Carbo Systém
Systém
Kompozitní materiály FRP
Vlákna vyztužená polymery FRP (Fiber Reinforced Polymers) jsou složené materiály, které se skládají z vysoce pevnostního vlákna obaleného v polymerovém pojivu. Tato vysoce pevnostní vlákna přenášejí zatížení a vykazují velmi vysokou pevnost a tuhost při namáhání v tahu.
Laminát z FRP obsahuje několik miliónů těchto vláken. Polymerové pojivo zajišťuje svázání vláken, jejich ochranu a roznesení zatížení jednotlivých vláken v laminátu. Jsou používány různé typy vláken a pryskyřic pro výrobu FRP laminátů. Vlákna jsou vybírána podle pevnosti, tuhosti a trvanlivosti pro daný způsob využití. Pryskyřici je nutno vybrat pro dané prostředí, kterému bude laminát vystaven, a podle způsobu jeho výroby.
Pro stavební průmysl se nejvíce používají vlákna uhlíková, skleněná a aramidová.
Pultruze
Pultruze je kontinuální výrobní proces výroby FRP kompozitních materiálů různých tvarů a délek tažením. Vstupní materiál je směs tekuté pryskyřice a vysoce pevnostních vláken. Výrobní proces spočívá v tažení materiálu skrz vyhřívanou ocelovou formu pomocí tažného zařízení.
Vlákna navinutá na cívkách vstupují do srovnávače, který zajistí rovnoměrné rozmístnění vláken.
V dalším kroku se takto srovnaná vlákna ve vyhřívací formě smáčí směsí pryskyřice, plniva, barviva, katalyzátoru a mohou se přidat další přísady pro zlepšení vlastností výsledného profi lu laminátu. Ve vyhřívané formě proběhne termosetická reakce a profil se vytvrzuje.
Z formy je tažen hotový profil, který je dělen na výsledný požadovaný rozměr.
Použití kompozitů ve stavebnictví
FRP materiály pro zpevňování stávajících betonových konstrukcí jsou čím dál více používané. Vlákna mohou být uhlíková, z aromatického polyamidu nebo skelná, přičemž lze použít vlákna buď z jednoho materiálu, nebo je možné použít jakoukoli kombinaci vláken z těchto materiálů, což závisí na konkrétním druhu užití výrobku. Stavby mohou potřebovat zesílení v důsledku stárnutí, chyb při projektování, poničení, změny použití nebo zatížení. Technologie FRP materiálů vytváří řešení jak posílit nosníky, podlahy, stěny, sloupy a jiné stavební prvky.
Při výběru typu kompozitů pro danou aplikaci musíme brát v potaz, že skleněná a aramidová vlákna jsou skvělá pro krátkodobá zatížení (např. seizmické jevy). Pro trvalé ohybové a smykové vyztužení jsou nejvhodnější vlákna z uhlíku.
Tyto kompozity nazýváme zkráceně CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymers).
Spojení FRP kompozitů ke stavebním prvkům se provádí dvousložkovým lepidlem, jehož základní složka obsahuje směs modifi kovaných epoxidových pryskyřic a anoragnické plnivo, zatímco tvrdidlo je tixotropní upravený amin.
Typické aplikace:
- kompozitní desky vyrobené z vláken (většinou uhlíkových) a epoxidových pryskyřic, které se připevňují epoxidovými lepidly na vnitřní líc a nebo na strany nosníků a na vnitřní plochu nebo vrchní plochu betonové konstrukce
- pásové materiály, ovinuté okolo sloupů a podobných konstrukčních prvků nebo přikládané na vnitřní stranu nosníků nebo betonové vrstvy; k vytvoření kompozitu jsou tyto pásové materiály spojeny pryskyřicí
- před-tvarované skořepiny, nalepené okolo sloupů
Výhody kompozitních FRP materiálů
Hlavní výhody používání kompozit před tradičními ocelovými deskami je jejich vysoká pevnost a nízká hmotnost. Tím pádem je jejich instalace jednodušší a rychlejší a snižuje či zcela eliminuje potřebu použít dočasných podpěr. Tyto materiály mohou být snadno nařezány na požadované délky přímo na pracovišti (stavbě). Dostupnost velkých rozměrů, tj. možnost nařezání na velké rozměry, a pružnost těchto materiálů též zjednoduší jejich instalaci, protože:
- Není zapotřebí žádných přesahů (přehybů) ani styčníků (spojek).
- Materiál se může přizpůsobit drobným nepravidelnostem v povrchu betonu a může se tvarově přizpůsobit zakřivenému profi lu, i když desky nebo pásy připevněné na konkávní plochy se zpočátku mohou odlepovat (oddělovat).
- Materiál může být kdykoli připevněn (instalován) za již existující technické zařízení budovy.
- Překrývání, kterého je zapotřebí při vyztužování (zpevňování) ve dvou směrech, není problém provést, neboť tloušťka materiálu je malá. Nicméně při použití desek (lamel) je potřeba zajistit dostatečně kvalitní provedení dané operace, hlavně okolo přesahů.
Dohromady tyto faktory vedou k podstatně jednoduššímu a rychlejšímu procesu zpevnění (vyztužení), než jak by se dosáhlo jinými metodami. Toto platí hlavně pro mosty z důvodu vysokých nákladů na vytvoření uzávěr na silničních komunikacích a též doby, po kterou tyto komunikace a železniční tratě jsou ve správě dané firmy. Další výhodou FRP systémů před jinými metodami zpevňování (vyztužování) je, že se nijak podstatně nezvýší hmotnost celé konstrukce ani rozměry konstrukčních prvků. To, že se výrazně nezmění rozměry konstrukčních prvků, je důležité hlavně pro mosty a jiné konstrukce s omezenou světlou výškou.
Další výhodou při zpevňování (vyztužování) historických staveb (konstrukcí) je ta, že výrazně nezmění vzhled těchto staveb. (Proto byly FRP materiály použity při zpevňování historických dřevěných, železných a zděných konstrukcí.
Projektování
Navrhování FRP kompozitů
Při návrhu zesílení prvků mají být zváženy všechny zatěžovací stavy, které přicházejí v úvahu. Návrh by měl respektovat požadovaný efekt zesílení prvku a schopnost redistribuce vnitřních sil v zesíleném prvku. Výpočet je založen na analytických nebo semiempirických modelech. Základem pro navrhování externí výztuže je stav konstrukce před zesilováním. Pokud existuje projektová dokumentace původní konstrukce, je nutno informativně ověřit, zdají konstrukce odpovídá. Pokud projektová dokumentace neexistuje, je nutné provést diagnostický průzkum zesilované konstrukce, zjistit mechanické vlastnosti zesilované konstrukce, tj. pro beton: pevnost v tahu, provést odtrhovou zkoušku podkladu, určit tlakovou pevnost betonu a modul pružnosti. U výztuže je třeba určit druh výztuže, průměr výztuže (odhad plochy tažené výztuže), polohu výztuže v konstrukci (uspořádání) a rozsah koroze.
Pro navrhování FRP kompozitů vyvinula firma Sanax Group s.r.o. výpočetní software, který umožňuje navrhování v normě ČSN nebo v normě EC (Eurocode).
Software si můžete stáhnout zde.
Navrhování FRP kompozitů
Výpočet založen na teorii pružnosti, použit charakteristický moment M0 (nejsou použity součinitele spolehlivosti). Použito rozdělení napětí a přetvoření na tomto předpokladu viz. obr. Jelikož M0 je typicky větší než moment, při němž vznikají trhliny Mcr, je výpočet proveden v oblasti trhlin.
Jestliže M0 je menší než Mcr, vliv trhlin na zesilovanou konstrukci lze zanedbat.
Přetvoření E0 odpovídá počátečnímu přetvoření průřezu v místě, kde je umístěn FRP materiál a které je potřeba pro návrh zesilovaného prvku uvažovat.
Návrhový ohybový moment zesilovaného průřezu je vypočten na základě metody mezních přetvoření.
Iterakčním postupem se stanoví rovnováha sil a určí poloha neutrální osy x.
Poloha neutrální osy je počítána z poměrných přetvoření průřezu a z vnitřní silové rovnováhy. Návrhový moment je spočten z momentové rovnováhy. Návrh by měl brát v úvahu, že zesilovaná konstrukce při montáži nemůže být plně odtížena, tudíž by mělo být uvažováno počáteční přetvoření E0 v nejvzdálenějších tažených vláknech vypočtené na průřezu před zesilováním, odpovídající zatížení konstrukce v době montáže a schématu jejího případného podepření (odlehčení).
Zesilující moment je pak závislý na skutečné síle přenesené přes kotevní oblast do zesilující FRP výztuže.
Produkty
CarboLamela
Uhlíkovo-vláknité CFRP lamely jsou jednosměrná uhlíková vlákna laminovaná s minimálním obsahem vláken 68%.
Typické aplikace:
- spolu s epoxidovým lepidlem jako dodatečný výztužný zesilovací systém pro stavební posílení betonových, zděných a dřevěných konstrukcí
- zesílení betonových nosníků, sloupů, plošných konstrukcí, mostovek, zdí, propustí a štol
- zesílení dodatečně vybouraných nebo vyřezaných otvorů
Výhody:
- váhově lehké a jednoduché na aplikaci
- minimální aplikační tloušťka
- vysoká pevnost v poměru k váze
- různé pevnosti a moduly pružnosti již ve standardní nabídce
- několik druhů standardních rozměrů – jiné šíře a tloušťky jen na speciální objednání
- bez koroze, skvělá dlouhodobě ověřená životnost a minimální údržba
| Typ S | Typ M | Typ H | |
|---|---|---|---|
| Rozměr (mm) Šířka / Tloušťka |
50/1,4 60/1,4 80/1,4 100/1,4 120/1,4 |
50/1,4 60/1,4 80/1,4 100/1,4 120/1,4 |
50/1,4 80/1,4 120/1,4 |
| Modul pružnosti (Youngův modul) |
170 GPa (kN/mm2) |
210 GPa (kN/mm2) |
300 GPa (kN/mm2) |
| Mez pevnosti v tahu |
3000 MPa (N/mm2) |
2480 MPa (N/mm2) |
1500 MPa (N/mm2) |
| Laminární smyková pevnost | 60 MPa | 65 MPa | 45 MPa |
| Smyková pevnost v překrytí | 11 MPa | 11 MPa | 11 MPa |
| Poměrné protažení při přetržení εp % | 1,3 | 1,1 | 0,345 |
|
Max. hodnota předpínací síly Fp = Af . Ef . 0,6 . εp |
92 kN 111 kN 148 kN 185 kN 222 kN |
97 kN 116 kN 155 kN 194 kN 232 kN |
43 kN 69 kN 104 kN |
CarboBar
Uhlíkové tyče, navržené pro vyztužení či posílení betonových, zděných či dřevěných konstrukcí.
Typické aplikace:
- spolu s epoxidovým lepidlem jako dodatečný výztužný zesilovací systém pro stavební posílení betonových, dřevěných, cihlových a zděných konstrukcí
- zesílení betonových nosníků, plošných konstrukcí, mostovek, zdí, propustí a štol
- zesílení dřevěných konstrukcí
- sešívání trhlin
Výhody:
- váhově lehké a jednoduché na aplikaci
- minimální aplikační tloušťka
- vysoká pevnost v poměru k váze
- různé pevnosti a moduly již ve standardní nabídce
- několik druhů standardních rozměrů – jiné šíře a tloušťky jen na speciální objednání
- bez koroze, skvělá dlouhodobě ověřená životnost a minimální údržba aplikace pod líc
|
Průměr [mm] |
6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Modul pružnosti [GPa] nebo [kN/mm2] |
170 | 170 | 170 | 170 | 170 | 170 |
| Modul pevnosti v tahu [MPa] nebo [N/mm2] |
2300 | 2300 | 2300 | 2300 | 2300 | 2300 |
| Maximální tahová pevnost [MPa] nebo [N/mm2] |
3000 | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 |
| Poměrné protažení pri přetržení [%] |
1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
| Průřezová plocha [mm2] |
28,28 | 50,27 | 78,80 | 113,11 | 153,86 | 200,96 |
| Teoretická spotřeba při drážce o hraně Ø+4 mm [ml/bm] |
72 | 94 | 118 | 143 | 170 | 199 |
CarboWrap
Unikátní vysoce pevný uhlíkový, aramidový a skleněný tkaninový materiál.
Typické aplikace:
- jako vnější výztužný systém pro stavební posílení těchto druhů staveb
- nosníky
- sloupy
- betonové plošné konstrukce
- propusti a štoly a komplikované detaily
- tunely
Výhody:
- váhově lehké a jednoduché na aplikaci
- minimální aplikační tloušťka
- jednoduchá aplikace pro hranaté a zaoblené prvky
- vysoká pevnost v poměru k váze
- odolnost proti proražení a proti násypu mohou být použity ve spojení s CFRP lamelami pro kombinované posílení a vyztužení
| Složení | Spletená síť málo zvlněných vláken, s lehkým polyesterem, připevněných k uhlíkovým vláknům. | |
|---|---|---|
| Typ G | Typ C | |
| Statické působení | jednosměrné | dvousměrné |
| Šířka pásu |
150 mm 300 mm* 500 mm |
1250 mm |
| Barva | černá | černá |
| Hmotnost pásu | 300 g/m2 | 245 g/m2(±7) |
| Obsah vláken | 100 % | 100 % |
| Hustota vlákna | 1,80 g/cm3 | 1,79 g/cm3 |
| Efektivní tloušťka pletiva | 0,167 mm | 0,5 mm |
| Typické mechanické vlastnosti vlákna | ||
| Modul pružnosti | 230 GPa | 235 GPa |
| Pevnost v tahu | 4300 MPa | 4410 MPa |
| Prodloužení do přetržení | 1,8 % | 1,9 % |
Aplikační postup
Požární ochrana CarboLamel nehořlavými deskami
Nehořlavá deska dle reakce na oheň ČSN EN 13 501:1 v A1, vyrobená z expandovaného vermikulitu a anorganického pojiva lisováním. Pevná a relativně lehká deska s objemovou hmotností od 400 do 800 kg/m3 v závislosti na tloušťce desky. Neobsahuje žádná minerální či skleněná vlákna nebo azbest. Je ekologicky nezávadná a odolává teplotám do 1350 ºC. Deska vykazují velmi dobré zvukově a tepelně izolační vlastnosti. Opracování běžnými dřevoobráběcími nástroji. Deska je hydrofobizována pro zvýšení odolnosti proti vlhkému prostředí. Nehodí se do otevřeného venkovního prostředí. Desku je možno povrchově upravovat akrylátovými barvami, tenkostěnými omítkami nebo vysokotlakými lamináty (HPL), papírem či dýhovat.
Typické aplikace
- ochrana stavebních konstrukcí před požárem, protipožární stěny a podhledy, ochrana ocelových prvků, vzduchotechnické potrubí apod.
- tepelné izolace pecí, krbů a kamen
- s povrchovou úpravou jako obklady únikových koridorů, požárních výtahů, revizní otvory apod.
Požární ochrana:
Jedná se o tepelnou izolaci uhlíkovo-vláknitých CFRP lamel nebo tkanin (Wrapping) nehořlavými deskami Grenamat AL. Tepelná ochrana deskami Grenamat AL je dimenzována tak, aby nedošlo po požadovanou dobu k ohřátí pryskyřice, kterou je lepena lamela nebo wrapping k betonovému podkladu, a to nad 130 ºC. Zkouškou bylo prokázáno, že pryskyřice po dosažení této teploty začíná sklovatět a postupně ztrácet svoji schopnost přídržnosti. Proto byla tato teplota zvolena jako limit pro výpočet dimenze tloušťky desek Grenamat AL pro požadované požární odolnosti. Všechny podmínky obkladu se vztahují jak na stropní tak na stěnové obklady lamel a tkanin.
| Požární odolnost R (min) | Tlouštka desek Grenamat AL(mm) |
|---|---|
| 30 | 50 |
| 45 | 60 |
| 60 | 65 |
| 90 | 75 |
| 120 | 80 |
Doklady:
Dimenzační tabulky, způsob montáže a vzdálenosti lamel od okrajů případných otvorů byly stanoveny na základě průkazné zkoušky v akreditované zkušebně 1026 PAVUS a.s., Veselí nad Lužnicí.
Protokol o zkoušce č. Pr-07-2.089 ze dne 10.07.2007, zkušební metoda ČSN EN 1363-1:2000
Podmínky pro aplikaci:
Návrh a montáž obkladů jako ochrana lamel deskami Grenamat AL podléhá písemnému souhlasu společnosti Grena a.s. a Sanax Group s.r.o., vydaného na základě proškolení.
Zpracováno na základě:
- zkoušky požární odolnosti v PAVUS a.s., laboratoř Veselí nad Lužnicí, protokol č. Pr-07-2.089 ze dne 10. 7. 2007
- protokolu o klasifikaci č. PK1-01-05-012-C-0 ze dne 18. 5. 2005
- expertizního posouzení č. 48092007 ze dne 20. 9. 2007
Detaily
Pro každý případ aplikace si můžete stáhnout kompletní detaily. Připravili jsme pro Vás formáty PDF, DWG a JPG.
Vyztužení otvoru – běžná velikost
|
Vyztužení otvoru větších rozměrů
|
||||
| DWG | JPG | DWG | JPG | ||
Vyztužení prostého nosníku – konst. průřez
|
Vyztužení spojitého nosníku
|
||||
| DWG | JPG | DWG | JPG | ||
Vyztužení nosníku – proměnný průřez
|
Vyztužení stropní desky
|
||||
| DWG | JPG | DWG | JPG | ||
Vyztužení sloupu
|
Předpínací systém
|
||||
| DWG | JPG | DWG | JPG | ||
Požární ochrana - 1
|
Požární ochrana - 2
|
||||
| DWG | JPG | DWG | JPG | ||
Ke stažení
- Katalog Carbo Systém
- Technické listy:
Reference
