ультразвуковых колебаний 20—300 кГц, электрическое напряжение на преобразователе 1—2000 В.

Контроль времени заполнения материала на заданную глубину осуществляют по формуле, характеризующей зависимость этой величины от расчетного значения времени распространения ультразвуковых колебаний в пропитываемом материале на заданной глубине, от времени распространения ультразвуковых колебаний в сухом материале, от глубины заполнения материала раствором и длины заполняемого материала раствором. Измеренное значение времени распространения ультразвуковых колебаний через пропитываемый материал сравнивают с заданным, расчетным.

Рис. 4.16. Способ защиты пористых материалов от проникновения влаги: 1 – преобразователь; 2 – пористый материал; 3 – резиновая прокладка; 4 – гидрофобизатор; 5 – приемный преобразователь; 6 – приемник, выход которого соединен с входом генератора 7

Новые способы усиления конструкций

Усиление конструкций с использованием композиционных материалов на основе углеродных волокон

Предварительное напряжение композиционных материалов может быть выполнено путем напряжения конструкций. Системы предварительного напряжения могут применяться в качестве внешнего армирования при усилении существующих конструкций зданий и сооружений.

Наибольшее распространение получили шпренгельные системы на основе канатной арматуры повышенной коррозионной стойкости и затяжки. Роль затяжки выполняют специальные канаты заводского изготовления (арматурный семипроволочный канат диаметром от 12 до 15,7 мм) в пластиковой трубке, заполненной антикоррозийным составом, который способствует уменьшению сил трения при натяжении каната. Натяжение каната производят механическим способом с помощью гидравлического домкрата. Пластиковая трубка позволяет выполнять натяжение арматурных канатов после бетонирования и набора бетоном проектной прочности.

Предварительно напряженные арматурные элементы обычно натягиваются с одного конца. Предварительное напряжение можно регулировать (увеличивать или уменьшать) в любое время до завершения заливки арматуры путем перестановки домкрата. Это позволяет также выполнять частичное натяжение арматуры. Во время и после натяжения осуществляется контроль эффективной нагрузки натяжения.

Технологии усиления строительных конструкций углеволокном

Углеволокно – высокопрочный, линейно упругий материал, основной для элементов внешнего армирования железобетонных конструкций. Поскольку элементы внешнего армирования из углеволокна закрепляются на конструкции с помощью монтажного клея (эпоксидного, эпоксиполиуретанового или полимерцементного), они эффективно реагируют на приращение деформаций конструкции, в них возникают большие приращения усилий. Прежде всего, это свойство обусловило применение углеродного волокна для усиления железобетонных конструкций.

В настоящее время существует два основных вида элементов внешнего армирования из композитных материалов: холсты (ткани) и ламинаты (ламели).

Холсты представляют собой ткань, сплетенную из тонких нитей армирующего материала, бывают в рулонах шириной по 300, 600 мм и др. Длина холстов, свернутых в рулон, обычно 50 м. Толщина 0,1–0,5 мм. Холсты бывают на основе углеволокна, стекловолокна и арамида. Для железобетонных конструкций наибольшее распространение получили углеволоконные холсты.

Ламинат (ламель) – плотная пластина шириной 50—150 мм, длиной до 250 м с запечатанными углеродными волокнами в эпоксидную матрицу. Толщина ламелей составляет 1–2 мм.

Область применения холстов и ламелей примерно одинаковая, но ламели применяются под большие пролеты и большие нагрузки.

Усиление железобетонных конструкций

Усиление железобетонных конструкций, прежде всего, относится к транспортным, гидротехническим сооружениям, памятникам архитектуры. Усиление рядовых конструкций (рис. 4.17) с применением технологии внешнего армирования должно быть обосновано экономически.

Рис. 4.17. Усиление цементных силосов ЖБК

Исторически, применение технологии внешнего армирования связано именно с железобетонными конструкциями мостов.

