Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

 Усиление конструкции – один из основных (если не самый основной) этапов любого процесса строительства, который связан со стабилизацией и ростом общей прочности сооружения. Усиление конструкций углетканью – технология, которой чуть больше 20 лет и которая справедливо считается прогрессивной.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Особенности

У этого простого, но супердейственного метода внушительный перечень преимуществ, который объясняется свойствами материала.

Чтобы выполнить действия по усилению, не нужно пользоваться специальной техникой с большими возможностями грузоподъемности, так как углеродное волокно маловесно.

Сами работы ведутся в10 раз быстрее по сравнению с другими технологиями. При этом углеткань не только делает конструкцию прочнее – она улучшает и несущую способность.

Углеродное волокно – это полиакрилонитрил (обработанный высочайшими температурами). В ходе армирования волокно подвергается пропитке двухкомпонентной эпоксидной смолой, после чего фиксируется на поверхность самого объекта.

Та же эпоксидная смола демонстрирует очень эффективную адгезию относительно железобетона, и когда случается химическая реакция, углеродное волокно становится жестким пластиком, который по своей прочности в 6, а то и 7 раз превышает прочность стали.

Углеволокно ценится и за то, что оно не боится коррозии, устойчиво к агрессивным факторам окружающей среды. Нагрузка на объект по массе не растет, а эксплуатироваться усилитель способен 75 лет и более.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкцийПрименение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Требования к углеволокну:

  • волокна должны располагаться параллельно;
  • чтобы сохранить структуру элементов армирования, используется особая стеклосетка;
  • углеволокно производится строго по требованиям технологий и соответствует стандартам качества.

Среди других замечательных свойств материала – защита конструкции от влаги. Волокно прекрасно справляется с такой функцией, как создание плотного водонепроницаемого слоя. Это высокопрочный материал, если дело касается характеристик растяжения, значение углеродного волокна достигает 4900 МПа.

Привлекают и простота, действительно высокая скорость монтажного процесса, то есть всякий объект можно усилить в сжатые сроки, не тратясь на аренду техники и вызов большого числа специалистов. И эта экономия на трудозатратах, на ресурсах временных и денежных делает углеродное волокно топовым продуктом в своем сегменте.

Отдельно стоит отметить эффективность технологии армирования углеволокном. Она будет таковой, если соблюдено несколько условий: это и естественная влажность сооружения, не препятствующая самой возможности монтажа армирующего материала, и надежность крепления, и стабильные по временным параметрам свойства как волокна, так и клея.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкцийПрименение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Где применяется?

Основное направление применения – усиление железобетонных конструкций. Укладывается волокно на те участки конструкции, на которые приходится наибольшее напряжение.

Какие основания для усиления строительных конструкций можно выделить:

  • физическое старение объекта, фактический износ материала и отдельных элементов конструкции (плит перекрытия, колонн и т. д.);
  • такое повреждение бетонной конструкции, которое снизило ее несущую способность;
  • перепланировка помещения, при которой в несущие конструктивные узлы вносятся коррективы;
  • ситуации, когда поступает запрос на увеличение этажности зданий;
  • усиление конструкций, продиктованное аварийной ситуацией и ее срочным разрешением;
  • грунтовые подвижки.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкцийПрименение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкцийПрименение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Но не только с железобетоном так удачно взаимодействует углеволокно. То же относится и к металлоконструкциям, обладающим родственным к углеродному волокну модулем прочности и упругости. Можно работать и с каменными конструкциями, например столбами, стенами домов из кирпича.

Деревянные балки перекрытия тоже нужно усиливать, если состояние балочной системы требует вмешательства, если несущая способность очевидно снижена.

То есть углеволокно является отличным и многофункциональным материалом внешней защиты конструкций из бетона, металла, камня, дерева.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкцийПрименение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Технология армирования

Рекомендации – это теоретическая основа процесса, не очень трудоемкого, но все же требующего внимания ко всем деталям.

До начала внешнего армирования углеродным волокном нужно осуществить конструкционную разметку, то есть надо очертить участки, где будут зафиксированы укрепляющие элементы.

 Замеры производятся вместе с очищением поверхности от старой отделки, от цементного молочка. Для этого используется углошлифовальный прибор с алмазной чашкой. Другой вариант – водо-пескоструйный аппарат.

И очищение происходит до того момента, пока не будет обнаружен крупный бетонный заполнитель.

Все вышеуказанные действия нуждаются в очень ответственном исполнении, так как уровень подготовки основания к армированию напрямую влияет на конечный результат. Работа по эффективности усиления начинается еще с подготовительных действий.

На что надо обратить внимание:

  • каковы характеристики целостности/прочности материала объекта, который предстоит усиливать;
  • ровной ли является поверхность, куда будет монтироваться углеродное волокно;
  • каковы температурные и влажностные показатели поверхности, куда фиксируют усиливающий материал;
  • есть ли на месте наклеивания пыль, грязь, достаточно ли она очищена перед предстоящими процедурами, не будет ли недостаточная очистка мешать адгезии основания и углеродного волокна.

Конечно, производится и расчет усиления конструкций, на основании которого и осуществляются работы. Этим делом должны заниматься только высококвалифицированные специалисты. Безусловно, любые самостоятельные расчеты чреваты непростительными ошибками. Обычно такие задачи решают профи проектных организаций.

