Betoonkonstruktsiooni tugevdamine tekstiilbetooniga

Betoonkonstruktsiooni tugevdamine tekstiilbetooniga – lahendused olemasoleva renoveerimiseks ja uue elemendi või konstruktsiooni tegemiseks.

Betoonkonstruktsiooni tugevdamine tekstiilbetooniga – tekstiilbetoon on komposiitmaterjal, mis koosneb spetsiaalsest kangast või võrgust ja peenbetoonist. Kangast/võrku, ribasid ja vardaid on erinevatest materjalidest, nagu süsnikkiud, basaltkiud ja klaaskiud. Vaata materjalidest edasi:

Taasta, mitte ära lammuta. Süsinikkiud võrk koos spetsiaalse tugeva betooniga võimaldab teha kandva betoonkonstruktsiooni taastamistöid väga ökonoomselt.

Õigel ajal jaole saades on antud meetodiga võimalik mõistliku hinnaga suurendada kasutusiga 50 – 100+ aastat.

Kandva betoonkonstruktsiooni tugevdamine tekstiilbetooniga:

Foto: TU Dresden

Traditsiooniliste meetoditega kandva betoonkonstruktsiooni tugevdamiseks tuleb lisada u. 7 cm betooni, et säiliks piisav armatuurraua kaitsekiht. Süsinikkiust võrguga saab sama tulemuse 1 cm paksuse kihiga. Lisaks, süsinikkiust võrgul puudub korrosiooni oht, seega konstruktsiooni eluiga peaks olema rohkem kui 100 a.

Vanade betoonelementide kandevõimet saab oluliselt, kuni 300–400%, suurendada, kui need tugevdada ainult 10 mm paksuse tekstiilbetooniga ja ainult ühe kihi süsinikiust võrguga, nt [12 ] . Lisaks saab tänu süsinikkiudude suurele vastupidavusele kogu tugevdatud konstruktsiooni eluiga tohutult pikendada.

Võrreldes teras ja süsnikkiust võrgu armatuuri tõmbetugevust ei ole kahe võrreldava materjali ruutmeetri hindades erinevust. Väiksema vajaliku kaitsekihi tõttu on eelis selgelt süsnikkiust võrguga lahenduse kasuks. Erinevaid süsnikkiust võrgu silma suurustega variante saab kasutada vastavalt vajadusele ja ka lisada kihte vastavalt vajadusele.

Praeguse seisuga on Berliinis DiBt-l (“Üldine ehitusameti heakskiit”) antud ainult üks eriluba hoonete siseste laealade taastamise ja tugevdamise valdkonnas. Praegu tehakse jõupingutusi selle taotluse heakskiidu arendamiseks muudeks taastamis- ja uusehituslikeks rakendusteks. Selle heakskiidu alusel on juba edukalt ellu viidud selliseid projekte nagu silohoidlate, kiirteede sildade jms. taastamine, hankides DiBt üldisel heakskiidul vastavate asutuste poolt üksikjuhtumiteks erilised kooskõlastused.
Kuid tekstiilkonstruktsioone kasutatakse juba praegu mitmesugustes rakendustes, mis ei vaja heakskiitu, kuna säästvuse ja kulude kokkuhoiu seisukohast on nende eelised tohutud. Üldiselt saab kõiki meie standardseid esemeid vastavalt nõudmistele kasutada remondiks ja tugevdamiseks.
Eelkõige sobib tekstiilide vormitavus 80-kraadise C katmise versioonis paljude rakenduste jaoks, mis nõuavad suurt tõmbetugevust, väikest kaalu ja hõlpsat töötlemist. Nõutav madal betooni kaitsekiht mängib paljudes kasutusvaldkondades olulist rolli.
Kõrvaloleval pildil kujutatud moodustunud tugevdusvõret kasutatakse spetsiaalsete tugevduste jaoks. Lihtsamalt vormitud detaile kasutatakse muuhulgas servade tugevdustena.
Saksamaa föderaalse majandus- ja energeetikaministeeriumi veebisaidil (bmwi.de) on „parimate tavade näidete“ all loetletud süsinikbetooni kasutades taastamine. Võrreldes terasest raudbetooniga on määratletud järgmised ligikaudsed säästud:

Kaal – 75%           Energia – 50%               Maksumus – 30%              Restaureerimise aeg – 30%

Samuti eeldatakse, et süsinikbetooni kasutusiga on umbes kaks korda pikem kui terasel, st tublisti üle 100 aasta !

Materjalid

Süsnikkiud, basaltkiud ja klaaskiud – mida valida ja mille järgi valida. Kaalult sarnased, tõmbetugevused – Süsnikkiud kõige parem, basalt kohe kannul ja klaaskiu venivus jääb mõlemale eelnevale selgelt alla. Kasutusiga – ainult süsinikkiud suudab vastu panna betooni aluselisele keskkonnale. Kuumakindlus – süsnikkiud ja basaltkiud üpris võrdsed, klaaskiud selgelt nõrgem.

Süsnikkiud võrkudest – standartselt jaotuvad võrgud materjali järgi kaheks – tüüp 1 on elastne ja tüüp 3 jäik. Suurimad erinevused on painduvuses ja tõmbetugevuses. Nimelt, elastse sideainega võrgu kimbu tõmbetugevus on selgelt väiksem.

Kimpudest saab teha väga erinevaid võrkusid – vastavalt vajadusele. Erineva kimbu suurusega ja erineva võrgu silma suurusega. Enamasti suurem tõmbepinge mõjub betoonkonstruktioonis ühes suunas, seega valmistatakse võrgud samuti enamasti tõmbepingega 100% ühes suunas ja ristisuunas 20…90%. Eriolukorras, kus on vaja lisada ka diagonaaljõudude suurendamist, on spetsiaalselt tehtud ka võrgud, kus võrgu silmast jooksevad samuti diagonaalselt kimbud läbi.

Võimalik on kombineerida erinevaid võrke, kasutada kuni 6 kihti võrke üksteise peale (kiht betooni ja uus võrgu kiht – kiht betooni ja uus võrgu kiht). Üle 6 kihi ei ole enam mõttekas, kuna võrgu kinnitustugevus osutub väiksemalks, ki kogu võrgu paketi tõmbetugevus.

Ajalugu:

Erinevatest materjalidest sarrust kasutati juba väga ammu – näiteks Hiina müüri tegemisel – sel ajal küll bambusest, aga eesmärk oli samuti suurendada ehitise konstruktioonide tõmbetugevust.

Esimene teadaolev metallsarruse kasutamine oli aastatel 1721–1745 ehitatud Nevjanski torn, kus kasutati malmi ja raua kombinatsiooni ja sarrus oli ühendatud katusekupliga ja maandatud. Ei ole teada, kas maandamine oli pikse kaitseks või korrosioonikaitseks, aga töötas – senini ei ole malm roostetama hakanud.

6 aug.1881 a võeti patent terassarruse kasutamiseks. Sellest ajast peale on ehituskonstruktsioonide kujundamisel ja projekteerimisel laialdaselt kastutatud tõmbetsoonides terasarmatuuri.

Teras ja betoon töötavad hästi üheskoos – betoon töötab väga hästi survele ja teras tõmbele. Betoon kaitseb aluselise keskkonnaga terast roostetamise eest. Seda küll teatud aja. Terase roostetamine on betoonkonstruksioonide suurimaid muresid. Korrodeerumisest tekkinud lühenenud kasutusiga ja kulukad ja väga suuremahulilised parandustööd on tavapärane. Lisaks lühendab terase korrodeerumine kogu ehitise eluiga, kuna mingist momendist ei ole enam mõttekas parandamist jätkata.

Alates 1. juulist 1999 asutas Saksa Teadusfond (DFG) Dresdeni ja Aacheni ülikoolide juurde kaks spetsiaalset uurimiskeskust (SFB), et uurida komposiitmaterjalist tekstiil-armeeritud betooni. RWTH Aacheni ülikoolis pandi aluskivi uusehituse valdkonna arengutele Collaborative Research Center (SFB) 532 „Tekstiil-raudbetoon – uue tehnoloogia arendamise põhialused“. Dresdeni Tehnikaülikooli (TLÜ) SFB 528 “Tekstiilsarmatuur konstruktsioonide tugevdamiseks ja parandamiseks” raames uuriti komposiitmaterjalist tekstiil-armeeritud betoon kasutamist ja tugevdamist olemasolevates konstruktsioonides. Tööstuspartnerid on algusest peale kaasatud uurimistöösse ja moodustanud silla tekstiil-armeeritud betooni pealekandmiseni.
Seni vaid teaduslaborites ja üksikutel hoonetel edukalt kasutatud TUDALIT® kaubamärgi tekstiilbetoon sai 2014. aastal kasutusloa Saksa Ehitustehnoloogia Instituudis (DIBt) Berliinis. Raudbetooni tugevdamise protsess TUDALIT®-iga oli saanud ehitusameti kooskõlastuse numbriga Z-31.10-182.
See heakskiit võimaldas hooneomanikel, arhitektidel, planeerijatel ja ehitusettevõtetel teatud tingimustel kasutada TUDALIT® tekstiilbetooni siseruumides.

Süsnikkiuga tekstiilbetoon sai nimetuse: Süsnikbetoon . Tegemist on komposiitmaterjaliga, mille nimetus kirjeldab mõlemat komposiidi osa.
Vana kooskõlastuse sisu ja selle rakendusvaldkondi pole edasi arendatud. Süsinikbetooniga tugevdamise potentsiaali saab seetõttu kasutada vaid piiratud ulatuses. Sel põhjusel pandi kokku pädev ja võimas konsortsium, et märkimisväärselt edendada CARBOrefit® – raudbetooni süsinikbetooniga tugevdamise protsessi – uut heakskiitu. Sellega seoses võttis vana kooskõlastuse üle TUDALIT e.V. ning saadi uus kooskõlastus. Kasutajasõbralik läbivaatamine ja uue heakskiidu märkimisväärne pikendamine tagavad ökonoomse rakendamise ning on aluseks jätkusuutlikule ja ressursse säästvale tugevdamisele.

Tulevaste arendustega, mille tulemuseks on heakskiit, on meie eesmärk saavutada 80%  kõigi süsinikbetooniga tugevdamiste puhul. Laiapõhjalise heakskiiduga soovime juhtida ehitussektoris muutusi ning pakkuda jätkusuutlikke ja ressursse säästvaid lahendusi.

Edulood

Hyparschale Magdeburg

Ehitatud 1969. aastal ehitusinsener Ulrich Mütheri plaanide järgi, Magdeburgis asuv hüperboolne betoonkest on üks suuremaid omataolisi betoonist kestarajatisi. Terasest raudbetoonist katusekonstruktsioon koosneb neljast hüperboolsest paraboloidist kestast. Kokku on 7 cm õhukese betoonkesta ava ilma keskel olevate tugedeta 48 m x 48 m.

Teostus ühepoolse puitraketise ja torkreetbetooniga. Märkimisväärne on see, et ühe hüperboolse paraboloidi pind tehti ilma katkestusteta.
Esimesed konstruktsioonikahjustused hüpari kestale tekkisid vahetult pärast valmimist. Tähekujuline klaastellistest tehttud katuseaken hakkas koheselt lekkima ja kaeti katusekattematerjaliga. Aastatega kahjud suurenesid ja tekkis vajadus otsida sobivat tugevduskontseptsiooni. Algul plaaniti hüperoloid tugevdada tavapäraste meetoditega, nt. tugevdamine terasesega tugevdatud pritsbetooniga. Õhukese betoonkesta tugevdamiseks pritsbetooniga kavandati kaks 7 cm kihti, üks betoonkesta peal ja teine ​​alumisel küljel (joonis 4). Olemasolev konstruktsioon ei oleks aga täiendavat tühikoormust (7 cm kuni 21 cm) talunud. Seetõttu ei leitud esialgu sobivat tavalist tugevdamismeetodit. Ehitatud analüüsi põhjal otsustati korpuse konstruktsiooni tugevdada 10 mm paksuse süsinikkiudvõrk betoonkihiga, mis sisaldab üks kiht süsinikkiust võrku korpuse konstruktsiooni peal ja teist all.

Süsinikkiud võrguga betooni kasutamisega päästeti ainulaadne konstruktsioon lammutamisest. Tugevdustööd viidi läbi 2020. aasta veebruarist 2021. aasta juulini

foto: M. Bredt

Maanteesild üle Nidda jõe

Tekstiilbetoni kasutamine uute betoonkonstruktsioonide tegemisel

Sealhulgas uute talade tegemisel on arvestuslikult sama tugevusega terasarmatuuriga talaga võrreldes sääst betoonilt 50%, Seega CO2 emissioon omakorda -50%.

Sh. Fassaadiplaadid, müratõkked, jne.

CUBE süsnikbetoonist maja

Dresdenis (Saksamaa) tehti 2020 (planeerimine) kuni 2021-2022 a (kooriku tegemine) süsinikkiust võrguga betoonist maja CUBE (tõlkes “Kuubik”). CUBE koosneb kahest topeltkõverast TWIST kestast, mis toimivad seina ja katusena, ning kahekorruselisest kokkupandavatest elementidest valmistatud BOXist. Hoone demonstreerib põnevat koostoimet dünaamilise disaini ja kubistlike mõjude vahel. Süsinikbetoonist ehitusmeetodi rakendamine on kõigi ehitusnormide kohaselt edukalt demonstreeritud.

Mis on lisaks teistmoodi – tänu sellele, et terasarmatuuri kaitsekihti ei ole vaja, tehti seinad 250 mm paksuste asemel 6 cm paksused.

Hoone kõrgus: 7,0 m maapinnast
Hoone tüüp: Uurimis- ja büroohoone
Korrused: 1, BOX 2 piirkonnas
Töökohad: 10
Brutopind: 243 m²
Hoone pind: 191 m²
Kasulik pind: 206 m²
3 mõõtmis- ja kontoriruumi: 33 m²