Építkezés, felujítás...

Szénszálas szerkezetmegerősítés – korszerű megoldás vasbeton és falazott szerkezetekhez

Meglévő épületszerkezetek teherbírásának növelése sok esetben hagyományos, jelentős bontással járó beavatkozások nélkül is megoldható. A korszerű kompozit megerősítési technológiák lehetővé teszik, hogy födémek, gerendák, pillérek vagy falak megerősítése viszonylag kis szerkezeti többletsúllyal és korlátozott helyigénnyel történjen.

A szénszál-erősítésű polimer, azaz CFRP rendszerek ezen beavatkozások egyik leggyakrabban alkalmazott eszközei. A rendszer kialakítása történhet szénszálas lamellával, szövettel, hálóval vagy speciális lehorgonyzó és nyírási elemekkel. A megfelelő megoldást minden esetben a meglévő szerkezet állapota, a kialakuló igénybevételek és a statikai számítás határozza meg.

A Sika® CarboDur® rendszer például pultrúziós technológiával gyártott CFRP lamellákat alkalmaz, amelyek beton-, vasbeton- és egyes falazott szerkezetek utólagos megerősítésére használhatók.

 

 

 

Milyen esetekben alkalmazható szénszálas megerősítés?

A technológia különösen olyan beavatkozásoknál lehet előnyös, ahol a meglévő szerkezet megerősítésére van szükség, de a nagy tömegű acélszerkezetek vagy jelentős szerkezeti átépítések alkalmazása nem célszerű.

Tipikus feladat lehet többek között:

• új födém- vagy falnyílások kialakítása;
• lépcső, gépészeti strang vagy egyéb áttörés utólagos létrehozása;
• nem megfelelő teherbírású vagy alulméretezett szerkezeti elemek megerősítése;
• korábban kialakított nyílások visszazárása;
• funkcióváltás miatt megnövekedő hasznos terhek felvétele;
• károsodott vagy tűzhatásnak kitett szerkezetek helyreállítása;
• meglévő szerkezet alakváltozásának vagy lehajlásának mérséklése.

A beavatkozás módját minden esetben statikai méretezés alapján kell meghatározni.

Lamellák és szövetek alkalmazása

A szénszálas lamellákat jellemzően epoxigyanta alapú szerkezeti ragasztóval rögzítik az előkészített alapfelülethez. A lamellák nagy húzószilárdságuk miatt elsősorban húzott zónák megerősítésére alkalmasak.

Gerendák és födémek hajlítási teherbírásának növelésére gyakran Sika® CarboDur® lamella vagy SikaWrap® szövet kerül alkalmazásra.

A CarboDur lamellák termékjelölése a keresztmetszeti méretekre is utalhat. Egy 512 jelölésű lamella például 50 mm szélességű és 1,2 mm vastagságú kialakítást jelent.

Pilléreknél és más nyomott szerkezeti elemeknél eltérő statikai működés érvényesül. Ezeknél a szénszálas szövet körbetekeréssel vagy többirányú kialakítással képes a keresztirányú alakváltozást korlátozni, ezáltal javítva a szerkezeti elem viselkedését.

Nyírási teherbírás növelésére olyan megoldások alkalmazhatók, amelyek a megfelelő erőátadást és lehorgonyzást is biztosítják. Erre szolgálhatnak például az előformázott Sika® CarboShear® elemek vagy megfelelő kialakítású szénszálas szövetek.

Olyan geometriai helyzetekben, ahol a hagyományos lehorgonyzás nehezen alakítható ki, speciális szénszálas horgonyok – például SikaWrap® FX-50 rendszer – is bevonhatók a megerősítésbe.

Falazatok és nagyobb felületű megerősítések

Nem minden esetben a keskeny lamella jelenti az optimális megoldást. Ha az erőket nagyobb felületen kell átadni – például falazatok vagy nagyobb összefüggő szerkezeti felületek esetén –, előnyösebb lehet szénszálas szövet vagy hálós megerősítés alkalmazása.

Erre a célra használhatók például SikaWrap® szövetek vagy SikaWrap® Grid rendszerű hálók.

A rendszer kiválasztása ebben az esetben is a fogadó szerkezet anyagától, állapotától és a statikai igénybevételtől függ.

Felületképzés a megerősítés után

A szénszálas lamellák és szövetek felülete nem hagyományos vakolathordó alapfelület. Ha a megerősítésre további építészeti réteg – például vakolat, glett vagy egyéb burkolat – kerül, megfelelő közbenső tapadást biztosító rétegrend kialakítása szükséges.

Ennek egyik lehetséges módja műgyanta alapú tapadóhíd alkalmazása, amely biztosítja a későbbi felületképző rétegek megfelelő kapcsolatát.

Statikai tervezés nélkül nem alkalmazható

A szénszálas szerkezetmegerősítés nem helyszínen „méretre választott” technológia. A kivitelezés alapja minden esetben megfelelő statikai terv.

A tervnek többek között meg kell határoznia:

• a megerősítendő szerkezeti elemet;
• a szükséges megerősítés mértékét;
• a lamella vagy szövet típusát;
• a szükséges keresztmetszetet és rétegszámot;
• az elemek pontos elhelyezkedését;
• a lehorgonyzás kialakítását;
• az alapfelülettel szembeni követelményeket;
• szükség esetén a tűzvédelmi kialakítást.

Gerendák, födémek, pillérek és falak esetén ezért a kivitelezést minden esetben statikai vizsgálatnak és méretezésnek kell megelőznie.

