Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Полимеры, применяемые при ремонте зданий

Полимерные материалы успешно применяют при ремонте конструктивных элементов различных зданий и сооружений, в частности при усилении и реставрационных работах.
В 1992 г. коллектив авторов из МГСУ (МИСИ), Центральных научно-реставрационных мастерских и фирмы «Инпредстрой» выполнил усиление несущих; деревянных конструкций покрытия бельведера (деревянной башни) памятника русской архитектуры —дома Пашкова, созданного архитектором В.0. Баженовым в 1784—1786 гг. При усилении аварийных участков деревянных конструктивных элементов было осуществлено их армирование одиночными стальными арматурными стержнями периодического профиля диаметром 22 мм, вклеенными на эпоксидно-клеевом компаунде. С помощью этого компаунда выполнялась заливка опалубочных форм при восстановлении прежних размеров и форм поперечных сечений поврежденных участков конструктивных деревянных элементов.
В Германии при реконструкции зданий и сооружений эксплуатируемые деревянные балки и прогоны, содержащие повреждения и дефекты различного происхождения, часто не заменяют на новые, а подвергают усилению. Из наиболее распространенных методов усиления поврежденных биовредителями концов деревянных балок, опирающихся на наружные стены зданий, широко применяют следующие: устройство концевых протезов из компаундов на основе термореактивных полимеров, армированных стальными арматурными стержнями периодического профиля или стеклопластиковыми арматурными стержнями; устройство концевых протезов в виде отрезка бруса из здоровой древесины, сращиваемого с обрезанным концом балки с помощью вклеенных стеклопластиковых (или из Другого материала) арматурных стержней.
В Гамбурге в Институте физики и технологии механической обработки древесины Федерального НИИ лесного хозяйства и лесной промышленности разработан новый метод усиления клееных деревянных конструкций с дефектными клеевыми швами. Он состоит в том, что непроклеенные или расслоившиеся участки клеевых швов заполняют клеевым составом на основе эпоксидной смолы с добавками целлюлозного волокна с целью повышения вязкости и снижения расхода клеевого состава. Для этого предварительно усиливаемые участки клеевых швов снаружи выравнивают шпатлевкой, изготовленной на основе эпоксидной смолы марки Тур Europox 784 с добавкой отвердителя (Versamid 140 или Eurodur 14) и 25 % от массы смолы добавки целлюлозного волокна марки LignofIock E 140. Эпоксидную смолу и отвердитель изготовляет фирма «Шеринг AT» (г. Бергкамен), а целлюлозное волокно — фирма «Реттенмайср и сын» (г. Эдльнваген). Так как шпатлевкой заполняют только края дефектных участков клеевых швов, внутри клееной древесины возникают замкнутые полости, в которые затем вводят под давлением клеевой состав с использованием эпоксидной смолы той же марки и отвердителя с добавлением целлюлозного волокна марки Тур Abcell.
Для Введения в замкнутую полость клеевого состава под давлением с помощью шприца, снабженного втулкой с регулирующим клапаном, сбоку клееной деревянной конструкции в зоне дефектного клеевого шва предварительно высверливают глухое отверстие под втулку. Втулки с клапаном (Ventildubel) серийно изготовляет фирма «Киллгерм, Насс». Втулки применяют для инъекционной пропитки древесины жидкими химическими защитными составами. Клеевой состай‘вводят под давлением до 0,25 МПа, причем после отсоединения шприца клапан с втулкой остаются, и клеевой состав длительное время находится под давлением. Полное отверждение клеевого состава в замкнутой полости происходит в течение 2...3 сут.
Результаты экспериментальных исследований подтвердили, что прочность клеевых соединений на сдвиг вдоль волокон достаточна для рекомендации разработанного метода при ремонте клееных деревянных конструкций с дефектными клеевыми швами в процессе эксплуатации зданий и сооружений.
Немецкая фирма «Ломпел Баутеншутц», имеющая свои отделения в ряде городов Германии, при ремонте деревянных конструкций широко применяет материалы на основе полимеров в приведенных ниже случаях.
