Способы и методы усиления железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции – основа большинства современных зданий. Характеризуются прочностью, надежностью и долговечностью. Однако со временем они изнашиваются, теряют часть свойств и несущую способность. Чтобы не допустить обрушения, сооружения нужно укрепить. Современные методы усиления железобетонных конструкций продлевают срок их службы и адаптируют к новым условиям эксплуатации. Укрепление особенно актуально при реконструкции старых зданий с изменением назначения. В статье рассмотрим основные способы усиления железобетонных конструкций. 

Причины ослабления

Ж/б постройки теряют свойства из-за:

1. Физического старения железобетона – металлическая арматура подвержена коррозии, особенно при повышенной влажности или при контакте с агрессивными средами. Бетон разрушается из-за микротрещин, эрозии и карбонизации, что снижает его характеристики.
2. Увеличения нагрузок – реконструкция зданий, изменение назначения или добавление новых этажей приводят к повышению давления на основные участки. Основания могут не выдержать дополнительного веса, поэтому потребуется усиление.
3. Ошибок при проектировании и строительстве – неправильные расчеты, применение некачественных стройматериалов или нарушение технологии монтажа приводит к деформациям и снижению надежности сооружения.
4. Воздействий извне – сейсмическая активность, резкие перепады температур, высокая влажность или контакты с химически агрессивными средами ускоряют процесс разрушения. 

Во всех перечисленных случаях, даже прочные строения нужно отремонтировать и обеспечить им дополнительную защиту.

Диагностика состояния сооружений

Руководство по усилению железобетонных конструкций определяет порядок обследования перед усилением. Изыскания необходимы для выявления степени износа, причин повреждений и выбора оптимального способа ремонта.

Диагностика проводится в несколько этапов:

1. Наружный осмотр – специалисты ищут трещины, сколы, участки, пораженные коррозией, отслоения бетона и другие видимые повреждения, чтобы определить их масштаб. Отбирают пробы материалов для лабораторного анализа.
2. Инструментальные изыскания – проводится ультразвуковая диагностика, позволяющая оценить плотность бетона, выявить внутренние пустоты и трещины. Выполняется радиолокационное сканирование для изучения состояния арматуры, выявления коррозии и других дефектов.
3. Лабораторные анализы – прочность бетона определяется с помощью методов механического воздействия и неразрушающего контроля. Также оценивается состояние арматуры. Устанавливается степень поражения коррозией, толщина защитного слоя и прочность сцепления с бетоном. Выполняется химический анализ стройматериалов для проверки последствия воздействия агрессивных сред.

По итогам обследования эксперты подготавливают техническое заключению и выполняют проектирование. В проекте отражают все проблемы, рекомендации по усилению железобетонных конструкций, объем работ, материалов и другие параметры. 

СП, СНиП и ГОСТ по усилению железобетонных конструкций 

Работы регламентируются рядом нормативных документов:

1. ГОСТ 31937-2011 регулирует порядок обследования и мониторинга объектов, устанавливает методы оценки их состояния. 
2. ГОСТ Р 57345-2016 закрепляет порядок усиления железобетонных строений с применением композитных материалов.
3. ГОСТ 7473-2010 (бетонные смеси) и ГОСТ 5781-82 (стальная арматура) определяют материалы, которые могут задействоваться для усиления.
4. СНиП 52-01-2003 отражает требования к бетонным и железобетонным компонентам, включая допустимые нагрузки и параметры прочности. 
5. СП 48.13330 устанавливает правила организации строительства и дает рекомендации по приемке. 

Соблюдение перечисленных стандартов гарантирует надежность и безопасность восстановленных железобетонных построек.

Методы усиления элементов железобетонных ферм и других сооружений

Строители применяют следующие способы усиления железобетонных колонн и прочих строений:

