CFRP — углеродное волокно, армированное полимером — представляет собой композит из высокопрочных углеродных волокон, заключенных в отвержденную эпоксидную матрицу. Приклеиваясь к поверхности существующего конструктивного элемента, он добавляет прочность на растяжение именно там, где это необходимо, превращая недостаточно прочную балку, плиту, колонну или стену в элемент, отвечающий современным нагрузкам. Это достигается без демонтажа, простоев и дополнительного мертвого веса, которые приносят традиционные методы.
Почему углеродное волокно?
Привлекательность заключается в самом материале. Углеродное волокно имеет прочность на растяжение в несколько раз выше, чем у конструкционной стали, при примерно пятой части веса, и оно не корродирует. Ламинат толщиной всего около миллиметра может заменить стальную пластину, во много раз более тяжелую. Поскольку армирование тонкое и легкое, его можно монтировать вручную, над головой и в труднодоступных местах, где крепление стальных пластин болтами было бы непрактично.
Как это работает
Усиление основано на сцеплении между композитом и основанием. Волокно воспринимает растяжение; эпоксидный клей передает напряжение от бетона на волокно через склеенную площадь. Поэтому несущая конструкция должна быть прочной: рыхлый материал, цементное молочко и загрязнения удаляются, поверхность шлифуется для обнажения заполнителя, и наносится грунтовка, чтобы пропитывающая смола могла схватиться. После отверждения системы элемент и CFRP работают совместно как одно целое.
Где это используется
Типичные области применения включают: повышение временной нагрузки балок мостов и парковочных палуб; восстановление несущей способности, потерянной из-за коррозии или удара; добавление прочности на изгиб или сдвиг после изменения назначения; обжатие колонн для улучшения пластичности и осевой прочности; и сейсмоусиление. CFRP работает на железобетоне, предварительно напряженном бетоне, стали, каменной кладке и древесине.
Две распространенные формы
Система в основном выпускается в виде гибкой ткани (также называемой листом или обмоткой), которая пропитывается смолой на месте и принимает форму криволинейных и неправильных поверхностей, и в виде жесткой предварительно отвержденной пластины (ламинатной ленты), которая приклеивается к плоским перекрытиям для эффективного изгибного усиления. Выбор между ними является темой отдельного руководства.
Преимущества и ограничения
Преимущества: скорость, минимальный дополнительный вес, коррозионная стойкость и почти отсутствие изменений размеров элементов или зазоров. Ограничения также важны: CFRP является поверхностным армированием на растяжение, поэтому существующий элемент должен изначально иметь достаточную прочность на сжатие; характеристики сильно зависят от подготовки поверхности и квалификации монтажника; и чистое углеродное волокно теряет прочность при пожаре, поэтому пожаростойкие конструкции нуждаются в защитных покрытиях или плитах. Проектирование всегда должно следовать признанным нормам, таким как ACI 440.2R, и выполняться квалифицированным инженером.
При использовании в этих пределах усиление CFRP является одним из самых быстрых и наименее разрушительных способов продлить срок службы существующей конструкции.