Das 21. Jahrhundert ist voller Innovationen, und die Bauindustrie ist keine Ausnahme. Eines der neuesten und beliebtesten Materialien – Kohlefaser – nahm seinen rechtmäßigen Platz ein und verdrängte teilweise Glasfasern und ähnliche Verstärkungsmaterialien.
Carbongewebe: Eigenschaften und Merkmale
Genau genommen ist Kohlefaser keine Erfindung dieses Jahrhunderts. Es wird seit langem in Flugzeugen und Raketen eingesetzt, aber der Durchschnittsmensch kennt dieses Material in Form von Kohlefaserstäben und Kevlar. Nach einer langen Phase der Beherrschung und Verbesserung der Technologie ist die Branche nun endlich bereit, andere Branchen mit Kohlenstoffgewebe, einschließlich Bau, zu versorgen..
Das Hauptmerkmal von Kohlenstofffasern ist eine hohe spezifische Zugfestigkeit im Verhältnis zu ihrem Eigengewicht. Mit Kohlefaser verstärkte Produkte behalten die höchste bekannte Zugfestigkeit bei, während sie hinsichtlich Materialverbrauch und Gesamtgewicht viel rentabler sind als heute weit verbreiteter Stahl..
In seiner ursprünglichen Form ist Kohlefaser eine dünne Mikrofaser, die zu Fäden gewebt werden kann, aus denen wiederum Leinwand jeder Größe gewebt werden kann. Aufgrund der richtigen Ausrichtung der Moleküle, ihrer starken Bindung, wird eine so hohe Festigkeit erreicht. Andernfalls erfüllen die Fasern einfach die Funktion der Bewehrung für jede Art von strukturellem Füllstoff, von Epoxidharzen bis hin zu Beton..
Eines der ausgeprägtesten Merkmale von Kohlefasern ist ihre hohe Sorptionskapazität. Der Vorteil der Verwendung von Kohlenstoff zur Verstärkung der Innenverkleidungselemente besteht darin, dass Kohlenstoff keine natürlichen Verunreinigungen, Farbstoffe oder Lösungsmittel in die Luft des Hauses gelangen lässt. Gleichzeitig sind Sorptionsprozesse für die Faser selbst absolut harmlos..
Vorteile der Verwendung
Im Allgemeinen sind zwei Eigenschaften von Kohlefasern für die Konstruktion interessant. Die erste strukturelle mehrseitige Verstärkung wird verwendet, um dem Material eine erhöhte Härte und Druckfestigkeit zu verleihen. Die Struktur ist mit 5–10 µm dicken Fasern bei unterschiedlichen Faserlängen verstärkt. Es ist sinnvoll, die Oberflächen und die Tragstruktur von Gebäuden strukturell zu verstärken.
Das zweite Ziel von Kohlenstofffasern in der Bauindustrie – eingebettete Verstärkung – wird durch zusätzlich recycelte Primärfasern erreicht, die in Form von mit Polymerharzen verstärkten Segeltuch-, Vorgarn-, Faden-, Seil- und Stangenform vorliegen. In diesem Fall stärkt die Kohlefaser nicht den Kern selbst als Ganzes, sondern dient als zuverlässige, reißfeste Basis dafür..
Aber was ist der Vorteil von Kohlenstofffasern und warum sollten sie weniger exotischen Materialien vorgezogen werden? Beginnen wir mit der Tatsache, dass Glasfasern in Bezug auf physikalische und chemische Eigenschaften der engste Konkurrent von Kohlenstofffasern sind, die in Form von Glasfasern für den Innenputz weit verbreitet sind. Glas hat jedoch eine viel geringere Reißfestigkeit und ein größeres Gewicht, während das Kohlenstoffpolymer nicht nur stark ist, sondern aufgrund seiner hohen inhärenten Haftung auch viel besser am umgebenden festen Material haftet..
Die auf diese Weise verstärkte Auskleidung und Struktur weisen auch eine erhöhte Scher- und Torsionsfestigkeit auf, was für Stahl, Glas und andere Kunststoffe immer ein bedeutendes Problem war..
Es ist jedoch nicht ohne Komplikationen. Insbesondere bei der Innenausstattung von Gebäuden wird die Frage nach dem Brandschutz von Kohlefasern aufgeworfen. In Gegenwart von Sauerstoff brennt es selbst bei Temperaturen von etwa 350 bis 400 ° C aus. Da Kohlenstoff jedoch in einer luftleeren Umgebung „konserviert“ wird, behält er seine Eigenschaften auch bei Erwärmung über 1700 ° C bei. Eine höhere Wärmebeständigkeit wird durch Fasern und deren Derivate gewährleistet, die mit verschiedenen Arten von Karbiden beschichtet sind – dies muss bei der Auswahl eines Materials für die Endbearbeitung berücksichtigt werden.
Anwendung in Endbearbeitungsarbeiten
Eine breite Palette von Dekorationsmaterialien erfordert eine Basis, die absolut rissfrei ist. Dies umfasst Acrylfarbe, Polymerbodenbeschichtungen, venezianischen Putz und andere dünne und zerbrechliche Verbindungen..
Wenn bei falschen Wänden aus Gipskartonplatten dieses Problem nicht besonders akut ist, erfordern andere Materialien aufgrund einer stärkeren linearen Ausdehnung einen speziellen Ansatz. Nehmen Sie zum Beispiel die Verstärkung und Isolierung der Fugen einer einschichtigen Ummantelung aus OSB. Fast jeder Kitt oder Kleber bröckelt in ein oder zwei Jahren direkt in der Naht.
