Усиление углепластиком

8
0
Сергей Эксперт. Более 12 лет
Ваша скидка: 5%

Заполните несколько простых вопросов чтобы подобрать себе правильную гидроизоляцию:

1 Выбрать вариант:
Содержание статьи

1. Что такое углепластик?
2. Характеристики и свойства углепластика
3. Подготовка компонентов
3.1 Прессование или «мокрый» способ
3.2 Формирование
3.3 Намотка
3.4 Усиление конструкций углепластиком
3.5 Усиление металлических сооружений
3.5 Укрепление каменных и кирпичных конструкций
3.5 Усиление железобетонных конструкций
4. Преимущества композитных материалов
5. Как усиливаются конструкции из камня и дерева?
6. Стоимость работы
7. Какие материалы лучше всего использовать?

Любая конструкция, несмотря на то из каких элементов она построена (металлических, железобетонных, каменных и деревянных) со временем начинает терять свои свойства, несущая способность значительно снижается. Если вовремя не провести строительные работы, рано или поздно здание может разрушиться, что приведет к нежелательным последствиям.

В отличие традиционных способов усиления несущих строительных конструкций, усиление углепластиками не увеличивает сечение элементов, что имеет большое значение не только в случае промышленных зданий и сооружений, но, что особенно важно, в жилом, коммерческом и административном строительстве. Применение углепластиков при усилении зданий значительно сокращает сроки выполнения работ, и при комплексном подходе имеет ощутимый экономический эффект.

Что такое углепластик? 

Углепластик – искусственный материал из переплетенных нитей углеродного волокна. Плотность – от 1 450 кг/м³ до 2 000 кг/м³. Материал отличается от других своей высокой прочность, жесткостью и небольшой массой. Он прочнее стали.

Для придания ещё большей прочности ткани, нити углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

Изначально углеплатик или, как его еще называют, карбон был изготовлен для автомобилестроения и космической техники, но благодаря своим свойствам он заслужил большое внимание и в строительной сфере, и других промышленных направлениях:

  • в самолетостроении;
  • для спортивного инвентаря (клюшек, шлемов, велосипедов);
  • удочек;
  • медицинской техники и др.

Характеристики и свойства углепластика

Заслужил такую популярность углепластик благодаря своим особым характеристикам, они возникают в результате сочетания в одном композите совершенно разных по своим свойствам материалов – углеродного полотна, в качестве несущей основы, и эпоксидных компаундов, в качестве связующего.

Углепластик более дорогой материал, по сравнению со стеклопластиком и стекловолокном, объясняется это более сложной, энергоемкой многоэтапной технологией, дорогими смолами и дорогостоящим оборудованием. Его основные свойства это:

  1. Масса – углепластик легче стали в несколько раз.
  2. Такой материал намного крепче – он может осыпаться, потрескаться, но не обрушится.
  3. Обладает высокой термостойкостью.
  4. Обладает хорошими виброгасящими свойствами и теплоемкостью.
  5. Устойчив к коррозии.
  6. Обладает высокой прочностью на разрыв.
  7. Высокая упругость.
  8. Эстетичность и декоративность.

Но по сравнению с металлическими деталями из стекловолокна, карбоновые детали имеют недостатки:

  1. Более податливы к точечным ударам.
  2. При появлении сколов и царапин проводить строительные работы затруднительно.
  3. Теряет цвет, находясь долгое время на солнце, для этого углепластик покрывают защитным лаком.
  4. Процесс изготовления занимает больше времени.
  5. Там где происходит контакт с металлом начинается коррозия, поэтому в таких местах закрепляют вставки из стекловолокна.
  6. Такой материал сложно использовать повторно.

Подготовка 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.

Прессование или «мокрый» способ

Материал укладывается в формы, пропитывается эпоксидной или полиэфирной смолой. Если появились излишки, они удаляются с помощью давления или вакуума. Процесс может происходить естественным путем или с помощью нагревания. После такого способа изготовления в итоге получается листовой углепластик.

Для того чтобы материал соответствовал принятым требованиям, он должен изготавливаться в строгом соответствии с производственной технологией, в этом случае, качество материала будет высоким, а комплекс мер по усилению конструкции углеволокном – эффективным.

