Použitie uhlíkových vlákien v konštrukcii: vystuženie a vystuženie nosných konštrukcií

Obsah článku

• Uhlíková tkanina: vlastnosti a vlastnosti
• Výhody použitia
• Použitie pri dokončovacích prácach
• Použitie uhlíkových vlákien
• Vonkajšie výstužné systémy

21. storočie je plné inovácií a stavebníctvo nie je výnimkou. Jeden z najnovších a najpopulárnejších materiálov – uhlíkové (uhlíkové) vlákno – zaujal svoje správne miesto, čiastočne vytlačil laminát a podobné výstužné materiály..

Uhlíková tkanina: vlastnosti a vlastnosti

Presnejšie povedané, uhlíkové vlákno nie je vynálezom tohto storočia. Už dlho sa používa v lietadle a v raketovej technike, ale priemerný človek je s týmto materiálom oboznámený vo forme tyčí a kevlarov z uhlíkových vlákien. Po absolvovaní dlhej fázy zvládnutia a zlepšovania technológie sa priemysel konečne pripravil poskytnúť ostatným odvetviam uhlíkovú tkaninu vrátane stavebníctva.

Hlavným znakom uhlíkových vlákien je vysoká špecifická pevnosť v ťahu vo vzťahu k ich vlastnej hmotnosti. Výrobky vystužené uhlíkovými vláknami si zachovávajú najvyššiu pevnosť v ťahu, zatiaľ čo z hľadiska spotreby materiálu a celkovej hmotnosti sú oveľa výnosnejšie ako oceľ, ktorá je dnes rozšírená..

Vo svojej pôvodnej podobe je uhlíkové vlákno tenké mikrovlákno, ktoré môže byť tkané do nití, z ktorých môže byť následne tkané plátno ľubovoľnej veľkosti. Správnou orientáciou molekúl, ich silnou väzbou, sa dosiahne taká vysoká pevnosť. V opačnom prípade vlákna jednoducho plnia funkciu výstuže pre akýkoľvek typ štrukturálneho plniva, od epoxidových živíc po betón..

Jednou z najvýraznejších vlastností uhlíkových vlákien je vysoká sorpčná kapacita. Výhodou použitia uhlíka na vystuženie vnútorných krytov je to, že uhlík neumožňuje prenikanie prírodných nečistôt, farbív alebo rozpúšťadiel do vzduchu v domácnosti. Sorpčné procesy sú zároveň úplne neškodné pre samotné vlákno..

Výhody použitia

Vo všeobecnosti sú dve stavebné vlastnosti zaujímavých uhlíkových vlákien. Prvá – štrukturálna viacstranná výstuž – sa používa na zvýšenie tvrdosti a pevnosti v tlaku. Štruktúra je vystužená vláknami s hrúbkou 5 – 10 μm s rôznymi dĺžkami vlákien. Má zmysel štrukturálne zosilňovať povrchové úpravy a nosnú konštrukciu budov.

Druhým cieľom uhlíkových vlákien v stavebníctve – vstavanou výstužou – je dodatočne recyklované primárne vlákno, ktoré má podobu plátna, prameňa, nití, lán a prútov vystužených polymérnymi živicami. V tomto prípade uhlíkové vlákno nespevňuje samotné jadro ako celok, ale slúži ako spoľahlivý základ odolný voči roztrhnutiu..

Aký je však prínos uhlíkových vlákien a prečo by mali byť uprednostňované pred menej exotickými materiálmi? Začnime tým, že z hľadiska fyzikálnych a chemických vlastností je najbližším konkurentom k uhlíkovým vláknam sklenené vlákno, ktoré je pomerne rozšírené vo forme sklenených vlákien na vnútorné omietky. Sklo má však oveľa nižšiu odolnosť proti roztrhnutiu a väčšiu hmotnosť, zatiaľ čo uhlíkový polymér je nielen silný, ale vďaka svojej vysokej vlastnej priľnavosti tiež lepšie prilne k okolitému pevnému materiálu..

Týmto spôsobom vystužená vložka a štruktúra majú tiež zvýšenú šmykovú a torznú pevnosť, čo vždy predstavovalo významný problém pre oceľ, sklo a iné plasty..

Nie je to však bez komplikácií. Najmä pri výzdobe interiéru budov sa kladie otázka požiarnej bezpečnosti uhlíkových vlákien. V prítomnosti kyslíka horí dokonca aj pri teplotách približne 350 – 400 ° C, avšak pri zachovaní v prostredí bez vzduchu si uhlík zachováva svoje vlastnosti, aj keď je zahrievaný nad 1700 ° C. Vyššia tepelná odolnosť je zaručená vláknami a ich derivátmi potiahnutými rôznymi druhmi karbidov – to treba vziať do úvahy pri výbere materiálu na dokončovacie práce.

Použitie pri dokončovacích prácach

Široká škála dekoratívnych materiálov vyžaduje základňu, ktorá je úplne bez trhlín. Patria sem akrylové farby, polymérové ​​podlahové nátery, benátska omietka a ďalšie tenké a krehké zlúčeniny..

Ak pre falošné steny vyrobené zo sadrokartónových dosiek tento problém nie je zvlášť akútny, potom iné materiály kvôli výraznejšej lineárnej expanzii vyžadujú osobitný prístup. Napríklad vystužte a izolujte spoje jednovrstvového plášťa vyrobeného z OSB. Takmer akýkoľvek tmel alebo lepidlo sa rozpadne priamo vo šve za rok alebo dva.

Takéto spoje by mali byť vyplnené silným polymérnym lepidlom, potom prikryte susedné hrany o 25 – 30 mm tenkou páskou z uhlíkových vlákien a znova prikryte vrstvou plniva, pričom náplň opatrne vyhladíte špachtľou..

Takéto spracovanie vo väčšine prípadov nevyžaduje následné vyrovnanie povrchu. Opláštenie predpokladá monolitickú pevnosť a výsledné štrukturálne prepätia sú plne kompenzované vlastnosťami OSB.

Podobný princíp je možné aplikovať aj na konečné vyrovnanie omietnutých stien akrylovým tmelom. V tomto prípade je uhlíkové vlákno nesporným lídrom v udeľovaní odolnosti proti nárazu a odolnosti proti praskaniu. Inštalácia sa vykonáva analogicky so sklolaminátom:

1. Najprv tenký súvislý povlak povrchu.
2. Potom položte plátno a vyhladzujte ho.
3. Potom môžete okamžite pokračovať v konečnom zarovnaní..

Plátno sa nijako neprejavuje na vzhľade hotového povrchu, a to ani pred vyschnutím kompozície alebo po nej.

Použitie uhlíkových vlákien

Posilnenie nosných prvkov budov in-situ alebo z tovární liatych budov je možné pridaním uhlíkových vlákien do kompozície kvapalného plniva. Už teraz je možné uhlíkové vlákno nakupovať vo veľkých množstvách, aby sa znížila hrúbka stien, stĺpov a ďalších prvkov betónových konštrukcií, ktoré sú vystavené vertikálnemu axiálnemu zaťaženiu tlakom. Z tohto dôvodu sa uvoľní veľa priestoru na štrukturálnu izoláciu alebo tepelnú izoláciu štruktúr..

Tento materiál bude obzvlášť zaujímavý pre milovníkov vlasových základov, kde je práca uhlíkovej priadze úplne vizuálna. Stĺpik, ktorý si zachováva pevnosť v tlaku 12 až 15 ton, berúc do úvahy všetky odporúčané bezpečnostné rezervy, má hrúbku asi 80 mm. Vo vnútri sú iba dva pramene polymérnej výstuže a na ostatných dvoch stranách sú položené pramene uhlíkových prameňov.

Koľko uhlíkových vlákien je potrebných na vystuženie betónu? V žiadnom prípade len 0,05 – 0,12% hmotnosti hotových betónových výrobkov. Koncentrácia môže byť vyššia, pokiaľ ide napríklad o hydraulické konštrukcie alebo betónové nosníky.

Vonkajšie výstužné systémy

Štruktúra vystužená uhlíkovými vláknami je taká silná, že ju možno dokonca použiť ako ochranný obal pre silne zaťažené konštrukcie. Od výškovej konštrukcie puzdra po prefabrikované rámové konštrukcie poskytuje vonkajší výstužný pás nebývalú odolnosť proti prevádzkovým preťaženiam..

Spodná línia spočíva v tom, že jadro samotného prvku, ktoré obsahuje zabudovanú výstuž, je odliate ako obvykle, ale s minimálnou ochrannou vrstvou betónu po stranách. Po odstránení debnenia sa výrobok, či už ide o stĺpec alebo výstužový pás, obalí vrstvou uhlíkovej tkaniny alebo hrubou niťou a potom sa naleje do vlákniny obsahujúcej piesok. Tento prístup vylučuje potrebu použitia ťažkého žulového betónu pri úplnom zdedení jeho pevnostných charakteristík. Okrem toho aj najmenšia vrstva karbónu vystuženého betónu významne znižuje koróziu vloženej výstuže..

Špeciálny prípad vonkajšej výstuže sa môže nazývať spájanie chlopní alebo pások z uhlíkových vlákien, uhlíková tkanina so sprievodnou impregnáciou epoxidovými živicami. Takéto spojenie demonštruje trikrát vyššiu pevnosť ako obvykle, čo je neoceniteľné pre krokvové systémy a najmä pre pripevnenie nosníkov na Mauerlat..