В категории: Брой 3-4/2010, Ремонти, Строителство

Възстановяване на стоманобетонни конструкции – усилване с карбонови материали

В едноименната статия, публикувана в предишния брой на списанието, бяха разгледани причините, водещи до разрушаване на стоманобетонните конструкции вследствие на карбонизация на бетона и последващата неминуема корозия на стоманената армировка. Това е явление, срещу което не е застрахована никоя конструкция от този вид, ако не са били предприети предварително необходимите мерки за нейната защита. Такива мерки със сигурност не са взети за преобладаващата част от строителството, извършвано преди 10–20 и повече години назад във времето, все още рядко се взимат и сега, като една от причините за това безгрижие е суеверната вяра у мнозина строители, че бетонът е вечен материал, а вложената в него армировка е гарантирано защитена. Основание за подобно фанатично отношение има и фактът, че процесът на корозия и разрушаване на бетона се развива бавно и далеч надхвърля сроковете, покривани от гаранцията. Когато първите ръждиви петна отчетливо избият върху повърхността, строителите може да са вече в пенсионна възраст или отвъд нея.

В предишната статия се постарахме да затвърдим убеждението, че при решаване на такива отговорни строителни задачи като възстановяването и трайната защита на стоманобетонни конструкции трябва да се разчита единствено на реномирани и сертифицирани за съответните дейности фирми, разполагащи с необходимия експертен капацитет и техника за безразрушителен и точен анализ на състоянието на бетонната конструкция. Необходимо е да се използват единствено и само най-модерните за момента материали за ремонт и укрепване на стоманобетонната конструкция и това да се възлага само на фирми, които са доказали компетенцията си за работа с тях. За да има статията максимална практическа стойност, в нея описахме технологията за възстановяване на карбонизирали и рушащи се бетонни конструкции с материалите на един от световните лидери в строителната химия – швейцарската фирма Vandex. За да бъдем по-конкретни, използвахме опит от практиката – възстановяването на стоманобетонната конструкция в сутерена на многоетажна сграда в центъра на столицата, строена преди Втората световна война. Вносител на тези материали, проектант и изпълнител на ремонта е фирма „Новострой Инженеринг“, а техническото обследване на конструк-цията бе възложено на специализираната подвижна лаборатория за контрол на строителните материали и безразрушителен контрол на строителните конструкции – „Новострой Контрол“.

В промеждутъка от време между излизането на двете книжки на списанието в столицата се проведе и най-авторитетната строителна изложба у нас „Българска строителна седмица“, на която „Новострой Инженеринг“ е от години традиционен участник. На щанда на фирмата както винаги не се излагаха мостри на строителни материали, а решения с най-модерните технологии и свързаните с тях материали за решаване на такива отговорни и критични задачи като санирането на стоманобетонни конструкции, защитата им срещу проникване на вода, „светкавичното“ затваряне на пробойни в стоманобетонни тръбопроводи и други съоръжения, подложени на воден напор, защита на стоманени конструкции по метода на „студеното поцинковане“, съвременни методи за обследване на строителните материали и конструкции, включително и за тяхната енергийна ефективност, внос на специализирана измервателна апаратура за целите на строителството.

Сред новите материали и технологии, демонстрирани от „Новострой Инженеринг“ на изложбата, бе и усилването на отслабени стоманобетонни елементи чрез използване на специални карбонови материали, оприличавани от специалистите като приложение на космически технологии за строителни цели.

На тези именно материали и технологии е посветена втората част на статията, защото именно това бе избраното като оптимално решение за ремонтиране на стоманобетонната конструкция в сутерена на споменатата многоетажна сграда на „пъпа“ на София – в началото на ул. „Граф Игнатиев“.

Вследствие на липсата на каквато и да било защита, както и поради поддържането години наред на висока влажност на строителната конструкция най-вече поради течове и недобра вентилация, някои от колоните бяха значително увредени с открита и силно корозирала армировка, такива участъци имаше и по част от трегерите, установени бяха и засегнати полета от стоманобетонната плоча.

Извършеният от „Новострой Контрол“ технически анализ установи:

» Общото състояние на стоманобетонната конструкция и съответствието ù с проектната якост на бетона по време на строителството.

