Спосіб зміцнення будівельної конструкції і отримане при цьому покриття

1. Спосіб зміцнення будівельних конструкцій, який включає операцію закріплення зміцнюючої оболонки (2) з композитного матеріалу до будівельної конструкції (s), що підлягає зміцненню, який відрізняється тим, що додатково включає операцію накладання на зазначену зміцнюючу оболонку (2) еластичної плівки (8), щонайменше частково від'єднаної від зазначеної зміцнюючої оболонки (2), завдяки чому зазначена еластична плівка (8) може бути деформована і може проковзати тангенціально відносно зміцнюючої оболонки (2). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що еластичну плівку (8) з'єднують зі зміцнюючою оболонкою (2) в окремих точках (10). 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що додатково включає операцію накладання вивільняючої прокладки (12) між зміцнюючою оболонкою (2) і еластичною плівкою (8) для сприяння тангенціальному проковзуванню однієї відносно іншої. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що операція закріплення зміцнюючої оболонки (2) на будівельній конструкції (s) включає операції: - накладання закріплювального шару (3) на будівельну конструкцію (s), - щонайменше часткового заглиблення зміцнюючої структури (4) у закріплювальний шар (3), - накладання закриваючого шару (5) на зміцнюючу структуру (4) для утворення зміцнюючого шару, безпосередньо скріпленого з зазначеною будівельною конструкцією (s). 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що операція закріплення зміцнюючої оболонки (2) на бу 2 (19) 1 3 90297 4 ючого шару для утворення сукупності окремих з'єднувальних точок. 11. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що операція закріплення зміцнюючої оболонки (2) на будівельній конструкції (s) додатково включає операції: - свердління сукупності отворів у допоміжному зміцнюючому шарі перед накладанням суміжного і верхнього допоміжних зміцнюючих шарів і - заповнення зазначених отворів матеріалом скріплюючого шару зазначених допоміжних суміжного і верхнього зміцнюючих шарів для утворення сукупності окремих з'єднувальних точок. 12. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що операція накладання еластичної плівки (8) на зміцнюючу оболонку (2) включає операцію накладання на зазначену зміцнюючу оболонку (2) щонайменше одного шару (9) еластичного матеріалу. 13. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що операція накладання еластичної плівки (8) на зміцнюючу оболонку (2) включає операцію свердління сукупності отворів (11) у зміцнюючій оболонці (2) перед накладанням еластичної плівки (8) і заповнення зазначених отворів (11) матеріалом еластичного шару (9) зазначеної еластичної плівки (8) для утворення сукупності окремих з'єднувальних точок. 14. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що включає операції послідовного накладання сукупності еластичних шарів, що утворюють еластичну плівку (8). 15. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що зазначений закріплювальний шар (3) накладають пульверизацією. 16. Спосіб за п. 5, який відрізняється тим, що зазначений скріплюючий шар накладають пульверизацією. 17. Спосіб за п. 4 або 5, який відрізняється тим, що зазначений закриваючий шар (5) накладають пульверизацією. 18. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що зазначений щонайменше один шар (9) еластичного матеріалу (9) накладають пульверизацією. 19. Покриття для зміцненння будівельних конструкцій, побудоване за способом згідно з одним або більше пп. 1-18. 20. Покриття за п. 19, яке відрізняється тим, що у випадку отримання за способом відповідно до п. 4 закріплювальний шар (3) вибрано з групи, яку складають епоксидна смола, цементне вапно, природне вапно, поліуретан і полісечовина. 21. Покриття за п. 19, яке відрізняється тим, що у випадку отримання за способом відповідно до п. 5 матеріалом скріплюючого шару є поліуретан або полісечовина. 