La fibra di carbonio è un materiale moderno costituito dai fili più sottili con un diametro di 5-15 micrometri, formati principalmente da atomi di carbonio. Gli atomi sono combinati in minuscoli cristalli disposti parallelamente l'uno all'altro. A causa di questo allineamento dei cristalli, la fibra di carbonio ha una notevole resistenza alla trazione.

Per la prima volta la produzione e l'utilizzo delle fibre di carbonio (CF) (più precisamente, filamenti) fu proposta e brevettata dal famoso inventore americano - Thomas Edison - nel 1880 come filamenti incandescenti nelle lampade elettriche. Queste fibre sono state ottenute per pirolisi di fibre di cotone o viscosa ed erano caratterizzate da fragilità ed elevata porosità e sono state successivamente sostituite da filamenti di tungsteno. Nei successivi 20 anni propose anche di ottenere fibre di carbonio e grafite a base di varie fibre naturali.

In secondo luogo, l'interesse per le fibre di carbonio è apparso a metà del XX secolo, quando è stata effettuata la ricerca di materiali adatti all'uso come componenti di compositi per la produzione di motori a razzo. In termini di qualità, gli idrocarburi si sono rivelati uno dei materiali di rinforzo più adatti a questo ruolo, poiché hanno un'elevata stabilità termica, buone proprietà di isolamento termico, resistenza alla corrosione a gas e fluidi, elevata resistenza specifica e rigidità.

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Ricevuta

La fibra di carbonio è solitamente ottenuta mediante trattamento termico di fibre chimiche o organiche naturali, in cui rimangono principalmente atomi di carbonio nel materiale della fibra. Il trattamento termico consiste in più fasi. Il primo di questi è l'ossidazione della fibra originale in aria ad una temperatura di 250 °C per 24 ore. Dopo l'ossidazione, segue la fase di carbonizzazione - riscaldamento della fibra in azoto o argon a temperature da 800 a 1500 °C. Come risultato della carbonizzazione, si formano strutture simili alla grafite. Il processo di trattamento termico si conclude con la grafitizzazione ad una temperatura di 1600-3000 °C, che avviene anche in ambiente inerte. Come risultato della grafitizzazione, la quantità di carbonio nella fibra viene portata al 99%.

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Fibra di carbonio nella costruzione

Nella costruzione, la fibra di carbonio viene utilizzata per il rinforzo esterno e per rafforzare le strutture - come riempitivo rinforzante che ha una notevole resistenza alla deformazione, nonché alle crepe durante gli sbalzi di temperatura.

Metallo e cemento sono anche usati per rinforzare le strutture, ma la fibra di carbonio ha una serie di vantaggi su di esse. Il principale è l'elevata resistenza alla trazione. Altri vantaggi sono una significativa riduzione del peso della struttura rinforzata e la garanzia della sua resistenza alla corrosione.

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La fibra di carbonio può essere utilizzata per rinforzare strutture in cemento, acciaio e legno. L'elemento rinforzato acquisisce una resistenza alla compressione aggiuntiva del 120% e fino al 65% di resistenza alla flessione.

Rafforzare colonne e solai, rafforzare i ponti: le opzioni per l'utilizzo di compositi in fibra di carbonio nelle costruzioni sembrano essere inesauribili.

Per aumentare la resistenza delle pareti di edifici in aree sismicamente pericolose, è possibile utilizzare il rinforzo esterno della muratura con tessuto in fibra di carbonio.

Il secondo principale ambito di applicazione della fibra di carbonio nelle costruzioni è il ripristino di elementi portanti in pietra. L'incollaggio dell'armatura ripristina i supporti e le travi dei ponti in cemento. Queste sono le strutture governative più responsabili e la fibra di carbonio è considerata affidabile per la loro affidabilità. Nell'edilizia privata, il carico è dieci volte inferiore, il che significa che il rafforzamento delle fondamenta o degli angoli delle pareti sarà con un enorme margine di sicurezza. Questa è un'ottima alternativa ai metodi tradizionali: versare le fondamenta con cemento o installare pareti simili.

Un'altra proprietà utile del materiale composito è la sua non tossicità e innocuità dopo la polimerizzazione. Al termine, ha una superficie lucida e non reagisce con l'acqua.

Vantaggi materiali

Molte persone sono consapevoli della corrosione del calcestruzzo prefabbricato causata dal rinforzo in acciaio. Quando si utilizza una rete in fibra di carbonio anziché un rinforzo in acciaio, i risultati sono eccellenti.

1. I pannelli delle pareti in cemento possono essere molto più sottili.

2. Il peso dei pannelli diventa molto più leggero (fino al 75%).

3. Non è richiesto alcun isolamento termico aggiuntivo perché la fibra di carbonio non conduce né il caldo né il freddo.

4. Ha un'elevata resistenza al fuoco.

5. Questo nuovo materiale viene già utilizzato per i pannelli sandwich.

Screpolatura

La fibra di carbonio presenta anche degli svantaggi che devono essere presi in considerazione quando si pianifica il suo utilizzo.

1. Questo materiale è piuttosto costoso rispetto agli analoghi.

2. Il materiale ha la capacità di riflettere le onde elettriche, il che può essere uno svantaggio in alcuni casi.

3. Il processo di produzione dei compositi è più laborioso rispetto alla produzione di metallo.

Le aste in vetro, basalto o fibre di carbonio e sottoposte a lavorazioni speciali sono rinforzi non metallici. Ne esistono diverse varietà. La classificazione si basa sulla fibra utilizzata:

§ Fibra di vetro.

§ Plastica basaltica.

§ Rinforzo CFRP.

