Süsinikkiu kasutamine ehituses: kandekonstruktsioonide tugevdamine ja tugevdamine

Kakskümmend esimene sajand on täis uuendusi ja ehitustööstus pole erand. Üks uusimaid ja populaarsemaid materjale – süsinik (süsinik) kiud – võttis oma õige koha, tõrjudes osaliselt klaaskiud ja muud sarnased tugevdusmaterjalid.

Süsinikkangas: omadused ja omadused

Rangelt võttes pole süsinikkiud selle sajandi leiutis. Seda on juba pikka aega kasutatud lennukites ja raketis, kuid keskmine inimene on selle materjaliga tuttav süsinikkiust varraste ja kevlari kujul. Pärast tehnoloogia omandamise ja täiustamise pikka etappi sai tööstus lõpuks valmis varustama teisi tööstusi süsinikangaga, sealhulgas ehitusega.

Süsinikkiudude peamiseks omaduseks on suur eriline tõmbetugevus nende enda massi suhtes. Süsinikkiuga tugevdatud tooted säilitavad suurima teadaoleva tõmbetugevuse, samas kui materjali tarbimise ja kogumassi osas on need palju kasumlikumad kui tänapäeval laialt levinud teras..

Algsel kujul on süsinikkiud õhuke mikrokiud, mida saab kootud lõimedeks, millest omakorda saab kootud ükskõik mis suurusega lõuendit. Molekulide õige orientatsiooni, nende tugeva sideme tõttu saavutatakse selline tugev tugevus. Vastasel juhul täidavad kiud armeerimisfunktsiooni mis tahes tüüpi täitematerjalide korral, alates epoksüvaikudest kuni betoonini..

Süsinikkiu üks kõige ilmekamaid omadusi on selle kõrge sorptsioonivõime. Söe siseviimistluse tugevdamiseks on süsiniku kasutamise eelis see, et süsinik ei lase looduslikel lisanditel, värvainetel ega lahustitel siseneda koduõhku. Samal ajal on sorptsiooniprotsessid kiu enda jaoks täiesti kahjutud..

Kasutamise eelised

Üldiselt on süsinikkiu kaks omadust ehituseks huvitavad. Esimest – mitmepoolset tugevdust – kasutatakse materjalile suurema kõvaduse ja survetugevuse tagamiseks. Konstruktsioon on tugevdatud 5–10 µm paksuste kiududega, millel on erinevad kiudude pikkused. Ehitiste viimistluspindu ja kandekonstruktsioone on mõistlik tugevdada struktuuriliselt.

Ehitustööstuses kasutatava süsinikkiudude teine ​​eesmärk – manustatud armatuur – täidetakse täiendavalt ringlussevõetud primaarkiudude abil, mis esinevad lõuendi, niitide, niitide, trosside ja varraste kujul, mis on tugevdatud polümeervaikudega. Sellisel juhul ei tugevda süsinikkiud südamikku tervikuna, vaid toimib selle jaoks usaldusväärse, rebenemiskindla alusena..

Kuid mis kasu on süsinikkiududest ja miks tuleks neid eelistada vähem eksootilistele materjalidele? Alustame asjaoluga, et füüsikaliste ja keemiliste omaduste osas on süsinikkiust lähim konkurent klaaskiud, mis on sisemise krohvimise jaoks klaaskiust kujul üsna laialt levinud. Kuid klaasil on palju väiksem rebenemiskindlus ja suurem kaal, samas kui süsinikpolümeer pole mitte ainult tugev, vaid haakub selle suure loomupärase adhesiooni tõttu ka ümbritseva tahke materjaliga palju paremini..

Sel viisil tugevdatud kattekiht ja struktuur on suurendanud ka nihke- ja väändetugevust, mis on alati olnud oluline probleem terase, klaasi ja muude plastide jaoks..

Kuid see ei ole ilma komplikatsioonideta. Eriti hoonete sisekujunduses tõstatatakse süsinikkiu tuleohutuse küsimus. Hapniku juuresolekul põleb see isegi temperatuuril umbes 350–400 ° C, kuid olles “konserveerunud” õhuta keskkonnas, säilitab süsinik oma omadused isegi kuumutamisel üle 1700 ° C. Kõrgemat kuumuskindlust tagavad kiud ja nende derivaadid, mis on kaetud mitmesuguste karbiididega – seda tuleb materjali viimistlemisel arvestada.