22. Покриття за п. 20 або 21, яке відрізняється тим, що поліуретан і полісечовина належать до тіоксотропічного типу з затриманим застиганням. 23. Покриття за п. 19, яке відрізняється тим, що у випадку отримання за способом відповідно до п. 4 або 5 матеріалом закриваючого шару (5) є поліуретан або полісечовина. 24. Покриття за п. 23, яке відрізняється тим, що поліуретан і полісечовина належать до типу з швидким застиганням. 25. Покриття за п. 19, яке відрізняється тим, що у випадку отримання за способом відповідно до п. 4 або 5 зміцнююча структура (4) включає волокна зміцнюючого матеріалу, вибраного з групи, яку складають карбонове волокно, сталь, арамід і скло. 26. Покриття за п. 19, яке відрізняється тим, що у випадку отримання за способом відповідно до п. 4 або 5 зміцнююча структура (4) має форму сітки або тканини. 27. Покриття за п. 19, яке відрізняється тим, що у випадку отримання за способом відповідно до пп. 3, 6 або 8 вивільняюча прокладка (12) вибрана з групи, яку складають поверхнево активна кремнієва органіка, акрилова смола, полівінілбутират і невидимий адгезив. 28. Покриття за п. 19, яке відрізняється тим, що у випадку отримання за способом відповідно до п. 12 еластичний матеріал є поліуретаном або полісечовиною. 29. Покриття за п. 19, яке відрізняється тим, що у випадку отримання за способом відповідно до п. 9 планки (6) належать до типу, що є частково жорстким і частково просочений матеріалом еластичної плівки (2). 30. Будівельна конструкція, яка має покриття за одним або більше пп. 19-29. Винахід стосується способу зміцнення будівельних конструкцій і покриття, яке при цьому отримують. Термін “будівельні конструкції” взагалі включає не лише цивільні будинки, але і промислові будівлі, інфраструктури, наприклад, мости, шляхопроводи і тунелі, структурні елементи конструкцій, історичні і монументальні споруди тощо. Зокрема, винахід може бути застосований для структурного зміцнення елементів конструкцій, які виявляють структурні вади, викликані старінням або іншою причиною, наприклад, збільшенням навантаження, землетрусами або вибухами, наприклад, внаслідок витоку газу. Композити, відомі за англійською абревіатурою FRP (зміцнений волокном полімер), викорис товують для структурного зміцнення у промисловості і архітектурі, у цивільному і промисловому будівництві і інфраструктурах, наприклад, мостах, шляхопроводах і галереях. Приклад такого застосування можна знайти у патенті ІТ1298946, де описано спосіб зміцнення, який полягає у накладанні одного шару композитного складу на структурний елемент, що підлягає зміцненню. Композит отримують накладанням шару смоли, який пристає до структурного елемента і на який накладають односпрямовану або багатоосьову тканину, яка містить, наприклад, карбонове, скляне або арамідне волокно. На цю тканину накладають додаткову смолу для завершення заповнення тканини і забезпечення остаточного закріплення. 5 Хоча відомими є способи, описані вище, які дозволяють зміцнювати будівлі статично або навіть після часткового руйнування структури, вони не дозволяють здійснювати превентивні заходи, тобто такі способи не можуть забезпечити поглинання енергії і відвернути відділення частини структури під час або негайно після незвичайної події, наприклад, вибуху або землетрусу. Всі смоляні шари інтегрально з'єднуються з міцною структурою зміцнюючої конструкції, причому волокно має високу міцність на розтягування але незначну здатність до подовження (прибл. 1 - 3%). Отже, імпульсні явища, наприклад, викликані сейсмічними поштовхами, з інтенсивністю, здатною розірвати волокно, спричиняють одночасне розривання волокон і смоли, скріплених просочуванням, і порушення їх з'єднання з конструкцією. Задачею винаходу є вирішення проблем, властивих існуючим рішенням, і створення способу і покриття для зміцнення будівельних конструкцій, здатних усунути зазначені вище вади. Зокрема, задачею винаходу є створення способу отримання покриття для зміцнення будівельних конструкцій, яке після накладання на непошкоджені структури відвертає відділення частин будівлі і її руйнування, викликані руйнівними імпульсними явищами, і таким чином виконує превентивну функцію. Іншою задачею винаходу є створення способу зміцнення будівельних конструкцій, який дозволяє узгодити структуру покриття, накладеного навколо будівлі, з конкретними вимогами, що мають місце у кожному випадку. Задачею винаходу є також спосіб зміцнення будівельних конструкцій, який дозволяє, як і відомі способи, убезпечувати будинки і ремонтувати їх після часткового руйнування внаслідок старіння і підвищення навантаження у надзвичайних випадках. Ці і інші задачі, які детально розглядаються у подальшому описі, вирішуються, головним чином, застосуванням способу зміцнення будівельних конструкцій, ознаки якого визначено у п.п. 1-18 Формули винаходу, і покриття, отриманого застосуванням зазначеного способу згідно з п.п. 19-29 Формули. Характеристики і переваги винаходу розглядаються у детальному описі бажаного (але не ексклюзивного) втілення способу зміцнення будівельних конструкцій і відповідного покриття згідно з винаходом, з посиланнями на (не обмежуючі винахід) креслення, в яких: фіг. 1 - вигляд у плані покриття згідно з винаходом, накладеного на конструкцію, що підлягає зміцненню, з деякими частинами, не показаними для поліпшення розуміння інших частин; і фіг. 2 - поперечний перетин покриття і конструкції фіг. 1. Згідно з цими кресленнями, покриття 1 для зміцнення будівельних конструкцій згідно з винаходом може бути, наприклад, накладене на зовнішні і/або внутрішні поверхні або на внутрішність периметру, і/або на внутрішні стінки будівлі, на стелі, на розділяючі стінки, може бути намотане з обгортанням колон, балок або їх частин, на струк 90297 6 турні елементи взагалі. Структура може бути виготовлена з будь-якого матеріалу, наприклад, зміцненого залізобетону, попередньо напруженого залізобетону, кам'яної кладки (з каменю, цегли, туфу, їх сумішей або з іншого матеріалу), деревини, сталі (вбудованої у кам'яну кладку або з бетонними панелями) або композиту. На фіг. 2 будівельна конструкція "s" показана як приклад секціонованої стінки з покриттям 1, згідно з винаходом накладеним на кожну з поверхонь. Після виконання експериментального аналізу конструкції на його основі для визначення сумісності матеріалів, що мають бути використані для закріплення зміцнюючого покриття, і після перевірки на експериментальних і/або числових моделях поведінки цієї структури або її частин при прикладенні зовнішніх сил необхідно сконструювати локальну або глобальну систему зміцнення і визначити зміцнені структури. Отже, першою операцією способу винаходу є закріплення стійкої оболонки 2, виготовленої з композитного матеріалу, на будівельній конструкції "s". Зазначену першу операцію виконують, накладаючи на поверхню “f” закріплювальний шар 3, утворений згаданим вище сумісним матеріалом, бажано, двокомпонентною епоксидною смолою, цементним вапном, поліуретаном або полісечовиною. Обрання найбільш придатного матеріалу визначається сумісністю з основою і часами застигання, на які впливають стан і температура основи і довкілля. Такі часи мають становити від 12 до 48 год. для уможливлення подальшого накладання і часткового заглиблення зміцнюючої структури 4 у закріплювальний шар 3 з необхідною точністю і якістю. Для цього у випадку використання поліуретану або полісечовиною бажано, щоб вони були тіоксотропічними, з затриманим застиганням. Крім того, якщо це дозволяє обраний матеріал, закріплювальний шар 3 накладають пульверизацією. Таке нанесення прискорює операції і сприяє такому зберіганню матеріалу при контрольованих тиску і температурі, що це дозволяє відвернути його застигання протягом занадто короткого або занадто тривалого інтервалу часу і у будь-якому разі відвернути виникання умов, не сумісних з вимогами щодо нанесення. Зміцнююча структура 4 (фіг. 1) з перехресними стрічками включає волокна міцного матеріалу, наприклад, волокна карбону, сталі, араміду або скла, укладені, бажано, у вигляді сита або визначальної тканини. Перетин волокон, їх укладення, переплетіння і орієнтація вибирають для кожного конкретного застосування, базуючись на обчислювальних моделях і на значеннях навантаження і напружень, які вони призначені витримувати, і на деформаціях, які вони мають припускати для поглинання і розсіювання частини енергії у процесі. Для завершення зміцнюючої оболонки 2, як це показано на супроводжуючих фіг., на зміцнюючу структуру накладають закриваючий шар 5, який завершує заглибленння зміцнюючої структури 4 і завершує її закріплення. Закриваючий шар 5 наносять пульверизацією еластичного матеріалу, наприклад, швидкозастигаючих полісечовини або поліуретану, які можна наносити швидко, без до 7 вкільних обмежень, і які застигають за 3 - 5 сек. Бажано завершати закріплення зміцнюючої оболонки 2 на будівельній конструкції "s" сукупністю планок 6, з'єднаних з зміцнюючою оболонкою 2 і заглиблених у відповідний закріплювальний отвір 7, зроблений свердленням у будівельній конструкції "s" (фіг. 2, планка 6 ліворуч). Планки 6, типу, відомого у галузі, є частково жорсткими і частково підлягають просоченню одним з матеріалів, що утворюють зміцнюючу оболонку 2. Зокрема, якщо будівельна конструкція "s" виготовлена з залізобетону або сталі, покритої кам'яною кладкою, отвори 7 свердлять у каркасі, відповідно, залізобетонному або сталевому. Якщо будівельна конструкція "s" виготовлена з несучої навантаження кам'яної кладки, отвори 7 роблять на ортогональних стінних виступах і на орієнтувальних пристроях. Кожна з планок 6 сформована з рулону волокон, бажано, скляних, арамідних або карбонових, заглибленого приблизно на дві третини в епоксидну смолу. Просочена і жорстка частини введені в отвір 7 і закріплені у структурі такою ж смолою, а вільні волокна 6а залишаються назовні для введення і закріплення в одному з шарів, що утворюють зміцнюючу оболонку 2. Для цього виступаючу частину 6а має бути вільною і добре розподіленою (наприклад, у формі 360°-ної квітки у плані), як показано на фіг. 1. Згідно з способом винаходу, покриття завершують операцією накладання на зміцнюючу оболонку 2 еластичної плівки 8 таким чином, що ця еластична плівка щонайменше частково від'єднується від зміцнюючої оболонки 2 і, будучи здатною до деформації, може проковзувати тангенціально відносно зміцнюючої оболонки 2 під дією деформацій, яких зазнає будівельна конструкція "s" в результаті, наприклад, сейсмічних напружень. Еластичну плівку 8 отримують нанесенням, бажано, пульверизацією, одного шару 9 еластичного матеріалу, наприклад, полісечовини або поліуретану. Для забезпечення взаємного проковзування між зміцнюючою оболонкою 2 і еластичною плівкою 8, останню скріплюють з зміцнюючою оболонкою 2 лише у певній кількості точок 10. Зазначене скріплення здійснюють свердлінням сукупності отворів 11 у зміцнюючій оболонці 2 перед накладанням еластичної плівки 8 і заповненням отворів 11 матеріалом еластичного шару 9 зазначеної еластичної плівки 8. Таке з'єднання припускає невеликі відносні ковзні рухи, що зумовлюється еластичністю матеріалу, який заповнює отвори 11, і дозволяє більш значні рухи після того, як деформація будівельної конструкції викликає розривання зазначених точкових закріплень. Між зміцнюючою оболонкою 2 і еластичною плівкою 8 бажано укласти вивільняючу прокладку 12 для полегшення тангенціального проковзування однієї відносно одної і для захисту отворів 11 від заповнення зазначеним матеріалом. На фіг. 2 товщину вивільняючої прокладки 12 показано збільшеною для більшої ясності. Глибину отворів 11, їх діаметр і їх кількість на кв. метр, а також тип вивільняючої прокладки 12 вибирають, базуючись на адгезивних характерис 90297 8 тиках, які бажано отримати. Наприклад, отвори 11 можуть мати діаметр від 2 до 5 мм, з глибиною від 2 до 5 мм і щільністю, наприклад, від 4 до 100 на кв. метр. Вивільняючу прокладку 12 бажано укладати пульверизацією, і її матеріалом можуть бути поверхнево активна кремнієва органіка, акрилова смола, полівінілбутират або невидимий адгезив, або інший придатний для цього матеріал. Згідно з певною схемою (не показаною), бажано отримувати еластичну плівку 8 послідовним створенням декількох еластичних шарів з контрольованим з'єднанням одного з одним, вивільняючих прокладок і отворів, як це описано вище для з'єднання між зміцнюючою оболонкою 2 і єдиним еластичним шаром 9. Порівняно з зміцнюючою оболонкою 2 шари еластичної плівки 8 не є підсиленими зміцнюючими структурами і складаються з полі сечовини або поліуретану товщиною від 2 до 6 мм і з дуже високою граничною здатністю до розтягування (від 100% до 500%). Бажано, щоб кожний зовнішній еластичний шар мав більшу граничну здатність до розтягування, ніж суміжний внутрішній еластичний шар. Доцільно завершувати закріплення еластичної плівки 8 на будівельній конструкції "s" за допомогою сукупності планок 6 типу, описаного вище для закріплення зміцнюючої оболонки 2. Кожну планку 6 приєднують до еластичної плівки 8 і вводять у відповідний закріплювальний отвір 7, просвердлений у будівельній конструкції "s" і у зміцнюючій оболонці 2. Вільні волокна 6Ь залишаються назовні отвору 7 і просочуються матеріалом одного з шарів, що утворюють еластичну плівку 8 (фіг. 2, планка 6 праворуч). Нанесення покриття може бути завершене фінішним шаром 13 з штукатурки, грунтовки або фарби (фіг. 1). У втіленні, ілюстрованому кресленнями і описаному вище зміцнююча оболонка 2 складається з одного зміцнюючого шару, який включає закріплювальний шар 3, закриваючий шар 5 і зміцнюючу плівку 4. В іншому втіленні (не ілюстрованому) зміцнююча оболонка 2 складається з сукупності зміцнюючих шарів, виготовлених з урахуванням напружень у процесі і конкретних конструктивних вимог. У цьому випадку закриваючий шар 5 разом з закріплювальним шаром 3 і зміцнюючою структурою 4, описаною вище, утворюють зміцнений шар, безпосередньо пов'язаний з будівельною конструкцією "s". На зазначений головний зміцнюючий шар накладають один або більше допоміжних зміцнюючих шарів, які разом з головним глобально створюють зміцнюючу оболонку 2. Зміцнюючі шари також з'єднують контрольованим з'єднанням один з одним і з утримучими прокладками і отворами, як це було описано вище для з'єднання між зміцнюючою оболонкою 2 і ілюстрованим єдиним еластичним шаром 9, для забезпечення взаємного тангенціального проковзування. Отвори заповнюють матеріалом зміцнюючого шару суміжного і верхнього допоміжних зміцнюючих шар таким чином, що це визначає певну кількість точок скріплення. Згідно з глобальними характеристиками пок 9 риття, міцність і еластичність зміцнюючих шарів можуть бути однаковими або різними. Бажано, щоб кожний зовнішній зміцнюючий шар був більш еластичним, ніж внутрішній суміжний шар. Зокрема, накладання допоміжного зміцнюючого шару на головний включає операцію свердлення отвору глибини, достатньої для проходження крізь головний зміцнюючий шар і досягнення поверхні T будівельної конструкції "s". Розміри і кількість цих отворів визначені вище для втілення, ілюстрованого кресленнями. Закріплення допоміжного зміцнюючого шару на будівельній конструкції "s" здійснюється за допомогою такої ж системи планок і отворів, що була використана для головного шару. Планки, що використовуються для закріплення допоміжного зміцнюючого шару, у цьому випадку також укладають