Легкий ремонт тяжелых конструкций: реинкарнация домов с помощью композитов

Процесс укрепления углеродными лентами на объекте (Система внешнего армирования)

МОСКВА, 30 июн — РИА Новости, Анна Урманцева. В последнее время все большее количество массивных зданий и других сооружений ремонтируется с помощью композитов. Сложно представить, как можно укрепить огромный мост «тряпочкой», которая наклеивается на поврежденное место. Однако, как говорят разработчики, конструкция, укрепленная углеродной тканью, получается в шесть-семь раз прочнее стали. Кроме того, осуществляется такой ремонт без привлечения крупной строительной техники и квалифицированной рабочей силы — ведь наклеить углеродною ленту на поверхность может практически каждый. А дальше уже технологии делают свое дело: ткань пропитывается связующим веществом и превращается в жесткий пластик. В отличие от стали, пластик не ржавеет, и это делает ремонт долговечным. Как происходит такое превращение? Российские физики «сплели» из нанотрубок космически прочный материалИзвестно, что механическая прочность твердых тел определяется силой межатомной связи этого вещества. Для твердого тела механическая прочность и твердость пропорциональны. Поэтому мы так ценим алмазы — самые твердые вещества земного происхождения, в которых имеются прочные межатомные связи «углерод — углерод». Такие же связи есть и в графите, но он имеет слоистую структуру. Внутри его слоев — прочные связи «углерод — углерод», а между слоями межатомные связи «углерод — углерод» слабые, их называют вандерваальсовыми. Однако можно по-разному расположить чешуйки графита: на этом принципе построены все эксперименты с углеродными волокнами.

© Иллюстрация РИА Новости . А.ПолянинаСтроение углеродного волокна под микроскопом

© Иллюстрация РИА Новости . А.ПолянинаСтроение углеродного волокна под микроскопом

В ходе таких экспериментов был найден способ получения полиакрилонитрила — синтетического каучука. Затем полиакрилонитрил окисляют — это многоступенчатая термообработка волокна при 200–300°С в воздушной среде. Потом происходит карбонизация — образование графитоподобных структур при термообработке при 300 — 1500°С, а также графитация — термообработка волокна при 2000-3000°С в инертной среде.

Производство технических тканей на основе углеродного волокна на предприятии UMATEX Group

Производство технических тканей на основе углеродного волокна на предприятии UMATEX Group

Как правило, углеродные ленты для системы внешнего армирования ткут из углеродных волокон, содержащих 12 тысяч филаментов, то есть элементарных нитей. Эти нити в 100 раз тоньше, чем человеческий волос:  диаметр каждой примерно от четырех до восьми микрон. Они образованы преимущественно атомами углерода (92–99%), которые объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Именно это выравнивание придает волокну большую прочность на растяжение.

© Иллюстрация РИА НовостиСравнение толщины филамента углеродного волокна и человеческого волоса

© Иллюстрация РИА НовостиСравнение толщины филамента углеродного волокна и человеческого волоса

Затем необходимо подобрать «клей», а точнее — эпоксидное связующее. Например, для «легких» тканей удобно использовать низковязкие связующие, которые позволяют без труда провести пропитку наполнителя. В случае применения «тяжелых» тканей — высоковязкие, тиксотропные связующие, способные удержать наполнитель на вертикальных элементах зданий. Если необходимо выполнить ремонт сооружений в жарком климате или под воздействием прямых солнечных лучей, используются связующие с повышенной сервисной температурой. Все это подбирается в зависимости от задачи: что и где нужно ремонтировать. После можно просто раскатать бабину с тканью и нанести «клей».

Усиление несущих балок автодорожного моста через реку Сторожевая. В ходе ремонта использовались углеродные ленты, сотканные из углеродного волокна, состоящего из 12000 филаментов, и эпоксидное связующее.

Усиление несущих балок автодорожного моста через реку Сторожевая. В ходе ремонта использовались углеродные ленты, сотканные из углеродного волокна, состоящего из 12000 филаментов, и эпоксидное связующее.

Дальше происходит процесс полимеризации. Это соединение углеродного волокна и молекул эпоксидной смолы. В процессе формования изделий из композитов происходят изменения их структуры и свойств, которые приводят к затвердеванию материала.

В России на данный момент с помощью этой технологии отремонтировано более тысячи зданий и сооружений. Так, посредством системы внешнего армирования углеродными лентами были усилены кирпичные сводчатые перекрытия Корпуса № 1 Московского Кремля, где расположена резиденция главы государства. Прошлой осенью с применением этой же технологии были усилены балки моста через реку Сторожевая на 24-м километре автодорожного маршрута Выборг — Комсомольское-Светлогорск. Также углеродными лентами были усилены несущие конструкции Большого московского государственного цирка на проспекте Вернадского, здание насосной станции «Колочь» (АО «Мосводоканал»), конструкции нефтехимического производства ООО «Тобольск-Нефтехим» (ПАО «Сибур Холдинг»), а в Республике Башкортостан восстановили 12 автомобильных мостов. 
Согласно лабораторным исследованиям, срок годности такого ремонта может достигать 50 лет.

Источник: ria.ru

Написать ответ