Для расчета усиления объекта углеволокном нужны:

  • результаты экспертиз и обследования самих объектов усиления;
  • качественные, детализированные фото поверхности объекта;
  • детальные пояснения.

Расчет обычно занимает 1-5 рабочих дней, это зависит от востребованности специалистов, их занятости и пр.

Само углеволокно реализуется рулонами, запакованными в полиэтилен. Важно, чтобы в ходе подготовки рабочей поверхности на материал армирования не попадала пыль. А она будет – и чаще всего в ходе бетонной шлифовки. Если поверхность не обеспылить, не защитить от ее попадания, материал просто не сможет пропитаться веществом – работа будет бракованной.

Потому перед раскроем сетки/ленты рабочая поверхность всегда застилается полиэтиленом, и лишь затем можно приступать к замерам. Чтобы обрезать углеводородную сетку и ленту, подготовить надо или ножницы по металлу, или канцелярский нож.

А вот углеволокно в виде ламелей режется углошлифовальной машинкой с отрезным кругом.

Адгезивом служат составы из двух компонентов, потому придется самому эти компоненты смешивать в нужных пропорциях. Чтобы эти пропорции не нарушить, в процессе дозирования надо пользоваться весами.

Правило железное, и оно такое: смешиваются компоненты плавно, постепенно соединяясь, масса перемешивается дрелью со специальной насадкой.

Если в этом процессе допущены ошибки, это может стать причиной закипания адгезива.

Важно! На стройрынке сегодня можно найти адгезивный материал, который продается в двух ведрах. Нужные пропорции двух компонентов уже отмеряны, их просто останется перемешать по инструкции.

Еще одно средство, которое берется в процессе приготовления смеси, – это полимерцементный адгезив.

Он реализуется в мешках, отличается от предыдущего состава тем, что его разводят водой по инструкции.

Монтажная технология зависит от того, какой тип материала выбран. Углеродная лента крепиться к базе может двумя способами: сухим либо мокрым. Технологии имеют общее свойство: на поверхность базы наносится адгезивный слой.

Но при сухом методе лента крепится к базе и пропитывается адгезивом исключительно после прикатки валиком. При мокром способе эта же лента изначально пропитывается адгезивным составом и уже потом прикатывается валиком к обрабатываемому основанию.

Вывод: эти способы отличаются последовательностью монтажного процесса.

Особенности монтажа:

Чтобы пропитать углеволокно адгезивом, слой этого состава наносят на поверхность волокна, проходятся валиком, добиваясь следующего: верхний слой адгезива попадает вглубь материала, а нижний – появляется снаружи.

Углеродную ленту клеят и в несколько слоев, но все же больше двух делать не стоит. Это чревато тем, что при фиксации к потолочной поверхности материал просто сползет под своим же весом.

https://www.youtube.com/watch?v=el5i-QsfhUQ\u0026t=13s

Когда адгезив полимеризуется, он будет идеально гладким, то есть отделка в дальнейшем фактически исключена.

Потому не надо ждать засыхания, а на только что обработанную поверхность нужно нанести песочный слой.

Когда монтируются углеродные ламели, связующий состав наносится не только на тот объект, который предстоит усилить, но и на сам монтируемый элемент. Ламель после фиксации нужно прикатить шпателем/ валиком.

Углеродная сетка крепится на бетонную, изначально увлажненную базу. Как только нанесен адгезив (вручную или механически), тут же нужно раскатить сетку, не дожидаясь высыхания состава сцепления. Сетка должна немного вдавиться в адгезивный состав. Специалисты предпочитают на этом этапе пользоваться шпателем.

После этого надо дождаться, пока состав первично схватится. А понять это можно путем надавливания – это не должно быть легко. Если палец продавливается с большими усилиями, значит, материал схватился.

И это служит сигналом, что пора наносить финишный слой полимерного цемента.

Адгезив, сделанный на базе эпоксидных смол, является горючим веществом. Под ультрафиолетовым воздействием он еще и рискует стать очень хрупкими. Потому использовать такие составы нужно с предусмотренной огнезащитой объектов, которые предстоит усилить.

В целом усиление сооружения углеродным волокном – это прогрессивный, со многих точек зрения экономичный способ упрочнения сооружения и его элементов. Композиты, которые применяются при усилении, гораздо легче и гораздо тоньше более привычных материалов.

К тому же внешнее армирование – это универсальная современная методика.

Она используется как на этапе строительства здания, так и при ремонте, при реставрационных работах, то есть чтобы усилить конструкцию, во многих случаях даже нет необходимости приостанавливать ее эксплуатацию.

Углеродное волокно усиливает элементы жилых и производственных зданий, архитектурных сооружений, транспортных и гидротехнических объектов и даже объектов атомной промышленности.

Ну а те, кто считает, что использование новых материалов и технологий – это всегда дороже традиционных решений, априори ошибаются в расчетах. Прочность конструкций повышается в разы, здание не перестает эксплуатироваться во время ремонта (а это могло бы вызвать финансовые потери более серьезных размеров), по времени такой ремонт очень быстр.

Читайте также:  Мягкая отмостка дома своими руками: пошаговая инструкция

Специалисты считают, что экономия средств составляет около 20%.

О том, как усилить доски углеволокном, вы можете узнать из видео ниже.

Усиление конструкций углеволокном в Казани – система внешнего армирования CarbonWrap®

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

В практике реконструкций зданий и сооружений часто возникает необходимость усиления конструкций или их частей. Она может быть вызвана износом или повреждением здания, модернизацией объекта. Перед началом работ проектировщики выполняют расчет усиления в соответствии с технологиями строительной механики и сопромата. Немаловажным аспектом, влияющим на результаты работы, является выбор материалов, применяемых для усиления.

Усиление конструкций углеволокном — продуктивная строительная технология, с использованием материалов с углеродными волокнами. Этот метод уже доказал свою высокую эффективность даже в зонах сейсмической активности.

Система внешнего армирования CarbonWrap®, представлена на рынке стройматериалов еще с конца 80-х годов прошлого века. С ее помощью по всему миру реализовано множество проектов по усилению строительных конструкций жилых и промышленных зданий и сооружений, объектов энергетики, транспортной инфраструктуры, резервуаров, трубопроводов и пр.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Она предназначена для усиления конструкций углеволокном с целью дальнейшего устранения разрушения бетона и коррозии арматуры, процессов, происходящих в результате длительной эксплуатации строительных сооружений, в условиях воздействия природных агрессивных сред, а также из-за сейсмоусиления.

Усиление углеволокном: в чем оно заключается и его преимущество

Материал для усиления углеволокном представляет собой линейно-упругий композит в виде нитей разной толщины — от 5 до 15 микрон.

Такие волокна, объединенные в микроскопические кристаллы, способны значительно повысить прочность материала при его натяжении. Их прочность существенно выше технических свойств металла. По твердости углеволокно в несколько раз превышает металл.

Благодаря этому его используют для усиления конструкций важных строительных объектов в оборонной и в аэрокосмической сферах.

Преимуществом метода усиления конструкции углеволокном, в отличии от других технологий, является его простота в реализации. Усиление осуществляется наклеиванием на поверхность армируемых зон элементов углеродных лент посредством связующих специальных составов.

Ленты имеют высокую прочность, препятствующую растяжению. Их можно крепить к растянутым и сжатым частям и элементам конструкций, к различным стойкам и колонам, к консольным системам.

После наружного армирования наносится полимерцементный состав на поверхность, и далее выполняется финишная отделка и покраска.

Усиление углеволокном: где используется?

Метод усиления углеволокном может осуществляться для различных видов конструкций: каменных, железобетонных, бетонных, металлических, деревянных.

В проектировании строительства усиление углеволокном используют:

  • для повышения несущей способности и надежности строящейся конструкции,
  • для сейсмостойкости здания,
  • в целях увеличения межремонтных сроков.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

В реконструкции зданий и сооружений:

  • для армирования углеволокном несущих конструкций, их усиления, необходимого для восприятия сооружением повышенных нагрузок или обеспечения работоспособности здания по измененной конструктивной схеме.

В проектах усиления конструкций:

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

чтобы устранить последствия разрушения каменной кладки, бетона, коррозии арматуры из-за длительной амортизации зданий и сооружений, подвергающимся тяжелым нагрузкам при их эксплуатации. Усиление конструкции углеволокном посредством внешнего армирования происходит в несколько этапов. При осуществлении работы, мастер использует защитные средства – перчатки, респиратор, очки.

Этапы работы:

  1. вначале проводится ремонтная работа по выравниванию и обеспыливанию усиливаемой поверхности,
  2. осуществляют разметку поверхности для усиления углеволокном в соответствии с принятым проектом,
  3. приготавливают адгезив (связующий состав эпоксидных систем) — компоненты тщательно размешиваются электромиксером, а затем смешиваются в указанных пропорциях,
  4. адгезив наносится на размеченную поверхность толщиной в 1,5 мм,
  5. осуществляют раскрой углеродных ламелей, перед приклеиванием их обрабатывают ацетоном и сушат,
  6. адгезив наносят на ламели слоем толщиной в 1-2 мм,
  7. монтаж ламелей — их с некоторым усилием приклеивают, а затем еще сверху на них наносят адгезив,
  8. наносят верхнее защитное покрытие — последнее в системе усиления конструкции углеволокном.

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ УСИЛЕНИЯ УГЛЕПЛАСТИКОМ: ЭПОКСИДНЫЕ КЛЕЕВЫЕ СИСТЕМЫ МАРКИ CARBONWRAP® RESIN +

В ходе производства ж/бетонных и других конструкций незначительное отклонение от норм производства и постоянное воздействие окружающей среды могут существенно изменить качество железобетона.

Хорошо известна технология усиления ж/бетонных конструкций увеличением поперечного сечения привариванием дополнительной арматуры.

Вместе с таким стандартным решением уже более 20 лет существует и другой способ усиления, где вместо арматуры применяются углепластики и холсты, которые приклеивают эпоксидным составом к бетону.

Эпоксидный клей является важной составляющей в системе внешнего армирования. Он представляет собой эпоксидную систему из двух компонентов, замешиваемую в определенных пропорциях. Эпоксидный клей (CarbonWrap® марок Resin 230+ и Resin 530+) в системе усиления углеволокном применяют в качестве адгезива, склеивающего и пропитывающего обе поверхности.

А в качестве клеевого состава CarbonWrap® Resin Laminate+ его используют в системах усиления углепластиком для приклеивания ламелей, также для монтажа углеродных лент и холстов на влажных плоскостях (CarbonWrap® Resin WS+), для приклеивания углеродных лент и тканей на поверхности конструкций, эксплуатируюмых при температурах 60˚С — 110˚С (CarbonWrap® Resin HT+).

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Преимущества эпоксидных систем в схеме усиления углепластиком:

  • клей разработан специально для использования в СВА CarbonWrap®,
  • у него высокая адгезия к разным поверхностям: железобетонным, каменным, металлическим,
  • клеевой слой в системе отличается прочностью и долговечностью,
  • клей удобен для пропитки тканей простым ручным способом (марки CarbonWrap® Resin 230+, Resin WS+), а также для машинной пропитки (марки CarbonWrap® Resin 530+, Resin HT+),
  • его применяют в системах усиления углепластиком для лент и тканей любой плотности,
  • не требует применения отдельных грунтовочных составов.

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ УСИЛЕНИЯ УГЛЕВОЛОКНОМ: ШПАТЛЕВКА ЭПОКСИДНАЯ CARBONWRAP® PUTTY

Шпатлевка CarbonWrap® Putty состоит из двух компонентов, которые замешиваются в определенной пропорциональности. Она предназначена для подготовки основания строительной конструкции, подлежащей монтажу системы усиления углеволокном. Это начальный этап работы по установке системы внешнего армирования.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций

Характеристика и преимущества шпатлевки:

  • разработана специально для СВА CarbonWrap®,
  • не содержит растворителей,
  • у нее высокая адгезия к разным по составу конструкциям – бетону, железобетону, металлу, камню,
  • служит также для выравнивания поверхности.

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ УСИЛЕНИЯ УГЛЕВОЛОКНОМ: ЛАМЕЛИ УГЛЕПЛАСТИКОВЫЕ CARBONWRAP® LAMEL

В начале 60-х годов прошлого столетия в Великобритании и США были произведены углеродные и борные волокна, которые стали в основе инновационных композиционных стройматериалов.

В настоящее время выпускаемые углепластики и ткани нашли широкое применение в системах усиления каменных и бетонных конструкций, в том числе изгибаемых.

Прочность плит после усиления углеволокном возрастает в 1,4 — 2 и более раз.

Преимущества в использовании углепластиковых ламелей для усиления:

  • усиливают различные конструкции, в том числе большепролетные, в условиях действия на них повышенных нагрузок,
  • хорошо пропитываются и равномерно распределяются волокнами по сечению,
  • их хорошо использовать для выполнения усиления углепластиком конструкций высокоответственных объектов.

В системах усиления конструкции углеволокном применение углеродных сеток увеличивает несущую способность железобетона. Они применяются для обеспечения высокой стойкости у конструкций к атмосферным внешним воздействиям, для ремонта строительных старых поверхностей, при армировании тонкостенных и фасадных панелей.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкцийЖГУТ УГЛЕРОДНЫЙ CARBONWRAP® ANCHOR

В составе систем усиления высокопрочным углеволокном CarbonWrap® такой жгут применяется для закрепления углеродных лент и тканей. Анкерный жгут диаметром 12 мм длиной 10 м или 100 м наматывается и продается в рулонах.

ПРЕИМУЩЕСТВА:

  • легкий вес и простота его закрепления,
  • у него высокий предел прочности — не менее 3,7 ГПа,
  • область применения — усиление углеволокном армокаменных и каменных конструкций, также бетонных и железобетонных,
  • долговечность.

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ УСИЛЕНИЯ УГЛЕВОЛОКНОМ: РЕМОНТНЫЕ СОСТАВЫ CARBONWRAP® REPAIR

ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА:

  • износостойкость,
  • высокая прочность штукатурки уже в ранние сроки отвердения,
  • тиксотропность (при усилении углеволокном вертикальной или горизонтальной поверхности ремонтная смесь не оползает),
  • подходит для любого климата.

РЕМОНТНЫЙ СОСТАВ CarbonWrap® Repair ST (заполнитель крупный). Он применяется для локального восстановления геометрии конструкции (выбоин, сколов, трещин), а также улучшает эксплуатационные качества железобетонных, бетонных, каменных, кирпичных конструкций. Применяется при усилении углеволокном ремонтирующих и реконструирующих поверхностей.

РЕМОНТНЫЙ СОСТАВ CarbonWrap® Repair FS (финишный). Он применяется для локального восстановления геометрии конструкции (выбоин, сколов, трещин), а также для улучшения эксплуатационных качеств железобетонных, бетонных, каменных, кирпичных конструкций.

Он применяется при усилении углеволокном старых конструкций разного назначения при ремонте и реконструкции, а также во время возведения новых.

РЕМОНТНЫЙ СОСТАВ CarbonWrap® Repair Shotcrete (механическое нанесение).

Он применяется для локального восстановления геометрии конструкции (выбоин, сколов, трещин), а также для улучшения эксплуатационных качеств железобетонных, бетонных, каменных, кирпичных конструкций.

Применяется при усилении углеволокном во время ремонта и реконструкции различных старых конструкций и в новом строительстве.

НОРМАТИВНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ПО УСИЛЕНИЮ КОНСТРУКЦИЙ УГЛЕВОЛОКНОМ

Минстрой России утвердил в августе 2014 года свод правил проектирования по усилению углеволокном железобетонных строительных конструкций — СП 164.1325800.2014. Это один из нормативных документов, согласно которых обеспечивается соблюдение безопасности зданий и сооружений, в соответствии с ФЗ N 384 от 30.12.2009 г.

Читайте также:  Чем украсить окна — советы дизайнеров

Перечень других нормативных документов, где содержатся рекомендации по усилению конструкций углеволокном:

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкцийКОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА MONSTEROD®

Стекло- базальто- углепластиковая арматура для усиления конструкций товарной марки Monsterod® — это композитный полимерный материал, востребованный в строительстве и в промышленности. Композиты — это материалы нашего настоящего и будущего.

Предприятие, являющееся одним из лидеров этих чудо-материалов — московский завод ООО «НЦК». Арматура торговой марки Monsterod® изготавливается на заводе диаметром от 4 мм до 32 мм.

Мощность завод располагает выпускать свою продукцию — композитную арматуру — в объёме до 300 тыс. погонных метров в месяц.

ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕПЛАСТИКОВОЙ АРМАТУРЫ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

  • в дорожном строительстве для укрепления асфальтобетонных дорог,
  • в коттеджном строительстве для усиления углепластиковой арматурой конструкций из ячеистого бетона,
  • для усиления углепластиковой арматурой перекрытий и фундаментов хозяйственных построек и гаражей, различных промышленных объектов,
  • используют при устройстве опор железобетонных ЛЭП,
  • для усиления армированием шпал, а также столбов в мостостроительстве,
  • для усиления углепластиком объектов коммуникаций в горнодобывающей промышленности,
  • также используют усиление углепластиковой арматурой в сооружениях портов, также предназначенных для укрепления берегов,
  • для армирования бетонных емкостей в мелиорационных и очистных сооружениях.

ПРЕИМУЩЕСТВА УСИЛЕНИЯ УГЛЕПЛАСТИКОМ: ХАРАКТЕРИСТИКИ АРМАТУРЫ MONSTEROD®

  • высокая антикоррозионная стойкость к любым агрессивным средам,
  • морозостойкость, к тому же несущая способность усиленных углепластиковой арматурой конструкций при низких температурах увеличивается на 40%,
  • усиление у углепластика прочнее на разрыв, чем у прутков из стали класса А III,
  • углепластик по сравнению со стальной арматурой намного легче, это снижает затраты на транспортировку и погрузочные работы,
  • углепластик в бетоне служит дольше, чем стальная арматура.

УГЛЕРОДНАЯ ФИБРА MONSTERFIBER C

Материал для усиления углеволокном — это неорганическое вещество, состоящее из углерода на 92% — 99,9 % из углерода. Углеродные волокна получают методом ступенчатой термообработки полиакрилонитрила при высоких температурах (до 3200°С). По сравнению с такими материалами как алюминий или сталь или другими, материалы из углеволокна, применяющиеся для усиления конструкций, обладают более высокими показателями по прочности, сопротивлению усталости, более высоким модулем упругости.

Химическая и коррозионная стойкость углеродной фибры в несколько раз превышает аналогичные показатели стали.

ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕРОДНОЙ ФИБРЫ MONSTERFIBER C

  • дорожные и аэродромные плиты,
  • гидротехнические сооружения,
  • антистатические полимерные, а также наливные полы,
  • торкретбетон,
  • сухие строительные смеси,
  • строительные растворы,
  • ячеистые бетоны.

Достоинства в применении фибры из углеволокна для усиления конструкций

  • высокая морозостойкость,
  • повышенная трещиностойкость,
  • уменьшение микротрещин и снижение внутреннего напряжения при усадке в конструкциях,
  • составляет собой препятствие и мешает расслаивания бетонной смеси,
  • повышенная прочность при растяжении конструкций, армированных углеродной фиброй, или их изгибе,
  • высокая коррозионная стойкость,
  • она нейтральна к радиации.
  • Углеродную фибру при поставках транспортируют в полимерных мешках по 1, 2, 5, 10 кг или других, согласно пожеланию заказчика.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций своими руками

Усиление бетона углеволокном – сравнительно новый для отечественной ремонтно-строительной сферы метод, который в России впервые был реализован в 1998 году.

Суть метода заключается в наклеивании на поверхность нуждающейся в укреплении конструкции высокопрочного углеволокна, которое забирает часть усилий на себя и существенно повышает несущую способность упрочненного элемента/конструкции.

В качестве клеящего вещества обычно применяют специальные конструкционные связующие с высокой адгезионной способностью, сделанные на базе эпоксидных смол или минеральных составов.

Благодаря тому, что углеволокно обладает высокими физико-механическими свойствами, несущая способность конструкции повышается без потери полезного объема коробки и увеличения собственной массы здания. Обычно толщина усиливающих элементов варьируется в диапазоне 1-5 миллиметров.

Чаще всего реализуют усиление железобетонных конструкций, что объясняется высокими технико-экономическими показателями выполнения работ подобного типа. Но сама технология может применяться к зданиям/сооружениям из металла, дерева, камня и других материалов.

Применение углеродного волокна наиболее оправданно, так как материал считается самым недорогим и эффективным для исправления ошибок в проектировании, выполнении разного типа строительных работ.

Каким требованиям должно отвечать углеволокно:

  • Параллельное расположение волокна в структуре материала.
  • Для сохранения структуры армирующих элементов применяется специальная стеклянная сетка.
  • Углеволокно должно производиться в точном соответствии с технологией, соответствовать высоким стандартам качества.

Изготовленный по правилам материал демонстрирует уникальные свойства – обладает небольшим весом, не дает дополнительной нагрузки по весу, при минимальной толщине дает максимальную прочность. Армирующие углеволоконные элементы используются для усиления уже созданных конструкций и тех, что находятся еще в процессе строительства.

Усиление углеволокном

Усиление углеволокном возможно не только для монолита, но и для сборных элементов.

Пока еще фасадные панели и плиты перекрытия из углебетона – будущее и находятся в разработке, и скорее всего поначалу их цена будет запредельной.

Углеволокно производится по дорогостоящим технологиям и стоит соответственно, и это одна из причин, по которой широкое распространение углебетонных изделий и конструкций для строительства пока что фантастика.

По прогнозам специалистов, через 5-10 лет возможно вытеснение традиционного железобетона более легким и прочным композитным бетоном с углеволоконным усилением. Что касается усиления монолитных конструкций и реконструкции, то эта сказка уже стала реальностью.

Усиление углеволокном бетонных конструкций

Усилить бетонную ленту, перекрытие, балку, стойку можно как минимум двумя решениями:

  1. Проложить углеволоконный текстиль при бетонировании – по каждому слою заливаемого бетона. В итоге бетонируемая конструкция имеет несколько внутренних армирующих слоев.
  2. Перед бетонированием выполняются все стандартные операции – готовится основание, устанавливается и раскрепляется опалубка, но вместо металлического армокаркаса применяют арматуру из углеродного волокна. При этом есть интересный бонус: практически все нормы по защитному слою бетона, предназначенному для защиты корродирующей на воздухе стальной арматуры – больше не актуальны. На подбетонку можно устанавливать углеволоконные сетки с защитным слоем не 50-70 мм, что неплохо экономит бетонную смесь. То же касается и торцов балок, и поверхности ленты, армосетка может находится даже по верху бетонируемого элемента.

Усиление конструкций с использованием углепластика

  • Композитные варианты, к которым относятся работы с углепластиком, делят на три типа:
  • 1. Ленты углепластика с клеем из эпоксидной смолы – они применяются для усиления конструкций мостов и строений с длинными пролетами (в рулоне находится 250 метров погонных материала, который обладает исключительной жесткостью и высокой несущей способностью);
  • 2. Холсты углеродные с эпоксидным клеем – используются для балок, ригелей, колонн, различных перекрытий и других элементов строительства, холсты гибкие, за счет чего их можно нанести на любую поверхность;

3.

Сетка из углепластика на цементной связке – используется для кладки из кирпича или камня, хорошо показала себя и для железобетонных конструкций, имеет высокую огнеупорность и паропроницаемость.

Армирование углеволокном

Исходный вид углеволокон – это тончайшая микрофибра, пригодная для армирования и монолитного бетона, и эпоксидного гелькоата. Толщина фибры – 5-10 микрон, длина волокон различна. Укрепляют углеволокном и отделочные поверхности, и несущие элементы в массиве.

Что касается закладного армирования, то оно выполняется в строительстве «традиционно» — переработанными УВ-продуктами: карбоновым текстилем различных видов, холстами, ровингом, стержневой арматурой на полимерных смолах.

Последний вариант – пример работы карбоновых волокон не в качестве микроармирования для несущего элемента, но для надежного крепежа и фиксации.

По качествам прочности (в том числе на сдвиг и скручивание) и фиксации углеволоконная фибра во много раз превосходит стеклянную, полимерную и металлическую.

Усиление перекрытия углеволокном

Перекрытие, так же как и любую другую несущую конструкцию здания, можно усилить сеткой, ламелью или лентой из углеволокна методом наклейки в напряженной зоне (по расчету, но чаще всего это нижняя грань плиты в центре пролета). Цель усиления перекрытия – повысить несущую способность по изгибающим моментам.

Это относится и к сборным элементам – усиливают и монолитные и пустотные плиты по сходной технологии. В приопорных зонах для элементов перекрытий любого вида минимизируют развитие наклонных трещин – для этого применяют углеродные ленты или сетки в виде U-образных хомутов.

Возможно усиление не только ж/б, но и металлического, и деревянного перекрытия.

Усиление деревянных балок углеволокном

Деревянные элементы можно усилить обмоткой карбоновым полотном, ровингом, углетканью любого вида – в виде лент, лоскутов, фрагментов на наиболее нагруженных участках.

В частности, это узел опирания и центральный растянутый участок балки, а в стропильных деревянных системах – соединения и фиксация арок и ферм к подстропильному брусу (мауэрлату).

Оклеивание выполняют на эпоксидных смолах, также содержащих микроволокно углерода.

Шпатлевка с углеволокном

Акриловые окраски, венецианские декоративные штукурки, полимерный пол – все это примеры отличных, эстетичных и модных отделок.

Но без армирования в массе многие декоры слишком хрупки и непрочны, поэтому применение углеволокна в качестве фибры, а также закрепление стыков и швов панелей и облицовок под окраску с применением углеволоконного текстиля (ленты, полотна) – идеальное решение.

Читайте также:  Отделка стен ламинатом: как закрепить ламинат на стене

Применяют карбоновые ткани и при финишной отделке, и для выравнивания стен при штукатурке. Отдельная широкая сфера применения — авто-тюнинг и ремонт.

Внешнее армирование углеволокном

Системы внешнего армирования (СВА) применяют для всех видов строительных конструкций и для практически всех стройматериалов (древесина, железобетон, металлы, камень).

Цель внешнего усиления при восстановлении и реконструкциях – устранить последствия коррозий и разрушений вследствие природного негатива и долгой эксплуатации. Перспективны СВА и в сейсмостроительстве.

Методика внешнего армирования позволяет не изменять структуры и схемы конструкций, по сути это поверхностное усиление суперпрочными углеродными сетками, тканями, ламелями и другими продуктами на основе углеволокна.

При новом строительстве СВА включают обмотку несущего элемента (балка, армопояс, стойка, лента и т.д.) углеродным полотном или толстым ровингом, далее заливают защитный слой из бетона на тонком наполнителе (кварцевый мелкофракционный песок).

Один из плюсов метода – практически полное исключение коррозии внутренней стальной арматуры: внешнее усиление и защитный пескобетонный слой заключает элемент в прочную обойму.

Но основная цел СВА – усиление прочности и снижение веса строительных конструкций и элементов.

Преимущества композитных материалов

Усиление конструкций углеволокном представляет собой современный эффективный метод, демонстрирующий целый ряд явных преимуществ. Технология внешнего армирования ЖБ конструкций композитными материалами дает возможность выполнить процесс быстро и увеличить несущую способность конструкции в среднем в 4 раза (если сравнивать с иными материалами).

Основные достоинства усиления углеволокном:

  • Отсутствие необходимости привлекать для выполнения работ специальную технику благодаря малому весу материала.
  • Длительный срок эксплуатации (до 75 лет) – углеволокно не боится коррозии, агрессивного воздействия внешних факторов.
  • Нагрузка на здание не увеличивается, так как вес волокна минимален.
  • Возможность исключить серьезные эксплуатационные проблемы, появляющиеся в случае повреждения конструкций, минимизировать последствия повреждений.
  • Защита бетона от влаги, арматуры внутри монолита от коррозии благодаря способности волокна создавать водонепроницаемый плотный слой.
  • Высокая прочность на растяжение – материал демонстрирует значения в диапазоне 4900 МПа.
  • Простота, высокая скорость монтажа, что позволяет усилить любую конструкцию в малые сроки и без существенных затрат на привлечение людей, техники.
  • Работы можно проводить без остановки производства, движения транспорта.
  • Существенная экономия на трудозатратах, времени, финансах.

Общий принцип технологии простой – углеволокно наносят на участки бетонной или железобетонной конструкции в местах наибольшего напряжения. Решение конкретных задач может выполняться с применением сеток, ламелей, лент.

Работы проводятся эффективно и быстро. Любой бетонный или железобетонный элемент восстанавливает свои несущие характеристики, становится защищенным от влаги и коррозии, механических воздействий.

Углебетон

Разработан углебетон в техническом университете Дрездена, и если сравнивать со знакомым любому строителю армированным бетоном, то особой разницы нет – просто металлический армокаркас заменен на углеродный.

Улеволокна применяется для строительного бетона и усиления конструкций в виде нетканых полотен, сеток, ровинга и самого различного углеволоконного текстиля.

Поскольку углеродные нити сверхпрочные, то комбинации из десятков тысяч подобных нитей дают уникальные качества прочности несущим конструкциям.

Углебетон в монолитном строительстве

Для приготовления углебетона используется углеткань – нетканые полотна, нити в которых имеют толщину, измеряемую в микронах. Но полотно из десятков тысяч этих нитей – сверхпрочная основа материалов, называемых углеволоконным текстилем. Также применяют сетки, микроармирующую фибру. Основное применение углебетона в новом строительстве и реконструкции:

  1. Углебетонные несущие элементы и конструкции не идут в сравнение с армированным бетоном по массе – они в несколько раз легче. Перекрытие, стена, колонна из углебетона при аналогичной железобетону прочности возможны намного более тонкие и легкие. В свою очередь, снижение веса здания при условии стабильных грунтов основания позволяет применить гораздо менее массивный и дорогой фундамент, а при том что именно стоимость фундамента составляет 25-40% общей цены дома – экономия неплоха.
  2. При капитальном ремонте и восстановлении старых построек углебетоном и угле-материалами укрепляют несущее перекрытие, опорные стойки, прогоны всех видов. Специалисты и исследователи инновационного материала углебетона говорят, что усилением бетоном углеволоконным армированием можно будет реконструировать даже сооружения, до появления углебетона подлежащие сносу.

Производство углеволокна

Углеродное волокно относится к полимерам и представляет собой одну из форм графита (чистый углерод листового, или вернее «нитевидно-ленточного» атомарного строения).

Технологическая пиролизная цепочка связана с последовательным нагревом полимера (на самом деле нагрев этот цикличный и схема его очень сложная) под названием «полиакрилонитрил», или проще по обиходному — ПАН.

Постепенно и до все более высоких температур – при этом вещество теряет сначала водородные атомы, затем – при нагреве порядка 600 град начинается рост полимерных цепочек, при этом продолжается удаление газообразного водорода.

Далее полимер «жарят» до 1000 град и выше – до температур карбонизации и далее графитизации – это порядка 3 000 град (энергозатраты при этом крайне существенны, что объясняет высокие цены на углеволокно). Все процессы – в инертных средах.

Цепи становятся «лентами», у которых краевые атомы – азот, а структура уже полностью углеродная. Конец процесса – почти чистый углерод (на 99%) в форме графита, а это значит — плоского нитевидно-ленточного строения. Лента из сетки атомов углерода, которая «стремится» сложиться в нить – это примерное представление углеволокна без микроскопа. Далее начинается композитная технология, и в результате продукт — например, углерод-арамидная ткань.

Углеродное волокно само по себе использовать невозможно, но все композитные материалы основаны именно на нем, и в результате уникально прочны для своей массы. Использовать же композиты можно практически везде – в космических кораблях и спорттоварах.

Перечисленное – всего лишь первый этап технологической цепи углеволоконных продуктов, далее повышают адгезию нитей-жгутов с матрицей, выполняют тонкую обработку поверхностей – при этом «обнажаются» углеродные атомы для усиления ионного обмена, последний важный этап – защита готовых «нитей» аппретированием.

Возможно производство не только из ПАН, но и на основе вискозы, каменноугольных и нефтяных пеков, гидратоцеллюлозы. Углеволокно в виде конечного продукта можно увидеть в продаже в виде нитей, лент и тканей, нетканых полотне, сорбирующих изделий, а также и в дисперсном виде – порошки из размолотого углеволокна.

Приготовление компонентов

Углеродные материалы продаются смотанными и упакованными в специальный защитный полиэтилен. Не допускается попадание пыли, которой после шлифования бетона будет достаточно, иначе углеродное волокно не будет приклеиваться с помощью строительного клея на основе смолы, т. е.

получится производственный брак. Поэтому, заготовительную зону следует застелить плотным полиэтиленом и уже по нему отматывать требуемую длину углеродного материала.

Обрезка углеродных лент и сеток может осуществляться обычным ножом, или ножницами по металлу, а углеродных ламелей – угол–шлифовальной машинкой с отрезным кругом по металлу.

Адгезивы, могут быть, как правило, двухкомпонентные – т. е. необходимо объединить два материала в определенных количествах. Необходимо точно прислушиваться к инструкции производителя и при смешивании элементов использовать специальные весы или мерную колбу.

Объединение элементов заключается в постепенном добавлении одного компонента в другой, при непрерывном перемешивании дрелью на низких оборотах. Ошибки дозирования, или неправильное добавление одного элемента в другой, могут привести к кипению клея.

В последнее время, примерно несколько лет, большинство специалистов присылают адгезив в комплектах – т. е. в двух емкостях с уже дозированными объемами компонентов.

Таким образом, появилась возможность просто смешать содержимое одной емкости в другой (для этого емкость присылается полупустой) и получить готовый адгезивный состав.

Строительные адгезивы (для углеродного волокна) поставляются в мешках и затворяются водой согласно инструкции, как любой ремонтный материал. Помните, что связующее имеет ограниченный срок жизни – порядка 35–45 минут, и он резко сокращается при повышении температуры выше 22 оС, поэтому объем приготовляемого адгезива не должен превышать физических возможностей его выработки.

Характеристики углеволокна

Улеволокна показывают ряд рекордных качеств:

  • Теплостойкость до 2000 град;
  • Прочность порядка до 1 ГПа (гигапаскаль), модуль упругости от 20 до 450 ГПа.
  • Инертность в кислородной и бескислородной среде (позволяет изготавливать высокотемпературные экраны);
  • Высокая химическая стойкость (возможна фильтрации высоко-агрессивных веществ, очистка газов а также изготовление защитной одежды);
  • Возможно получение углеволокон с высоким электросопротивлением порядка 10 000 000 Ом;
  • Сорбентные качества.

Греющее углеволокно

Основа для нагревательного кабеля может быть различной, в данном случае это углеродная нить.

Углеволоконный греющий кабель – например, кабель для пола, знаком большинству потребителей. Основное отличие от аналогов: токопроводящий полимер на углеродной основе.

Плюсы греющего УВ-кабеля: тонкий и прочный, простой в монтаже и пригодный к эксплуатации в любой среде – в бетоне, под плиткой, ламинатом, линолеумом и на стенах.

Выделяет в 3 раза больше тепла, а электроэнергию экономит примерно в два раза, служит дольше аналогов. Теплые полы на основе углеволоконного кабеля модульным методом все более популярны.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector