Tek yönlü karbon lif levha ile köprü yapısını güçlendirme prensipi 

Eski köprünün üstyapısı için mevcut takviye teknikleri ve yöntemleri esas olarak genişletilmiş bölüm takviye yöntemi, dış çelik yöntemi, püskürtülü beton yöntemi, ek destek noktası takviye yöntemi, bağlı çelik takviye yöntemi, önceden gerilmiş takviye teknolojisi veya köprünün ters dağıtım katsayısını değiştirme yöntemidir vb.  . Bu yöntemlerin kendi avantajları ve güçlü yönleri vardır, ancak inşaatın çoğu karmaşıktır ve bazı eksiklikler vardır. 

Dış bağlı karbon fiber takviyeli plastik levha (CFRP), son 20 yılda yurtdışında geliştirilen bir takviyeleme teknolojisidir. İlke, kuvveti yapıyla paylaşmak ve takviyeleri güçlendirmek için yapının çekme tarafına çekme malzemelerini yapıştırmak olan çelik levha takviyelerine benzerdir. Karbon fiber takviyeli plastik, Karbon ~ Fiber Takviyeli Polimer (CFRP) olarak da bilinir, karbon fiber ve matris reçinesinden oluşan gelişmiş bir kompozit malzemedir. Karbon lif, kimyasal bileşiminde% 90'dan fazla karbon içeriğine sahip lifli bir karbon malzemesidir. Karbon lifi ile matris arasındaki affiniteyi geliştirmek için, lifin kendisi matrisle tepki verebilecek aktif bir grup oluşturmak için yüzey işlenmesi gerekir. Karbon elementi yüksek sıcaklıkta (3800K'da süblimasyon) eriyemediğinden, çeşitli çözücülerde çözünmezdir. Bu nedenle, şimdiye kadar basit karbon maddesiyle karbon lif yapmak mümkün değildi. Karbon lifleri, yüksek moleküler ağırlıklı organik liflerin katı fazlı karbonizasyonu veya düşük moleküler ağırlıklı hidrokarbonların gaz fazlı pirolizi ile hazırlanabilir. Şu anda karbon elyafları çoğunlukla yüksek sıcaklıkta karbonlanma yoluyla poliakrilonitril (PAN) veya mezofaz pitch (MPP) elyaflardan yapılır ve son derece yüksek çekme dayanımı ve iyi korozyon direnci ile karakterize edilir. Karbonuz lif monofilamenttir ve çapı genellikle 5um ~ 8um arasındadır. Mühendislik için karbon fiber malzemeleri oluşturmak için çok sayıda karbon fiber monofilamentten oluşur. 

Matrix reçinesi, doymuş polyester reçinesi, epoksi reçinesi ve vinil ester reçinesi vb. içerir, bu da bir sertleştirme ajanının etkisi altında çapraz bağlanabilir ve sertleştirilebilir, böylece lif malzemesi ve reçine birbirine bağlanır, kompozit malzemenin üstün performansını gösterir. Şu anda, karbon fiberle kullanılan matris reçinesi esas olarak epoksi reçinesidir, çünkü inşaat mühendisliği takviyesi için karbon fiber takviyeli plastikler için ilk dikkate alınan reçinin gücü ve inşaat personelinin ve inşaat çevresinin kendisinin güvenliği ve sağlığıdır. Epoksi reçine yüksek mukavemet, iyi uzunlama, düşük tahriş ve uçucu çözücü olmayan avantajlara sahip olduğundan, karbon lifi takviyeli plastik takviyeli yapıdaki matris malzemesinin ana akımı haline geldi. Modifike edilmiş epoksi reçinesi, fonksiyonu dağılmış karbon lif monofilamanı bağlamak, kuvveti birlikte taşımak ve genel gücü uygulamaktır. 

