3. 1. 2. Проектирование ремонта и усиления балки.

Учитывая особенность конструкции балки, условия ее эксплуатации и рекомендации [ 3 ], усиление выполняем с помощью устройства затяжки из двух веток арматуры, которые при стягивании образуют разгрузочный момент и превращают балку во внецентренно сжатый элемент.

Вследствие того, что прочность нормального сечения балки не обеспечена, берем стержни затяжки по конструктивным требованиям из арматуры класса А400С диаметром 32 мм ( ). 

При стягивании веток затяжки возникают предварительные напряжения, величина которых МПа .

Чтобы получить такое напряжение, стержни посередине длины балки (на расстоянии с = 2330 мм от фиксирующей распорки), нужно взыскать на величину а. С помощью графика, приведенного на рис. 24 [ 8 ], устанавливаем, что величина напряжения МПа соответствует наклону ветки затяжки = 0,052.

Размер перемещения середины затяжки

мм.

Потери напряжения при устройстве усиления вследствие релаксации напряжений, смятия бетона и анкерных устройств берем без расчета – 50 МПа.

Тогда МПа.

При таких условиях разгрузочный момент, возникающий при устройстве затяжек, составляет:

,

где - расстояние от растянутой грани до оси затяжки;

- расстояние от растянутой грани до центра тяжести сечения (рис. 3.1, б):

,

где - статический момент площади приведенного сечения;

- площадь приведенного сечения;

.

Этот момент может увеличить несущую способность балки при прочности нормального сечения до величины

,

т.е. несущая способность балки выросла на .

Окончательный вывод о величине максимальной нагрузки складывается после соответствующих расчетов при условии прочности наклонного сечения, трещиностойкости и деформативности балки.

Таким образом, после выполнения усиления прочность балки по нормальному сечению обеспечена, а фактическая нагрузка составляет

.

Для восстановления рабочего сечения балки используем мелкозернистый бетон, который должен иметь следующие дополнительные характеристики качества:

• ускоренные темпы твердения и увеличения прочности;

• отсутствие усадки;

• повышенная адгезия к существующему бетону и арматуре;

• повышенные защитные свойства к арматуре и металлу закладных деталей;

• повышенная подвижность и тиксотропное свойство [ 7 ].

Этим требованиям отвечают такие системные материалы фирмы « Хенкель Баутехник » (Украина):

1. Церезит СD22 - ремонтная крупнозернистая смесь из цемента, кварцевого песка и полимерных добавок, которые обеспечивают такие эксплуатационные характеристики: адгезия раствора к бетонному основанию более 2,0 МПа, прочность на сжатие через двое суток не менее 20 МПа (через 7 суток - 40 МПа), прочность на растяжение при изгибе через двое суток - 5 МПа (через 7 суток - 6,5 МПа), деформации усадки, не больше чем 0,012. К сухой смеси Церезит СD22 (масса упаковки 25 кг) добавляют 3,5 л воды с температурой +15 ˚ С - +20 ˚ С. Жизнеспособность раствора - до 45 мин., а температура окружающей среды от -5˚С до +30˚С. Раствор наносят на подготовленную поверхность тонким слоем с помощью шпателя. Расходы ремонтного материала составляют 1,6 кг/м² на 1 мм толщины слоя.

2. Церезит СD23 - мелкозернистая (дольки наполнителя размером до 1 мм) ремонтная смесь. СD23 предназначен для устройства адгезионного слоя между «старым» и «новым» бетоном, восстановление мелких повреждений поверхностного слоя толщиной до 10 мм. Церезит СD23 по сравнению с Церезит СD22 имеет лучшую адгезию к бетону основания (не менее 2,4 МПа через 2 суток), прочность на растяжение при изгибе не менее 5 МПа через 2 суток и 6,9 МПа - через 7 суток. К 25 кг сухой смеси СD23 добавляют 3,2-3,5 л воды и используют за 45 мин. Наносят СD23 тонким слоем жесткой щеткой. Основной ремонтный слой из Церезит СD22 наносят на влажный (незатвердевший) адгезионный слой.

Или система ремонтных материалов «Полирем» (компания «Полирем» Украина):

1. Полирем СГи622 + - эластичный водостойкий двухкомпонентный материал. Компонет А - сухая смесь, состоящая из цементного вяжущего, заполнителя и модифицирующих добавок. Его водная смесь предназначена для ремонта бетона. Компонент Б - водная дисперсия полимерного вяжущего и модифицирующих добавок, предназначен для защитной обработки арматуры, а также в качестве грунтовки по бетону перед выполнением ремонтных работ. Полирем СГи622 + рекомендуется к применению при ремонте железобетонных конструкций с большим количеством поврежденной арматуры.

2. Полирем СГи623 - высокопрочный раствор на основе цементного вяжущего, многофракционного (до 3-5 мм) наполнителя и модифицирующих добавок. Полирем СГи623 предназначен для "грубого" ​​восстановления значительных (свыше 40 мм) повреждений высокопрочного бетона. Толщина наносимого слоя за 1 раз, достигает 3 см, расход материала на 1 см толщины слоя - 13,5-15,0 кг/м². Следующий слой наносят после полного затвердения предыдущего. Через сутки адгезия материала к основанию составляет не менее 0,5 МПа. После затвердевания Полирем СГи623 приобретает прочность на сжатие не менее 50 МПа, прочность на растяжение при изгибе - 6 МПа, деформации усадки - не более 0,2 %. Водонепроницаемость покрытия составляет не менее 0,5 МПа, морозостойкость - 75 циклов.

Новый ремонтный бетон нужно укладывать на подготовленную поверхность железобетонной балки - то есть сначала необходимо удалить грязь, остатки старого защитного покрытия, продукты коррозии металла, бетон с пониженной прочностью и карбонизованный или насыщенный хлоридами бетон.

Для наших условий, согласно рекомендациям [ 9, 7], применяем механический способ очистки (с помощью электроперфоратора, металлической щетки, шпателя). Финишную очистку проводим сжатым воздухом. На поверхность подготовленного бетона наносим глубоко проникающую грунтовку типа Церезит СТ -17.

Последним этапом ремонтных работ является проведение антикоррозионной защиты металлических деталей и элементов усиления.

Продукты коррозии металла удаляются механическим способом согласно [ 9, 7 ] до металлического блеска с финишной очисткой струйной машиной с одновременным всасыванием пыли.

Защита металлических элементов от воздействия среднеагрессивной газовой среды выполняем согласно таблице 29 [ 9 ] лакокрасочным покрытием марки IIа- 4 (110).

Согласно приложению 15 [ 9 ] используем перхлорвиниловые эмали II группы (например ХВ- 16 , ХВ -113), которые наносим 4 раза (по грунтовке ГФ - 021 , ПФ- 020) общей толщиной покрытия в 110 мкм.