Усиление мостов углеволокном

Мосты проектируются с учетом техногенной нагрузки и природного воздействия на сооружение. Однако со временем железобетонные конструкции неизбежно изнашиваются, из-за изменения трафика растет нагрузка, возникают повреждения, вызванные коррозией, неверной эксплуатацией либо ошибками при разработке и реализации проекта. После накопления критической массы процесс разрушения может пойти лавинообразно.

Усиление углеволокном – наиболее щадящая технология восстановления мостов и увеличения несущей способности сооружения. Метод состоит в армировании конструкций углепластиком – высокопрочным материалом из углеродной ткани, пропитанной адгезивным составом.

Технология достаточно новая, применяется в России с конца 90-х годов. Впервые в нашей стране углеволокном усилили эстакаду третьего транспортного кольца столицы и железнодорожный мост в Домодедово.

Виды материалов

Сетки (холсты). Представляют собой гибкую ткань, при наклейке утапливаются в адгезивном полимерном составе, который пропитывает углеволокно. За счет гибкости и такого способа приклейки сетка плотно прилегает к усиливаемой конструкции даже при сложной конфигурации поверхности. Укладка возможна в несколько слоев.

Ламинат (ламели, полосы). Жесткий композиционный материал, при производстве которого несколько слоев углеволокнистой ткани пропитываются связующим эпоксидным составом с последующим отверждением. Может наклеиваться на поверхность, обычно в один слой, либо размещаться в предварительно подготовленных пазах. Стоимость ламината существенно выше, чем у сеток, но зато трудоемкость работ по усилению гораздо ниже.

Предварительно напряженный ламинат. При изготовлении изделий, в отличие от предыдущего случая, заливка эпоксидной смолой происходит после приложения растягивающего усилия. Материал используется для усиления изгибаемых железобетонных конструкций мостов.

Преимущества предварительно напряженного ламината:

• Увеличение допустимой нагрузки
• Замедление образования трещин
• Уменьшение площади сечения усиливающего материала

К недостаткам предварительно напряженного ламината в сравнении с ненапряженными аналогами относится более сложная технология усиления, что выливается в увеличение стоимости и срока работ.

Технология усиления

Мероприятия выполняются локально на отдельных участках либо комплексно с усилением всех нагруженных элементов – опорных колонн, пролетных балок, плит.

Подготовительные работы

На основании очерчивают мелом зоны, в которых будет проводиться усиление. Поверхность очищают от загрязнений и цементного молочка, верхний слой бетона для лучшего сцепления обрабатывают до обнажения крупного заполнителя.

Основание высушивают и грунтуют, сколы, раковины и трещины заделывают. Испачканное пылью углеволокно не удастся пропитать адгезивным связующим, поэтому раскрой на отрезки нужной длины производится на плотном полиэтилене.

Для блокировки развития коррозии арматуры и восстановления бетонного слоя наносят подходящие ремонтные смеси и составы. Без проведения таких мероприятий продукты коррозии будут отрывать углепластиковую накладку от конструкции, что сведет на нет результаты работ по усилению мостов.

Крепление материалов

Оклейка конструкций ведется с помощью эпоксидных или полимерцементных составов, выбор зависит от вида армирующего материала. При использовании составов на эпоксидной основе сверху наносят защитное покрытие, поскольку отвердевшая смола горюча и подвержена старению под действием солнечных лучей.

Операции проводятся при температуре воздуха от +5 °C до +45 °C, температура бетонного основания должна быть не ниже + 5 °C и превышать точку росы минимум на 3 °C. Если температура бетонной поверхности ниже допустимой, углеволокно может недостаточно пропитаться адгезивным составом и произойдет слабое отверждение эпоксидной смолы, что отрицательно скажется на результатах усиления.

У преднапряженного ламината на концах расположены стальные пластины, которые могут закрепляться анкерами или сажаться на клей.

Усиление опорных колонн

Опору заключают в бандаж по всей высоте, при оклейке волокна должны быть направлены перпендикулярно продольной оси усиливаемой конструкции. За счет такого расположения сдерживаются поперечные деформации бетона.

Усиление пролетных балок

Армирующие накладки приклеивают вдоль нижней грани пролетной балки моста с возможным заводом на боковую поверхность. Для снятия поперечной нагрузки в приопорной зоне и закрепления продольной накладки на балку дополнительно могут накладываться вертикальные или наклонные хомуты.

Наклейка хомутов производится поверх продольной армирующей накладки, чтобы лучше ее зафиксировать. Вертикальные хомуты состоят из одного куска ленты, наклонные – из двух, стыковка выполняется на нижней грани балки.

Усиление плит

Плитные конструкции усиливают путем наклейки продольных армирующих накладок из углеволокна на нижнюю поверхность плиты. Поверх них приклеивают поперечные накладки.

Преимущества углеволокна

В пользу усиления мостов углеволокном при сравнении с традиционными методами играет прежде всего высокая прочность на растяжение и усталостная прочность, а также устойчивость к коррозии. С увеличением числа армирующих слоев прочность возрастает нелинейно. Предельное удлинение материала существенно выше, чем у бетона, поэтому в большинстве случаев испытываемая нагрузка гораздо меньше допустимой.

Технология ремонта отличается простотой и коротким сроком исполнения, инсталляция армирующего углепластика происходит без разрушения бетона. Работы ведутся с лесов или подвесных люлек без привлечения крановой техники и установки поддерживающих опор. На время проведения мероприятий по усилению не нужно приостанавливать движение транспорта по мосту.

Вес материалов из углеволокна ничтожен, поэтому масса усиливаемой конструкции не увеличивается. Архитектура сооружения остается практически неизменной, что особо значимо при реконструкции мостов с историко-культурной ценностью. После отделки поверхности элементы усиления становятся незаметны невооруженным глазом и не портят облик сооружения.

За счет экономии на строительных материалах, минимальной трудоемкости работ и отсутствии потребности в выводе моста на время из эксплуатации усиление углеволокном зачастую оказывается выгоднее по сравнению с привычными технологиями восстановления. Возможность локального ремонта позволяет отказаться от усиления конструкции в целом и тем самым сэкономить на расходах.