Усиление бетонных конструкций представляет собой комплекс мер, направленных на увеличение их срока службы и восстановление несущих способностей без потребности в полной замене. Данные работы считаются сложными и опасными, часто они выполняются в условиях ограниченных сроков и отсутствии доступа к поврежденным или ослабленным участкам, что неизбежно сказывается на их цене. Достигаемый эффект напрямую зависит от правильности выбора методов реконструкции и укрепления, ошибки и отклонения недопустимы.
Суть технологии, в каких случаях проводится
Потребность в усилении железобетонных конструкций возникает при:
- Ошибках при расчете нагрузки или отклонении от проекта в ходе эксплуатации, в частности – увеличении веса расположенных выше ЖБК. В жилых домах чаще всего такая ситуация возникает при перестройке отдельных помещений и надстройке, усилению подлежат фундамент и плиты перекрытий.
- Изменении технологических процессов в производственных помещениях и установке тяжелых агрегатов или техники на новое место.
- Появлении внешних дефектов (трещин, расколов, участков с ослабленным бетоном) из-за неправильной эксплуатации.
- Потере несущих способностей вследствие эксплуатационного износа. Среди основных причин выделяют частные вибрационные и динамические нагрузки (разрушительные даже в пределах расчетной нормы), коррозию, контакт с агрессивной средой.
- Повреждении или выходе из строя отдельных несущих элементов в результате аварий, техногенного или стихийного воздействия.
Укрепление допустимо не для всех видов ЖБИ. Чаще всего его выбирают при реконструкции плит перекрытий, фундаментов любого типа, колонн, балок и ригелей. Однозначной замене при аварийном состоянии подлежат ж/б фермы и подкрановые балки в помещениях производственного назначения. Сложность и цена работ напрямую зависят от удобства доступа: максимум усилий прилагается при улучшении характеристик заглубленных в землю систем или подвешенных балок и ригелей, более простые действия требуются при укреплении вертикальных колонн и плит перекрытий.
Обзор используемых методов усиления
Любая строительная технология, направленная на увеличение несущих способностей ЖБИ, условно разделяется на оказывающие прямое влияние и изменяющие напряженность и схему или оставляющие ее неизменной.
Среди наиболее востребованных:
- Установка металлических или ж/б обойм и рубашек, наращивание.
- Усиление углеволокном или аналогичными композитными материалами.
- Обновление верхнего слоя бетона с целью антикоррозийной защиты арматурного каркаса. Достигается путем замены слабых участков раствора, торкретированием или оштукатуриванием.
- Модификация отдельных элементов: расширение колонн, увеличение площади подошвы фундаментов.
- Инъектирование или подача смесей под давлением в возможные пустоты и каверны.
- Монтаж и закрепление разгружающих поясов, распорок, опорных балок и стоек, подкосов, затяжек.
1. Эффективность размещения ж/б и металлических обойм.
Суть данного метода заключается в наращивании объема железобетонных изделий и конструкций с одной или нескольких сторон с одновременным заложением дополнительной арматуры и нанесением тонкого слоя бетона (в пределах 30-300 мм). Он относится к проверенным временем: рабочие обоймы и рубашки размещаются на напрягаемых и ослабленных участках и снимают часть нагрузки, после застывания раствор образует единый монолит со старой поверхностью, продлевая тем самым ее срок службы, единственным эксплуатационным недостатком технологии считают изменение размеров и веса ЖБИ.
Чаще выбирается при упрочнении балок, колонн и фундаментов, на сложность оказывает влияние необходимость привязки дополнительной арматуры к старому каркасу (требуется не всегда), состояние и класс бетона, выбираемый способ уплотнения для нового слоя и его толщина. Достигаемый эффект во многом зависит от качества сцепления свежего состава со старой поверхностью, для увеличения адгезии на основание наносятся насечки или они проходят обработку соответствующими грунтами. Лучшие результаты наблюдаются при использовании для данных целей современных полимерпесчаных смесей, надежно защищающих арматуру от коррозии даже при условии распределения тонким слоем и глубоко проникающих в структуру бетона.
