Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования Российский патент 2025 года по МПК E04G23/02 

Изобретение относится к строительству, а именно к видам работ направленных на восстановление или усиление несущей способности железобетонных конструкций (колонны, ригеля/балки, плиты покрытия/плиты перекрытия, стеновые панели и монолитные ограждающие конструкции, фундаментные плиты, стаканы и ростверки), потерявших заданную несущую способность в процессе эксплуатации или техногенного воздействия на конструкции. Восстановление или усиление несущей способности железобетонных конструкций в предлагаемом решении относится, в частности, к конструкциям, использующим внешнее армирование для восстановления и повышения прочности железобетона при объемном напряженном состоянии.

Для ремонта и повышения несущей способности железобетонной конструкций известны и используются на практике множество различных способов (1).

Из уровня техники известны элементы армирования, используемые при восстановлении железобетонных конструкций, состоящие из композитных материалов на основе базальтового, органического, углеродного, полиэфирного, параарамидного, метаарамидного, полиакрилонитирильного волокна, стекловолокна и латексного связующего, эпоксидного связующего, полиэфирного связующего, кремнийорганического связующего, винилэфирного связующего, фенольного связующего, связующего на основе полиуретана, связующего на основе термопластов, связующего на основе эластомеров. Подобные элементы получают широкое распространение при восстановлении различных железобетонных конструкций, поскольку они обладают рядом преимуществ по отношению к элементам из традиционных материалов (металлов и цементных растворов), такими как прочность при растяжении, низкий вес, коррозионная стойкость, продолжительным сроком службы, а также усиление строительных конструкций композитными материалами является менее трудоемким, энергозатратным и более технологичным процессом по сравнению с традиционными способами усиления.

Известно техническое решение (2) (патент на полезную модель РФ № 212958) - восстановленная железобетонная опора линии электропередачи, на поверхности которой наклеены с помощью средства адгезии композитные элементы, состоящие из волокон и связующего, отличающаяся тем, что часть композитных элементов наклеена в вертикальном направлении на поверхности железобетонной опоры, а другая часть композитных элементов наклеена в горизонтальном направлении на поверхности пересекающихся с ними композитных элементов и поверхности железобетонной опоры, при этом на поверхности железобетонной опоры между композитными элементами, наклеенными в вертикальном направлении, и композитными элементами, наклеенными в горизонтальном направлении, имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны. В качестве композитных элементов, наклеенных в вертикальном направлении, использованы ламели и/или однонаправленные ленты и связующее. Композитные элементы, наклеенные в вертикальном направлении, выполнены из цельной ламели и/или цельной однонаправленной ленты. В качестве волокон использовано углеродное, и/или базальтовое, и/или органическое, и/или полиэфирное, и/или параарамидное, и/или метаарамидное, и/или полиакрилонитирильное волокно, и/или стекловолокно. В качестве средства для адгезии или связующего использовано связующее на основе эпоксидного связующего, и/или латексного связующего, и/или эластомеров, и/или полиэфирного связующего, и/или винилэфирного связующего, и/или связующего на основе полиуретана, и/или связующего на основе термопластов, и/или связующего на основе эластомеров.

Недостатками является высокая себестоимость по сравнению с элементами из традиционных материалов, а также отсутствие возможности миграции влаги через наклеенные композитные материалы ввиду их герметичности.

Известно техническое решение (3) (патент РФ № 2788372) - железобетонная опора линии электропередачи с локально восстановленным участком, на поврежденном участке которой расположено локальное кольцевое усиление и наклеены с помощью средства адгезии композитные элементы, состоящие из волокон и связующего, согласно заявленному решению, в качестве локального кольцевого усиления использовано кольцевое бетонирование всей поверхности участка железобетонной опоры, а на поверхности обетонированного участка железобетонной опоры наклеены композитные элементы в горизонтальном направлении, при этом на поверхности обетонированного участка железобетонной опоры между композитными элементами, наклеенными в горизонтальном направлении, имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны. Технический результат изобретения заключается в улучшении миграции влаги на локальном участке в теле железобетонной опоры линии электропередачи, восстановленном с помощью повторного обетонирования и композитных материалов на основе связующего и однонаправленного волокна/ткани с одновременным увеличением прочности железобетона при объемном напряженном состоянии и уменьшением количества используемых в процессе восстановления композитных материалов.

