Эффективное усиление каменных конструкций
25 августа 2010 года в Минске состоялась конференция «Реконструкция и реставрация зданий и сооружений». Далее – изложение письменной версии представленного на нее выступления о современных технологиях ремонта и усиления каменных зданий. Ее автор – Валерий ДЕРКАЧ, заместитель директора по научной работе филиала РУП «Институт БелНИИС», Брест.
Бывало, новое разрушало старое
Актуальный вопрос реконструкции и реставрации каменных зданий – обеспечение их конструктивной надежности и долговечности. В отличие от железобетонных конструкций, в которых трещинообразованию препятствует арматура, каменная кладка весьма чувствительна к действию растягивающих и сдвиговых напряжений. Поэтому наиболее распространенным видом повреждений построек из камня является их растрескивание. Этот процесс, во-первых, негативно сказывается на комфорте жильцов, арендаторов и других людей. Во-вторых, он может быть как следствием, так и причиной аварийного состояния сооружения целиком или его отдельной части. Кроме того, трещины, даже безопасные, снижают коммерческую ценность объекта, ухудшая его внешний и внутренний вид.
Особенно ощутимы последствия указанной деструкции в зданиях исторической застройки с богатым рельефом фасадов и ценной внутренней отделкой стен, содержащей фрески, позолоту и прочие элементы интерьерного убранства.
В последнее время вследствие строительства новых объектов вблизи старых каменных зданий образование трещин в их кладке происходит ускоренными темпами. В таких случаях самым опасным для старых построек становится близкое соседство с местами проведения работ нулевого цикла, которые вызывают изменение напряженно-деформационного состояния оснований фундаментов. Бывало, когда в ходе устройства котлованов рядом с существующими объектами последние даже обрушались.
Эпоксидный клей не всегда хорош
Среди традиционных способов усиления каменных конструкций больше всего распространены стальные и железобетонные обоймы, металлические пояса и накладки, перекладка кладки и проч. Многие из этих способов трудоемкие и дорогостоящие, некоторые нельзя использовать в случае ценных в архитектурно-историческом смысле зданий по эстетическим соображениям. Поэтому для ремонта и усиления каменных конструкций все чаще применяют новые технологии и материалы. Помимо прочего к этим материалам относятся композиты в виде ламелей, матов и сеток, изготавливаемые из углеводородных, арамидных и стеклянных волокон, прочность которых зачастую превышает прочность стали. Ввиду этого они хороши также для усиления железобетонных и металлических конструкций в качестве поверхностного армирования.
Соединение подобных материалов с усиливаемой конструкцией обычно выполняется на эпоксидном клее. За рубежом такая система усиления называется FRP (Fibre Reinforced Polymers). Этой системе присущ ряд недостатков:
– для надежного сцепления материала усиления с конструкцией ее поверхность должна быть сухой и выровненной;
– работы по усилению необходимо вести при положительной температуре и нормальной влажности воздуха для отверждения эпоксидного клея, слабая живучесть которого требует быстрого приклеивания;
– у клеевого соединения низкая огнестойкость, так как деструкция эпоксидного клея начинается при температуре 50–100 градусов;
– из-за органического происхождения эпоксидного клея склейка на нем обладает низкой долговечностью;
– работы с эпоксидным клеем вредят для здоровью;
– усиление должны выполнять высококвалифицированные рабочие из специализированных предприятий.
Динамические воздействия ей не страшны
Названных недостатков избегают, если вместо эпоксидного клея используют специальные штукатурные растворы из неорганических минеральных материалов с модифицированными полимерными добавками. Процесс усиления в этом случае такой. На очищенную от штукатурки и загрязнений поверхность каменной кладки после ее увлажнения наносится слой клеящего штукатурного раствора толщиной 3 миллиметра, в который утапливается армирующая сетка из композиционных материалов. Затем наносится защитный штукатурный слой толщиной 8–10 миллиметров, поверхность которого подвергается финишной обработке. При необходимости в защитный слой может утапливаться вторая сетка, дающая повышенную прочность усиления.
Означенная система усиления называется за рубежом FRCM (Fibre Reinforced Cementitious Matrix). Одна из ее разновидностей – система Ruredil X Mesh. В ней используют сетки из углеродных волокон (рисунок 1), обладающие следующими механическими свойствами: прочность на растяжение – 4800 мегапаскалей; модуль упругости – 240 гигапаскалей; деформативность при разрыве – 1,8 процента. Другие плюсы Ruredil X Mesh:
– простота технологии (рисунок 2);
– высокая адгезия армирующего штукатурного слоя к поверхности усиливаемой каменной кладки;
– совместимость армирующего слоя с кирпичной кладкой, то есть они имеют близкие деформационные характеристики, такие как модуль упругости и коэффициент температурного расширения;
– отменные коррозионная стойкость, огнестойкость, водостойкость и паропроницаемость, что дает возможность осуществлять усиление каменных конструкций как изнутри, так и снаружи зданий.
