Användning av kolfiber i konstruktion: förstärkning och förstärkning av bärande konstruktioner

Det 21: a århundradet är fylld med innovation, och byggbranschen är inget undantag. Ett av de nyaste och mest populära materialen – kol (kol) fiber – tog sin rättmätiga plats och delvis förskjuter glasfiber och liknande armeringsmaterial.

Kolväv: egenskaper och funktioner

Strängt taget är kolfiber inte en uppfinning av detta århundrade. Det har länge använts i flygplan och raketry, men den genomsnittliga personen känner till detta material i form av kolfiberstavar och kevlar. Efter att ha gått igenom ett långt skede av att behärska och förbättra tekniken blev branschen äntligen redo att förse andra industrier med koltyg, inklusive byggande.

Huvuddelen av kolfibrerna är en hög specifik draghållfasthet i förhållande till deras egen vikt. Produkter som är förstärkta med kolfiber behåller den högsta kända draghållfastheten, medan de när det gäller materialförbrukning och totalvikt är mycket mer lönsamma än stål som är utbrett idag..

I sin ursprungliga form är kolfiber ett tunt mikrofiber som kan vävas i trådar, från vilket i sin tur vävningar av valfri storlek kan vävas. På grund av korrekt orientering av molekylerna, deras starka bindning, uppnås en sådan hög styrka. Annars utför fibrerna helt enkelt förstärkningsfunktionen för alla typer av konstruktionsfyllmedel, från epoxiharts till betong..

En av de mest uttalade egenskaperna hos kolfiber är dess höga sorptionskapacitet. Fördelen med att använda kol för att förstärka inredningselementen är att kol inte tillåter naturliga föroreningar, färgämnen eller lösningsmedel att komma in i luften i hemmet. Samtidigt är sorptionsprocesser absolut oskadliga för själva fibern..

Fördelarna med att använda

I allmänhet är två egenskaper hos kolfiber intressanta för konstruktion. Den första – strukturella mångsidiga armeringen – används för att ge materialet ökad hårdhet och tryckhållfasthet. Strukturen är förstärkt med 5–10 um tjocka fibrer med olika fiberlängder. Det är vettigt att strukturellt stärka efterbehandlingsytorna och byggnadens bärande struktur.

Det andra målet med kolfibrer i byggbranschen – inbäddad förstärkning – utförs av ytterligare bearbetad primärfiber, som har formen av duk, roving, gängor, rep och stavar förstärkta med polymerharts. I detta fall stärker inte kolfibern själva kärnan som helhet utan tjänar som en pålitlig, rivbeständig bas för den..

Men vad är fördelen med kolfibrer, och varför ska de föredras framför mindre exotiska material? Låt oss börja med det faktum att när det gäller fysikaliska och kemiska egenskaper är den närmaste konkurrenten till kolfiber glasfiber, vilket är ganska utbrett i form av glasfiber för inre gips. Emellertid har glas en mycket lägre rivhållfasthet och högre vikt, medan kolpolymeren inte bara är stark utan även vidhäftar mycket bättre det omgivande fasta materialet på grund av dess höga inneboende vidhäftning..

Fodret och strukturen förstärkt på detta sätt har också ökat skjuvning och vridstyrka, vilket alltid har varit ett betydande problem för stål, glas och annan plast..

Men det är inte utan komplikationer. Speciellt i inredningen av byggnader tas frågan om brandfiber för koldioxidfiber upp. I närvaro av syre brinner det ut även vid temperaturer på cirka 350–400 ° C, men eftersom det ”konserveras” i en luftlös miljö behåller kol dess egenskaper även när den värms upp över 1700 ° C. Högre värmebeständighet garanteras av fiber och dess derivat belagda med olika typer av karbider – detta måste beaktas när man väljer ett material för efterbehandling..

Tillämpning vid efterbehandling

Ett brett utbud av dekorativa material kräver en bas som är helt sprickfri. Detta inkluderar akrylfärg, polymergolvbeläggningar, venetiansk gips och andra tunna och bräckliga föreningar..