I materiali compositi sono una costruzione di un elemento di rinforzo e di una matrice. La base di rinforzo è solitamente costituita da fibre che hanno una struttura continua. La componente della matrice è sempre rappresentata da un qualche tipo di polimero che forma l'asta. La superficie esterna dell'armatura composita riceve un rilievo nervato.

La tecnologia di produzione è chiamata pultrusione o broccia.

L'essenza del metodo è che la fibra viene impregnata con un polimero e tirata attraverso una struttura di sagomatura riscaldata.

• Innanzitutto, la fibra di grafite viene alimentata in un bagno polimerico, dove viene impregnata con uno speciale polimero.
• Dal bagno, la fibra entra nel preformatore.
• Da lì, le fibre di carbonio vengono inviate a uno stampo riscaldato. Passando attraverso lo stampo, in cui vengono create fino a 6 zone con temperature diverse da speciali resistenze elettriche, il polimero indurisce e all'uscita da esso si ottiene un prodotto finito freddo.

L'aspetto riprende completamente la forma classica del rinforzo metallico: tondini e tondini con un diametro di sezione fino a 20 mm.

La superficie di tale rinforzo è nervata, che fornisce la massima adesione alla soluzione di calcestruzzo.

Con somiglianza esterna, la composizione chimica del rinforzo composito non metallico è completamente diversa. È fatto di fibre di carbonio legate in un unico fascio con un polimero. La discontinuità della struttura della carica di carbonio determina le proprietà e le caratteristiche del materiale e lo distingue favorevolmente tra prodotti simili.

Il rinforzo in CFRP ha una vasta gamma di applicazioni. Trova impiego nella realizzazione di edifici residenziali ed edifici pubblici, oltre a strutture industriali e magazzini.

Il cedimento delle strutture in calcestruzzo a causa della corrosione delle armature in acciaio è una delle principali sfide affrontate dal settore edile.

Il principale vantaggio rispetto ad altri materiali, che determina l'uso del rinforzo in fibra di carbonio nelle costruzioni, è la sua resistenza alla corrosione in relazione alle diverse condizioni ambientali. Allo stesso tempo, non importa se l'ambiente aggressivo è un fattore nel funzionamento della struttura futura o se si verifica durante il processo di costruzione.

L'armatura composita inossidabile presenta una serie di vantaggi rispetto all'armatura metallica convenzionale.

Vantaggi rinforzo in fibra di carbonio:

· Il rinforzo in CFRP ha una resistenza alla trazione 3 volte maggiore rispetto all'acciaio. A questo proposito, viene eseguita la sostituzione dell'armatura a uguale resistenza, in cui l'armatura in acciaio viene sostituita con una composita con una diminuzione della sezione trasversale. Ciò consente di ridurre il peso e il costo del rinforzo e di mantenerne le caratteristiche fisiche e meccaniche.

· L'armatura composita non è soggetta a corrosione ed è resistente agli ambienti aggressivi, compreso l'ambiente alcalino del calcestruzzo.

· Il rinforzo composito è 9 volte più leggero dell'acciaio a parità di resistenza. Ciò consente di risparmiare sui trasporti e riduce il peso della struttura.

· Non perde forza sotto l'influenza delle basse temperature. Intervallo di temperatura di esercizio da -70 °С a +100 °С.

· Il rinforzo composito ha una bassa conducibilità termica. La conducibilità termica è 100 volte inferiore a quella del metallo.

· Essendo un dielettrico, il rinforzo composito è radiotrasparente e magneticamente inerte. Non passa corrente elettrica. Previene i cortocircuiti elettrici all'interno del calcestruzzo. La fibra di carbonio non crea interferenze e distorsioni per le onde radio.

· Elevata durata. Secondo tutti i produttori di armature composite, la sua durata minima è di circa 75 anni.

· Il rinforzo composito farà risparmiare fino al 50% quando viene utilizzato al posto dell'acciaio. Oltre al fatto che il tondo per cemento armato costa il 30-40% in meno, si ottengono risparmi significativi grazie al miglioramento della logistica di approvvigionamento.

Screpolatura:

Ci sono molti aspetti positivi di questo montaggio, tuttavia, ci sono anche degli svantaggi.

Il primo dovrebbe essere chiamato un basso modulo di elasticità. Secondo questo indicatore, il rinforzo perde 4 volte rispetto al metallo. La proprietà si manifesta nel fatto che il materiale non si piega, ma si rompe. Per questo motivo viene utilizzato nella realizzazione di fondazioni, strade, ponti, ma l'utilizzo nei solai comporta un potenziale rischio e la necessità di ulteriori calcoli.

È necessario dire sull'effetto dell'alta temperatura. Quando riscaldato fino a 600 gradi. C, il rinforzo in CFRP inizia ad ammorbidirsi rapidamente. Pertanto, durante la costruzione, è necessario adottare misure aggiuntive per l'isolamento termico in caso di incendio.

Un altro svantaggio è il fatto che è collegato solo il rinforzo composito viscoso, non è possibile utilizzare la saldatura elettrica. Nei grandi cantieri, le punte in acciaio vengono spesso posizionate su aste e solo dopo vengono saldate.

Tondo per cemento armato

Il rinforzo a maglia in materiali compositi è abbastanza semplice se si utilizzano morsetti e clip speciali.

Secondo la tecnologia di posa, il rinforzo composito è simile ai tradizionali materiali in acciaio.

Applicazioni del rinforzo composito:

in fondazioni al di sotto del livello di occorrenza zero;

come connessioni flessibili per pareti a tre strati;

per la costruzione di strade

· in strutture operanti in condizioni di corrosione accelerata delle armature in acciaio e calcestruzzo (ormeggi, bacini di carenaggio, protezioni sponde).

Il mercato del rinforzo composito è in rapida crescita. Secondo gli esperti, la sua crescita è del 12% all'anno.

Ecco una descrizione comparativa del costo del rinforzo in composito e in acciaio con sostituzione di uguale resistenza.

Informazioni simili.

L'articolo fornisce informazioni sulla fibra di carbonio, le sue caratteristiche, proprietà e caratteristiche. Racconteremo la storia della sua creazione, oltre a dare voce ai fatti cognitivi. Imparerai come utilizzare la fibra di carbonio nella vita di tutti i giorni e nella costruzione, nonché come riparare la plastica da solo.

I prodotti realizzati con tessuti, fibre, corde e nastri realizzati con idrocarburi moderni competono con successo in tutti gli indicatori di prestazione con prodotti in acciaio e cemento a noi familiari. Allo stesso tempo, hanno decine e talvolta centinaia di volte meno spessore e peso. Come puoi spiegare a una persona con opinioni consolidate il fatto che la tela impregnata di resina indurita con uno spessore di soli 3 mm è più resistente sotto tutti gli aspetti del compensato tecnico da 15 mm? Solo modo sperimentale e dimostrativo.

La fibra di carbonio è il materiale del futuro, viene dal passato

Il materiale fu scoperto da Thomas Edison nel 1880 nell'ambito della sua ricerca sul filamento di una lampada a incandescenza. Negli ultimi 10 anni, su suggerimento di colleghi stranieri sotto forma di forniture di costosi prodotti in fibra di carbonio, sviluppatori e produttori nazionali hanno intrapreso la rianimazione di progetti di idrocarburi iniziati nel periodo sovietico in tutte le direzioni.

Tutti sanno che il carbonio è richiesto in qualsiasi forma, in ogni settore. Questa è la produzione letteralmente di tutto ciò che non è fatto di metallo, vetro, legno o cemento. Ma il suo principale vantaggio è che è in grado non solo di integrare i materiali tradizionali, ma anche di sostituirli con benefici per l'uomo e la natura.

Video report sulla produzione russa di fibra di carbonio

Fibra di carbonio nella costruzione

Questo materiale moderno sta cominciando ad essere richiesto da riparatori e costruttori. Le ragioni di ciò risiedono nelle proprietà dei suoi componenti:

1. L'elevata resistenza dei fili da cui viene creata la tela.
2. Eccezionale adesione del legante polimerico (adesivo epossidico).

La combinazione di queste proprietà conferisce un'elevata efficienza nell'installazione del rinforzo esterno di strutture in cemento armato, mattoni e legno. L'elemento rinforzato in questo modo riceve una resistenza alla flessione aggiuntiva del 65% e fino al 120% di resistenza alla compressione. Sembra improbabile, ma i test effettuati secondo GOST, TU e SNiP lo confermano.

Travi di prova rinforzate con fibra di carbonio in video

Elementi in cemento armato con fibra di carbonio - Prove video

Chiunque costruisca una casa in pietra o una piscina, faccia un'importante revisione o un restauro, dovrebbe pensare al rinforzo in carbonio. Un significativo aumento della forza consente di ridurre il volume del materiale di base. Cioè, la tela contiene carichi enormi, la cosa principale sarebbe qualcosa su cui attaccarla.

Pertanto, il rinforzo con un composito raddoppia quasi la resistenza alla compressione da 280 kN a 520 kN (vedi video di prova). Ciò significa che il volume dell'elemento portante - muro portante, colonna, pilastro - può essere ridotto in sicurezza del 60-80%. Ciò è di particolare importanza per le aree remote dove è difficile fornire materiali da costruzione pesanti.

La seconda principale area di applicazione del carbonio nelle costruzioni è il ripristino di elementi portanti in pietra. L'incollaggio dell'armatura ripristina i supporti e le travi dei ponti in cemento. Queste sono le strutture governative più responsabili e la fibra di carbonio è considerata affidabile per la loro affidabilità. Nell'edilizia privata, il carico è dieci volte inferiore, il che significa che il rafforzamento delle fondamenta o degli angoli delle pareti sarà con un enorme margine di sicurezza. Questa è un'ottima alternativa ai metodi tradizionali: versare le fondamenta con cemento o installare pareti simili.

Un'altra proprietà utile del materiale composito è la sua non tossicità e innocuità dopo la polimerizzazione. Al termine, ha una superficie lucida e non reagisce con l'acqua. Sarà interessante per qualcuno che decide di costruire una piscina, un serbatoio, un cassone, una fossa silo, un pozzetto o una fossa settica in pietra. Per fare questo, sarà sufficiente costruire pareti in mezzo mattone con una rete in muratura e incollare su fibra di carbonio su entrambi i lati. Il materiale indurito servirà da impermeabilizzante. La sua installazione è simile al dispositivo di una rete di rinforzo per l'isolamento.

Il costo di tale lavoro sarà:

1. Tela in fibra di carbonio - da 20 a 30 c.u. e. per 1 m 2.
2. Legante polimerico con indurente - da 3 a 5 c.u. e. a spese di 1 m 2.
3. I servizi chiavi in ​​mano per il rafforzamento delle strutture in pietra costano in media 125 USD in Russia. e. per 1 m 2. Il prezzo include calcolo, consegna, materiale e manodopera.

