WZMOCNIENIA STRUKTURALNE



TECHNOLOGIA STRUKTURALNEGO WZMACNIANIA BETONU, CERAMIKI, KAMIENIA ZA POMOCĄ SYSTEMÓW KOMPOZYTOWYCH FRP SYSTEM ® oraz FRCM - SRG SYSTEM ®


1. WPROWADZENIE

Technologia strukturalnego wzmacniania betonu, ceramiki, kamienia za pomocą systemów kompozytowych z włókien węglowych, szklanych, bazaltowych, aramidowych oraz siatek stalowych i matrycy nieorganicznej.

Termin system kompozytowy FRP (Fiber Reinforced Polymer – włókna wzmocnione polimerami) dotyczy materiałów złożonych o wysokiej wytrzymałości ciągłych tkanin włókiennych zanurzonych w polimerycznej matrycy – żywicach organicznych. Od lat tysiąc dziewięćset pięćdziesiątych materiały te stosowano na całym świecie na wielką skalę w inżynierii lotniczej i mechanicznej z powodu bardzo wysokiego poziomu ich osiągów mechanicznych. Od niedawna są one stosowane w innych dziedzinach przemysłu, zwłaszcza w dziedzinie strukturalnego wzmacniania betonu, ceramiki oraz kamienia w budynkach cywilnych i przemysłowych, mostach, tunelach, zabytkach.

Zasadniczymi właściwościami tych systemów kompozytowych są:

  • wysoka wytrzymałość na rozciąganie,
  • bardzo dobra ciągliwość,
  • odporność na korozję,
  • wysoka giętkość,
  • bardzo ograniczony ciężar i grubość.

W ostatnich latach na rynek międzynarodowy wprowadzono inny system kompozytowy FRCM - SRG (Fiber Reinforced Cementious Matrix – włókna wzmocnione zaprawą cementową; Steel Reinforced Grouts – fugi wzmocnione stalą ) stosowane z nieorganicznymi matrycami (jak np. wapno cementowe) do strukturalnego wzmacniania budynków.

Głównymi zaletami tych systemów są:

  • wysoka wytrzymałość,
  • ciągliwość,
  • ognioodporność,
  • łatwe stosowanie na powierzchniach szorstkich i wilgotnych.

2. OPIS

FRP włókna wzmocnione polimerami oraz żywice organiczne:

FRCM – SRG włókna wzmocnione zaprawą cementową, siatki stalowe oraz zaprawy nieorganiczne:

CFRP włókna węglowe 

o różnej gęstości:

  • jednokierunkowe
  • dwukierunkowe
  • czterokierunkowe
  • siatki
  • maty,
  • lamele
  • pręty
  • kotwy

CFRP włókna węglowe 

o różnej gęstości:

  • jednokierunkowe
  • dwukierunkowe
  • czterokierunkowe
  • siatki
  • maty,
  • lamele
  • pręty
  • kotwy

GFRP włókna szklane:

  • jednokierunkowe
  • dwukierunkowe
  • pręty
  • siatki
  • kształtowniki

GFRP włókna szklane:

  • jednokierunkowe
  • dwukierunkowe
  • pręty
  • siatki
  • kształtowniki

BFRP włókna bazaltowe:

  • pręty 
  • siatki

BFRP włókna bazaltowe:

  • pręty 
  • siatki

AFRP włókna aramidowe:

  • kotwy 
  • maty

AFRP włókna aramidowe:

  • kotwy 
  • maty

Siatki stalowe UHTSS:

  • ze stali węglowej,
  • ze stali ocynkowanej
  • ze stali nierdzewnej
  • ze stali mosiężnej

Żywice organiczne:

  • epoksydowa
  • winylowa
  • poliestrowa
  • poliuretanowa

Zaprawy nieorganiczne:

  • cementowe
  • wapienne
  • pucolany – krzemionki

3. GŁÓWNE ZASTOSOWANIA

Systemy FRP – SYSTEM oraz FRCM - SRG SYSTEM znajdują zastosowanie głównie w następujących dziedzinach:

- zwiększanie wytrzymałości w miejscach narażonych na ścinanie

- wzmacnianie struktur ulegających odchyleniom pionowym,

- zmniejszanie odchyleń i pęknięć pod obciążeniem,

- wzmacnianie ściśniętych struktur,

- polepszenie struktur w rejonach sejsmicznych bez zwiększania ciężaru.