1. Усиление с использованием дополнительной арматуры – несущая способность увеличивается за счет добавления новых стальных деталей. Прутья монтируются в заранее подготовленные отверстия и фиксируются с помощью бетонного раствора. Ремонт повышает прочность изгибаемых элементов – балок, ферм, плит и т.д.
2. Увеличение сечения – наращивание объема бетона и арматуры для повышения несущей способности. Первый способ: на поверхность основания наносится дополнительный слой раствора и укрепляется арматурной сеткой. Это подходящий метод усиления железобетонных колонн, стен и фундаментов. Второй способ: вокруг строения создается арматурный каркас и заливается бетоном. Стальные обоймы обеспечивают равномерное распределение давления и повышают устойчивость постройки.
3. Внешнее армирование – способ усиления предполагает использование дополнительных компонентов. Стальные профили крепятся к поверхности с помощью анкеров или сварки. Так укрепляются балки, перекрытия и колонны без существенного увеличения веса и габаритов. Инновационная методика усиления – с использованием композитов. Углеволоконные полотна и ламели наклеиваются на поверхность с помощью эпоксидных составов. Они создают новый армирующий слой, который повышает прочность на изгиб и сжатие. Вес и толщина строений не увеличиваются. Срок службы продлевается на несколько десятков лет.
4. Инъектирование – в основании высверливаются отверстия, вставляются пакеры и закачивается ремонтный раствор под давлением с помощью специального оборудования. Вещество заполняет все трещины и пустоты, формирует с материалом единую структуру. Целостность бетона полностью восстанавливается, предотвращается дальнейшее разрушение.
5. Торкретирование – на поверхность наносится бетонный раствор под давлением. Создается новый слой, который укрепляет основание, защищает от влаги, механических повреждений и других воздействий. Технология подходит для усиления стен, перекрытий и других компонентов, подверженных старению.
6. Установка опор – монтаж колонн, подпорок и балок для равномерного распределения давления. Также используются предварительно напряженные элементы. Они создают дополнительное усилие, которое компенсирует нагрузки и повышает устойчивость строения.

Выбор технологии усиления зависит от вида конструкции, степени износа, условий работы и других параметров. 

Способы усиления для разных объектов

У каждого здания есть особенности, от которых зависит выбор методики усиления. Например:

1. Жилые дома – подбор технологии усиления зависит от конструктивной схемы. Учитывается тип несущих частей, степень повреждения и износа. Оптимальный способ – усиление углеволокном.
2. Промышленные постройки – технология усиления выбирается с учетом текущих нагрузок и состояния оснований.
3. Мосты – различаются по конструктивным особенностям и назначению. Включают колонны, различные железобетонные плиты и другие элементы. Способ усиления подбирается с учетом планируемых нагрузок и сейсмической активности в регионе.
4. Архитектурные памятники – представляют историческую ценность, поэтому любой ремонт не должен повлиять на облик. Нужно правильно спроектировать, организовать и выполнить усиление. Восстановление, как правило, проводится с помощью инъектирования и композитов. 

Конкретная технология усиления конструкций зданий выбирается после обследования объекта. 

Сравнение методов усиления

Каждый способ имеет сильные и слабые стороны, что важно учитывать при выборе. Сравнение методов проводится с учетом стоимости, трудоемкости, долговечности и применимости в конкретных ситуациях. Усиление композитами эффективно, если нужно провести ремонт без увеличения массы и площади объекта. Однако стоимость углеволокна высокая, а монтаж требует квалификации специалистов. Увеличение сечения обходится дешевле, но возрастает нагрузка на основание. Требуется больше времени на выполнение работ.

Внешнее армирование стальными профилями дает возможность быстро укрепить железобетонное основание без значительного увеличения размера. Однако технология ограничена условиями эксплуатации. Например, при контакте с агрессивными средами на металлическом каркасе появится коррозия. 

Инъектирование и торкретирование эффективны для восстановления монолитности и устранения трещин. Ремонт относительно недорогой и может выполняться в стесненных условиях. Однако методики ограничены типом повреждений. Инъектирование подходит для заполнения пустот, а торкретирование – для усиления поверхностей.

Установка опор или предварительно напряженных элементов увеличивает несущую способность. Но технология усиления трудоемкая в реализации и требует сложных расчетов.

Заключение

Усиление железобетонных строений – сложный, но необходимый процесс, позволяющий восстановить несущую способность зданий, продлить срок службы и адаптировать к новым условиям эксплуатации. Современные методы с использованием углеволокна, а также инъектирование и торкретирование предоставляют широкие возможности для качественного усиления. У каждой технологии есть преимущества и недостатки. Выбор методики усиления зависит от типа постройки, степени износа, рабочих условий и бюджета. Грамотный ремонт не только восстановит функциональность объекта, но и предотвратит аварию.