Solche Fugen sollten mit starkem Polymerkleber gefüllt werden, dann die angrenzenden Kanten um 25–30 mm mit dünnem Kohlefaserband abdecken und erneut mit einer Schicht Füllstoff abdecken, wobei die Füllung vorsichtig mit einem Spatel geglättet wird.
Eine solche Verarbeitung erfordert in den meisten Fällen keine anschließende Nivellierung der Oberfläche. Die Ummantelung nimmt eine monolithische Festigkeit an und die resultierenden strukturellen Überspannungen werden durch die Eigenschaften von OSB vollständig kompensiert.
Ein ähnliches Prinzip kann auf die endgültige Nivellierung von verputzten Wänden mit Acrylspachtel angewendet werden. In diesem Fall ist Kohlefaser der unbestrittene Marktführer bei der Verleihung von Schlagfestigkeit und Rissbeständigkeit. Die Installation erfolgt analog zu Glasfaser:
- Zunächst eine dünne durchgehende Beschichtung der Oberfläche.
- Dann die Leinwand legen und glätten.
- Dann können Sie sofort mit der endgültigen Ausrichtung fortfahren..
Die Leinwand manifestiert sich weder vor noch nach dem Trocknen der Komposition in irgendeiner Weise auf dem Aussehen der fertigen Oberfläche.
Verwendung von Kohlefaser
Die Verstärkung der tragenden Elemente von In-situ- oder Werksgebäuden ist durch Zugabe von Kohlefaser zur flüssigen Füllstoffzusammensetzung möglich. Bereits jetzt können Kohlefasern in großen Mengen gekauft werden, um die Dicke von Wänden, Säulen und anderen Elementen von Betonkonstruktionen zu verringern, die einer vertikalen axialen Druckbelastung ausgesetzt sind. Dadurch wird viel Platz für die strukturelle Isolierung oder Wärmedämmung von Strukturen frei..
Dieses Material ist besonders interessant für Liebhaber von Pfahlgrillfundamenten, bei denen die Arbeit des Kohlenstoffgarns vollständig visuell ist. Die Säule, die unter Berücksichtigung aller empfohlenen Sicherheitsabstände eine Druckfestigkeit von 12-15 Tonnen beibehält, hat eine Dicke von ca. 80 mm. Im Inneren befinden sich nur zwei Stränge aus Polymerverstärkung, und auf den beiden anderen Seiten sind Stränge aus Kohlenstoffroving verlegt..
Wie viel Kohlefaser wird benötigt, um Beton zu verstärken? Auf keinen Fall nur 0,05-0,12% der Masse der fertigen Betonprodukte. Die Konzentration kann sogar noch höher sein, wenn es beispielsweise um hydraulische Strukturen oder Betonbodenbinder geht.
Externe Bewehrungssysteme
Die mit Kohlefaser verstärkte Struktur ist so stark, dass sie sogar als Rundumverstärkung für stark belastete Strukturen verwendet werden kann. Vom Hochhausbau bis hin zu vorgefertigten Rahmenkonstruktionen bietet der äußere Verstärkungsgürtel einen beispiellosen Widerstand gegen Betriebsüberlastungen.
Die Quintessenz ist, dass der Kern des Elements selbst, der die eingebettete Bewehrung enthält, wie gewohnt gegossen wird, jedoch mit einer minimalen Schutzschicht aus Beton an den Seiten. Nach dem Entfernen der Schalung wird das Produkt, sei es eine Säule oder ein Verstärkungsband, mit einer Schicht aus Kohlenstoffgewebe oder dickem Faden umwickelt und dann mit faserhaltigem Sandbeton gegossen. Dieser Ansatz macht die Verwendung von schwerem Granitbeton überflüssig, während die Festigkeitseigenschaften vollständig übernommen werden. Darüber hinaus reduziert bereits die kleinste Schicht aus kohlenstoffverstärktem Beton die Korrosion der eingebetteten Bewehrung erheblich..
Ein besonderer Fall der äußeren Verstärkung kann als Kleben von Fugen mit Klappen oder Kohlefaserband, Kohlenstoffgewebe mit gleichzeitiger Imprägnierung mit Epoxidharzen, bezeichnet werden. Eine solche Verbindung weist eine dreimal höhere Festigkeit als üblich auf, was für Sparrensysteme und insbesondere für die Befestigung von Traversen an der Mauerlat von unschätzbarem Wert ist.
Kannst du bitte erklären, wie Kohlefasern im Bauwesen zur Verstärkung und Stärkung von tragenden Strukturen verwendet werden? Ich interessiere mich für die Einsatzmöglichkeiten und Vorteile dieser Technologie.
Kohlefasern werden im Bauwesen zur Verstärkung und Stärkung von tragenden Strukturen eingesetzt, da sie eine hohe Festigkeit und Steifheit aufweisen. Sie können in Form von Geweben, Bändern oder Lamellen in Harzmatrixen eingebettet werden, um die Tragfähigkeit von Betonkonstruktionen oder Metallbauteilen zu verbessern. Dadurch können höhere Lasten aufgenommen und die Lebensdauer der Strukturen verlängert werden. Durch die Verwendung von Kohlefasern können Gewicht und Materialbedarf reduziert werden, was zu einer Kostenersparnis und einer höheren Energieeffizienz führt. Zudem sind Kohlefaser-Verstärkungen korrosionsbeständig und können auch bei hoher Belastung ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten. Diese Technologie findet Anwendung in verschiedenen Bereichen wie Brückenbau, Gebäudeverstärkung und in der Luft- und Raumfahrtindustrie.