בתעשיות בנייה ובקנה מידה גדול, מבני בטון מזוין ממלאים לעתים קרובות תפקיד מפתח, המשמשים כמסגרות, תקרות ופלטפורמות פונקציונליות עבור מבנים שונים. הם נושאים עומסים מרובי טון הפועלים הן במצב סטטי ודינמי. לאורך זמן, לחץ אינו יכול אלא להשפיע על מצב המבנה. כתוצאה מכך, נדרש חיזוק של מבני בטון מזוין בדרך זו או אחרת. המתודולוגיה הספציפית לביצוע פעולות כאלה תלויה בתנאי ההפעלה של המתקן, בפרמטרים טכניים ופיזיים ובדרישות התכנוניות.
מה זה מבני בטון מזוין?
קודם כל, כדאי להחליט מהו מבנה בטון מזוין באופן עקרוני. בבניית הון, זהחלק מהמבנה שלוקח על עצמו עומסים תפעוליים מוגברים. בסיס המבנה נוצר על ידי מבנה בטון, וסורגי חיזוק משמשים כחיזוק הבסיסי שלו. במקביל, ניתן לבצע חיזוק ושיקום מבני בטון מזוין באופן מקיף וחלקי. אם זוהה אזור פגום על פני השטח על ידי אבחון, אזי התיקון יעסוק בעיקר בחלק זה, אם כי יש לחקור תחילה את הסיבות להרס, מה שיכול להצדיק את כדאיות הבנייה מחדש של חלקים אחרים במבנה.
למה הכוונה בהגברה ככזו? מדובר בפעולה טכנית בבנייה, שבגללה מתארכים החיים התפעוליים של מבנים ומבנים בודדים בפרט. ישנן שיטות שונות לתיקון וחיזוק מבני בטון מזוין. כולן, בדרגות שונות, כרוכות בפתרון המשימות הבאות:
- הגדלת החוזק של צמתים ורכיבים נושאי עומס של המבנה על ידי הכללת אלמנטים חדשים. האחרונים יכולים להיות קורות, משקופים, חלקים שלוחים, קשיחים וכו'.
- פריקה או חלוקה מחדש של המסה הפועלת על בסיס הבטון המזוין. במקרה זה, מושפע סידור המבנים המשפיעים מכנית על אזור היעד של הביצור. פריקה מפחיתה את הדרישה למבני בטון מזוין.
- הגדלת מאפייני החוזק הבסיסיים של אובייקט ומרכיביו על ידי החלפה.
כאשר יש צורך לחזק את ה-RC-עיצובים?
גם בשלב הקמת המסגרת התומכת נבחרים פתרונות טכניים וחומרי בניין בהתאם לעומסים עתידיים עם ציפייה לתפעול לטווח ארוך. עם הזמן, עקב גורמים שונים, מצבו הטכני של המבנה מתדרדר ויש צורך לתמוך במרכיבים הקריטיים שלו. יש לבצע חיזוק מלא של מבני בטון מזוין במקרים הבאים:
- אובדן חוזק עיצובי עקב הזדקנות ועייפות של חומרים. הדבר נכון במיוחד לגבי מבנה הבטון, אשר נתון להשפעות כימיות שליליות וללחץ מכני טבעי.
- שיפוץ בניין, כתוצאה מכך משתנה תצורת קירות נושאי עומס, קורות, עמודים, מסבכים וקונסולות. ייתכן שיידרש חיזוק או הקלה המונית בנקודות עיגון מבניות.
- שינוי מספר הקומות. ישנה גם חלוקה מחדש של המשקל על פני עמודים, תקרות וקירות, המצריכה עדכון וכושר הנשיאה של מרכיבי המבנה.
- תנועות קרקע שכבר עיוותו או שינו את תצורת ההשפעה על הבסיס, וכתוצאה מכך על הצמתים נושאי העומס של המסגרת. נדרש גם שיקום של איזון הכוחות בין מבנים.
