Усиление композитными материалами на основе углеродных волокон (усиление углеволокном, усиление углепластиком, карбоном и тд) в настоящее время уже не является инновационной технологией. На территории Российской Федерации при помощи углеродных лент, холстов, ламелей, сеток усилены сотни объектов.
Тем не менее на сегодняшний день правильный и оптимальный выбор типа армирующего материала и связующего для конкретных видов усиления композитными материалами является большим является важным подходом для оптимальной стоимости работ и надежности принятого решения.
В этой статье мы рассмотрим основные моменты при выборе связующего для усиления конструкций композитами.
Принципиально при усилении железобетона углеволоконными композитными материалами или простым языком углепластиком используются два основных типа связующих:
- Связующее на основе эпоксидных (реже полиуретановых и других смол), как правило, двухкомпонентное;
- Связующее на основе полимерцементного гидравлического вяжущего, как правило, однокомпонентный состав, затворяемый водой в соответствии с техническим описанием производителя.
Композитные материалы на основе эпоксидных связующих.
В свою очередь составы на основе эпоксидных смол могут быть различной вязкости и использоваться для разных целей:
- пропитка углеродных тканей (углеродных лент, холстов);
- приклейка углеродных ламелей (углеродных ламинатов – полученных автоклавным способом готовых пластин из углеволокна).
Не менее важным параметром эпоксидных составов является температура стеклования. Под температурой стеклования применительно к связующим для усиления конструкций композитными материалами подразумевается температура, при длительном превышении которой отвержденное связующее начинает переход из стадии «стекла» — твердого и хрупкого состояния в пластическую стадию. Другими словами, если рабочая температура конструкции будет превышать температуру стеклования используемого связующего, то в элементе усиления матрица (отвержденное связующее) или клей (в случае монтажа углеродных ламелей) не будет выполнять свою связывающую функцию и прочностью такого композитного элемента усиления придется пренебречь. У большинства составов для усиления популярных производителей (BASF, Mapei, Sika, FibArm, CarbonWrap) температура стеклования лежит в диапазоне 60-70°С. Для обеспечения работы усиленной конструкции в необходимых температурных условиях используют два принципиальных решения:
- использование смол с повышенной температурой стеклования (отличается повышенной стоимостью материала связующего)
- использование тепло- и огнезащитных покрытий (минераловатные плиты, штукатурные покрытия на основе вермикулита, вспучивающиеся огнезащитные краски) для поддержания рабочей температуры элемента усиления в требуемом диапазоне в течение необходимого временного интервала (предела огнестойкости).
Дополнительно следует отметить, что большинство эпоксидных составов для усиления углеродными лентами, холстами, ламелями от тех же наиболее популярных производителей требуют особой подготовки поверхности в части влажности (влажность не должна превышать 4%). Для решения этого вопроса используются специализированные эпоксидные составы либо грунтовки, позволяющие осуществлять дальнейшее нанесение на влажную поверхность.
Композитные материалы на основе полимерцементных связующих.
Составы на минеральном полимерцементном связующем применяются в основном для монтажа углеродных сеток. Основными преимуществами такого связующего являются:
- высокая температурная стойкость и негорючесть (имеется опыт применения элементов усиления из углеродных сеток на полимерцементном составе на металлургических объектах.)
- возможность использования во влажных условиях (не требуется ограничивать влажность поверхности 4 % )
- возможность механизированного нанесения (торкретирование, набрызг).
Основными недостатками использования полимерцементного связующего можно назвать то, что с его помощью можно выполнять главным образом усиление углеродными сетками (количество углеродного волокна в которых имеет свои предельные значения), а также наличие мокрых процессов и более длительный (по сравнению с эпоксидными составами) срок отверждения.
Также для большинства полимерцементных ремонтных составов, пригодных для монтажа углеродных сеток необходимым условием является уход (дополнительное укрытие, увлажнение) на период гидратации вяжущего и твердения.
В таблице 1 представлена сводная информация по преимуществам и недостаткам разных видов связующих.
таблица 1
| Вид связующего | Преимущества | Недостатки |
| Эпоксидное связующее
(Усиление углеродными лентами, холстами, тканями, ламелями) |
|
|
| Полимерцементное связующее
(Усиление углеродными сетками) |
|
|
Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, о том, что тип связующего для усиления конструкций композитными материалами на основе углеволокна необходимо выбирать на основе совокупности факторов:
- Влажность поверхности усиления;
- Температура поверхности усиления до и после монтажа;
- Сроки проведения работ;
- Сроки ввода усиливаемой конструкции в эксплуатацию;
- Необходимость огнезащитного покрытия;
- Необходимость в дальнейшем нанесения отделочных/декоративных материалов;
- Уровень требуемого повышения несущей способности конструкций;
- Возможность применения средств механизации (торкретирование, набрызг) и мокрых процессов.
В итоге правильный выбор связующего для усиления углеволокном позволит снизить стоимость проекта, сроки выполнения работ, а также будет являться гарантией надежности применяемого технического решения.