- wzmacnianie i scalanie osłabionych i uszkodzonych struktur.


Ogólnie omawiane systemy wzmacniające nadają się do wzmacniania budynków betonowych, murowanych i kamiennych:

- fundamenty,

- ściany,

- stropy,

- sklepienia, kopuły, łuki,

- filary i kolumny,

- ściany oporowe,

- wiązary żelbetowe, mosty, wiadukty, tunele, parkingi.


4. PRZYKŁADY WZMOCNIEŃ MURÓW


5. ZALETY

Zależnie od zastosowanego systemu występuje wiele zalet:

- wysoki poziom właściwości mechanicznych i osiągów,

- wysoka odporność chemiczna na korozję,

- wzrost wytrzymałości na naprężenie,

- niezawodność i długowieczność wzmocnionego obiektu,

- znakomita dostosowalność w wilgotnym otoczeniu,

- wysoka odporność na rozdarcie również na szorstkich i nierównych podłożach,

- zmniejszony ciężar i niewielka grubość wzmocnienia


6. FRP SYSTEM ® - materiały kompozytowe pręty, maty, siatki, lamele, płaskowniki, kotwy z włókien węglowych CFRP, włókien szklanych GFRP, włókien bazaltowych BFRP oraz włókien aramidowych AFRP posiadające certyfikaty oraz spoiwa żywiczne RESIN ®


6. 1. FRP SYSTEM  - tkanina, mata z włókien węglowych jedno-, dwu-, czterokierunkowych C-SHEET, CTB, Q ®

Gramatura

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite


g/m2

GPa

MPa

%

200-300-400-500-600

240-390-640

2600-3000-3800

0,5 - 0,8 - 1,8


6. 2. FRP SYSTEM - laminaty z włókien węglowych prasowane w sposób ciągły LAMELLA CFK

Grubość

Szerokość

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

mm

cm

GPa

MPa

%

1,2 - 1,4

5 - 10

> 160 - 200

> 2000 - 2500

> 1,3 - 1,5


6. 3. FRP SYSTEM - pręty z włókien węglowych i bazaltowych prasowane w sposób ciągły, niekarbowane ulepszone spojenie BARRA


Średnica

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

włókno węglowe CFK

mm 8 -10 - 12mm

GPa >150

MPa > 2300

% > 1,5

włókno węglowe BFK

mm 8 -10 - 12mm

GPa >62

MPa > 1700

% > 2,5


6. 4. FRP SYSTEM - pręty z włókna szklanego z użebrowaniem


Średnica

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

włókno szklane GFK

mm 4 - 6 - 7 - 8 -10 -12 - 16 - 20 - 22 - 24 mm

GPa > 150

MPa > 2300

% > 1,5


6. 5. FRP SYSTEM - łączniki układu kotwiącego


Średnica

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

Włókno aramidowe AFIX

mm 6 - 8 - 10 - 12

GPA 110

MPa 1600

% 1,5


Siatka stalowa SFIX

mm 8 - 10 - 12

GPa 170

MPa 2800

% 1,8


6. 6. FRP SYSTEM - tkanina z włókna szklanego jedno-dwukierunkowego G-sheet (włókno)

Gramatura

Typ szkła (włókno)

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

g/m2


GPa

MPa

%


300-400

E

73

> 3000

3 - 4

300-400

AR

70

> 2000

> 3


6. 7. FRP SYSTEM - siatka stalowa UHTSS jedno-dwukierunkowa Steel - Net

UHTSS – Ultra High Throughput Screening System - tkanina stalowa o wysokiej wytrzymałości

TYP

Gramatura

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

Przekrój

150mm

1528 g/m2

190 GPa

3345 MPa

> 2,2 %

1,92 mm2/cm

190mm

1910 g/m2

190 GPa

3345 MPa

> 2,2 %

2,40 mm2/cm

310mm

3056 g/m2

190 GPa

3345 MPa

> 2,2 %

3,84 mm2/cm


6. 8. FRP SYSTEM - główne spoiwa organiczne i nie organiczne – oznakowane CE

Następujące spoiwa są technicznie zatwierdzone i posiadają certyfikat stwierdzający, że można je stosować z tkaninami z włókien węglowych, szklanych, aramidowych i stalowych, z laminatami i prętami.

