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建設における炭素繊維の使用:日曜大工の補強と耐力構造の補強

現代の建設は、他の産業と同様に革新的な技術の導入なしには完成せず、今日ではロケットなどのハイテク産業でのみ使用されていた材料が建設業界で広く使用され、未来の建築を形作っています。現代の建設の最も重要なタスクの1つは、動的負荷、温度変化、およびその他の攻撃的な気候要因の影響を受ける建物や構造物の強度に関連する問題を防ぐことです。その結果、建物のコンクリート壁にひび割れが発生し、保護層が剥がれ、建物の運転特性が低下します。この点で、早期破壊を防ぐように設計された耐力構造の補強は、建設の不可欠な段階になりました。以前はこれらの目的で使用されていた人気のある素材が長い間グラスファイバーでしたが、今日では新しい需要のある素材であるカーボンファイバーに徐々に置き換えられています。その使用の特徴と特徴についてはさらに説明します。.

炭素繊維とは?素材使用の特徴

炭素繊維は、人工起源の線状弾性複合高分子材料であり、その構造要素は、炭素原子からなる直径3〜15ミクロンの細い炭素フィラメントです。後者は、順番に、整列のために、互いに平行である微視的な結晶に結合されます。位置合わせは、繊維の引張強度を高めるのに役立ちます。その技術的特性、特に硬度によれば、炭素繊維は金属よりも数倍優れており、その結果、防衛産業、航空宇宙生産、建設産業で広く使用されています。炭素繊維の独特の特性がこの材料を革新的であると考えることを可能にするという事実にもかかわらず、それは私たちの世紀の発明ではなく、航空機やロケットで、そして前世紀の終わりから建設で長い間使用されてきました。カリフォルニアのすべての建物と構造物が炭素繊維を使用して建てられ始めた1980年にこの地域で最初に登場し、地震活動地域にある建物を強化することが可能になりました。この物件を利用することで、国内の建築業者は住宅の修繕措置を実施する過程でこの材料の用途を見出し、それ以来、その人気は高まっています。.

重要! コンクリートと同様に、炭素繊維は単なる材料であり、最終的な完成品ではないことを覚えておく必要があります。それは、自己補強のための建設に使用される多数の材料の製造の基礎です。これらには、カーボンネット、ラメラ、テープが含まれます.

炭素繊維の仕様:主な利点

炭素繊維は、高温(最大3〜5千度)で前処理されたポリアクリロナイトライトで構成されています。技術的な特徴から、炭素繊維は外部補強に使用され、その間にバインダー(2成分エポキシ樹脂)が含浸され、壁紙と同様に、強化が必要な構造物の表面に接着されます。この特定のバインダーを使用することの便宜性は、いくつかの方法で証明されています。

  • 第一に、エポキシ樹脂は鉄筋コンクリートへの接着性が高い。
  • 第二に、樹脂と化学反応を起こした後、炭素繊維は硬質プラスチックに変化し、鋼の6〜7倍の強度を獲得します。.

今日、炭素繊維は他の複合材料の中で最も人気があります。アルミニウムより30%軽量、鉄より75%軽量であるにもかかわらず、その引張強度は最高の鋼種の4倍です。炭素をベースに製造された炭素繊維は、比重が低く、加熱するとわずかに膨張しますが、過酷な化学物質にさらされることはありません。上記の特性を考慮すると、炭素繊維は、さまざまな気候帯での使用に適した用途の広い材料と見なすことができます。.

材料の長い耐用年数は、次の利点の組み合わせによって説明されます。

  • カーボンファイバーの光沢表面による高い防水性により、素材が水と反応しません。
  • さまざまな表面への高い接着性;
  • 腐食プロセスに対する並外れた耐性。
  • 軽量性は、補強システムが建物に追加の負荷をかけないための特性です。炭素繊維は鋼よりもはるかに軽量であるにもかかわらず、高い強度特性を備えています。
  • 炭素繊維を使用すると、補強材を複数の層に塗布する機会が得られます。
  • 修理作業の過程で、補強された建物の運転を停止することはできません。
  • 自分の手で土台を補強するために炭素繊維を使用すると、作業中の時間と人件費を削減できます。
  • 炭素繊維は、丸みを帯びた角のある表面、リブ付きの床スラブ、フレーム構造のビーム要素、橋のスパンのTビームなど、あらゆる複雑さと構成の構造を補強するために使用できる普遍的な材料と当然考えられています。リブ幅が小さいのが特徴です。
  • 炭素繊維-補強用の環境に優しく毒性のある安全な材料。
  • さらに、この材料は耐火性と耐衝撃性があります。.

効果的な補強技術はどのような要件を満たす必要がありますか??

構造の効果的な補強を確実にするために、補強技術はいくつかの条件が満たされることを確実にしなければなりません:

  • 構造物の自然含水率は、補強要素の設置を妨げるものであってはなりません。
  • 補強要素は、あらゆる建築材料に確実に接着する必要があります。これにより、補強構造から補強要素への力の効果的な伝達が実行されます。
  • アセンブリ接着剤を含む、補強プロセスで使用されるすべての材料は、補強の効率を向上させる、長期にわたって安定している特性によって特徴付けられる必要があります。
  • さまざまな材料で作られた構造物は補強を受けるため、補強要素の弾性係数と強度はかなり広い範囲で表す必要があります.

上記のすべての要件は、人工起源の繊維、特にアラミドとカーボンに代表される外部補強の要素によって満たされますが、後者は最高の価格/品質比を示しており、最も普及しています.

どのような状況で外部補強を行う必要がありますか?

今日、炭素繊維はさまざまな材料で作られた構造を補強するために使用されています。

  • 鉄筋コンクリートの建物 – これらには、腐食からの保護、圧縮要素の補強、および過負荷からの保護を必要とする橋、油圧構造物、建築記念碑が含まれます。この機能は完全に炭素繊維によって処理されます。
  • 金属構造, 炭素繊維に近い弾性率と強度を持っています。
  • 石造りの構造, 特に石の柱、れんが造りの家の壁、パイロン.

外部補強で建物を補強する必要性は、次の状況で発生します。

  • 構造物が損傷し、その支持力、剛性、および亀裂に対する耐性が低下した場合。
  • 建物の運転条件に変化があった場合、それは負荷の大きさと性質の変化で表されます。
  • 耐震性を高め、オーバーホール間隔を延ばすための構造物の設計と建設の過程で;
  • 機械的要因の構造または攻撃的な自然環境に長時間さらされ、コンクリートの破壊または鉄筋の腐食につながる場合、残念な結果を排除し、構造を強化する必要があります.
  • 技術的および経済的指標の特定のセットを分析した後、炭素繊維強化は鉄筋コンクリート構造に関連して最も適切であることが多いという結論に達することができますが、それは金属、コンクリート、さらには木造の建物や構造にも適用できます。.

炭素繊維の一般的な設計

炭素繊維とその使用に伴う外部補強システムを好む場合は、補強システムを設計する際に、実施基準164.1325800.2014「複合材料による鉄筋コンクリート構造の補強」に従わなければならないことに注意してください。デザインルール “.

専門家の手による床の補強を放棄し、自分で補強した場合、最も負荷の高い領域に炭素繊維を接着することによって行われることに注意してください-それらは通常、スパンの中央部分に落ちて接触します構造の下端で。この手法のおかげで、曲げモーメントに関する構造の支持力が大幅に向上します。この問題を解決するために、専門家は、ラメラ、テープ、メッシュなど、利用可能なタイプの炭素材料のいずれかを使用することを推奨しています。.

重要! 梁を強化するプロセスでは、サポートゾーンを強化する必要があることがよくあります。これにより、横方向の力にさらされたときに構造の支持力が向上します。この目的のために、カーボンネットまたはテープで作られたU字型のクランプが接着されています。.

重要! カーボンファイバー素材の使用の特徴については、取り付け方法や接着剤が類似しているため、カーボンテープとラメラは原則として一緒に取り付けられますが、カーボンネットを使用する場合は取り付けが必要です。 「ウェット」な方法での素材の使用、テープやラメラの使用を除く.

自分の手でコンクリート補強の技術を議論する一環として、横方向に取り付けられたカーボンネットまたはテープを貼り付けることによって行われる柱の補強について個別に話す必要があります。これにより、コンクリートの横方向の変形を防ぐ「ボンデージ」の効果が得られます。.

DIY基礎補強:ステップバイステップの説明

「自分の手で基礎を補強する方法は?」という質問に対する答えを探している場合は、以下の推奨事項を読んでください。自分の手で基礎スラブを補強する方法を学びます。.

