Что представляет собой цементный раствор армированный текстилем (TRM — Textile Reinforced Mortars)? Также в международной литературе определение встречается как бетон усиленный текстилем (TRC — Textile Reinforced Concrete) и цементная матрица на основе ткани (FRCM — Fabric Reinforced Cementitious Matrix). Этот вид стройматериалов активно изучается последние десятилетия, поскольку представляет многообещающую альтернативу армированному волокном полимеру (FRP — Fiber Reinforced Polymer) — решение для модернизации железобетонных элементов. Рассмотрим технологию укрепления бетонных конструкций с помощью «TRM», как таковую.
Модернизация существующих бетонных конструкций
Последние годы вопрос модернизации существующих конструкций имел большое значение по причинам:
- износа,
- старения,
- ухудшения состояния окружающей среды,
- отсутствия технического обслуживания,
- необходимости удовлетворения текущих требований к проектированию.
В течение последних трёх десятилетий армированные волокном полимеры широко использовались в качестве наружного армирования существующих структурно-дефектных конструкций. Этот вид материалов отличается благоприятными свойствами:
- высоким соотношением прочности к массе,
- коррозионной стойкостью,
- лёгким весом,
- скоростным нанесением,
- минимальным изменением геометрии.
Однако методика упрочнения с помощью армированного волокнами полимера имеет ряд недостатков, которые в основном связаны с использованием эпоксидных смол, а именно:
- высокая стоимость,
- плохие характеристики при высоких температурах,
- невозможность нанесения на влажные поверхности,
- несовместимость с материалами подложки (бетоном или каменной кладкой).
Пытаясь облегчить проблемы, возникающие при использовании эпоксидных смол, исследователи предложили заменить органические (эпоксидные смолы) неорганическими (растворными) матрицами.
Условия сцепления между волокнами и матрицей
Проникновение и пропитка волокнистых структур, в случае с матрицей, видится крайне сложной по причине размерности гранул. Даже высококачественный раствор не в состоянии пропитать пучки фиброволокон, как это достижимо с пропиткой смолой.
Между тем улучшенные условия сцепления между волокнами и матрицей композиционных материалов в растворах удалось достичь, когда структуру непрерывных волокон заменили текстилем.
Изначально новые композитные материалы на текстильной основе именовались — текстильный железобетон (армированный текстилем раствор). Очевидный момент, учитывая, что неорганическую матрицу не принято классифицировать как бетон, по причине очень небольшого размера заполнителей.
В США такие материалы получили название — системы армированной цементной матрицы. Однако матрица необязательно может существовать как цементирующая.
Композиты в строительстве на основе текстиля
Композиционные материалы на текстильной основе интенсивно изучаются в течение последних двух десятилетий. Объясняется активность изучений предпочтительностью использования для строительства новых сборных конструктивных элементов или для укрепления существующих конструкций.
Тема использования текстиля при сборке, а также при модернизации существующих бетонных или каменных конструкций, часто встречается в зарубежной строительной литературе (2016 год и далее).
Строительный раствор, армированный текстилем, объединяет высокопрочные волокна с неорганическими матрицами, подобными цементным растворам на основе гидравлической извести. Строительный раствор, усиленный текстилем, является:
- недорогим продуктом,
- безопасным для ручного труда,
- огнестойким материалом,
- совместимым с бетонными и кладочными материалами.
Раствор может наноситься на влажные поверхности, в том числе при низких температурах. По всем этим причинам использование таких растворов постепенно становится более привлекательным для укрепления существующих структур параллельно с широко используемым армированным волокном полимером.
Структура текстильных сеточных строительных материалов
Текстильные сетчатые материалы, используемые в качестве усиливающих композиционных материалов бетона, состоят из волокнистых ровингов, положенных по двум или более направлениям. Ровинги волокон расположены на некотором расстоянии друг от друга с целью образования сетки.
Перфорация между волокнистыми ровингами обеспечивает механическую блокировку арматуры в матрице. Покрытие неметаллического текстиля полимерами улучшает стабильность текстильного материала и механическое сцепление между текстилем и матрицей.
Однако текстильные материалы с покрытием являются более жёсткими, и, подобно стальным тканям, такие материалы нельзя легко наносить на сложные геометрические фигуры (например, U-образные или полностью завернутые куртки). На картинке ниже показан текстиль, используемый в качестве усилителя цементного раствора.
Размер ячеек коммерчески доступных неметаллических текстильных материалов, которые используются для упрочнения, например:
- углеродного,
- стеклянного,
- базальтового,
- полифениленового безобисоксазола,
обычно варьируется от 8 до 30 мм, тогда как вес обычно составляет от 150 до 600 г на квадратный метр, в зависимости от материала волокна.
Стальные ткани состоят из однонаправленных стальных кордов, каждый из которых содержит несколько скрученных стальных нитей (5). Плотность нитей обычно варьируется от одной до десяти на сантиметр ширины полотна.
Важность качественной пропитки волокон
Состав раствора, армированного текстилем, используемого в качестве матрицы, существенно влияет на реакцию композитного материала. Соответственно, пропитка волокон раствором является крайне важной процедурой для достижения хорошей связи между волокнами и матрицей.
Для растворов, армированных текстилем, как правило, является характерным:
- содержание мелких гранул наряду с пластической консистенцией,
- хорошая обрабатываемость,
- низкая вязкость (для легкого нанесения на вертикальные или крутые поверхности),
- достаточная степень прочности на сдвиг (для предотвращения отслоения композитного материала от подложки).
Следовательно, цементные растворы, армированные текстилем, обещают найти широкое использование в качестве матрицы на основе растворов, армированных (усиленных) текстилем.
Механические свойства строительного раствора, армированного текстилем, а именно прочность на изгиб и связь между матрицей и ровингами волокон, могут быть значительно улучшены путём добавления полимеров.
Раствор армированный текстилем и укрепление конструкций
Процедура укрепления сооружений с помощью раствора, армированного текстилем, включает в себя следующие этапы:
- Подготовка поверхности;
- Нанесение первого слоя раствора на влажную бетонную поверхность;
- Пропитка текстильных волокон раствором (эта операция повторяется до тех пор, пока все текстильные слои не будут нанесены и покрыты раствором);
- Нанесение последнего слоя раствора поверх конечного текстильного слоя.
Разработка руководств по проектированию бетонных и каменных элементов, усиленных раствором, армированным текстилем, необходима для обеспечения широкого использования в реальных приложениях.
Например, кодекс «ACI 549.4R (ACI 2013)» представляет собой первую попытку руководящих принципов проектирования и строительства внешних текстильных систем для ремонта и укрепления бетонных и каменных зданий.
Этот документ представляет всесторонний обзор использования систем на основе растворов, армированных текстилем, для укрепления, где уделяется особое внимание конкретным членам или структурам.
Кодекс охватывает более широкий спектр применений по сравнению с недавним исследованием 2017 года. Документ содержит критический обзор более 100 прошлых исследований и позволяет читателям определить пробелы многих ранних публикаций, что полезно для будущей работы.
