Особенности углеволокна для усиления конструкций

Углеволокно считается современным материалом, однако, его история начинается почти полтора столетия назад, в 1880 году. Томас Эдисон, знаменитый американский изобретатель, использовал тончайшие карбоновые волокна для изготовления нитей в лампах накаливания. Толщина этих нитей – не больше 15 микрометров, а структура – сформирована параллельно расположенными кристаллами, состоящими из атомов углерода, за счет чего и достигается высокая прочность, способность выдерживать огромные нагрузки на разрыв.
Выпуск углеволокна возможен несколькими методами, однако, они построены на общем принципе – удалении из исходного сырья всех компонентов, за исключением основного, углерода. Наиболее распространен термический метод, алгоритм которого выглядит следующим образом:

1. Первичное окисление сырья при 250-градусной температуре.
   
2. Нагрев до 1500 градусов в среде инертного газа.
   
3. Графитизация при 3000 градусах. После этой стадии содержание углерода в готовом продукте максимально приближено к 100 процентам.
   

На основе полученных волокон формируются холсты различной ширины и толщины, сетки, ленты и другие формы материала. Производственная технология предполагает значительные расходы энергии и использование специализированного оборудования, что увеличивает стоимость продукции, однако, она на 100% оправдывается характеристиками. Карбоновое полотно востребовано не только в строительстве, но и других сферах, вплоть до наиболее требовательных, автомобильной промышленности, производстве спортивного инвентаря профессионального уровня, медицинского оборудования.

Важнейшие достоинства углеродного волокна выглядят следующим образом:

• Прочность. С точки зрения устойчивости к нагрузкам на разрыв и растяжение, материал выдерживает семикратно большие усилия, в сравнении с высокомарочными легированными сталями. Изначально впечатляющие характеристики удается повысить за счет особой технологии монтажа, предполагающей фиксацию карбоновых лент и холстов при помощи специального эпоксидного клея.
  
• Минимальная масса. При огромной прочности, углеволокно в 4 раза легче стали, в 3 – алюминия. Легкость упрощает взаимодействие с материалом, допускает его применения на ветхих конструкциях, исторических зданиях.
  
• Химическая инертность. Углеволокно не разрушается даже при продолжительном воздействии растворов на кислотной, щелочной основе, нефтепродуктов и подобных агрессивных веществ. Эта особенность допускает применение на объектах с особыми эксплуатационными условиями, производственных предприятиях.
  
• Стойкость к коррозии. Даже постоянное нахождение углепластика в водной среде не приведет к окислению, образованию ржавчины и подобным повреждениям, негативно сказывающимся на прочностных характеристиках.
  
• Экологическая безопасность. Углеволокно не содержит и не выделяет токсичных веществ, допустимо использование на объектах с жесткими санитарно-гигиеническими требованиями.
  
• Гибкость. Армирование углеволокном реализуемо на любых конструкциях, вне зависимости от конфигурации. Это не только плоские стены, но и цилиндрические колонны с любым радиусом кривизны, прямоугольные опорные столбы.
  
• Термическая стойкость. Углеволокно можно использовать в любых климатических зонах, колебания температуры не приводят к его деформациям, всегда сохраняется изначальная структура и конфигурация. Материал выдерживает даже длительное воздействие открытого пламени без плавления и снижения прочности.
  
• Универсальность. Углеволокно подходит для укрепления любых конструкций, вне зависимости от материала-основы. Оно успешно используется на сборных и монолитных бетонных, деревянных, металлических основаниях.
  

Углеволокно допускает усиление несколькими способами, у каждого из которых – уникальные особенности и спецификации. Наиболее распространенные решения выглядят следующим образом:

1. Ламинирование. Базируется на оклеивании оснований холстами и лентами. Оптимально для элементов на основе различных сортов бетона, легких и тяжелых, железобетона.
   
2. Обмотка. Совместима с трубами и другими элементами подобной конфигурации. Лента или холст наматываются на объект, увеличивают его продольную, поперечную жесткость, устойчивость к механическим нагрузкам.
   
3. Инъектирование. Предназначено для работы с крупными трещинами, стыковыми областями, нуждающимися в укреплении. Трещина армируется углеродным волокном и заполняется композицией на основе эпоксидной смолы.
   
4. Распыление. Специфическая технология, позволяющая работать с конструкциями наиболее сложных форм и конфигураций. Карбоновые волокна в данном случае имеют форму аэрозоля, равномерно разбрызгиваются на основу под давлением.
   
5. Предварительное напряжение. Метод, ориентированный на элементы, выполняющие несущие функции, например, плиты перекрытия и балки. Перед укладкой лента или холст натягиваются, что создает внутреннее напряжение, увеличивающее выраженность эффекта укрепления.