Kiriş takviyesi için tek yönlü karbon fiber levha özellikleri 

1) Mükemmel korozyon ve hava direnci 

Karbon fiber takviyeli plastiğin inşaat mühendisliği alanında çeliğin yerine kullanılmasının en doğrudan nedeni, çeliğin eşleşemediği korozyon direnci ve hava direnci olmasıdır. Köprü yapılarındaki çelik çubukların korozyonu, köprülerin en ciddi hastalıklarından biridir. ABD Otoyol Stratejisi Araştırma Projesi raporuna göre, 1986 yılında ABD'de paslanmanın neden olduğu köprü hasarının onarım maliyeti 20 milyar ABD dolarına ulaştı ve bu maliyet hala yılda yaklaşık 500 milyon ABD doları oranında artmaktadır. Rebar korozyonu genellikle elektrokimyasal korozyondur. Klorür iyon müdahalesi, beton ortamının alkalinitesi veya çekme çatlaması ve diğer faktörler çelik çubuk yüzeyinin pasivasyon durumunun tamamen veya kısmen yok edilmesine neden olduğunda, çelik çubuk yüzeyinin farklı bölümlerinde büyük bir potansiyel farkı görünür ve bir anot ve bir katot oluşturur. Belirli koşullarda (oksijen ve su varlığı gibi), çelik çubuklar koroze eder ve yapının taşıma kapasitesini azaltacaktır. Araştırma sonuçlarına göre, zayıf bir asit ortamında, 10.000 donma-buzma döngüsünden sonra, kuru ve ıslak, belirli ışık süresi ve 30 gün boyunca 70 ° C sıcak suya daldırma, karbon lifin dayanıklılığı, korozyon direnci ve yaşlanma direnci Performans azalmaz ve yorgunluk mukavemeti hala% 80'i korur. Karbon lif ile kullanılan matriks epoksi reçinesi, normal kullanım sıcaklığında pH 3 ~ l3 aralığında iyi bir istikrara sahiptir. Ayrıca, hızlanmış yaşlanma 10000h olduğunda (atmosferde 35 yıldan fazla gerçek maruz kalmaya yaklaşık eşdeğer), eşleşen matris reçinenin yapışkan mukavemeti değişmez kalır ve iyi dayanıklılığa sahiptir. Karbon fiber takviyeli plastiğin mükemmel korozyon direncine sahip olduğu ve bu nedenle kısa bir sürede çelik için en rekabetçi alternatif haline geldiği görülebilir. 

2) Basit süreç, uygun inşaat, yüksek iş verimliliği 

Karbon fiber levha takviyeli köprü yapısı ıslak çalışma, büyük inşaat ekipmanı, yerinde sabit tesisler ve daha az inşaat alanı yoktur. Yaygın olarak kullanılan karbon lifler kumaş malzemeleri ve levhalardır. Kumaş malzemesi tek yönlü veya iki yönlü bir kumaştır. Genişliği 20cm, 30cm, 50cm, 100cm olabilir ve uzunluğu 50m / lastik ~ 100m / rulo. Yer üzerinde kullanım gerektiğinde makas veya bıçakla kesilebilir. Çelik levhaların aksine, özel kesme aletleri gerekmez. İlgili istatistiklere göre, macun güçlendirme yöntemi aynıdır ve macun karbon lif kumaş yöntemi macun çelik yapısının verimliliğinin 4 ila 8 katıdır. 

3) Mevcut kusurlar 

 (1) Yetersiz esneklik;  (2) Elastik modülün kuvvet oranı çok düşüktür;  (3) Epoksi reçine katmanı tarafından iletilen kesme gücü sınırlıdır.   

Yukarıda bahsedilen kusurlar, karbon lifi takviyeli plastiklerin takviyeli alanda uygulanmasını belli bir dereceye kadar sınırlamaktadır. Çünkü yapı genellikle sadece mukavemet takviyesi değil, aynı zamanda sertlik takviyesi de gerektirir ve karbon lifin malzeme özellikleri, daha iyi ekonomik faydalarla sıradan teknoloji tarafından gerçekleştirilemeyen sertlik takviyesini belirler. 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 bağlarına zarar vermesine neden olmak kolaydır. Sonuçta güçlendirilmiş yapının güvenilirliğini azaltır. 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. 

Sonuç 

Tek yönlü karbon fiber levha takviyesi, diğer takviye teknolojilerinin eşleşemediği üstün performansa sahip ve köprü takviyesi alanında geniş uygulama beklentilerine sahip yeni bir takviye teknolojisidir. Bazı eksiklikler olsa da, makul kullanıldığı ve zayıflıklardan kaçındığı sürece köprü yapısı takviyesi için hala çok uygundur. Köprü takviye projelerinde tek yönlü karbon fiber levha takviye teknolojisinin uygulanması, ulaşım altyapısının inşasını büyük ölçüde teşvik edebilir.