L'uso della fibra di carbonio per le riparazioni

Le proprietà della tela di essere inizialmente flessibili ed elastiche, ed eccezionalmente durature dopo l'impregnazione con resina, possono (e dovrebbero!) essere utilizzate nella vita di tutti i giorni. Si tratta principalmente di riparare o sostituire parti di plastica rotte. Quasi tutto può essere incollato con questo materiale e ciò che non può essere incollato per qualche motivo può essere ricreato utilizzando una parte danneggiata come matrice.

Riparazione aste in fibra di vetro

Considera la possibilità di riparare il manico di un martello o di un'ascia con una custodia in fibra di carbonio. La maggior parte degli strumenti a percussione semiprofessionali ha manici in fibra di vetro, lo stesso materiale utilizzato per realizzare mazze da hockey di alta qualità.

La riparazione richiederà:

1. Strumento - morsa, smerigliatrice rotativa con carta vetrata, morsetto guida, asciugacapelli da costruzione, spazzole.
2. Materiale: guaina in fibra di carbonio o tela, adesivo bicomponente ad alta resistenza, resina polimerica e indurente. In totale, la miscela adesiva richiederà circa 50 ml.
3. Equipaggiamento di protezione: occhiali, respiratore, guanti di gomma.

Procedura operativa:

1. Pulire i bordi della frattura con una smerigliatrice, mantenendo il punto di contatto.
2. Bloccare una parte in una morsa e posizionare la seconda parte sul morsetto, provando sulla pialla.
3. Applicare la colla sulle superfici di contatto (rottura) e collegare le due parti sul morsetto. Rivestire il sito della frattura con la colla. Controllare attentamente l'allineamento di entrambe le parti. Tempo di esposizione - 6-8 ore (secondo le istruzioni).
4. Rimuovere la fascetta e pulire la giunzione, praticando una rientranza nel corpo dell'asta di 1-2 mm.
5. Fai un markup. Poiché l'incollaggio con una manica verrà eseguito in due fasi, lo strato superiore si sovrapporrà a quello inferiore. Mettere da parte 3,5 cm dall'asse di giunzione per il primo strato, 6 cm per il secondo strato in ogni direzione. Taglia due pezzi della manica a misura.
6. Preparare una soluzione polimerica di resina e indurente in proporzione secondo le istruzioni e applicarla generosamente alla giunzione con un segno più piccolo.
7. Porta un pezzo di manica nel punto di incollaggio e adagialo con cura sulla colla e strizzalo con le mani.
8. Quindi applica un altro strato di colla e inizia la seconda sezione (più grande) della manica. Premilo allo stesso modo. Saturare l'intera area con la colla.
9. Crea un morsetto temporaneo: attacca strisce di materiale elastico su entrambi i lati, avvolgi con del nastro adesivo e stringi con i morsetti (non molto stretti). Tempo di esposizione - 6-8 ore.
10. 1Pulire la giuntura con una smerigliatrice e rifinire a mano.
11. Tecnicamente il prodotto è pronto, può essere utilizzato con un carico normale dopo 12 ore. Il prodotto riparato può essere verniciato.

Riparazione della maniglia in fibra di vetro in video

La tecnologia di riparazione è offerta da SRS (il che significa che stiamo parlando di sport professionistici: è facile immaginare quali carichi può sopportare il prodotto dopo la riparazione).

Usando la fibra di carbonio in questo modo, puoi anche riparare cose che prima erano consuete sostituire:

1. Gambe per mobili.
2. Manici di aspirapolvere, ombrello o coltello.
3. Custodie di apparecchiature per la casa e per ufficio, strumenti.
4. Montature per occhiali (avrai bisogno di filo di carbonio o nastro).
5. Qualsiasi parte non metallica di un'auto, una moto, una bicicletta, da un paraurti a una maniglia della porta.
6. Finestra o davanzale in plastica e molto altro ancora.

Naturalmente, l'intera gamma di vantaggi e possibilità di un materiale multifunzionale avanzato non può essere visualizzata in un articolo. È sufficiente che un artigiano domestico sappia una cosa su di lui: per qualcuno che ha nel suo arsenale tela e nastro in fibra di carbonio e componenti epossidici, il problema della plastica rotta non esiste.

Gazebo in CFRP

Ad oggi, i materiali di corde, tessuti, fibre e nastri realizzati con idrocarburi moderni competono con successo con i prodotti in cemento e acciaio. Allo stesso tempo, tali materiali hanno uno spessore e un peso ridotti.

Anche la tela spessa solo pochi millimetri impregnata di resina indurita è più resistente del compensato da 15 mm e cinque volte più resistente dell'acciaio.

Ulefiber (carbonio) è un materiale composito polimerico a base di filamenti di carbonio. È il più popolare tra le altre materie plastiche e compositi. Con una resistenza alla trazione quattro volte superiore a quella dei migliori tipi di acciaio, la fibra di carbonio è molto più leggera del ferro (75%) e dell'alluminio (30%).

I fili di carbonio sono piuttosto fragili e quindi vengono utilizzati per creare una rete elastica. E l'aggiunta di leganti polimerici consente di produrre fibra di carbonio, che ha rivoluzionato molti settori dell'attività umana.

A cosa serve la fibra di carbonio?

Le fibre di carbonio sono un'alternativa ai materiali tradizionali come acciaio, alluminio, fibra di vetro e per la costruzione di capriate leggere e strutture a telaio. Sono altamente resistenti, affidabili, configurabili e leggeri.

La fibra di carbonio è attualmente molto richiesta da costruttori e riparatori. Tale popolarità è dovuta all'elevata resistenza del materiale. Questa qualità è molto importante quando si predispone il rinforzo esterno di sistemi in mattoni, cemento armato e legno.

