Проєктування і використання на будівельному майданчику (Rebar) пост-встановлених арматурних стрижнів

Вступ

Встановлення арматурних стрижнів (PIR) , які не були передбачені в проєкті чи потреба в яких була виявлена в процесі будівництва відіграють вирішальну роль, забезпечуючи надійні з'єднання між бетонними поверхнями чи продовженням існуючих арматурних стержнів, влаштованими наприклад в різний час. Вони широко використовуються для модернізації, реконструкції та розширення існуючих конструкцій, забезпечуючи структурну цілісність без необхідності знесення чи демонтажу. Пост-встановлені (вклеєні, нарощені) арматурні стрижні у потрібних зонах конструкції влаштовують зазвичай за допомогою ін'єкційних клейових розчинів шляхом склеювання з арматурою в попередньо просвердлені отвори, щоб імітувати поведінку арматури, встановленої при звичайному процесі будівництва по факту на місці, створюючи монолітні з'єднання для ефективної передачі зусиль.

Рис. 1 Встановлення арматурних стрижнів у потрібних місцях, де попередньо дані стрижні не передбачались

Безпека та експлуатаційні характеристики цих рішень пост-встановлення/вклеювання залежать від поєднання вимог проєкту та ситуації на будівельному майданчику. Оцінка PIR, проведена органами технічної оцінки EOTA Technical Assessment Bodies (TABs)/ICC-ES, гарантує еквівалентність характеристик з точки зору міцності зчеплення та зміщення навантаження між після встановленням та заливаннями арматури за різних параметрів випробувань. Тільки такі оцінені та затверджені системи слід використовувати для проєктування з використанням відповідних норм та стандартів, а також для встановлення рішень для пост-армування. Існує кілька сучасних методів проєктування відповідно до норм (Єврокодів/норм ACI), прийнятих стандартів та звітів (технічні звіти EOTA/звіти ICC-ES), які враховують різні дії навантаження в різних випадках використання рішень при пост-армуванні арматурних стрижнів. Ігнорування будь-якого з них може призвести до руйнування зчеплення, недостатнього терміну служби або небезпечної роботи відповідно до запланованих вимог проєкту та будівельного майданчика.

Для інженерів-конструкторів, важливо враховувати метод монтажу, його якість та умови на будівельному майданчику, оскільки від них на 50-80% може залежати результат майбутньої ефективної експлуатації точок кріплення. Правильна процедура встановлення пост-встановленої арматури включає такі типові кроки:

• Розмітка місць для вклеювання арматурних стержнів.

• Підготовка поверхні/надання шорсткості основному матеріалу.

• Буріння отворів.

• Надання шорсткості просвердленим отворам у випадку алмазного буріння.

• Очищення просвердлених отворів.

• Закачування в отвори хімічного розчину та монтаж арматури.

• Спрощення процесу монтажу завдяки системі Hilti SPEC2SITE.

У цій статті ми порівнюємо епоксидні, неорганічні та гібридні системи ін'єкційних розчинів (хімічних анкерів) і надаємо вам деяке уявлення про три параметри, які впливають на проєктну глибину анкерування анкерного кріплення та експлуатаційні характеристики PIR-рішень:

1. температура основного матеріалу під час монтажу,

2. умови вологості базового матеріалу,

3. метод буріння.

Ці фактори слід враховувати під час вибору правильного хімічного анкеру для вашого випадку застосування. Ця стаття допоможе вам переконатися, що ваш варіант вклеювання арматури з хімічними анкерами відповідає вимогам будівельного майданчика, а також про переваги, які ви можете отримати порівняно з іншими можливими рішеннями.

Випадок 1: Температура базового матеріалу під час встановлення

Температура базового матеріалу (бетону) під час встановлення арматурних стержнів впливає на два параметри монтажу виробу: час роботи та час твердіння.

Рис. 2 На будівельному майданчику може знадобитися використання хімічного анкеру з довшим/коротшим часом роботи (часом затвердіння).

Робочий час починається одразу після ін'єкції і це період, протягом якого арматурний стрижень має бути вставлений і може бути скорегований. Після досягнення робочого часу не слід торкатися встановлених компонентів, доки не буде досягнуто часу повного затвердіння, якщо інше не зазначено в інструкціях виробника. Якщо хімічний анкер затвердіє занадто швидко за високих температур, у монтажника може не вистачити робочого часу для встановлення арматури у отвір. Якщо час затвердіння перевищує визначений робочий час, арматурний стрижень не буде встановлено належним чином або може бути порушено його здатність витримувати навантаження. Цей параметр залежить від характеристик виробу та температури основного матеріалу: чим вища температура, тим коротший робочий час, і навпаки.

Епоксидні розчини, такі як Hilti HIT-RE 500, HIT-RE 100, пропонують довший час роботи, ніж гібридні системи (тому їх зазвичай називають розчинами «повільного затвердіння»), і вони зазвичай більше підходять для будівельних майданчиків, розташованих у теплих регіонах, та/або для стержнів великого діаметра в поєднанні з глибокими отворами наприклад у проєктах мостової інфраструктури, що потребують більше часу для завершення схоплювання/монтажу.

