EA011186B1

EA011186B1 - Способ усиления строительных конструкций и покрытие, полученное этим способом

Info

Publication number: EA011186B1
Application number: EA200701724A
Authority: EA
Inventors: Эмо Аньелони
Original assignee: Тек.Инн. С.Р.Л.
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2009-02-27
Also published as: CN101137807B; HK1117581A1; US20090044476A1; DE602006016916D1; WO2006087751A1; US8087210B2; EG24580A; CN101137807A; ITRM20050066A1; EP1848868A1; BRPI0608142A2; IL185222A; JP2008530408A; MX2007010062A; ZA200706864B; NZ561557A; MA29320B1; CA2596670A1; UA90297C2; TNSN07316A1

Abstract

Способ усиления строительных конструкций позволяет получить усиливающее покрытие посредством следующих операций: крепление стойкой прочной пленки (2) из композитного материала к строительной конструкции (s), подлежащей усилению, и наложение на стойкую пленку (2) эластичной пленки (8), по меньшей мере, частично не соединенной с ней таким образом, что эластичная пленка (8) может деформироваться и скользить по касательной относительно стойкой пленки (2).

Description

Настоящее изобретение относится к способу усиления строительных конструкций и покрытию, полученному этим способом. Термин «строительные конструкции» охватывает не только жилые здания, но и промышленные здания, объекты инфраструктуры, такие как мосты, виадуки и тоннели, конструктивные элементы сооружений, историко-художественные объекты и памятники и т.п.

В частности, изобретение относится к области конструктивного усиления сооружений, имеющих конструктивные дефекты, обусловленные ветхостью или другими причинами, например увеличением нагрузок или чрезвычайными ситуациями, такими как землетрясения или взрывы, например, из-за утечки газа.

Уровень техники

Известно использование композитов, обозначаемых английской аббревиатурой ЕКР (усиленный волокном полимер), для конструктивного усиления в строительстве и архитектуре жилых и промышленных зданий и объектов инфраструктуры, таких как мосты, виадуки и галереи. Например, в патенте ΙΤ1298946 описан способ укрепления, состоящий в нанесении одиночного слоя композитного материала на конструктивный элемент, подлежащий усилению. Композит получают путем нанесения слоя полимера, который прилипает к конструктивному элементу и на который накладывают сухую, предварительно пропитанную однонаправленную или многоосную ткань, например углеродное волокно, стекловолокно или арамидное волокно. На пропитанную ткань дополнительно наносят полимер для окончательной пропитки ткани и обеспечения ее окончательного приклеивания.

Хотя покрытие, полученное известным способом, обеспечивает статическое усиление зданий даже после частичного разрушения конструкций, они не выполняют предохранительной функции. Иными словами, известные способы не обеспечивают поглощения энергии и предотвращения отделения частей конструкции во время чрезвычайных ситуаций, таких как взрыв или землетрясение, или сразу после них. Все полимерные слои интегрально соединены в прочную структуру, в которой волокно имеет высокую прочность на растяжение, но умеренное относительное удлинение, порядка 1-3%. Поэтому разрушительные импульсные нагрузки, достаточно сильные для разрушения волокна, например из-за сейсмических толчков, вызывают одновременный разрыв волокон и полимеров, прикрепленных к ним путем пропитки, а значит, и соединения с конструкцией, испытывающей эти нагрузки.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является решение указанных проблем путем создания способа усиления строительных конструкций и полученного этим способом покрытия, позволяющих устранить указанные недостатки.

В частности, целью изобретения является создание способа получения покрытия для усиления строительных конструкций, которое при нанесении также и на неповрежденные конструкции позволяет предотвратить отделение частей здания и разрушение самого здания вследствие разрушительных импульсных воздействий и тем самым выполняет предохранительную функцию.

Другой целью изобретения является создание способа усиления строительных конструкций, позволяющего получить структуру покрытия, нанесенного вокруг здания, удовлетворяющую специфическим требованиям, предъявляемым в каждом конкретном случае.

Кроме того, целью изобретения является создание способа усиления строительных конструкций, позволяющего, так же как и известные способы, строить безопасные здания и производить их ремонт после частичного разрушения, обусловленного ветхостью, увеличением нагрузок или чрезвычайными ситуациями.

Описание варианта осуществления изобретения

Эти и другие цели, которые станут более понятны из последующего описания, по существу достигаются с помощью способа усиления строительных конструкций, имеющего отличительные признаки, указанные в одном или нескольких из пп.1-18 формулы изобретения, и полученного этим способом покрытия согласно пп.19-29 формулы.

Другие отличия и преимущества изобретения станут более очевидны из подробного описания предпочтительного, но не единственно возможного, варианта осуществления предлагаемого способа усиления строительных конструкций и соответствующего покрытия. В описании даны ссылки на чертежи, приведенные только в качестве иллюстраций, не ограничивающих изобретение, на которых фиг. 1 изображает в плане покрытие согласно изобретению, нанесенное на конструкцию, подлежащую усилению, причем некоторые части не показаны, чтобы были видны другие, и фиг. 2 изображает поперечный разрез покрытия и конструкции, показанной на фиг. 1.

На чертежах позицией 1 обозначено в целом покрытие для усиления строительных конструкций согласно изобретению. Покрытие 1 может быть нанесено, например, на наружные и/или внутренние поверхности, или во внутреннее пространство по периметру, и/или на внутренние стены здания, потолки, разделительные стены; этим покрытием могут быть обернуты опоры, балки или их части, или другие конструктивные элементы. Конструкция может быть выполнена из любого материала, например армированного бетона, предварительно сжатого армированного бетона, каменной кладки (камень, кирпич, известковый туф, смешанный или иной материал), дерева, стали (внедренной в каменную кладку или в бе

- 1 011186 тонные панели) или из одноосно ориентированного волокнистого композита. На фиг. 2 в качестве примера показана в разрезе строительная конструкция «з» в виде стены, на каждую поверхность «Г» которой нанесено покрытие 1 согласно изобретению.

После проведения экспериментального анализа этих конструкций и основания с целью определения совместимых материалов, которые могут использоваться для крепления усиливающего покрытия, и после проверки с помощью экспериментальных и/или расчетных моделей поведения такой конструкции или ее частей под воздействием внешних сил, необходимо спроектировать локальную или общую систему усиления и определить требуемые усиливающие структуры. Исходя из этого, первой операцией способа согласно изобретению является крепление стойкой пленки 2 из композитного материала к строительной конструкции «з».

Эту операцию выполняют путем нанесения на поверхность «Г» крепежного слоя 3 из указанного выше совместимого материала, которым предпочтительно является двухкомпонентная эпоксидная смола, цементный строительный раствор, натуральный строительный раствор, полиуретан или полимочевина. Выбор наиболее подходящего материала обусловлен совместимостью с основанием и временем созревания, зависящим от состояния и температуры основания и окружающей среды. Это время предпочтительно составляет от 12 до 48 ч, чтобы, при определенном умении, можно было нанести и частично внедрить стойкую структуру 4 в крепежный слой 3 с требуемой точностью. Для этого, если используются полиуретан или полимочевина, то они предпочтительно должны быть тиксотропными и с замедленным созреванием. Кроме того, если позволяет выбранный материал, то крепежный слой 3 наносят путем распыления. Распыление позволяет ускорить операции и контролировать давление и температуру, при которых находится материал, чтобы избежать его слишком долгого или слишком быстрого созревания, не соответствующего требованиям данного процесса.

Стойкая структура 4, показанная на фиг. 1 в виде пересекающихся полос, содержит нити из стойкого материала, такого как углеродное волокно, сталь, арамид или стекло, предпочтительно расположенные в виде сетки или образующие ткань. Сечение нитей, их расположение, переплетение и ориентацию выбирают в каждом конкретном случае на основе расчетных моделей и в соответствии с величиной нагрузок и напряжений, которые они должны выдерживать, и деформаций, которые они должны допускать, чтобы поглощать и рассеивать часть энергии при шатаниях конструкции.

Для окончательного формирования стойкой пленки 2, как показано на чертежах, на стойкую структуру 4 наносят закрывающий слой 5, который завершает пропитку стойкой структуры 4 и служит для ее окончательного закрепления.

Закрывающий слой 5 наносят путем распыления эластичного материала, такого как быстросозревающие полимочевина или полиуретан, которые характеризуются способностью быстро наноситься на другой материал, без ограничений со стороны внешней среды, и созревать в течение трех-пяти секунд.

Для окончательного крепления стойкой пленки 2 к строительной конструкции «з» служат множество стержней 6, каждый из которых соединяют со стойкой пленкой 2 и вставляют в соответствующее крепежное отверстие 7, высверленное в строительной конструкции «з» (левый стержень на фиг. 2). Стержни 6, известные сами по себе, являются частично жесткими и частично должны быть пропитаны одним из материалов, образующих стойкую пленку 2. Например, если строительная конструкция «з» изготовлена из армированного бетона или из стали с каменным покрытием, то отверстия 7 сверлят в каркасе, выполненном соответственно из армированного бетона или стали. Если строительная конструкция «з» изготовлена из каменной кладки, несущей нагрузку, то отверстия 7 выполняют в прямоугольных стенных выступах и в ориентирующих устройствах.

Каждый стержень 6 образован рулоном проволок, состоящих предпочтительно из стекла, арамида или углерода и внедренных примерно на две трети длины в эпоксидную смолу. Пропитанную и жесткую часть вставляют в отверстие 7 и крепят к конструкции с помощью той же смолы, а свободные проволоки 6а остаются снаружи для последующей пропитки и крепления в одном из слоев, образующих стойкую пленку 2. Для этого выступающая часть 6а, подлежащая пропитке, должна быть свободна и равномерно распределена (например, в плане в виде цветка с распределенными по дуге 360° лепестками), как показано на фиг. 1.

Согласно изобретению нанесение покрытия заканчивают операцией наложения на стойкую пленку 2 эластичной пленки 8 таким образом, что последняя, по меньшей мере, частично оказывается несоединенной со стойкой пленкой 2 и может деформироваться и скользить по касательной относительно нее в результате деформаций, которым подвергается строительная конструкция «з», например в результате сейсмических нагрузок.

Эластичную пленку 8 получают осаждением, предпочтительно путем распыления, одиночного слоя 9 эластичного материала, такого как полимочевина или полиуретан.

Для обеспечения возможности скольжения стойкой пленки 2 и эластичной пленки 8 друг относительно друга, эластичную пленку 8 соединяют с стойкой пленкой 2 только в отдельных точках 10. Такое соединение выполняют путем сверления множества отверстий 11 в стойкой пленке 2 до нанесения эластичной пленки 8 и заполнения отверстий 11 материалом, из которого выполнен эластичный слой 9 эластичной пленки 8. Полученные соединения делают возможным небольшое относительное скольжение

- 2 011186 указанных пленок благодаря эластичности материала, заполняющего отверстия 11, и относительные перемещения большей величины, если деформация строительной конструкции приводит к разрыву этих точечных соединений.

Для облегчения скольжения стойкой пленки 2 и эластичной пленки 8 по касательной друг относительно друга между ними предпочтительно наносят вспомогательный компаунд 12, обеспечивая при этом защиту отверстий 11 от заполнения этим материалом. Для большей наглядности на фиг. 2 толщина вспомогательного компаунда 12 увеличена.

Глубину отверстий 11, их диаметр и количество на квадратный метр, а также тип вспомогательного компаунда 12 выбирают в зависимости от адгезионных характеристик, которые нужно получить. Например, отверстия 11 могут иметь диаметр от 5 мм до 2 или 3 см при глубине от 2 до 5 мм и плотности распределения от 4 до 100 на квадратный метр. Вспомогательный компаунд 12, который предпочтительно тоже наносят распылением, может представлять собой поверхностно-активный силикон, акриловую смолу, поливинилбутират или невидимый адгезивный или другой подходящий материал.

Согласно схеме, не показанной на чертежах, эластичную пленку 8 получают предпочтительно путем нанесения друг на друга множества эластичных слоев, которые соединяют между собой управляемым образом с помощью вспомогательного компаунда и отверстий, как описано выше для соединения стойкой пленки 2 и одиночного эластичного слоя 9. В отличие от стойкой пленки 2 слои эластичной пленки 8 не усилены стойкими структурами, а выполнены предпочтительно из полимочевины или полиуретана толщиной от 2 до 6 мм и с очень большим предельным удлинением (100-500%). Каждый наружный эластичный слой предпочтительно имеет большее предельное удлинение, чем смежный с ним внутренний эластичный слой.