Для упрочнения ослабленной древесины, например пораженной системой ходов жуков-древоточцев, путем пропитки жидкими составами на основе полимеров — эпоксидной смолы и полиуретанов, известных под фирменным названием Holzin. Составы представляют собой низковязкие прозрачные жидкости, отверждающиеся внутри древесины и не образующие на ее поверхности пленок. После пропитки древесина приобретает требуемые сплошность и прочность, одновременно повышается ее атмосферо- и биостойкость. Древесину пропитывают либо способом многократного окрашивания поверхности, либо с помощью инъекции через высверленные отверстия под давлением.
2. Для восстановления целостности и формы деревянных конструкций на отдельных участках в связи с образованием усушенных трещин, биоповреждений, конструкционных отверстий с использованием мастик Hdzin — Masse и шпаклевок Holzin — Fuller на основе полимерных материалов. Мастика рекомендована для изготовления протезов и отливки недостающих частей деревянных конструкционных элементов в опалубочных формах. Отверждение мастики происходит в течение нескольких часов после заполнения опалубки, при этом обеспечивается прочное сцепление и склеивание вновь отлитых частей с древесиной.
Мастики используют для усиления поврежденных гниением мест соединения стоек с обвязочными брусьями в зданиях с деревянным каркасом. За счет заполнения усушенных трещин у изгибаемых деревянных элементов повышается прочность на скалывание, сжатие и смятие.
Шпаклевка предназначена для заполнения трещин, отверстий и углублений. Отремонтированиые шпаклевкой участки древесины сохраняют свойство гвоздимости и могут обрабатываться обычным столярным инструментом.
3. Для усиления поврежденных биовредителями участков элементов деревянных конструкций протезами из армополимербетона. В Германии накоплен значительный опыт по усилению биоповрежденных опорных частей деревянных балок перекрытий концевыми протезами из армополимербетона. Усиление следует выполнять только для балок прямоугольного поперечного сечения. Длина заменяемого на протез участка балки не должна превышать 1 м.
Для устройства армополимерных концевых протезов балок перекрытий применяют следующие строительные и химические материалы:
• арматурные стержни из полиэфирного стеклопластика диаметром 20 мм, используемые в качестве арматуры для полимербетона. Состав стеклопластика: 35 % ненасыщенной полиэфирной смолы марки Тур 1140, изготовленной согласно стандарту DIN 16946, 65 % однонаправленного стекловолокна марки ЕС 14-K 937, изготовленного согласно стандарту DIN 61855;
• эпоксидно-клеевой компаунд (полимербетон) для отливки концевого протеза, изготовленный со следующим соотношением компонентов: 1 весовая часть состава на основе эпоксидной смолы Holzin 20 на 5 весовых частей прокаленного кварцевого песка с крупностью зерен 0,06...6 мм;
• эпоксидно-клеевой составляя вклеивания стеклопластиковой арматуры в древесину, изготовленный в следующем соотношении компонентов: I весовая часть двухкомпонентного состава на основе эпоксидной смолы той же марки на 1—2 весовых части измельченного в порошок кварцевого песка с фирменным названием Geba;
• пропиточный состав Holzin, изготовляемый на основе полимеров и рекомендуемый для упрочнения древесины у поверхностей отверстий, высверленных в древесине для вклеивания стеклопластиковых арматурных стержней.
Полимеры, применяемые при ремонте зданий

В Германии распространены две разновидности концевых армополимербетонных протезов для деревянных балок перекрытий: с продольной вклеенной (рис. 8.10, с) и с наклонной вклеенной в балку рабочей арматурой (рис. 8.10, б). Предпочтение того или иного типа концевого протеза обусловлено способами заделки конца балки в стену, т.е. наличием или отсутствием доступа к торцу обрезанной балки для сверления продольно направленных отверстий под арматурные стержни.
Диаметр высверленных в древесине отверстии пал стеклопластиковые арматурные стержни должен на 8 мм превышать диаметр самих арматурных стержней для обеспечения заливки компаунда, обычно он равен 28 мм.
Продольную арматуру следует вклеивать в древесину на глубину не менее 400 мм. Для предотвращения образовании внутри глухих отверстий пузырьков воздуха при вклеивании продольной арматуры близ дна отверстия дополнительно просверливают вертикальные отверстия для выхода воздуха. Продольное армирование балок стеклопластиковыми арматурными стержнями производят двое рабочих. Как правило, армируют четырьмя продольными стержнями, из которых два стержня располагают в сжатой и два стержня — в растянутой зоне балки. Требуемое число арматурных стержней определяют статическим расчетом.
Наклонно расположенные рабочие стеклопластиковые арматурные стержни, число которых также определяют расчетом, вклеивают в наращиваемую здоровую древесину и в сквозные отверстия остальной части балки под углом не более 20° к горизонтали, причем каждый конец наклонного арматурного стержни должен быть вклеен в соответствующий деревянный элемент не менее чем на 400 мм, из которых участок склеивания арматуры со здоровой древесиной должен быть не менее 145 мм. Кроме того, каждый наклонный арматурный стержень одним концом должен доходить до верхней кромки балки, а другим — до нижней, касаясь опорной площадки стены. По обе стороны границы между древесиной и полимерной композицией по конструктивным соображениям размещают вертикально расположенные стеклопластиковые стержни.
Наружную поверхность арматурных стержней из полиэфирного стеклопластика перед вклеиванием для придания ей шероховатости обрабатывают наждачной бумагой, затем обезжиривают соответствующим растворителем. Поверхности отверстий в древесине перед вклеиванием арматуры предварительно многократно покрывают пропиточным составом Holzin для упрочнения древесины и более прочного сцепления стеклопластиковой арматуры с древесиной.
Время производства ремонтных работ ограничено отверждением эпоксидно-клеевого компаунда, зависит от его рецептуры и составляет около 40 мин при температуре 25 °С.
Для отливки концевого протеза изготовляют соответствующую опалубочную форму. После установки стеклопластиковых арматурных стержней сначала эпоксидно-клеевым компаундом заполняют опалубочную форму, затем вклеивают арматурные стержни в древесину, вводя в клеевой состав предварительно в высверленные отверстия. Распалубку производят через 2...3 сут после изготовления протеза.
Устройство армополимербетонных концевых протезов деревянных балок перекрытий связано с относительно высоким расходом полимерных материалов. Болес экономичным является сращивание обрезанного конца балки по длине с отрезком бруса такого же поперечного сечения с помощью вклеенных в сращиваемые деревянные элементы стеклопластиковых арматурных стержней (рис. 8.10, в). Данный способ устройства протезов в Германии известен под названием Holzin-Holz Prothese. При изготовлении протеза по этому способу в соединяемые по длине деревянные элементы вклеивают продольные стеклопластиковые арматурные рабочие стержни и вертикальные арматурные стержни, устанавливаемые конструктивно.
4. Усиление неповрежденных деревянных конструкций с недостаточной прочностью или жесткостью с помощью армирования стеклопластиковыми арматурными стержнями с применением клеевых составов на основе полимеров.
5. Усиление не имеющих надлежащей несущей способности узлов соединения элементов деревянных конструкций с необеспеченной плотностью соединений путем армирования, устройства армополимербетонных протезов различной формы и тд.
По данным немецких специалистов, в Германии уже в 1983 г. были усилены значительно поврежденные биовредителями балки 300 общественных зданий с применением метода концевых протезов из армополимербетона со стеклопластиковой арматурой.
В 1992 г. Вильнюсский институт проектирования реставрации памятников (Литва) совместно с МГСУ разработали и реализовали проект реконструкции междуэтажного перекрытия двухэтажного жилого здания — памятника литовской архитектуры XVII—XVIII вв. Для усиления поврежденного от гниения конца деревянной балки был изготовлен концевой протез из компаунда на основе эпоксидной смолы, армированный стальной арматурой. Уменьшение недопустимого прогиба (10 см) продольной балки пролетом 8,1 м было осуществлено путем ее выпрямления домкратами и последующей ее подвески к расположенным выше поперечным балкам пролетом 5 м с помощью стеклопластиковых стержней круглого сечения диаметром 12 мм (диаметр высверленных отверстий — 17 мм).
Эпоксидный компаунд для вклеивания стальной арматуры периодического профиля класса A-III диаметром 22 мм при изготовлении концевого протеза имел следующий состав по массе; связующее (эпоксидная смола ЭД-16) — 1 в. ч.; наполнитель (портландцемент) — 1,5 в. 4.1 отвердитель (полиэталенполиамин) — 0,1 в. ч., пластификатор (дибушлфталат) — 0,2 в. ч.; растворитель (толуол) — 0,2 в. ч. Время отверждения клеерого компаунда составило 40 мин. Им были заполнены усушенные трещины, восстановлены участки балки, поврежденные гниением.
Клеевой компаунд вводился в пазы йод давлением, создаваемым специальным инъектором вместимостью 500 см3. Распалубка была произведена через 48 ч после изготовления протеза, т.е. после набора компаундом 90 % конечной прочности. После распалубки было установлено, что протез имеет надлежащую форму и качество поверхности.
Вклеивание стеклопластиковых стержней произведено с помощью компаунда, использованного для изготовления концевого протеза балки. Компаунд подавался в отверстия сверху под давлением, создаваемым инъектором, а стеклопластиковые стержни вводились снизу. Для предотвращения вытекания компаунда из высверленных отверстий через швы между соединяемыми балками (продольной и поперечными) и через усушенные трещины осуществлялось соответствующее уплотнение поролоновыми прокладками и тампонами. После вклеивания отверстия снизу затыкали деревянными пробками.
В середине 1980-х годов строительная фирма «Динардо и партнеры» (Великобритания) разработала и реализовала проект реконструкции старинных зданий казарм близ г. Инвернесс с усилением 300 деревянных балок перекрытий с помощью полимеров. Предварительно проведенным обследованием установлено, что деревянные балки имеют глубокие усушечные трещины, а опорные концы девяти балок со стороны наружных стен зданий значительно повреждены гниением и находятся в аварийном состоянии. При этом уровень перенапряжений дефектных балок по отношению к допустимым напряжениям на изгиб доходил до 35 %. На основании проведенного обследования было принято решение и выполнены следующие мероприятия по усилению деревянных балок перекрытий; крупные усушечные трещины заполнены клеевым компаундом на основе эпоксидной смолы с целью обеспечения целостности сечения; в просверленные отверстия диаметром 15 мм наклонно вклеены стальные болты диаметром 12 мм (после предварительного натяжения), в результате чего снижена вероятность образования усушечных трещин в древесине вследствие изменения температурно-влажностных условий эксплуатации балок; главные балки перекрытия, ослабленные гнездами для опирания второстепенных балок, усилены вклеиванием в специально подготовленные вертикальные пазы с помощью эпоксидного клея арматуры в виде стальных полос и дополнительного их соединения с древесиной горизонтальными болтами, благодаря чему повышены несущая способность и жесткость главных балок; усиление перенапряженных или второстепенных балок перекрытий путем удаление прикрепленного к ним на гвоздях дощатого настила и приклеивания взамен его к верхним граням балок с помощью эпоксидного клея нового настила из фанерных плит.
Финансовые затраты на усиление балок перекрытий составили 0,8 тыс. фунт. ст. при общей стоимости реконструкции в 13,25 тыс. фунт. ст.
Анализ мирового опыта по использованию различных строительных материалов для ремонта и усиления деревянных конструкций показал, что Россия значительно отстает от зарубежных стран по применению полимерных материалов, особенно армополимербетонов, армированных стеклопластиковыми арматурными стержнями.
В зарубежном строительстве широко применяют методику инъецирования эпоксидных составов и для ремонта, и для укрепления растрескавшегося бетона. Перед началом таких работ проводят тщательное освидетельствование, выявляют причины образования трещин. В нормативном документе Американского института бетона AC 224.1R «Причины, опенка и ремонт трещин в бетонных конструкциях» описаны десять основных случаев трещинообразования в бетоне. Наиболее склонны к трещинообразованию бетонные полы за счет изменений объема бетона и деформаций под воздействием повышенных нагрузок. Ширина раскрытия трещин, в том числе сквозных, может достигать 0,25...1,25 см. Интенсивность развития трещины зависит от проникновения в плиту влаги и других химических соединений. По окончании ремонтных работ участки плиты с трещинами приобретают повышенную долговечность.
В соответствии с указанным выше нормативным документом США трещины с шириной раскрытия менее 0,005 см устраняют инъецированием эпоксидных составов. В железобетонных полах промышленных зданий метод инъецирования применяют при ширине раскрытия трещин 0,025...0,152 см. Для ремонта трещин в плитах следует применять и другие полимерные составы, например быстроотверждающиеся смолы, твердение которых начинается до полного заполнения ими трещин.
Фирма «Торо Систем Продактс Лимитед» (Великобритания) разработала двухкомпонентный быстротвердеющий состав Stmcturite на основе портландцемента, кремнеземистого заполнителя, модифицирующих добавок, смеси Acryl 60 и воды в соотношении 1:1. Coстав рекомендован для ремонта бетона и железобетона, поврежденных в результате коррозии арматуры и механических воздействий. Состав обеспечивает прочное сцепление с бетоном и арматурой. Покрытие из этого состава водонепроницаемо, но паропроницаемо, его расход составляет 2 кг/дм3. Состав наносят вручную.
Однокомпонентный быстротвердеющий состав Stnicturite 300 на основе портландцемента, кремнеземистого заполнителя, порошкообразной добавки акрилата и воды также применяют для ремонта поврежденного железобетона.
Для ремонта таких горизонтальных поверхностей, как полы промышленных зданий, дорожные покрытия, конструкции мостов, взлетно-посадочные полосы и т. п., разработаны составы на основе портландцемента Thoropatch и рубленого стекловолокна Roadpatch.
Двухкомпонентный состав Thoroflow предназначен для ремонта бетонных дорожных покрытий, полов промышленных зданий, покрытий автомобильных стоянок и в других случаях, когда требуется бетонное покрытие с ровным, износостойким, долговечным и прочным поверхностным слоем. Состав изготовляют на основе портландцемента, просеянного леска, добавок; он содержит коррозийно-стойкое стальное волокно. Затворение производят жидкостью Thoroflow 53 и эмульсией акрилата, после чего из состава получают подвижный строительный раствор, наносимый на ремонтируемую поверхность слоем 3...8 мм с расходом 5,5...14,5 кг/м2. Нанесение состава возможно ручным или механическим способом.
Для ремонта поврежденных участков нефтепроводов из стальных труб предложен способ с использованием стеклоткани и полиэфирной смолы. На очищенный участок, подлежащий ремонту, наносят слой грунтовки на основе полиэфира изофталиевой кислоты, поверх нее — 6 слоев стекловолокна, пропитанного полиэфирной смолой (общей толщиной до 12 мм), затем 3 слоя стеклоткани, отверждают смолу и наносят защитный слой смолы на основе эфира изофталиевой кислоты. Этот способ можно использовать для футеровки различных емкостей, желобов и др.
Один из методов усиления и восстановления реконструируемых зданий и сооружений — внешнее стеклопластиковое армирование различных конструктивных элементов. Достоинствами этого метола являются высокая технологичность, коррозийная стойкость, малые сроки набора прочности и возможность воспринимать значительные усилия.
Способ заключается в обмотке конструкции расчетным числом слоев стеклопластика на связующем, надежно защищающем от воздействий агрессивной среды, либо их обклейке или подклейке стеклоткани с помощью эпоксидных клеев холодного отверждения типа, ЭД-20, ЭД-22 с послойной пропиткой связующим. Расчет толщины стеклопластика производят с учетом фактического состояния усиливаемой конструкции, в частности прочности бетона, характеристик стальной арматуры, размеров поперечного сечения. Обмотку стеклопластиком можно производить вручную или с помощью барабанов с лентой шириной до 100...120 мм. Связующее наносят кистью или пистолетом-распылителем.
Данный способ успешно применяется МГСУ, МГУПС (МИИТ), Донецким ПромстройНИИпроектом и рядом других организаций.
По рекомендациям ХГАСУ таким способом были усилены железобетонные балки и опоры эстакады в Славянском ПО «Химпром» (Украина), монолитные железобетонные перекрытия здания сероводородных ванн в т. Гaгpa, конструкции железобетонных предварительно напряженных составных («шашлычных») ферм покрытия формовочного цеха № 5 Харьковского ДСК-1 и др.
Для выполнения ремонтных работ пораженные участей бетона предварительно отбивают; тщательно очищают (очищают также оголенную стальную арматуру от продуктов коррозии), зачеканивают и оштукатуривают цементно-песчаным раствором марки 200 с 10 %-ной добавкой ПВА. В зависимости от ширины раскрытия в трещины производят инъекции полимерраствора либо полимерного связующего без наполнителя. Затем производят внешнее стеклопластиковое армирование на эпоксидных или полиэфирных смолах холодного отверждения.
Наиболее эффективно использование стеклопластиков при восстановлении и усилении железобетонных конструкций после пожара. В результате воздействия огня происходит «обезвоживание» бетона, т. е. переход гидроксида кальция в оксид кальция — известь-кипелку. При попадании влаги в бетон происходит гашение извести, увеличение в объеме с последующим разрушением бетона.
Устройство герметичного внешнего стеклопластикового армирования обеспечивает не только усиление, но и защиту бетона от воздействия влаги. Таким способом в 1975 г. была восстановлена после пожара вентиляторная градирня Первомайского химического завода (Харьковская обл.). Аналогичные работы были выполнены при восстановлении железобетонных конструкций сгоревшей градирни Донецкого металлургического завода. В Харькове с помощью контактного формования после пожара восстановлены железобетонные конструкции перекрытий и стен трех жилых и одного гражданского здания.
С минимальными остановками производства выполнено усиление подкрановых балок с помощью стеклопластика на Бежицком (Брянская обл.) сталелитейном заводе, а на Харьковском ЗЖБК-3 многочисленные местные усиления подкрановых балок осуществлены с применением предварительного напряжения: после инъецирования полимерного связующего в трещины и наклейки вдоль трещин стеклопластиковых полос шириной 400...500 мм обеспечивалось обжатие и достигалось закрытие трещин с помощью соответствующей установки мостового крана. По завершении процесса полимеризации крановая нагрузка снималась. Систематические наблюдения за техническим состоянием усиленных стеклопластиком подкрановых балок подтверждают нормальную их эксплуатацию в течение 10—15 и более лет.
Значительный опыт ремонта образовавшихся технологических трещин при изготовлении различных строительных деталей и конструкций накоплен на ПО «Харьковжелезобетон» и Харьковском ДСК-1. Применение инъецирования полимерного связующего с последующим внешним армированием стеклопластиковыми лентами позволяет с минимальными затратами и высоким уровнем надежности обеспечить эксплуатацию стеновых панелей, плит перекрытий, железобетонных безраскосных ферм пролетом 18 и 24 м и др. Аналогичные трещины в бетоне могут возникать во время транспортировки и монтажа строительных конструкций
При строительстве в 1976 г. здания Одесского государственного университета 60 смонтированных железобетонных колонн с трещинами и другими дефектами были усилены путем заключения в стеклопластиковые обоймы.
При усилении плит перекрытий жилых зданий Харьковским ДСК-1 предпочтение было отдано внешнему стеклопластиковому армированию отдельных дефектных участков вместо усиления плит перекрытий с трещинами с помощью прикрепления сверху несущих стальных балок из двутавров № 10. Последнее решение увеличивает расход металла на всю плиту (а не на дефектный участок) и приводит к уменьшению высоты квартир вышерасположенного этажа. Применение внешнего стеклопластикового армирования позволяет решать задачу без уменьшения высоты квартир и увеличения армирующего материала на плиту в целом. Предложенный способ усиления стеклопластиком обеспечивает и высокий экономический эффект. Его внедрение только на харьковских предприятиях позволило сэкономить более 1 млн руб. в ценах 1984 г.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: