La fibra di carbonio diventerà disponibile per la costruzione di massa? Rinforzo delle fondamenta fai-da-te: istruzioni passo passo. Cos'è

È diventato quasi un assioma che stia iniziando la stagione per la costruzione di singoli edifici residenziali all'inizio della primavera e termina nel tardo autunno. Il ciclo produttivo medio per la costruzione di una fondazione e di un telaio casa di mattoni varia dai due ai cinque mesi. Ci sono zone della Russia dove il periodo con temperature sopra lo zero dura appena tre mesi. La domanda sorge spontanea: come vengono eseguiti i lavori in pietra lì? Fortunatamente, il settore edile dispone di sistemi in atto riscaldamento invernale soluzioni e miscele, vari additivi chimici, che riducono significativamente la barriera anticongelante.

In inverno i lavori non si fermano nella Russia centrale, dove la temperatura dell’aria a volte scende fino a –35 C.

Il problema più serio della muratura invernale è la complessità processo tecnologico. Qualsiasi deviazione dalle regole può portare alla distruzione delle strutture finite. Quando l'acqua in una soluzione congela, aumenta di volume di circa il 6–10%. Il ghiaccio nella muratura si scioglie in modo non uniforme, per cui la muratura presenta diversi ritiri, deviazioni dalla verticale e formazione di crepe. Se non si segue la tecnologia di lavoro, la resistenza della muratura invernale è solo del 40%.

Struttura rinforzata in fibra di carbonio

La fibra di carbonio gioca un ruolo enorme nella realizzazione lavori di costruzione V orario invernale. La procedura aumenta significativamente la robustezza e la resistenza sismica delle strutture, il che è particolarmente importante dove il terreno è debole, il che può portare alla deformazione delle fondamenta dell'edificio.

La fibra di carbonio è un materiale resistente e leggero rispetto al rinforzo. Può sopportare carichi pesanti, fino a 70 tonnellate per mm quadrato, e resistere a qualsiasi condizione atmosferica. In caso di danneggiamento (la fibra di carbonio si taglia facilmente), il materiale non si espande ulteriormente.

Esistono due tipi principali di rinforzo in fibra di carbonio:

- trasversale (ad eccezione delle fibre idrocarburiche viene utilizzato griglia metallica o barre metalliche speciali);
- longitudinale (può essere esterno o interno).

In base al loro scopo funzionale, esistono tre tipi di fibra di carbonio:

- lavoratore (percepisce eventuali forze che appaiono sotto l'influenza dei carichi)
— distribuzione (preserva l'integrità della struttura, conferisce robustezza al telaio)
— montaggio (crea un telaio trasportabile).

Se in primavera scopri che la casa ha delle crepe, puoi rinforzarla con fibra di carbonio per evitare ulteriori crepe nella struttura. Gli architravi distrutti vengono puliti, spolverati e, se necessario, le crepe vengono riempite con mastice. La colla epossidica viene miscelata, il tessuto in fibra di carbonio viene tagliato la giusta dimensione. Il composto epossidico viene applicato sulla superficie. Il tessuto è accuratamente incollato. Utilizzare un rullo speciale per impregnare il tessuto con la colla. La fase finale è l'applicazione della composizione di mastice dalla colla.

Sulla composizione del film

Il materiale ha una struttura multistrato. Consiste, di regola, di tre strati e quelli, a loro volta, di fili sottili con un diametro da 5 a 15 micron. I due strati esterni sono una pellicola stabilizzata alla luce di colore antracite o nero. Interno: rete di rinforzo in fibra di carbonio con dimensioni delle celle da 0,2 mm a 2 cm. Conferisce al materiale resistenza alle sollecitazioni e allo stiramento.

A causa degli stabilizzatori materiale polimerico non si deteriora sotto l'influenza della luce solare e può durare fino a 50 anni. Il film è resistente al calore, al gelo e può mantenere le proprietà operative a temperature comprese tra + 80 e – 40 ° C.

Benefici

Ora riguardo ai soldi. Ad esempio, c'è un ponte. La lunghezza dell'edificio è di 15 metri, l'anno di costruzione è 50. Sta cadendo a pezzi. Ci sono due opzioni: rafforzare profilo metallico o tessuto di carbonio. Il costo di una riparazione utilizzando tessuto di carbonio sarà inferiore del 40%. Non sono necessarie attrezzature complesse o specialisti speciali; il tessuto in carbonio viene incollato come carta da parati.

L’edilizia moderna, come qualsiasi altro settore, non può fare a meno dell’introduzione di tecnologie innovative, e oggi i materiali precedentemente utilizzati solo nelle industrie ad alta tecnologia, come la scienza missilistica, sono ampiamente utilizzati nel settore delle costruzioni, plasmando l’architettura del futuro. Uno dei compiti più importanti costruzione modernaè quello di prevenire problemi associati alla resistenza di edifici e strutture, che sono influenzati da carichi dinamici, variazioni di temperatura e altri aggressivi fattori climatici. Di conseguenza, su muri di cemento negli edifici compaiono crepe, lo strato protettivo si stacca, il che porta ad una diminuzione caratteristiche di performance edifici. A questo proposito, il rinforzo delle strutture portanti, progettato per impedirne la distruzione prematura, è diventato una fase integrante della costruzione. Se in precedenza il materiale popolare utilizzato per questi scopi era per lungo tempo la fibra di vetro, oggi viene gradualmente sostituito da un nuovo materiale popolare: la fibra di carbonio, di cui parleremo più avanti.

Cos'è la fibra di carbonio? Caratteristiche dell'utilizzo del materiale

La fibra di carbonio è un materiale polimerico composito linearmente elastico di origine artificiale, il cui elemento strutturale è costituito da sottili fili di carbonio con un diametro compreso tra 3 e 15 micron, costituiti da atomi di carbonio. Questi ultimi, a loro volta, si combinano in cristalli microscopici che, a causa dell'allineamento, si trovano paralleli tra loro. L'allineamento aiuta ad aumentare la resistenza alla trazione della fibra. In termini di caratteristiche tecniche, in particolare di durezza, la fibra di carbonio è molte volte superiore al metallo, per cui è ampiamente utilizzata in industria della difesa, industrie manifatturiere ed edili aerospaziali. Nonostante le caratteristiche uniche della fibra di carbonio permettano di considerare questo materiale innovativo, non è un'invenzione del nostro secolo ed è stato a lungo utilizzato nella produzione di aerei e razzi e dalla fine del secolo scorso nelle costruzioni. Apparve per la prima volta in quest'area nel 1980, quando in California tutti gli edifici e le strutture iniziarono a essere costruiti utilizzando la fibra di carbonio, che rese possibile rafforzare gli edifici situati in zone sismicamente attive. Mettendo in servizio questa proprietà, i costruttori domestici hanno trovato applicazione per questo materiale nel processo di riparazione edifici residenziali, e da allora la sua popolarità non ha fatto che crescere.

Importante! Va ricordato che la fibra di carbonio, come il cemento, è solo un materiale e non un prodotto finito. È la base per la produzione di un gran numero di materiali utilizzati nella costruzione per il rinforzo fai-da-te. Questi includono reti, lamelle e nastri in carbonio.

Caratteristiche tecniche della fibra di carbonio: principali vantaggi

La fibra di carbonio è costituita da poliacrilonitrito, pretrattato ad alte temperature (fino a 3-5 mila gradi). In virtù di caratteristiche tecniche, la fibra di carbonio viene utilizzata per il rinforzo esterno, durante il quale viene impregnata con un legante (resina epossidica bicomponente) e, simile alla carta da parati, viene incollata alla superficie della struttura da rinforzare. La fattibilità dell'utilizzo di questo particolare legante è stata dimostrata in diversi ambiti:

Innanzitutto, la resina epossidica ha un'elevata adesione al cemento armato;
In secondo luogo, dopo essere entrata in una reazione chimica con la resina, la fibra di carbonio si trasforma in plastica dura, acquisendo una resistenza 6-7 volte maggiore della resistenza dell'acciaio.

Oggi, la fibra di carbonio è la più popolare tra gli altri materiali compositi. Nonostante sia il 30% più leggero dell'alluminio e il 75% più leggero del ferro, ha una resistenza alla trazione quattro volte superiore a quella del miglior acciaio. Realizzata in carbonio, la fibra di carbonio ha un basso peso specifico e si espande leggermente quando riscaldata, mentre non è suscettibile agli influssi aggressivi. sostanze chimiche. Tenendo conto delle caratteristiche di cui sopra, la fibra di carbonio può essere considerata un materiale universale, adattato per l'uso in varie zone climatiche.

La lunga durata del materiale è spiegata dalla combinazione dei seguenti vantaggi:

Elevate caratteristiche di impermeabilità grazie alla superficie lucida della fibra di carbonio, grazie alla quale il materiale non reagisce con l'acqua;
Elevata adesione a varie superfici;
Eccezionale resistenza ai processi di corrosione;
La leggerezza è una proprietà grazie alla quale il sistema di rinforzo non crea carichi aggiuntivi sull'edificio. Nonostante la fibra di carbonio pesi molto meno dell'acciaio, ha caratteristiche di elevata resistenza;
Usando la fibra di carbonio, hai l'opportunità di applicare materiale di rinforzo in più strati;
In corso Lavoro di riparazione puoi continuare a gestire l'edificio rafforzato;
L'utilizzo della fibra di carbonio per il rinforzo delle fondazioni fai-da-te aiuta a ridurre i tempi e i costi di manodopera durante l'esecuzione dei lavori;
La fibra di carbonio è giustamente considerata un materiale universale che può essere utilizzato per rinforzare strutture di qualsiasi complessità e configurazione, anche su superfici arrotondate e angolari, su solai nervati, elementi di travi di strutture a telaio, nonché travi a T di campate di ponti, che sono caratterizzati da una larghezza della nervatura ridotta;
Fibra di carbonio: ecologica e tossica materiale sicuro per rinforzo;
Inoltre, questo materiale è resistente al fuoco e agli urti.

Quali requisiti deve soddisfare una tecnologia di rinforzo efficace?

Per garantire un efficace rafforzamento della struttura, la tecnologia di rinforzo deve garantire il rispetto di una serie di condizioni:

L'umidità naturale delle strutture non deve costituire un ostacolo alla posa degli elementi di rinforzo;
Gli elementi di rinforzo devono essere incollati saldamente a qualsiasi materiali da costruzione, grazie al quale si verificherà un efficace trasferimento delle forze dalla struttura rinforzata agli elementi di rinforzo;
Tutti i materiali utilizzati nel processo di rinforzo, compreso l'adesivo di assemblaggio, devono avere proprietà stabili nel tempo, che aumenteranno l'efficienza del rinforzo;
A causa del fatto che le strutture realizzate vari materiali, il modulo elastico e la resistenza degli elementi di rinforzo dovrebbero essere rappresentati da un intervallo abbastanza ampio.

A tutti i requisiti sopra elencati vengono soddisfatti gli elementi di rinforzo esterni rappresentati da fibre di origine artificiale, in particolare aramidica e di carbonio, mentre queste ultime, avendo dimostrato il miglior rapporto qualità/prezzo, sono quelle più diffuse.

In quali situazioni è necessario il rinforzo esterno?

Oggi la fibra di carbonio viene utilizzata per rinforzare strutture realizzate con vari materiali:

Edifici in cemento armato- questi includono ponti, strutture idrauliche e monumenti architettonici che necessitano di protezione dalla corrosione, rafforzamento degli elementi compressi e loro protezione dai sovraccarichi. La fibra di carbonio soddisfa pienamente questa funzione;
Strutture metalliche, che hanno un modulo di elasticità e resistenza vicino alla fibra di carbonio;
Strutture in pietra, in particolare pilastri in pietra, muri case di mattoni e tralicci.

La necessità di rinforzare gli edifici mediante rinforzo esterno nasce nelle seguenti situazioni:

In caso di danni alla struttura, che provocano una diminuzione della sua capacità portante, rigidità e resistenza alle fessurazioni;
Se si verifica un cambiamento nelle condizioni operative dell'edificio, che si esprime in un cambiamento nell'entità e nella natura dei carichi;
Nel processo di progettazione e costruzione di strutture al fine di aumentarne la resistenza sismica e aumentare gli intervalli di riparazione;
In caso di esposizione prolungata a fattori meccanici o ambienti naturali aggressivi sulla struttura, che portano alla distruzione del calcestruzzo o alla corrosione delle armature, è necessario eliminare le conseguenze deludenti e rafforzare la struttura.
Dopo aver analizzato un certo insieme di indicatori tecnici ed economici, possiamo giungere alla conclusione che il rinforzo in fibra di carbonio è spesso appropriato in relazione alle strutture in cemento armato, ma è applicabile anche a metallo, cemento e persino edifici in legno e strutture.

Soluzioni progettuali comuni per la fibra di carbonio

Se hai privilegiato la fibra di carbonio e i sistemi di rinforzo esterno utilizzandola, ricorda che nella progettazione dei sistemi di rinforzo devi lasciarti guidare dal Codice di condotta SP 164.1325800.2014 “Rinforzo del ferro strutture in calcestruzzo materiali compositi. Regole di progettazione".

Se rifiutate di rinforzare i solai con le mani di specialisti e di rinforzarli voi stessi, tenete presente che questo viene fatto incollando la fibra di carbonio nelle zone di maggior carico - solitamente sono nella parte centrale della campata e a contatto con il bordo inferiore della struttura. Grazie a questa tecnica la capacità portante della struttura in termini di momenti flettenti viene notevolmente aumentata. Per risolvere questo problema, gli esperti consigliano di utilizzare uno qualsiasi dei tipi disponibili di materiali in carbonio: lamelle, nastri o reti.

Importante! Nel processo di rafforzamento delle travi, spesso è necessario rafforzare le zone di supporto, il che aumenterà la capacità portante della struttura quando esposta a forze laterali. A tale scopo vengono incollati morsetti a forma di U in rete di carbonio o nastro.

Importante! Per quanto riguarda le peculiarità dell'utilizzo dei materiali in fibra di carbonio, va notato che, a causa della somiglianza dei metodi di installazione e delle composizioni adesive, i nastri e le lamelle di carbonio vengono solitamente installati insieme, mentre l'uso della rete di carbonio, a causa dell'installazione del materiale in un modo “umido”, elimina l'uso di nastri e lamelle.

Nell'ambito della discussione sulla tecnologia di rinforzo del calcestruzzo con le proprie mani, è necessario parlare separatamente del rinforzo delle colonne, che viene effettuato coprendole con reti o nastri di carbonio montati nella direzione trasversale. Grazie a ciò è possibile ottenere un effetto “incollante”, che aiuta a prevenire deformazioni trasversali del calcestruzzo.