- הרס או נזק חלקי לחלקים נושאי עומס או אלמנטים בודדים עקב תאונות, אסונות טבע, רעידות אדמה, אסונות מעשה ידי אדם.
- כאשר מתגלות שגיאות בשלב התכנון או מזוהות כבר במהלך הפעלת הבניין.
במקרה הזה, העיקרי והכיסיבות נפוצות הגוררות את הצורך בחיזוק מבני בטון מזוין בדרך זו או אחרת. יש לקבוע את האופי הספציפי של הבלאי או הנזק במהלך סקר מקיף, שעל בסיסו פותח פרויקט לחיזוק המבנה ונבחר הדרך הטובה ביותר ליישומו.
אבחון ופתרון בעיות של עיצוב
בדיקה טכנית מתבצעת בהתאם ללוח הזמנים או לא מתוכננת במקרה של סימנים ברורים להרס המבנה. חלק זה של הפעילויות מוסדר על ידי תקני בדיקה לא הרסניים בהתאם ל-GOST 22690 ו- 17624. ההערכה המבוססת על תוצאות הסקר נעשית בהתאם למערכת הכללים (SP) על חיזוק מבני בטון מזוין תחת המספר 63.13330.
הליכי אבחון מתחילים בבדיקה ויזואלית, במהלכה מתגלים נזקים חיצוניים - פגמים, שבבים, סדקים וכו'. כדי לזהות נזק נסתר, נעשה שימוש בשיטות בדיקה לא הרסניות. משימות כאלה נפתרות באמצעות ציוד מיוחד, למשל, באמצעות גלאי פגמים אלקטרומגנטיים או קוליים. בפרט, מכשירים אולטראסוניים הפועלים בשיטות גיאורדאר והד-פולס משמשים לעתים קרובות יותר לפתרון בעיות של בטון מזוין. במהלך הבדיקה חללים, הימצאות רכיבים אגרסיביים במבנה, הרס מוטות חיזוק, עקבות קורוזיה ועוד
בהתבסס על הנתונים שהתקבלו, פותחה אסטרטגיה נוספת לסילוק נזק, תיקון, שחזור אוחלוקה מחדש של עומסים. באותו שלב, דפקולוגים יכולים לתת המלצות על חיזוק מבני בטון מזוין, תוך התחשבות בפרטי הנזק שניתן לתקן רק על ידי כלי בדיקה לא הרסניים. תפקיד חשוב בקביעת אופן חיזוק המבנה ימלא הפרמטרים הטכניים והפיזיים הספציפיים שעל פיהם מופעל המבנה.
מפרט רווח
הפרמטרים של החיזוקים עשויים להשתנות בהתאם לתצורת הפעלת הכוח הנוסף ולדרישות הספציפיות לתמיכה במבנה. המאפיינים הנפוצים ביותר הם מודול האלסטיות של התמיכה וחוזק המתיחה. לפיכך, החיזוק האופטימלי של מבני בטון מזוין בחומרים מרוכבים מספק בממוצע גמישות בטווח של 70,000-640,000 MPa ואינדיקטורים לחוזק מתיחה - מ-1500 עד 5000 MPa. כמובן, אין צורך בכל מקרה לשאוף לביצועים מקסימליים. הבחירה בפוטנציאל כוח ספציפי של אלמנטי התמיכה והחיזוק תלויה במצב הנוכחי של מבנה הבטון מזוין.
באשר לפרמטרים הממדיים, הם יהיו תלויים בתכנית החיזוק, אשר מורכבת על בסיס הפתרון התכנוני. לדוגמה, ניתן לבצע חיזוק חלקי של לוח בטון מזוין על ידי תמיכה נוספת למודול מונוליטי ללא קורות בעובי של 300 מ"מ. לעמודי חיזוק יש בדרך כלל חתך ממוצע של 400x400 מ"מ והם ממוקמים מתחת לרצפה במרווחים של 5-7.5 מ'.נקבע על פי מצב המתח של רצפות וקירות נושאי עומס.
