Көміртегі талшықты «лейкопластырь»: Көпірлер мен ғимараттар үшін минималды инвазивті күшейту

Тұрмыста біз жарақаттың жеңіл түрлерін емдеу үшін лейкопластырь қолданамыз – қарапайым да ыңғайлы. Алайда, қазір көпірлердің арқаларында жіңішке трещиндер пайда болып, ескі ғимараттардың қабырғалары жасқа сай баяу босап келе жатқан кезде, көзге көрінетіндей жеңіл материал конструкцияны күшейтудегі 'негізгі күш' ретінде шыға бастады. Инженерлік технологиялар да осыған ұқсас 'лейкопластырь' шешімін қабылдады — көміртегі талшықты мата, ол минимальді инвазивті әдістер арқылы біздің айналамыздағы көпірлер мен ғимараттарды тығыз бекітіп жатыр.
Бір бағыттағы мата шығару процесі

Бір бағытты көміртек талшықты мата көміртек талшықты күшейту жобаларында жиі қолданылатын материал. Оның өндіру процесі негізінен көміртек талшықты жіпшелерді орналастырудан, бекітуден және пішіндеуден тұрады, ал негізгі мақсат — жіпшелерді жоғары беріктік қасиеттерін сақтай отырып, бір бағытта (әдетте бойлық) ретті түрде орналастыруды қамтамасыз ету. Нақты қадамдар шамамен мынадай:

Бірінші қадам: Көміртек талшықты жіпті дайындау
PAN-негізделген көміртек талшықты шикізат жіпшелері (нарықтағы негізгі түрі) полиякрилонитрил талшықтарын алдын ала тотықтыру мен көміртектеу процестері арқылы өндіріледі. Бұл жіпшелердің диаметрі 5–7 микрометр болып келеді және өте жоғары созылу беріктігіне ие.
Екінші қадам: Арқан қию процесі
Иіндіру машинасы арқылы мыңдағаннан ондаған мыңға дейін көміртегі талшықтары бойлық бағытта параллель және біркелкі етіп иін қабаттарына орнатылады. Кернеу мен түзудің дәлдігі қатаң бақыланады, бір бағытты қасиеттерді қамтамасыз ету және көлденең бұрмалауды болдырмау үшін қатаң бақыланады.
Үшінші қадам: Тоқу / Бекіту Процесі
Өте жіңішке көлденең талшықтарды (мысалы, шыны талшық немесе нейлон) пайдалана отырып, бойлық жіптерді тоқу немесе желімдеу арқылы бекітеді. Тоқу кезінде қосымша жіптер негізгі жіптермен төменгі тығыздықпен (сантиметріне бірнеше жіп) айқасып, "тығыз негізгі, сирек қосымша" құрылымын құрайды, бұл беріктікті төмендетпей-ақ арматуралау мүмкіндігін береді. Альтернативті түрде эпоксид смоласының эмульсиясын қолданып материалды қосымша жіпсіз матаға желімдеуге болады, бірақ тоқу әлі де кеңінен қолданылатын әдіс болып табылады.
Төртінші қадам: Бетін өңдеу
Қоспаларды алып тастау, бетінің қаттылығын арттыру немесе желімге жақсы жабысуы үшін және шайырмен үйлесімділігін жақсарту үшін байланыстырушы агентті пайдалану.
Бесінші қадам: Орнату және орам
Кептіру мен орнатудан кейін өнім сапа тексеруінен өтеді және соңғы өнімге айналады. Бұл процестің барлық кезеңінде көлденең жіпшелердің тек қосымша бекіту қызметін атқаратынын ескере отырып, бойлық көміртек талшықтарының жоғары беріктігін максималды пайдалануға көңіл бөлінеді.

Бүкіл процестің негізгі мәні — бойлық көміртек талшықтарының параллель орналасуын және жоғары созылу беріктігін қамтамасыз ету болып табылады, ал көлденең талшықтар тек қосымша бекіту қызметін атқарады. Сондықтан бір бағыттағы көміртек талшықты мата өзінің бойлық осі бойымен көміртек талшықтың созылу қасиеттерін толық пайдаланады және созылу кернеулеріне ұшырайтын құрылымдық күшейту қолданбалары үшін өте қолайлы.

Күшейтудің принциптері
Көміртегі талшықты мата құрылымдық бетіне сәйкес келетін шайыр желімі арқылы жабыстырылады, бастапқы құрылыммен бірге жұмыс істейтін композитті материалдық денені (CFRP) құрайды. Ерекше жоғары созылу беріктігі бар (болаттан шамамен он есе жоғары) көміртегі талшық мата шайыр желім арқылы бетонға тығыз бекітіледі. Бұл сыртқы жүктемені көміртегі талшық матаға береді, оның жоғары беріктік қасиеттерін пайдаланып, құрылымның иілу мен жанама күштерге және сейсмикалық белсенділікке төзімділігін арттырады, сонымен қатар трещинаның таралуын бір мезгілде баяулатады.

Құрылыс жұмыстарының реттілігі

Бірінші қадам: Бетін дайындау
Бетон бетін тазартып, бос қабаттар мен май дақтарын жойып, тегіс негізгі бетін жасаңыз.
Екінші қадам: Эпоксидтік грунтты жағу
Матаның берік жабысуын қамтамасыз ету үшін бетонға грунт қабатын жағыңыз.
Үшінші қадам: Көміртегі талшық мата жағу
Алдын ала кесілген көміртегі талшықты мата эпоксидті шайырға батырып, күшейту қажет болатын конструкциялық аймақтарға (мысалы, арқалықтардың төменгі жағы, бағандар, еден плиталары мен көпір торлары) жабыстырыңыз.
Төртінші қадам: Вальц компрессиясы және газдан тазарту
Жабысқақ зат талшықтарға біркелкі еніп, ауа көпіршіктері шығарылатындай вальцимен қайталап басыңыз, будан сияқты қабатты мықтап басып жабыстыру секілді.
Бесінші қадам: Қату және күтім
Жабысқақ зат қатқаннан кейін көміртегі талшықты мата мен бетон бірігіп, өте берік сыртқы қабат түзеді.

Күшейту сипаттамалары

Жүкті көтеру қабілетін арттыру: Арқалықтардың төменгі жағына жабыстырылса — иілуге қарсы төзімділік артады; бағандарға жабыстырылса — сығылу беріктігі мен сейсмикалық өнімділік жақсарады.

Трещинаны бақылау: Көміртегі талшықты мата бетондағы трещиналардың одан әрі дамуын шектейді, будан теріде пайда болған жарақаттың нашарлауынан сақтайтындығы секілді.

Қызмет ету мерзімін ұзарту: болаттан айырмашылығы, тот баспайды, сондықтан көпірлер сияқты ұзақ уақыт бойы әсерге ұшырайтын орындар үшін ерекше бейімделген.

Жеңіл және тиімді: Құрылыс жылдамдығы жоғары, ауыр техниканы қажет етпейді және қосымша үлкен құрылымдық салмақ түсірмейді.

Неліктен көміртек талшығы мата күшейтудің жаңа таңдауына айналды?

Болат пластинасын немесе қиманы ұлғайтуды күшейту сияқты дәстүрлі әдістермен салыстырғанда көміртек талшығы мата мынадай айқын артықшылықтарға ие:

Оның жеңіл салмағы бастапқы құрылымға қосымша жүктеме түсірмейді. Квадрат метріне 300 грамнан аспайтын салмағы ғимараттың жүктеме таралуын қолдану соң минимальді өзгертеді, сондықтан ежелгі ғимараттар мен көпірлер сияқты өз салмағына сезімтал құрылымдарды күшейтуге ерекше бейімделген.

Коррозияға төзімділігі қатаң жағдайларда тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Теңіз жағалауындағы көпірлердегі тұздың булануынан болатын коррозиямен немесе жер асты бөлмелеріндегі колонналар мен арқалықтардың ылғалды ортасымен кездескенде де, көміртек талшықты мата 50 жылдан астам қызмет ету мерзімімен тұрақты жұмыс өнімділігін сақтайды.

Орнатудың жоғары тиімділігі жоба уақытын әлдеқайда қысқартады. Ауыр техниканы қажет етпейді – тек қолмен қолдану жеткілікті. Мың шаршы метрлік ғимаратты күшейту әдетте 1-2 аптаға созылады, бұл дәстүрлі әдістерге қарағанда әлдеқайда қысқа.