Формирование

Первым делом изготавливается модель изделия, для этого используется гипс, алебастр, монтажная пена, на нее и выкладывается ткань, пропитанная смолой. После прокатки валиком по ткани, материал уплотняется, также выходит лишний воздух. После этого происходит полимеризация естественным путем или с помощью нагревания в печи. Такой способ называют сухим. Он лучше мокрого, потому что в результате получаются более плотные, прочные и легкие пластины.

Намотка

Для этого потребуется целиндровая заготовка, на нее наматывается нить, лента или ткань. После этого на материал наносится смола в несколько слоев. Углепластик сушится в печи.

Во всех случаях поверхность нанесения смазывается разделительными смазками для простого снятия получившегося изделия после застывания.

Усиление конструкций углепластиком

Усиление конструкций углепластиком по внешней стороне – это оптимальное решение при невозможности или проблемном течении работ по укреплении другими доступными на сегодняшний день методами. Стоит отметить быстроту и легкость усиления конструкций углеволокном. Эта удобная технология позволяет повысить эксплуатационные характеристики всех элементов сооружения.

Усиление металлических сооружений 

Модуль упругости у углеплатика почти равен модулю упругости металлических сооружений, это подтверждает надежность усиления конструкции.

Если необходимо укрепить стальные пластинки, то используют усиление конструкций углеволокном, используя холсты с учетом размерности центра тяжести сечения. Если армирование выполняется не в центровых металлических элементах, то ленты из углеволокна располагают симметрично или несимметрично (в случае восстановления сечения из–за разрушения) от центра тяжести сечения. Тогда качество усиления конструкций углеволокном зависит от степени высоты модуля упругости используемого волокна.

Укрепление каменных и кирпичных конструкций

Усиление строительных конструкций углеволокном, таких как каменные столбы, ворота и простенки, эффективнее производить, по сравнению с традиционными методами, так как углеволоконную обойму требуется всего лишь приклеить к поверхности. Углехолст позволит держать под контролем усилия в каменной конструкции и препятствует процессу разрушения. Поэтому это самый оптимальный вариант при реставрации или реконструкции различных сооружений. Также преимуществами являются максимальное использование резервов здания конструкции и отказ от применения точечного анкера.

Усиление железобетонных конструкций

Метод усиления конструкций из железобетона углеволокном является передовым и позволяет увеличить несущую способность в 2–3 раза. Его эффективность доказывается на протяжении 20 лет в мировом строительстве. Стоит отметить, что это наиболее современный и «бережный» метод, с малой трудоемкостью и простотой исполнения. Увеличение нагрузок, повреждение элементов конструкции, улучшение надежности и долговечности, изменение конструкционной системы, устранение дефектов конструкции – вот те проблемы с которыми без труда справится метод усиления железобетона углепластиком.

Преимущества композитных материалов

Усиление несущих конструкций углеволокном – это прогрессивный и современный метод, который обладает целым рядом преимуществ, обусловленных свойствами самого материала:

  • Для того чтобы выполнить работы по усилению, вам не понадобится привлечение специальной техники с большой грузоподъемностью, поскольку материал имеет небольшой вес.
  • Технология внешнего армирования железобетонных конструкций, с помощью композитных материалов, позволяет выполнять эти работы до 10 раз быстрее, чем при использовании других технологий.
  • Материал, позволяет добиться четырехкратного увеличения несущей способности конструкции, по сравнению с аналогичным показателем при использовании других материалов.
  • Нагрузка по массе на конструкцию не становится больше.
  • Углеволокно не подвержено воздействию коррозийных процессов и негативных факторов внешней среды.
  • Срок службы материала может составлять более 75 лет.
  • На сегодняшний день углеволокно – это наименее затратный и наиболее эффективный способ исправления ошибок при проектировании и выполнении предварительных строительных работ.

Эффективность данной технологии трудно переоценить. Ее применение помогает избежать серьезных эксплуатационных проблем при повреждении конструкций в результате естественного износа или механических воздействий. Усиление позволит не только минимизировать последствия полученных повреждений, вернув конструкции прежнюю несущую способность, но даже существенно повысить ее. Кроме того, плотный и водонепроницаемый композитный материал защитит бетон от влаги и предотвратит появление коррозии в арматуре.

Как усиливаются конструкции из камня и дерева? 

Каменные столбы и простенки намного эффективнее усиливать наружным армированием из углеродного материала стальными скобами. Такая обойма вливается в работу укрепляемого элемента уже в ходе его установки через слой клея. Такие компоненты наружного армирования обширно регулируют усилия в каменной конструкции и защищают ее от разрушений.

Кирпичные стены с различными проемами усиливаются стальными обоймами и профилями, закрепляющимися анкерами с дальнейшей зачеканкой растекающимися растворами. Укрепление стен внешним армированием позволяет обойтись без точечных анкеров, использовать существующие резервы строения, но в тоже время аккуратно отнестись к целым участкам.

Эффект от углехолстов ощутим там, где работают основные растягивающие усилия и есть высокая вероятность раскалывания по длине волокон. Также разумно приклеивать их на упругие фанерные стены в области влияния поперечной силы. Такие элементы, в основном, клеятся на поверхность или вклеиваются в заранее приготовленные пропилы, которые должны быть вертикальными, чтобы минимизировать риск деформации сечения. Второй метод используется при желании сохранить первозданный облик балок и скрыть усиление.

Наружное армирование деревянных конструкций из углепластика широко распространяется благодаря своим преимуществам, а именно незаметности, быстроте монтажа и технологической простоте.

Стоимость работы

Объект усиления Минимальный объем работ (м2, погонные метры) Сроки работ (если заказан минимальный объем работ) Стоимость м2, погонного метра и т. п. Метод усиления, материалы (если возможно)
Колонны от 10 шт. от 10 дней от 7000 руб./п. м. Наращивание сечения, добавление растянутой арматуры, изменение расчетной схемы
Перекрытия от 5 шт. от 7 дней от 7000 руб./кв. м. Устройство ж/б обоймы, стальной обоймы, обойма углепластиком
Проемы от 50 кв. м от 3 дней от 7000 руб./кв. м. Наращивание сечения, добавление растянутой и сжатой арматуры, изменение расчетной схемы
Фундамент от 1 шт. от 3 дней от 50 000 руб./шт. Углепластик, сталь
ЖБ фермы от 100 кв. м от 15 дней от 5000 руб./кв. м. Инъектирование, устройство свай
Стены от 20 п. м от 10 дней от 5000 руб./п. м. Наращивание сечения, добавление растянутой арматуры, изменение расчетной схемы
Грунт от 50 кв. м от 10 дней от 4000 руб./кв. м Торкретирование, устройство бандажей из углепластика

Какие материалы лучше всего использовать?

Для того чтобы работа проводилась не зря и ее итог обрадовал каждого, необходимо подумать и о качественном материале. Сейчас углеродное волокно и связующий клей можно купить практически в любом строительном магазине.

Одними из лучших считаются:

  1. Sika CarboDur S – однонаправленный материал из волокон на основе углерода для использования «сухим» методом. Обладает такими преимуществами: увеличением сейсмостойкости стенок из кирпича; компенсацией растерянной стальных элементов; повышением несущей возможности, а также гибкости колонн; улучшением несущей возможности систем; изменением смещений, стимулированных сейсмическими влияниями; улучшением рабочей прочности.
  2. Sika CarboDur M – это изготовленные способом пултрузии холсты из армированного полимера на основе волокон из углерода (CFRP), используемые для улучшения бетонных, деревянных, кирпичных, стальных элементов. Обладают такими преимуществами: повышением несущей возможности плит перекрытия, балок, пролётных построек мостов; монтажом нелегкого оснащения; самой высокой прочностью на растяжение; длиной, которая не имеет границ, не требует швов соединения; маленькой толщиной, простотой устройства пересечений; легко перевозится (рулоны); проведением комплексных испытаний и получением разрешительных документов на применение во многих странах мира.
  3. Sikadur–300 – двухкомпонентная смола, в состав которой не входят растворители. Обладает такими свойствами: используется для работы как вручную, так и механизированным способом; хорошо сцепляется с множеством поверхностей; неограниченные механические свойства; долгое время службы; не содержит растворителей.
  4. Sikadur–330 – двухкомпонентная тиксотропная смесь смолы и клея. Обладает такими особенностями: просто перемешивается и работает с помощью шпателя либо валика; используется для работы пропитки вручную; комфортена при нанесении в отвесные и потолочные плоскости; превосходное сцепление с большинством поверхностей; большие механические качества; не требует единичной грунтовки; не включает растворителей.
  5. Sikadur–30 – тиксотропный клей на основе двух компонентов комбинации эпоксидных смол и специальных наполнителей, применяется при нормальных температурах от +8 оC до +35 оC. Обладает такими свойствами: просто смешивается и наноситься; непроницаемый для воды в жидком и парообразном состоянии; значительная устойчивость к ударам и шлифующему сносу; твердеет в отсутствии усадки; значительная первоначальная также окончательная механическая надежность.
  6. Sikadur–31 CF Normal – это влагостойкий, клей на основе двух компонентов: смолы и специальных строительных элементов. Используется для работы при температурах от +15 оС до +35 оС. Обладает такими особенностями: элементы различного цвета (позволяет контролировать процесс); намерено не потребует грунтования; значительная первоначальная и окончательная надежность; непроницаем для жидкостей и водяного пара; хорошая стойкость при химических работах.
  7. Эпоксидный клей CWrap Polimer 530. Срок годности смеси 45 мин при 20Ст. Вязкость смеси ~100 000 сантипуаз. Температура стеклования ~68 оС. Предел прочности при растяжении 68 МПа. Модуль упругости при растяжении 3,3 ГПа. Предел прочности при сжатии 76,4 МПа. Модуль упругости при сжатии 3 ГПа. Предел прочности при изгибе 82,7 МПа. Модуль упругости при изгибе 3,1 ГПа. Время открытой выдержки (полной полимеризации) при t=25 оC 36 часов. Удлинение не более 5 %. Адгезия к бетону разрушение бетона через одни сутки после нанесения. Срок хранения 1 год.

Выполнение работ по ремонту и усилению несущих конструкций проводят только специализированные организации, которые могут провести анализ и расчет строительной конструкции в соответствии с требованиями СНиПов для гражданского и промышленного строительства. Все этапы работ с несущими конструкциями документируются. По окончании работ заказчик подписывает акт сдачи–приемки, который является обязательным для пакета технической документации, разрешающего безаварийную эксплуатацию строительного объекта.

Частые вопросы
Чем отличается углепластик от других материалов?

Углепластик является композиционным материалом, созданным на основе углеродного волокна и синтетической смолы. Углепластик отличается от других материалов тем, что он высокопрочный (от 1450 кг/куб.м.), жесткий, прочнее стали и имеет при этом маленький вес. Так как данный материал дорогой, его применяют в основном как усиливающие дополнения конструкций.

Каковы преимущества углепластика перед другими материалами?

Углепластик имеет особые свойства, которые выделяют его среди других веществ и волокон. Он обладает уникальными техническими характеристиками: прочный и жесткий, упругий и имеющий превосходство над сталью. Ткани, жгуты и иные элементы, выполненные из углеволокна, не подвергаются коррозии, долговечные и устойчивые к перепадам температур, а также агрессивным химическим средам. Углепластик также не много весит, в сравнении с другими материалами, поэтому усиление с его помощью является надежным и практичным выбором.

Как углепластик взаимодействует с различными материалами?

Углепластик способен усилить конструкции из различные материалов: железобетонные, металлические, деревянные и каменные. Чтобы защитить железобетонные конструкции используют чаще всего углеродные ленты и холсты. Усиление металлических конструкций происходит на растянутых и внецентренно-сжатых конструкциях, а также высоких стенка балок с повышением их устойчивости. При деревянных конструкциях усилению поддаются, например, деревянные балки, а при каменных — столбы, пилоны, простенки и стены.

Какие методы усиления существуют?

Существуют традиционные и инновационные методы усиления. Для того, чтобы понять, каким методом лучше всего проводить усиление следует провести экспертизу помещения. Классические способы укрепления построек подразумевают под собой нанесение прослойки бетона, чтобы увеличить прочность, усиление стены стальными тяжками, а также дополнительную установку несущих конструкций. Инновационные методы — это укрепление конструкций углепластиком. Встречаются случаи, когда лучше всего будет использование обоих методов.

Что можно усилить углепластиком?

Усилить углепластиком можно железобетонные конструкции, несущие стены, пилоны, колонны, перекрытия, проемы в перекрытиях, кирпичные стены и многое другое. Данный метод отлично подходит для усиления построек типа. Усиление таким методом не увеличивает сечение элементов, нуждающихся в усиление, а это очень важно для промышленных, жилых, коммерческих и административных зданий.

Конструкции и сооружения из каких материалов можно усилить углепластиком?

Углепластиком можно усилить сооружения и конструкции из металла, железобетона, камня и дерева. Данный материал прекрасно взаимодействует с очень многими материалами. Со временем постройки и конструкции из вышеперечисленных материалов изнашиваются. Их несущая способность существенно снижается. Именно поэтому важно своевременно выявить проблемы и усилить строительную конструкцию, чтобы предотвратить обрушение и значительно увеличить срок службы.

Насколько распространено усиление углепластиком в мире?

Из-за того, что несущие способности зданий и сооружения со временем начинают снижаться,  необходим был такой материал, который позволял бы увеличить их срок службы. В наши дни стало популярным применение современного полимеро-композитного материала — углепластика. Спрос на него намного больше, чем на иные пластики и композиты. В настоящее время данный материал все чаще используется в строительной сфере, и с каждым годом популярной продолжает расти.

Как подготовить поверхность к работе по усилению углепластиком?

Прежде всего, необходимо очертить области, в которых необходимо будет расположить элементы усиления. Затем их нужно очистить от отделочных материалов, грузи и цементного молочка до обнажения крупного заполнителя бетона. Это можно осуществить с помощью угол-шлифовальной машинки с алмазными чашечками либо водо-пескоструйной установки. Во время подготовки основания нужно контролировать ровная ли поверхность, прочный и целостный ли материал усиливаемой конструкции, температуру, влажность, а также другие параметры.

Какие компоненты входят в углепластик, и как их подготовить к работе?

Углепластик является полимерным композиционным материалом из переплетенных нитей углеродного волокна, которые расположены в матрице из полимерных смол. Углематериалы поставляются скрученными и запакованными в полиэтилен. Зону, на которую будет выложен пластик необходимо застелить плотным полиэтиленом и на нем отмотать необходимую длину материала. Обрезать углеродное волокно можно канцелярским ножом либо ножницами по металлу. Если работа осуществляется с ламелями — резать нужно угол-шлифовальной машинкой с отрезным кругом по металлу.

Какие недостатки имеют карбоновые детали?

Детали выполненные из карбона являются более податливыми к точечным ударам. Если на них появятся сколы и царапины, то провести строительные работы будет трудно. Также детали из данного материала теряют цвет, если долго находятся на солнце, но эта проблема устраняется с помощью защитного лака. Процесс изготовления материала занимает больше времени, чем детали из металла. Также этот металл трудно использовать еще раз.

Следует ли наносить защитные покрытия на углепластик после монтажа?

Важно помнить, что адгезивы, основу которых составляют эпоксидные смолы — горючи, а также могут стать критически хрупкими, если на них будут попадать ультрафиолетовые лучи. Именно поэтому, если они применяются, нужно предусмотреть также огнезащиту элементов усиления на класс огнестойкости не ниже заявленного для усиливаемой конструкции.

Что я должен знать перед тем, как начать работы с углепластиком?

После того, как углеродное волокно будет распаковано, необходимо позаботиться о том, чтобы на него не попала пыль и грязь (после расчистки бетона ее будет очень много). В противном случае материалы из карбона нельзя будет пропитать связующим. При попадании лишних элементов на поверхность, углеволокно больше не сможет обеспечить необходимые физико-механические свойства. Для предотвращения таких последствий нужно застелить зону полиэтиленом и отмерить длину требуемого углематериала. После этого можно приступать к монтажу.

Оставить отзыв
Ваша оценка: