Способ усиления железобетонной колонны прямоугольного или квадратного сечения композитными материалами
METHOD FOR REINFORCING A REINFORCED CONCRETE COLUMN OF RECTANGULAR OR SQUARE SECTION WITH COMPOSITE MATERIALS

Изобретение относится к области строительства, в частности к усилению или восстановлению несущей способности внецентренно сжатых железобетонных колонн прямоугольного или квадратного сечения. Способ усиления может быть использован для увеличения несущей способности, как новых колонн, в которых в результате изготовления или проектирования были допущены ошибки, так и повреждённых в процессе эксплуатации.
Известна полезная модель (RU №67610 U1, E04G23/02, 02.05.2007).  Суть полезной модели заключается в следующем: усиливаемую конструкцию очищают от пыли и разрушенного бетона, устанавливают U-образную 2-х сегментную опалубку, скрепляя специальными кольцами, бетонируют мелкозернистым саморасширяющимся бетоном. В  патенте используется съёмная опалубка. Увеличение прочности колонн осуществляется путём включения в работу элементов бетонной обоймы.
Известна полезная модель (RU №81234 U1, E04G23/02,16.04.2008), с использованием той же опалубки. Отличие заключалось в том, что в бетонную обойму усиления добавлялся металлический каркас.
Известен способ усиления железобетонных конструкций (RU №2451144 C1, 13.12.2010), который основывается на использовании оцинкованной и, скрепленной с ней, композитной сетки на основе углеволокна.
Способ усиления включает работы по очистке поверхности и обработки закрепляющим составом, устройства оцинкованной и композитной сетки, прикреплённый к усиливаемым элементам на специальные дюбеля. Оцинкованная сетка придаёт жёсткость армированной системе усиления и не деформируется при бетонировании торкретбетоном, композитная сетка, в процессе эксплуатации и выполнения работ по усилению, не подвергается коррозии и отличается высокой прочностью на растяжение. После устройства армирующих элементов наносится послойно мелкозернистый бетон методом торкретирования.
Наиболее близким техническим решением является устройство композитной обоймы, описанное в (СП 164.1325800.2014, п. 6.2.11).  Данный способ усиления ориентируется на повышении прочности бетона, усиливаемой конструкции, при объемном напряженном состоянии. Элемент усиления зачищается шлифовальными машинами, углы конструкции скругляются радиусом, не менее 2 см, конструкция очищается от пыли и грунтуется закрепляющим праймером. После высыхания грунтовки, спустя 24 часа, на конструкцию наклеивается композитный материал на основе углеткани в поперечном направлении, при этом создаётся обойма.
Однако данный способ усиления имеет ряд недостатков:
k
k
k
ef
b3
ef
ef
- в конструкциях прямоугольного и квадратного сечения прочность бетона увеличивается не всего сечения, в отличие от круглого. Это, в расчетных формулах, учитывается коэффициентом ,который для прямоугольных и квадратных сечений определяется по формуле (1). Влияние понижающего коэффициента на увеличение прочности бетона R можно проследить на следующих примерах. Для внецентренно сжатых конструкций, сечением 30x30см, 40x40см и для круглого сечения любого диаметра, коэффициент  равен 0,36, 0,23 и 1,0 соответственно. В формуле 2, определение прочности усиленного бетона на сжатие видно, что коэффициент  прямо пропорционально уменьшает добавочную прочность бетона на сжатие.
(1)
(2)
Задача изобретения – повышение прочности бетона на сжатие в колонне.
Сущность изобретения заключается в том, что способ усиления железобетонной колонны прямоугольного или квадратного сечения композитными материалами,  включающий процесс обработки поверхности усиливаемой  конструкции,  очистку от повреждённого бетона, скругление углов, радиусом не менее 2 см, закрепление бетона грунтовкой, бетонирование поверхности послойным торкретбетоном, обработку поверхности шлифовальными машинами от цементного молока, огрунтовывание и наклеивание усиливающего материала на основе углеткани послойно, при этом после высыхания грунтовки на конструкцию устанавливается  металлическая оцинкованная сетка с ячейкой 2-3 см, которая натягивалась таким образом, чтобы касалась углов конструкции, а на гранях выпучивалась, создавая округлое очертание, а торкрет бетон наносится таким образом, чтобы покрыть элементы сетки, при этом создаётся круглое или овальное сечение.
k
ef
Техническим результатом является повышение прочности бетона железобетонной колонны, за счет того, что  конструкция прямоугольного или квадратного сечения, предназначенная под усиление, скругляется, что приводит к увеличению коэффициента , соответственно увеличению прочности усиленного бетона на сжатие и усилению несущей способности конструкции в целом, а так же упрощении технологии выполнения работ по усилению.