Spoiwa te są wytwarzane zgodnie z norma europejską EN 1504-4:

  • RESIN PRIMER - dwukomponentowy podkład do porowatych powierzchni,
  • RESIN PRIMER E - dwukomponentowy podkład bez rozpuszczalnika do dowolnej powierzchni (niski VOC),
  • RESIN 90 - specjalne dwukomponentowe spoiwo do gładkich powierzchni oraz do klejenia stali i laminatu,
  • RESIN 75 - specjalne dwukomponentowe spoiwo do klejenia oraz impregnowania tkanin,
  • RESIN 70-75-98 - ( żywica 70-75-98) do kotwienia prętów,
  • RESIN INJECT SF - ( żywica wtryskowa SF) do kotwienia prętów i do wtrysku do pęknięć,
  • CONCRETE - zaprawy murarskie do reperacji, oznakowane CE,
  • CONCRETE ROCK S-V-V2-H - zaprawy murarskie do reperacji, oznakowane CE,
  • PROTECTION - produkty ochronne do zainstalowanych tkanin, laminatów, wyrobów ze stali,
  • RESINCOLOR - farba zapobiegająca karbonizacji.

7. FRCM-SRG SYSTEM ® systemy siatek i tkanin z włókna węglowego C-Net, ze szkła AR G-Net, z włókna bazaltowego B-Net, z siatki stalowej galwanizowanej UHTSS Steel-Net oraz stali nierdzewnej AISI 304 Steel-Net posiadające certyfikaty z nieorganiczną matrycą - zaprawą cementową CONCRETE ROCK S-V-V2 i z wapnem strukturalnym LIMECRETE


7. 1. FRCM-SRG SYSTEM - jedno, dwukierunkowa siatka z włókna węglowego C-Net

Gramatura

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

g/m2

GPa

MPa

%

170-200-220

240

4700

1,8


7. 2. FRCM-SRG SYSTEM - siatka z dwukierunkowego włókna szklanego G-Net

Gramatura

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

g/m2

GPa

MPa

%

250-300

70

> 2000

> 3


7. 3. FRCM-SRG SYSTEM - siatka z dwukierunkowego włókna bazaltowego B-Net


Gramatura

Moduł sprężytosci podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

g/m2

GP

MPa

%

350

90

>3200

>3


7. 4. FRCM-SRG SYSTEM -ocynkowana  siatka z jednokierunkowego drutu stalowego UHTSS Steel-Net 

UHTSS – Ultra High Throughput Screening System - tkanina stalowa o wysokiej wytrzymałości

TYP

Gramatura

Moduł sprężystości podłużnej

Wytrzymałość na rozciąganie

Wydłużenie całkowite

Przekrój


g/m2

GPa

MPa

%

mm2/cm

G80

700

190

>2400

>1,6

0,86

G220

2200

190

>2400

>1,6

2,72


7. 5. FRCM-SRG SYSTEM - siatka z jednokierunkowego drutu Steel Net INOX AISI 304 oraz siatka mosiężna Steel Net 310



7. 6. FRCM-SRG SYSTEM - łączniki układu kotwiącego

Włókno aramidowe AFIX

Średnica 6, 8, 10, 12mm

Moduł spreżystości podłużnej GPa 110

Wytrzymałość na rozciąganie MPa 1600

Wydłużenie całkowite 1,5 %

Włókno szklane GFIX AR

Średnica 10, 12mm

Moduł sprężystości podłużnej GPa 190

Wytrzymałość na rozciąganie MPa > 2400

Wydłużenie całkowite > 1,6 %

Włókno stalowe SFIX

Średnica 10, 12mm

Moduł sprężystości podłużnej GPa 190

Wytrzymałość na rozciąganie MPa > 2800

Wydłużenie całkowite 1,8 %

Włókno Anchofix Inox

Średnica 8, 10mm

Moduł sprężystości podłużnej GPa > 200

Wytrzymałość na rozciąganie MPa > 1100

Wydłużenie całkowite 5,0 %


7. 7. FRCM-SRG SYSTEM - przyrząd do sprawdzania poprawnego wzmocnienia



7. 8. FRCM-SRG SYSTEM - nieorganiczne matryce oznakowane CE

Następujące matryce nieorganiczne są zaaprobowane pod względem technicznym i posiadają certyfikaty do stosowania z siatkami z włókna węglowego, bazaltowego, szklanego i z tkaninami z galwanizowanego drutu stalowego albo ze stali inox.

Matryce te są wytwarzane zgodnie z EN 1504-3 dla cementowych zapraw murarskich oraz z EN 998-2 dla zapraw wapniowych według norm europejskich:

  • CONCRETE ROCK S pucolanowa zaprawa dla murarstwa,
  • CONCRETE ROCK V-V2 zaprawa cementowa jedno- lub dwu-składnikowa, niekurczliwa, o wysokiej wytrzymałości dla betonu,
  • LIMOCRETE hydrauliczna zaprawa wapienna i pierwsza warstwa tynku o wysokiej wytrzymałości M15 i przyleganiu to podłoża dla murarstwa i budownictwa zabytkowego. 

8. WSPARCIE TECHNICZNE

Producent G&P jak i dystrybutor TATRAN GROUP posiadają w skali światowej wieloletnie doświadczenie w specjalnej dziedzinie wzmacniania strukturalnego.

Firma opracowała i zaprojektowała w swoim oddziale badawczo-rozwojowym specjalne produkty i rozwiązania , przebadane w laboratoriach uniwersyteckich i zastosowane w wielu inwestycjach w różnych dziedzinach infrastruktury, budynkach cywilnych i przemysłowych, a także w obiektach zabytkowych.

Udzielamy kontrahentom, inżynierom, projektantom, administracji publicznej, kontrahentom prywatnym, specjalnej i wysoko wykwalifikowanej pomocy oraz wsparcia technicznego w zakresie realności wykonania, projektu oraz realizacji na miejscu.

Wszystkie materiały i technologie dostarczane przez Firmę posiadają certyfikaty oraz referencje zgodnie z głównymi normami międzynarodowymi DIN, ASTM, ACI, CNR DT 200.

FRP:

ACI 440.2R-02

CNR DT 200-201/2004 – R1/2013


FRCM – SRG:

ACI 549.4R-13 w trakcie rewizji

DT 2015 - w trakcie aprobaty


8. 1. GŁÓWNE ODNIESIENIA NORMATYWNE

1. NTC 2008 : „Normy Techniczne dla Budownictwa“

2. Circ. Esp. nr 617 del 02/02/2010 - “Normy Tecniczne dla Budownictwa – Okólnik wyjaśniający“

3. CNR-DT 200 R1/2013 : “Instrukcje odnośnie Projektowania, Realizacji i Nadzoru nad  Pracami Wzmacniającymi Konsolidacji Statycznej z wykorzystaniem Kompozytów Wzmocnionych Włóknami – Materiały, struktury z betonu zbrojonego i ze sprężonego betonu zbrojonego, struktury murowane“ – 15 maja 2014

4. Rada Najwyższa LL PP „Wytyczne odnośnie Projektowania, Realizacji i Odbioru Prac Wzmacniających struktury z betonu zbrojonego, sprężonego betonu zbrojonego i murowane przy użyciu FRP“ – 24 lipca 2009

5. Rada Najwyższa LL PP – Centralny Służby Techniczne – Dekret nr 220 z 9 lipca 2015: „Wytyczne dla identyfikacji, kwalifikacji i kontroli dopuszczającej kompozyty wzmocnione włóknami z matrycą polimerową (FRP) do zastosowania przy konsolidacji strukturalnej istniejących budynków

6. Wykaz europejski UNI EN 1192-1-1:2005 – Projektowanie konstrukcji betonowych.

7. UNI EN 206 1:2006 – „Beton – specyfikacja, wydajność produkcji i zgodność”.

8. UNI 11104 3:2004 – „Beton – specyfikacja, wydajność produkcji i zgodność”.

9. DPCM 9 lutego 2011 – „Ocena i ograniczanie zagrożeń sejsmicznych dziedzictwa kulturalnego z odniesieniem do norm technicznych dla budowli, o których mowa w dekrecie ministerialnym z 14 stycznia 2008”. Dyrektywa Prezesa Rady Ministrów 9 lutego 2011

10. Okólnik MIBACT nr 15 03/04/15 „przepisy odnoszące się do ochrony dziedzictwa architektury i zmniejszania zagrożenia sejsmicznego”.