Kasutamine viimistlustöödel

Lai valik dekoratiivmaterjale nõuab alust, mis on absoluutselt pragudeta. See hõlmab akrüülvärvi, vaigu põrandakatteid, Veneetsia krohvi ja muid õhukesi ja habrasid ühendeid..

Kui kipsplaadist valmistatud valede seinte puhul pole see probleem eriti terav, siis nõuavad muud materjalid tugevama lineaarse laienemise tõttu spetsiaalset lähenemist. Näiteks võtke OSB-st valmistatud ühekihilise mantli vuukide tugevdamine ja isolatsioon. Peaaegu iga kitt või liim mureneb õmbluse sees aasta või kahe jooksul.

Sellised vuugid tuleks täita tugeva polümeerliimiga, seejärel katta külgnevad servad 25–30 mm õhukese süsinikkiudlindiga ja katta uuesti täitekihiga, siludes täidis hoolikalt spaatliga.

Enamasti ei vaja selline töötlemine pinna hilisemat tasandamist. Ümbris eeldab monoliitset tugevust ja sellest tulenevad struktuursed ülepinged kompenseeritakse täielikult OSB omadustega.

Sarnast põhimõtet saab rakendada ka krohvitud seinte lõplikuks tasandamiseks akrüülkittiga. Sel juhul on süsinikkiud vaieldamatu liider löögikindluse ja lõhenemiskindluse saavutamisel. Paigaldamine toimub analoogselt klaaskiuga:

1. Esiteks pinna õhuke pidev katmine.
2. Siis lõuendi panemine ja silumine.
3. Siis saate kohe jätkata lõplikku joondamist..

Lõuend ei avaldu valmis pinnale mingil moel ei enne kompositsiooni kuivamist ega ka pärast seda.

Kasutades süsinikkiudu

In situ või tehases valatud ehitiste kandeelementide tugevdamine on võimalik, lisades vedela täiteaine koostisse süsinikkiudu. Juba praegu saab süsinikkiudu osta suurtes kogustes, et vähendada seinte, sammaste ja muude betoonkonstruktsioonide elementide paksust, mis kogevad vertikaalset aksiaalset survekoormust. Seetõttu vabaneb palju ruumi konstruktsioonide isolatsiooniks või soojusisolatsiooniks..

See materjal on eriti huvitav virnastatud vundamentide armastajatele, kus süsiniklõnga töö on täiesti visuaalne. Samba, mille survetugevus on 12-15 tonni, võttes arvesse kõiki soovitatavaid ohutusmarginaale, paksus on umbes 80 mm. Selle sees on ainult kaks polümeerarmatuuri kiudu ja kahele teisele küljele on asetatud süsinikdioksiidi kiud.

Kui palju süsinikkiudu on vaja betooni tugevdamiseks? Mitte mingil juhul ainult 0,05-0,12% valmisbetoontoodete massist. Kontsentratsioon võib olla suurem, kui tegemist on näiteks hüdrauliliste konstruktsioonide või betoonpõranda sõrestikega.

Välised tugevdussüsteemid

Süsinikkiuga tugevdatud konstruktsioon on nii tugev, et seda saab kasutada isegi tugevalt koormatud konstruktsioonide mähise tugevdusena. Kõrghoone korpuse ehitamisest monteeritavatele karkassikonstruktsioonidele tagab välimine tugevdusrihm enneolematu vastupidavuse operatiivsetele ülekoormustele.

Põhimõte on see, et sisseehitatud tugevdust sisaldava elemendi südamik ise valatakse nagu tavaliselt, kuid külgede minimaalse kaitsekihiga betoonist. Pärast raketise eemaldamist mähitakse toode, olgu see sammas või tugevdusrihm, süsinik lapiga või paksu niidiga ja valatakse seejärel kiudu sisaldava liivabetooniga. See lähenemisviis välistab vajaduse kasutada rasket graniitbetooni, pärides selle tugevusomadused täielikult. Pealegi vähendab isegi väikseim süsinikarmeeritud betooni kiht manustatud armatuuri korrosiooni..

Välise tugevdamise erijuhuks võib nimetada vuukide kleepimist klappide või süsinikkiudlindiga, süsinikkangast koos samaaegse immutamisega epoksüvaikudega. Selline ühendus näitab tavalisest kolm korda suuremat tugevust, mis on hindamatu väärtus sarikate süsteemide jaoks ja eriti puntraste Mauerlat külge kinnitamiseks.