בצורה מורכבת, למשל, לחיזוק מבני בטון מזוין בסיבי פחמן יכולים להיות המאפיינים הטכניים הבאים:
- עובי האלמנט הוא 0.3 מ"מ.
- רוחב - 300 מ"מ.
- משקל - 500 גרם/מ"ר2.
- מודול של גמישות – 230000 N/mm2.
- צפיפות – 1.7 גרם/ס"מ3.
- חוזק מתיחה - 4000 N/mm2.
- חוזק הגזירה של המבנה - 7 N/mm2.
- חוזק לחיצה של חומר - 70 N/mm2.
- עיוות בהפסקת המבנה – 1.6%.
- הדבקה של סיבים מרוכבים למבנה בטון - 4 N/mm2.
- מודול של Young - 400 N/mm2.
הספציפיות של השימוש בחומרים מרוכבים מודרניים נובעת מהעובדה שהרכב הדבק משחק תפקיד משמעותי בפעולות ההרכבה איתם. לעתים קרובות הוא פועל כאמצעי איטום ושיקום עצמאי לחיזוק מבנה הבטון. לדוגמה, תרכובות אפוקסי עשויות לבצע את הפונקציות של איטום תפרים ומפרקים טכנולוגיים.
Regulations
בתהליך של חישוב, תכנון וביצוע עבודות התקנה, יש להנחות על ידי מספר GOSTs, ביניהם 31937, 22690 ו- 28570. מסמכים אלה בדרגות שונות מסדירים את התחזוקה והבנייה מחדש של מבנים ומבנים. כמו כן, יש צורך לקחת בחשבון את הסטנדרטים של המסמך SP 63.13330, אשר נותן הנחיות ספציפיות עלארגון ויישום אמצעי תיקון ושיקום, לרבות חיזוק מבני בטון מזוין בחומרים מרוכבים. SP 164.1325800 יסייע גם בשימוש בחומרי פלסטיק ופיברגלס אחרים לחיזוק. התקנות הכלליות שיש לשים לב אליהן הן כדלקמן:
- פיתוח פרויקט החיזוק צריך להתבצע רק על בסיס נתונים מסקר שטח של מבנים.
- עד למועד חישוב החומרים ותצורת עבודת ההתקנה, יש להכין מידע על גודל חפץ המטרה, מצבו, שיטות חיזוק, חוזק בטון וכו'.
- לאחר הבדיקה מתקבלת החלטה עקרונית לגבי קבילות המבנה לתיקון עם המשך הפעלה.
- יש לבצע אמצעי חיזוק כך שסיבי מרוכבים או מוטות מתכת יספקו עבודת עומס מפרקים עם מבנה הבטון.
- אסור לחזק מבנים שבהם יש כיסים של נזקי קורוזיה.
- בתהליך הכנת פרויקט חשוב גם לחשב את הצורך במתן תכונות הגנה נוספות של החומר, למשל, לכלול ציפויים עקשנים או עמידים בפני לחות במבנה.
הטבות לחיזוק בטון
יחד עם הכללים המסדירים את התיקון והשיקום של מבני בניין, כדאי יהיה להכין תחילה בסיס של חומרים מתודולוגיים שיסייעולפתור את המשימות בפועל. עד כה, ישנן הוראות חזותיות רבות המתארות צעד אחר צעד ויזואלית את הטכנולוגיות ליישום שיטות ספציפיות לבנייה מחדש של מבנים מסוימים. לדוגמה, LLC "Interaqua" ו-"NIIZHB" מציעות מדריך מקיף לחיזוק מבני בטון מזוין עם חומרים מרוכבים המבוססים על מערכת הכללים SP 52-101-2003. החומר מתאר את בחירת הפתרונות המבניים, עקרונות חישוב חיזוק הקירות והתקרות וכן שיטות טכנולוגיות לשימוש בחלקי פחמן.
