1. Основные принципы

МАТЕРИАЛ
Материал основы крепления и его качество являются решающими факторами при выборе вида и технологии крепления. Существуют различия между бетонными, кладочными и панельными строительными материалами.

Бетон – это строительный материал, содержащий цемент. Существуют две разновидности бетона: тяжелый бетон и лёгкий бетон. В отличие от тяжелого бетона, содержащего гравий, в лёгком бетоне используются такие лёгкие заполнители, как пемза, керамзит или туф, которые обычно обладают более низкой прочностью на сжатие, и поэтому условия для анкерного крепления в некоторых случаях создаются менее благоприятные.
Уровень несущей способности креплений для высоких нагрузок среди прочих факторов зависит от прочности бетона на сжатие. Цифры в маркировке строительного материала означают предел прочности на сжатие. Например, C20/25 означает бетон с пределом прочности на сжатие 25 Н/мм. Данные показатели получаются при испытаниях бетонных кубиков с гранью 150мм. Это наиболее распространённая прочность бетона.

Строительные материалы для кладки. Кирпичная кладка состоит непосредственно из блоков и раствора. Прочность на сжатие блоков обычно выше прочности на сжатие раствора, особенно в старых зданиях. Вот почему анкерные крепления должны устанавливаться непосредственно в блоки. Но зачастую сами блоки оказываются самой слабой частью системы.
Поэтому допустимая нагрузка зависит от состояния кладки.

Различают четыре группы материалов для кладки:
Полнотелые блоки с плотной структурой — это строительные материалы, которые по большей части характеризуются отсутствием пустот и имеют высокую прочность на сжатие (кирпичи с долей пустот до 15% могут считаться полнотелыми), и они отлично подходят для  установки креплений.

Пустотелые блоки с плотной структурой (кирпичи с отверстиями и пустотелые). В основном эти блоки производятся из того же материала, что и полнотелые кирпичи, но они имеют пустоты.
При воздействии высоких нагрузок на эти строительные материалы необходимо использовать специальные крепления, например, такие, которые перекрывают или заполняют пустоты. Полнотелые строительные материалы с пористой структурой обычно имеют низкую прочность на сжатие. При работе с этими материалами для оптимальной прочности целесообразно использовать специальные крепления с большой распорной площадью или крепления с анкеровкой формой.

Пустотелые строительные материалы (пустотелые кирпичи) имеют много пустот и пор и соответственно низкую прочность на сжатие. При выборе креплений в таких строительных материалах следует быть очень внимательным к пригодности и правильности их установки, в этом случае годятся, например, дюбели с длинной распорной зоной или инъекционные анкеры с креплением формой – особенно в пустотелых блоках из легкого бетона с пустотами, заполняемыми полиэстеровым составом.


Листовые строительные материалы представлены тонкостенными материалами, как правило, имеют низкую прочность, например, гипсокартонные плиты “Rigips”, “Knauf”, «Волма», гипсоволокнистые плиты; ДСП (древесноволокнистые плиты), фанера и.т.д.
Для достижения оптимального результата используйте крепления специального назначения, которые обычно называются креплениями для пустотелых материалов. Это, например, полимерные или металлические дюбели, устанавливаемые снаружи через отверстие. В этом случае крепления должны выбираться с анкеровкой формой, т.е. они должны фиксироваться непосредственно на обратной стороне плиты или в полости.

СВЕРЛЕНИЕ:
Метод сверления зависит от строительного материала. Можно выделить четыре способа сверления:

Сверление вращением: чистое сверление рекомендуется для пустотелых кирпичей и строительного материала с низкой прочностью для того, чтобы диаметр полученного отверстия не оказался недопустимо большим и чтобы не разрушить внутреннюю структуру пустотелых кирпичей.

Сверление вращением с большим числом легких ударов посредством ударной дрели. Рекомендуется для полнотелого строительного материала с плотной структурой.

Перфорирование: сверление вращением с меньшим количеством ударов большой силы. Также рекомендуется для полнотелого строительного материала с плотной структурой.

Сверление алмазными сверлами или коронками, которое используется для получения отверстий больших диаметров или в армированном бетоне.