Способ усиления колонны методом нанесения торкретбетона на металлическую сетку, имеющую круглое очертание, позволяет исключить такой процесс работы, как устройство внешней опалубки. Оцинкованная сетка упрощает процесс бетонирования, обеспечивая надежность сцепления торкретбетона с усиливаемой конструкцией и, при этом, является ориентиром для нанесения слоёв бетона с последующим созданием колонны круглого сечения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено поперечное сечение квадратной колонны; фиг. 2 - пример натяжения оцинкованной сетки на железобетонный элемент прямоугольного сечения.
Железобетонную колонну 1 охватывает оцинкованная сетка 2, при этом сетка 2 прижимается к скругленным углам колонны 1, но не прижимается к ее граням, на колонну 1 наносится торкретбетон, при этом создаётся бетонная обойма 3 круглого сечения, на бетонную обойму 3 наклеена композитная углеткань в виде композитной обоймы 4.
Способ усиления железобетонных конструкций реализуется следующим образом.
Железобетонная колонна 1 очищается от повреждённого бетона, шлифовальными машинами скругляются углы конструкции, радиусом не менее 2 см. Поверхность бетона обеспыливается и обрабатывается закрепляющим праймером (грунтовкой). После высыхания праймера на колонну 1 устанавливается металлическая оцинкованная сетка 2 с ячейкой 2-3 см, таким образом, чтобы касалась углов колонны 1, а на гранях выпучивалась, при этом создавалась округлое очертание, то есть сетка 2 на колоне 1 не прижимается к граням. После оборачивания сеткой 2 колонны 1, концы сетки 2 связываются вязальной проволокой, созывая единый контур. Следующим этапом, на конструкцию, сквозь сетку 2, наносится послойно мелкозернистый торкретбетон. Торкрет бетон наносится таким образом, чтобы покрыть элементы сетки, при этом создаётся бетонная обойма 4 круглого (овального) сечения. После нанесения заключительного слоя торкретбетона бетонной обоймы 4, элемент, по мокрому, разглаживается гладилками до придания круглого или овального сечения для квадратных и прямоугольных колонн соответственно. Через 24 часа конструкция обрабатываются шлифовальными машинами для снятия цементного молока и сглаживания неровностей, обеспыливается и обрабатывается грунтовкой. Через 72 часа конструкцию очищают от пыли и усиливают композитными материалами в поперечном направлении послойно, промазывая каждый слой углеткани специальным клеем. Бетонная обойма 4 имеет наименьшую толщину, не выходящую за углы колонны. Наклеивание композитных материалов, располагая волокна углеткани в поперечном направлении, производится не на усиливаемую колонну 1, а на бетонную обойму 4, при этом создаётся максимальное увеличение прочности бетона на сжатие существующей конструкции при объемном напряженном состоянии.
Способ усиления включает скругление углов с радиусом не менее 2 см, подготовку поверхности, удаление поврежденного бетона, обеспыливание конструкции, нанесение грунтовочного закрепляющего слоя, устройства оцинкованной сетки ячейкой от 2 до 3 см, вокруг колонны, таким образом, чтобы сетка касалась углов усиливаемой конструкции и, при этом, создавался округлый или овальный контур, нанесение торкрет бетона с мелкозернистым заполнителем, послойно, до того уровня, пока торкретбетон не покроет контур сетки. После нанесения последнего слоя, по свежему, сгладить конструкцию, придавая колонне круглое или овальное сечение. После схватывания бетона через 12-24 часа обработать поверхность шлифовальной машиной для удаления цементного молока и неровностей покрытия, обеспылить, огрунтовать поверхность закрепляющем праймером и, после его высыхания, наклеить на конструкцию  композитную ткань сплошной обоймой, располагая волокна углеткани в поперечном направлении.