A szénszálas megerősítések tűzvédelme

A CFRP rendszerek tűzhatás alatti viselkedésének értékelésénél nem elegendő kizárólag magát a szénszálat vizsgálni. A rendszer teljesítőképességét az alkalmazott műgyanta, ragasztó és az alapfelület kapcsolatának hőmérsékleti viselkedése is meghatározza.

Ezért azt, hogy szükség van-e külön tűzvédelmi burkolatra vagy bevonatra, minden esetben az adott szerkezetre vonatkozó statikai és tűzvédelmi követelmények alapján kell eldönteni.

Bizonyos esetekben a CFRP rendszer a szerkezet teherbírásának biztosításában vesz részt, más esetben például csak alakváltozás-csökkentési szerepet kap. A szükséges tűzvédelmi kialakítás ezért projektenként eltérő lehet.

Ha a méretezés külön hővédelmet ír elő, alkalmazható például:

• tűzvédő habarcs;
• tűzgátló lap;
• megfelelő minősítéssel rendelkező egyéb védelmi rendszer.

A szükséges rétegrend és rétegvastagság meghatározása statikus és tűzvédelmi tervező feladata.

Különösen fontos, hogy az epoxi kötőanyagok hőmérsékleti érzékenysége jelentősen eltér az acélszerkezetekétől, ezért a védelmet nem lehet automatikusan acélszerkezeti tűzvédelmi elvek alapján kialakítani.

Az alapfelület előkészítése

A CFRP rendszer teljesítőképessége nagymértékben függ a fogadó szerkezet állapotától. A megfelelő tapadás biztosítása a kivitelezés egyik legfontosabb feltétele.

A megerősítés előtt a beton- vagy falazott felületet meg kell vizsgálni, és szükség esetén helyre kell állítani.

Jellemző előkészítési feladatok:

• gyenge vagy leváló rétegek eltávolítása;
• cementtej eltávolítása;
• felület csiszolása;
• pórusok megnyitása;
• felületi egyenetlenségek javítása;
• sérült betonrészek helyreállítása;
• szükség esetén korrózióvédelmi és betonjavítási munkák elvégzése.

A homorú felületi eltéréseket megfelelő szilárdságú szerkezeti javítóanyaggal kell korrigálni.

Régi vagy károsodott vasbeton szerkezet esetén a szénszálas megerősítés rendszerint csak a szükséges betonjavítás elvégzése után kezdhető meg.

A szerkezeti javításhoz olyan anyagokat kell választani, amelyek az adott statikai beavatkozáshoz megfelelő tulajdonságokkal és minősítéssel rendelkeznek.

Geometriai korlátok

A pultrúziós szénszálas lamellák csak korlátozott mértékben alakíthatók. Íves vagy tört vonalú szerkezetek megerősítésénél ezt már a statikai és részlettervezés során figyelembe kell venni.

Összetett geometriák esetén ezért gyakran szövetes rendszer alkalmazása célszerűbb, mivel az jobban követi a fogadó szerkezet alakját.

Tapadási és kivitelezési követelmények

A kivitelezés megkezdése előtt az alapfelület megfelelő szilárdságát ellenőrizni kell. A forrásanyagban szereplő követelmény szerint a tapadó-húzó szilárdságnak legalább 1,5 N/mm² értéket kell elérnie.

Málló, laza vagy nem megfelelő mechanikai tulajdonságú alapfelületre önmagában nem célszerű CFRP megerősítő rendszert ragasztani. Ilyen esetben először a fogadó szerkezet állapotát kell alkalmassá tenni a tervezett beavatkozásra.

Az epoxigyanta alapú rendszerek kivitelezése során a hőmérsékleti és környezeti feltételeket is be kell tartani. A forrásanyag szerint a megfelelő kötéshez legalább 10 °C alapfelületi és környezeti hőmérséklet biztosítása szükséges a kötési idő alatt.

A pontos feldolgozási feltételeket azonban minden esetben az alkalmazott termék aktuális műszaki adatlapja alapján kell meghatározni.

Mennyibe kerül a szénszálas szerkezetmegerősítés?

A szénszálas megerősítések esetében önmagában az „egy folyóméter lamella” vagy „egy négyzetméter szövet” ára nem ad megbízható képet a teljes kivitelezési költségről.

Az ár meghatározásánál több műszaki és kivitelezési körülményt is figyelembe kell venni.

Ajánlatkészítés előtt többek között az alábbiakat szükséges tisztázni:

• milyen típusú CFRP lamella vagy szövet szerepel a statikai tervben;
• mekkora mennyiséget és hány réteget kell beépíteni;
• milyen az elemek kiosztása és geometriai kialakítása;
• milyen magasságban és milyen hozzáférési körülmények között történik a munka;
• szükséges-e állványozás vagy egyéb munkatér kialakítása;
• milyen állapotú a meglévő alapfelület;
• szükséges-e vakolat, festék vagy más réteg eltávolítása;
• kell-e betonjavítást végezni;
• szükség van-e speciális lehorgonyzásra;
• szükséges-e tűzvédelmi rendszer;
• milyen szerződéses és organizációs feltételek mellett történik a kivitelezés;
• milyen az alkalmazandó alapanyagok aktuális beszerzési ára és az árfolyamkörnyezet.

Ezért pontos kivitelezési ár csak a statikai terv, a szükséges mennyiségek és a helyszíni adottságok ismeretében határozható meg.