МОНТАЖ:
Во время монтажа следует обратить внимание на следующие аспекты:
Краевое и осевое расстояния, а также толщина и ширина строительного материала должны соответствовать нормативным требованиям для обеспечения заявленной несущей способности креплений во избежание раскалывания/отслаивания и растрескивания строительного материала. Что касается полимерных дюбелей, необходимое краевое расстояние 2 х hef (hef — глубина анкеровки) и осевое расстояние 4 х hef. Краевое расстояние может быть уменьшено, по крайней мере, на одну длину крепления1 x hef, если направление распора дюбеля параллельно краю стены.
Глубина просверленного отверстия, за несколькими исключениями, должна быть больше, чем глубина анкерного крепления. Таким образом, сохраняется место для оставшейся в отверстии буровой муки и для выходящего за пределы дюбеля шурупа, что обеспечивает надежность крепления. Соответствующая глубина отверстия для всей продукции приведена далее в таблицах каталога.

Очистка просверленного отверстия от буровой муки продувкой или отсасыванием обязательна. Неочищенные отверстия уменьшают несущую способность. Буровая мука оказывает негативное воздействие на функционирование крепления в отверстии.

ВИДЫ МОНТАЖА
1. Монтаж с предварительной установкой крепления: в этом случае анкер (дюбель) монтируется заподлицо с поверхностью строительного материала. Просверленное отверстие в анкерной основе больше, чем монтажное отверстие в присоединяемой детали.
Последовательность монтажа: отмечается расположение мест анкеровки в строительном материале в соответствии с расположением отверстий в прикрепленном изделии.
2. Сквозной монтаж рекомендуется для серийных монтажных работ и особенно при монтаже изделия более, чем с двумя точками крепления: Отверстия в монтируемом изделии могут служить шаблоном для сверления отверстий в основе, так как диаметр отверстий в монтируемом изделии по крайней мере такой же, как и в строительных материалах. Помимо упрощения процесса монтажа достигается высокая точность подгонки отверстия под детали крепления.  Крепление вставляется в отверстие через монтируемое изделие и затем закрепляется. Для рамного и фасадного крепежа с шайбами крепление устанавливается через шайбу до края дюбеля.
3. Дистанционный монтаж используется для закрепления монтируемых изделий в осевом направлении на определенном расстоянии от анкерной основы с растягивающими и поперечными усилиями. Для этого обычно используются металлические анкеры с метрической внутренней резьбой, к которым могут крепиться болты или резьбовые шпильки стопорными гайками.

Полезная длина и глубина крепления: помимо вида монтажа также нужно принимать во внимание полезную длину и толщину крепления.

Полезная длина da (толщина крепления) обычно соответствует толщине крепежных приспособлений монтируемых изделий. При применении анкеров с внутренней резьбой и установке заподлицо она обычно определяется соответствующим выбором длины винта (шурупа). При сквозном монтаже при применении анкерных болтов максимальная полезная длина устанавливается дюбелем (анкером). Наше новое поколение анкерных болтов (например, FBN) имеет две границы допускаемых величин глубины анкеровки, что обеспечивает широкий диапазон полезной длины.

Если основа анкерного крепления покрыта штукатуркой или изоляционным материалом, то необходимо выбирать шуруп или крепеж для сквозного монтажа с такой полезной длиной, которая была бы равна, по крайней мере, толщине штукатурки плюс толщине монтируемой детали.

Глубина анкеровки hef при использовании полимерных и стальных дюбелей равна расстоянию между наружным краем несущей основы до конца распорной части дюбеля (анкера), а для химических анкеров до конца винта.

НАГРУЗКИ
Важны не только строительный материал и вид монтажа для выбора крепления, а также нагрузки и усилия, которые возникают при монтаже изделия. Насколько велики усилия ? В каком направлении они действуют? И где прилагаются? Эти усилия характеризуются: величиной, направлением и точкой приложения. Величина силы измеряется в кН (КилоНьютон – 1 кН = 100 кгс), а изгибающие моменты в Нм (Ньютон на метр – 1 Нм =0.1кгс.м)

Следующие нагрузки особенно важны при выборе правильного крепления:
а) Предельные нагрузки, т.е. такие нагрузки, которые приводят к разрушению анкерной основы, вытягиванию крепления из основы, разрушению дюбеля/анкера.

б) Характерные разрушающие усилия (5% фрактиля, т.е. в 95 % всех случаев испытаний достигаются или превышаются эти разрушающие усилия).

