Новые способы усиления сжатых железобетонных колонн обоймами с использованием адгезионной обмазки из жидкого стекла

В настоящее время проблема усиления строительных конструкций остается весьма актуальной в связи с тем, что объем реконструируемых зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения остается весьма существенным.

Для повышения несущей способности колонн используют различные способы усиления, однако наиболее выгодным является усиление при помощи железобетонных и металлических обойм. Данный способ усиления совершенствуется на протяжении многих лет [1, 2].

Наиболее главными причинами, вызывающими необходимость усиления колонн обоймами, являются [3, c. 7]:

– увеличение эксплуатационных нагрузок (увеличение грузоподъемности крана, смена конструкций покрытия, изменение конструкции и вида утеплителя и т. п.);

– допущенные ошибки в проектировании, изготовлении и монтаже конструкций.

На современном этапе развития известны способы усиления колонн обоймами с использованием:

– эпоксидного клея;

– фибробетона;

– углеродного волокна.

Использование эпоксидного клея при усилении колонн обоймами [4] имеет следующие недостатки:

– дороговизна эпоксидного клея;

– высокий расход клея;

– эпоксидный клей имеет низкую живучесть;

– трудоемкость в устройстве.

Применение фибробетона [5], и углеродного волокна [6] при усилении колонн также сдерживается рядом недостатков:

– высокой стоимостью фибрового волокна [5, c. 31];

– высокой стоимостью углеродного волокна;

– трудоемкостью в устройстве.

Таким образом, необходимо было разработать новые способы усиления колонн, устраняющие вышеуказанные недостатки. Использование адгезионной обмазки из жидкого стекла при усилении колонн в практике реконструкции зданий ранее не известно.

Жидкое стекло – это водный раствор силиката натрия, воздушное вяжущее, изготавливаемое путем обжига смеси, состоящей из кварцевого песка и соды. Полученное стекло после дробления растворяют в воде. Натриевое жидкое стекло применяется при производстве бетонов со специальными свойствами (кислотоупорных, жаростойких), огнезащитных красок и других материалов. Такой материал незаменим в химической промышленности для производства силикагеля, силиката свинца, метасиликата натрия [7]. Для получения обмазки требуется введение отвердителя в состав жидкого стекла, в отечественной и зарубежной практике наиболее часто применяемым отвердителем жидкого стекла является кремнефтористый натрий. Оптимальная концентрация кремнефтористого натрия составляет примерно 15 % от массы жидкого стекла.

Жидкое стекло имеет ряд преимуществ по сравнению с известными способами усиления:

– низкая стоимость;

• –    обмазка из жидкого стекла не трудоемка в устройстве;

• –    низкий расход.

С учетом положительных свойств жидкого стекла на кафедре «Промышленное и гражданское строительство» Тольяттинского государственного университета разработаны новые способы усиления железобетонных колонн обоймами.

Конструкция состоит из комбинации железобетонной обоймы с продольной и поперечной арматурой в виде замкнутых хомутов и слоя адгезионной обмазки из жидкого стекла [8]. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания лучшего сцепления и соединения между наружной усиливающей конструкцией и элементом, подлежащему усилению (рис. 1). Достоинство – увеличение адгезионных свойств «старого» и «нового» бетона, за счет жидкого стекла.

Рис. 1. Наружная усиливающая конструкция колонн: 1 – железобетонная колонна, 2 – железобетонная обойма, 3 – продольная арматура, 4 – поперечная арматура, 5 – адгезионная обмазка из жидкого стекла

Конструкция состоит из комбинации железобетонной обоймы и прослойки из (калиевого) жидкого стекла со стеклотканью. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания лучшего сцепления и соединения между железобетонной обоймой и элементом усиления. Достоинство – стеклоткань увеличивает адгезионные свойства «старого» и «нового» бетона за счет шероховатой поверхности (рис. 2). На конструктивное решение оформлен патент, получено положительное решение на выдачу патента.

Конструкция состоит из комбинации железобетонной обоймы, состоящей из сборных железобетонных плит и обмазки из жидкого стекла. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания лучшего сцепления и соединения между железобетонной обоймой и элементом усиления. Достоинство – использование сборных железобетонных плит приводит к снижению трудоемкости, к избеганию мокрых процессов необходимых при бетонировании обойм (рис. 3). На конструктивное решение оформлен патент, получено положительное решение на выдачу патента.

Рис. 2. Наружная усиливающая конструкция колонн: 1 – железобетонная колонна, 2 – обмазка из жидкого стекла, 3 – стеклоткань, 4 – железобетонная обойма

Рис. 3. Наружная усиливающая конструкция колонн: 1 – железобетонная колонна, 2 – сборные железобетонные плиты, 3 – обмазка из жидкого стекла

Конструкция состоит из комбинации железобетонной обоймы с продольной и поперечной арматурой в виде замкнутых хомутов и слоя адгезионной обмазки из жидкого стекла с добавлением цемента. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания лучшего сцепления и соединения между наружной усиливающей конструкцией и элементом, подлежащему усилению (рис. 4). Достоинство – увеличение адгезионных свойств «старого» и «нового» бетона за счет обмазки из жидкого стекла с добавлением цемента. На конструктивное решение оформлен патент.

Рис. 4. Наружная усиливающая конструкция колонн: 1 – железобетонная колонна, 2 – обмазка из жидкого стекла с добавлением цемента, 3 – железобетонная обойма

Жемчуев А.О., Теряник В.В.     Новые способы усиления сжатых железобетонных колонн обоймами с использованием адгезионной обмазки из жидкого стекла

Часто повышение несущей способности сжатого железобетонного элемента необходимо произвести без остановки основного производства, в этом случае прибегают к усилению при помощи металлических обойм.

Конструкция состоит из комбинации металлической обоймы в виде стальных продольных уголков и поперечных соединительных планок, с нанесенной на внутреннюю поверхность уголка обмазки из цементно-песчаного раствора с добавлением жидкого стекла (рис. 5). Достоинством является создание лучшего сцепления обоймы с колонной [9].

Рис. 5. Наружная усиливающая конструкция колонн: 1 – железобетонная колонна, 2 – продольные стальные уголки, 3 – поперечные соединительные планки, 4 – обмазка из цементно-песчаного раствора с добавлением жидкого стекла

Данные способы находят применение при реконструкции зданий и сооружений – при увеличении эксплуатационных нагрузок на существующие конструкции (в данном случае сжатые железобетонные колонны) с целью увеличения деформа-тивности сжатых элементов.