Недостатками данного технического решения является накопление влаги в теле железобетонной опоры, быстрое разрушение железобетонной опоры при постоянном воздействии погодных условий.

Наиболее близким техническим решением, по мнению автора, является (6) (патент РФ № 2494204) способ усиления железобетонной колонны с помощью ее дополнительного внешнего армирования, с последующей заделкой этого армирования заключается в том, что предварительно снимают бетон защитного слоя до продольной арматуры, устанавливают новую дополнительную арматуру по всей высоте колонны при помощи сварки, полимерцементными ремонтными составами наносят защитный слой заделкой и выравниванием поверхности колонны с округлением ее углов радиусом 10…20 мм. Затем очищают и обрабатывают поверхность бетона грунтовочным составом, наносят последовательно на поверхность бетона слой клеящего состава, укладывают и закрепляют углехолст, наносят финишный слой клеящего состава, который присыпают тонким слоем сухого песка крупностью 0,5…1,5 мм.

Недостатками данного технического решения являются необходимость выполнения огневых работ в процессе установки новой дополнительной арматуры к существующей поврежденной арматуре. Данный способ также негативно влияет на целостность арматуры, так как неизбежны прожиги арматуры в процессе сварки и уменьшение поперечного сечения существующей арматуры. Помимо этого, в случаях, когда конструкции колонн имеют повышенное армирование (расположение вплотную двух и более стержней), возникают трудности расположения новых стержней и их сварки с существующей арматурой. Также конструктивная арматура, располагающаяся в горизонтальном направлении и обхватывающая существующую рабочую арматуру так называемыми хомутами, расположена с шагом от 100 до 400 мм и не позволит приложить дополнительную арматуру к существующей рабочей арматуре в вертикальном направлении. Если рассмотреть способ полной разборки защитного слоя бетона, а также разобрать слой бетона на глубину, обеспечивающую возможность заведения новой арматуры внутрь хомутов (конструктивного армирования), то могут возникнуть негативные последствия, связанные с уменьшением поперечного сечения колонны, а также работы бетона колонны отдельно от металлического каркаса колонны. Все это влечет к необходимости выполнения дополнительных мероприятий, связанных с устройством временных поддерживающих конструкций, которые смогут полностью разгрузить ремонтируемую колонну с системой домкратов, что, в свою очередь, влечет к увеличению трудозатрат при выполнении работ, материалоемкости процессов увеличению сроков выполнения работ и конечной стоимости таких работ.

Целью настоящего изобретения является повышение качества выполняемых работ по восстановлению железобетонных конструкций системой внешнего армирования путем применения технологии вакуумирования при приклейке углеродного тканого материала к ремонтируемой железобетонной конструкции, в результате чего достигается максимальное прилегание углеродного тканого материала к ремонтируемой конструкции (промежуточный слой (слой клея) между бетоном и углеродным тканым материалом максимально минимален), удаляются все воздушные включения из связующего и углеродного тканого материала (ликвидируются негативные дефекты, по которым начинается разрушение), тем самым повышается качество и надежность восстановленной конструкции, исключается отслоение углеродного тканого материала от железобетонной поверхности под действием гравитации.

