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.