Для окончательного крепления эластичной пленки 8 к строительной конструкции «8» служат множество стержней 6 типа описанных выше стержней для крепления стойкой пленки 2. Каждый стержень 6 соединяют с эластичной пленкой 8 и вставляют в соответствующее крепежное отверстие 7, высверленное в строительной конструкции «8» и в стойкой пленке 2. Свободные проволоки 6Ь остаются снаружи отверстия 7 и пропитываются материалом одного из слоев, образующих эластичную пленку 8 (правый стержень 6 на фиг. 2).

Покрытие может заканчиваться отделочным слоем 13 штукатурки, грунтовки или краски, показанным только на фиг. 1.

В варианте выполнения, показанном на чертежах и описанном выше, стойкая пленка 2 состоит из одного стойкого слоя, содержащего крепежный слой 3, закрывающий слой 5 и стойкую структуру 4.

В другом варианте выполнения, не показанном на чертежах, стойкая пленка 2 образована множеством стойких слоев, выполненных согласно ожидаемым рабочим напряжениям, возникающим при шатаниях конструкции, и специфическим требованиям к конструкции.

В этом случае закрывающий слой 5 вместе с крепежным слоем 3 и стойкой структурой 4, описанной выше, образуют основной стойкий слой, непосредственно соединенный со строительной конструкцией «8». На этот основной стойкий слой накладывают один или несколько дополнительных стойких слоев, которые вместе с основным стойким слоем образуют стойкую пленку 2. Стойкие слои тоже соединяют друг с другом управляемым образом с помощью вспомогательного компаунда и отверстий, как описано выше для соединения стойкой пленки 2 и одиночного эластичного слоя 9, чтобы облегчить их скольжение друг относительно друга по касательной.

Отверстия заполняются материалом, из которого выполнен соединительный слой смежного верхнего дополнительного стойкого слоя, и в результате образуются отдельные соединительные точки.

Исходя из общих характеристик покрытия, стойкость и эластичность стойких слоев может быть одинаковой или различной. Каждый наружный стойкий слой предпочтительно является более эластичным, чем внутренний смежный слой.

Нанесение первого дополнительного стойкого слоя на основной стойкий слой включает операцию сверления отверстий с глубиной, достаточной для прохождения через основной стойкий слой и достижения поверхности «ί» строительной конструкции «8». Размеры и количество отверстий выбраны так же, как указано для варианта выполнения, показанного на чертежах.

Предусмотрены крепления дополнительного стойкого слоя к строительной конструкции «8» с использованием таких же стержней и отверстий, как для основного слоя. Стержни, служащие для крепления дополнительного стойкого слоя, тоже проходят сквозь основной стойкий слой.

Далее на основной стойкий слой наносят вспомогательный компаунд, обеспечивая при этом защиту отверстий от заполнения этим материалом. Этот процесс и материалы, выбранные для компаунда, предпочтительно аналогичны упомянутым выше применительно к компаунду, нанесенному между одиночным эластичным слоем 9 и одиночным основным стойким слоем 2, показанными на чертежах.

В это время осаждают соединительный слой, который проникает в отверстия основного слоя с образованием отдельных соединительных точек и пропитывает свободные части ткани или нитей каждого стержня, находящиеся снаружи соответствующих отверстий, высверленных в строительной конструкции «8». Соединительный слой выполняют из полиуретана или полимочевины, предпочтительно тиксотропных и медленно созревающих, и наносят предпочтительно распылением. Толщина этого слоя от 2 до

- 3 011186 мм.

В соединительный слой, по меньшей мере, частично внедряют стойкую структуру и в завершение наносят закрывающий слой.

Стойкая структура содержит нити из стойкого материала, такого как углеродное волокно, сталь, арамид или стекло, предпочтительно расположенные в виде сетки или образующие ткань. Сечение нитей, их расположение, переплетение и ориентацию выбирают для каждого конкретного случая, исходя из величины нагрузки, которую они должны выдерживать, и деформаций, которые они должны допускать, чтобы поглощать часть энергии при шатаниях конструкции.