Поставленная цель достигается следующим образом: способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования заключается в том, что предварительно удаляют поврежденные участки бетона; зачищают оголенную поверхность металлической арматуры от ржавчины; наносят состав нейтрального преобразователя ржавчины до трех слоев, после высыхания которого наносят на поверхность арматуры дополнительно два слоя преобразователя ржавчины на цементной основе; зачищают поверхность бетона при помощи алмазного инструмента до появления крупного заполнителя в теле бетона; восстанавливают геометрические размеры конструкции при помощи высокопрочных тиксотропных составов с последующей зачисткой и выравниванием поверхности алмазным инструментом, с последующей окончательной очисткой восстанавливаемой поверхности; наклеивают на восстанавливаемую поверхность углеродный тканый материал, предварительно пропитанный эпоксидным клеем, выполняющий функцию внешнего армирования, отличается тем, что наклеенный углеродный тканый материал покрывают по всей поверхности многоразовой многослойной плотной полиэтиленовой пленкой для создания вакуума, в теле которой герметично расположена спиральная трубка, соединенная с помощью патрубка с вакуумным насосом, откачивают воздух по всей восстанавливаемой поверхности, до давления минус 0,6 МПа, выдерживают в течение 24 часов, демонтируют многоразовую многослойную плотную полиэтиленовую пленку для создания вакуума, выравнивают восстановленную поверхности с помощью финишного эпоксидного клея с посыпкой поверхности песком крупностью 0,1-2,5 мм, затем окончательно очищают поверхность. Возможно наклеивание нескольких слоев углеродного тканого материала, предварительно пропитанного эпоксидным клеем, при этом каждый слой покрывают по всей поверхности многоразовой многослойной плотной полиэтиленовой пленкой для создания вакуума, в теле которой герметично расположена спиральная трубка, соединенная с помощью патрубка с вакуумным насосом, откачивают воздух по всей восстанавливаемой поверхности, до давления минус 0,6 МПа, выдерживают в течение 24 часов, демонтируют многоразовую многослойную плотную полиэтиленовую пленку, затем наклеивают следующий слой аналогичным методом. Также перед операцией внешнего армирования возможно нанесение на восстанавливаемую поверхность ремонтного бетонного состава. Кроме этого, перед операцией внешнего армирования возможно создание дополнительного рабочего или жертвенного слоя, с дополнительным армированием восстанавливаемой поверхности стекловолоконными, углеволоконными или металлическими сетками или каркасами. Возможно, перед операцией внешнего армирования, проведение омоноличивания конструкции в предварительно смонтированные вокруг нее опалубочные формы, с последующим удалением цементного молочка, путем обработки восстанавливаемой поверхности конструкции алмазным инструментом до получения ровной поверхности, полученной бетонной рубашки. Перед операцией внешнего армирования, возможно нанесение на восстанавливаемую поверхность эпоксидного клея с добавлением мелкого песка с выравниванием поверхности от дефектов в виде сколов и неровностей, с последующей окончательной очисткой поверхности. A также возможно нанесение на окончательно очищенную восстановленную поверхность конечного слоя огнезащиты или штукатурного слоя с последующей покраской или без нее.