La struttura rivestita in fibra di carbonio riceve una resistenza aggiuntiva del 60% e fino al 110% di resistenza alla compressione. Sebbene ciò non sembri abbastanza plausibile, tutti i controlli secondo SNiP e GOST lo confermano. Pertanto, se hai intenzione di eseguire riparazioni o sei impegnato nella costruzione, puoi prendere seriamente in considerazione il rinforzo in carbonio.

Rafforzare la forza della struttura consente di ridurre le dimensioni della base. La fibra di carbonio sostiene carichi significativi, la cosa più importante è che ci sia dove attaccarla. La riduzione del materiale richiesto attraverso l'uso del carbonio moderno è una misura rilevante per le regioni remote in cui è difficile fornire materiali da costruzione pesanti.

Inoltre, la fibra di carbonio viene ora utilizzata nella riparazione di elementi portanti in pietra. Per mezzo di armature si ripristinano travi e supporti di ponti in cemento armato. Di norma, il carbonio viene utilizzato nell'industria, ma può essere utilizzato anche nell'edilizia privata, dove i carichi sono molto più bassi, il che significa che il margine di sicurezza sarà piuttosto ampio.

Vantaggi materiali

Molte persone sono consapevoli della corrosione del calcestruzzo prefabbricato causata dal rinforzo in acciaio. Quando si utilizza una rete in fibra di carbonio anziché un rinforzo in acciaio, i risultati sono eccellenti.

1. I pannelli delle pareti in cemento possono essere molto più sottili.
2. Il peso dei pannelli diventa molto più leggero (fino al 75%).
3. Non è richiesto un ulteriore isolamento termico perché la fibra di carbonio non conduce né caldo né freddo.
4. Ha un'elevata resistenza al fuoco.
5. Questo nuovo materiale è già utilizzato per la produzione di pannelli sandwich per pareti.

Screpolatura

La fibra di carbonio presenta anche degli svantaggi che devono essere presi in considerazione quando si pianifica il suo utilizzo.

1. Questo materiale è piuttosto costoso rispetto agli analoghi.
2. Il materiale ha la capacità di riflettere le onde elettriche, il che può essere uno svantaggio in alcuni casi.
3. Il processo di produzione dei compositi è più laborioso rispetto alla produzione del metallo.

L'industria delle costruzioni nel nostro tempo si sta sviluppando attivamente attraverso l'introduzione di nuovi materiali, nonché attraverso l'uso di tecnologie innovative. I più urgenti sono i problemi di erigere strutture resistenti ai carichi dinamici e alle condizioni ambientali aggressive. Quindi, per rafforzare le strutture in cemento, hanno iniziato a utilizzare la fibra di carbonio, che in precedenza era utilizzata solo nella produzione di aerei e razzi.

Un po' di storia: come è apparso il carbonio

Oggi, il carbonio in una forma o nell'altra è richiesto in quasi tutti i settori industriali. La sua particolarità e principale vantaggio è che è in grado di integrare armoniosamente i materiali da costruzione tradizionali, siano essi vetro, metallo, legno o cemento, o addirittura sostituirli, il che è molto vantaggioso sia per l'uomo che per la natura.

Il carbonio fu scoperto nel 1880 da T. Edison durante la ricerca del filamento di una lampada a incandescenza. Grazie a produttori e industriali stranieri, la fibra di carbonio è stata utilizzata attivamente in vari settori, compresa l'edilizia. Sul territorio del nostro paese, gli ultimi progetti che utilizzano la fibra di carbonio sono stati sviluppati in epoca sovietica, quindi ora vengono attivamente rianimati dagli ingegneri.

Fibra di carbonio: caratteristiche del materiale e caratteristiche del suo utilizzo

La fibra di carbonio è un prodotto di origine artificiale e si riferisce a polimeri con una struttura composita. È formato da fili sottili (diametro da 3 a 15 micron) e i fili, a loro volta, da atomi di carbonio, che sono combinati in una rete cristallina. A causa delle caratteristiche fisiche dell'atomo di carbonio, i cristalli nella griglia sono paralleli tra loro. Questo allineamento è un fattore chiave che contribuisce all'aumento della resistenza alla trazione della fibra.

L'uso diffuso della fibra di carbonio nell'industria aerospaziale e della difesa, oltre che per la costruzione di edifici, è giustificato dal fatto che il materiale è molto più resistente del metallo in termini di durezza. La fibra di carbonio nelle costruzioni iniziò ad essere utilizzata nel 1980 in California per rafforzare gli edifici situati in una zona sismicamente attiva. Nell'edilizia domestica, il materiale viene utilizzato, di regola, nel processo di riparazione, ma la sua popolarità e il suo ambito di utilizzo stanno gradualmente crescendo.

Caratteristiche tecniche e vantaggi dell'applicazione in edilizia

Una durata così lunga della fibra di carbonio è dovuta alle seguenti caratteristiche:

• Ottima adesione su superfici con varie strutture.
• Elevata resistenza ai processi di corrosione.
• Leggerezza e forza. A causa del fatto che la fibra di carbonio ha un'incredibile leggerezza, viene utilizzata nei sistemi di rinforzo, riducendo il carico sulle fondamenta dell'edificio.
• Isolamento dall'umidità. La superficie della fibra di carbonio è lucida, il che elimina la possibilità della sua reazione con l'acqua.
• Elevata refrattarietà e resistenza agli urti.
• Se utilizzato per il rinforzo, il materiale può essere applicato in più strati.
• Qualsiasi tipo di ristrutturazione in cui possa essere utilizzata la fibra di carbonio può essere eseguita senza interrompere il funzionamento dell'edificio stesso.
• È completamente tossico, sicuro ed ecologico.
• Elevato grado di versatilità. Può essere utilizzato per rinforzare strutture di quasi tutte le configurazioni: su superfici nervate, elementi arrotondati e angolari, segmenti di travi di strutture a telaio, ecc.

