ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Инновационные материалы находят применение в современном строительстве и начинают вносить свою долю в формирование архитектуры будущего. Уже получены конструкционные композиционные материалы с уникальными прочностными характеристиками, новые виды арматурных сталей, уникальные нано-пленки для покрытия свето-прозрачных конструкций, самоочищающиеся и износостойкие покрытия, паропроницаемые и гибкие стекла [1].

В настоящей работе были проанализировано применение углеродного волокна в строительной отрасли г. Волгодонска и близлежащих районов.

Углеродное волокно в несколько раз тверже металла и легче любой стали. Его успешно применяют в современных авиационных технологиях и оборонной промышленности. Российские специалисты нашли применение углеродному волокну в сфере ЖКХ.

Если при обычном армировании железобетон вскрывают и окутывают новой опалубкой, что достаточно трудозатратно, то при использовании системы внешнего армирования межэтажные перекрытия закрывают композитным материалом, сплетенным из углеродных волокон [2].

Достоинствами данного материала является [3]:

·     универсальность применения (может быть нанесена на поверхности любой конфигурации и сложности, в том числе в угловых соединениях, а также на закругленных поверхностях, применяется при усилении ребристых плит перекрытия, тавровых балок мостовых пролетов с малой шириной ребра, балочных элементов рамных конструкций, ферм и малогабаритных конструкций);

·     легкость (система усиления не создает дополнительной нагрузки на конструкцию);

·     исключительная стойкость к коррозии;

·     возможность нанесения в несколько слоев;

·     минимальные трудовые и временные затраты на проведение работ;

·     возможность выполнения ремонтных работ без прекращения эксплуатации усиливаемого здания или сооружения.

Углеродное волокно состоит из обработанного при высоких температурах (3–5 тысяч градусов) поли-акрил-нитрита. Для осуществления внешнего армирования углеродную ткань пропитывают связующим веществом (двухкомпонентной эпоксидной смолой) и наклеивают как обои на стены, пол, потолок, колонны, на любую конструкцию, которая требует укрепления.

Следует отметить, что углеродная ткань, вступив в реакцию со связующим веществом, превращается в жесткий пластик и становится прочнее стали в 6–7 раз. Эпоксидная смола обладает хорошей адгезией к железобетону, что и обуславливает целесообразность применения данной технологии. Кроме того, внешнее армирование с применением углеродного волокна производится достаточно быстро. Например, за сутки бригада рабочих укрепляет до 10 квадратных метров поверхности. Сама технология армирования напоминает наклеивание обоев [2].

Конечно же, как и многие инновационные материалы, углеродное волокно достаточно дорогое. К примеру, провести внешнее армирование сегодня стоит около 7000 рублей за квадратный метр. Но учитывая, что армирование углеродным волокном не требует ни расселения здания, ни наличия строительной техники, в общей сумме затрат такое армирование ничем не уступает традиционному.

Внешнее армирование углеволокном производят:

·     при проектировании и строительстве для повышения сейсмостойкости, прочности и надежности возводимых конструкций с увеличением межремонтных сроков при сохранении материалоемкости;

·     при реконструкции для усиления несущих конструкций, для восприятия повышенных нагрузок или обеспечения работоспособности по измененной конструктивной схеме;

·     при усилении для устранения последствий разрушения бетона и коррозии арматуры в результате длительного воздействия природных факторов и агрессивных сред или механического воздействия.

Сравнительную оценку технической характеристики углеволокна проведем по испытаниям Холдинговой Компании «Композит», которая производит углеволокно. На испытание впервые были взяты конструкции в натуральную величину, были усилены железо-бетонная балка длиной 12 и 20м таврового поперечного сечения и железобетонная колонна сечением 250 250мм и длиной 2,5м. Результаты испытаний показали повышение несущей способности пролетной балки при усилении углеволокном на 70%. Колонны испытывали на прочность, относительные деформации измерялись с помощью электронных индикаторов с точностью до 0,001мм. Нагружение - поэтапное: через каждые 5-10мин. увеличивается на 10т. Железобетонные образцы, усиленные холстами, обеспечивают несущую способность сжимаемых железобетонных элементов более чем на 60%. Уровень нагружения в момент наступления предельного состояния без усиления составляет 120–130 тонн, с усилением – 190тонн.

Таблица 1.

Сравнение испытаний с применением углеволокна

Эксперимент доказал, что применение системы внешнего армирования эффективно при конструкциях больших размеров и способно продлить жизнь конструкциям на десятки лет.

Углеволокно также увеличивает несущую способность конструкций из кирпича и дерева.

Поскольку в нашем регионе достаточно большое количество ветхих зданий и сооружений из железобетона, то применение данной технологии имеет большие перспективы.

Кроме применения в сфере ЖКХ по нашему мнению перспективно применять эту технологию для укрепления гидротехнических сооружений. В частности, может быть экономически выгодным применить эту технологию для укрепления железобетонных конструкций Цимлянской гидроэлектростанции.

Например, в случае применения традиционных технологий по укреплению дамбы потребуется спуск воды из водохранилища, следовательно – приостановка судоходства, прекращение подачи воды для полива. Также потребуется применение специальной дорогостоящей строительной техники. Неизбежны потери рыбных запасов. В итоге, все это ведет к большим экономическим потерям. Тогда как при внешнем армировании дамбы углеродным волокном проводить выше перечисленные мероприятия не требуется.

Ремонт и реставрация зданий относятся к высокобюджетным работам. Таким образом, применение нового материала, несмотря на разовые затраты, не только полностью окупается, но с учетом всех преимуществ оказывается более перспективными, рентабельными и экономически целесообразными.

Список литературы:

1. Нанотехнологии в строительстве – [Электронный ресурс] – / URL: http://www.rusnanonet.ru/nanoindustry/construction/constr_field.

2. Углеродное волокно – [Электронный ресурс] – / URL: http:// potolochki.com /stroymaterialyi /uglerodnoe-volokno.html.

3. Однонаправленная углеродная лента FibARM Tape 530/300 – [Электронный ресурс] – / URL: http://eleosstroy.ru/materialy-dlya-usileniya-konstrukcij-uglevoloknom.