Министерство строп I ельства и жилищно-коммунального хозяйства Росс и й с ко й Феде ра ц и и
Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартнзацнн н оценки соответствия в строительстве»
Методическое пособие
РЕМОНТ И УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Москва 2016
Введение 3
1. Область применения 4
2. Нормативные ссылки 5
3. Термины и определения 8
4. Оценка технического состояния железобетонных
конструкций для последующего их усиления 11
5. Общие требования к проектированию 19
6. Материалы 24
7. Композиционные системы для внешнего армирования 40
8. Расчет параметров реконструкции и усиления 72
железобетонных конструкций
9. Технология производства работ 97
10. Контроль качества и приемка выполненных работ 111
11. Техника безопасности при производстве работ 117
12. Охрана окружающей среды 119
Приложение А Основные буквенные обозначения 120
Приложение Б Пример расчета изгибаемой железобетонной
конструкции 125
Приложение В Пример расчета железобетонных колонн 134
Приложение Г Пример расчета свода железобетонного 155
купола, усиленного сеткой на основе углеродных волокон
2
железобетонных
конструкций для последующего их усиления
4.1 Определение состоянии железобетонных конструкций перед выполнением работ по усилению
Для оценки технического состояния и надежности железобетонных конструкций необходимо проведение обследования.
Обследование начинается со следующих обмерных работ:
- уточнение разбивочных осей сооружения, его горизонтальных и вертикальных размеров;
- проверка пролетов и шага несущих конструкций;
- замеры основных геометрических параметров несущих конструкций;
- определение фактических размеров расчетных сечений конструкций и их элементов и проверка их соответствие проекту;
- определение формы и размеров узлов стыковых сопряжений элементов и их опорных частей, проверка их соответствия проекту;
- проверка вертикальности и соосности опорных конструкций, наличие и местоположение стыков, мест изменения сечений;
- замеры прогибов, изгибов, отклонений от вертикали, наклоны, выпучивания, перекосы, смещения и сдвиги;
- определение наличия, расположения, количества и класса арматуры, признаков коррозии армату ры и закладных деталей, а также состояния защитного слоя;
- определения наличие трещин и измерение величины их раскрытия;
11о результатам обследования составляется ведомость дефектов.
4.2 Он редед ен не параметров материалов усиливаемых конструкций
Для бетонных и железобетонных конструкций основной характеристикой
является прочность. Ее определяют механическими методами неразрушающего
и
контроля по ГОСТ 22690-2015 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля» [9], ультразвуковым методом по ГОСТ 17624-2012 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности» [8], а также методами определения прочности по образцам, отобранным из конструкций, по ГОСТ 28570-90 «Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций» [18] и приложению 10 ГОСТ 22690-2015 [9].
До определения прочности бетона целесообразно предварительно любым оперативным (экспертным) методом (молотком Шмидта, ультразвуковым поверхностным прозвучиванисм и прочие) обследовать бетон по его поверхности в расчетных сечениях конструкций и их элементов с целью выявления возможного наличия зон с различающейся прочностью бетона.
Фактическая прочность бетона в конструкциях, определенная
неразрушающими методами или испытанием отобранных от конструкции образцов, является необходимым фактором для получения расчетных характеристик бетона.
В практике обследования в ряде случаев, помимо оценки прочности бетона, может потребоваться определение и других его характеристик.
Определение плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости бетона следует проводить по ГОСТ 12730.0-78-ГОСТ 12730.5.84.
Морозостойкость бетона определяют испытанием отобранных от
конструкций образцов по ГОСТ 10060-2012.
Щелочность бетона определяют по значению pH поровой жидкости в соответствии с ГОСТ 5382-91.
Состав и структуру бетона определяют специальными методами химического, физико-химического и микроскопического анализа бетона.
4.3 Типовые дефекты бетонных и железобетонных конструкций
Основным дефектом или повреждением бетонных и железобетонных конструкций являются трещины. Количество, ширина и расположение трещин позволяют сделать выводы о надежности работы конструкции и ее долговечности.
12
Наиболее распространенными являются:
- трещины от изгиба;
- трещины от сдвига;
- трещины от кручения;
- трещины от напряжения сдвига при продавливании;
- трещины вследствие анкеровки или устройства соединения внахлест арматурных стержней;
- трещины от коррозии арматуры;
- трещины от щелочной коррозии бетона.
- ослабление сечения в местах коррозии (сколы).
