АНКЕРНЫЕ КРЕПЛЕНИЯ В ПУСТОТЕЛОМ И ПОЛНОТЕЛОМ КИРПИЧЕ

В настоящее время ни один строительный процесс невозможно представить без крепежных элементов. Не будет большим преувеличением сказать, что ведущими крепежными элементами в строительной сфере выступают анкеры. Анкеры часто используются в тех случаях, когда необходимо соединить несколько строительных конструкций. Использование различных типов анкеров позволяет соединять конструкции больших габаритов и массы.

Для начала рассмотрим основные принципы работы анкеров:

1.      Удерживание за счет сил трения (рисунок 1) .

Рисунок 1 Удерживание анкера за счет сил трения

Усилие на вырыв N, переносится на базовый материал с помощью трения, R. Необходимо расклинивающее усилие, F_exp, для того, чтобы между анкером и стенками отверстия возникла необходимая сила трения. В случае распорных анкеров, различают типы с контролируемым расклиниванием и перемещением. Расклинивающее усилие анкеров зависит от растягивающего усилия в анкере. Растягивающее усилие образуется, и соответственно регулируется во время расклинивания анкера, путём приложения рекомендуемого момента затяжки, контролируемого с помощью динамометрического ключа. В случае типов с регулируемым перемещением, расклинивание происходит на расстоянии, предусмотренном геометрией анкера в расклиненном состоянии. Следовательно, образуется расклинивающее усилие, регулируемое модулем упругости базового материала. Этот эффект достигается, путем вбивания распорного элемента в расширяющуюся втулку, либо расклиниванием распорных лепестков путем затягивания гайки до рекомендуемого момента затяжки индивидуального для конкретного типа анкера и его размера. В результате смещения конуса по отношению к втулке, лепестки анкера, распираясь, передают расклинивающее усилие на стенки отверстия. Это позволяет перенести продольное усилие приложенное к анкеру через силу трения на основание. Расклинивающее усилие становится причиной постоянной местной деформации базового материала, прежде всего, в случае металлических анкеров. Эффект заклинивания приводит к дополнительному переносу продольного усилия, которое возникает в анкере на основание в которое он установлен. В случае недостаточного момента затяжки несущая способность анкера на срез несколько уменьшается, при этом несущая способность анкера на вырыв возрастает. В случае, если момент затяжки превышает рекомендуемые значения, то анкерное крепление работает лучше на срезающие усилия так, как между прикрепляемой деталью поверхностью основания увеличивается сила трения и вся конструкция начинает работать по принципу высокопрочных болтов, но сам анкер, будучи в растянутом состоянии, показывает более низкие значения предела несущей способности на вырывающее усилие. Таким образом при затяжке распорных анкеров необходимо строгое соблюдение рекомендуемых значений момента затяжки[1, 2].

2.      Удерживание за счет формы (рисунок 2).

Рисунок 2 Удерживание анкера за счет формы

 Усилие на вырыв, N, находится в равновесии с реакцией опоры, R, действующей на базовый материал. Основным принципом удерживания за счет формы является такая установка анкера, при которой диаметр самого анкера оказывается больше диаметра отверстия, в которое он был установлен. Этот принцип используется как для механических анкеров с подрезкой (типа Hilti HDA, HSC, Fischer Zykon FZA), так и для химических анкеров, устанавливаемых в специально подготовленные для этого отверстия с переменным диаметром либо в пустотелые материалы [1, 2]. Данный вид крепления хорошо работает в бетоне, но не в кирпичной кладке. Опираясь на опыт испытаний анкеров в кирпичной кладке, можно с уверенностью утверждать, что в случае с кирпичной кладкой, а тем более с кирпичной кладкой в реконструируемых зданиях этот тип крепления не совсем подходит так, как зачастую сила сцепления между кирпичами и раствором недостаточна, чтобы равномерно передать усилие от анкера на кирпичную кладку. В этом случае возникает вид разрушения, при котором из кирпичной кладки отслаиваются как отдельные кирпичи, так и участки кирпичной кладки.

3.      Удерживание за счет адгезии (рисунок 3).

