Koolstoflaminaat

Betekenis

Koolstoflaminaat bestaat uit lagen met koolstofvezels ingebed in een harsmatrix en vormt een uitwendige, verlijmbare of verboutbare vorm van koolstofwapening. Het materiaal verhoogt de draagkracht en de buigstijfheid van bestaande beton-, hout- en staalconstructies zonder grote ingrepen in de hoofdconstructie. De Engelse afkorting is CFRP (carbon fiber reinforced polymers/plastics).

Toepassing

Koolstoflaminaten en -weefsels worden gebruikt bij het structureel versterken van verzwakte constructies.

• Versterking van bruggen, pijlers, balken, muren, kolommen, vloerplaten, viaducten, silo's, tanks, tunnelwanden en buizen.
• Herstel en versterking bij verzwakking door gewijzigd gebruik, na het aanbrengen van sparingen, toegenomen belasting, verkeersschade, ontwerp- of uitvoeringsfouten of wapeningcorrosie.
• Uitwendige lijm- of boutverbindingen op beton-, hout- en staalconstructies.

Aandachtspunten

• Mechanische verankering toepassen bij multidirectionele laminaten om concrete rip-off te voorkomen.
• Multidirectionele laminaten kunnen vezels in lengterichting en op +45° en −45° bevatten; dit beïnvloedt de schijnbare trek- en schuifcapaciteit.
• Keuze tussen unidirectioneel, multidirectioneel, weefsel of composietbalk afhangen van de gewenste sterkte- en stijfheidsrichting.
• Aramideweefsels gebruiken voor bijkomende bescherming tegen explosie- en impactschade.
• Rekening houden met de hechting aan en de kwaliteit van het onderliggende beton; mechanische verankering kan hogere treksterkten mogelijk maken, ook bij slechte betonkwaliteit.

Materialen / uitvoeringsvormen

• Unidirectioneel koolstoflaminaat: vezels hoofdzakelijk in lengterichting voor hoge treksterkten in één richting.
• Multidirectioneel koolstoflaminaat: vezels in meerdere richtingen (bijv. +45°/−45°) voor multidirectionele belastingopname.
• Koolstofweefsel: flexibel weefsel opgebouwd uit koolstofvezels.
• Composietbalk: opgebouwd uit een licht kernmateriaal met koolstofversterking; het kernmateriaal verhoogt aanzienlijk de buigstijfheid.
• Voorbeelden van uitwendig gelijmde, multidirectionele producten zijn CarboComp Plus en Carbostrip Uni, waarbij koolstofvezels in epoxyhars zijn ingebed.
• Montage kan verlijmd of verboutbaar zijn; bouten worden gebruikt voor mechanische verankering.

Werking / principe

• De uitwendige koolstofversterking draagt trekspanningen over en vergroot zo de draagkracht en stijfheid van de bestaande constructie.
• Bij composietbalken werkt het lichte kernmateriaal samen met de koolstofversterking om de buigstijfheid te verhogen.
• Mechanische verankering voorkomt lokale afscherming of uitbrokkeling van het beton (concrete rip-off) en maakt hogere treksterkten realiseerbaar.

Technische eigenschappen

• Elasticiteitsmodule: bijvoorbeeld 175 GPa.
• Treksterkte: bijvoorbeeld 2500 GPa.

Verschil met staallamellen

• Staallamellen zijn een alternatief voor het verbeteren van draagkracht, maar koolstofvezels bieden een beduidend hogere treksterkte; koolstofvezels hebben in vergelijking met staal ongeveer tienmaal hogere treksterkte.