Войти в почту

Легкий ремонт тяжелых конструкций: реинкарнация с помощью композитов

МОСКВА, 30 июн – , . В последнее время все большее количество массивных зданий и других сооружений ремонтируется с помощью композитов. Довольно сложно представить себе, как можно укрепить огромный мост "тряпочкой", которая просто наклеивается на поврежденное место. Однако, как говорят разработчики, конструкция, укрепленная углеродной тканью, получается в 6-7 раз прочнее стали. Кроме того, осуществляется такой ремонт без привлечения крупной строительной техники и квалифицированной рабочей силы, — ведь наклеить углеродною ленту на поверхность может практический любой человек. А дальше, — технологии делают "свое дело": ткань пропитывается связующим веществом и превращается в жесткий пластик. В отличие от стали пластик не ржавеет, что увеличивает долговечность такого ремонта. Так как же происходит это "превращение"? Как известно, 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 имеются и в графите, но он имеет слоистую структуру. Внутри слоев графита имеются прочные связи углерод-углерод, а между слоями межатомные связи углерод-углерод слабые, их называют вандерваальсовыми. Однако можно попробовать по-разному расположить чешуйки графита. На этом принципе построены все эксперименты с углеродными волокнами.

Строение углеродного волокна под микроскопом

После того, как они были проведены, был найден способ получения полиакрилнитрила – синтетического каучука. Дальше полиакрилнитрил 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 углеродного волокна

Как правило, углеродные ленты для системы внешнего армирования ткут из углеродных волокон, содержащих 12 000 филаментов, — то есть, элементарных нитей. Эти нити в 100 раз тоньше, чем человеческий волос, диаметр каждой примерно от 4 до 8 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.

Сравнение толщины филамента углеродного волокна и человеческого волоса

Дальше — нужно подобрать "клей", а точнее – эпоксидное связующее. Например, для "легких" тканей удобно использовать низковязкие связующие, позволяющие без труда провести пропитку наполнителя. В случае применения "тяжелых" тканей — высоковязкие, тиксотропные связующие, которые могут 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. Ну вот и все! Научный процесс закончен. 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.

А дальше происходит "волшебство" — процесс полимеризации. Это соединение углеродного волокна и молекул эпоксидной смолы. В процессе формования изделий из композитов происходят изменения их структуры и свойств, приводящие к затвердеванию материала.

В России на данный момент с помощью этой технологии отремонтировано более 1000 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 этой технологией были усилены балки моста через реку Сторожевая на 24-ом километре автодорожного маршрута "Выборг-Комсомольское-Светлогорск". Также, углеродными лентами были усилены несущие конструкции Большого Московского Государственного Цирка на проспекте Вернадского в Москве, здание насосной станции "Колочь" (), усилены конструкции нефтехимического производства ООО "Тобольск-Нефтехим" (), в Республике Башкортостан таким способом восстановили 12 автомобильных мостов. Согласно лабораторным исследованиям, срок годности такого ремонта может достигать 50-ти лет.