ткани чаще всего используются в строительной промышленности для усиления железобетона, каменной кладки и других типов конструкций. Эти ткани, изготовленные из жгутов или ровингов, обычно доставляются на рабочие места в рулонах [4].
Однонаправленные армирующие ткани поставляются на рабочие места в рулонах стандартной длины, которые во многих случаях намного длиннее, чем требуется для усиливаемого элемента. Для большинства усиливаемых элементов требуются слои определенной длины, в зависимости от геометрии существующего элемента и усиливаемых деталей. Подрядчики, как правило, разворачивают ткань, измеряют и обрезают ее до требуемой длины [5].
Заключение. В заключение следует отметить, что использование армированных волокнами полимеров (FRP), особенно в системах мокрой укладки, зарекомендовало себя как ценный и широко распространенный метод укрепления существующих железобетонных и каменных конструкций. Присущие FRP качества, такие как прочность, легкий вес, высокая долговечность и простота монтажа в ограниченных пространствах, делают их предпочтительным выбором для строительных проектов.
Однако проблемы возникают, когда стандартная ширина рулона армирующих тканей превышает необходимые размеры для определенных применений, что приводит к необходимости продольной резки в полевых условиях. Этот процесс, хотя и осуществим, сопряжен с такими сложностями, как истирание, распушивание и потенциальный структурный ущерб по краям разреза. Кроме того, трудоемкий характер измерения и подготовки ткани на месте создает дополнительные проблемы.
Применение композитных технологий для усиления железобетона прямоугольного сечения открывает новые возможности в строительстве и реконструкции сооружений. Высокая прочность, устойчивость к внешним воздействиям и долговечность делают композитные материалы перспективным решением для современного строительства. Использование и развитие этих технологий позволит создавать более надежные и безопасные конструкции, соответствующие требованиям будущего.
Литература:
- Ватин Н. Н., Дьячкова А. А., Кишиневская Е. В., Кузнецов В. Д. Усиление железобетонных конструкций с использованием композиционных материалов на основе углеродных волокон и постнапрягаемых стрендов // Бетон и железобетон, 2009. № 4(74). С.20–21.
- ГОСТ 8829–94. Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости.
- Клюев А. В. Усиление изгибаемых конструкций композитами на основе углеволокна // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2011. — № 3.
- Чернявский, В. Л. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами [Текст]/ В. Л. Чернявский, Ю. Г. Хаютин, Е. З. Аксельрод, В. А. Клевцов, Н. В. Фаткуллин. — М.: ООО «ИнтерАква», 2006. — 113 с.
- Чернявский В. Л. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами [Текст] / Чернявский В. Л., Аксельрод Е. З. // Жилищное строительство. — 2003. — № 3. — С.15–16.