Un componente della fibra di carbonio è il poliacrilnitrito, che viene pretrattato ad alta temperatura (entro 3000° - 5000°C). Considerando le caratteristiche tecniche sopra descritte, l'applicazione più comune della fibra di carbonio nelle costruzioni è il rinforzo esterno.

In questo caso, la fibra viene impregnata con una resina epossidica bicomponente, che funge da legante. L'installazione viene eseguita in modo simile alla carta da parati: il materiale viene semplicemente incollato sulla superficie della struttura, che viene rinforzata.

L'uso della resina epossidica come legante è dovuto alle seguenti caratteristiche del materiale:

1. Tale resina ha elevate proprietà adesive rispetto alle superfici in calcestruzzo.
2. I componenti di fibra di carbonio e resina entrano in una reazione chimica tra loro, a seguito della quale l'idrocarburo acquisisce la rigidità della plastica e diventa 7 volte più resistente dell'acciaio.

Grazie a queste caratteristiche, la fibra di carbonio occupa una posizione di primo piano tra i materiali compositi. La resistenza alla trazione del materiale è 4 volte superiore ai migliori gradi di acciaio, nonostante sia il 75% più leggero del ferro e il 30% dell'alluminio. Il peso specifico della fibra di carbonio è relativamente basso e, una volta riscaldato, il materiale si espande leggermente, il che rende possibile l'utilizzo della fibra di carbonio in varie zone climatiche.

Svantaggi della fibra di carbonio

L'elenco degli svantaggi della fibra di carbonio è breve, ma deve essere preso in considerazione quando si pianifica la costruzione. Ci sono tre svantaggi principali:

1. La fibra di carbonio è un buon riflettore delle onde elettriche.
2. Il materiale ha un costo elevato rispetto agli analoghi.
3. La produzione composita richiede più manodopera rispetto alla produzione di metallo.

L'uso della fibra di carbonio nelle costruzioni: le principali opzioni

L'efficacia della fibra di carbonio consente di utilizzarla con successo per il rinforzo di strutture in legno, mattoni o cemento armato. Secondo SNiP e GOST, una struttura rinforzata con un tale materiale diventa più forte in compressione fino al 120% e durante la flessione riceve una resistenza aggiuntiva del 65%.

Oltre a questo caso d'uso, la fibra di carbonio è stata utilizzata con successo anche nel restauro di strutture in muratura come travi e monconi nei ponti in cemento. Nell'edilizia privata, il rafforzamento delle fondamenta o dei muri con fibra di carbonio darà alla struttura un ampio margine di sicurezza.

Il rafforzamento degli edifici con rinforzo in carbonio è necessario in questi casi:

• La struttura è stata danneggiata, a seguito della quale la sua capacità portante è diminuita, hanno cominciato a comparire delle crepe.
• Le condizioni operative dei locali sono cambiate, il carico su di esso è aumentato.
• Si prevede di costruire un edificio in una zona sismicamente attiva.
• Per eliminare la distruzione del calcestruzzo e i processi di corrosione nell'armatura, se l'edificio è stato esposto a lungo a influenze ambientali aggressive.

Se la fibra di carbonio è stata scelta in fase di progettazione dell'edificio come uno dei componenti del sistema di rinforzo esterno, il lavoro dovrebbe essere guidato dal Codice delle Regole 164.1325800.2014.

Quando si rinforza, è necessario tenere conto del fatto che la fibra di carbonio è incollata nelle aree di maggior carico: di norma, questa è la parte centrale della campata che è a contatto con il bordo inferiore. Per lavorare con le curve, puoi scegliere qualsiasi tipo di materiale: nastri, reti o lamelle.

Nel processo di rinforzo delle travi, potrebbe essere necessario rafforzare ulteriormente le zone di supporto, il che aumenterà la capacità portante dell'intera struttura sotto carico trasversale. Per fare ciò, utilizzare morsetti a forma di U fatti di nastri o reti.

Dove applicare il rinforzo esterno con carbonio

La fibra di carbonio nelle costruzioni può essere utilizzata per rinforzare edifici e strutture realizzate con i seguenti materiali:

1. Calcolo. Questi includono pilastri, tralicci, case di mattoni. La fibra di carbonio è qui applicabile sia nel processo di costruzione che per l'esecuzione di lavori di riparazione.
2. Cemento armato. Qui, la fibra di carbonio può essere utilizzata per acquedotti, ponti, melassa di architettura.
3. Metallo. Tali strutture hanno un modulo di resistenza ed elasticità vicino alla fibra di carbonio, ma il loro rinforzo è comunque necessario, soprattutto in aree con terreni instabili.

Condizioni per un processo di rafforzamento delle strutture esterne di successo

Affinché il processo di rafforzamento dell'edificio sia il più efficiente possibile, è necessario fornire una serie di tali condizioni:

• Adesione affidabile alla superficie dell'edificio. Quanto migliore sarà l'adesione della rete in fibra di carbonio alla struttura, tanto più efficiente sarà il trasferimento delle forze ad essa.
• Mancanza di umidità naturale. È importante garantire l'asciugatura della superficie, il cui rinforzo verrà eseguito.
• I materiali utilizzati nell'opera (soprattutto adesivi) devono essere di elevata qualità e di ottime caratteristiche per garantire la massima efficienza.