אם אנחנו מדברים על מתקנים תעשייתיים, אז ניתן להשתמש במדריכים מיוחדים ביותר, המתמקדים גם בתנאי ההפעלה המיוחדים של מבנים. במיוחד, המזרח הרחוק PromstroyNIIproject LLC מציע הוראות לחיזוק מבני בטון מזוין מסדרת 1.400.1-18. חומר זה מדגיש את הניואנסים של חיזוק קירות ותקרות נושאות עומס במבנה של מבני תעשייה.
פיתוח פרויקט חיזוק מבני
המשימה העיקרית של שלב זה היא להציע פתרון טכני ספציפי ליישום חיזוק מבנה אובייקט המטרה. במהלך תהליך הפיתוח, מומחים מודרכים על ידי נתונים על המאפיינים של חומרי הבנייה, הפרמטרים הגיאומטריים שלהם, תנאי הפעולה והנזקים הקיימים. כרגע פותחו עקרונות התכנון הבאים לחיזוק מבני בטון מזוין:
- חיבור של רכיבים. טעות נפוצה שמתרחשת במהלך הבנייה היא התחשבות באתר העבודהבפורמט מבודד. כלומר, קיר נושא, למשל, יחושב על סמך עומסים ישירים עליו מבלי להתמקד בגורמי השפעה קרובים. למעשה, מערכת איכותית ועמידה יכולה להיות מתוכננת רק תוך התחשבות מקיפה בכל גורמי ההפעלה.
- אופטימיזציה. ניתן לפתור את משימות חיזוק המבנים בדרכים שונות וכמעט בכל מקרה יש פתרון שיאפשר למתקן לשמור על חיי עבודה גבוהים. אך יחד עם זאת, רצוי לשאוף למזער את כמות העבודה, את המסה של חלקים תומכים נלווים ורציונליזציה של השימוש בחומרים מתכלים. ככל שמידת ההתערבות במבנה המבנה נמוכה יותר, כך אמינותו גבוהה יותר. אגב, טכנולוגיות מודרניות לחיזוק מבני בטון מזוין בחומרים מרוכבים, שגודלם ומשקלם קטנים יותר בהשוואה למקבילים ממתכת, רק מאפשרות למזער את נפח ההכללה של אלמנטים זרים.
- רציונליזציה כלכלית. גם אם ניתן להשתמש במשאבים כספיים גדולים בביצוע פרויקט החיזוק, חשוב לקחת בחשבון שפתרונות טכניים מורכבים ומסיביים תמיד דורשים עלויות גבוהות כבר בתהליך התחזוקה במהלך הפעלת המבנה.
- עמידה בדרישות שנקבעו. כל שלב תכנון חייב לקחת בחשבון הן את הכללים הנורמטיביים הכלליים והן את הדרישות הספציפיות של המכשיר הטכני והמבני ביחס לבניין היעד.
כללים לחישוב חיזוק מבני בטון מזוין
חישוב טכני של מבנים הוא הבסיס לעבודת תכנון, שבמהלכה מתואמים העומסים בפועל עם פוטנציאל ההספק של החומרים המשמשים לחיזוק. הנתונים הראשוניים לחישוב המורכב לקוחים מתכנית התכנון, מידותיה, עומסי הפעולה ואופי הנזק. מאמרים נפרדים בהערכת חומרים לחיזוק מבני בטון מזוין הם אינדיקטורים מחושבים לחוזק לחיצה, גובה אזור הדחיסה, יציבות לאורך קטעים משופעים וכו'.
הערך הבסיסי של העיצוב, הקובע את היכולת להתמודד עם עומסים בפועל, יהיה רגע הכיפוף המקסימלי. לחישוב שלו, נעשה שימוש בגורמי האמינות של החומר והעומס. גם אופי חלוקת הנזק על פני חתך המבנה נקבע, תוך התחשבות במידת האלסטיות שלו. אם מומנט הכיפוף המרבי הראשוני חורג מתהליך הסדק לאורך החתך, אזי יש לבצע את החישוב באותו אופן כמו עבור קטע עם סדקים, מבלי לקחת בחשבון את הפוטנציאל להתפתחות דפורמציה.