Суть изобретения заключается в выполнении комплекса неотъемлемых работ, завершающихся предлагаемым способом обеспечения максимально качественной приклейки углеродного тканого материала к железобетонной поверхности конструкции. Работы начинаются с огораживания зоны производства работ и сооружения средств подмащивания для доступа к восстанавливаемой конструкции. Слабые участки бетона удаляются при помощи слабомощных перфораторов с энергией удара, не превышающего 14 кДж, оголенные поверхности рабочей и конструктивной арматуры зачищаются механически при помощи углошлифовальных машин с металлическими щетками, либо пескоструйным методом, либо при помощи лазерного луча специализированных аппаратов, предназначенных для очистки металлических поверхностей от ржавчины. На очищенные металлические поверхности наносится жидкий нейтральный преобразователь ржавчины типа Ифхан 58ПР до трех слоев в зависимости от состояния арматуры. После высыхания преобразователя ржавчины на арматуру наносят преобразователь ржавчины на цементной основе типа Mapefer 1K, который дополнительно защищает конструктивную и рабочую арматуру и обеспечивает наилучшее сцепление ремонтного состава с арматурой, так как после реакции жидкого преобразователя арматура покрывается гладкой защитной пленкой, которая ухудшает сцепление с ремонтным составом. Затем производится зачистка поверхности бетона при помощи алмазного инструмента до появления крупного заполнителя в теле бетона. Восстанавливаемую бетонную поверхность очищают от загрязнения. Очистка поверхности от пыли и загрязнений производится любым способом, например, гидроструйным способом либо при помощи сжатого воздуха или при помощи пылесосов. Затем восстанавливают геометрические размеры конструкции при помощи высокопрочных тиксотропных составов с последующей зачисткой и выравниванием поверхности алмазным инструментом. В случае необходимости перед операцией внешнего армирования возможно нанесение на восстанавливаемую поверхность ремонтного бетонного состава. Нанесение ремонтного бетонного состава возможно проводить различными известными способами например, механизированным способом при помощи торкрет установок мокрого или сухого способов нанесения, или ручным способом. В случае необходимости создания дополнительного рабочего или жертвенного слоя необходимо в зависимости от его толщины применить дополнительное армирование слоя путем применения стекловолоконных сеток, металлических сеток или металлических каркасов. Также при необходимости возможно омоноличивание конструкций в предварительно смонтированные вокруг конструкции опалубочные формы. Полученные поверхности необходимо обработать алмазным инструментом, при помощи которого удалить цементное молочко и обеспечить ровную поверхность полученной бетонной рубашки. Произвести гидравлическую очистку поверхности либо очистить сжатым воздухом, либо очистить пылесосами. Возможно при необходимости, а именно наличии углублений, сколов и неровностей, следует при помощи двух компонентного любого эпоксидного клея с добавлением мелкого песка (крупностью 0,1-0,3 мм) произвести выравнивание до значений, указанных в Своде Правил СП 164.1325800.2014 п. 8.24. Основание усиливаемой конструкции должно соответствовать требованиям по плоскостности (неровность поверхности не должна превышать 5 мм на базе 2 м или 1 мм на базе 0,3 м); не иметь дефектов и загрязнений (применение песка фракцией 0,1-0,3 мм обеспечивает удобоукладываемость состава на бетонную поверхность, придает дополнительную вязкость составу и позволяет осуществить экономию дорогостоящего эпоксидного клея). На выровненную поверхность наносят слой праймера из того же двухкомпонентного эпоксидного клея, при этом его наносят на всю длину по месту наклейки углеродного тканого материала, но на ширину до 50 мм шире в каждую сторону, чтобы в последующем углеродный тканый материал лег именно на подготовленную (со слоем праймера) поверхность. Применяется углеродный тканый материал любых марок (возможно применение как однонаправленной так и двунаправленной ленты или холста, ламелей и углеродных тканых сеток в зависимости от принятого в рабочей документации решения), при этом углеродный тканый материал предварительно пропитываются эпоксидным клеем, далее по всей плоскости разворачивается многоразовая многослойная плотная полиэтиленовая пленка (РЕ/РА/РЕ), выдерживающая разряжение в процессе дегазофикации до 1 атм, удлинение на разрыв до 100% и рабочие температуры более 100 градусов по Цельсию.

На фиг. 1 и 2 изображен пример принципа армирования поврежденного участка железобетонной балочной конструкции с помощью предлагаемого технического решения в соответствии с рисунками 13 и 14 СП 164.1325800.2014. На фиг. 1 изображен общий вид армирования поврежденного участка, на фиг. 2 вид спереди. На фиг. 1 и 2 изображены: углеродный тканый материал 1 (армирующий элемент в конкретном случае углеродная однонаправленная лента 530/300); хомут 2 из того же углеродного тканого материала; далее применяется оснастка и расходные материалы по предлагаемому техническому решению - полиэтиленовая спиральная трубка 3, отвечающая за циркуляцию воздуха, которая располагается под многоразовой многослойной плотной полиэтиленовой пленкой для создания вакуума 6; герметизирующий жгут 4, представляющий собой двухстороннюю липкую полоску (ленту) обеспечивающий герметичную приклейку вакуумной пленки к бетонной поверхности усиливаемой конструкции, а также он герметизируют все входы и выходы через пленку (например трубки, шланги, патрубки 7); восстанавливаемая железобетонная конструкция 5. Многоразовая многослойная плотная полиэтиленовая пленка для создания вакуума 6 позволяет выполнить процесс дегазации армирующих систем.