Рисунок 3 Удерживание анкера за счет адгезии

Адгезионная связь создается между стержнем анкера и стенками отверстия в стене при использовании клея из эпоксидной или другой синтетической смолы. Синтетическая смола химического анкера пропитывает базовый материал и, после затвердевания, производит местное заклинивающее действие в дополнение к возникающему в результате адгезии склеиванию. По типу смолы химические анкеры можно разделить на две группы – Быстротвердеющие и медленнотвердеющие. Быстротвердеющие как правило, при температуре +20ºС позволяют нагружать анкеры спустя примерно один час после установки, но имеют отграничение по диаметру устанавливаемой резьбовой шпильки ( max. М24) или арматурного стержня порядка (max. D25) а так же по глубине вклейки элемента из за того, что при больших диаметрах и глубинах вклейки скорость набора прочности химическим составом не позволяет качественно установить анкеры в короткое время после инъецирования и состав часто схватывается до того, как элемент установлен в отверстие. Медленно твердеющие составы позволяют устанавливать большие диаметры анкеров на большую глубину, но сроки набора прочности довольно продолжительны и могут доходить от нескольких часов до нескольких суток в зависимости от температуры оснований [3]. Так же существуют анкерные крепления, которые обладают высокой несущей способностью благодаря комбинации вышеупомянутых рабочих принципов.

Очевидно, что использование механических анкеров в кирпичной кладке (особенно в кирпичной кладке из пустотелого кирпича) невозможно. Являясь прочным, но в то же время хрупким материалом, кирпич не может воспринимать нагрузки от механических анкеров. При попытке передать нагрузки от механического анкера происходит локальное смятие кирпича или полное разрушение пробуренного отверстия, и соединение не работает.

Проблему крепления к кирпичу можно решить используя химические анкерные системы. Адгезионная связь позволяет равномерно распределять усилия в теле материала (рисунок 4).

Рисунок 4 Схема крепления в пустотелом кирпиче с помощью химических анкеров

Укрепление осуществляется за счет затвердевания состава, не создающего деформаций напряжения в основе поверхности. Когда химический состав затвердевает, происходит его молекулярное соединение с материалом внутри отверстия. Благодаря их равным показателям коэффициента расширения происходит монолитное соединение крепления (рисунок 5). Кроме вышеперечисленного данный тип крепления устойчив к агрессивным средам.

Рисунок 5 Крепление в кирпиче с помощью химических анкеров

Технология установки химических анкеров:

1. Сверление отверстия, куда устанавливают ампулу с клеем, а впоследствии закручивают шпильку. Ампулы бывают разных диаметров и применяются в отверстиях заданного размера.
2. Подготовка химического раствора. Смешение компонентов может происходить в носике смесителе или в самой капсуле. Состав из картриджа в отверстие заливают специфическим пистолетом-дозатором. С помощью картриджей обеспечивается фиксация анкеров даже в тех отверстиях, которые значительно превышают диаметр анкера.
3. Очистка и продувка отверстия. Прежде, чем установить химическое крепление, отверстие очищается от загрязнений и пыли.
4. Инъецирование состава и установка шпильки.

Преимущества химических анкеров:

• герметизация отверстия после окончания установки;
• простота монтажа;
• возможность повторного использования комплектующих;
• возможно применение внутри помещения за счет его экологичности;
• возможность для крепления арматурных изделий
• широкая область применения (тяжелые и легкие бетоны, газобетонные и газосиликатные блоки, разновидности кирпича и т.д.)
• высокая прочность соединения
• возможность монтажа под водой
• долговечность

Недостатки:

• высокая стоимость;
• повторное использование комплектующих возможно только при небольшом сроке хранения
• небольшой срок службы невскрытых продуктов
• срок твердения сильно зависит от температуры

Список литературы:

1. Каталог продукции Hilti 2010.ЗАО «Хилти Дистрибьюшн Лтд», 2010
2. Руководство по Анкерному Крепежу.Корпорация Hilti. Княжество Лихтенштейн: Изд-во: FL-9494 Schaan,2008, 414 c.
3. СТО 36554501-039-2014 Анкерные крепления к бетону с применением анкеров Hilti. Расчет и конструирование