ערכים קבועים של חומרי מטרה משמשים גם בחישובים לחיזוק מבנים. הנחיות מודרניות לחיזוק מבני בטון מזוין, במיוחד, מסתמכות על האינדיקטורים הבאים:
- Strength - טווח בין 1000 ל-1500 MPa, אבל לא פחות.
- מודול של גמישות - מ-50 עד 150 GPa.
- טמפרטורת מעבר זכוכית (משמשת עבור חומרים מרוכבים) - לא פחות מ-40 °С.
פרמטרים ממדיים ותצורת הרכבה נקבעים בנפרד ביחס לפרט מסויםעיצובים.
סיווג שיטות חיזוק
טכנולוגיות מודרניות מאפשרות להשתמש ברשימה נרחבת של אמצעי חיזוק טכני של מבנים שונים, תוך התאמה לתנאי הפעלה ספציפיים. ברמה הבסיסית כדאי לחלק את כל הדרכים לחיזוק מבני בטון מזוין על פי מצבם הפיזי. בפרט, ניתן להבחין בין אלמנטים נוזליים, ארוגים ומוצקים. במקרה הראשון החיזוק יתבצע לפי שיטת תיקון נזקים חיצוניים. זה יכול להיות חיסול סדקים באמצעות טיט חול-צמנט, ואיטום חיבורים עם תרכובות בנייה דביקות. חומרי בד משמשים בתדירות נמוכה יותר ובעיקר כחומר חיזוק, אשר מיושם על האזור הנוצק עם אותם פתרונות חיזוק.
באשר למוצקים, הם חלקים מבניים שמשולבים איכשהו או מונחים על גבי מבנה פגום. במקרה זה, ניתן לחלק את השיטות לחיזוק מבני בטון מזוין הן לפי סוג החומר המשמש (מתכת, מרוכבים, אבן) והן לפי תצורת ההתקנה. השיטה הפופולרית ביותר לחיזוק במוצרים מוצקים היא חיזוק חגורה, שבה רפידות צדודיות מהדקות את האזור הפגוע. אבל זו לא הדרך היחידה להשתמש במוצרים כאלה.
שיטות בסיסיות לחיזוק מבני בטון מזוין
בהתאם לתוצאות הסקר הראשוני ובהתבסס על החלטת התכנוןניתן להשתמש בשיטות הבאות לחיזוק מבני בטון מזוין:
- הנחת טיח תיקון על מנת לשקם את מבנה משטח הבטון. אם יש שטחים פתוחים למעבר חיזוק, אוטמים אותם גם בתערובות פריימר או טיח.
- החדרת טיט בטון לחללים, סדקים, חללים ופגמים מבניים פנימיים אחרים שזוהו בבדיקות לא הרסניות.
- בטון בטון עם תערובת בטון. טיט בטון מוחל על פני השטח עם רובים מיוחדים במהירות גבוהה. מכניקה זו של טיפול באזורים פגומים מאפשרת היווצרות של שכבות חיזוק צפופות בעלות חוזק גבוה.
- חיזוק הבסיס עליו נשען המבנה. זה נעשה באמצעות תפסי בטון מזוין, חגורות מתכת, קשרי עוגן ואלמנטים מוצקים אחרים.
- חיזוק עמודי בטון מזוין, קורות וקירות באמצעות התקנת תפסי חיזוק מורכבים, מסגרות וחולצות. במכשיר כזה ניתן להשתמש באלמנטים של חיזוק, טפסות ובטון זריקה. מכיוון ששיטה זו כוללת יצירת מבנים נוספים משמעותיים למדי, המלצות לחיזוק מבני בטון מזוין ממליצות לחשב בקפידה את העומס המרבי על התקרה. אחרת, לאחר זמן מה ניתן יהיה לזהות סדקים כבר במבנה של אלמנטים נושאי עומס במפלס התחתון.
