Ремонт и усиление железобетонных конструкций в зданиях из монолитного железобетона

Авторы: Хаютин Ю. Г., Чернявский В. Л., Аксельрод Е.З., (Москва, Россия).

Опубликовано: «Проектирование и строительство монолитных многоэтажных
жилых и общественных зданий, мостов и тоннелей»,
Ассоциация «Железобетон», сборник докладов 28-29 октября 2004г.

В практике монолитного домостроения нередко возникает необходимость ремонта конструкций с целью устранения дефектов, допущенных в процессе возведения здания. К числу наиболее распространенных дефектов, обусловленных нарушениями технологии, можно отнести образование участков с рыхлой структурой (каверозных зон), занижение фактической прочности бетона в результате применения бетонных смесей более низких, чем предусмотрено проектом, классов по прочности, образование в конструкциях трещин и сверхнормативных деформаций вследствие преждевременной распалубки до набора бетоном необходимой прочности. В эксплуатируемых зданиях в ряде случаев необходимо усиление конструкций в связи с физическим износом, изменением статической схемы их работы при перепланировках помещений, в случае повреждений при пожарах, при увеличении эксплуатационных нагрузок.

Нарушение монолитности конструкций (наличие каверозных зон и образование трещин), применение бетонов пониженной прочности по сравнении с проектом и проявление сверхнормативных деформаций создают опасность снижения надежности сооружений в целом и приводят к необходимости проведения ремонта и усиления дефектных элементов.

Часто дефектные зоны конструкции наблюдаются в местах перерыва в бетонировании с образованием швов (стыки колонн, сопряжения перекрытий с межоконными простенками, опирание ригелей на колонны, стены). Несоблюдение зазоров между арматурными стержнями, арматурой и опалубкой, отклонения от требуемой консистенции и связности бетонной смеси, наличие в бетонной смеси зерен заполнителя, превышающих допустимые размеры, неплотности в опалубке, через которые вытекает растворная часть смеси - все это приводит к образованию каверозных зон. Из-за таких дефектов снижается общая прочность узлов сопряжения, создаются условия для развития коррозийных процессов.

Наличие каверозных зон определяется визуально, а в сомнительных случаях - при помощи ультразвукового контроля. Общей схемой лечения таких дефектов является их инъектирование полимеризующимися смолами через просверленные скважины. В нашей практике применяются эпоксидные смолы средней вязкости. Их выбор определяется высокими физико-механическими характеристиками затвердевшей смолы, что обеспечивает требуемую надежность отремонтированного участка. При необходимости для улучшения условий закачки используются специальные разбавители, существенно снижающие вязкость эпоксидных составов. Основные проблемы, возникающие при подобном ремонте, связаны с невозможностью заранее точно определить расположение скважин для проведения инъекции. Нередко подготовленная скважина не принимает инъектируемую смолу, в то время как соседняя показывает большое поглощение. Поэтому обычно в каждом ремонтируемом стыке бурят несколько скважин (в разных местах и под разными углами) и инъектируют их до «отказа», либо выхода смолы из смежных скважин. Надежность «лечения» проверяется ультразвуковым контролем.

Усиление дефектных конструкций с целью восстановления потерь несущей способности может осуществляться путем дополнительного внешнего армирования их углепластиковыми накладками.

Приклеиваемые на поверхность железобетонных конструкций углеродные ленты дополняют существующую внутреннюю арматуру, снижая в ней напряжения до приемлемого уровня. Одновременно повышается жесткость конструкций и их трещиностойкость. Этот способ обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными технологиями усиления.

Углепластики обладают высокими прочностными свойствами (прочность на растяжение до 3500 МПа, модуль упругости до 3х10⁵ МПа). Это предопределяет незначительную толщину накладок (не более 2^3 мм) и снимает проблему сокращения полезной высоты помещений, что особенно существенно в жилых зданиях. В зависимости от вида углеродных лент и количества слоев несущая способность конструкций может быть значительно повышена.

Примером использования углепластиков в отечественной практике может служить усиление железобетонных конструкций нескольких зданий в Москве. Так в 2003 г. потребовалось усилить более 20-ти простенков в строящемся монолитном общественном здании. В результате обследования было установлено, что фактическая прочность бетона в простенках составляла 10^15 МПа, вместо проектной 25 МПа.

Обычная для подобных случаев практика требовала устройства стальных обойм по периметру простенков. Вместо этого была реализована схема усиления путем установки бандажей из углепластика. Бандажи выполнялись путем наклейки на поверхность простенков углеродных лент с помощью специальных эпоксидных составов. В зависимости от прочности бетона в конкретных простенках количество слоев углеродной ленты в бандажах составляло от 2-х до 6-ти (Рис.1). Аналогичная схема усиления простенков может использоваться также при широко распространенной в настоящее время надстройке старых зданий, в т.ч. из кирпича.

Использование углепластиков весьма эффективно также для восстановления потерь несущей способности изгибаемых элементов, в частности для компенсации недостатка сечения арматуры в растянутой зоне плит перекрытий. Примером может служить решение по усилению междуэтажного перекрытия пострадавшего от пожара жилого дома. В результате пожара в плитах перекрытий произошел «отстрел» защитного слоя, увеличился прогиб за счет остаточных температурных деформаций и уменьшения высоты сечения. Традиционное решение предусматривало удаление перекрытия над квартирой, где произошел пожар. Это требовало бы весьма сложных работ по вырубке старого и последующему бетонированию нового перекрытия и связанного с этим отселения жильцов с вышерасположенного этажа. Альтернативное предложение с восстановлением защитного слоя бетона и наклейкой углеродных лент на нижнюю поверхность пострадавшего перекрытия позволило полностью компенсировать потерю поврежденной арматуры, повысить жесткость, трещиностойкость перекрытия и обеспечить надежную дальнейшую эксплуатацию здания.