» Състоянието на засегнатите от корозията участъци с предписание на необходимите мерки и технически решения за възстановяването на якостните им качества и носеща способност.

В резултат на тази експертиза, базирана на точни измервания, бе установено реалното състояние на конструкцията. Дадено бе точно предписание за необходимия ремонт, както и за цялостната защита на откритите части на стоманобетонната конструкция, мерки, които ще отложат следващия саниращ ремонт поне със 100 години нататък във времето.

Първата част от ремонта и възстановяването на конструкцията по технологиите и с материалите на Vandex бяха описани в предишния брой. Те са напълно достатъчни, стига стоманената армировка да не е корозирала до степен, която поради намаленото сечение на прътите отслабва носещата ù способност. В този случай, след като бъдат изпълнени всички операции по възстановяване на изкъртеното място – защита на армировката от повторно развитие на корозията, запълване със специален ремонтен разтвор и полагане на повърхностна защита, се налага и допълнително укрепване, което да възстанови и да надхвърли проектната товароносимост на съответните конструктивни елементи.

Тук обаче трябва да направим една уговорка. Възстановяването на карбонизирали носещи бетонни конструкции с корозирала армировка в никакъв случай не е занимание за любители, както и за пишман-майстори, познаващи и доверяващи се единствено на класическите строителни материали. При малки повреди и съхранена армировка, а още повече при превантивна защита, със задачата може да се справи и всеки строител любител или професионалист, стига да ползва предписаните в случая материали на Vandex (или на друг световен производител със същото предназначение) при стриктно спазване на предписаната технология.

Съвсем не така стоят нещата, когато носещата стоманобетонна конструкция има тежки поражения и вече се налага допълнителното ù укрепване. В такива случаи задължително трябва да се потърси консултация с оторизирана лаборатория за безразрушителен контрол, да се подготви работен проект с използване на най-модерните технологии и материали като описаните в статията. При отговорни конструкции изпълнението трябва да се повери на екип с необходимата за работата с тези материали компетенция и опит. Затова публикуваме тази втора част на статията предимно с образователна цел за интелигентните строители. Тя би била също така полезна и за хората, които са поръчители и инвеститори на собствените си обекти, и затова трябва да знаят как и с какво те може и трябва да се ремонтират, а да не се предоверяват на „специалисти“, които не познават новите технологии и материали.

За разлика от всички използвани допреди години поради липсата на модерни материали повече или по-малко примитивни технологии, днес решението на проблема се възлага на, както образно бяха наречени, материали от космическата ера.

Това са специални ленти (банели) и платно, произведени от въглеводородни (карбонови) влакна, чиято якост на опън многократно надвишава стоманата. Внасяните в страната ни материали от „Новострой Инженеринг“ са производство на базираната в Люксембург компания Resins & Composites. Най-просто казано, това са материали, които се залепват върху повърхността на усилваните елементи. Те са еднакво подходящи за усилване на носещата способност на стоманобетонни колони, греди, плочи и стени, както и на елементи, изпълнени със стоманени профили, дървени греди или тухлена зидария.

Макар че в случая говорим основно за ремонт на увредени елементи от стоманобетонни конструкции, със същия успех тази технология може да се приложи и за допълнително подсилване на различни конструктивни елементи за повишаване на тяхната сеизмична устойчивост, при ремонт и надстрояване на стари сгради, и т.н.

Освен, че се постигат високи резултати при повишаване на товароносимостта, трябва да се отбележи също така, че по тази технология се работи много бързо, не се налага внасяне на големи количества материал (бетон и стоманени пръти или профили), ефектът настъпва още на другия ден и не се налага изчакване на прословутите 28 дни за набиране на якост на бетона. Далеч не на последно място новата технология пести много труд, чиято цена непрестанно се повишава. При тези технологии също така конструкцията не се натоварва с допълнително тегло, а използваните материали не са податливи на корозия. По този начин може да се подсилват и открити конструктивни елементи, без да се променя външният им вид и усилващите материали да не личат.

Всичко това е възможно с помощта на технология, базирана на карбонови материали и специално лепило, с което те се залепват здраво към повърхността на укрепваните елементи.

Карбоновите укрепващи материали на фирма Resins & Composites се предлагат в три разновидности.

CARBOSTRIP UNI

Това е твърда, но същевременно гъвкава пластина, произведена от еднопосочно разположени карбонови влакна, споени с епоксидно лепило. Предлага се с широчини 50, 80, 90, 100, 120 и 150 mm и дебелини 1,0; 1,2 и 1,4 mm. Доставя се на рула с дължина 100 или 150 m. Материалът има якост на опън >2,8 GPa и относително удължение преди скъсване >1,6%. За сравнение ще посочим, че тези показатели за армировъчните стомани са в границите 0,37–0,59 GPa и 18–26%. Следователно карбоновите пластини имат над 6 пъти по-голяма якост на опън и около 16 пъти по-малко относително удължение в сравнение използваната за армировка стомана. Пластините са защитени фабрично с фолио, което се премахва преди залепването им. Така се гарантира, че лепилото ще свърже максимално здраво с грапавата им повърхност.

CARBOSTRIP MULTI

При тази карбонова лента въглеводородните влакна са разположени 90% по нейната дължина и 10% под ъгъл ±45о спрямо останалите. Съответно тази лента е пригодена да поема усилия на опън не само по дължината си, но и в напречна посока. Останалите технически характеристики са като при лентата CARBOSTRIP UNI.

CARBOSTRIP UD

Този материал наподобява текстилна тъкан с мрежа от еднопосочно и зигзагообразно разположени карбонови влакна. Доставя се във вид на лента с широчина 300 mm и дължина 250 m. Използва се за усилване на носещи конструктивни елементи със сложна форма, например колони с кръгло напречно сечение.

Всеки от тези усилващи материали се залепва откъм страната, която е натоварена на опън – т.е. от долната страна на гредите и плочите. При усилване на колони е желателно те да бъдат четиристранно армирани чрез облепване, а при невъзможност – откъм страната, подложена на опън вследствие натоварването на изкълчване на колоната.

Допълнителната армировка с карбонови ленти или тъкан се изпълнява лесно и бързо. Те се залепват към укрепвания елемент със специално епоксидно двукомпонентно лепило CARBOSTRIP Adhesive. То се подготвя чрез разбъркване в продължение на 3–4 min непосредствено преди употреба. Компонентите му са оцветени различно, което улеснява постигането на необходимата хомогенност на разтвора. Лепилото има изключително висока адхезия към материалите от карбонови влакна и към основата – бетон, камък, стомана и дърво.

Технологията на залепване на лентите е следната:

» Основата трябва да бъде много добре механично почистена от нестабилни частици и прах, по нея да няма остатъци от бои или мазнини. Почистването става с твърда метална четка и ъглошлайфмашина, по пясъкоструен способ, може и с вода под високо налягане.

» Върху предварително отрязаното според необходимата дължина парче карбонова лента се намазва равномерно дебел пласт лепило.

» След това ивицата се притиска силно към мястото, на което трябва да се залепи. С помощта на валяк от твърда гума останалите отдолу въздушни мехури се изтласкват, при което лентата се намества окончателно на мястото си. Избилото встрани лепило се обира. След притискане и валиране на лентата дебелината на слоя лепило между нея и основата трябва да бъде около

2 mm. Времето за втвърдяване на лепилото е 24 часа.

При армиране с CARBOSTRIP UD лепилото са намазва върху основата и платното се полага върху него. По същия начин се постъпва и при залепване на втория пласт CARBOSTRIP UD.

Описаната технология включва още CARBOTEX Impreg, който представлява епоксиден материал за импрегниране на тъкани от карбонови влакна.

С две думи, това е технология, която позволява елегантно, лесно изпълнимо и сигурно решение на иначе много трудно, а често и нерешими с класическите материали проблеми при укрепване и повишаване носещата способност и здравината на строителната конструкция.

На снимките е показана последователността на работа при обекти, изпълнени от „Новострой Инженеринг“ – усилване на колона с CARBOSTRIP UD, на плоча и греда с CARBOSTRIP UNI.

Повече информация ще намерите тук.