Способ восстановления деструктивных участков в опорных зонах деревянных конструкций
Усиление Деструкция Деревянные конструкции
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления деструктивных участков в опорных зонах деревянных конструкций. 
Известно устройство для укрепления перекрытия с деревянными балками, которое содержит по всей длине металлические балки, установленные в промежутках между деревянными балками (патент № 2504630 E04G23/02 от 3.07.2012г., опубл. 20.01.2014г, авторы Карсункин Владимир Викторович, Маллямов Рамис Ринатович). Нижняя точка металлических балок расположена ниже верха деревянных балок с суммарным габаритом "в свету" оставшейся части перекрытия. На верхней части металлической балки установлен верхний стержневой пояс, проходящий сквозь деревянную балку и соединенный стойками с нижним стержневым поясом, при этом деревянная балка опирается на нижний стержневой пояс через опорные пластины. Недостатком данного решения является высокая стоимость материалов и монтажа.
Известен способ усиления, при котором загнившие участки деревянных балок у опор или в пролете заменяют концевыми промежуточными прутковыми протезами конструкции Даидбекова С.Д. (Типовая серия 2.100-КР-1 «Конструктивные решения при проектировании выборочного ремонта жилых зданий», разработан «Ленжилниипроектом»). Прутковые протезы изготавливаются из арматурной стали диаметром 10-28мм в виде сплошных спаренных треугольных фермочек с приваренным у ним опорными площадками из швеллеров №24, 27, 30. Концевые протезы применяют в тех случаях, когда удаляемые поврежденные концы деревянных балок находятся на расстоянии 60 см от стены. Промежуточные протезы имеют несколько измененную конструкцию и применяют, когда удаляемый конец балки находится от стены на расстоянии до 250 см.
К недостаткам данных решений можно отнести сложную технологию производства работ в построечных условиях, высокую стоимость монтажных работ и мероприятий подготовки конструкции для усиления.
Известен способ усиления деструктивных участков в опорных зонах деревянных конструкций протезами из армополимербетона, широко применяемый в Германии. Усилению рекомендуется подвергать только балки прямо¬угольного поперечного сечения. Длина заменяемого на протез  участка балки не должна превышать  100 см.
Для создания  армополимербетонных концевых про¬тезов балок  перекрытий  используют следующие строитель¬ные и химические  материалы:
-	арматурные стержни из полиэфирного стеклоплас¬тика диаметром 20 мм,  предназначенные для  армирования полимербетона. В состав стеклопласти¬ка входит 35% ненасыщенной  полиэфирной смолы марки Тур 1140,  изготовленной согласно стандарту DIN 16946, и 65 % однонаправленного стекловолокна марки ЕС 14-К 937, изготовленного согласно стандарту DIN 61855;
-	эпоксидноклеевой компаунд  (полимербетон)    для отливки концевого  протеза,  изготовленный при следую¬щем соотношении компонентов: 1  весовая часть состава на основе эпоксидной смолы	Holzan 20 на 5 ве¬совых частей кварцевого песка с крупностью зерен от 0,06 до 6 м  (прокаленный);
-	эпоксидноклеевой состав для вклеивания стеклопластиковой  арматуры в древесину,  изготовленный    при следующем соотношении  компонентов: 1 весовая  часть двухкомпонентного состава на основе эпоксидной смолы "Holzan 20"	 на 1,2 весовых части измельченного в порошок кварцевого песка,  поставляемого в торго¬вую сеть под фирменным названием   "Geba";
-	пропиточный состав	"Holzin", изготав¬ливаемый на основе полимеров и предназначенный    для упрочнения древесины  у поверхностей отверстий, вы¬сверленных в древесине для вклеивания стеклопластиковых арматурных стержней.
Наклонно расположенные рабочие стеклопластико¬вые арматурные стержни, число которых опреде¬ляют статическим расчетом, вклеивают в наращиваемую здоровую древесину и в сквозные отверстия оставшейся части балки под углом не более 20° к горизонтали, причем каждый конец наклонного  арматурного стержня должен быть вклеен в соответствующий деревянный элемент не менее чем на 400 мм,  из которых на долю участка склеивания  арматуры со здоровой древесиной должно приходиться не менее  145 мм.  Кроме того, каж¬дый наклонный арматурный стержень одним    концом должен доходить до верхней кромки балки,  а другим концом - до нижней  кромки балки, касаясь опорной площадки стены.
	По обе стороны от границы между древесиной и полимерной композицией по конструктивным соображе¬ниям размещают вертикально  расположенные стеклопла¬стиковые стержни. Наружную поверхность арматурных стержней из  по¬лиэфирного стеклопластика перед вклеиванием для прида¬ния ей шероховатости обрабатывают наждачной бумагой, а затем для обезжиривания промывают соответствующим растворителем.  Поверхности высверленных    в    древеси¬не отверстий для вклеивания арматуры    предварительно многократно покрывают пропиточным составом     " Holzin "  для упрочнения древесины и для более прочного склеивания стеклопластиковой арматуры с древеси¬ной.
К недостаткам данного метода можно отнести высокий расход полимеров, сложную технологию производства работ, а также отсутствие отечественных аналогов применяемых полимерных материалов.
За прототип принят способ восстановления, предложенный немецкой фирмой "LompelBautensehutz”, при котором упрочнение ослабленной древесины, или загнившей древесины, но частично сохранившей работоспособность и полностью сохранившей свою форму осуществляется путем пропитки жидкими составами на основе полимеров,     известными под фирменным  "Holzill". Жидкие химические составы "Holzin" различных марок  изготавливают на основе эпоксидной смолы  и полиуретанов, диаметр молекул которых позволяет проникать им в капиллярную систему древесины. Составы  представляют собой низковязкие прозрачные жидкости,  утверждающиеся внутри древесины, не образуя на поверхности древесины пленок.
Вследствие пропитки древесина приобретает не¬обходимые сплошность и прочность, одно¬временно повышается ее стойкость к воздействию влаги, атмосферным воздействиям и биостойкость. Ремонтируемую древесину пропитывают либо способом многократного окрашивания поверхности, либо способом инъекции через высверленные отверстия под давлением. 
Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологии усиления деструктивных участков в опорных зонах деревянных конструкций с малой себестоимостью, низкими требованиями к квалификации рабочих, а также использовании доступных материалов отечественных производителей.
Технический результат восстановления деструктивных участков в опорных зонах деревянных конструкций достигается использованием высокоподвижных твердеющих составов (полимерная композиция) на основе эпоксидной смолы, отвердителя, пластификатора и разбавителя в требуемом соотношении, а также применения строгой технологии производства работ для восстановления несущей способности и повышения эксплуатационной надежности усиляемых элементов.
Согласно изобретению, в качестве полимерной композиции предлагается использовать компонентный состав для восстановления деструктивных участков элементов деревянных конструкций (Патент № 2 697 564 С1).
Технологический процесс восстановления работоспособности древесины, ослабленной биоповреждениями, включает в себя следующие этапы:  подготовительный, основной и заключительный. Готовый раствор на основе эпоксидной смолы (ЭД-20), отвердителя ПЭПА (полиэтиленполиамин), разбавителя (ацетон), пластификатора (дибутилфталат) инъецируется в древесину при температуре 20-30 0С. 
Верхние грани деревянных элементов очистить от мусора, грязи, пыли, а биоповреждение устраняют рубанком. Для повышения технологичности работ поверхность балки (1) разбивают на захватки (2-9), где размечаются места сверления отверстий (Фиг.1). 
 