поперек головного зміцнюючого шару. Далі на головний зміцнюючий шар укладають вивільняючу прокладку для захисту отворів від заповнення цим матеріалом. Бажано, щоб процедури і матеріали для цього були такими ж, як описані вище для прокладки між єдиним еластичним шаром 9 і єдиним головним зміцнюючим шаром 2, згідно з кресленнями. На цьому етапі накладають скріплюючий шар, який проникає в отвори головного шару для утворення певної кількості точок скріплення і просочує вільні частини тканини або волокон кожної планки, які залишились назовні відповідних отворів, просвердлених у будівельній конструкції "s". Матеріалом скріплюючого шару є поліуретан або полісечовина, бажано, тіоксотропічні з затриманим застиганням, які бажано наносити пульверизацією, до досягнення товщини від 2 до 6 мм. Зміцнюючу структуру щонайменше частково заглиблюють у скріплюючий шар, після чого накладають закриваючий шар. Зміцнююча структура містить волокна зміцнюючого матеріалу, наприклад, волокна карбону, скла або араміду, бажано укладені у формі сітки або базової тканини. Перетин волокон, їх укладання, плетіння і орієнтацію вибирають для кожного конкретного застосування, базуючись на навантаженні, яке вони мають витримувати, і на припустимій їх деформації, необхідній для поглинання частини енергії процесу. Матеріалом закриваючого шару є поліуретан або полісечовина бажано, швидкозастигаючого типу. Його бажано наносити пульверизацією до досягнення товщини від 2 до 6 мм. Скріплюючий шар, закриваючий шар і зміцню 90297 10 юча структура утворюють допоміжний зміцнюючий шар, накладений на головний зміцнюючий шар. Головний зміцнюючий шар і допоміжний шар разом утворюють зміцнюючу оболонку 2. Бажано, щоб матеріал і/або спосіб укладання волокон у зміцнюючій структурі допоміжного зміцнюючого шару надавали зазначеному шару еластичність, вищу за еластичність головного зміцнюючого шару. Отже, покриття утворюється однією або більше частинами (зміцнююча оболонка), закріпленими на будівельній конструкції і здатними витримувати дію, наприклад, сейсмічних явищ або вибухів, і однією або більше частинами (еластична плівка), які мають значну еластичність. Еластичні частини контрольовано скріплені за допомогою отворів і вивільняючої прокладки одна з одною і з зміцнюючими частинами і через планки 6 безпосередньо з структурою, що підлягає зміцненню. Винахід приносить суттєві переваги. По-перше, спосіб згідно з винаходом забезпечує отримання покриття, здатного відвернути катастрофічні наслідки руйнування конструкції. Покриття винаходу може витримувати дію деструктивних імпульсних явищ, поглинаючи енергію і розподіляючи її між різними зміцнюючими і еластичними шарами, а також може повністю захищати від колапсу/відділення частин конструкції, що підлягають зміцненню. Зміцнюючі структури прогресивно поглинають щонайменше частину початкового імпульсу. Якщо інтенсивність явища загрожує, наприклад, руйнуванням усіх зміцнюючих шарів, еластична плівка у будь-якому разі може поглинати енергію, яка ще не розсіялась, примушуючи еластичний шар до послідовного втручання для прогресивного розсіювання енергії і використати n-й шар, ще цілий, для виконання утримувальної функції. Крім того, модулярність отриманого покриття дозволяє адаптувати його характеристики міцності і еластичності до кожної конкретної ситуації. Спосіб згідно з винаходом також забезпечує можливість ремонтувати будівлі після часткового колапсу її структури, наприклад, у результаті землетрусу, або зміцнювати їх за потреби у випадках зміни навантаження, викликаної зміною призначення будівлі. Нарешті, спосіб згідно з винаходом дозволяє, зокрема, застосовувати пульверизацію під тиском для швидкого нанесення покриття на придатні для цього поверхні. 11 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 90297 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601