CZ2014839A3

CZ2014839A3 - Systém pro stabilizaci a zvýšení únosnosti zděných stěn

Info

Publication number: CZ2014839A3
Application number: CZ2014-839A
Authority: CZ
Inventors: Jiří Witzany
Original assignee: ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ technickĂ© v Praze, Fakulta stavebnĂ, Katedra konstrukcĂ pozemnĂch staveb
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2016-06-08
Also published as: CZ308939B6

Abstract

Řešení podle vynálezu umožňuje stabilizaci a zpevnění zděných stěn (3) pomocí perforovaných kotev (5) opatřených uzavíracími zátkami (6) z kompozitů na bázi uhlíkových, popř. skleněných tkanin, spojených a kotvených ve zdivu pomocí adheziv na bázi epoxidových pryskyřic, popř. vysokopevnostních polymercementových směsí. Perforované kotvy (5) s uzavíracími zátkami (6) jsou aplikovány na obnaženém a očištěném povrchu zdiva, popř. na omítce. Kotvy (5) jsou tvořeny dutými preferovanými kruhovými profily – trubkami z uhlíkového nebo skelného kompozitu, které jsou vloženy a zainjektovány ve vyvrtaných otvorech (7) ve zděné stěně (3).

Description

Systém pro stabilizaci a zvýšení únosnosti zděných stěn.

Oblast techniky

Technické řešení se týká nosného zdivá zpevněného tkaninami vyrobenými na bázi skelných nebo uhlíkových kompozitů.

Dosavadní stav techniky

V důsledku nedostatečné pevnosti zdivá v tahu je často nosné zdivo budov, zejména historických, narušeno lokálními tahovými trhlinami, popř. shlukem trhlin menších šířek narušujících celistvost zdivá a snižujících jeho mechanické vlastnosti.

Nejčastějším způsobem zpevnění takto narušeného zdivá je sanace např. pomocí do zdivá přikotvených svařovaných sítí, tzv. KARI sítí, na které je následně provedena zesilující vrstva z vápenocementové nebo cementové malty. Uvedené řešení je provázeno řadou závažných fyzikálně mechanických problémů, jako např. zvýšení difuzního odporu, v jehož důsledku může docházet k usazování a krystalizaci solí v oblasti kontaktní spáry a v důsledku toho postupnému narušování vzájemného kontaktu, rozdílnými reologickými a mechanickými vlastnostmi, jako je smršťování, dotvarování apod., zpevněného zdivá a zpevňující cementové, popř. vápenocementové vrstvy vyztužené svařovanou sítí. V důsledku těchto účinků dochází obvykle po určité době k narušení kontaktní spáry zesilující vrstvy a přiléhajícího zdivá, které předchází ztrátě funkčnosti a následně destrukci provedeného sanačního opatření. Jinou možností je injektáž, popř. mikroinjektáž vhodnými injektážními látkami - polymery, cementové suspense apod., dodatečné vkládání výztužných třmínků do ložných spár, obetonování, popř. zesílení ocelovou bandáží.

Další možností je aplikace kompozitu na bázi např. ve formě jednosměrně pnutých uhlíkových vláken a lepidla na bázi epoxidové pryskyřice lepeného na povrch zdivá stěny dochází při zatížení v tlaku v oblasti kompozitu v důsledku vzájemné interakce více se přetvářejícího zdivá ve srovnání s deformacemi kompozitu ke změně v rozložení tlakových napětí po průřezu zdivá - dochází k odklonu tlakových trajektorií a k jejich částečné koncentraci do oblastí kompozitu.

-2Relativně tenká vrstva kompozitu s modulem pružnosti v tlaku E_Ck dosahující hodnot vyšších než 6000 MPa oproti modulu přetvámosti zdivá E_zd = 4800 MPa, přebírá prostřednictvím smykových sil přenášených kontaktní spárou „zdivo - kompozit“ příslušnou část tlakových napětí zajišťujících spojitost tlakové deformace kompozitu a zdivá v oblasti zesílení kompozitu až do stadia, kdy dochází překročením smykové pevnosti adheziva v kontaktní spáře, popř. pevnosti zdivá ve smyku a tahu - v blízkosti kontaktní spáry k porušení vzájemné interakce „kompozit - zdivo“. V tomto stadiu dochází postupně k lokálnímu porušování kontaktní styčné spáry “zdivo - kompozit” (adheze) a k dílčímu (lokálnímu) boulení a odtrhávání kompozitu. V důsledku tlakových trajektorií od svislice dochází současně ke vzniku tahových napětí ve zdivu, která významně přispívají k rozštěpení stěny.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky řešení odstraňuje technické řešení spočívající ve zpevnění zdivá kotvami na bázi uhlíkových popř. skelných vláken.