Rinforzo esterno professionale con fibra di carbonio

Nonostante la crescente popolarità dell'utilizzo della fibra di carbonio, la tecnologia per la sua applicazione rimane piuttosto difficile per l'artigiano domestico. Pertanto, se si desidera eseguire lavori di costruzione o riparazione con un tale materiale composito, è necessario affidarlo a professionisti. Da molti anni InnovaStroy realizza con successo progetti per la costruzione di oggetti di varia complessità.

La nostra azienda è capace di qualsiasi compito: dalla progettazione di un edificio alla consegna di un oggetto finito con finitura. Per quanto riguarda la fibra di carbonio, è un materiale molto costoso che richiede determinate competenze per la sua installazione, oltre alla disponibilità di attrezzature speciali. Per eseguire correttamente il rinforzo, è necessario preparare la superficie e il materiale composito stesso, installarlo correttamente (a seconda del tipo di struttura), quindi applicare correttamente gli strati successivi.

InnovaStroy è pronta ad affrontare l'intera gamma di lavori per il rinforzo dell'edificio, nonché per eseguire lavori di riparazione su strutture già finite con il loro rinforzo con carbonio. Operiamo nel settore edile da più di un anno e conosciamo le caratteristiche territoriali di ogni regione, quindi saremo in grado di calcolare la quantità adeguata di materiale.

Cooperazione di case e rustici con noi è garanzia di tali vantaggi:

• Possiamo tenere riunioni con i clienti da remoto. Questa caratteristica è particolarmente vantaggiosa quando il cliente non ha l'opportunità di visitare il nostro ufficio di persona. In questo caso, offriamo la comunicazione tramite Skype o un altro programma conveniente.
• Prezzi accettabili per servizi di impresa edile. Il costo del nostro lavoro è sempre molto ragionevole e viene calcolato in base a determinati criteri.
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Potete verificare la nostra professionalità contattando telefonicamente il responsabile aziendale. Saremo lieti di rispondere a tutte le vostre domande e di fornire consigli. È tempo ordinare un progetto di casa individuale e porta la casa dei tuoi sogni!

Questo articolo descrive gli aspetti principali del metodo rinforzo delle strutture con fibra di carbonio, o più precisamente, la tecnologia di rinforzo esterno delle strutture edili con materiali compositi a base di fibre di carbonio. Questo materiale serve per conoscere le basi di questa tecnologia, la variabilità dei materiali utilizzati, ma non può essere utilizzato come guida tecnologica o di progetto a causa della sua superficialità e generalizzazione.

Rinforzo strutturale con fibra di carbonio- un metodo relativamente nuovo per la Russia - i primi oggetti implementati nel nostro paese risalgono al 1998. Questo metodo consiste nell'incollare sulla superficie della struttura una fibra di carbonio ad alta resistenza, che assorbe parte dello sforzo, aumentando così la capacità portante dell'elemento armato. Come colla vengono utilizzati speciali adesivi strutturali (legante) a base di resine epossidiche o legante minerale. Per le elevate caratteristiche fisiche e meccaniche della fibra di carbonio, è possibile aumentare la capacità portante di una struttura praticamente senza perdere il volume utile dei locali e aumentando il peso proprio dell'edificio - lo spessore degli elementi di rinforzo è solitamente da 1 a 5 mm.

Dovrebbe essere inteso che " fibra di carbonio" è un materiale (come il cemento, per esempio), non un prodotto finito. La fibra di carbonio viene utilizzata per realizzare un'intera gamma di materiali, alcuni dei quali vengono utilizzati nell'edilizia - nastri di carbonio, lamelle e reti .

Nella stragrande maggioranza dei casi rinforzo in fibra di carbonio utilizzato per strutture in cemento armato - ciò è dovuto agli elevati indicatori tecnici ed economici dell'attuazione di tali progetti. Tuttavia, questa tecnologia è applicabile anche a edifici e strutture in metallo, legno e pietra.

Decisioni costruttive.

Quando si progetta il rinforzo di strutture con fibra di carbonio, è necessario essere guidati dal Codice delle Regole SP 164.1325800.2014 "Rinforzo di strutture in cemento armato con materiali compositi. Regole di progettazione".

Rinforzo di solai e travi si realizza incollando la fibra di carbonio nelle zone più sollecitate, solitamente al centro della campata lungo il bordo inferiore della struttura. Ciò aumenta la loro capacità portante in termini di momenti flettenti. Tutti i tipi di materiali in carbonio sono adatti per risolvere tali problemi: nastri, lamelle e reti.

Inoltre, per le travi è spesso necessario eseguire rinforzo delle zone di appoggio aumentare la capacità portante sotto l'azione di forze trasversali (lungo una fessura inclinata). Per questo, vengono incollati morsetti a forma di U fatti di nastri di carbonio o reti.

I nastri di carbonio e le lamelle vengono talvolta utilizzati in combinazione, poiché il loro metodo di installazione e le composizioni adesive sono simili. L'uso delle reti di carbonio elimina generalmente l'uso di nastri e lamelle in connessione con la produzione di lavori di tipo "bagnato".

Rinforzo di colonne avviene incollandoli con nastri di carbonio o griglie nella direzione trasversale. Pertanto, si ottiene l'effetto di "schiavitù" e le deformazioni trasversali del calcestruzzo vengono trattenute secondo un principio simile con "calcestruzzo in un tubo" o "compressione triassiale".

Esecuzione del lavoro. Preparazione della superficie.

Quando si rinforzano strutture in cemento armato con fibra di carbonio il lavoro inizia con la disposizione della struttura- vengono tracciate le zone in cui verranno posizionati gli elementi di armatura. Poi queste zone vengono ripuliti da materiali di finitura, sporco e lattime di cemento fino a quando il grande aggregato di calcestruzzo non è esposto. Per questo vengono utilizzate smerigliatrici angolari con tazze diamantate o sabbiatrici ad acqua.

La qualità della base preparata (la superficie su cui viene incollata la fibra di carbonio) incide direttamente sulla compatibilità della struttura con l'elemento di rinforzo, quindi quando si prepara la base, a colpo sicuro, controllare le seguenti opzioni:

• uniformità della superficie;
• forza e integrità del materiale della struttura rinforzata;
• temperatura superficiale della struttura;
• mancanza di inquinamento e polvere;
• umidità;
• e altri (un elenco completo e i valori consentiti dei parametri controllati sono riportati nei diagrammi di flusso per i lavori di costruzione).

Preparazione dei componenti.

I materiali in carbonio vengono forniti avvolti e imballati in polietilene. È molto importante non macchiarli di polvere, che sarà molto dopo aver macinato il cemento, altrimenti la fibra di carbonio non può essere impregnata con un legante, cioè. ci sarà un difetto di fabbricazione. Pertanto, la zona di preparazione dovrebbe essere coperta con polietilene denso e la lunghezza richiesta del materiale di carbonio dovrebbe essere svolta lungo di essa. Il taglio di nastri e reti di carbonio può essere eseguito con un coltello da ufficio o cesoie metalliche e le lamelle di carbonio possono essere tagliate con una smerigliatrice angolare con una rotella da taglio per metallo.

Gli adesivi sono generalmente utilizzati a due componenti, ad es. è necessario mescolare due materiali in una certa proporzione. Le istruzioni del produttore devono essere rigorosamente seguite e durante il dosaggio, utilizzare una bilancia o strumenti di misurazione. La miscelazione delle composizioni avviene aggiungendo gradualmente un componente all'altro sotto costante agitazione con trapano a bassa velocità. Errori di dosaggio o miscelazione impropria di un componente con un altro possono causare l'ebollizione dell'adesivo.

Negli ultimi anni, la maggior parte dei produttori ha fornito adesivo in kit, ad es. in due secchi con volumi di componenti già dosati. Pertanto, puoi semplicemente mescolare il contenuto di un secchio in un altro (il secchio è appositamente fornito con un volume maggiore (mezzo vuoto)) e ottenere una composizione adesiva già pronta.

Gli adesivi cementizi polimerici (per reti in carbonio) sono forniti in sacchi e miscelati con acqua secondo le istruzioni, come qualsiasi materiale di riparazione.

Va ricordato che l'adesivo ha una durata limitata- circa 30-40 minuti e diminuisce drasticamente quando la temperatura supera i 20 ° C, quindi il volume dell'adesivo preparato non deve superare le capacità fisiche della sua produzione.

Installazione di materiali in fibra di carbonio.

A seconda del tipo di materiale in fibra di carbonio, la tecnologia della sua installazione differisce in modo significativo:

Installazione di nastri di carbonio può essere effettuato secondo il metodo "bagnato" o "secco". In entrambi i casi viene applicato uno strato di adesivo alla base, ma con il metodo “bagnato” il nastro di carbone viene prima impregnato di adesivo, quindi arrotolato alla base con un rullo, e con il metodo “a secco” il il nastro viene arrotolato alla base, quindi viene impregnato con uno strato di adesivo dall'alto. L'impregnazione del nastro di carbonio viene eseguita applicando uno strato di adesivo sulla sua superficie e premendolo con un rullo di vernice o una spatola, assicurandosi che lo strato superiore del legante penetri in profondità nella fibra di carbonio e lo strato inferiore del legante arrivi fuori. I nastri di carbonio possono essere posati in più strati, ma quando si attaccano alla superficie del soffitto, non è consigliabile eseguire più di 2 strati in un turno: il materiale inizia a "strisciare" sotto il proprio peso.

Va ricordato che dopo la polimerizzazione dell'adesivo, la sua superficie sarà liscia e sarà impossibile applicarvi una finitura di alta qualità. Pertanto, anche sull'elemento di rinforzo “fresco” è necessario applicare uno strato di sabbia grossolana.

In installazione di lamelle di carbonio l'adesivo viene applicato sia sulla struttura che sull'elemento di rinforzo. Successivamente, la lamella viene arrotolata alla base con un rullo di vernice o una spatola.

Installazione di rete di carbonio eseguita su una superficie di calcestruzzo bagnata. Innanzitutto, viene applicato il primo strato di composizione polimero-cemento. Può essere applicato sia manualmente che meccanizzato - calcestruzzo proiettato. Una rete di carbonio viene stesa sullo strato "fresco" di cemento polimerico con una leggera rientranza nella composizione. È più conveniente farlo con una spatola. Quindi è necessario resistere a una pausa tecnologica fino a quando la composizione non inizia a fissarsi. Il tempo di presa dipende dalla composizione selezionata e dalla temperatura ambiente, ma dallo stato richiesto: il cemento polimerico non viene quasi pressato con un dito. Successivamente viene applicato uno strato coprente di cemento polimerico.

Rivestimenti protettivi.

Va ricordato che gli adesivi in ​​resina epossidica sono infiammabili, e inoltre - sono soggetti a infragilimento se esposti ai raggi ultravioletti. Pertanto, nell'utilizzo degli stessi, è necessario prevedere una protezione al fuoco degli elementi di rinforzo per una classe di resistenza al fuoco non inferiore a quella dichiarata per la struttura armata.

Se hai bisogno di eseguire il rafforzamento delle strutture con fibra di carbonio, chiamaci e ti consiglieremo e ti aiuteremo a elaborare un piano per risolvere il tuo problema.