Rinforzo delle fondamenta fai-da-te: istruzioni passo passo

Se stai cercando una risposta alla domanda: "Come rinforzare una fondazione con le tue mani?", leggi i nostri consigli di seguito e imparerai come rinforzare una soletta con le tue mani.

Prima di procedere con l'installazione di un sistema di rinforzo esterno mediante fibra di carbonio, è necessario delimitare la struttura, delineando le zone in cui verranno posizionati gli elementi di rinforzo. Effettuate le misurazioni pulire la superficie dai resti dei materiali di finitura, dai lattime di cemento utilizzando una smerigliatrice angolare con tazza diamantata o una idrosabbiatrice fino a mettere a nudo l'aggregato grossolano del calcestruzzo. Cerca di eseguire queste manipolazioni in modo efficiente, poiché l'efficacia del sistema di rinforzo dipende direttamente dalle caratteristiche della base preparata. A questo proposito, nel processo di preparazione della base, prestare attenzione ai seguenti parametri:

L'integrità e la resistenza del materiale con cui è realizzata la struttura da rinforzare;
L'uniformità della superficie su cui verrà montata la fibra di carbonio;
Temperatura e umidità della superficie su cui verrà incollato il materiale in carbonio;
Nessuna polvere o altri contaminanti;
Inoltre c'è anche tutta la linea parametri controllati, che possono essere trovati in mappe tecnologiche per eseguire un tipo di lavoro o un altro.

Preparazione dei materiali di rinforzo

La fibra di carbonio viene venduta avvolta in rotoli, confezionata in film plastico. Nel processo di preparazione della superficie di lavoro, è importante assicurarsi che la polvere non penetri sul materiale di rinforzo, grandi quantità formato durante la macinazione del calcestruzzo, poiché ciò porterà al fatto che il materiale non sarà saturo di legante e causerà un difetto di fabbricazione.

Per evitare ciò, coprire il materiale prima del taglio. superficie di lavoro polietilene e solo dopo effettuare le misurazioni. Per tagliare reti e nastri di carbonio, è possibile utilizzare un coltello da cancelleria o forbici metalliche, lamelle: una smerigliatrice angolare dotata di una ruota da taglio in metallo.

Si consiglia di utilizzare composizioni bicomponenti come adesivi, pertanto una fase integrante della loro preparazione sarà quella di miscelare i due componenti in una certa proporzione. Per non disturbare accidentalmente il loro rapporto, è necessario utilizzare piatti di misurazione o bilance nel processo di dosaggio. Esiste una regola importante per preparare la miscela: i componenti vengono miscelati, aggiungendoli gradualmente l'uno all'altro e mescolando la massa risultante con un trapano dotato di un ugello speciale.

Importante! Errori commessi durante la preparazione dell'impasto possono portare all'ebollizione dell'adesivo.

Importante! Nel moderno mercato delle costruzioni si possono trovare adesivi forniti in set, ad es. in due secchi in cui è già dosato il volume richiesto di componenti. Pertanto, quando si lavora con miscele già dosate, è sufficiente mescolare il contenuto di un secchio con il contenuto di un altro (per comodità di lavoro, uno dei secchi viene fornito con un volume maggiore e rimane mezzo vuoto).

Per le reti in carbonio viene utilizzato un adesivo polimero-cemento, che viene fornito in sacchetti e viene diluito con acqua prima dell'uso secondo le istruzioni.

Come installare i materiali in fibra di carbonio?

La tecnologia per l'installazione del sistema di rinforzo differisce in modo significativo a seconda del tipo di materiale utilizzato.

L'installazione del nastro in carbonio può essere eseguita con il metodo "a secco" o "bagnato". In entrambi i casi, uno strato di adesivo viene applicato sulla superficie della base rinforzata, tuttavia, il metodo “bagnato” prevede di impregnare il nastro di carbonio con adesivo e poi arrotolarlo sulla base con un rullo, mentre il metodo “a secco” prevede attaccando il nastro alla base e solo dopo averlo arrotolato con un rullo lo si impregna con una miscela adesiva. Pertanto, la sequenza dei passaggi di installazione è invertita. Per impregnare un nastro di carbonio con una composizione adesiva, applicare uno strato di adesivo sulla sua superficie e, arrotolandolo con un rullo, assicurarsi che lo strato superiore del legante penetri in profondità nella fibra di carbonio e quello inferiore esca.

I nastri in carbonio possono essere incollati in più strati, tuttavia, quando li si incolla alla superficie del soffitto, non è consigliabile applicare più di due strati, poiché ciò impedirà al materiale di "scivolare" sotto il proprio peso.

Importante! Si ricorda che una volta polimerizzato l'adesivo la sua superficie risulterà perfettamente liscia ed uniforme rendendo quasi impossibile la rifinitura. A questo proposito, senza attendere l'indurimento del legante, sulla superficie “fresca” viene applicato uno strato di sabbia grossolana.

Durante l'installazione delle lamelle in carbonio, uno strato di legante viene applicato non solo sulla struttura da rinforzare, ma anche sull'elemento di rinforzo da montare. Alla fine del lavoro la lamella viene arrotolata con un rullo o una spatola.

Montaggio della rete in carbonio durante il processo di rinforzo fondotinta a strisce con le proprie mani lo attaccano all'inumidito superficie di cemento. Dopo aver applicato manualmente o meccanicamente il primo strato di adesivo polimero-cemento, senza attendere che si asciughi, stendere la rete di carbonio, premendola leggermente nella composizione applicata. Per facilità di lavoro, gli esperti consigliano di utilizzare una spatola. Successivamente è necessario attendere l'impostazione iniziale della composizione, il cui inizio dipende dalle caratteristiche della composizione selezionata e dalla temperatura ambiente. Per assicurarti che la composizione inizi a indurirsi, premi sulla sua superficie con il dito: dovrebbe essere premuto con grande sforzo. Successivamente viene applicato uno strato finale di cemento polimerico.

Importante! Gli adesivi in resina epossidica sono suscettibili al fuoco e al deterioramento se esposti a raggi ultravioletti, pertanto, devono essere testati per la classe di resistenza al fuoco e protetti dalle radiazioni ultraviolette.

Gazebo in fibra di carbonio

Oggi i materiali realizzati con corde, tessuti, fibre e nastri realizzati con moderni idrocarburi competono con successo con prodotti realizzati in cemento e acciaio. Inoltre, tali materiali sono leggeri e sottili.

Anche una tela spessa solo pochi millimetri, impregnata di resina indurita, è più resistente di un foglio di compensato da 15 millimetri e cinque volte più resistente dell'acciaio.

La fibra di carbonio (carbonio) è un materiale composito polimerico a base di filamenti di carbonio. È più popolare tra le altre materie plastiche e compositi. Con una resistenza alla trazione quattro volte superiore a quella dei migliori acciai, 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 un tessuto elastico. E l’aggiunta di leganti polimerici rende possibile la produzione di plastica in fibra di carbonio, che ha rivoluzionato molti settori dell’attività umana.

A cosa serve la fibra di carbonio?

Le fibre di carbonio forniscono un'alternativa ai materiali tradizionali come acciaio, alluminio, fibra di vetro e per la costruzione di tralicci leggeri e strutture a telaio. Sono altamente durevoli, affidabili, personalizzabili e leggeri.

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

Una struttura ricoperta di fibra di carbonio riceve una resistenza aggiuntiva del 60% e fino al 110% di resistenza alla compressione. Sebbene ciò non sembri sufficientemente plausibile, tutti i controlli secondo SNiP e GOST lo confermano. Pertanto, se hai intenzione di effettuare riparazioni o sei impegnato nella costruzione, puoi seriamente pensare al rinforzo in fibra di carbonio.

Aumentando la robustezza della struttura è possibile ridurre la dimensione della base. La fibra di carbonio sostiene carichi significativi su se stessa, la cosa più importante è che ci sia un posto dove incollarla. Riduzione materiale richiesto A causa dell’uso della moderna fibra di carbonio, è un evento rilevante per le regioni remote dove è difficile fornire materiali da costruzione pesanti.

Inoltre, la fibra di carbonio viene ora utilizzata nella riparazione di elementi portanti in pietra. Le travi e gli appoggi dei ponti in cemento vengono ripristinati mediante rinforzo. 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 del materiale

Molte persone sono consapevoli della corrosione causata dalle armature in acciaio nel calcestruzzo prefabbricato. Quando si utilizza la rete in fibra di carbonio invece del rinforzo in acciaio, i risultati sono eccellenti.

Calcestruzzo Pannelli murali può essere reso molto più sottile.
Il peso dei pannelli diventa molto più leggero (fino al 75%).
Non è richiesto alcun isolamento aggiuntivo perché la fibra di carbonio non conduce né il caldo né il freddo.
Ha un'elevata resistenza al fuoco.
Questo nuovo materialeè già utilizzato per la produzione di pannelli sandwich per pareti.

Screpolatura

La fibra di carbonio presenta anche degli svantaggi di cui bisogna tenere conto quando si pianifica il suo utilizzo.

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

La fibra di carbonio è un materiale costituito da fili sottili con un diametro compreso tra 5 e 15 micron, formati principalmente da atomi di carbonio. Gli atomi di carbonio sono disposti in cristalli microscopici, allineati parallelamente tra loro. L'allineamento dei cristalli conferisce alla fibra una maggiore resistenza alla trazione.

La produzione e l'utilizzo dei filamenti di carbonio furono proposti e brevettati per la prima volta dal famoso inventore americano Thomas Edison nel 1880 come filamenti incandescenti nelle lampade elettriche.

PRODUZIONE DELLA FIBRA DI CARBONIO Le fibre di carbonio sono generalmente ottenute dalla lavorazione di fibre organiche chimiche o naturali, che lasciano principalmente atomi di carbonio (99%) nel materiale fibroso.

Nella costruzione, la fibra di carbonio viene utilizzata per il rinforzo esterno e per rinforzare le strutture - come riempitivo rinforzante che ha una significativa resistenza alla deformazione, nonché alle crepe dovute a improvvisi sbalzi di temperatura.

Pro: i pannelli delle pareti in cemento possono essere molto più sottili. Il peso dei pannelli diventa molto più leggero (fino al 75%). Non è richiesto alcun isolamento aggiuntivo perché la fibra di carbonio non conduce né il caldo né il freddo. Ha un'elevata resistenza al fuoco. Questo nuovo materiale è già utilizzato per la produzione di pannelli sandwich per pareti. Svantaggi: questo materiale è piuttosto costoso rispetto agli analoghi. Il materiale ha la capacità di riflettere le onde elettriche, il che in alcuni casi può rappresentare uno svantaggio. Il processo di produzione dei compositi richiede più manodopera rispetto alla produzione del metallo

Composizione delle barre composite: -Fibre (materiale di rinforzo) -Resina (polimero) Altri componenti delle barre composite: -Cariche -Additivi La fibra è principalmente responsabile della resistenza meccanica. Resina - per resistenza chimica.

Lo scopo principale della fibra: - resistere ai carichi; - fornire forza; - posizionati nella direzione dei carichi principali. Principali funzioni della resina: - trasferimento della tensione tra le fibre; - fornire supporto laterale e prevenire il gonfiore; - protezione delle fibre dai danni meccanici e dall'influenza negativa di fattori esterni.

Le plastiche rinforzate con fibra di carbonio sono materiali particolarmente resistenti costituiti da fili intrecciati di fibra di carbonio. Si distinguono per l'alta densità - fino a 2.000 kg/m3, rigidità, leggerezza e sono superiori all'acciaio in numerosi parametri. Ecco perché il rinforzo in fibra di carbonio è interessante come degna alternativa aste metalliche.

A modo mio aspetto Questo prodotto non è quasi diverso dal suo predecessore: raccordi in metallo. Ha anche la forma di bastoncini sottili o di bastoncini di diverso diametro sezione trasversale(4-20mm).

Nocciolo rinforzo composito può essere condizionatamente suddiviso in due parti: L'anima, che definisce le principali caratteristiche di resistenza del rinforzo, che consiste in fibre parallele legate con un legante a base di resina epossidica. Lo strato esterno, responsabile delle proprietà di adesione al calcestruzzo, è sabbia applicata su un legante epossidico, che aumenta l'adesione al calcestruzzo, poiché l'adesione avviene lungo l'intera lunghezza dell'asta.

Il rinforzo composito è destinato all'uso in strutture in calcestruzzo con rinforzo precompresso e non sollecitato. Le aste composite resistenti alla corrosione possono proteggere i ponti e le infrastrutture civili dagli effetti dannosi della corrosione.

Il rinforzo composito in acciaio inossidabile presenta numerosi vantaggi rispetto al rinforzo metallico convenzionale. Vantaggi del rinforzo composito Il rinforzo composito non è soggetto a corrosione ed è resistente agli ambienti aggressivi, compreso l'ambiente alcalino del calcestruzzo. Il rinforzo composito ha una resistenza alla trazione 3 volte maggiore rispetto all'acciaio. A questo proposito, viene eseguita una sostituzione dell'armatura di uguale resistenza, in cui l'armatura in acciaio viene sostituita con un'armatura composita con una riduzione della sezione trasversale. Ciò consente di ridurre il peso ed il costo dei raccordi, mantenendone le caratteristiche fisico-meccaniche. Il rinforzo composito è 9 volte più leggero dell'acciaio se sostituito a parità di resistenza. Pertanto, 1 metro lineare di rinforzo in acciaio con un diametro di 12 mm pesa 0,89 kg e 1 metro lineare di rinforzo composito con un diametro di 8 mm, di pari resistenza, pesa 0,10 kg. Ciò consente di risparmiare sui trasporti e di ridurre il peso della struttura.

Il rinforzo composito ti consentirà di risparmiare fino al 50% se utilizzato al posto dell'acciaio. Oltre al fatto che i raccordi costano il 30-40% in meno, si ottengono risparmi significativi migliorando la logistica della fornitura. Il rinforzo composito ha una bassa conduttività termica. Ad esempio, il rinforzo in fibra di vetro ha una conduttività termica di 0,48 W/m K, mentre il rinforzo in acciaio ha una conduttività termica di 56 W/m K, ovvero 100 volte inferiore. Essendo un dielettrico, il rinforzo composito è radiotrasparente e magneticamente inerte. Non perde resistenza se esposto a basse temperature. Intervallo di temperatura operativa da -70 °C a +100 °C.

Svantaggi del rinforzo composito Il modulo di elasticità del rinforzo composito è 3,5 volte inferiore a quello dell'acciaio. Per questo motivo può essere utilizzato nelle fondazioni, nelle solette stradali, ecc., ma il suo utilizzo nei pavimenti richiede calcoli aggiuntivi. Bassa resistenza al fuoco del materiale. Quando riscaldato a 600ºC, il rinforzo in fibra di carbonio inizia ad ammorbidirsi rapidamente. Pertanto, durante la costruzione è necessario prenderlo misure aggiuntive per l'isolamento termico in caso di incendio. Il rinforzo composito non può essere saldato, ma solo lavorato a maglia con filo o incollato. È impossibile produrre prodotti piegati da rinforzi compositi nel sito di installazione. La produzione di elementi piegati fuori standard è possibile solo in fabbrica.

Installazione Secondo la tecnologia di posa, l'armatura composita è simile ai tradizionali materiali in acciaio. Nella maggior parte dei casi, la leggerezza delle barre composite accelera effettivamente il processo di installazione del rinforzo.

PROPRIETÀ FISICO-MECCANICHE E CHIMICHE DI VARI MATERIALI Fibra (filo) Densità ρ, m³ Punto di fusione TTemperatura di fusione, °C Resistenza alla trazione σB, MPa Modulo di elasticità E, GPa Alluminio 2 687 660 620 73 Amianto 2 493 1 521 1 380 172 Carbonio 1 413 3 700 2 760 200 Poliammide 1 136 249 827 2,8 Poliestere 1 385 248 689 4,1 Acciaio 7 811 1 621 4 130 200

Fibra di carbonio - materiale moderno, che è 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 tra loro. A causa di questo allineamento cristallino, 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, fili) fu proposta e brevettata dal famoso inventore americano - Thomas Edison - nel 1880 come filamenti incandescenti nelle lampade elettriche. Queste fibre erano ottenute per pirolisi di fibre di cotone o rayon ed erano caratterizzate da fragilità ed elevata porosità e furono successivamente sostituite da fili di tungsteno. Nei successivi 20 anni propose anche di produrre fibre di carbonio e grafite basate su varie fibre naturali.

Un interesse secondario per le fibre di carbonio è apparso a metà del XX secolo, quando era in corso la ricerca di materiali adatti all'uso come componenti di compositi per la fabbricazione di motori a razzo. In termini di proprietà, il CF si è rivelato uno dei materiali di rinforzo più adatti per questo ruolo, poiché ha un'elevata resistenza al calore, una buona proprietà di isolamento termico, resistenza alla corrosione dei fluidi gassosi e liquidi, elevata resistenza specifica e rigidità.

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Ricevuta

La fibra di carbonio viene solitamente prodotta mediante trattamento termico di fibre organiche chimiche o naturali, che lascia principalmente atomi di carbonio nel materiale della fibra. Il trattamento termico consiste in diverse fasi. Il primo di questi è l'ossidazione della fibra originale all'aria ad una temperatura di 250°C per 24 ore. Dopo l'ossidazione segue la fase di carbonizzazione, ovvero il riscaldamento della fibra in azoto o argon a temperature comprese tra 800 e 1500 °C. Come risultato della carbonizzazione, si formano strutture simili alla grafite. Processi trattamento termico termina con la grafitizzazione alla temperatura di 1600-3000 °C, anch'essa avvenuta in ambiente inerte. Come risultato della grafitizzazione, la quantità di carbonio nella fibra aumenta al 99%.

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Fibra di carbonio nella costruzione

Anche il metallo e il cemento vengono utilizzati per rafforzare le strutture, ma la fibra di carbonio presenta numerosi vantaggi rispetto ad essi. 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 ottiene un'ulteriore resistenza alla compressione del 120% e fino al 65% di resistenza alla flessione.

Rafforzare colonne e pavimenti, rafforzare ponti: le opzioni per l'utilizzo dei compositi in fibra di carbonio nella costruzione sembrano essere inesauribili.

Per aumentare la resistenza delle pareti degli edifici in zone sismiche, è possibile utilizzare il rinforzo esterno muratura tessuto in fibra di carbonio.

Il secondo principale ambito di applicazione della fibra di carbonio in edilizia è il restauro di elementi lapidei portanti. I supporti e le travi dei ponti in calcestruzzo vengono ripristinati mediante rinforzo adesivo. Queste sono le strutture governative più critiche e la loro affidabilità è garantita dalla fibra di carbonio. Nell'edilizia privata, i carichi sono decine di volte inferiori, il che significa che il rinforzo della fondazione o degli angoli delle pareti avrà un enorme margine di sicurezza. Questa è un'ottima alternativa modi tradizionali- getto di calcestruzzo nelle fondamenta o installazione di muri simili.

Un altro proprietà utile materiale composito: non tossicità e innocuità dopo la polimerizzazione. Nella forma finita lo è superficie lucida e non reagisce con l'acqua.

Vantaggi del materiale

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 necessario alcun isolamento termico aggiuntivo perché la fibra di carbonio non conduce né il caldo né il freddo.

4. Altamente resistente 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 di cui bisogna tenere conto 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 in alcuni casi può rappresentare uno svantaggio.

3. Il processo di produzione dei compositi richiede più manodopera rispetto alla produzione dei metalli.

Le aste in fibra di vetro, basalto o carbonio e sottoposte a trattamenti speciali sono classificate come rinforzi non metallici. Ne esistono diverse varietà. La classificazione è in base alla fibra utilizzata:

§ Fibra di vetro.

§ Plastica basalto.

§ Rinforzo in fibra di carbonio.

I materiali compositi sono una struttura di un elemento di rinforzo e una matrice. La base di rinforzo è solitamente costituita da fibre a struttura continua. Il componente della matrice è sempre rappresentato da una sorta di polimero che forma l'asta. La superficie esterna del rinforzo composito presenta un rilievo nervato.

La tecnologia di produzione è chiamata pultrusione o brocciatura.

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

Innanzitutto, la fibra di grafite viene immessa in un bagno polimerico, nel quale viene impregnata con un polimero speciale.
Dal bagno la fibra entra nel dispositivo di preformatura.
Da lì, le fibre di carbonio vengono dirette in uno stampo riscaldato. Passando attraverso uno stampo in cui speciale elementi riscaldanti vengono create fino a 6 zone con temperature diverse, il polimero si indurisce ed emerge un prodotto finito raffreddato.

L'aspetto ripete completamente la forma classica del rinforzo metallico: aste e aste con un diametro della sezione trasversale fino a 20 mm.

La superficie di tale rinforzo è nervata, il che garantisce la massima adesione alla malta cementizia.

Con somiglianza esterna Composizione chimica il rinforzo composito non metallico è completamente diverso. È costituito da fibre di carbonio legate in un unico fascio con polimero. La discontinuità della struttura del riempitivo di carbonio determina le proprietà e le caratteristiche del materiale e lo distingue favorevolmente tra prodotti simili.

Il rinforzo in fibra di carbonio ha vasta gamma applicazioni. Viene utilizzato nella costruzione di edifici residenziali ed edifici pubblici, nonché impianti industriali e strutture di stoccaggio.

Il cedimento delle strutture in calcestruzzo dovuto alla corrosione delle armature in acciaio è una delle maggiori sfide affrontate dal settore edile.

Il vantaggio principale rispetto ad altri materiali, che determina l'uso del rinforzo in fibra di carbonio nella costruzione, è la sua resistenza alla corrosione in relazione a condizioni diverse ambiente esterno. Non importa se l'ambiente aggressivo è un fattore nel funzionamento della futura struttura o si verifica durante il processo di costruzione.

Il rinforzo composito in acciaio inossidabile presenta numerosi vantaggi rispetto al rinforzo metallico convenzionale.

Vantaggi rinforzo in fibra di carbonio:

· Il rinforzo in fibra di carbonio ha una resistenza alla trazione 3 volte maggiore rispetto all'acciaio. A questo proposito, viene eseguita una sostituzione dell'armatura di uguale resistenza, in cui l'armatura in acciaio viene sostituita con un'armatura composita con una riduzione della sezione trasversale. Ciò consente di ridurre il peso ed il costo dei raccordi, mantenendo inalterate le caratteristiche fisico-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 se sostituito con la stessa resistenza. Ciò consente di risparmiare sui trasporti e di ridurre il peso della struttura.

· Non perde resistenza se esposto a basse temperature. Intervallo di temperatura operativa da -70 °C a +100 °C.

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

· Essendo un dielettrico, il rinforzo composito è radiotrasparente e magneticamente inerte. Non lascia passare elettricità. Previene corto circuiti cablaggio elettrico all'interno del calcestruzzo. La fibra di carbonio non crea interferenze o distorsioni per le onde radio.

· Elevata durabilità. Secondo tutti i produttori di rinforzi compositi, la sua durata minima è di circa 75 anni.

· Il rinforzo composito consentirà di risparmiare fino al 50% se utilizzato al posto dell'acciaio. Oltre al fatto che i raccordi costano il 30-40% in meno, si ottengono risparmi significativi migliorando la logistica della fornitura.

Screpolatura:

Questo raccordo ha molti aspetti positivi, tuttavia ci sono anche degli svantaggi.

Il primo è il basso modulo elastico. Secondo questo indicatore, i raccordi sono 4 volte inferiori a quelli metallici. La proprietà si manifesta nel fatto che il materiale non si piega, ma si rompe. Per questo motivo viene utilizzato nella costruzione di fondazioni, strade e ponti, ma il suo utilizzo nei pavimenti comporta potenziali rischi e la necessità di calcoli aggiuntivi.

È necessario dire dell'impatto alta temperatura. Quando riscaldato a 600 gradi. C, il rinforzo in fibra di carbonio 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 il rinforzo composito è collegato solo al rinforzo viscoso, non è possibile utilizzare la saldatura elettrica; Nei grandi cantieri, spesso vengono inserite punte in acciaio sulle aste e solo successivamente viene eseguita la saldatura.

Rinforzo in maglia

Il rinforzo a maglia di 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.

Aree di applicazione del rinforzo composito:

· in fondazioni sotto il livello dello zero;

· come collegamenti flessibili per pareti a tre strati;

· per la costruzione di strade;

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

Il mercato dei rinforzi compositi è in rapida crescita. Secondo gli esperti, la sua crescita è del 12% all'anno.

Presentato qui Caratteristiche comparative il costo del rinforzo in composito e acciaio per una sostituzione di pari resistenza.

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