В 1960-е годы эксперименты по выявлению альтернативного сырья привели к открытию и получению углеродных волокон из нефтепродуктов. Эти волокна, состоящие примерно на 85% из углерода, сразу же отличились своей исключительной прочностью на изгиб.
Полимер, армированный углеродным волокном (Carbon Fiber Reinforced Polymer по-английски, или CFRP), или углепластик — это синтетический материал, состоящий в основном из углеродных нитей диаметром от 6 до 10 мкм. На протяжении десятилетий углепластик широко использовался в авиационной и автомобильной промышленности как более легкая и не требующая особого ухода альтернатива традиционным стальным пластинам.
Но углеродные волокна, интегрированные в системы CFRP, также оказались чрезвычайно универсальными и полезными для усиления конструкций и исправления различных строительных патологий. Среди последних — те, которые возникли в результате износа из-за агрессивных условий окружающей среды, изменений в использовании и/или повышенных нагрузок и т. д. Что касается армирования, то их часто используют при модернизации для улучшения реакции зданий на сейсмическую активность.
Среди основных конструктивных применений углепластика мы включаем следующие:
— Армирование на изгиб: листы из углеродного волокна приклеиваются снаружи к элементам конструкции, таким как балки и плиты, в зонах положительных и отрицательных моментов, чтобы повысить их прочность на изгиб;
— Армирование на сдвиг: эффективность этого типа армирования зависит от способности углеродного волокна сцепляться с поверхностью и передавать нагрузку, поэтому доступная длина крепления имеет решающее значение для обеспечения его эффективности;
— Ограничение конструкций: эта процедура обычно применяется при армировании опор, силосов и резервуаров. За счет изоляции тканью из углеродного волокна улучшается общая прочность и осевая нагрузка данных элементов.
Давайте теперь посмотрим, какие ограничения имеет углепластик и другие соображения:
Хотя углеродное волокно имеет высокую прочность на разрыв, оно не способно поглощать силы сжатия из-за своей гибкости. По этой причине его не применяют на сжатых гранях балок на изгиб или на колоннах. В качестве альтернативы для поперечной обвязки можно использовать ткани из углеродного волокна, расположенные перпендикулярно сжимающему напряжению. Это повышает стабильность элемента и его деформационную способность.
Одним словом, углеродные волокна сочетают в себе легкость, прочность и универсальность, когда речь идет об усилении конструкций в строительстве. Это ключевое техническое решение для восстановления и адаптации конструкций к требованиям текущей среды.
Изображения: Sika.
Жан Карлос Сото, старший инженер-конструктор Отдела архитектуры Amusement Logic