11. DIR. P.C.M. 12 OTTOBRE 2007 – „Dyrektywa Prezesa Rady Ministrów dotycząca oceny i zmnieszania zagrożenia sejsmicznego dziedzictwa kulturalnego z odniesieniem do norm technicznych dla budownictwa”.

12. UNI-ENV 1995-1-1. WYKAZ EUROPEJSKI 5 - “Projektowanie konstrukcji drewnianych”

13. Zostały także uwzględnione jako odniesienie, gdzie uznano za konieczne:

14. Ustawa 05/11/1971 nr 1086 „Przepisy dotyczące dyscypliny prac w konglomeracie cementowym, normalnym, sprężonym i o konstrukcji metalowej”.

15. Ustawa 02/02/1974 nr 64 „Zabezpieczenia dla budowli ze szczególnymi wymogami dla obszarów sejsmicznych”.

16. D.M. 09/01/1996 „Normy techniczne dla obliczeń, realizacji i testowania konstrukcji z betonu zbrojonego, normalnego i sprężonego oraz dla konstrukcji metalowych”.

17. D.M. 16/01/1996 „Normy techniczne związane z <<Kryteriami ogólnymi weryfikacji bezpieczeństwa konstrukcji oraz obciążeń i przeciążeń>>”.

18. D.M. 16/01/1996 „Normy techniczne dla budowli na obszarach sejsmicznych”.

19. Okólnik 04/07/96, nr 156AA.GG./STC. „Instrukcje dotyczące stosowania „Norm technicznych związanych z <<Kryteriami ogólnymi weryfikacji bezpieczeństwa konstrukcji oraz obciążeń i przeciążeń>> o których mowa w D.M. 16/01/1996.

20. Okólnik Min. LL.PP. 15/10/96 nr 252AA.GG./S.T.C. „Instrukcje dotyczące stosowania „Norm technicznych dla obliczeń, realizacji i testowania konstrukcji z betonu zbrojonego, normalnego i sprężonego, i dla konstrukcji metalowych”, o których mowa w D.M. 09/01/1996.

21. Okólnik Min LL.PP. 10/04/97 nr 65AA.GG./S.T.C. „Normy techniczne dla budowli na obszarach sejsmicznych, o których mowa w D.M. 16/01/1996.


8. 2. SOFTWARE

Dysponujemy oprogramowaniem do projektowania wzmocnień strukturalnych z wykorzystanie m materiałów kompozytowych.


9.  REFERENCJE – wybrane miejsca realizacji prac

Trzęsienie ziemi L’Aquila 06.04.2009.

Trzęsienie ziemi Emilia 20-20.05.2012.


9. 1. Przykłady prac w obiektach zabytkowych z cegły i kamienia


9. 2. Przykłady wzmocnień budynków mieszkalnych


9. 3. Przykłady wzmocnień stropów


9. 4. Przykłady wzmocnień mostów – wiązarów


9. 5. Przykłady wzmocnień filarów - kolumn


9. 6. Przykłady wzmocnień wiązarów


9. 7. Badanie wytrzymałości wiązara


9. 8. Wzmocnienie sklepienia


9. 9. Przykład wzmocnienia kładki


9. 10. Przykład wzmocnienia ścian murowanych i kamiennych


9. 11. Przykład sprężania – pre-stressing.


9. 12. Przykład sprężania – post-stressing

9. 13. Przykłady kotwienia


10. PODSUMOWANIE

Główne dziedziny, w których działa G&P Intech jak i TATRAN GROUP związane są z:

- strukturalnym i sejsmicznym wzmacnianiem za pomocą materiałów kompozytowych,

- odzyskiwaniem, modernizacją i odnawianiem budynków oraz obiektów dziedzictwa kulturalnego,

- ochroną , wodoszczelnością podziemnych części budynków, fundamentów i tuneli,

- wodoszczelnością i układaniem nawierzchni dróg dojazdowych i mostów, wiaduktów, stropów oraz parkingów samochodowych,

- posadzkami i innymi powłokami dla budownictwa przemysłowego. 


Zadaj pytanie: