El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

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El siglo XXI está repleto de innovación y la industria de la construcción no es una excepción. Uno de los materiales más nuevos y populares, la fibra de carbono (carbono), ocupó el lugar que le correspondía, desplazando parcialmente la fibra de vidrio y materiales de refuerzo similares..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

Tejido de carbono: características y características.

Estrictamente hablando, la fibra de carbono no es una invención de este siglo. Se ha utilizado durante mucho tiempo en aviones y cohetes, pero el hombre medio está familiarizado con este material en forma de varillas de fibra de carbono y kevlar. Habiendo pasado por una larga etapa de dominio y mejora de la tecnología, la industria finalmente se ha preparado para proporcionar tejidos de carbono a otras industrias, incluida la construcción..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

La característica principal de las fibras de carbono es una alta resistencia a la tracción específica en relación con su propio peso. Los productos reforzados con fibra de carbono conservan la resistencia a la tracción más alta conocida, mientras que en términos de consumo de material y peso total, son mucho más rentables que el acero que está muy extendido en la actualidad..

En su forma original, la fibra de carbono es una microfibra fina que se puede tejer en hilos, a partir de los cuales, a su vez, se pueden tejer lienzos de cualquier tamaño. Debido a la orientación correcta de las moléculas, su fuerte enlace, se logra una resistencia tan alta. De lo contrario, las fibras simplemente cumplen la función de refuerzo para cualquier tipo de relleno estructural, desde resinas epoxi hasta hormigón..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

Una de las características más destacadas de la fibra de carbono es su alta capacidad de sorción. La ventaja de utilizar carbono para reforzar los elementos de las molduras interiores es que el carbono no permite que las impurezas naturales, los tintes o los disolventes entren en el aire del hogar. Al mismo tiempo, los procesos de sorción son absolutamente inofensivos para la fibra misma..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

Beneficios de usar

En general, dos propiedades de la fibra de carbono son interesantes para la construcción. El primero, el refuerzo estructural de múltiples lados, se utiliza para dar al material una mayor dureza y resistencia a la compresión. La estructura está reforzada con fibra de 5 a 10 µm de espesor en diferentes longitudes de fibra. Tiene sentido fortalecer estructuralmente las superficies de acabado y la estructura de soporte de los edificios..

El segundo objetivo de las fibras de carbono en la industria de la construcción, el refuerzo incrustado, se realiza mediante fibra primaria procesada adicionalmente, que toma la forma de lonas, mechas, hilos, cuerdas y varillas reforzadas con resinas poliméricas. En este caso, la fibra de carbono no fortalece el núcleo en sí como un todo, sino que sirve como una base confiable y resistente al desgarro..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

Pero, ¿cuál es el beneficio de las fibras de carbono y por qué deberían preferirse a los materiales menos exóticos? Comencemos con el hecho de que en términos de propiedades físicas y químicas, el competidor más cercano de la fibra de carbono es la fibra de vidrio, que está bastante extendida en forma de fibra de vidrio para enlucidos internos. Sin embargo, el vidrio tiene una resistencia al desgarro mucho menor y un mayor peso, mientras que el polímero de carbono no solo es fuerte, sino que también se adhiere mucho mejor al material sólido circundante debido a su alta adherencia inherente..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

El revestimiento y la estructura reforzados de esta manera también tienen una mayor resistencia al corte y a la torsión, lo que siempre ha sido un problema importante para el acero, el vidrio y otros plásticos..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

Sin embargo, no está exento de complicaciones. En particular, en la decoración de interiores de edificios, se plantea la cuestión de la seguridad contra incendios de la fibra de carbono. En presencia de oxígeno, se quema incluso a temperaturas de aproximadamente 350-400 ° C, sin embargo, al estar «conservado» en un ambiente sin aire, el carbono conserva sus propiedades incluso cuando se calienta por encima de 1700 ° C. Una mayor resistencia al calor está garantizada por la fibra y sus derivados recubiertos con varios tipos de carburos; esto debe tenerse en cuenta al elegir un material para trabajos de acabado..

Aplicación en trabajos de acabado.

Una amplia gama de materiales decorativos requiere una base absolutamente libre de grietas. Esto incluye pintura acrílica, revestimientos de polímero para pisos, yeso veneciano y otros compuestos delgados y frágiles..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

Si para las paredes falsas hechas de placas de yeso este problema no es particularmente agudo, entonces otros materiales debido a una expansión lineal más pronunciada requieren un enfoque especial. Tomemos, por ejemplo, el refuerzo y el aislamiento de las juntas de un revestimiento de una sola capa de OSB. Casi cualquier masilla o pegamento se desmoronará dentro de la costura en uno o dos años..

Tales juntas deben rellenarse con pegamento polimérico fuerte, luego cubrir los bordes adyacentes de 25 a 30 mm con cinta delgada de fibra de carbono y nuevamente cubrir con una capa de relleno, alisando cuidadosamente el relleno con una espátula.

Dicho procesamiento en la mayoría de los casos no requiere una nivelación posterior de la superficie. El revestimiento asume una resistencia monolítica y las sobretensiones estructurales resultantes se compensan completamente con las propiedades del OSB..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

Se puede aplicar un principio similar a la nivelación final de paredes enlucidas con masilla acrílica. En este caso, la fibra de carbono es el líder indiscutible en impartir resistencia al impacto y resistencia al agrietamiento. La instalación se realiza por analogía con la fibra de vidrio:

  1. Primero, una fina capa continua de la superficie.
  2. Luego colocando el lienzo y alisándolo.
  3. Después de lo cual puede proceder inmediatamente a la alineación final..

El lienzo no se manifiesta de ninguna manera en la apariencia de la superficie terminada, ya sea antes de que la composición se haya secado o después.

Usando fibra de carbono

Es posible fortalecer los elementos de soporte de carga de los edificios in situ o de fundición en fábrica agregando fibra de carbono a la composición de relleno líquido. Ya ahora, la fibra de carbono se puede comprar en grandes cantidades para reducir el espesor de paredes, columnas y otros elementos de estructuras de hormigón que experimentan cargas de compresión axiales verticales. Debido a esto, se libera mucho espacio para el aislamiento estructural o aislamiento térmico de estructuras..

Este material resultará especialmente interesante para los amantes de las cimentaciones de pilotes enrejados, donde el trabajo del hilo de carbono es completamente visual. El pilar, que conserva la resistencia a la compresión de 12-15 toneladas, teniendo en cuenta todos los márgenes de seguridad recomendados, tiene un espesor de unos 80 mm. En su interior solo hay dos hebras de refuerzo de polímero, y en los otros dos lados se colocan hebras de mecha de carbono..

¿Cuánta fibra de carbono se necesita para reforzar el hormigón? De ninguna manera, solo el 0.05-0.12% de la masa de los productos de concreto terminados. La concentración puede ser incluso mayor cuando se trata, por ejemplo, de estructuras hidráulicas o cerchas de suelo de hormigón..

Sistemas de refuerzo externo

La estructura, reforzada con fibra de carbono, es tan fuerte que incluso se puede utilizar como refuerzo envolvente para estructuras muy cargadas. Desde la construcción de viviendas de gran altura hasta estructuras de marco prefabricadas, el cinturón de refuerzo exterior proporciona una resistencia sin precedentes a las sobrecargas operativas.

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

La conclusión es que el núcleo del elemento en sí, que contiene el refuerzo empotrado, se cuela como de costumbre, pero con una capa protectora mínima de hormigón en los lados. Después de retirar el encofrado, el producto, ya sea una columna o una cinta de refuerzo, se envuelve con una capa de tela de carbono o hilo grueso y luego se vierte con hormigón de arena que contiene fibra. Este enfoque elimina la necesidad de usar concreto de granito pesado al tiempo que hereda completamente sus características de resistencia. Además, incluso la capa más pequeña de hormigón reforzado con carbono reduce significativamente la corrosión del refuerzo incrustado..

El uso de fibra de carbono en la construcción: refuerzo y refuerzo de estructuras portantes

Un caso particular de refuerzo externo puede denominarse pegado de juntas con solapas o cinta de fibra de carbono, tejido de carbono con impregnación concomitante con resinas epoxi. Esta conexión demuestra una resistencia tres veces mayor de lo habitual, lo que es invaluable para los sistemas de vigas y, en particular, para unir armaduras al Mauerlat..

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