表面処理:専門家のアドバイス

炭素繊維を使用した外部補強システムの設置を進める前に、補強要素が配置されるゾーンを示す構造にマークを付ける必要があります。寸法を記入した後、粗いコンクリート骨材が露出するまで、仕上げ材の残留物、ダイヤモンドカップ付きアングルグラインダーまたは水サンドブラスト機を使用してセメントの白子から表面をきれいにします。補強システムの効果は準備されたベースの特性に直接依存するため、これらの操作を効率的に行うようにしてください。この点で、ベースを準備するプロセスでは、次のパラメータに注意してください。

  • 補強される構造が作られる材料の完全性と強度。
  • カーボンファイバーが取り付けられる表面の均一性。
  • 炭素材料が接着される表面の温度と湿度。
  • ほこりやその他の汚染の欠如;
  • さらに、特定のタイプの作業のパフォーマンスに関する技術マップに記載されている、制御されたパラメーターがいくつかあります。.

補強材の準備

炭素繊維は、ロール状に巻いて、ラップで包んで販売されています。作業面を準備する過程で、コンクリートの研削中に形成された大量のほこりが補強材に付着しないようにすることが重要です。これは、材料が補強材で飽和していないという事実につながるためです。バインダーと生産欠陥を引き起こします.

これを防ぐために、材料を切断する前に、作業面をポリエチレンで覆い、測定を行ってください。カーボンネットやテープを切断するには、金属用のクレリックナイフまたははさみ、ラメラを使用できます-金属用の切断ホイールを備えたアングルグラインダーを使用します.

接着剤として2成分組成物を使用することをお勧めします。これに関連して、2成分を特定の割合で混合することが、それらの調製の不可欠な段階になります。誤って比率を崩さないために、投薬の過程で、計量皿やはかりを使用する必要があります。混合物を準備するための重要なルールがあります-成分が混合され、徐々に互いに追加され、特別なノズルを備えたドリルで得られた塊を混合します.

重要! 混合物の調製中に行われた間違いは、接着剤の沸騰につながる可能性があります。.

重要! 現代の建設市場では、セットで供給される接着剤を見つけることができます-すなわち。必要な量のコンポーネントがすでに投入されている2つのバケット。したがって、すでに投与された混合物で作業する場合、1つのバケットの内容物を別のバケットの内容物と混合するだけで十分です(作業の便宜のために、バケットの1つはより大きな容量で供給され、半分空のままです).

カーボンネットの場合は、ポリマーセメント接着剤を使用してください。これはバッグで提供され、指示に従って使用する前に水で希釈されます。.

炭素繊維材料の取り付け方法?

補強システムの取り付け技術は、使用する材料の種類によって大きく異なります。.

カーボンテープの取り付けは、「ドライ」または「ウェット」で行うことができます。どちらの場合も、補強するベースの表面に接着剤の層を塗布しますが、「ウェット」方式では、カーボンテープに接着剤を含浸させ、ローラーでベースに転がし、「ドライ」方式を採用します。方法は、テープをベースに貼り付け、それを巻いた後にのみ接着剤混合物を含浸させることを含む。したがって、インストール手順の順序が逆になります。カーボンテープに接着剤組成物を含浸させるには、接着剤の層をその表面に塗布し、ローラーで圧延することにより、バインダーの上層が炭素繊維の奥深くに落ち、下層が出てくるようにします。.

カーボンテープは何層にも接着できますが、天井面に接着する場合は、2層以上の接着はお勧めしません。これにより、材料が自重で「滑る」のを防ぐことができます。.

重要! 接着剤が重合すると、その表面は完全に滑らかで均一になり、仕上げがほぼ不可能になることを忘れないでください。この点で、バインダーが硬化するのを待たずに、粗い砂の層が「新鮮な」表面に適用されます。.

カーボンラメラを取り付ける過程で、バインダーの層が補強される構造だけでなく、取り付けられる補強要素にも適用されます。作業の最後に、ラメラはローラーまたはヘラで巻かれます。.

カーボンメッシュを取り付け、ストリップの基礎を自分の手で補強する過程で、湿らせたコンクリートの表面に取り付けます。ポリマーセメント接着剤の最初の層を手動または機械的に塗布した後、乾燥するのを待たずに、カーボンメッシュを広げ、塗布した組成物にわずかに押し込みます。仕事の便宜のために、専門家はへらを使用することをお勧めします。次に、組成物の初期設定を待つ必要があります。その開始時間は、選択した組成物の特性と周囲温度に依存します。組成物が固まり始めることを確認するには、指でその表面を押します-それは非常に力を入れて押す必要があります。その後、ポリマーセメントの最終層が適用されます。.

重要! エポキシベースの接着剤は、火災や紫外線による劣化の影響を受けやすいため、耐火性をテストし、紫外線から保護する必要があります。.