Углеродное волокно

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение.

Впервые получение и применение углеродных нитей было предложено и запатентовано известным американским изобретателем — Томасом Эдисоном — в 1880 г. в качестве нитей накаливания в электрических лампах.

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА
Углеродные волокна обычно получают обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются, главным образом, атомы углерода (99 %).

В строительстве углеволокно применяется для армирования и для усиления конструкций — в качестве армирующего наполнителя, обладающего значительной устойчивостью к деформациям, а также к трещинам при резких перепадах температур.

Вторая основная область применения карбона в строительстве — реставрация несущих каменных элементов.

Достоинства:
Недостатки:
Бетонные стеновые панели можно делать намного тоньше.
Вес панелей становиться намного легче (до 75%).
Не требуется дополнительная теплоизоляция, потому что углеволокно не проводит тепло или холод.
Обладает высокой огнестойкостью.
Этот новый материал уже используется для производства стеновых сэндвич-панелей.
Этот материал довольно дорогой по сравнению с аналогами. Цена полотна шириной 300 мм от 1000 руб. за погонный метр.
Материал имеет способность отражать электрические волны, что может быть недостатком в некоторых случаях.
Процесс изготовления композитов более трудоемкий, чем изготовление металла.

Существует несколько видов композитной арматуры:
- стеклопластиковая
- базальтопластиковая
- углепластиковая
Композитная арматура

Состав композитных стержней:
- Волокна (армирующий материал)
- Смола (полимер)
Прочие составляющие композитных стержней:
- Наполнители
- Добавки
Волокно, главным образом, отвечает за механическую прочность.
Смола- за химическую стойкость.

Технология её изготовления называется пултрузией.
Процесс изготовления углепластиковой арматуры
Вначале, волокно графита подается в полимерную ванну, в которой оно пропитывается специальным полимером.
Из ванны волокно попадает в преформочное устройство.
Оттуда, волокна карбона направляются в нагретую фильеру. Проходя через пресс-форму, в которой специальными нагревательными элементами создается до 6 зон с различной температурой, полимер затвердевает, и на выходе из нее получается охлажденный готовый продукт.

По своему внешнему виду данное изделие почти ничем не отличается от предшественницы – металлической арматуры. Оно тоже имеет вид тонких прутьев или стержней с различным диаметром поперечного сечения (4- 20мм).

Стержень композитной арматуры условно можно разделить на две части:
Сердечник, задающий основные прочностные характеристики арматуры, который представляет собой параллельные волокна, связанные связующим на основе эпоксидных смол.
Внешний слой, отвечающий за свойства сцепления с бетоном, представляет собой нанесённый на эпоксидное связующее песок, который увеличивает адгезию с бетоном, т.к. сцепление происходит по всей длине стержня.

Композитная арматура предназначена для применения в бетонных конструкциях с преднапряженным и ненапряженным армированием.
Коррозионно-устойчивые композитные стержни могут защитить мосты и объекты гражданской инфраструктуры от разрушающего воздействия коррозии.

Достоинства:
Высокая прочность на разрыв.
Не подвержена коррозии и гниению.
Легче на 90 % по сравнению со стальной арматурой.
Устойчива к низким температурам.
Низкая теплопроводность.
Диэлектрик. Радиопрозрачна. Магнитоинертна.
Долгий срок службы.
Низкая стоимость.
Недостатки:
Низкий модуль упругости.
Низкая огнестойкость материала.
Композитную арматуру невозможно сваривать.
Гнутые элементы можно изготовить только в заводских условиях.

Монтаж
По технологии укладки, композитная арматура аналогична традиционным стальным материалам.
В большинстве случаев, легкая масса композитных стержней, фактически ускоряет процесс монтажа арматуры.

Сравнительная таблица стоимости композитной и стальной арматуры.
Стальная арматура
класса А400С
Углепластиковая арматура