Фиг. 1. Очередность захваток при усилении балок (1), ослабленных биоповреждениями. (2-9 – номер захватки).

Для пропитки древесины полимерами используют способы пропитки под давлением.  Инъецирование в тело балки, ослабленной биоповреждениями, следует производить механизированным способом при помощи специальных инъекторов, обеспечивающих равномерное впитывание требуемого количества полимерной композиции. Перед началом работ рекомендуется произвести пробную инъекцию полимерной композиции в балку с целью уточнения расхода раствора, радиуса его распространения и режима обработки.
Шаг сверления назначается из условия радиуса (r) проникновения укрепляющей полимерной композиции от центра отверстия в древесину. Инъекторы в плане располагаются рядами в шахматном порядке. Схема расположения отверстий представлена на фиг.2.











Фиг.2. Схема расположений отверстий для инъекцирования древесины, ослабленной биоповреждениями

Экспериментально установлено, что радиус поглощения древесиной полимерной композиции, т.е. радиус закрепления (r) составляет шесть радиусов просверленных отверстий, а шаг отверстий для инъекций составляет 1,73r. Диаметр отверстия назначается из условия диаметр инъектора + 5 мм. Схема инъецирования деревянной балки, ослабленной биоповреждениями представлена на фиг.3.

 
Фиг.3. Схема инъецирования деревянной балки, ослабленной биоповреждениями 
(Н-высота балки, h- высота здорового участка балки, L- глубина инъекции)

Разрушение пропитанной полимерами древесины носит пластичный характер. При доведении до предельного состояния древесины разрушение происходит по древесине. Применение укрепляющей полимерной композиции, повышает адгезионные характеристики на 15% и эксплуатационную надежность конструкции на 30%.
Усиление опорных зон деревянных балок, поврежденных гнилью, повышает их несущую способность по касательным напряжениям на 36…38%. Это дает возможность продлить срок эксплуатации балочных конструкций, требующих усиления.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для усиления деструктивных участков в опорных зонах деревянных конструкций. Технический результат заключается в использовании высокоподвижных твердеющих составов на основе эпоксидной смолы,  отвердителя, пластификатора и разбавителя в требуемом соотношении, а также применения строгой технологии производства работ для восстановления несущей способности и повышения эксплуатационной надежности усиляемых элементов. Технический результат достигается инъецированием полимерного состава в тело балки под давлением через заранее просверленные отверстия в шахматном порядке.
Евгений
Прусов
Сергеевич
Ведущий научный сотрудник
Кандидат технических наук
Доцент
K-5461-2016
54416217300
РОССИЯ
Александр
Федин
Викторович
Проректор по НиИР
РОССИЯ
67.11.39
Конструкции с применением пластмасс и стекла
02.01.FA
CONSTRUCTION & BUILDING TECHNOLOGY
Светлана
Рощина
Ивановна
25 %
РОССИЯ
Михаил
Лукин
Владимирович
25 %
РОССИЯ
Михаил
Лисятников
Сергеевич
25 %
РОССИЯ
Анастасия
Лукина
Владимировна
25 %
РОССИЯ
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
1187746579690
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные казенные учреждения
ВлГУ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых"
1023301283290
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные бюджетные учреждения