Om för felaktiga väggar gjorda av gipsskivor är detta problem inte särskilt akut, kräver andra material på grund av en mer uttalad linjär expansion en speciell strategi. Ta till exempel förstärkning och isolering av fogarna i en enskiktsmantel gjord av OSB. Nästan vilken kitt eller lim som helst kommer att smulas in i sömmen om ett år eller två.

Sådana fogar bör fyllas med starkt polymerlim och täcka sedan de intilliggande kanterna med 25–30 mm med tunn kolfibertejp och täck igen med ett lager fyllmedel, försiktigt utjämna fyllningen med en spatel.

Sådan bearbetning kräver i de flesta fall inte efterföljande utjämning av ytan. Beklädnaden antar monolitisk styrka, och de resulterande strukturella överspänningarna kompenseras fullständigt av OSB: s egenskaper.

En liknande princip kan tillämpas på den slutliga nivelleringen av gipsade väggar med akrylkitt. I detta fall är kolfiber den obestridda ledaren när det gäller att ge slagtålighet och motstånd mot sprickbildning. Installation utförs analogt med glasfiber:

1. Först en tunn kontinuerlig beläggning av ytan.
2. Lägg sedan duken och jämnar ut den.
3. Då kan du omedelbart fortsätta med den slutliga justeringen..

Canvasen visar sig inte på något sätt på den färdiga ytans utseende, varken innan kompositionen har torkat eller efter.

Använda kolfiber

Det är möjligt att stärka de bärande elementen i in-situ eller fabriksgjutna byggnader genom att tillsätta kolfiber till den flytande fyllmedelssammansättningen. Redan nu kan kolfiber köpas i stora mängder för att minska tjockleken på väggar, pelare och andra element i betongkonstruktioner med vertikala axiella tryckbelastningar. På grund av detta frigörs mycket utrymme för konstruktionsisolering eller värmeisolering av konstruktioner..

Detta material kommer att vara särskilt intressant för älskare av höggrillningsfundament, där arbetet med kolgarn är helt visuellt. Pelaren, som har en tryckhållfasthet på 12-15 ton, med beaktande av alla rekommenderade säkerhetsmarginaler, har en tjocklek på cirka 80 mm. Inuti det finns det bara två strängar av polymerförstärkning, och strängar av kolvridning läggs på de andra två sidorna.

Hur mycket kolfiber krävs för att förstärka betong? På inga sätt bara 0,05-0,12% av massan för de färdiga betongprodukterna. Koncentrationen kan vara högre när det gäller hydrauliska konstruktioner eller betonggolvstolar.

Externa förstärkningssystem

Strukturen, förstärkt med kolfiber, är så stark att den till och med kan användas som en lindningsarmering för tungt belastade strukturer. Från höghusskonstruktion till prefabricerade ramkonstruktioner ger det yttre förstärkningsbandet en aldrig tidigare skådad motstånd mot driftsöverbelastningar.

I första hand är kärnan i själva elementet, innehållande inbäddad armering, gjuten som vanligt, men med ett minimalt skyddande betonglager på sidorna. Efter avlägsnande av forskalningen lindras produkten, oavsett om det är en kolonn eller ett förstärkningsbälte, med ett lager koltyg eller tjock tråd, och hälls sedan med sandbetong innehållande fiber. Detta tillvägagångssätt eliminerar behovet av att använda tung granitbetong samtidigt som den ärverar dess styrkans egenskaper. Dessutom minskar även det minsta skiktet av kolarmerad betong avsevärt korrosionen av den inbäddade armeringen..

Ett speciellt fall av yttre förstärkning kan kallas limning av fogar med klaffar eller kolfibertejp, kolduk med samtidig impregnering med epoxihartser. En sådan anslutning visar tre gånger högre hållfasthet än vanligt, vilket är ovärderligt för raftsystem och särskilt för att fästa takstolar till Mauerlat.