Köprü Yapıları ve Çözümlerinin Güçlendirilmesinde Karbon Fiber Güçlendirilmiş Plastiklerin Eksiklikleri

Yetersiz esneklik 

Karbon lifin en büyük kusurlarından neredeyse biri olan yetersiz esneklik. Kumaş, plaka veya kaburga olsun, birçok son derece ince monofilament elyaftan oluşur ve elyaflar birlikte çalışmak için kesme gücünü iletmek için epoksi reçinesine güvenirler. Lif ve epoksi reçine kesitte eşitsiz bir şekilde dağıtıldığı için, stresin malzemenin kesitinde eşit bir şekilde dağıtılmaması mahkum edilmiştir. Eşkenlik eksikliği, monofilament karbon lifinin nihai gücüne ulaştıktan sonra kırılmasına neden olur. Bu şekilde, yüksek gerilim alanındaki karbon fiber iplikler, düşük gerilim alanındaki karbon fiber ipliklerin kuvvetlerini tamamen göstermeden önce kırılacak ve tüm karbon fiber iplikler aynı anda kuvvetlerini gösteremez. Ayrıca, lifin önemli bir özelliği, lif filamentinin gücünün değişimi ve lifin uzunluğu boyunca kusurların dağılımıdır. Fiber filamentin önceki gücü tek özel değer değil, daha çok ayrı. Bu da filamentlerin aynı anda maksimum strese ulaşmasını önler. Bu nedenle, malzemenin genel mukavemeti monofilament liflerden çok daha düşüktür ve dağılım oldukça büyük. Weber fonksiyonu, karbon lifi takviyeli plastiklerin mukavemet dağılımını tanımlamak için kullanılabilir. 

Karbon fiber takviyeli plastik yapıya uygulanır ve malzeme özelliklerindeki esneklik eksikliği bileşenin yetersiz esnekliği olarak ortaya çıkar. Bileşenin aşırı deformasyonu, CFRP'nin kırılgan kırılmasına neden olur ve bu da yapının kırılgan bozulmasına neden olur. Bu, büyük deformasyonlar gerektiren veya nispeten yüksek sismik direnç gerektiren yapılar için çok dezavantajlıdır. 

Elastik modülün kuvvet oranı çok düşüktür 

Karbon lif takviyeli plastiklerin gücü çok yüksektir, genellikle 3000MPa'dan fazla ulaşır, ancak elastik modülü nispeten düşüktür. Yaygın olarak kullanılan olanlar genellikle sadece yaklaşık 230GPa ve yüksek elastik modül sadece yaklaşık 380-640GPa'dır. Daha fazla dayanım sağlamak için, karbon lif takviyeli plastikler önemli bir deformasyona ihtiyaç duyar. Çelik çubuklarla çalışırken, CFRP sadece çelik çubuklar kuvvetlerini tamamen uyguladıklarında kuvvetinin% 20'sinden daha azını oynayabilir. Yapının deformasyonu ve çatlakların gelişimini engellemek zor. Yapının deformasyonu ve çatlaklarını sertlik gereksinimlerine göre kontrol etmek için büyük miktarda CFRP kullanılırsa, bağlı çelik gibi takviye teknolojisine kıyasla ekonomi açısından rekabetçi olmak zordur ve çok fazla gereksiz fazlası var. Önceki araştırma çalışmaları ayrıca, bükülme üyesi karbon fiber ile güçlendirilmiş plastik ile güçlendirildiğinde, güçlendirilmiş bileşenin performansının esas olarak güç açısından geliştiğini göstermiştir. Sertliğin artması, özellikle erken sertlik, oldukça küçüktür, bu da takviye gerektiren yapılara oldukça uygulanamaz. 

Epoksi katmanı tarafından iletilen kesme gücü sınırlıdır 

Epoksi reçinenin kesme gücü sabittir. Kesme gücü aşıldıktan sonra, arayüz tarafından iletilen kesme gerilimi artık artmırken, kesme deformasyonu artmaya devam ederken, yumuşatma fenomeni gösterir. Nihai kesme gerilimi aşıldığında, arayüzde mikro çatlaklar oluşacaktır. Mikro çatlakların sürekli genişlemesiyle arayüz sonunda soyulacaktır. Bu nedenle, yapışkan CFRP levha takviyesinin sınırları vardır. Aşırı yapışma, arayüzün yeterli kesim stresini aktarmamasına neden olur, böylece CFRP'nin gücü tam olarak kullanılamaz ve bileşen büyük bir yüke maruz kaldığında bağlantı arızasına eğilimlidir

Yukarıda bahsedilen kusurlar, karbon lifi takviyeli plastiklerin takviyeli alanda uygulanmasını belli bir dereceye kadar sınırlamaktadır. Özellikle yapı genellikle sadece mukavemet takviyesi değil, aynı zamanda sertlik takviyesi de gerektiği ve karbon lifin malzeme özellikleri sıradan teknolojinin daha iyi ekonomik faydalarla sertlik takviyesini gerçekleştiremeyeceğini belirlediği için. Yapısal sertliği iyileştirmek için büyük miktarda karbon fiber takviyeli plastik yapıştırılmış olsa bile, epoksi reçinenin malzeme özellikleri ve bükme ve kesme çatlarındaki gerilim konsantrasyonu nedeniyle, karbon fiber takviyeli plastik ve beton arasındaki arayüzün soyulmasına ve bağlama arızasına neden olması kolaydır. Güçlendirilmiş yapının güvenilirliğini azaltın. Ayrıca, karbon lifin yüksek mukavemeti nedeniyle, mevcut karbon lif takviye teknolojisi gücünü tam olarak kullanamaz, bu da takviye alanında karbon lif takviyeli plastiklerin daha fazla uygulanmasını ve gelişimini kısıtlar. 

Çözümler 

Karbon lif takviyeli plastiklerin yukarıdaki eksiklikleri göz önüne alındığında, araştırmacılar ve mühendisler çeşitli çözümler önerdiler. Karbon fiber ile güçlendirilmiş plastiklerin yetersiz esnekliği kusuru ile ilgili olarak, araştırmacılar, karbon lifin hibrit bir lif yapmak için cam lif veya aramid lifle karıştırılmasını ve cam lifin ve polimer lifin yetersiz esnekliğini telafi etmek için iyi bir esnekliğin kullanılmasını önerdiler. 

Karbon lif elastik modülünün ve mukavemet oranının çok düşük olması ve epoksi reçine sınırlı kesme gücü iletiminin eksiklikleri ile ilgili olarak, araştırmacılar karbon lif takviyeli plastiği önceden gerilemeyi önerdiler. Bu şekilde, karbon fiber takviyeli plastik, yapı yükü taşımadan önce kuvvetini göstermeye başlamıştır. Ve yapının sertliğini etkili bir şekilde iyileştirebilir, takviye sırasında ikincil kuvvetin neden olduğu stres histerezini önleyebilir ve yetersiz mukavemet ve yetersiz sertlik takviyesinin kusurlarını çözebilir. İlk bağlama gerilimi, ön gerilim uygulandıktan sonra demirleme alanında yoğunlaşır ve birçok durumda demirleme alanının bükme momenti en büyük değildir, böylece bağlama gerilimi tüm karbon lifi takviyeli plastik macun alanında daha eşit bir şekilde dağılır. Epoksi reçinenin kesme gücünü iletme yeteneğinin sınırlı olması sorunu çözüldü ve yapışma arızası önlenildi. 

Genel olarak, karbon fiber takviyeli plastik, köprü takviyeli alanında geniş uygulama beklentilerine sahip yeni bir malzemedir. Bazı eksiklikler olmasına rağmen, diğer malzemelerin benzersiz olduğu karbon fiber takviyeli plastiklerin mükemmel performansını göz önüne alındığında, makul olarak kullanıldığı sürece, köprü yapılarını güçlendirmek için hala çok uygundur. Takviye alanında karbon fiber takviyeli plastiklerin uygulanması kuşkusuz ülkemdeki köprülerin bakımını ve takviyesini büyük ölçüde teşvik edecek.