Для обеспечения долговечности и эксплуатационной пригодности железобетонных конструкций необходимо ограничить ширину раскрытия трещин предельно допустимым значением, определяемым в соответствии с действующими строительными нормами в зависимости от типа сооружения и условий воздействия внешней среды. Строительные нормы и правила рассматривают трещинообразован не, происходящее в результате приложения внешних нагрузок или воздействии временных нагрузок и приводят уравнения для вычисления ширины трещин. Важное значение имеет также тип сооружения (из железобетона или из предварительно напряженного железобетона). Эти уравнения относятся почти исключительно к трещинообразован и ю, произошедшему в результате изгиба или растяжения и осевых нагрузок. Направление у таких трещин перпендикулярно направлению стержней рабочей арматуры. Трещины от пластической усадки могут иногда соответствовать направлению арматуры.
4.4 Оценка технического состояния н принятие решений об усилении
Повреждения конструкций (дефекты) подразделяются в зависимости от причин их возникновения на две группы: от силовых воздействий и от воздействия внешней среды. Последняя группа повреждений снижает не только прочность конструкции, но и уменьшает ее долговечность.
13
Общую оценку технического состояния железобетонных конструкций выражают категории технического состояния, которую назначают с учетом совокупности подверженных изменению в процессе эксплуатации основных свойств сооружений, а также частными оценками технического состояния по критерию «безопасность эксплуатации», по безотказности и долговечности.
В зависимости от степени соответствия свойств функциональному назначению в рассматриваемый период времени и имеющихся дефектов назначается соответствующая оценка технического состояния. Оценка состояния качественно отражает это соответствие:
- отличное техническое состояние: конструкции соответствуют всем
требованиям нормативной и конструкторской (проектной) документации. Необходимости в усилении нет;
- хорошее техническое состояние: конструкции, у которых все основные элементы имеют исправное состояние, при этом значения одного или нескольких параметров технического состояния элементов могут не в полной мере соответствовать установленным действующим нормативным документам, но при этом в конкретных условиях эксплуатации не нарушаются основные функциональные свойства сооружения. Необходимости в усилении нет;
- удовлетворительное техническое состояние: конструкции, основные функциональные свойства которых частично нарушены, но при этом все основные элементы находятся в работоспособном состоянии и обеспечивается безопасная эксплуатация. Ремонтные мероприятия для сооружений, имеющих удовлетворительное техническое состояние, организуют в плановом порядке;
- неудовлетворительное техническое состояние: конструкции, имеющие в
основных элементах значительные дефекты по несущей способности и деформации,
влияющие на безопасность и долговечность. Сооружение с неудовлетворительной
оценкой технического состояния способно только частично выполнять требуемые
функции, нормальная эксплуатация нарушена, но при этом критический отказ, в
результате которого одна или несколько основных конструкций могут перейти в
предельное состояние первой группы и вызвать аварию, в настоящее время
маловероятна Сооружениям с такой оценкой технического состояния в
14
первоочередном порядке необходим ремонт, капитальный ремонт или реконструкция;
- непригодное для нормальной эксплуатации (предаварийное) техническое состояние: конструкции, имеющие непригодное для нормальной эксплуатации состояние, или имеющие предаварийное состояние, при котором в случае продолжения неблагоприятных воздействий может произойти авария. Конструкции, отнесенные к данной категории, требуют срочных восстановительных ремонтных мероприятий;
- аварийное техническое состояние: конструкции, имеющие признаки аварийного состояния, свидетельствующие о возможности потери устойчивости, разрушения или обрушения, или у которых уже установлен факт наступления предельного состояния первой группы.
При выявлении аварийного состояния конструкции требуется незамедлительное принятие мер по разгрузки конструкции и ее замене или усилению.
4.5 Рекомендуемые степени усиления железобетонных конструкций
При внешнем усилении железобетонных конструкций композиционными материалами можно выделить два случая, различающихся как по условиям дальнейшей эксплуатации конструкции после приклеивания полос композиционного материала, так и по принципам проектирования и технологии ведения работ.
В первом случае возникает ситуация, соответствующая условиям, когда композиционный материал служит для усиления строительной конструкции, то есть по условиям эксплуатации предполагается увеличение нагрузки на сооружение в целом или отдельные его элементы, и, следовательно, необходимо увеличить несущую способность сечения конструкции. В этом случае, как правило, сама конструкция находится в хорошем эксплуатационном состоянии и требует минимальных затрат для проведения косметического ремонта ее поверхности, к которой будет приклеиваться композиционный материал.
15
Вторая ситуация соответствует условиям, когда композиционный материал применяется с целью восстановления несущей способности конструкции. В этом случае в процессе эксплуатации мостовой конструкции из-за неблагоприятного воздействия на нее окружающей среды произошли коррозия арматуры и деструкция бетона, что привело к снижению первоначальной проектной несущей способности конструкции. Необходимо отметить, что речь идет о мостовых конструкциях, которые еще можно отремонтировать и восстановить их несущую способность, а не о конструкциях, подлежащих замене.