в) Допускаемые нагрузки – это рабочие нагрузки, которые уже содержат в себе соответствующий коэффициент запаса прочности. Эти нагрузки определены в соответствующих технических допусках и применимы при соблюдении условий допусков.

г) Рекомендуемые нагрузки или максимальные рабочие нагрузки, содержащие соответствующий коэффициент запаса прочности.

Для определения максимальной допускаемой нагрузки необходимо разделить разрушающее усилие на коэффициент запаса прочности:

Макс.рабоч. нагрузка = Разрушающее усилие (F) / Коэффициент запаса прочности (Y)

рекомендуемые коэффициенты запаса прочности по предельной нагрузке:
– стальные и химические анкеры Y >=  4
– полимерный дюбель Y >= 7

рекомендуемые коэффициенты запаса прочности по характерной разрушающей нагрузке:
– стальные и химические анкеры Y >= 3
– полимерный дюбель Y >= 5

Например для стального дюбеля с предельным разрушающим усилием 40 кH допускается нагрузка:

Fдоп. = 40 kN / 4 = 10 kN

Эти коэффициенты запаса прочности являются стандартными рекомендациями, используемыми для креплений, если ничего другого не указано в таблицах данного каталога.

У креплений с допусками коэффициент запаса прочности уменьшается до Y = 2.52, что подтверждено многочисленными испытаниями: это означает, что монтаж может быть оптимальным при использовании креплений с допусками.

 КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ АНКЕРОВКИ

Для того, чтобы безопасно распределить описанные виды нагрузки, в основании могут использоваться различные механизмы закрепления.

При анкеровке трением распорная часть дюбеля прижимается к стенкам отверстия и внешняя сила компенсируется силой трения.

При анкеровке формой геометрия дюбеля принимает форму задней части просверленного отверстия и/или полости.

При химической анкеровке искусственная смола или раствор соединяет поверхность анкера и анкерную основу.

ВИДЫ РАЗРУШЕНИЙ:

Перегрузка анкерного крепления, неправильный монтаж и недостаточно прочная несущая основа могут привести к следующим видам разрушения крепежной системы:

Отрыв основы анкерного узла (растягивающее усилие “N или срезывающее V”слишком большое , недостаточная прочность основы анкерного крепления, недостаточная глубина установки анкера).

Растрескивание строительной детали (слишком малые размеры строительной детали, не выдержаны краевые и осевые расстояния, слишком высокое распорное давление).

Вырыв анкера из отверстия (отказ анкеровки из-за слишком высокой нагрузки или неправильного монтажа, облом стального анкера, прочность шурупа/болта недостаточна для прилагаемой нагрузки).

ТРЕЩИНЫ В БЕТОНЕ
Трещины в бетоне могут возникнуть в любом месте и в любое время из-за высоких нагрузок таких, как собственный вес, транспорт, ветровая нагрузка, усадка или ползучесть в бетоне, или из-за внешних воздействий таких, как землетрясения или смещения земли, которые вызывают силы напряжения и деформации, и приводят к образованию трещин.

Например: прогиб моста происходит из-за силы сжатия, оказываемой на дорожное полотно. Зона сжатия находится в верхней части дорожного полотна, в то время как растягивающие усилия и деформация происходят в нижней части дорожного полотна. Однако, бетон не в состоянии воспринимать растягивающие усилия. Эту функцию берет на себя стальная арматура, которая растягивается без повреждения. Так как бетон не пластичен и не может растягиваться до такой степени, в нем появляются трещины, едва видимые невооруженным глазом (допустимая ширина до 0.4 мм). Такие зоны бетона называются разорванными, растянутыми.

2. Пожарная безопасность

Строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г). Горючие материалы подразделяются на четыре группы — Г1, Г2, Г3, Г4. Горючесть и группы горючести устанавливаются по ГОСТ 30244. Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются.
Конструктивный элемент, наоборот, состоит из различных возгораемых и невозгораемых строительных материалов, которые не подразделяются на классы огнестойкости, они рассматриваются в целом, в зависимости от периода времени до их возгорания.

Строительные конструкции
Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует класс ее пожарной опасности.

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:  потери несущей способности (R); потери целостности (Е);  потери теплоизолирующей способности (I).

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247.
По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса: К0 (непожароопасные); К1 (малопожароопасные);  К2 (умереннопожароопасные); К3 (пожароопасные).

Класс пожарной опасности строительных конструкций устанавливают по ГОСТ 30403. Поэтому крепления, которые используются в этих конструкциях, должны иметь, по крайней мере, тот же период огнестойкости.
Пожаробезопасность предотвращает пожары или в случае пожаров минимизирует последствия. В этом случае очень важно поведение строительных материалов и их компонентов. Чем больше их огнестойкость, тем дольше эвакуационные проходы остаются свободными, тем больше времени остается на эвакуацию людей. Крепления и анкеры играют здесь такую же важную роль, как и все остальные конструктивные элементы.

Крепежная технология является очень важной с точки зрения пожарной безопасности: например, чтобы обезопасить функциональную и конструктивную стабильность ограждений, сетей общего пользования или элементов перекрытия.

3. Коррозия

Коррозия – это химическая реакция, при которой металл разлагается. Чем металл менее благородный (по «электрохимическому потенциалу»), тем более интенсивно он разлагается. Он или превращается в куски ржавчины или совсем разрушается. Различаются различные типы коррозии. Наиболее часто встречающиеся типы коррозии в креплениях и анкерах следующие:

Поверхностная коррозия: в данном случае металл подвергается коррозии относительно равномерно по всей поверхности или в каком-то месте поверхности. Примером этого является визуально не обнаруживаемая ржавчина, которая конденсируется в отверстии прикрепления болта к анкерной плите, В результате крепление, которое кажется нетронутым снаружи, спонтанно разрушается.

Биметаллическая коррозия: если металлы неоднородные по электрохимическому потенциалу находятся в электрическом контакте через общий электролит, то менее благородный металл (анод) корродирует с большей скоростью. Соответственно, нержавеющая сталь обычно не подвергается опасности. Что важно – это соотношение поверхностей двух типов металлов: чем больше поверхность благородного металла по сравнению с менее благородным металлом, тем больше становится коррозия. Например, если большие листы нержавеющей стали прикручены оцинкованными болтами, то болты очень быстро подвергнутся коррозии. И наоборот, если использовать болты из нержавеющей стали для оцинкованных листов, то они долго не ржавеют.

Коррозионное растрескивание под нагрузкой: напряжение и как следствие коррозия металла может быть обусловлена внешними и внутренними нагрузками на металл. В данном случае трещины образуются в результате механического напряжения, которое растет под действием возрастающих нагрузок, таким образом подготавливая почву для прогрессивной коррозии. Например, это происходит со сталью А4, находящейся в содержащей хлор среде (закрытых бассейнах и.т.д.). Коррозионное растрескивание под нагрузкой у креплений не обнаруживается визуально и обычно приводит к внезапному обрушению крепления.

Существуют различные методы защиты креплений от коррозии.
Гальваническое цинкование – это наиболее часто применяемый метод защиты от коррозии металлических креплений из стали с нанесением цинкового покрытия. Оно состоит из металлического покрытия слоем толщиной от 5 до 10 микрон. Гальванизация выполняется или методом пассивирования с голубым покрытием, который придает анкеру серебристый оттенок, или хроматированием с жёлтым покрытием. Так как покрытие со временем стирается, то такая гальванизация обеспечивает необходимую защиту от коррозии только в сухих внутренних помещениях.
Крепления из нержавеющей стали A4 (№ 1.4401 или 1.4571) применяются во влажных помещениях, в открытой среде, в промышленной среде или на объектах на морском берегу(но не в морской воде). Эти виды стали являются сплавами с 12% содержанием хрома, который образует защитный слой в виде пассивирования на поверхности стали.
Крепления из специальных сплавов (например, сталь №. 1.4529) применяются в агрессивной среде, содержащей хлор, в дорожных туннелях или в местах непосредственного контакта с морской водой. В этом случае содержание хрома в нормальной нержавеющей стали ниже 12%. Защитный пассивированный слой исчезает и анкер становится восприимчивым к коррозии. Но есть специальные сплавы с высокой коррозийной стойкостью в агрессивной среде благодаря высокому содержанию молибдена. Сталь, состоящая из 50% сплава, значительно превосходит обычную, с низким содержанием или сталь с 30% содержанием сплава. Это означает, что сталь 1.4529 состоит из 58% сплава хрома, молибдена и никеля. Остальное процентное содержание составляет железо и углерод, поэтому производство таких типов стали с высоким содержанием дорогих металлов достаточно дорого.