L’utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

Points d’article



Le XXIe siècle regorge d’innovation et l’industrie de la construction ne fait pas exception. L’un des matériaux les plus récents et les plus populaires – la fibre de carbone (carbone) – a pris sa place, remplaçant partiellement la fibre de verre et les matériaux de renforcement similaires..

L'utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

Tissu en carbone: caractéristiques et caractéristiques

À proprement parler, la fibre de carbone n’est pas une invention de ce siècle. Il a longtemps été utilisé dans les avions et les fusées, mais l’homme moyen est familier avec ce matériau sous forme de tiges en fibre de carbone et de kevlar. Après avoir traversé une longue étape de maîtrise et d’amélioration de la technologie, l’industrie est enfin prête à fournir à d’autres industries un tissu de carbone, y compris la construction..

L'utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

La principale caractéristique des fibres de carbone est une résistance à la traction spécifique élevée par rapport à leur propre poids. Les produits renforcés de fibre de carbone conservent la plus haute résistance à la traction connue, alors qu’en termes de consommation de matière et de poids total, ils sont beaucoup plus rentables que l’acier qui est largement répandu aujourd’hui..

Dans sa forme originale, la fibre de carbone est une microfibre fine qui peut être tissée en fils, à partir desquels, à son tour, des toiles de toutes tailles peuvent être tissées. En raison de l’orientation correcte des molécules, de leur liaison forte, une résistance aussi élevée est obtenue. Sinon, les fibres remplissent simplement la fonction de renforcement pour tout type de charge structurelle, des résines époxy au béton..

L'utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

L’une des caractéristiques les plus marquées de la fibre de carbone est sa capacité de sorption élevée. L’avantage d’utiliser du carbone pour renforcer les éléments de garniture intérieure est que le carbone ne permet pas aux impuretés naturelles, aux colorants ou aux solvants de pénétrer dans l’air de la maison. Dans le même temps, les processus de sorption sont absolument inoffensifs pour la fibre elle-même..

L'utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

Avantages de l’utilisation

En général, deux propriétés de la fibre de carbone sont intéressantes pour la construction. Le premier renforcement structurel à plusieurs côtés est utilisé pour donner au matériau une dureté et une résistance à la compression accrues. La structure est renforcée avec des fibres de 5 à 10 µm d’épaisseur à différentes longueurs de fibres. Il est logique de renforcer structurellement les surfaces de finition et la structure de support des bâtiments.

Le deuxième objectif des fibres de carbone dans l’industrie de la construction – le renforcement intégré – est réalisé par une fibre primaire traitée en plus, qui prend la forme de toile, de mèches, de fils, de cordes et de tiges renforcées avec des résines polymères. Dans ce cas, la fibre de carbone ne renforce pas le noyau lui-même dans son ensemble, mais lui sert de base fiable et résistante à la déchirure..

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Mais quel est l’intérêt des fibres de carbone et pourquoi devraient-elles être préférées aux matériaux moins exotiques? Commençons par le fait qu’en termes de propriétés physiques et chimiques, le concurrent le plus proche de la fibre de carbone est la fibre de verre, qui est assez répandue sous forme de fibre de verre pour le plâtrage interne. Cependant, le verre a une résistance à la déchirure beaucoup plus faible et un poids plus élevé, tandis que le polymère de carbone est non seulement solide, mais adhère également beaucoup mieux au matériau solide environnant en raison de sa forte adhérence inhérente..

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Le revêtement et la structure renforcés de cette manière présentent également une résistance accrue au cisaillement et à la torsion, ce qui a toujours été un problème important pour l’acier, le verre et d’autres plastiques..

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Cependant, ce n’est pas sans complications. En particulier, dans la décoration intérieure des bâtiments, la question de la sécurité incendie de la fibre de carbone se pose. En présence d’oxygène, il brûle même à des températures d’environ 350 à 400 ° C, cependant, étant «conservé» dans un environnement sans air, le carbone conserve ses propriétés même lorsqu’il est chauffé au-dessus de 1700 ° C. Une résistance thermique plus élevée est garantie par la fibre et ses dérivés revêtus de divers types de carbures – cela doit être pris en compte lors du choix d’un matériau pour les travaux de finition.

Application aux travaux de finition

Une large gamme de matériaux décoratifs nécessite une base absolument sans fissures. Cela comprend la peinture acrylique, les revêtements de sol en polymère, le plâtre vénitien et d’autres composés minces et fragiles..

L'utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

Si pour les faux murs en plaques de plâtre, ce problème n’est pas particulièrement aigu, alors d’autres matériaux en raison d’une dilatation linéaire plus prononcée nécessitent une approche particulière. Par exemple, prenons le renforcement et l’isolation des joints d’un revêtement monocouche en OSB. Presque n’importe quel mastic ou colle s’effondrera directement à l’intérieur du joint dans un an ou deux.

Ces joints doivent être remplis avec de la colle polymère forte, puis recouvrir les bords adjacents de 25 à 30 mm avec un mince ruban en fibre de carbone et recouvrir à nouveau d’une couche de mastic, en lissant soigneusement le remplissage avec une spatule.

Dans la plupart des cas, un tel traitement ne nécessite pas de nivellement ultérieur de la surface. Le gainage assume une résistance monolithique et les surtensions structurelles qui en résultent sont entièrement compensées par les propriétés de l’OSB.

L'utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

Un principe similaire peut être appliqué au nivellement final des murs enduits avec du mastic acrylique. Dans ce cas, la fibre de carbone est le leader incontesté en matière de résistance aux chocs et de résistance à la fissuration. L’installation est réalisée par analogie avec la fibre de verre:

  1. Tout d’abord, un mince revêtement continu de la surface.
  2. Puis poser la toile et la lisser.
  3. Après quoi, vous pouvez immédiatement procéder à l’alignement final.

La toile ne se manifeste en aucune façon sur l’aspect de la surface finie, que ce soit avant que la composition ait séché ou après.

Utilisation de la fibre de carbone

Le renforcement des éléments porteurs des bâtiments in situ ou moulés en usine est possible en ajoutant de la fibre de carbone à la composition de remplissage liquide. Déjà maintenant, la fibre de carbone peut être achetée en grande quantité pour réduire l’épaisseur des murs, des colonnes et d’autres éléments de structures en béton qui subissent une charge de compression axiale verticale. De ce fait, beaucoup d’espace est libéré pour l’isolation structurelle ou l’isolation thermique des structures..

Ce matériau sera particulièrement intéressant pour les amateurs de fondations sur pieux, où le travail du fil de carbone est totalement visuel. Le pilier, qui conserve la résistance à la compression de 12 à 15 tonnes, compte tenu de toutes les marges de sécurité recommandées, a une épaisseur d’environ 80 mm. Il n’y a que deux brins de renfort polymère à l’intérieur et des brins de mèches de carbone sont posés sur les deux autres côtés..

Quelle quantité de fibre de carbone est nécessaire pour renforcer le béton? En aucun cas, seulement 0,05-0,12% de la masse des produits finis en béton. La concentration peut être encore plus élevée lorsqu’il s’agit, par exemple, de structures hydrauliques ou de fermes de plancher en béton.

Systèmes de renforcement externe

La structure, renforcée de fibre de carbone, est si solide qu’elle peut même être utilisée comme renfort enveloppant pour les structures fortement chargées. De la construction de logements de grande hauteur aux structures de cadre préfabriquées, la ceinture de renforcement externe offre une résistance sans précédent aux surcharges opérationnelles.

L'utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

L’essentiel est que le noyau de l’élément lui-même, contenant l’armature encastrée, est coulé comme d’habitude, mais avec une couche protectrice minimale de béton sur les côtés. Après avoir enlevé le coffrage, le produit, qu’il s’agisse d’une colonne ou d’une ceinture de renforcement, est enveloppé d’une couche de tissu de carbone ou de fil épais, puis coulé avec du béton de sable contenant des fibres. Cette approche élimine le besoin d’utiliser du béton de granit lourd avec un héritage complet de ses caractéristiques de résistance. De plus, même la plus petite couche de béton renforcé de carbone réduit considérablement la corrosion de l’armature encastrée..

L'utilisation de la fibre de carbone dans la construction: renforcement et renforcement des structures porteuses

Un cas particulier de renforcement externe peut être appelé collage de joints avec rabats ou ruban en fibre de carbone, tissu de carbone avec imprégnation concomitante avec des résines époxy. Une telle connexion démontre une résistance trois fois plus élevée que d’habitude, ce qui est inestimable pour les systèmes de chevrons et en particulier pour la fixation de fermes au Mauerlat.

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