Příčně uspořádané kotvy na bázi uhlíkových, popř. skelných kompozitů jsou tvořeny dutými perforovanými kruhového profilu (trubkami) s vnějším průměrem menším než je průměr vývrtů provedených na celou tloušťku zděné stěny tak, aby duté kotvy (perforované trubky) z uhlíkového nebo skelného kompozitu mohly být do vyvrtaných otvorů ve zděné stěně volně zasunuty. Oba konce kotev (perforovaných trubek) jsou uzavřeny injektážními zátkami umožňující následnou injektáž kotvy (perforované trubky) a vyvrtaného otvoru ve zdivu vhodnou injektážní látkou (polymery, cementové suspenze). Injektáží zátky jsou opatřeny otvory pro následné provedení talkové injektáže. Injektáží zátky jsou provedeny ze shodného materiálu jako perforované kotvy, tj. na bázi kompozitů z uhlíkových, popř. skelných vláken a epoxidové pryskyřice.

Následnou injektáží vhodnou injektážní látkou - polymery, cementové suspenze, je provedena injektáž. Oba konce kotev jsou uzavřeny zátkami zajišťujícími spolupůsobení kotev s tkaninou.

Zesilující tkaniny na bázi uhlíkových vláken jsou jednosměrně tkané jedno nebo vícevrstvé tvořené uhlíkovými vlákny o tloušťce 0,25 až 0,32 mm s pevností v tahu 3000 až 4000 MPa, modulem pružnosti 200 až 250 GPa, maximálním tahovým přetvořením 1,5 až 1,9 %, hustotou 1,5 až 2 g/cm³ a gramáží 600 až 700 g/m². Zesilující tkaniny na bázi sklených vláken jsou

-3jednosměmě tkané jedno nebo vícevrstvé tvořené skelnými vlákny o tloušťce 0,18 až 0,38 mm s pevností v tahu 2500 až 3500 MPa, modulem pružnosti 65 až 80 GPa, maximálním tahovým přetvořením 4 až 5 %, hustotou 2,2 až 2,7 g/cm³ a gramáží 500 až 1000 g/m². Zesilující tkaniny jsou na konstrukci lepeny pomocí speciální dvousložkové bezrospouštědlové tixotropní epoxidové pryskyřice s dobou zpracovatelnosti 3 až 7 hodiny, viskozitou po smíšení 550 až 750 mPa.s a hustotou po smíšení 1100 až 1200 kg/m³, při 20 °C.

Zesilující tkaniny jsou ve formě pásů aplikovány výhradně na upraveném povrchu nenarušeného a suchého zdivá, tj. hm. vlhkost < 4 %. Zdivo musí být upravené tak, aby povrch byl hladký a zbaven výstupků, popř. byl na povrchu opatřen tenkou vrstvou tl. 2 až 3 mm z vhodné směsi. Adhezní vrstva může být tvořena epoxidovou pryskyřicí vhodného složení, popř. tenkou vrstvou z polymercementového pojivá a technologickým postupem zajišťujícím dosažení požadovaných vlastností. V případě zvýšené vlhkosti zdivá je nutné provést nejprve sanaci zvýšené vlhkosti zdivá a zesílení provést po dosažení vlhkosti nepřesahující 4 % hmotnostní vlhkostí.

Zpevnění zdivá v závislosti na jeho tloušťce a stavu lze povést buď jako jednostranné, popř. při větším narušení a rozsahu trhlin jako oboustranné. Zesilující pásy tkaniny na bázi uhlíkových, popř. sklených vláken lze aplikovat bezprostředně pouze na zdravé a suché zdivo. Zdivo narušené výraznými trhlinami, jejichž šířka je větší než 2 mm, je třeba před aplikací kompozitních pásů z tkaniny zpevnit dílčí injektáží vhodnou injektážní látkou - polymery, cementové směsi.

Uvedená statická sanace zachovává tvar prvku, nevnáší do původního zdivá lokální napětí a nevyžaduje provádění náročných krycích vrstev, např. z důvodů tepelných mostů apod.

Objasnění obrázků na výkresech

Navrhované technické řešení bude blíže objasněno pomocí příkladů provedení zobrazených na přiložených výkresech, kde znázorňují:

Obr. 1 Doporučené umístění kotev - perforovaných trubek na bázi uhlíkových, popř. skelných vláken v předem vyvrtaných otvorech ve zdivu

-4Obr. 2 Doporučené umístění kotev v oblasti zesilujících pásů tkaniny na bázi uhlíkových, popř. skelných vláken

Obr. 3 Podrobnosti technických úprav kotvy - perforované trubky oboustranně opatřené zátkami s otvory.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je v příkladném provedení znázorněné umístění pásu 1 zesilujícího kompozitu a kotev - perforovaných trubek na bázi uhlíkových, popř. skelných kompozitů ve vývrtech 2 o průměru větším, než je průměr kotev, provedených ve zděné stěně 3 oboustranně opatřených kompozitními zátkami 4 s injektážními otvory 5 pro provedení injektáže dvousložkovou epoxidovou pryskyřicí, popř. speciální polymercementovou směsí 6 pásu 1 zesilujícího kompozitu na bázi uhlíkových, popř. skelných tkanin tl. 2 mm a šířky 400 až 800 mm plnoplošně lepené pomocí dvousložkové epoxidové pryskyřice, popř. polymercementové směsi.

Zesilující kompozitní pás 1 může být umístěn ve střední třetině výšky stěny 3, popř. v jiných úrovních podle statických požadavků.

Na obr. 2 je v příkladném provedení znázorněno umístění perforovaných kotev 5 s uzavíracími zátkami 6 v ploše pásu 1 zesilujícího kompozitu na bázi uhlíkových, popř. skelných tkanin.

Na obrázku 3a je v příkladném provedení znázorněno provedení zesilující kompozitní tkaniny 1 na bázi uhlíkových, popř. skelných vláken na povrchu zděné stěny 3 s upraveným povrchem 4 kotvené pomocí uzavíracích zátek 6 zapuštěných na obou koncích do perforované kotvy 5 procházející napříč celou šířkou zesilované stěny 3 předem provedenými otvory 7 průměru, který umožňuje zasunutí perforované kotvy 5 a následnou injektáž.

V obrázku 3b je znázorněna dutá perforovaná kotva 5 kruhového profilu opatřená injektážními otvory 8.

.: :

-5- : '·

V obrázku 3c je znázorněna uzavírací zátka 6 z kompozitu pro zajištění kotvení zesilujících pásů X z uhlíkových popř. skelných kompozitů.

Průmyslová využitelnost

Zpevněné zděné stěny i perforovanými kotvami s injektážními uzavíracími zátkami vyrobenými z kompozitů na bázi vláken podle navrhovaného technického řešení jsou využitelné ve stavebnictví, zejména při sanacích narušených nosných stěn zděných a historických budov.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Systém pro stabilizaci a zvýšení únosnosti zděných stěn vysokopevnostními materiály na bázi uhlíkových a/nebo skelných kompozitů, vyznačující se tím, že pásy (1) zesilujícího kompozitu na bázi uhlíkových a/nebo skelných tkanin jsou kotveny příčně uspořádanými dutými perforovanými kotvami (5) kruhového profilu, které jsou umístěné v otvorech (7) vyplněných injektážní směsí.
2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že pásy (1) zesilujícího kompozitu na bázi uhlíkových a/nebo skelných tkanin jsou kotveny pomocí uzavíracích zátek (6) z kompozitu pevně spojených s dutými perforovanými kotvami (5).
3. Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že kontaktní objímky uzavíracích zátek (6) jsou před zasunutím do perforovaných kotev (5) opatřeny adhezivem.