Усиление конструкций углеволокном
Усиление конструкций углеволокном
Одним из наиболее востребованных и распространённых материалов в современном строительстве являются железобетонные конструкции. Но и они, с течением времени теряют свою прочность из-за воздействия окружающей среды и износа. Использование углеволокна является одним из способов усиления железобетонных конструкций. Углеволокно представляет собой лёгкий и прочный материал, изготовленный из углеродных волокон. Железобетонные конструкции широко используются в различных областях, например, мостах, зданиях, дорогах и т.д. Со временем железобетонные конструкции теряют свою прочность, что приводит к необходимости в разработке регулярного обслуживания и ремонта, и является экономически невыгодным и занимает много времени. Углеволокно имеет высокие механические свойства, что способствует значительному улучшению характеристик железобетонных конструкций.
Применение углеволокна для усиления железобетонных конструкций имеет ряд преимуществ:
- Способствует повышению прочности;
- Устойчивости к различным нагрузкам;
- Снижению веса.
Усиление строительных конструкций углеволокном проводится в следующих случаях, когда необходимо:
- Ликвидировать ошибки, которые допущены в исходном проекте (в основном при прочностных расчётах) или при строительстве. Данные недочёты могут привести к постепенному снижению несущих характеристик, что в итоге может привести к частичному или полному обрушению всего здания;
- Устранить выявленные во время обследования дефекты – трещины, лакуны, пробои, проседания, деформацию несущих строений;
- Реконструировать или перепрофилировать объект. Для того, чтобы исключить деформации в новых условиях применяют упрочнение высокотехнологичными композитами, например, углехолстом.
Технология изготовления углепластика
Углепластик – многослойный материал из углеродных волокон, а сверху покрывается оболочкой из эпоксидной смолы. Представляет собой непрерывные и резанные нити, тканых и нетканых изделий, ленты или пряжи. В последующем применяются в разные композитные материалы, где углеволокно в роли армирующего элемента.
Основной задачей производства является удаление из волокон всего, кроме углерода. Для чего, углерод окисляется кислородом при температуре +250 градусов Цельсия. Дальше его нагревают до температуры +800 градусов Цельсия, а затем – до +1500 градусов Цельсия, в среде азота или аргона. Данный процесс называется карбонизацией и заканчивается образованием графитовой структуры. Последняя стадия производства углепластика называется, графитизация- когда сырьё греется до +3000 градусов Цельсия, в итоге образуется не более 1% примесей.
По сравнению с традиционными методиками усиление композитной основой (установка стальных рубашек, обойм, приваривание дополнительных прутов, торкертирование имеет следующие достоинства:
- Простота монтажа. Для того, чтобы поклеить углехолст на «сложный» объект может бригада из двух- трёх человек. При этом не требуется применение тяжёлого, громоздкого и сложного в управлении оборудования. Заранее не нужно демонтировать ранее установленные сооружения;
- Объём работ. С помощью усиления сооружений углеволокно крепится на адгезивный полимерный состав – эпоксидную моно или двухкомпонентную смесь, не требуют сварки, пайки, быстро просыхает, тем самым набирая необходимую прочность;
- Химическая инертность. Композитное волокно не разрушается водой, также не вступает в реакции с кислотами, щелочами, органическими жидкостями, не боится природных осадков, может находиться в постоянно- влажной среде;
- Устойчивость к низким и высоким температурам- выдерживают нагрев до +2000 градусов Цельсия в условиях бескислородной среды;
- Обладают хорошей адгезией. Углеродным нановолокном можно покрывать поверхности любых колонн, плит перекрытия и железобетонных конструкций;
- Обладают высокой прочностью на разрыв – 2,5- 3,5 Гпа;
- Отличными теплофизическими характеристиками.
Усиление углеродными лентами по прочностным показателям не уступает упрочнению стальными листами, а по сопротивляемости усталостным нагрузкам, даже превосходя сталь.
После обработки эпоксидной смолой и затвердевания материал формирует армирующий «корсет», обладающий высокой прочностью. Также композиты в разы производит усиление несущей способности сооружений, нагрузка по массе на основания становится больше. Углепластик обладает устойчивостью к коррозии и различным химическим соединениям.
Усиление колонн углепластиком ламелями и холстами, либо усиление балок и фундаментов аналогичными материалами не требует много времени. При этом объект не нужно полностью закрывать на ремонт, корректировать график работы или останавливать само производство. При этом, срок службы изделий составляет 75 лет. Углеродный холст также можно сочетать с другими методами укрепления. Допускается армирование углепластиком как бетонных, железобетонных изделий, так и кирпич, камень и дерево.
Усиление бетона углеволокном включает в себя поклейку на армируемую поверхность углеродных композитных:
А) сеток- которые отлично компенсируют изгибающие моменты;
Б) холстов противодействуют нагрузкам центробежной силы;
В) Лент;
Г) Ламелей- отлично противостоят искривляющим нагрузкам.
Укрепляющие фрагменты вырезаются из заготовок основы стандартных типоразмеров, в основном в рулонах.
В зависимости от характера нагрузок для усиления можно использовать углеволокно:
- Однонаправленное – противостоящее направлению, распространяющемуся по одному главному вектору;
- Двунаправленное – выдерживает разновекторные усилия.
Усиление углехолстом.
При этом способе усиления рабочие приезжают на место, подготавливают расходный компонент. Затем расчищают зону поклейки углепластиком, при этом удаляя пыль, остатки красящего компонента и строительный мусор. Позже используют заранее подобранный адгезивный состав наносят на поверхность ламели. Усиление углеволокном проводится в один или несколько слоёв после всех работ их можно покрыть красящим составом.
Усиление железобетонных конструкций углеволокном, является наиболее перспективным методом повышения их прочности и устойчивости. Но для достижения максимальной эффективности нужно учитывать многие факторы и вовремя проводить контроль качества выполненных работ. Для широкого применения этого метода в современной строительной отрасли необходимо решить ряд технических и экономических проблем, выбор оптимальных материалов, методов крепления и, а также повышения квалификации специалистов. В целом, усиление железобетонных конструкций углеволокном. Может быть наиболее эффективным методом повышения устойчивости и их прочности. Это может быть полезно при реконструкции и ремонте зданий и сооружений. Однако, перед использованием данного метода необходимо провести комплексное техническое обследование и оценить экономическую целесообразность его применения. Тем самым дальнейшее исследование в этой области должны направлены на разработку новых материалов и методов усиления и на улучшение технологии и контроля качества за выполнения работ.