В статье изложена информация об углеволокне, его особенностях, свойствах и характеристиках. Мы расскажем об истории его создания, а также озвучим познавательные факты. Вы узнаете, как применить углеволокно в быту и строительстве, а также, как своими силами отремонтировать пластик.

Изделия из тканей, волокон, шнуров и лент, выполненных из современных углеводородов, успешно конкурируют по всем эксплуатационным показателям с привычными нам изделиями из стали и бетона . При этом они имеют в десятки, а порой и в сотни раз меньшую толщину и вес. Как можно объяснить человеку с устоявшимися взглядами тот факт, что пропитанный отвердевшей смолой холст толщиной всего 3 мм прочнее по всем показателям, чем техническая фанера 15 мм? Только опытным и демонстративным путём.

Углеволокно — материал будущего, родом из прошлого

Материал был открыт Томасом Эдисоном в 1880 году в рамках исследований нити лампы накаливания. В последние 10 лет, с подачи зарубежных коллег в виде поставок дорогостоящих изделий из углеволокна, отечественные разработчики и производители занялись реанимацией углеводородных проектов, начатых в советский период, по всем направлениям.

Всем известно, что углерод востребован в любой форме, в каждой отрасли промышленности. Это производство буквально всего, что сделано не из металла, стекла, дерева или бетона. Но главным его преимуществом является то, что он способен не только дополнить традиционные материалы, но и заменить их с выгодой для человека и природы.

Видеорепортаж о российском производстве углеволокна

Углеволокно в строительстве

Этот современный материал начинает пользоваться спросом у ремонтников и строителей. Причины этого кроются в свойствах его компонентов:

1. Высокая прочность нитей, из которых создано полотно.
2. Исключительная адгезия полимерного связующего (эпоксидного клея).

Комбинация этих свойств даёт высокую эффективность при устройстве наружного армирования железобетонных, кирпичных и деревянных конструкций. Усиленный таким образом элемент получает дополнительно до 65% прочности на изгиб и до 120% прочности на сжатие. Это звучит маловероятно, но проведённые согласно ГОСТ, ТУ и СНиП испытания подтверждают это.

Испытания балок, армированных углеволокном, на видео

Усиленные углеволокном ж/б элементы — испытания на видео

Тому, кто собирается строить каменный дом или бассейн , делать капитальный ремонт, или реставрацию, стоит задуматься о карбоновом усилении. Существенное увеличение прочности позволяет уменьшить объём материала основы. То есть, холст держит огромные нагрузки, главное, было бы на что его наклеить.

Так, армирование композитом увеличивает прочность на сжатие почти вдвое с 280 кН до 520 кН (см. видео испытаний). Это значит, что объём опорного элемента — несущей стены, колонны, столба — можно смело уменьшать на 60-80%. Особое значение это имеет для отдалённых районов, куда затруднена доставка тяжёлого стройматериала.

Вторая основная область применения карбона в строительстве — реставрация несущих каменных элементов. Оклеечным армированием восстанавливают опоры и балки бетонных мостов. Это наиболее ответственные государственные объекты и их надёжность доверяют углеволокну. В частном строительстве нагрузки в десятки раз ниже, а значит, усиление фундамента или углов стен будет с огромным запасом прочности. Это прекрасная альтернатива традиционным способам — подливка фундамента бетоном или установка подобных стен.

Ещё одно полезное свойство композитного материала — его нетоксичность и безвредность после полимеризации. В готовом виде он имеет глянцевую поверхность и не вступает в реакцию с водой. Это будет интересно для того, кто решил возвести бассейн, водоём, кессон, силосную яму, отстойник или каменный септик . Для этого достаточно будет возвести стены в полкирпича с кладочной сеткой и оклеить с обеих сторон углеволокном. Застывший материал будет служить гидроизоляцией. Его монтаж аналогичен устройству армировочной сетки для утеплителя.

Стоимость таких работ будет составлять:

1. Углеволоконный холст — от 20 до 30 у. е. за 1 м 2 .
2. Полимерное связующее с отвердителем — от 3 до 5 у. е. по расходу на 1 м 2 .
3. Услуги по усилению каменных конструкций под ключ в среднем по России стоят 125 у. е. за 1 м 2 . В стоимость входит расчёт, доставка, материал и работа.