- עלייה נקודתית בעמידות של מוטות צולבים, קורות, עמודים ואלמנטים תומכים עם חומרים מרוכבים. למטרות כאלה, חלקים בפורמט קטן, אך עמידים עשויים מסיבי פחמן, קוולר, פחמן ווכו'
כפי שמראה בפועל, הפתרון היעיל ביותר בתמיכה בפוטנציאל הכוח של מבני בטון מזוין הוא בדיוק השינוי המבני ביסוד שלהם. תוספת של קירות ותקרות עם אלמנטים תומכים של צד שלישי כמו תמוכות, להיפך, נחשבת לא יעילה ולא מועילה מבחינה טכנולוגית. אבל שוב, החלטות ספציפיות צריכות להתקבל על בסיס סקר וחישוב מקיף.
חיזוק עם פלדה וחומרים מרוכבים - מה עדיף?
החלוקה הבסיסית בדרכים רבות לחיזוק מבני בנייה מבוססת על סוג החומר המשמש. מוטות כוח ואלמנטים מבניים הם אביזרי החיזוק הנפוצים ביותר, אך ניתן לייצר אותם על בסיס סגסוגות פלדה מסורתיות ושימוש בפלסטיק מודרני. מה עדיף?
היתרונות של מתכת כוללים את הרבגוניות, החוזק הגבוה והעלות המשתלמת. אגב, חיזוק מבני בטון מזוין בסיבי פחמן, עם כל התכונות הטכניות והפיזיות החיוביות, יכול לעלות 20-30% יותר מאשר שימוש אפילו בנירוסטה איכותית. מה מצדיק עלויות כאלה? עם זאת חומרים מרוכבים מציגים חוזק מתיחה שאין לו מתחרים שעולה אפילו על פלדה. כמו כן, בניגוד לבטון, סיבי פחמן מתאפיינים במשאב חוזק עייפות גבוה יותר, המבטל אמצעי שיקום ביניים במהלך הפעילות ארוכת הטווח של המבנה. האם יש חסרונות של חומרים מרוכבים מלבד המחיר הגבוה? ישנם ניואנסים של תכונות אקולוגיות, שכן בפלסטיק הוא עדיין הבסיס של החומר, אבל משמעות ההשפעה של תוספים סינתטיים היא מינימלית מבחינת הסכנה לבני אדם.
מסקנה
צעדים לתיקון, שיקום וחיזוק מבני בטון מזוין, מצריכים, ככלל, עלויות ארגוניות וכספיות רבות. זאת בשל מורכבות התכנון שלהם והבעיות הטכנולוגיות של ביצוע פעולות התקנה. אפילו הליכים קוסמטיים קלים חייבים להתבצע במספר שלבים - החל מפתרון תקלות עם הכנת חפץ לעבודה ועד ביטול ישיר של נזק או עלייה באיכויות החוזק של חומרים. לכן, בהמלצות לתכנון חיזוק מבני בטון מזוין, מומחים מציינים את הצורך לשקול את האפשרויות הגמישות ביותר מבחינה טכנית לפתרון הבעיה. לדוגמה, ההחלפה הפשוטה ביותר של חיזוק פלדה בקוטר 12 מ"מ במוט סיבי פחמן בעובי 8 מ"מ עם אותו אפקט חיזוק ימזער עד 50% מעלות החשמל. אבל כמובן, אופטימיזציה כזו לא תמיד אפשרית. בכל מקרה, העקרונות של שמירה על החוזק, הגמישות והקשיחות הנדרשים של מבנים צריכים לבוא לידי ביטוי. מעקב אחר התכניות הנורמטיביות ותכניות ההתקנה האיכותיות יאפשרו לבצע באופן רציונלי את החיזוק, עד כמה שניתן לדחות את מועד הצורך בהשלמת בנייה מחדש של המבנה עם החלפת מבנה הבטון מזוין.