Для усиления железобетонных конструкций применяются элементы в виде лент и холстов. Механические характеристики элементов внешнего армирования варьируются в следующих пределах: Е = 70 000–640 000 МПа, R = 1700–4800 МПа.

При усилении железобетонных конструкций с применением лент требуется решить проблему анкеровки ленты на конструкции, что приводит к необходимости устройства закладных деталей – стальных или из углехолста.

Усиление пролетной зоны изгибаемых конструкций. Наиболее распространенное решение при усилении железобетонных конструкций с применением углеволокна – расположение элемента внешнего армирования со стороны наиболее растянутого волокна в пролетной зоне изгибаемых конструкций.

Усиление приопорных участков изгибаемых конструкций. В этих зонах, как правило, устанавливают углехолсты вдоль линии главных растягивающих напряжений. Углехолсты можно наклеивать в несколько слоев и формировать любые сечения, необходимые по расчету.

Усиление сжатых и внецентренно-сжатых железобетонных элементов. Применение элементов внешнего армирования для усиления сжатых, внецентренносжатых железобетонных элементов типа колонн, пилонов, простенков производится двумя способами. Во-первых, для усиления «коротких» элементов (с соотношением высоты к габариту поперечного сечения не более 10) эффективно устройство бандажей из углехолста, создающих «эффект обоймы» по типу косвенного армирования. Во-вторых, установка углехолста вдоль сжатого элемента является дополнительной рабочей арматурой.

Для устройства поперечных бандажей при усилении железобетонных колонн используются элементы внешнего армирования из углеродного волокна. Шаг поперечных бандажей С < 1 м, количество бандажей на колонне не может быть меньше 3 шт.

В рамных узлах сопряжения колонн и плит перекрытий (рис. 4.18) рекомендуется устанавливать крайние бандажи по обрезу колонн.

При усилении сейсмостойких конструкций рекомендуется для крайних бандажей использовать 3– или 4-направленный холст.

Усиление гибких колонн производится как продольными, так и поперечными элементами внешнего армирования.

Рис. 4.18. Обойма из углехолста

Рис. 4.19. Усиленная колонна круглого сечения

Перспективной областью применения элементов внешнего армирования из углеволокна являются предварительно напряженные элементы (рис. 4.19). Впервые предварительно напряженные углеродные ленты были использованы при усилении автомобильного железобетонного моста на юге Германии в 1982 году. В России впервые предварительно напряженные углепластиковые ленты были применены фирмой «Практик» при усилении балок пролетного строения автодорожного моста через реку Киржач на 104 км трассы Москва – Нижний Новгород в 2003 году.

Предварительное напряжение элементов внешнего армирования значительно повышает его эффективность и расширяет сферы его применения. Натяжение производится гидродомкратами с использованием специальных захватов и анкерных устройств. При натяжении элементов внешнего армирования из углеволокна с его последующим закреплением на конструкции достигается не только повышение несущей способности, но и увеличение жесткости и трещиностойкости усиливаемого элемента.

Усиление деревянных конструкций

При усилении деревянных конструкций применяется углеволокно с модулем упругости не менее 300 000 МПа.

Установка элементов внешнего армирования производится двумя основными способами:

♦ путем приклейки к поверхности;

♦ путем вклейки на монтажный клей в предварительно подготовленные пропилы.

Наиболее широко используют элементы внешнего армирования из углеволокна при усилении деревянных балок (как сплошных, так и клееных) в зоне действия пролетных моментов.

Элементы усиления в виде углехолстов устанавливают на участки, где действуют главные растягивающие напряжения и имеется опасность раскалывания вдоль волокон. Эффективно повышение жесткости гибких фанерных стенок путем приклейки углехолста в зоне действия поперечной силы.

К основным преимуществам элементов внешнего армирования из углеволокна относят простоту и скорость их монтажа и незаметность на конструкции.

Усиление каменных конструкций

Основная