И наконец, Ruredilx X Mesh – это универсальность и возможность применения для любых форм и очертаний усиливаемых конструкций. В зарубежной практике эта система получила широкую популярность для усиления каменных зданий и сооружений, подвергаемых динамическим воздействиям, например от движения транспорта и работы технологического оборудования. В странах СНГ данный метод только начинает внедряться.
С минимальным ущербом для ценного облика
Еще один эффективный способ усиления каменных конструкций, широко распространенный в странах Европы, это усиление с помощью спиралевидных связей и анкерных соединений. В Польше оно применяется известно под названием Brutt Technologies. Данный способ основан на использовании спиралевидных стержней Brutt Saver, утапливаемых в специальный раствор Brutt Saver Powder (рисунок 3). Раствор укладывается в предварительно прорезанные в швах кладки пазы или просверленные в ее теле отверстия.
Спиралевидные связи изготавливают из высокопрочной нержавеющей стали, они устойчивы в щелочной среде. Чаще всего для усиления каменных конструкций выбирают связи диаметром 6, 8 и 10 миллиметров, реже – 12 и 14 миллиметров. Длина этих спиралевидных связей до 10 метров. Их можно укладывать внахлест, изгибать, соединять с помощью вязальной проволоки. Данный вид усиления позволяет устранить практически все распространенные виды конструктивных дефектов каменных конструкций, нанося минимальный ущерб их внешнему облику.
Спиралевидное ребро стержней Brutt Saver предоставляет возможность также монтировать их забиванием или вкручиванием в каменную кладку посредством ручного электроинструмента со специальной насадкой-адаптером. В основание из ячеистого бетона и пустотелого кирпича связи устанавливают при помощи химических анкеров. Спиралевидная связь позволяет выполнять закрепления практически в любых строительных материалах при минимальных расстояниях от края конструкции и между осями креплений.
В филиале разбираются с рациональным армированием
Кроме анализа и выявления рациональных областей применения описанных методов усиления, в филиале РУП «Институт БелНИИС» проводят экспериментально-теоретические исследования их эффективности для разных видов каменных конструкций. В частности, реализуется концепция рационального армирования конструкции в зависимости от вида ее напряженного состояния или морфологии трещин. В соответствии с этой концепцией армирующие элементы следует размещать так, чтобы их направления (волокна сеток или спиралевидные связи) были перпендикулярны трещинам либо, при отсутствии последних, совпадали с траекторией главных растягивающих напряжений.
Подготовил Дмитрий ЖУКОВ
Рисунки с сайтов www.varmastroy.ru и www.brutt-saver.pl
Бывало, новое разрушало старое
Актуальный вопрос реконструкции и реставрации каменных зданий – обеспечение их конструктивной надежности и долговечности. В отличие от железобетонных конструкций, в которых трещинообразованию препятствует арматура, каменная кладка весьма чувствительна к действию растягивающих и сдвиговых напряжений. Поэтому наиболее распространенным видом повреждений построек из камня является их растрескивание. Этот процесс, во-первых, негативно сказывается на комфорте жильцов, арендаторов и других людей. Во-вторых, он может быть как следствием, так и причиной аварийного состояния сооружения целиком или его отдельной части. Кроме того, трещины, даже безопасные, снижают коммерческую ценность объекта, ухудшая его внешний и внутренний вид.
Особенно ощутимы последствия указанной деструкции в зданиях исторической застройки с богатым рельефом фасадов и ценной внутренней отделкой стен, содержащей фрески, позолоту и прочие элементы интерьерного убранства.
В последнее время вследствие строительства новых объектов вблизи старых каменных зданий образование трещин в их кладке происходит ускоренными темпами. В таких случаях самым опасным для старых построек становится близкое соседство с местами проведения работ нулевого цикла, которые вызывают изменение напряженно-деформационного состояния оснований фундаментов. Бывало, когда в ходе устройства котлованов рядом с существующими объектами последние даже обрушались.
Эпоксидный клей не всегда хорош
Среди традиционных способов усиления каменных конструкций больше всего распространены стальные и железобетонные обоймы, металлические пояса и накладки, перекладка кладки и проч. Многие из этих способов трудоемкие и дорогостоящие, некоторые нельзя использовать в случае ценных в архитектурно-историческом смысле зданий по эстетическим соображениям. Поэтому для ремонта и усиления каменных конструкций все чаще применяют новые технологии и материалы. Помимо прочего к этим материалам относятся композиты в виде ламелей, матов и сеток, изготавливаемые из углеводородных, арамидных и стеклянных волокон, прочность которых зачастую превышает прочность стали. Ввиду этого они хороши также для усиления железобетонных и металлических конструкций в качестве поверхностного армирования.
Соединение подобных материалов с усиливаемой конструкцией обычно выполняется на эпоксидном клее. За рубежом такая система усиления называется FRP (Fibre Reinforced Polymers). Этой системе присущ ряд недостатков:
– для надежного сцепления материала усиления с конструкцией ее поверхность должна быть сухой и выровненной;
– работы по усилению необходимо вести при положительной температуре и нормальной влажности воздуха для отверждения эпоксидного клея, слабая живучесть которого требует быстрого приклеивания;
– у клеевого соединения низкая огнестойкость, так как деструкция эпоксидного клея начинается при температуре 50–100 градусов;
– из-за органического происхождения эпоксидного клея склейка на нем обладает низкой долговечностью;
– работы с эпоксидным клеем вредят для здоровью;
– усиление должны выполнять высококвалифицированные рабочие из специализированных предприятий.
Динамические воздействия ей не страшны
Названных недостатков избегают, если вместо эпоксидного клея используют специальные штукатурные растворы из неорганических минеральных материалов с модифицированными полимерными добавками. Процесс усиления в этом случае такой. На очищенную от штукатурки и загрязнений поверхность каменной кладки после ее увлажнения наносится слой клеящего штукатурного раствора толщиной 3 миллиметра, в который утапливается армирующая сетка из композиционных материалов. Затем наносится защитный штукатурный слой толщиной 8–10 миллиметров, поверхность которого подвергается финишной обработке. При необходимости в защитный слой может утапливаться вторая сетка, дающая повышенную прочность усиления.
– высокая адгезия армирующего штукатурного слоя к поверхности усиливаемой каменной кладки;
– совместимость армирующего слоя с кирпичной кладкой, то есть они имеют близкие деформационные характеристики, такие как модуль упругости и коэффициент температурного расширения;
– отменные коррозионная стойкость, огнестойкость, водостойкость и паропроницаемость, что дает возможность осуществлять усиление каменных конструкций как изнутри, так и снаружи зданий.
И наконец, Ruredilx X Mesh – это универсальность и возможность применения для любых форм и очертаний усиливаемых конструкций. В зарубежной практике эта система получила широкую популярность для усиления каменных зданий и сооружений, подвергаемых динамическим воздействиям, например от движения транспорта и работы технологического оборудования. В странах СНГ данный метод только начинает внедряться.
С минимальным ущербом для ценного облика
Спиралевидные связи изготавливают из высокопрочной нержавеющей стали, они устойчивы в щелочной среде. Чаще всего для усиления каменных конструкций выбирают связи диаметром 6, 8 и 10 миллиметров, реже – 12 и 14 миллиметров. Длина этих спиралевидных связей до 10 метров. Их можно укладывать внахлест, изгибать, соединять с помощью вязальной проволоки. Данный вид усиления позволяет устранить практически все распространенные виды конструктивных дефектов каменных конструкций, нанося минимальный ущерб их внешнему облику.
Спиралевидное ребро стержней Brutt Saver предоставляет возможность также монтировать их забиванием или вкручиванием в каменную кладку посредством ручного электроинструмента со специальной насадкой-адаптером. В основание из ячеистого бетона и пустотелого кирпича связи устанавливают при помощи химических анкеров. Спиралевидная связь позволяет выполнять закрепления практически в любых строительных материалах при минимальных расстояниях от края конструкции и между осями креплений.
В филиале разбираются с рациональным армированием
Кроме анализа и выявления рациональных областей применения описанных методов усиления, в филиале РУП «Институт БелНИИС» проводят экспериментально-теоретические исследования их эффективности для разных видов каменных конструкций. В частности, реализуется концепция рационального армирования конструкции в зависимости от вида ее напряженного состояния или морфологии трещин. В соответствии с этой концепцией армирующие элементы следует размещать так, чтобы их направления (волокна сеток или спиралевидные связи) были перпендикулярны трещинам либо, при отсутствии последних, совпадали с траекторией главных растягивающих напряжений.
Подготовил Дмитрий ЖУКОВ
Рисунки с сайтов www.varmastroy.ru и www.brutt-saver.pl
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 41 за 2010 год в рубрике мат. и тех.