В теле многоразовой многослойной плотной полиэтиленовой пленки для создания вакуума 6 (РЕ/РА/РЕ) установлен герметично патрубок 7. Патрубок присоединяют к вакуумному насосу 8 и производят откачку воздуха под всей плоскостью пленки. Откачку производят до достижения давления минус 0,6 МПа, после чего перекрывают кран 9, ведущий от патрубка к вакуумному насосу, и выдерживают систему в таком состоянии в течение 24 часов, тем самым обеспечивая полный процесс полимеризации, далее система разбирается, очищается и устанавливается в новом месте. Величина разряжения и время выдержки получены опытным путем. В процессе такой откачки весь воздух, в том числе и включения в составе клея и между ровингов углеродного тканого материала, под действием разности давлений под пленкой и за пределами пленки, удаляется. Углеродный тканый материал максимально возможно прижимается к поверхности бетона, тем самым исключается отслаивание его от поверхности железобетонной конструкции в процессе склеивания. После полимеризации связующего пленку с легкостью демонтируют, так как эпоксидный клей с легкостью отрывается от поверхности пленки, не прилипая к ней. Образовавшиеся неровности удаляют (в местах складок пленки), глянцевую поверхность при помощи наждачной бумаги перетирают (для обеспечения наилучшего сцепления с последующим слоем). В тех случаях, когда проектом предусмотрено устройство нескольких слоев, то операции по наклейке углеродного тканого материала повторяют в той же последовательности, как приведено выше. В тех случаях, когда проектом предусмотрена наклейка углеродного тканого материала в один слой, после демонтажа пленки наносят финишный (запечатывающий слой) эпоксидного клея, на который методом посыпки наносят слой сухого песка, который создаст шероховатую поверхность для обеспечения сцепления с последующими слоями. Излишки песка, не приклеившегося к финишному слою, удаляют гидроструйной обработкой, либо сжатым воздухом, либо пылесосом. На очищенную поверхность возможно нанесение слоя огнезащиты, которую впоследствии при необходимости можно покрыть атмосферостойким составом. В зависимости от проектного решения и соответствующего обоснования возможно устройство вместо огнезащитного покрытия штукатурного слоя с последующей покраской или без.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является применение вакуумирования в процессе приклеивания углеродного тканого материала к железобетонной конструкции, в результате чего гарантированно можно достичь выполнения работ в строгом соответствии с проектным решением, получив качественный результат по итогам выполненной работы, что, в свою очередь, положительно будет влиять на надежность конструкций и долговечность сооружения.

Преимуществом данного метода является надежность, обеспеченная путем ликвидации негативных дефектов в виде вкраплений воздуха в матрице приклеиваемого углеродного тканого материала со связующим к железобетонной поверхности.

Источники информации

1. «Пособие по практическому выявлению пригодности к восстановлению поврежденных строительных конструкций зданий и сооружений и способам их оперативного усиления», ЦНИИПромзданий, Москва, 1996 г.;

2. Патент на полезную модель РФ № 212958 МПК E04H 12/12, E04G 23/02, опубл. 15.08.2022, Бюл. № 23;

3. Патент РФ № 2788372 МПК E04H 12/12, E04G 23/02, опубл. 18.01.2023, Бюл. № 2;

4. Патент РФ № 2494204 МПК E04G 23/02, опубл. 27.09.2013, Бюл. № 27.

