Экономическая эффективность усиления конструкций композитами
С недавних пор композитные материалы стали максимально востребованы и в строительной отрасли. Из стекловолокна делается внутренняя арматура, которая, при минимальном весе и абсолютной стойкости к коррозии, по прочности не уступает, а зачастую – превосходит металлические аналоги. Углеродное волокно в виде холстов, лент и ламелей, в свою очередь, применяется при укреплении объектов, состояние и несущая способность которых вызывают опасения. Насколько оправдан такой подход с экономической точки зрения? Выгодно ли использовать технологичный материал при восстановлении?
Общее понятие
- Полимербетоны, цементные растворы с добавлением полимерной фракции.
- Стеклопластики. Матрица задана смолами искусственного происхождения, прочность достигается добавлением стекловолокна.
- Углепластики. В данном случае, матрица – термореактивный полимер, наполнитель – углеродное волокно.
- Текстолиты. Матрица – эпоксидная смола, наполнитель – ткань.
Для усиления, укрепления строительных конструкций чаще всего используется углеродное волокно, пропитанное эпоксидной смолой, улучшающей прочностные характеристики, обеспечивающей устойчивость к атмосферным нагрузкам и прочную фиксацию на поверхности, вертикальной или горизонтальной. Впервые такая технология использована в конце 90-х, за десятилетия эксплуатации она подтвердила эффективность, показала, что позволяет нивелировать ошибки, допущенные на стадии проектирования и строительства объекта, подготовить его к модернизации, сопряженной с увеличением нагрузки на несущие конструкции, например, увеличению этажности или монтажу массивного оборудования.
Преимущества
- Устойчивость к нагрузкам на скручивание, растяжение, сжатие, продолжительным вибрационным, точечным ударным воздействиям. По большинству показателей композиты выглядят предпочтительнее углеродистой стали, бетона.
- Минимальная масса, за счет которой снижается общий вес армированной конструкции, упрощается транспортировка и монтаж.
- Продолжительный срок службы, составляющий не менее четверти века, на практике – достижимы и в разы большие значения.
- Устойчивость к окислению, образованию коррозии, вызванному длительным воздействием влаги, концентрированного химического вещества.
- Термическая стойкость, способность без разрушения, потери базовых свойств выдержать температурное воздействие в сотни градусов. Большинство композитов не поддерживает горение.
- Атмосферная стойкость. Композиты можно использовать для усиления объектов в любых регионах, независимо от уровня солнечной активности, объемов выпадающих осадков, пиковых летних и зимних температур.
Экономическая обоснованность
Стоимость композитных материалов изначально выше, в сравнении с классическими – сталью различных сортов, бетоном. Тем не менее, в большинстве случаев, укрепление углеволокном выгоднее обустройства бетонных обойм, рубашек, торкретирования, монтажа вспомогательных металлических элементов для снятия нагрузки с основной конструкции. Объясняется это несколькими факторами, каждый из которых следует разобрать подробнее.
Коррозионная стойкость
Металл и железобетон уязвимы для влаги, что ограничивает область эксплуатации, требует регулярной обработки грунтовками, красками и другими составами, предотвращающими прямой контакт с водой. Каждая такая обработка – это значительные расходы, трудовые, временные, материальные, которых удастся избежать при использовании композитов. Они не боятся ни стабильно высокой влажности воздуха, ни прямого воздействия воды, ни даже контакта с химическим раствором-окислителем.
Простота монтажа
- Значительная масса. Она же усложняет транспортировку. Зачастую не удается обойтись без тяжелой техники.
- Возможность соединения в единую конструкцию исключительно сварным способом, требующим и специального инструмента, и квалифицированных специалистов.
- Необходимость временного вывода объекта из эксплуатации, что сопряжено со значительными денежными потерями при его коммерческом, производственном назначении. Неприемлем такой сценарий и для сооружений дорожной, транспортной инфраструктуры, перекрытие которых спровоцирует потерю сухопутного сообщения с целыми регионами.
- Необходимость сложной подготовки оснований, устранения некоторых дефектов, нанесения составов, улучшающих адгезию с напыляемым бетонным слоем.
Композиты, в свою очередь, фиксируются при помощи эпоксидного клея, что требует минимальных усилий, временных и денежных вложений. Приостанавливать эксплуатацию объекта не нужно, трудоемкость работ невысока.
Сохранение полезной площади
Торкретирование, установка металлической обоймы, подпорной конструкции – все это операции не только трудоемкие, невозможные без специального оборудования, но и требующие значительного пространства. На ограниченной площади они, по сути, неосуществимы. Холсты, ленты и ламели на их фоне миниатюрны, а сам процесс напоминает оклеивание поверхности обоями. Армирование возможно в любом помещении, независимо от размеров и спецификации.
Универсальность
Укрепление классическими материалами довольно сложно с точки зрения подбора технологии. Например, для опорных колонн оптимальным вариантом выглядит наращивание сечения торкретированием, обустройство железобетонной рубашки, для плит перекрытия – снятие части нагрузки установкой швеллера, балки. Это усложняет как основной фронт работ, так и подготовку исходного проекта, требует дополнительных вложений.
Композиты, в свою очередь, универсальны. Холсты и ленты подходят для самых разных элементов и конструкций, от стен, несущих и ненесущих, до колонн, плит перекрытий.
Подведение итогов
Использование композитных материалов при армировании зданий – это однозначно выгодное решение, позволяющее продлить срок эксплуатации, адаптировать объект к модернизации. Такой подход гораздо рациональнее, в сравнении с комплексной перестройкой, сопряженной с разбором и последующей сборкой отдельных конструкций, и тем более со сносом ветхого объекта, строительством на его месте нового здания.