«Усиление углеродным волокном» часто описывают так, будто это единый продукт. На практике полимер, армированный углеродным волокном (CFRP), поступает на объект как минимум в шести различных продуктных формах, каждая со своим производственным процессом, набором характеристик и — что особенно важно — своим правильным применением.

В этом руководстве описаны каждая продуктная форма, её типовые характеристики, области применения и порядок выбора. Оно написано для заказчиков, подрядчиков и инженеров, которым нужно говорить на одном языке при задании требований к углеродному волокну.

Продукция для усиления углеродным волокном

Шесть продуктных форм — подберите форму под задачу

1. Углеродная ткань / полотно / холст

Что это. Тонкая гибкая одно- или многонаправленная ткань из углеродных волокон, обычно поставляемая в рулонах и пропитываемая эпоксидной смолой на объекте (метод «wet lay-up»). «Ткань», «полотно», «холст» и «листовая ткань» — по сути один класс продукции с разными названиями у разных поставщиков.

Доступные характеристики.

200 g/m² (номинальная толщина 0.111 mm) и 300 g/m² (0.167 mm) — наиболее распространённые плотности

Ширина: 100 / 150 / 200 / 250 / 300 / 500 mm; длина рулона 100 m

600 g/m² (0.333 mm) — высокая плотность для большей несущей способности одного слоя

Ширина: 500 mm; длина рулона 50 m

Также доступны промежуточные плотности: 230 / 430 / 450 / 530 g/m²

Типовые области применения. Усиление на изгиб балок и плит (приклеивание к растянутой грани), усиление на срез (U-обоймы и полные обоймы) и обжатие колонн (полные обоймы) для повышения пластичности.

2. Углеродная ламель / ламинат / полоса

Что это. Жёсткая полоса CFRP, изготовленная методом пултрузии на заводе, поставляемая в отверждённом виде и приклеиваемая к конструкции специальным конструкционным клеем. «Ламель», «ламинат» и «полоса» описывают одну и ту же жёсткую стержневую форму.

Типовые характеристики.

Толщина: обычно 1.2 mm / 1.4 mm / 2.0 mm / 3.0 mm

Ширина: обычно 50 mm / 100 mm

Прочность на растяжение: как правило ≥ 2,400 MPa (высокопрочная) и ≥ 1,800 MPa (высокомодульная)

Классы модуля: высокопрочный (~150 GPa) и высокомодульный (~200 GPa)

Типовые области применения. Усиление на изгиб балок и плит там, где требуется более высокая передача усилия и аккуратный контролируемый профиль; ламели воспринимают большую нагрузку на полосу, чем слои ткани той же ширины.

3. Углеродный анкер

Что это. Короткий волоконный элемент — часто раскрытый или петлевой «веер» из углеродного волокна либо предварительно изготовленный анкер — устанавливаемый для фиксации ламели или ткани к основанию на их концах или в критических сечениях. Его назначение — сопротивляться отслаиванию и отрыву концов, что является доминирующим видом разрушения внешне приклеенного CFRP.

Типовые характеристики. Зависят от системы; ключевые параметры — диаметр/ширина анкера, глубина заделки и угол раскрытия веера. Анкеры подбираются под систему ткани или ламели, которую они закрепляют.

Типовые области применения. Анкеровка концов приклеенных ламелей и обойм, улучшение анкеровки в зонах нахлёста и вокруг проёмов, а также повышение полезной (ограниченной отслаиванием) несущей способности усиления.

4. Углеродная сетка / решётка

Что это. Открытая углеродная сетка, погружённая в цементную или полимермодифицированную растворную матрицу вместо эпоксидной смолы. Этот подход «цементная матрица, армированная тканью» (FRCM / TRM) принципиально отличается от эпоксидной пропитки wet lay-up.

Доступные характеристики.

Одно- и двунаправленные углеродные сетки с размером ячейки от 10×10 до 50×50 mm, все класса Grade I высокой прочности, поставляются шириной до 1000 mm.

Типовые области применения. Усиление больших площадей кирпичных стен, сводов и плит; сейсмическое усиление кирпичных и каменных зданий; случаи, когда требуется паропроницаемая, огнестойкая или щёлочестойкая матрица и эпоксидная смола неприменима.

5. Углеродная арматура / стержень

Что это. Монолитный стержень из CFRP, изготовленный пултрузией (часто с пескоструйной или спиральной насечкой для сцепления), применяемый как неметаллическая арматура внутри нового бетона или вблизи поверхности существующего элемента (метод «near-surface-mounted», NSM).

Типовые характеристики. Диаметры обычно от 6 mm до 25 mm; поставляются в стержнях, мотках или каркасах. Класс и поверхность сцепления — ключевые поля спецификации.

Типовые области применения. Коррозионностойкая арматура для конструкций в агрессивных средах (морская среда, антигололёдные соли), в электромагнитно чувствительных зонах (больницы, МРТ) и NSM-усиление существующего бетона при требовании малой инвазивности.

6. Углеродная обойма / обойма сваи

Что это. Предварительно изготовленная или изготавливаемая на объекте трубчатая гильза из CFRP, охватывающая колонну, опору или сваю. Небольшой кольцевой зазор заполняется раствором или конструкционным клеем, чтобы гильза и ядро работали совместно. «Обойма сваи» — тот же принцип для фундаментных свай, часто под водой.

Типовые характеристики. Определяются диаметром, толщиной стенки и высотой/длиной секции; для свай обойма должна соответствовать диаметру сваи и морской/грунтовой среде.

Типовые области применения. Обжатие и ремонт повреждённых колонн, опор и дымовых труб; восстановление прокорродировавших или повреждённых свай в зоне брызг и под водой, где обойма одновременно усиливает и защищает.