Изобретение относится к строительству, а именно к способу восстановления несущей способности железобетонных конструкций. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности конструкции. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования заключается в том, что предварительно удаляют поврежденные участки бетона, зачищают оголенную поверхность металлической арматуры от ржавчины, наносят состав нейтрального преобразователя ржавчины, после высыхания которого наносят на поверхность арматуры дополнительно два слоя преобразователя ржавчины на цементной основе, зачищают поверхность бетона до появления крупного заполнителя в теле бетона, очищают восстанавливаемую бетонную поверхность от загрязнения, восстанавливают геометрические размеры конструкции при помощи высокопрочных тиксотропных составов с последующей зачисткой и выравниванием поверхности, наклеивают на восстанавливаемую поверхность углеродный тканый материал, предварительно пропитанный эпоксидным клеем, выполняющий функцию внешнего армирования. Наклеенный углеродный тканый материал покрывают по всей поверхности многоразовой многослойной плотной полиэтиленовой пленкой, в теле которой герметично расположена спиральная трубка, соединенная с помощью патрубка с вакуумным насосом, откачивают воздух по всей восстанавливаемой поверхности, демонтируют полиэтиленовую пленку для создания вакуума, выравнивают восстановленную поверхность с помощью финишного эпоксидного клея с посыпкой поверхности песком крупностью 0,1-2,5 мм, затем окончательно очищают поверхность. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования, заключающийся в том, что предварительно удаляют поврежденные участки бетона, зачищают оголенную поверхность металлической арматуры от ржавчины, наносят состав нейтрального преобразователя ржавчины до трех слоев, после высыхания которого наносят на поверхность арматуры дополнительно два слоя преобразователя ржавчины на цементной основе, зачищают поверхность бетона при помощи алмазного инструмента до появления крупного заполнителя в теле бетона, очищают восстанавливаемую бетонную поверхность от загрязнения, восстанавливают геометрические размеры конструкции при помощи высокопрочных тиксотропных составов с последующей зачисткой и выравниванием поверхности алмазным инструментом, наклеивают на восстанавливаемую поверхность по меньшей мере один слой углеродного тканого материала, предварительно пропитанного эпоксидным клеем, выполняющего функцию внешнего армирования, отличающийся тем, что наклеенный углеродный тканый материал покрывают по всей поверхности многоразовой многослойной плотной полиэтиленовой пленкой, в теле которой герметично расположена спиральная трубка, соединенная с помощью патрубка с вакуумным насосом, откачивают воздух по всей восстанавливаемой поверхности до давления минус 0,6 МПа, выдерживают в течение 24 часов, демонтируют многоразовую многослойную плотную полиэтиленовую пленку для создания вакуума, выравнивают восстановленную поверхность с помощью финишного эпоксидного клея с посыпкой поверхности песком крупностью 0,1-2,5 мм, затем окончательно очищают поверхность.

2. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования по п. 1, отличающийся тем, что наклеивают несколько слоев углеродного тканого материала, предварительно пропитанного эпоксидным клеем, при этом каждый слой покрывают по всей поверхности многоразовой многослойной плотной полиэтиленовой пленкой для создания вакуума, в теле которой герметично расположена спиральная трубка, соединенная с помощью патрубка с вакуумным насосом, откачивают воздух по всей восстанавливаемой поверхности до давления минус 0,6 МПа, выдерживают в течение 24 часов, демонтируют многоразовую многослойную плотную полиэтиленовую пленку, затем наклеивают следующий слой аналогичным методом.

3. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования по п. 1, отличающийся тем, что перед операцией внешнего армирования наносят на восстанавливаемую поверхность ремонтный бетонный состав.

4. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования по п. 1, отличающийся тем, что перед операцией внешнего армирования создают дополнительный рабочий или жертвенный слой с дополнительным армированием восстанавливаемой поверхности стекловолоконными, углеволоконными или металлическими сетками или каркасами.

5. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования по п. 1, отличающийся тем, что перед операцией внешнего армирования омоноличивают конструкцию в предварительно смонтированные вокруг нее опалубочные формы с последующим удалением цементного молочка путем обработки восстанавливаемой поверхности конструкции алмазным инструментом до получения ровной поверхности полученной бетонной рубашки.

6. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования по п. 1, отличающийся тем, что перед операцией внешнего армирования наносят на восстанавливаемую поверхность эпоксидный клей с добавлением мелкого песка с выравниванием поверхности от дефектов в виде сколов и неровностей, с последующей окончательной очисткой поверхности.

7. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования по п. 1, отличающийся тем, что наносят на окончательно очищенную восстановленную поверхность конечный слой огнезащиты.

8. Способ восстановления железобетонных конструкций системой внешнего армирования методом вакуумирования по п. 1, отличающийся тем, что наносят на окончательно очищенную восстановленную поверхность штукатурный слой с последующей покраской или без нее.