Одним из наиболее важных вопросов, которые приходится решать при проектировании усиления конструкций композиционными материалами, является допустимая степень усиления, то есть насколько можно увеличить несущую способность существующего элемента без ущерба дальнейшей безопасной эксплуатации усиленной конструкции.
С одной стороны, в силу сравнительно небольшого опыта долговременной эксплуатации строительных конструкций, усиленных КМФ, минимализация риска проектных решений достигается использованием увеличенных коэффициентов надежности по применяемым материалам усиления и условиям их работы.
С другой стороны, вполне логичным выглядит требование того, что даже при возможном разрушении композиционного материала усиления строительная конструкция какое-то время должна сохранять свои эксплуатационные качества во избежание возникновения аварийных ситуаций. Исходя из этого, многие зарубежные исследователи рекомендуют не более чем двукратное увеличение несущей способности конструкции при ее усилении при изгибе.
В принципе разрушение композиционного материала возможно:
• при силовых воздействиях от статических нагрузок;
• при силовых воздействиях от динамических нагрузок;
• при внешних воздействиях (огонь при пожаре, агрессивная внешняя среда,
акты вандализма и т.д.).
Рекомендациями по проектированию усиления железобетонных конструкций
композиционными материалами, принятыми Американским институтом бетона
(США), предусмотрен следующий подход к ограничению уровня усиления:
16
Введение
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».
Настоящее методическое пособие разработано в развитие положений СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», СГ1 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования.
Методическое пособие разработано с целью повышения качества проектирования и выполнения работ при ремонте и усилении железобетонных конструкций, а также обеспечения долговечности и надежности зданий и сооружений в соответствии с Федератьным законом от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Методическое пособие направлено на повышение уровня гармонизации российских нормативных требований с американскими и европейскими нормативными документами.
Методическое пособие содержит рекомендации по расчету, проектированию и технологии производства работ при ремонте и усилении железобетонных конструкций внешним армированием из композиционных материалов.
Пособие разработано авторским коллективом специалистов ЗАО «Триада-Холдинг»: д. т. н. Шилин А.А., к. т. н. М.В. Зайцев, к. т. н. В.А. Пшеничный, к. т. н. Д.В. Картузов.
з
1 Область применения
Методическое пособие распространяется на проектирование ремонта и усиления железобетонных конструкций здании и сооружений различного назначения путем устройства внешнего армирования из композиционных материалов на основе углеродных, арамидных и стеклянных волокон.
Методическое пособие содержит рекомендации по проектированию ремонта и усиления железобетонных конструкций, изготовленных из тяжелого и мелкозернистого бетонов, на которые распространяются требования СП 63.13330.2012 [5].
Усиление железобетонных конструкций внешним армированием производятся в случаях:
- наличия дефектов и повреждений конструкций (например, вследствие силовых, коррозионных, температурных или иных воздействий, в том числе неравномерных просадок фундаментов), которые снижают прочностные, деформационные характеристики конструкций и ухудшают эксплуатационное состояние здания или сооружения в целом;
- увеличения эксплуатационных нагрузок и воздействий на конструкции зданий и сооружений;
- реконструкции зданий и сооружений даже в случаях, не сопровождающихся увеличением нагрузок;
- выявления отступлений от проекта, снижающих несущую способность и эксплуатационные качества конструкций;
- изменения функционального назначения зданий и сооружений.
4
2 Нормативные ссылки
В настоящем пособии использованы ссылки на следующие правовые, нормативные и рекомендательные документы:
1. 123-ФЗ от 22 июля 2008 г. «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»
2. 384-ФЗ от 30 декабря 2009 г. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
3. СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Общие требования.
4. СНиП 12-04-2002 Безопасность труда в строительстве. Строительное производство.
5. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.
6. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования.
7. СП 13-102-2003 Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений.
8. ГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.
9. ГОСТ 22690-2015 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.
10. ГОСТ 22904-93 Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры.
11. ГОСТ 24105-80 Изделия из пластмасс. Термины и определения дефектов.
12. ГОСТ 24297-2013 Верификация закупленной продукции. Организация проведения и методы контроля.
13. ГОСТ 25388-2001 Волокна химические. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение.
14. ГОСТ 25.601-80 Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах.
5
15. ГОСТ 26433.1-89 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Элементы заводского изготовления.
16. ГОСТ 26589-94 Мастики кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний.
17. ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.
18. ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций.
19. ГОСТ 29104.1-91 Ткани технические. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей.
20. ГОСТ 29104.2-91 Ткани технические. Метод определения толщины.
21. ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения.
22. ГОСТ 7000-80 Материалы текстильные. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение.
23. ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности.
24. ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
25. ГОСТ 32016-2012 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Общие требования.
26. ГОСТ 32017-2012 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к системам защиты бетона при ремонте.
27. ГОСТ 32943-2014 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к клеевым соединениям элементов усиления конструкций.
28. ГОСТ 33762-2016 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к инъекционно-уплотняющим составам и уплотнениям трещин, полостей и расщелин.
29. ГОСТ 33762-2016 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к инъекционно-уплотняющим составам и уплотнениям трещин, полостей и расщелин.
30. ГОСТ Р 56378-2015 Материалы и системы для защиты и ремонта бетонных конструкций. Требования к ремонтным смесям и адгезионным соединениям контактной зоны при восстановлении конструкций.
31. Шилин А.А. Пшеничный В.А. Картузов Д.В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами - М.: Издательство «Стройиздат», 2007.
7
3 Термины и определения
Адгезионные составы (клен) - составы для приклеивания холстов и ламинатов на поверхность конструкций.
Внешнее армирование композиционными материалами - приклеивание к поверхности железобетонной конструкции ламинатов и холстов на основе углеродных, арамидных и стекловолокон.
Восстановление (ремонт) железобетонной конструкции - комплекс технологических и конструктивных мероприятий, направленных на придание конструкции первоначальных (утраченных) качеств и характеристик, нарушенных вследствие дефектов изготовления, монтажа или в процессе ее эксплуатации.
Грунтовки - составы для пропитки бетонного основания и обеспечения необходимого сцепления адгезионного состава с бетонной поверхностью.
Категория технического состояния - градация технического состояния строительной конструкции и ее элементов, которая характеризуется соответствием или несоответствием определенным наборам показателей, установленных технической документацией.
Композиционные материалы - материалы, состоящие из армирующих углеродных, арамидных или стекловолокон, включающие однонаправленные и двунаправленные сетки, объединенных в единое целое полимерной матрицей.
Ламинаты - готовые для устройства внешнего армирования конструкций многослойные ленты различной толщины и ширины, изготовленные в заводских условиях путем пропитки и горячего прессования.
Оценка технического состояния - установление степени повреждения строительных конструкций на основе сопоставления фактических значений количественно оцениваемых параметров со значениями этих же параметров, установленных проектом или нормативным документом для определения категории технического состояния.
Поверочный расчет - расчет существующей конструкции по действующим нормам проектирования с введением в расчет полученных в результате
8
обследования или по проектной и исполнительной документации: геометрических параметров конструкции, фактической прочности строительных материалов, действующих нагрузок, уточненной расчетной схемы.
Полимерная матрица - компонент композиционного материала, объединяющий и защищающий его армирующие волокна от повреждений и распределяющий нагрузку между отдельными волокнами.
Активная сетка - изделие, образованное на ткацком станке переплетением продольных и поперечных нитей, имеющих заданную ячейку, которая перед укладкой в полимерцементную матрицу пропитывается в связующем составе из полимеров и модифицирующих компонентов.
Температура стеклования - значение температуры, при которой полимерная матрица необратимо меняет свои физико-механические свойства.
Техническое состояние совокупность свойств строительной конструкции, изменяющихся в процессе эксплуатации и характеризующиеся в определенный момент времени значениями показателей и/или качественными признаками, установленными в нормативной, проектной и эксплуатационной документации.
Композиционные системы для внешнего армирования - совокупность технологий и материалов, которые обеспечивают надежность совместного функционирования внешнего армирования с восстанавливаемой (усиливаемой) конструкцией в течение заданного промежутка времени.
Усиление железобетонных конструкций - комплекс технологических и конструктивных мероприятий, направленных на обеспечение несущей способности и эксплуатационной пригодности конструкции при увеличении действующих на нее нагрузок, изменения условий эксплуатации или объемно-планировочных решений сооружения.
Холсты - тканые ленты и полотна из углеродных, арамидных и стеклянных волокон, предназначенные для изготовления системы внешнего армирования в построечных условиях.
Шпаклевки - составы для заполнения каверн и выравнивания поверхности конструкции.
9
Другие термины и определения в настоящих правилах использованы согласно Градостроительному кодексу РФ и федеральному закону №384-Ф3 от 30 декабря 2009 г. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», а также по нормативным документам, на которые имеются ссылки в тексте.
ю