Еще одной иллюстрацией эффективного использования углепластиковых накладок является проектное решение усиления перекрытий строящегося монолитного здания, в котором в результате раннего съема опалубки (до набора бетоном необходимой прочности) перекрытия «просели» с образованием недопустимых трещин. Решение по наклейке углеродных лент на растянутую зону перекрытий оказалось существенно экономичнее, чем альтернативная вырубка бракованных плитных конструкций.

Необычные возможности открываются при использовании углепластика для усиления конструкций при перепланировке помещений. Ниже приведены два примера таких решений, реализованных в монолитных зданиях в Москве.

В первом из них выполнено усиление перекрытия после образования проема размером 3,4 х 3,8м для устройства лестницы в двухуровневой квартире. Компьютерное моделирование выявило изменение схемы работы перекрытия. По результатам моделирования в зонах опасной концентрации растягивающих напряжений на нижней и верхней поверхностях плиты были наклеены углепластиковые накладки (Рис.2). Альтернативным решением было подведение под перекрытие металлических двутавровых балок, что создавало большие трудности по доставке и установке балок в готовом помещении и одновременно уменьшало строительную высоту нижнего помещения на 35 см из-за необходимости устройства в этом случае подвесного потолка.

Аналогичным образом было выполнено усиление несущих стен и перекрытий в процессе перепланировки жилого помещения в другом эксплуатируемом доме. Образование проемов в несущих поперечных стенах привело к изменению схемы работы этих стен и перекрытий в зоне проемов. Чтобы избежать недопустимых деформаций, по контуру проемов и на примыкающих к ним зонах перекрытий были выполнены углепластиковые накладки (Рис 3).

В приведенных выше случаях для усиления железобетонных конструкций были использованы углеродные ленты отечественного производства, которые наклеивались специальными эпоксидными компаундами.

ПО ЗАВЕРШЕНИИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ УГЛЕПЛАСТИКОВЫЕ НАКЛАДКИ ИМЕЛИ СЛЕДУЮЩИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

• прочность на растяжение - 1100 МПа;
• модуль упругости - 1х10⁵ МПа;
• относительное удлинение при разрыве - 0,8%.

При усилении железобетонных конструкций углепластиками особое внимание следует уделять подготовке основания под наклейку. Ремонт поверхности бетона (заделка раковин, каверн, выравнивание поверхности) выполняют с использованием специальных высокопрочных быстротвердеющих полимерцементных составов. Ремонтный слой должен являться надежным основанием для наклейки усиливающих композитных материалов и работать с ними совместно. Прочность бетона основания на отрыв должна составлять не менее 1,5 МПа.

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТ ПО УСИЛЕНИЮ КОНСТРУКЦИЙ УГЛЕПЛАСТИКАМИ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ТРИ ВИДА ЭПОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ:

• Грунтовки, наносимые на подложку с помощью кисти или валика; они пропитывают поверхностный слой, укрепляя его;
• Шпатлевки для заделки мелких неровностей подложки;
• Непосредственно адгезивные составы для наклейки углеродных лент.

Эффективность усиления углепластиками во многом зависит от прочности адгезива, его сцепления с бетоном. Отслаивание углепластиковых полос от бетона из-за недостаточной прочности адгезива или слабого сцепления с бетоном, а также разрушение от сдвига по непрочному поверхностному слою бетона могут снизить эффективность усиления. Прочность бетона основания на сжатие должна быть не менее 25 МПа, в противном случае не реализуются в полной мере прочностные возможности углепластиковых накладок.

В целом опыт выполнения работ по восстановлению монолитности и несущей способности железобетонных конструкций свидетельствует о перспективности использования для этих целей полимерных материалов (смол, углепластиков). Возможности такой технологии будут расширяться с выпуском отечественными предприятиями более широкой номенклатуры материалов, в большей степени отвечающих особенностям строительного производства.

Сведения об авторах

• Хаютин Юлий Германович, фирма «ИнтерАква», Москва, Россия, д.т.н., президент.
• Чернявский Владимир Лазаревич, фирма «ИнтерАква», Москва, Россия, инж., генеральный директор.
• Аксельрод Евсей Зеликович, фирма «ИнтерАква», Москва, Россия, к.т.н., ведущий специалист.
• Россия, 117105, Москва, Варшавское шоссе, д. 17, стр. 5. тел. 959-66-09, факс 958-21-49, E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация

В докладе приводятся данные о результатах внедрения новых прогрессивных технологий ремонта и усиления железобетонных конструкций в зданиях из монолитного железобетона. Использование специальных полимерных составов для восстановления монолитности конструкций и углепластиков для их усиления позволяет существенно упростить технологию выполнения работ и обеспечить повышение надежности сооружений в целом

Подрисуночные надписи к статье

Ю. Г. Хаютина, В.Л. Чернявского, Е.З. Аксельрода «Ремонт и усиление железобетонных конструкций в зданиях из монолитного железобетона»

Рис. 1. Усиление простенков бандажами из углепластика.

Рис. 2. Наклейка углеродных лент на потолочную поверхность перекрытия.

Рис. 3. Усиление несущих стен и перекрытий в зоне образования проемов.