2. Углеволокно.
Этот способ является относительно новым, но его преимущества и эффективность уже оценены на высшем уровне. Суть заключается в размещении на ослабленном или подвергаемом значительным нагрузкам участке композитных материалов с высоким модулем упругости и прочностью на сжатие и фиксацией их с помощью специальных строительных клеев. Чаще всего такие пластины имеют волокнистую структуру (келавр, угле- и стекловолокно) и состоят из сверхтонких переплетенных нитей, выдерживающих значительные растяжения. Клеи для фиксации изготавливаются на эпоксидной или полимерной основе и характеризуются уникальными показателями адгезии.
При минимальном вмешательстве в схему ЖБИ (пластины имеют низкий вес и толщину, необходимость сверления или нарушения целостности отсутствует) обеспечивается ее значительное укрепление. Метод усиления конструкций углеволокном не требует длительной остановки эксплуатации объекта и обустройства сложных площадок с опалубкой и поддерживающими лесами, приклеить углеволокно можно даже в труднодоступных местах.
Среди учитываемых недостатков выделяют только высокую цену материалов и потребность в защите некоторых видов пластин от огня.
3. Инъектирование.
Проводится одновременно с восстановительными и ремонтными работами и заключается в нагнетании в трещины и пустоты под высоким давлением сверхтекучих и быстро застывающих составов. Эпоксидные и полимерцементные смеси глубоко проникают в структуру бетона, восстанавливая ее целостность, и в разы повышают прочностные характеристики. Сложность заключается в выборе правильного места для бурения каналов и их частоты.
Технология применяется на объектах и ЖБИ с любым назначением: от жилого до производственного. Усиленные железобетонные перемычки, балки, колонны и плиты перекрытия при ее реализации не меняют свой объем и форму. В частном строительстве метод получил наибольшее распространение при укреплении фундаментов (каналы направляют под углом и по возможности армируют, после застывания раствор выполняет функции дополнительной опоры). Схожие действия проводятся для пустотных плит перекрытия, но для их заполнения используются более дешевые строительные составы.
4. Торкретирование.
Простой и эффективный способ укрепления верхнего слоя конструкций, достигаемый путем нанесения на предварительно подготовленную поверхность тонкого слоя раствора под высоким давлением. По аналогии с заложением ж/б обоймы при его реализации принимаются меры по улучшению качества сцепления смесей. Преимуществом является простота, в сравнительно короткий срок обеспечивается хорошая защита армокаркаса от коррозии и предотвращаются процессы разрушения бетона. Среди недостатков выделяют потребность в свободном доступе к поверхностям и невозможность устранения влияния избыточных нагрузок, чаще всего его выбирают при комбинировании методов.
5. Разгружающие элементы.
Данный способ предполагает изменение напряженного состояния или схемы ЖБК и заключается в установке в нужных местах металлических подпор или консолей. Его эффективность подтверждена временем, но рассчитать параметры и требуемые точки монтажа могут только специалисты. Для получения оптимального результата все металлические опоры проходят антикоррозийную обработку и фиксируются с помощью полимерцементных смесей.
Общие рекомендации по усилению
Данные работы не допускают отклонений и проводятся незамедлительно после обнаружения внешних признаков дефекта. При планируемом изменении техпроцесса или увеличении нагрузок их целесообразно выполнить заранее. В любом случае оценку состояния ЖБИ, выбор правильного способа и его реализацию доверяют исключительно специалистам, все операции по реконструкции несущих систем относятся к процессам повышенной сложности.
Обязательным условием технологии является составление четкого плана действий и схемы, учитывающих типы крепления обойм и рубашек, толщину укрепляющих прослоек, места расположения металлических элементов и других деталей, включая цену стройматериалов и затраты на аренду оборудования. Предпочтение отдается современным методам, оптимальный эффект достигается при их комбинировании.
