Применение углеволокна в строительстве

Углеродное волокно: что это за материал

Продукт является многослойным полимерным веществом с композитной структурой. Образуется из тончайших нитей, размером до 15 микрон. Они состоят из углеродных атомов, которые образуют кристаллообразную сетку. Кристаллы размещаются параллельно друг к другу, что обеспечивает стройматериалу отличную прочность на растяжение.

Из чего делают

Сырье, из которого делают карбон – органические волокна. В ходе производства из исходного продукта удаляют все, кроме атомов углерода. Для этого материал окисляют кислородом при температуре +250°С.

Второй этап производства – нагрев до +800°С, а затем до +1500°С в среде азота или аргона. Процесс карбонизации заканчивается образованием в материале графитовой структуры. Третья стадия – графитизация. Сырье нагревается до +3000°С. По окончании обработки в нем остается не более 1% примесей. Делают карбон в виде полотен, лент, ламелей или пряжи.

Основные требования к производству:

• Карбоновые волокна должны располагаться параллельно;
• Для сохранения структуры компонентов армирования применяется специальная стеклосетка;
• Углепластик изготавливается с учетом всех нормативов технологии для соответствия действующим строительным стандартам.

Основные характеристики

Углеводородное волокно обладает рядом свойств, полезных в строительстве:

• Отличная прочность на растяжение.
• Высокая адгезия к основаниям с разной структурой – углепластиковые полотна прочно фиксируются и не отклеиваются при механических и других воздействиях.
• Устойчивость к окислению.
• Легкость и прочность – при минимальном весе материалы выдерживают сильные нагрузки. Прочность карбона выше, чем у металла.
• Инертность к влаге и химическим соединениям – поверхность полотен глянцевая, что пресекает реакцию с водой и со многими веществами.
• Ударопрочность и стойкость к возгоранию – углепластик не поддерживает огонь и не способствует его распространению.
• Возможен ремонт любого типа без полного закрытия здания и корректировки режима эксплуатации.
• Простота ремонта – выполняется без использования тяжелой строительной техники, сложного оборудования и привлечения профильных специалистов.
• Универсальность – материалы подходят для укрепления любых конструкций. Эффективны на неровных покрытиях, закругленных и угловых частях, балочных компонентах, рамных сооружениях и т.д.

Для сохранения свойств, перед применением углеродистое волокно пропитывается 2-компонентной эпоксидной смолой, которая выступает связывающим компонентом. После полимеризации стройматериал образует армирующий «корсет» исключительной прочности. Характеристики карбона сохраняются в течение 75 лет.

Применение

Эффективность и универсальность материала позволяет использовать его для армирования сооружений из:

• Металла – к ним относятся стальные каркасы, балки, перекрытия, ригели и т.д. Стальные конструкции характеризуются близким к углепластику показателем прочности и упругости.
• Железобетона – мосты, гидротехнические объекты, жилые, промышленные коммерческие здания, архитектурные памятники, которые нуждаются в сохранении целостности и защите от ударных воздействий, влияния погоды и т.д.
• Камня – столбы, стены домов и пилонов.

Углеволокно также подходит для усиления конструкций из кирпичной кладки и дерева в объектах любой сложности и назначения. Востребовано при перепланировках, в ходе которых вносятся изменения в несущие элементы. Задействуется при реконструкции объектов или изменении этажности зданий. Применяется в Москве и других регионах, где возникают грунтовые подвижки.

Потребность в ремонте перечисленных и других постройках возникает в таких случаях:

• Повреждение оснований, что стало причиной уменьшения несущих свойств, жесткости и других параметров;
• Изменение условий эксплуатации объекта – увеличение величины и характера нагрузок, переоснащение, переоборудование или смена производства;
• Строительство сооружений для повышения их сейсмостойкости и увеличения интервалов между плановыми ремонтами;
• Длительное воздействие на постройку механических нагрузок или агрессивных сред, что привело к растрескиванию бетона или другого исходного материала.

Если угольное волокно выбрано в качестве основного укрепляющего элемента, при ремонте нужно руководствоваться СП 164.1325800.2014.

Методика укрепления конструкций углеволокном

Работы начинаются с подготовки основания. Поверхность нужно очистить от старой штукатурки, грязи и других частиц, затем сделать конструкционную разметку участков, к которым будут крепиться полотна. Чистка проводится вручную, с помощью пескоструйных аппаратов или углошлифовальных устройств. Поверхность должна быть качественно обработана, поскольку уровень подготовки основания влияет на результат. При наличии трещин, скол и других дефектов их нужно устранить, чтобы покрытие было ровным.

Далее проводится расчет усиления конструкций. Изысканиями занимаются профильные инженеры с использованием профессионального оборудования. Результаты расчетов заносятся в проект реконструкции

Следующий этап – подготовка углепластика. Важно, чтобы на поверхность материалов не попадала пыль и грязь. Иначе углеволокно не сможет хорошо пропитаться эпоксидной смолой. Поэтому перед раскроем сетки или холста поверхность застилается полиэтиленом. Далее вырезаются куски полотен согласно разметке. Используются ножницы или нож. По окончании подготовленные куски обрабатываются эпоксидной смолой.

Методика монтажа на ремонтируемые поверхности зависит от вида материала. Например, лента может фиксироваться сухим или мокрым способом. В обоих случаях на основание предварительно наносится адгезивный слой. При сухой методике лента прикрепляется и пропитывается только после прокатки валиком. При мокром способе материал изначально обрабатывается адгезивом, а затем прокатывается валиком.

Углеродные полотна можно клеить в два или более слоев, в зависимости от конструкции и степени повреждений. После затвердевания углепластик становится гладким, поэтому дальнейшая отделка не потребуется.

При креплении углеволоконных ламелей, связывающий элемент наносится не только на поверхность, но и на материал. После фиксации ламели подлежат раскатыванию валиком. Карбоновая сетка крепится на бетонную, предварительно увлажненную базу. Фиксируется сразу после нанесения адгезива и слегка вдавливается в эпоксидную основу. После нанесения нужно дождаться первичной фиксации. Для увеличения защитных характеристик сверху на углепластик клеится дополнительный запечатывающий слой.

По окончании ремонта конструкции укрепляются, восстанавливаются несущие свойства основных элементов сооружений. Снимаются или перераспределяются разрывающие, давящие или сжимающие нагрузки на фундамент, несущие стены и прочие основания. В регионах, где возможны землетрясения, повышается сейсмическая устойчивость построек.

Усиление зданий и отдельных конструкций карбоновым волокном – прогрессивный и экономичный способ упрочнения. Композиты намного легче и тоньше, чем металлическая арматура и другие подобные компоненты. Поэтому они не оказывают дополнительную нагрузку на основания и не сокращают полезное пространство во внутренних помещениях, что важно для зданий, как жилого, так и промышленного назначения.