Преимущества усиления конструкций углеволокном

В строительстве, авиастроении для усиления конструкций активно используется углеволокно. С его помощью повышается прочность, жесткость без значительного увеличения массы. Такое решение востребовано там, где к характеристикам конструктивных элементов предъявляются повышенные требования, есть ограничения по весу. 

Материал состоит из атомов карбона, которые располагаются параллельно относительно друг друга. Такая кристаллическая структура обеспечивает высокую прочность при толщине волокна до 15 мкм. Материал изготавливается из полимеров, которые очищаются от сторонних примесей. В результате этого в структуре остаются только молекулы карбона. Они подвергаются нагреву до +3000⁰C. 

Углеволокно отличается высокой устойчивостью к нагрузке на разрыв (выдерживает усилие до 4900 МПа). Этот материал сочетает прочность с небольшим удельным весом. По этому соотношению он превосходит сталь и даже легкие сплавы. Также углеродные волокна обладают такими преимуществами, как:

• устойчивость к воздействию химических соединений, включая щелочи и кислоты;
  
• не разрушается под воздействием влаги;
  
• устойчивость к термической коррозии;
  
• пластичность, гибкость;
  
• сохраняют свойства в течение 75 лет даже под воздействием нагрузок, разрушающих факторов;
  
• стойкость к температурному воздействию.
  

Перечисленные преимущества делают углеволокно универсальным материалом, которое используется в разных производственных и климатических условиях. Нанесение материала на поверхность стальных, бетонных конструкций продлевает срок их эксплуатации при постоянном воздействии агрессивных газообразных или жидких сред. Это означает, что металл значительно медленнее разрушается под воздействием соленого водяного пара. 
Еще один плюс материала – экологичность. Он не содержит токсичных компонентов, не выделяет вредных соединений при нагреве. Углеволокно безопасно для здоровья человека, не наносит ущерб окружающей среде. 

Гибкость углеродных волокон, низкая плотность делает их удобными в использовании. Кроме того, эти свойства позволяют производить усиление конструкций различными методами. 
Углеволокно наматывается на конструктивные элементы. Этот способ называется оберточным. С его помощью повышается прочность поверхности, устойчивость к нагрузке на изгиб и растяжение. 
Выполняется и каркасное усиление конструкций. Суть этого метода заключается во вклеивании полос из углеродных волокон. Для этого подготавливаются штробы. С его помощью повышается стойкость к нагрузке на сжатие, обеспечивается равномерное распределение напряжений.
Еще один метод усиления конструкций углеволокном – ламинационный. Материал накладывается на конструкцию, пропитывается смолой. В результате формируется дополнительный защитный слой, устойчивый к разрушающим факторам. Этот способ усиления используется в авиационной отрасли, мостостроении. Он применяется для усиления элементов прямолинейных форм. 
Укладка волокон в продольном направлении позволяет эффективно усиливать несущие конструкции. К ним относятся стены, а также:

• балки;
  
• столбы;
  
• фермы. 
  

Для общего усиления конструктивных элементов волокна укладываются в перпендикулярном направлении. Они располагаются под определенным углом, если нужно усилить стойкость к разным типам нагрузок, которые прилагаются в определенном направлении или области. Укладка волокон в разных направлениях обеспечивает эффективное распределение нагрузки. 
Для усиления балок используется способ предварительного напряжения. Полосы из углеволокна перед фиксацией натягиваются. Это повышает несущую способность. При этом возможно использовать несколько методов усиления. С помощью карбоновых волокон устраняется необходимость замены балок, что существенно сокращает расходы без ущерба несущей способности.
Для усиления бетонных, металлических элементов используются и листы из углеволокна. Они фиксируются на их поверхности с помощью клеящих составов или специального крепежа. Для решения этой задачи не нужно привлекать значительные технические и людские ресурсы. Это существенно снижает стоимость работ на фоне высокой эффективности. 
Использование для усиления одного из рассмотренных способов дает следующие преимущества:

• устойчивость к структурной деформации;
  
• снижение риска расслоения материалов;
  
• продление срока эксплуатации конструктивных элементов без внушительных вложений;
  
• повышение устойчивости конструкций. 
  

Гибкость углеродных волокон позволяют усиливать конструкции в труднодоступных местах. Также с их помощью устраняются дефекты, выравнивается поверхность. Небольшой удельный вес не создает дополнительную нагрузку на поверхности.
В отличие от металла, карбоновые волокна не подвержены эффекту усталости. Это означает, что при длительном воздействии переменных нагрузок не происходит деградация механических характеристик. В структуре материала появляются микротрещины, которые впоследствии приводят к полному или частичному разрушению элемента.
Карбоновые волокна замедляют физическое старение конструкций, снижают интенсивность их разрушения под воздействием вибрации. С их помощью усиливаются не только перекрытия, балки, опоры, но и фундаменты. Они без проблем наносятся на разные поверхности, включая шероховатые и ребристые.