Прочность и деформативность кирпичной кладки при местном сжатии с учетом ее инъекцирования модифицированными полимерными композициями

В процессе проектирования новых и реконструкции старых кирпичных зданий различного назначения перед проектировщиками встает ряд вопрос (c)вб четкого ответа на которые существующие нормативные документы по каменным конструкциям не дают. Причиной указанного являются как недостаточный объем экспериментальных данных, позволяющих обосновать внесение или изменение в нормах тех или иных зависимостей и характеристик, так и появление новых, типов конструкций. Таковыми в настоящее время являются проблемы, связанные с оценкой прочности кирпичной кладки при местном сжатии (смятии) с учетом характера и типа прикладываемой нагрузки, а также усиленной методом инъецирования в тело кладки различных видов растворов. При этом возможно инъецирование кирпичной кладки либо имещей трещины, либо ослабленной из-за применения растворов низкой прочности.

Следует отметить, что особенно часто указанные проблемы ., возникают при проведении работ по реконструкции существующих зданий, связанных-как с необходимостью изменения уровня нагружения кирпичной кладки от местного приложения нагрузки, так и с устранением имеющихся в кирпичных конструкциях трещин и повреждений, появление которых обусловлено физическим износом конструкций и услвиями их эксплуатации• И если существующие нормы позволяют в некоторых случаях при оценке. местного сжатия находить, с некоторым приближением, аналоги отсутствующимв СНиПвариантам приложения нагрузки, то в отношении применения расчетных оценок, связанных с инъецированием кладки, такие подходы полностью отсутствуют. Сложность решенияуказанней проблемы объясняется и тем, что.методы.усиления и. восстановления. каменных конструкций доста,-точно разнообразны. Традиционные методы усиления кладки с помощью обойм, железобетонных рубашек и одностороннего наращивания надежны, эффективны и не всегда меняют габариты конструкций. Вместе с тем, недостатком указанных методов является неизбежность остановки эксплуатации сооружения на время работ, большая трудоемкость и расход металла, часто необходимая разгрузка конструкций на время, пока бетон не наберет требуемой прочности. Также затруднительно применение вышеуказанных методов усиления и восстановления при реставрации памятников культуры и истории. Наличие уникальной декоративной отделки, трудности доступа к ослабленным участкам порой делают невозможным применение этих методов.

Одним из наиболее эффективных методов усиления и восстановления каменных конструкций является инъекция растворов в тело кладки. Инъецирование кладки цементными, полимерными и полимер-цементными растворами применяют при необходимости повыаения монолитности кладки, устранения трещин в ней и увеличения ее несущей способности. В настоящее время практически исчерпаны возможности улучшения качества цементных инъекционных растворов, что связано с их специфическими свойствами. Задача может быть решена за счет использования в качестве инъекционных растворов полимерных, в первую очередь эпоксидных, смол. Однако высокая стоимость, острая дефицитность, необходимость сильного разжижения эпоксидных смол растворителями, плохое отверждение во влажных условиях и ряд других недостатков снижают возможность их широкого применения в практике строительства.

Можно ожидать, что из многих известных полимерных композиций, применяемых для усиления бетонных и каменных конструкций., наибольший эффект будет получен при использовании композиций, на основе фурано-эпоксидных смол. Они выгодно-отличаются от других синтетических смол способностью отверждаться при обычной температуре и высокой влажности среды, низкой вязкостью, что облегчает технологию производства работ, относительно высокой прочностью и хорошей стойкостью к агрессивным воздействиям, к тому же они существенно дешевле эпоксидных и им подобных смол.

Таким образом, внедрение метода инъекционного уплотнения кладки полимерными композициями на основе Мураново-эпоксидных смол при реконструкции зданий требует проведения специальных исследовательских работ, поскольку объем экспериментально-теорети-ческих исследований в данной области незначителен и не дает необходимой информации о работе конструкций, усиленных инъецированием и работающих при различных видах нагружений, в частности при местном сжатии. Как известно, этот вид нагружения довольно часто встречается в практике строительства и в то же время вопросы прочности и деформативности кирпичной кладки при смятии являются наименее изученными. Также нужно отметить, что существующие методы количественной оценки несущей способности кладки, усиленной инъецированием, базируются на незначительном по своему характеру иселедованиях и довольно приблизительных предпосылках. Это приведет к тому, что при дальнейшем внедрении метода инъецирования эксплуатационные качества каменных конструкций будут обеспечиваться не за счет их действительной работы, а за счет завышения. запаса прочности и перерасхода материалов.

Актуальность-постановки темы по исследованию работы кирпичной кладки при меетном сжатии с учетом усиления ее методом инъецирования полимерными композициями на основе фурано**эпоксидных смол обусловлена ростом объемов работ по проектированиюновых и реконструкции старых кирпичных зданий различного назначения и возникающими в связи с этим проблемами. оценки прочности и деформативности кирпичной кладки после усиления.

Цель диссертационной работы состоит:

— экспериментальном исследовании прочности и деформативнос-ти обычной и усиленной методом инъецирования кирпичной кладки при различных вариантах местного приложения нагрузки;

— в совершенствовании технологии инъекционных работ в уело" виях производства и разработке соответствующих рекомендаций;

— в разработке методов расчета прочности, жесткости и дефор-мативности кирпичной кладки, усиленной методом инъецирования по*-лимерными композициями на основе фурано-эпоксидных смол.

Автор защищает:

— результаты экспериментально-теоретических работ по исследованию прочности кирпичной кладки при местном приложении нагрузки, варианты которых не отражены в действующих СНиП;

— результаты экспериментально-теоретических исследований прочности, деформативности и трещиностойкости кирпичной кладки, усиленной методом инъецированияполимерными композициями на основе фурано-эпоксидных смол, при местном приложении нагрузки;

— результаты экспериментально-теоретических, исследований прочности и деформативности кирпичной кладки с трещинами, усиленной методом инъецирования полимерными композициями на основе фурано-эпоксидных смол при местном приложении, нагрузки-, ~.

— рекомендации до технологии инъекционных, работ с. использованием фурано-эпоксидных смол при усилении кирпичной кладки, стен;

— рекомендации по расчету прочности кирпичной, кладки при. различных вариантах приложения местной нагрузки с учетом возможного усилеэдя кладки методом инъецирования-. .^. — т метод, оцещи прочности инъецированной кладки с использованием неразрушащего метода на основе ультразвуковой диагностики.

Научную новизну работы составляют:.

— данные о прочности, деформативноети и трещиноетойкости кирпичной кладки при местном сжатии при различных вариантах приложения нагрузки- ,.

— данные о прочностных и деформативных характеристиках кладки, усиленной методом инъецирования полимерными композициями на орнове фурано-эпокендных смол;

— данные о прочности кирпичной кладки с трещинами после усиления ееиньецированием полимерными композициями на основе фурано-эпоксидных смол-.

— рекомендации по совершенствованию технологии инъециро ваяния каменных конструкций полимерными композициями на основе фура-но-эпоксидшхсмол-. .

— методика расчета прочности кирпичной кладки при местном сжатии с учетом и без ее усиления инъецированием полимерными композицияминаоснове фурано-эпоксидных смол.

Практическое значение выполненной работы заключается в следующем:

I. Проведены экспериментальные исследования и подучены. данные о прочности* деформативноети и трещиностойкости кирпичной кладки при. местном, сжатии (смятии) для. случаев приложения нагрузки, вс тречаюсцихс я в практике строительства и нерас смотренных в СНиП 11−22−81 «Каменные и армокаменные конструкции. Нормы про* ектированияи * I, —. — -.-. .

2. Проведены экспериментальные исследования и получены. данные о. прочностии деформативноети кирпичной, кладки,&bdquoусиленной ., инъецированием полимерными, композициями на основе фурано-эпоксидных смол. При этом, анализировалось влияние на работу кирпичной кладки таких факторов как характер приложения местной нагрузки, степень повреждения кладки и т. д.

3. Усовершенствована технология инъекционных работ с применением фурано-эпоксидных смол и разработаны «Временные рекомендации по усилению несущих кирпичных конструкций существующих зданий путем инъекции композиционных полимерных составов» .

4. Даны предложения в СНиП «Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования» в части оценки прочности кладки при. местном сжатии (смятии) при различных вариантах приложения нагрузки. .

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Строительного производства» ЦМИПКС при МИШ им. В. В. Куйбышева под руководством д.т.н., проф. И. М. Елшина и д.т.н., проф.

С.В.Полякова.

— 119 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате проведенных экспериментальных исследований решены следущие задачи:

1. Для усиления и восстановления несущей способности каменной кладки впервые предложены низковязкие инъекционные композиции на основе модифицированных фурановых смол и отвердителя, характеризующиеся повышенной прочностью и адгезией к кирпичу и раствору.

2. Разработаны оптимальные составы инъекционных композиций с учетом их технологичности (прокачиваемость, плотность заделки) и взаимодействия с материалами кирпичной кладки (обеспечение прочности сцепления, при сжатии, деформативности). Для практического применения при инъекционном усилении кирпичной кладки рекомендован следующий состав композиции:

— модифицированная фурановая смола — 100 весовых частей;

— отвердитель — 20 весовых частей.

3. Разработана технология инъекционного усиления кирпичной кладки, не имеющей наружных трещин (повреждений) с целью повышения прочности и полученные данные, определяющие основные рабочие параметры инъецирования: шаг и геометрию инъекционных скважин, величину рабочего давления и время нагнетания.

4. Получены данные о влиянии инъецирования с использованием модифицированных фурановых смол на прочность кирпичной кладки при местном приложении нагрузки. При этом установлено, что:

— методика определения прочности кирпичной кладки при смятии, принятая в СНиП (84), в целом достаточно надежно отражает несущую способность кладки;

— несущая способность кирпичных конструкций в зависимости от способа приложения нагрузки увеличивается в 1,35−2,42 раза по сравнению с неинъецированной кладкой;

— деформативноеть кладки после ее инъецирования снижается в 1,5−1,7 раза в зависимости от прочности раствора.

5. Установлено, что при усилении (восстановлении) кирпичной кладки, поврежденной трещинами, инъецированием модифицированными фурановыми смолами прочность кладки и, соответственно, ее несущая способность увеличиваются в 1,85−2,12 раза по сравнению с неразрушенной кладкой.

6. Полученные экспериментальные данные и их анализ показали, что разрушение кирпичной кладки при сжатии в значительной мере происходит от достижения предела прочности кирпича при изгибе, растяжении и срезе, а прочность кирпича на сжатие используется лишь на 25−40 $. Инъекционная композиция при нагнетании проникает в контактную зону кирпича и раствора, заполняет вертикальные швы, трещины и пустоты, выравнивает растворную постель под кирпичем, делая ее более равномерной и однородной, что снижает напряжения среза и растяжения в нем. При инъецировании разрушенной кладки наличие раскрытых, взаимосоединяющихся трещин дает возможность создания скрепляющего (армирующего) кладку каркаса из более прочной, чем материал кладки, композиции.

7. Экспершентально-теоретические исследования работы инъецированных элементов кирпичной кладки при местном сжатии показали возможность применения методики СНиП 11−22−81 (84) для расчета их несущей способности. При этом рекомендуется учитывать увеличение прочности кладки, инъецированной с использованием модифицированных фурановых смол путем включения в формулу (17) СНиП.

11−22−81: д/с^^с^ с коэффициента условия работы.