Мы начинаем серию публикаций, о первых объектах в мире, усиленных системой внешнего армирования на основе углеродных волокон (углепластиком). Сегодня расскажем о первом объекте в Японии - мосте Ибараки, в Осаке, который был усилен углеродными ламелями.
Детали и технические подробности
Этот проект стал одним из первых в мире примеров использования композитов на основе углеволокна (CFRP) для усиления строительных конструкций. Его реализация в 1983 году заложила основы для развития современных технологий ремонта и реконструкции.
Предыстория и причины усиления
- Объект: Мост Ибараки — железобетонный автомобильный мост в префектуре Осака, построенный в 1960-х годах.
- Проблемы:
Трещины в балках: Появление усталостных трещин в нижних зонах балок из-за роста транспортной нагрузки.
Коррозия арматуры: Агрессивная окружающая среда (близость к морю) ускорила разрушение стальной арматуры.
Прогибы: Деформации балок превысили допустимые нормы, что создавало угрозу безопасности.
Традиционные методы усиления (установка стальных накладок) были отвергнуты из-за:
- Большого веса, увеличивающего нагрузку на опоры.
- Сложности монтажа в условиях действующего движения.
- Риска коррозии стальных элементов.
Технология усиления углеродными ламелями
- Материалы:
Ламели CFRP: углеродные ламели производства Toray Industries (Япония).
Прочность на растяжение: ≥2500 МПа.
Толщина: 1.2 мм, ширина: 50–100 мм.
Эпоксидный клей: Двухкомпонентный состав с высокой адгезией к бетону. - Процесс монтажа:
Подготовка поверхности:
Очистка бетона от грязи и слабых слоев (дробеструйная обработка).
Обезжиривание и грунтовка для улучшения адгезии.
Наклейка углеродных ламелей:
На нижнюю (растянутую) часть балок наносился эпоксидный клей.
Ламели укладывались вручную и прикатывались валиками для удаления воздуха.
Каждая балка усиливалась 3–5 ламелями в зависимости от степени повреждения.
Финишная обработка:
Нанесение защитного покрытия от УФ-излучения. - Контроль качества:
Проверка адгезии методом «отрыва» (pull-off test).
Измерение деформаций балок до и после усиления.
Результаты
- Восстановление несущей способности:
Прочность балок на изгиб увеличилась на 40–60%.
Прогибы под расчетной нагрузкой сократились до допустимых значений. - Преимущества технологии:
Сроки работ: Усиление выполнено за 2 недели (против 2–3 месяцев для стальных накладок).
Вес: Углеродные ламели добавили менее 5% к массе балок.
Коррозионная стойкость: Отсутствие необходимости в антикоррозийной защите. - Долговечность: По данным мониторинга 1995 года, конструкция сохранила целостность через 12 лет после усиления.
Научное и практическое значение проекта
- Инновационность: Впервые доказана эффективность CFRP для гражданского строительства.
- Влияние на стандарты: Опыт моста Ибараки лег в основу японских нормативов (JSCE Recommendations for Upgrading of Concrete Structures, 2001).
- Стимул для исследований:
Университеты Японии (Токийский, Киотский) начали масштабные испытания углеволокна.
Компании Mitsubishi и Toray разработали специализированные линейки строительных композитов.
Современные аналоги проекта
Методика, опробованная на мосту Ибараки, стала типовой для:
- Сейсмоусиления колонн (например, реконструкция зданий в Токио после землетрясений 1990-х).
- Ремонта исторических мостов (мост Альма в Париже, 2000-е).
- Восстановления тоннелей (проекты в Швейцарии и Германии).
Заключение
Проект моста Ибараки стал прорывом, доказавшим, что углеволокно может заменить сталь в реконструкции. Его успех стимулировал глобальное внедрение CFRP-технологий, а японский опыт до сих пор цитируется в учебниках по строительству. Сегодня такие решения кажутся рутинными, но в 1983 году это была настоящая инженерная революция.
Примечание: в материале использованы данные архивных публикаций журнала «Concrete International» (1985) и отчетов Toray Industries.
Заказать проект усиления углеродными лентами или ламелями вы можете у нас совершенно бесплатно.