Закрывающий слой состоит из полиуретана или полимочевины, предпочтительно с быстрым созреванием. Этот слой имеют толщину от 2 до 6 мм и наносится предпочтительно распылением.

Соединительный слой, закрывающий слой и стойкая структура образуют дополнительный стойкий слой, который наложен на основной стойкий слой. Эти два слоя образуют стойкую пленку 2.

Предпочтительно, чтобы материал и/или расположение нитей, выбранных для стойкой структуры дополнительного стойкого слоя, придавали этому слою большую эластичность в сравнении с основным стойким слоем.

Таким образом, полученное покрытие состоит из одного или нескольких элементов (стойкая пленка), закрепленных на строительной конструкции и способных выдерживать такие воздействия, как сейсмические толчки или взрывы, и из одного или нескольких элементов (эластичная пленка), имеющих значительную эластичность. Эластичные элементы соединены между собой и со стойкими элементами управляемым образом с помощью отверстий и вспомогательных компаундов и непосредственно с конструкцией, которую нужно усилить, с помощью стержней 6.

Изобретение имеет важные преимущества.

Во-первых, способ согласно изобретению позволяет получить покрытие, которое может предохранить от катастрофических последствий при разрушении конструкции. Покрытие может выдерживать разрушительную импульсную нагрузку благодаря поглощению энергии, распределенной между различными стойкими и упругими слоями, а также полностью защищать конструкцию от разрушения/ разъединения ее частей. Стойкие структуры постепенно поглощают по меньшей мере часть первоначального импульса. Если интенсивность воздействия такова, что происходит разрыв всех стойких слоев, то эластичная пленка все равно может поглощать еще не рассеянную энергию, заставляя эластичные слои последовательно вступать в действие, что обеспечивает постепенное рассеивание энергии и вовлечение еще целого η-го слоя, служащего для сдерживания распространения энергии.

Благодаря модульному выполнению покрытия можно получить такие его стойкость и эластичность, которые соответствуют конкретной ситуации.

Способ согласно изобретению также позволяет ремонтировать здания после частичного разрушения, например в результате землетрясения, или при необходимости усиливать здания при изменении нагрузок, например при изменении назначения здания.

Способ согласно изобретению позволяет также получать покрытие, в особенности путем распыления под давлением, на больших поверхностях за короткое время.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ усиления строительных конструкций, включающий операцию крепления стойкой пленки (2) из композиционного материала к строительной конструкции (δ), подлежащей усилению, отличающийся тем, что он также включает операцию наложения на стойкую пленку (2) эластичной пленки (8), по меньшей мере, частично не соединенной со стойкой пленкой (2), так, что эластичная пленка (8) может деформироваться и скользить по касательной относительно стойкой пленки (2).
2. Способ по п.1, в котором эластичную пленку (8) соединяют со стойкой пленкой (2) в нескольких отдельных точках (10).
3. Способ по п.1 или 2, включающий также операцию нанесения вспомогательного компаунда (12) между стойкой пленкой (2) и эластичной пленкой (8) для облегчения их касательного скольжения друг относительно друга.
4. Способ по п.1, в котором операция крепления стойкой пленки (2) к строительной конструкции (δ) включает операции нанесения на строительную конструкцию (δ) крепежного слоя (3), по меньшей мере, частичного внедрения в него стойкой структуры (4) и нанесения на стойкую структуру (4) закрывающего слоя (5), в результате чего получают стойкий слой, непосредственно соединенный со строительной конструкцией (§).
5. Способ по п.4, в котором операция крепления стойкой пленки (2) к строительной конструкции (δ) включает также операции нанесения на указанный стойкий слой соединительного слоя, по меньшей мере, частичного внедрения в соединительный слой стойкой структуры и нанесение на эту стойкую структуру закрывающего слоя, в результате чего получают дополнительный стойкий слой, наложенный на основной стойкий слой и образующий вместе с ним указанную стойкую пленку (2).
6. Способ по п.5, включающий также операцию нанесения вспомогательного компаунда между ос

- 4 011186 новным стойким слоем и дополнительным стойким слоем для облегчения их касательного скольжения друг относительно друга.
7. Способ по п.5, включающий операции нанесения друг на друга множества дополнительных стойких слоев, образующих вместе с основным стойким слоем указанную стойкую пленку (2).
8. Способ по п.7, включающий также операцию нанесения вспомогательного компаунда между каждыми двумя смежными дополнительными стойкими слоями для облегчения их касательного скольжения друг относительно друга.
9. Способ по п.1, в котором операция крепления эластичной пленки (8) к строительной конструкции (§), подлежащей усилению, включает операции сверления в строительной конструкции (5) и стойкой пленке (2) множества отверстий (7), введение в каждое отверстие (7) соответствующего стержня (6) и его соединение с эластичной пленкой (8).
10. Способ по п.5, в котором операция крепления стойкой пленки (2) к строительной конструкции (5), подлежащей усилению, включает также операции сверления множества отверстий в основном стойком слое до нанесения дополнительного стойкого слоя и заполнение этих отверстий материалом, из которого выполнен соединительный слой указанного дополнительного стойкого слоя, для получения нескольких отдельных соединительных точек.
11. Способ по п.7, в котором операция крепления стойкой пленки (2) к строительной конструкции (5) включает также операции сверления множества отверстий в дополнительном стойком слое до нанесения смежного верхнего дополнительного стойкого слоя и заполнение этих отверстий материалом, из которого выполнен соединительный слой указанного дополнительного смежного верхнего стойкого слоя, для получения нескольких отдельных соединительных точек.
12. Способ по п.1, в котором операция наложения эластичной пленки (8) на стойкую пленку (2) включает операцию нанесения на стойкую пленку (2) по меньшей мере одного слоя (9) эластичного материала.
13. Способ по п.12, в котором операция наложения эластичной пленки (8) на стойкую пленку (2) включает операцию сверления в стойкой пленке (2) множества отверстий (11) до нанесения эластичной пленки (8) и заполнения этих отверстий (11) материалом, из которого выполнен эластичный слой (9) указанной эластичной пленки (8), для получения нескольких отдельных соединительных точек (10).
14. Способ по п.12, включающий операции нанесения друг на друга множества эластичных слоев, образующих эластичную пленку (8).
15. Способ по п.4, в котором указанный крепежный слой (3) наносят путем распыления.
16. Способ по п.5, в котором указанный соединительный слой наносят путем распыления.
17. Способ по п.4 или 5, в котором указанный закрывающий слой (5) наносят путем распыления.
18. Способ по п.12, в котором указанный по меньшей мере один слой эластичного материала (9) наносят путем распыления.
19. Покрытие для усиления строительных конструкций, полученное в соответствии с одним или несколькими пп.1-18.
20. Покрытие по п.19, полученное способом по п.4, в котором крепежный слой (3) выбран из группы, включающей эпоксидную смолу, цементный строительный раствор, натуральный строительный раствор, полиуретан и полимочевину.
21. Покрытие по п.19, полученное способом по п.5, в котором соединительный слой выполнен из полиуретана или полимочевины.
22. Покрытие по п.20 или 21, в котором полиуретан и полимочевина относятся к тиксотропному типу и имеют замедленное созревание.
23. Покрытие по п.19, полученное способом по п.4 или 5, в котором закрывающий слой (5) выполнен из полиуретана или полимочевины.
24. Покрытие по п.23, в котором полиуретан и полимочевина имеют быстрое созревание.
25. Покрытие по п.19, полученное способом по п.4 или 5, в котором стойкая структура (4) содержит нити из стойкого материала, выбранного из группы, включающей углеродное волокно, сталь, арамид и стекло.
26. Покрытие по п.19, полученное способом по п.4 или 5, в котором стойкая структура (4) представляет собой сетку или ткань.
27. Покрытие по п.19, полученное способом по пп.3, 6 или 8, в котором вспомогательный компаунд (12) выбран из группы, включающей поверхностно-активный силикон, акриловую смолу, поливинилбутират и невидимый адгезивный материал.
28. Покрытие по п.19, полученное способом по п.12, в котором эластичный материал представляет собой полиуретан или полимочевину.
29. Покрытие по п.19, полученное способом по п.9, в котором стержни (6) являются частично жесткими и частично подлежат пропитке материалом эластичной пленки (8).
30. Строительная конструкция, содержащая покрытие по одному или нескольким из пп.19-29.