Углеволокно вместо бетона. Современные технологии могут изменить представление о традиционных строительных процессах

Современная городская среда — это сложный «живой» организм, который круглосуточно подвержен самым разнообразным изменениям. Город растет и развивается, ежедневно строятся новые объекты или ремонтируется старые — это естественный процесс и вместе с тем один из самых некомфортных для горожан. Шум, пыль, грохот строительной техники — такое мало кому понравится. Но когда речь идет, скажем, об укреплении опор дорожного моста, разве может быть иначе?

Станок для производства тканей на основе углеродного волокна. Фото: НЦК

Мы привыкли, что для того, чтобы реконструировать, например, аварийное здание, необходимо большое количество рабочих, строительной техники, бетона, арматуры и прочего. Однако современные технологии говорят нам о том, что без этого вполне можно обойтись или, по крайней мере, существенно уменьшить применение традиционных материалов.

Так, например, система внешнего армирования на основе углеволокна CarbonWrap, которую производит и внедряет в России «Нанотехнологический центр композитов» (входит в инвестиционную сеть Фонда инфраструктурных и образовательных программ), позволяет усилить строительные конструкции без применения тяжелой техники, большого количества рабочих рук, бетона и арматуры. Причем технические характеристики сооружения, отремонтированного с применением такой системы, не только не уступают традиционным способам укрепления, но и превосходят их. Система внешнего армирования на основе углеволокна не утяжеляет конструкцию. Отремонтированный таким образом объект можно эксплуатировать на протяжении 50–100 лет. И ему не будут страшны никакие внешние агрессивные воздействия.

«Углеродное волокно в 5 раз прочнее арматурной стали, — говорит руководитель департамента продаж „Нанотехнологического центра композитов“ (НЦК) Евгений Рафаилов. — Применение системы внешнего армирования на основе углеволокна позволяет повысить несущую способность конструкций, но без увеличения нагрузки — что крайне важно».

Углеродное волокно — это нити, состоящие из атомов углерода толщиной от 3 до 15 микрон. Атомы углерода, в свою очередь, объединены в кристаллы, расположенные параллельно друг другу. Такое строение придает волокну особую прочность. Наилучшие марки стали проигрывают углеволокну в четыре раза по прочности. Да и по другим характеристикам тоже. Так, углеволокно на треть легче алюминия и на 75% легче стали.

СВА CarbonWrap использованы для усиления железобетонных конструкций ТРЦ «Алмалы». Фото: НЦК

Чаще всего, углеволокно применяется там, где использовать традиционные способы усиления конструкций невозможно. Например, просто нет места для работы тяжелой строительной техники. Так, системы внешнего армирования были использованы для усиления железобетонных конструкций торгово-развлекательного центра «Алмалы» в городе Алматы (Казахстан). ТРЦ «Алмалы» — это уникальный подземный объект, расположенный в сейсмоактивной зоне, поэтому для его реконструкции были необходимы современные и надежные материалы. Благодаря технологии на основе углеволокна удалось отказаться от привлечения тяжелой техники и сварочных работ, что особенно актуально для ограниченных небольших пространств. К тому же система внешнего армирования позволила сохранить объем внутреннего пространства, что было бы невозможным, если бы применялся традиционный бетон или стальные конструкции.

Очень часто композитные системы армирования применяются на промышленных объектах с агрессивной для несущих конструкций здания средой. Но и в гражданском строительстве такое встречается нередко. Продукцией НЦК усилили колонны под бассейном и конструкции трибун на стадионе в г. Курчатове Курской области и на стадионе «Локомотив» в Красноярске, где укрепили железобетонные балки и ступени трибун.

Работы на путепроводе в Минеральных Водах. Фото: НЦК

Система внешнего армирования позволяет капитально ремонтировать сооружения и при этом не ставить жизнь города «на паузу», как это часто бывает из-за больших строек. Усиление несущих конструкций (колонн и ригелей) главного путепровода, соединяющего центр города Минеральные Воды с его северной частью, было произведено с помощью композитных ламелей и тканей на основе углеродного волокна. При этом трафик на путепроводе во время ремонтных работ сохранялся в полном объеме. Кроме того, ремонтные работы были выполнены быстрее, относительно тех сроков, которые обычно устанавливаются для ремонта с применением традиционных материалов, а стоимость работ в среднем снизилась на 15–20%.

«Когда мы сравниваем стоимость работ с применением традиционных материалов (бетон) и композитных (на основе углеродного волокна), то если мы возьмем погонный метр углеродного волокна и кубический метр бетона, то, конечно же, углеволокно выйдет дороже, — поясняет Евгений Рафаилов. — Однако, если мы посмотрим шире, то увидим, что применение углеродного волокна избавляет нас от использования тяжелой строительной техники, дорогой доставки, большого количества рабочей силы, экономит нам время, а также дает превосходные эксплуатационные характеристики, которые будут сохраняться на протяжении десятков лет. И в итоге получается, что применение углеволокна обойдется нам дешевле».

Помимо прочего, применение композитов на основе углеродного волокна наилучшим образом способно исправить конструктивные ошибки, которые были допущены при строительстве здания. Углеродные ленты и сетки могут решить проблему низкой прочности бетона. Например, это понадобилось в новосибирском жилом комплексе «Ясный берег», чтобы локально усилить колонны и плиты перекрытия в растянутых зонах. Также углеволокном можно эффективно усилить железобетонный фундамент здания при увеличении на него нагрузки, например, при надстройке дополнительного этажа.

Система внешнего армирования подходит и там, где важно не только усилить несущие способности здания, но и сохранить его внешний вид или внутренние интерьеры. Это особенно актуально для объектов, которые имеют историческое значение для города, как например, Красноярский краевой дворец молодежи «Каменка», где в ходе капитального ремонта укрепили монолитные железобетонные балки и колонны первого и второго этажей, не нарушив первоначальную концепцию архитекторов.

В некоторых случаях альтернативы композитным материалам просто нет. В частности, в торговом центре «Галерея» в Минске потребовалось усилить проем под лифт.

«Углеродное волокно можно использовать практически на любых объектах, даже деревянных, — отмечает заместитель директора департамента программ стимулирования спроса ФИОП Максим Невесенко. — Можно производить армирование конструкций любой сложности и конфигурации. При этом для того, чтобы выполнять работы с применением углеродной ленты, не требуется специального обучения. Любой толковый рабочий способен освоить технологию применения за короткое время».

Цех НЦК по изготовлению тканей на основе углеродного волокна. Фото: НЦК

Применение технологии внешнего армирования на основе углеволокна позволяет избежать ненужных, а иногда и опасных компромиссов в строительстве, а также сократить расход ресурсов и уменьшить воздействие на окружающую среду.