Применение углеволокна для ремонта

Свойства холста быть сначала гибким и эластичным, а после пропитки смолой исключительно прочным, можно (и нужно!) использовать и в повседневной жизни. В основном это касается ремонта или замены сломанных пластиковых деталей. С помощью этого материала можно склеить практически всё, а то, что склеить по каким-то причинам нельзя, можно воссоздать, используя испорченную деталь в качестве матрицы.

Ремонт стержня из стеклопластика

Рассмотрим возможность ремонта рукоятки молотка или топора при помощи углеволоконного рукава. Большинство полупрофессиональных ударных инструментов имеют рукояти из материала на основе стекловолокна — того же, что используют для производства высококачественных хоккейных клюшек.

Для ремонта потребуется:

1. Инструмент — тиски, ротационная шлифмашина с наждачной бумагой, направляющая струбцина, строительный фен, кисти.
2. Материал — рукав из углеволокна или холста, высокопрочный двухкомпонентный клей, полимерная смола и отвердитель. Всего клеящей смеси потребуется около 50 мл.
3. Защитные средства — очки, респиратор, резиновые перчатки.

Порядок работы:

1. Зачистить края разлома шлифмашиной, сохраняя место контакта.
2. Зажать в тисках одну часть и выставить на струбцине вторую, примерив по плоскости.
3. Нанести на контактные поверхности (разлом) клей и соединить две части на струбцине. Обмазать клеем место разлома. Тщательно проверить соосность обеих частей. Время выдержки — 6-8 часов (по инструкции).
4. Снять струбцину и зачистить место соединения, сделав заглубление в тело стержня на 1-2 мм.
5. Сделать разметку. Т. к. оклейка рукавом будет производиться в два этапа, верхний слой перекроет нижний. От оси соединения отложить для первого слоя — 3,5 см, для второго — 6 см в каждую сторону. Отрезать два куска рукава по размерам.
6. Сделать полимерный раствор из смолы и отвердителя в пропорциях согласно инструкции и обильно нанести его на место соединения по меньшей разметке.
7. Завести отрезок рукава к месту приклеивания и аккуратно уложить его на клей и обжать руками.
8. Затем нанести ещё один слой клея и завести второй (больший) отрезок рукава. Прижать его аналогичным образом. Пропитать весь участок клеем.
9. Создать временный зажим — приложить с двух сторон полосы упругого материала, замотать скотчем и сдавить струбцинами (не очень туго). Время выдержки — 6-8 часов.
10. 1Зачистить место соединения шлифмашиной и довести вручную.
11. Технически изделие готово, его можно использовать с обычной нагрузкой через 12 часов. Отремонтированное изделие можно окрасить.

Ремонт рукоятки из стеклопластика на видео

Технологию ремонта предлагает фирма SRS (значит, речь идёт о профессиональном спорте — нетрудно представить, какие нагрузки выдерживает изделие после ремонта).

С помощью углеволокна указанным способом можно также починить вещи, которые ранее было принято заменять:

1. Ножки мебели.
2. Ручки пылесоса, зонта или ножа.
3. Корпуса бытовой и офисной техники, инструмента.
4. Оправы очков (понадобится карбоновая нить или лента).
5. Любую неметаллическую деталь автомобиля, мототехники, велосипеда — от бампера до дверной ручки.
6. Пластиковое окно или подоконник и многое другое.

Безусловно, весь спектр достоинств и возможностей передового многофункционального материала невозможно отобразить в одной статье. Домашнему мастеру достаточно знать о нём одно — для того, кто имеет в арсенале холст и ленту из углеволокна и эпоксидные компоненты, проблемы ломаного пластика не существует.

Углеродное волокно - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение.

Впервые получение и применение углеродных нитей было предложено и запатентовано известным американским изобретателем - Томасом Эдисоном - в 1880 г. в качестве нитей накаливания в электрических лампах.

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА Углеродные волокна обычно получают обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются, главным образом, атомы углерода (99 %).

В строительстве углеволокно применяется для наружного армирования и для усиления конструкций - в качестве армирующего наполнителя, обладающего значительной устойчивостью к деформациям, а также к трещинам при резких перепадах температур.

Достоинства: Бетонные стеновые панели можно делать намного тоньше. Вес панелей становиться намного легче (до 75%). Не требуется дополнительная теплоизоляция потому, что углеволокно не проводит тепло или холод. Обладает высокой огнестойкостью. Этот новый материал уже используется для производства стеновых сендвич панелей. Недостатки: Этот материал довольно дорогой по сравнению с аналогами. Материал имеет способность отражать электрические волны, что может быть недостатком в некоторых случаях. Процесс изготовления композитов более трудоемкий, чем изготовление металла

Состав композитных стержней: -Волокна (армирующий материал) -Смола (полимер) Прочие составляющие композитных стержней: -Наполнители -Добавки Волокно, главным образом, отвечает за механическую прочность. Смола- за химическую стойкость.

Основное назначение волокна: - выдерживать нагрузки; - обеспечивать прочность; - расположены по направлению основных нагрузок. Основные функции смолы: - передача напряжения между волокнами; - обеспечение боковой поддержки и предотвращение вспучивания; - защита волокон от механических повреждений и отрицательного влияния внешних факторов.

Углепластики представляют собой особо прочные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна. Они отличаются высокой плотностью – до 2 000 кг/м 3, жесткостью, легкостью и превосходят сталь по ряду параметров. Именно поэтому углепластиковая арматура интересна в качестве достойной альтернативы металлическим прутам.

По своему внешнему виду данное изделие почти ничем не отличается от предшественницы – металлической арматуры. Оно тоже имеет вид тонких прутьев или стержней с различным диаметром поперечного сечения (4 - 20 мм).

Стержень композитной арматуры условно можно разделить на две части: Сердечник, задающий основные прочностные характеристики арматуры, который представляет собой параллельные волокна, связанные связующим на основе эпоксидных смол. Внешний слой, отвечающий за свойства сцепления с бетоном, представляет собой нанесённый на эпоксидное связующее песок, который увеличивает адгезию с бетоном, т. к. сцепление происходит по всей длине стержня.

Композитная арматура предназначена для применения в бетонных конструкциях с преднапряженным и ненапряженным армированием. Коррозионно-устойчивые композитные стержни могут защитить мосты и объекты гражданской инфраструктуры от разрушающего воздействия коррозии.

Нержавеющая композитная арматура имеет ряд преимуществ перед обычной металлической арматурой. Достоинства композитной арматуры Композитная арматура не подвержена коррозии и устойчива к воздействию агрессивных сред, в том числе, к щелочной среде бетона. Композитная арматура имеет в 3 раза большую прочность на разрыв, нежели стальная. В связи с этим проводится равнопрочная замена арматуры, при которой стальная арматура заменяется на композитную с уменьшением сечения. Это позволяет снизить вес, и стоимость арматуры, и сохранить физико -механические характеристики. Композитная арматура в 9 раз легче стальной при равнопрочной замене. Так 1 п. м. стальной арматуры диаметром 12 мм весит 0, 89 кг, а равный по прочности 1 п. м. композитной арматуры диаметром 8 мм весит 0, 10 кг. Это позволяет экономить на транспортировке и уменьшает вес конструкции.

Композитная арматура позволят экономить до 50% при её применении вместо стальной. Помимо того, что арматура стоит на 30 -40% дешевле, существенная экономия достигается за счёт улучшения логистики поставок. Композитная арматура обладает низкой теплопроводностью. Например, у стеклопластиковой арматуры теплопроводность 0, 48 Вт/м К, а у стальной – 56 Вт/м К, т. е. в 100 раз меньше. Являясь диэлектриком, композитная арматура радиопрозрачна и магнитоинертна. Не теряет прочность под воздействием низких температур. Диапазон эксплуатационных температур от -70 °С до +100 °С.

Недостатки композитной арматуры Модуль упругости композитной арматуры в 3, 5 раза ниже стальной. По этой причине её можно применять в фундаментах, дорожных плитах и т. д. , но её применение в перекрытиях требует дополнительных расчетов. Низкая огнестойкость материала. При нагреве до 600ºС, арматура из углепластика начинает быстро размягчаться. Поэтому при строительстве нужно предпринять дополнительные меры по теплоизоляции, в случае пожара. Композитную арматуру невозможно сваривать – только вязать проволокой или клеить. Из композитной арматуры невозможно изготовить гнутые изделия на месте монтажа. Изготовление нестандартных гнутых элементов возможно только в заводских условиях.

Монтаж По технологии укладки, композитная арматура аналогична традиционным стальным материалам. В большинстве случаев, легкая масса композитных стержней, фактически ускоряет процесс монтажа арматуры.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Волокно (проволока) Плотность ρ, м³ Температура плавления Тпл, °C Временное сопротивление σB, МПа Модуль упругости при растяжении Е, ГПа Алюминий 2 687 660 620 73 Асбест 2 493 1 521 1 380 172 Углерод 1 413 3 700 2 760 200 Полиамид 1 136 249 827 2, 8 Полиэфир 1 385 248 689 4, 1 Сталь 7 811 1 621 4 130 200

Данная статья описывает основные аспекты метода усиления конструкций углеволокном , а если точнее – технологию внешнего армирования строительных конструкций композитными материалами на основе углеродных волокон. Данный материал служит для ознакомления с основами данной технологии, вариабельностью применяемых материалов, но не может использоваться в качестве технологического, или проектного руководства в виду своей поверхностности и обобщенности.

Усиление конструкций углеволокном – относительно новый для России метод – первые реализованные в нашей стране объекты датированы 1998 годом. Заключается этот метод в наклеивании на поверхность конструкции высокопрочного углеволокна, воспринимающего на себя часть усилий, тем самым повышая несущую способность усиленного элемента. В качестве клея применяются специальные конструкционные адгезивы (связующее) на основе эпоксидных смол, либо минерального вяжущего. Благодаря высоким физико-механическим характеристикам углеволокна, повысить несущую способность конструкции можно практически без потери полезного объема помещений и увеличения собственного веса здания – толщина усиливающих элементов обычно составляет от 1 до 5 мм.

Следует понимать, что «углеволокно » - это материал (например, как бетон), а не конечное изделие. Из углеволокна изготавливают целый набор материалов, некоторые из которых применяются в строительстве – углеродные ленты, ламели и сетки .

В подавляющем большинстве случаев усиление углеволокном применяется для железобетонных конструкций – это обусловлено высокими технико-экономическими показателями реализации таких проектов. Однако, данная технология применима и к металлическим, деревянным и каменным зданиям и сооружениям.

Конструктивные решения.

При проектировании усиления конструкций углеволокном необходимо руководствоваться Сводом правил СП 164.1325800.2014 "Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования."

Усиление плит перекрытий и балок выполняется путем наклейки углеволокна в наиболее напряженных зонах – обычно в центре пролета по нижней грани конструкции. Это повышает их несущую способность по изгибающим моментам. Для решения таких задач подходят все виды углеродных материалов – ленты, ламели и сетки.

Кроме того, для балок часто требуется выполнить усиление приопорных зон на повышение несущей способности при действии поперечных сил (по наклонной трещине). Для этого выполняется наклейка U-образных хомутов из углеродных лент, или сеток.

Углеродные ленты и ламели иногда применяются в совокупности , так как их способ монтажа и адгезивные составы схожи. Применение углеродных сеток, как правило, исключает использование лент и ламелей в связи с производством «мокрых» видов работ.

Усиление колонн происходит путем их оклейки углеродными лентами, или сетками в поперечном направлении. Таким образом достигается эффект «бондажирования» и происходит сдерживание поперечных деформаций бетона по схожему принципу с «бетоном в трубе», или «трехосным сжатием».

Выполнение работ. Подготовка поверхности.

При усилении железобетонных конструкций углеволокном выполнение работ начинается с разметки конструкции – отчерчиваются зоны в которых будут располагаться элементы усиления. Затем эти зоны очищаются от отделочных материалов, загрязнений и цементного молочка до обнажения крупного заполнителя бетона. Для этого применяют, либо угол-шлифовальные машинки с алмазными чашками, либо водо-пескоструйные установки.

Качество подготовленного основания (поверхности на которую приклеивают углеволокно) напрямую влияет на совместность работы конструкции с элементом усиления, поэтому при подготовке основания, в обязательном порядке, контролируют следующие параметры:

• ровность поверхности;
• прочность и целостность материала усиливаемой конструкции;
• температуру поверхности конструкции;
• отсутствие загрязнений и пыли;
• влажность;
• и другие (полный перечень и допустимые значения контролируемых параметров приводятся в технологических картах на выполнение строительных работ).

Приготовление компонентов.

Углеродные материалы поставляются смотанными и упакованными в полиэтилен. Очень важно не испачкать их в пыли, которой после шлифования бетона будет очень много, иначе углеродное волокно невозможно будет пропитать связующим , 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 канцелярским ножом, или ножницами по металлу, а углеродных ламелей – угол-шлифовальной машинкой с отрезным кругом по металлу.

Адгезивы, как правило, применяются двухкомпонентные – т.е. требуется смешивать два материала в определенной пропорции. Необходимо четко следовать инструкции производителя и при дозировании использовать весы, или мерную посуду . Смешивание составов происходит путем постепенного добавления одного компонента в другой при постоянном перемешивании низко оборотистой дрелью. Ошибки дозирования, или неправильное вмешивание одного компонента в другой, могут привести к закипанию адгезива .

В последние годы, большинство производителей поставляют адгезив в комплектах – т.е. в двух ведрах с уже дозированными объемами компонентов. Таким образом можно просто вмешать содержимое одного ведра в другое (ведро специально поставляется большего объема (полупустым)) и получить готовый адгезивный состав.

Полимерцементные адгезивы (для углеродных сеток) поставляются в мешках и затворяются водой согласно инструкции, как любой ремонтный материал.

Следует помнить, что адгезив имеет ограниченный срок жизни – порядка 30-40 минут и он резко сокращается при повышении температуры выше 20°С, поэтому объем приготовляемого адгезива не должен превышать физических возможностей его выработки.

Монтаж углеволоконных материалов.

В зависимости от вида углеволоконного материала технология его монтажа существенно отличается:

Монтаж углеродных лент может осуществляться по «мокрому», или «сухому» методу. В обоих случаях на основание наносится слой адгезива, но при «мокром» методе углеродная лента сначала пропитывается адгезивом, а потом прикатывается валиком к основанию, а при «сухом» - лента прикатывается к основанию, а потом сверху ее пропитывают слоем адгезива. Пропитка углеродной ленты осуществляется путем нанесения на ее поверхность слоя адгезива и вдавливания его малярным валиком, или шпателем, добиваясь того, что бы верхний слой связующего проник вглубь углеволокна, а нижний слой связующего вышел наружу. Углеродные ленты могут укладываться в несколько слоев, но при наклейке на потолочную поверхность, не рекомендуется за одну смену выполнять более 2-х слоев – материал начинает «сползать» под собственным весом.

Следует помнить, что после полимеризации адгезива, его поверхность будет гладкой и качественно нанести на нее отделку будет невозможно. Поэтому, еще по «свежему» элементу усиления необходимо нанести слой крупного песка.

При монтаже углеродных ламелей адгезив наносится и на конструкцию, и на усиливающий элемент. После этого, ламель прикатывается к основанию малярным валиком, или шпателем.

Монтаж углеродной сетки выполняется на увлажненную поверхность бетона. Сначала наносится первый слой полимерцементного состава. Он может наноситься как ручным, так и механизированным способом – торкретом . По «свежему» слою полимерцемента раскатывается углеродная сетка с небольшим вдавливанием в состав. Удобнее всего это делать шпателем. Затем необходимо выдержать технологическую паузу до начала схватывания состава. Срок схватывания зависит от выбранного состава и температуры окружающей среды, но требуемое состояние – полимерцемент с трудом продавливается пальцем. После этого наносится закрывающий слой полимерцемента.

Защитные покрытия.

Необходимо помнить, что адгезивы на основе эпоксидных смол горючи , а кроме того – подвержены охрупчиванию при воздействии ультрафиолетовых лучей. Поэтому, применяя их необходимо предусматривать огнезащиту элементов усиления на класс огнестойкости не ниже заявленного для усиливаемой конструкции.

Если Вам нужно выполнить Усиление конструкций углеволокном - позвоните нам и мы проконсультируем Вас и поможем составить план решения Вашей задачи.

Стало почти аксиомой, что сезон строительства индивидуальных жилых домов начинается ранней весной и заканчивается поздней осенью. В среднем производственный цикл возведения фундамента и коробки кирпичного дома составляет от двух до пяти месяцев. В России существуют районы, где период плюсовой температуры едва укладывается в три месяца. Возникает вопрос: как там ведут каменные работы? К счастью, в строительной индустрии существуют системы зимнего обогрева растворов и смесей, различные химические добавки к ним, значительно понижающие барьер замерзания.

Зимой строительство не прекращают и в Центральной части России, где температура воздуха иногда опускается до –35 С.

Самая серьезная проблема зимней кладки заключается в сложности технологического процесса. Любое отклонение от правил может привести к разрушению готовых конструкций. Вода в растворе при замерзании увеличивается в объеме примерно на 6–10%. Лед в кладке тает неравномерно, вследствие чего кладка дает разную усадку, отклонение от вертикали, образование трещин. При несоблюдении технологии работ прочность зимней кладки составляет всего 40%.

Усиление конструкции углеволокном

Углеволокно выполняет огромную роль при проведении строительных работ в зимнее время. Процедура значительно увеличивает прочность и сейсмостойкость конструкций, что особенно важно там, где грунт является слабым, что может привести к деформации фундамента строения.

Углеволокно – прочный и легкий, по сравнению с арматурой, материал. Оно выдерживает большую нагрузку, до 70 тонн на квадратный мм и способно противостоять любой непогоде. В случае повреждения (углеволокно легко режется) материал не расползается дальше.

Различают два основных типа усиления конструкции углеволокном:

— поперечное (кроме углеводородных волокон используется металлическая сетка или специальные стержни из металла);
— продольное (бывает внешним или внутренним).

По функциональному назначению выделяют три углеволокна:

— рабочий (воспринимает любые усилия, появляющиеся под действием нагрузок)
— распределительный (сохраняет цельность конструкции, придает прочность каркасу)
— монтажный (создает транспортабельный каркас).

Если весной вы обнаружили, что дом дал трещину, чтобы предотвратить дальнейшее растрескивание постройки, его можно усилить углеволокном. Разрушенные перемычки очищаются, обеспыливаются, по необходимости трещины шпаклюются. Замешивается эпоксидный клей, отрезается ткань из углеродных волокон нужного размера. Эпоксидный состав наносится на поверхность. Ткань аккуратно наклеивается. Специальным валиком пропитываем ткань клеем. Завершающий этап – нанесение шпаклевочного состава из клея.

О составе пленки

Материал имеет многослойную структуру. Состоит, как правило, из трех слоев, а те, в свою очередь из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм. Два внешних слоя – светостабилизированная пленка угольного или черного цвета. Внутренний – армирующая сетка из углеродного волокна с размером ячеек от 0,2 мм до 2 см. Она придает материалу устойчивость к нагрузкам и растяжениям.

За счет стабилизаторов полимерный материал не разрушается под действием солнечных лучей и может прослужить до 50 лет. Пленка обладает теплостойкостью, морозостойкостью и может сохранять эксплуатационные свойства при температурах от + 80 до – 40 °С.

Выгоды

Теперь о деньгах. Есть, допустим, мост. Длина постройки – 15 метров, год постройки – 50. Разваливается. Есть два варианта: усилить металлическим профилем или углеродной тканью. Смета одного ремонта с помощью углеродной ткани будет меньше на 40%. Тут не нужно сложной техники, особых специалистов, углеродная ткань клеится как обои.