Проте, наприклад гібридний хімічний анкер Hilti HIT-HY 200, забезпечує достатній час роботи за високих температур та глибокого занурення (значно довший, ніж у інших гібридних хімічних анкерів, і «схожий» вже більш на епоксидні розчини), що робить його придатним для широкого спектру бетонних робіт.

Час затвердіння – це час, необхідний для формування наповнення в пробуреному отворі. Цей параметр також буде залежить від температури базового матеріалу і може наприклад впливати на робочий процес. Якщо клей затвердіє занадто повільно за низьких температур, терміни проекту можуть значно затриматися та призвести до втрати продуктивності. Зазвичай в умовах вологого буріння отворів час затвердіння хімічних анкерів значно збільшується. Однак гібридні системи зазвичай мають прискорений час затвердіння та можуть бути кращим варіантом для збільшення швидкості монтажу – а отже, продуктивності будівельного майданчика, особливо у випадках застосування стержнів малого та середнього діаметра, отворів малої та середньої глибини, низькими температурами та вологими умовами. Тому, при таких ситуаціях гібридні хімічні анкери, відомі як анкери "швидкого затвердіння", стають незамінними рішеннями.

Також важливо зазначити, що навіть температуру картриджа для хімічного анкера також необхідно підтримувати в правильному температурному режимі для забезпечення роботи системи PIR, щоб вони правильно використовувались в процесі змішування та досягали правильної проєктної адгезійної здатності.

Випадок 2: Умови вологості основного матеріалу (бетону)

Наявність вологи під час встановлення ін'єкційних розчинів (хімічних анкерів) може вплинути на міцність зчеплення з навколишньою бетонною поверхнею, знижуючи фактичні значення робочого навантаження. Під час буріння отворів можуть існувати три можливі умови вологості базового матеріалу (бетону) на робочому місці, як показано нижче:

Рис. 3 Стани бетону

Лише деякі хімічні анкери на ринку кваліфіковані для вологих та заповнених водою отворів, а також можуть мати коефіцієнти зниження міцності зчеплення та обмежений діапазон діаметрів арматурних стрижнів залежно від умов вологості. Зверніться до відповідного звіту ETA/ICC-ES щодо дозволу на використання за умовами вологості та діаметрів арматурних стрижнів для відповідного методу буріння.

Хімічний анкер Hilti HIT-RE 500 V4 – це продукт, кваліфікований для всіх трьох умов вологості (сухий, вологий та заповнений водою) пост-встановлених арматурних стрижнів.

Випадок 3: Метод буріння

Досить часто пост-встановлені арматурні стрижні потребують глибокого влаштування в тіло бетонної поверхні, щоб задовольнити вимоги щодо глибини анкерування. Методи буріння цих отворів розрізняються головним чином за вагою, енергією удару, обертанням та частотою ударів. Hilti рекомендує найбільш підходящі бурові інструменти (які підходять для різних діапазонів, діаметрів отворів та для оптимізації продуктивності). Отвори для встановлення арматурних стержнів свердляться/буряться одним із наступних методів з різним впливом на характеристики конструкції (що має як переваги, так і обмеження):

1. Метод ударного свердління (HD)

2. Метод ударного свердління з порожнистим буром у поєднанні з пилососами (автоматична система очищення) (HDB)

3. Метод алмазного коронкового свердління з водою (DD)

4. Метод алмазного коронкового свердління з водою у поєднанні з наданням шорсткості отвору (DD+RT)

Примітка: Свердління крізь існуючу арматуру або інші влаштовані металеві елементи, як правило, не слід проводити без консультації з відповідальним інженером або іншим компетентним органом.

Перший метод передбачає використання роторно-ударного свердління/ударного свердління (HD), оснащеного стандартними двоканальними спіральними або хрестоподібними твердосплавними бурами. Це найбільш популярний підхід для більшості застосувань, враховуючи їхню портативність та простоту використання. Міцність зчеплення хімічних анкерів в даних отворах досягається завдяки мікроприклеюванню клею до шорсткого бетону. Бури Hilti створюють неоднорідну поверхню отвору, особливо придатну для забезпечення якісного зчеплення (за умови використання правильної послідовності очищення отвору). Для глибоких отворів великого діаметра перфоратори можуть бути непрактичними, також вони зазвичай не підходять для свердління крізь існуючу арматуру.

Рис. 4 Ударне свердління (HD)

Наступним варіантом є роторно-ударний перфоратор, який може бути оснащений порожнистими буром (HDB) у поєднанні із сертифікованими пилососами (для автоматичного очищення). Це підвищує надійність та швидкість застосування, усуваючи етап, що найбільше впливає на величину навантаження та займає багато часу в процесі монтажу: очищення отвору перед ін'єкцією клею. Як і в попередньому випадку, можна використовувати як епоксидні, так і гібридні системи, якщо вони відповідають цій умові, такі як Hilti HIT-HY 200, HIT-HY 170, HIT-RE 500 V4 та HIT-RE 100.

Рис. 5 Метод ударного свердління з порожнистим буром (HDB) у поєднанні з пилососами

Алмазне коронкове свердління (DD) використовується тоді, коли попередні рішення непрактичні для великих довжин анкерних кріплень та отворів великого діаметра, де цей метод використовує із технологію мокрого або сухого коронкового свердління. На відміну від перфораторів, які руйнують бетон за допомогою енергії удару, коронкові бури використовують матрицю, що містить алмазні фрагменти, для різання бетону. Даний метод дозволяє свердлити отвори з меншим відхиленням від запланованого шляху, і вони здатні просвердлювати існуючу арматуру без значних зусиль. Коронкові свердла зазвичай створюють дуже гладкий отвір, який зазвичай покритий тонкою плівкою пилу, що погано впливає на зчеплення із хімічним анкером, в результаті чого деякі (проте ми сказали б більшість) моделі анкерів не підходять для використання з отворами, просвердленими коронковим свердлінням.

Рис. 6 Метод алмазного коронкового свердління з водою (DD)

Сертифіковані епоксидні хімічні анкери для встановлення після алмазного свердління - це Hilti HIT-RE 500 V4 та HIT-RE 100. Тим не менш, навіть якщо продукт придатний для встановлення в отвір після алмазного свердління, через гладку поверхню просвердленого отвору міцність зчеплення для певних діаметрів арматурних стрижнів знижується порівняно з отворами, що свердляться з ударом (HD та HDB).

Алмазне коронкове свердління з водою у поєднанні з наданням шорсткості отвору (DD+RT) збільшує механічне зчеплення між розчином і бетоном, досягаючи такої ж несучої здатності, як і в отворах, висвердлених перфоратором. Цю перевагу можна поєднувати епоксидним розчином Hilti HIT-RE 500, гібридним HIT-HY 200.

Рис. 7 Метод алмазного коронкового буріння з водою у поєднанні з наданням шорсткості отвору (DD+RT)

Примітка: Потрібно використовувати допоміжні засоби для вирівнювання під час ручного буріння, щоб забезпечити достатню відстань від існуючого краю бетону та щоб уникнути розколу та/або відколювання покриття.

Тепер очевидно, що різні методи свердління впливають на поведінку навантаження хімічних анкерів при пост-армуванні. Огляд сумісності систем ін'єкційних розчинів з методами свердління наведено в таблиці нижче:

Табл. 1 Сумісність систем ін'єкційних розчинів з методами свердління

Примітка: Остаточне рішення щодо методу буріння повинні приймати фахівці, виходячи з конкретних умов на робочому місці та придатності для застосування PIR. Застосовувані норми, стандарти чи правила, рекомендації замовника та/або галузеві рекомендації повинні бути незалежно розглянуті та оцінені.

Рішення Hilti: коли і що використовувати

У наступній таблиці представлені затверджені рішення Hilti з їхніми характеристиками ефективності, пов'язаними як з конструкцією (навантаження, термін служби), так і з параметрами на робочому майданчику (температура, стан вологості отвору, метод буріння).

* 100 річний термін служби в процесі затвердження

Табл. 2 Рішення Hilti

На практиці завжди слід використовувати сертифікати ETA або ICC-ES щодо погодження хімічного анкеру, перевіряти сумісність продуктів з умовами будівельного майданчика, поєднувати їх з проєктними вимогами (наприклад навантаженнями - статичними, сейсмічними, пожежними, терміном служби тощо) та приймати кращий варіант для забезпечення повної відповідності проєктним вимогам та безпеці.

Проєктування з використанням програмного забезпечення PROFIS Engineering

Для всіх випадків розрахунку на основі нормативних вимог та врахуванням безпеки в проєктах з'єднань бетон-бетон, можна і потрібно користуватись програмним забезпеченням Hilti PROFIS ENGINEERING для швидких, ефективних та надійних рішень на основі систем хімічних анкерів Hilti відповідно до найсучасніших проєктних норм та стандартів. Ввівши вихідні дані, ви отримуватимете підтримку протягом усього процесу розрахунку, аж до повного вивантаження звіту лише за кілька кліків. PROFIS ENGINEERING — це універсальна платформа для проєктування різних типів застосувань з використанням пост-встановленої арматури. PROFIS також дозволяє використовувати кілька національних стандартів з проєктування, таких як європейські, американські та інші національні/регіональні стандарти.

Забезпечте безпеку та зв'яжіться з нами сьогодні!

Якщо вам потрібна додаткова підтримка або ви маєте задачу, яку хочете обговорити з нами? Повідомте нам про це в коментарях або залиште своє запитання в нашому Engineering Centre або зверніться до Hilti Довідника з'єднання бетону з бетоном