CFRP — углеродное волокно, армированное полимером — представляет собой композит из высокопрочных углеродных волокон, помещенных в отвержденную эпоксидную матрицу. Приклеенный 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, выдерживающий современные нагрузки. Это достигается без демонтажа, простоев и дополнительного мертвого веса, которые сопутствуют традиционным методам.
Почему углеродное волокно?
Привлекательность сводится к самому материалу. Углеродное волокно имеет прочность на растяжение в несколько раз выше, чем у конструкционной стали, при весе примерно в пять раз меньше, и оно не подвержено коррозии. Ламинат толщиной всего около миллиметра может заменить стальную пластину, во много раз более тяжелую. Поскольку армирование тонкое и легкое, его можно устанавливать вручную, на потолке 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 к волокну по площади склеивания. Поэтому несущая конструкция должна быть прочной: рыхлый материал, цементное молочко и загрязнения удаляются, поверхность шлифуется для обнажения заполнителя, и наносится грунтовка, чтобы пропиточная смола могла схватиться. После отверждения системы элемент и CFRP работают композитно как единое целое.
Где это используется
Типичные области применения включают: увеличение временной нагрузки балок мостов и палуб автостоянок; восстановление несущей способности, утраченной из-за коррозии или удара; добавление изгибной или сдвиговой прочности после изменения функционального назначения; обоймы колонн для улучшения пластичности и осевой несущей способности; и сейсмоусиление. CFRP работает на железобетоне, предварительно напряженном бетоне, стали, каменной кладке и дереве.
Две распространенные формы
Система выпускается в основном в виде гибкой ткани (также называемой листом или оберткой), которая пропитывается смолой на месте и принимает форму изогнутых и неправильных поверхностей, и в виде жестких предварительно отвержденных пластин (ламелей), которые приклеиваются к плоским поверхностям для эффективного изгибного усиления. Выбор между ними является темой отдельного руководства.
Преимущества и ограничения
Преимущества: скорость, минимальное увеличение веса, коррозионная стойкость и почти полное отсутствие изменения размеров элемента или зазоров. Ограничения также важны: CFRP является поверхностно-приклеенным растянутым армированием, поэтому существующий элемент должен изначально иметь достаточную прочность на сжатие; производительность сильно зависит от подготовки поверхности и квалификации монтажника; а чистое углеродное волокно теряет прочность при пожаре, поэтому для огнестойких конструкций требуются защитные покрытия или плиты. Проектирование всегда должно выполняться по признанному кодексу, такому как ACI 440.2R, и осуществляться квалифицированным инженером.
При использовании в этих пределах усиление CFRP является одним из самых быстрых и наименее разрушительных способов продлить срок службы существующей конструкции.