Būvkonstrukciju rehabilitācija un pastiprināšana ar kompozītmateriāliem

V. Tamužs
 

Mūsdienu celtniecībā pēdējo gadu desmitu laikā strauji ienāk jauni materiāli, to vidū arī kompozītmateriāli.

Kompozītmateriāliem salīdzinoši ar tēraudu ir sekojošas priekšrocības: noturība pret koroziju, mazāks svars, kas atvieglo transportēšanu un arī lietošanu, augsta stiprība, iespēja izmantot dažādu veidu un formu materiālus, pielāgojot tos konkrētajai situācijai.

Kompozītmateriālus celtniecībā patlaban galvenokārt izmantoto sekojošos veidos (att. 1.):

• kā tērauda armatūras aizvietotājus īpaši agresīvās vidēs (piemēram, tiltu pār jūras šaurumiem celtniecībā),
• kā pamatelementu dažādu ekskluzīvu celtņu būvniecībā,
• kā materiālu esošo betona kostrukciju remontam vai pastiprināšanai. Šāda veida tehnoloģijas pašlaik tiek plaši pētītas Eiropā, restaurējot vēsturiskas celtnes, kā arī remontējot vai pārbūvējot mūsdienīgas būves. Šādā veidā var pastiprināt ne tikai betona, bet arī koka konstrukcijas.

Att. 1. Kompozītmateriālu pielietojums celtniecībā

Galvenie iemesli, kāpēc nepieciešama betona konstrukciju pastiprināšana vai remonts ir: celtniecības konstrukciju un to fragmentu novecošana, metāla armatūras korozija agresīvas vides ietekmē, nepareizi projektētas konstrukcijas, nepareiza ekspluatācija, konstrukcijas ekspluatācijas slodzes maiņa, esošās konstrukcijas pārbūve un pielāgošana jaunām vajadzībām, kā arī vēsturisku būvju restaurācija.

Projekta “Būvkonstrukciju rehabilitācija un pastiprināšana ar kompozītmateriāliem” mērķis bija izpētīt ar kompozītmateriāliem pastiprinātu celtniecības konstrukciju deformējamību, to sabrukšanas makro- un mikromehāniku, kā arī piedalīties FIB (Federation International du Beton) izveidotās darba grupas pētījumos, kuru mērķis ir apkopot esošo pasaules pieredzi moderno materiālu izmantošanai celtniecībā un izstrādāt vadlīnijas kompozītmateriālu pielietošanai betona un citu celtniecības konstrukciju pastiprināšanai un rekonstrukcijai. Šīs darba grupas veiktie pētījumi ir pamatā jaunu Eiropas standartu izstrādei moderno materiālu pielietošanai celtniecībā.

Projekta ietvaros Polimēru mehānikas institūtā tika izgatavoti dažādi ar ogļplastu pastiprināti betona cilindri, tika turpināti [1,2] eksperimentālie pētījumu par dažādas konfigurācijas kompozītmateriālu aptinumu ietekmi betona kolonnu deformatīvajām un stiprības īpašībām [3.4]. Tika apkopota literatūrā pieejamā informācija par ar dažādiem kompozītmateriāliem pastiprinātu betona kolonnu eksperimentāli noteiktajiem deformatīvajām un stiprības īpašībām [5-16] un tika izveidota šo parametru datu bāze.

Kompozītmateriāla aptinums būtiski palielina betona kolonnu stiprību un nestspēju. Noskaidrots, ka aptīts betons uzvedas kā tipisks plastisks materiāls (att. 2.). Betona kolonna sabrūk, kad stiepes spriegums aptinumā sasniedz aptinuma materiāla stiepes stiprību (att. 3.).

Att. 2 Tipiska aptītas betona kolonnas uzvedība pie atkārtotas slogošanas

Att. 3. Sagrauts aptītā betona paraugs

Analizējot izveidotajā datu bāzē apkopotos un projekta gaitā veikto eksperimentu rezultātus, tika izstrādāta teorija ar kompozītmateriālu pastiprināta betona deformatīvo un stiprības īpašību noteikšanai, ja zināmi betona un kompozītmateriāla mehāniskie parametri, iegūtas formulas aptīta betona kolonnu spiedes stiprības f_cc, maksimālās garendeformācijas ε_cc un otrā pieskares moduļa E₂ novērtēšanai

kur f_co - neaptīta betona stiprība, ε_co, ν_o – neaptīta betona maksimālā garendeformācija un Puasona koeficients, σ_ju, ε_ju – aptinuma stiepes stiprība un maksimālā stiepes deformācija, E_l ir “sānu modulis”, h, E_j – aptinuma biezums un elastības modulis un R – parauga rādiuss.

Veikto eksperimentu rezultāti parādīja ļoti labu saskaņu ar teorētiski prognozētajām pastiprināto betona kolonnu deformatīvajām un stiprības īpašībām visu pārbaudīto aptinumu konfigurācijām. (76.projekts).