Ανάπτυξη και Εφαρμογή Σύνθετων Υλικών Ενισχυμένων με Ίνες σε Νεόδμητες Κατασκευές
Τα τελευταία χρόνια, η έρευνα και η εφαρμογή υλικών FRP σε νέες κατασκευές έχει γίνει επίσης ένα hotspot έρευνας στον τομέα των πολιτικών μηχανικών. Επειδή το FRP διαφέρει από τις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των παραδοσιακών δομικών υλικών, έχει μεγάλα τεχνικά πλεονεκτήματα και περιθώρια ανάπτυξης όταν χρησιμοποιείται σε νέες κατασκευές. Το προηγούμενο"FRP Research Trends Part 1" Το άρθρο ανέφερε ότι οι κύριες διεργασίες παραγωγής υλικών FRP περιλαμβάνουν πλεκτά, λωρίδες και πτύχωση, μεταξύ των οποίων η πολτοποίηση είναι η πιο κοινή μέθοδος. Διαιρούμενες ανά σχήμα, οι ράβδοι γραμμικές νευρώσεις FRP που σχηματίζονται με εξώθηση ονομάζονται γενικά ραβδώσεις ή ράβδοι, συμπεριλαμβανομένων των επιφανειακών στρογγυλών νευρώσεων και των επιφανειακών παραμορφωμένων νευρώσεων, οι οποίες είναι σχετικά άκαμπτες και δύσκολα λυγίζονται. στρίψτε τη δέσμη ινών σε περιστροφές Οι νευρώσεις FRP με τη μορφή σύνθετων σχοινιών ονομάζονται σχοινιά ή κλώνοι. Είναι απλοί ή πολλαπλοί κλώνοι, με χαμηλή ακαμψία και μπορούν να λυγιστούν και να τυλιχτούν σε ρολά. Προτείνετε τη χρήση υλικού ενίσχυσης γυαλιού Pulwell, πατενταρισμένη τεχνολογία, η ποιότητα είναι εγγυημένη!
Επαγγελματική μέθοδος σχηματισμού νευρώσεων FRP της Pulwell'(Φιγούρα 1)
Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, η αμερικανική εταιρεία Marshall-Vega παρήγαγε ράβδους GFRP, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για την επίλυση των κινδύνων διάβρωσης από άλατα κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα σε υπεράκτιες και ψυχρές περιοχές. Από τη δεκαετία του 1980, οι ράβδοι FRP χρησιμοποιούνται σταδιακά ευρέως σε κατασκευές με ειδικές απαιτήσεις απόδοσης για την αντικατάσταση των χαλύβδινων ράβδων. Για παράδειγμα, κτίρια με ιατρικό εξοπλισμό μαγνητικού συντονισμού και θαλάσσια τοιχώματα, πίνακες κτιρίων βιομηχανικών εργοστασίων και άλλες κατασκευές που υπόκεινται σε σοβαρή χημική διάβρωση. Παρακολούθηση και παρακολούθηση για περισσότερα από 20 χρόνια διαπίστωσε ότι το ράβδο σκυροδέματος FRP είναι σε καλή κατάσταση λειτουργίας και η συνολική οικονομία ολόκληρου του κύκλου ζωής είναι καλύτερη από αυτή της κατασκευής από οπλισμένο σκυρόδεμα που συντηρείται και ανακαινίζεται συχνά. Η γεωτεχνική μηχανική είναι επίσης ένα σημαντικό πεδίο εφαρμογής του οπλισμού FRP. Έχει χρησιμοποιηθεί στη μηχανική, όπως τοίχοι αντιστήριξης, άγκυρες θεμελίων και κιβώτια του μετρό που εναλλάσσονται μεταξύ ξηρού και υγρού λόγω παλιρροϊκών αλλαγών (Εικόνα 2).
Εικ.2 Οπλισμός FRP στην κατασκευή αντί για χάλυβα
Μια άλλη μορφή χρήσης των τενόντων και των κλώνων FRP είναι οι κατασκευές από προεντεταμένο σκυρόδεμα, οι οποίες επί του παρόντος χρησιμοποιούνται κυρίως στη μηχανική γεφυρών. Η Γερμανία κατασκεύασε την πρώτη οδική γέφυρα από προεντεταμένο σκυρόδεμα' με ενίσχυση από ίνες γυαλιού στο Ντίσελντορφ το 1986-Γέφυρα Ulenberg Strass. Η γέφυρα χρησιμοποιεί 59 προεντεταμένες ράβδους από σύνθετο υλικό στην πλάκα υπερκατασκευής, κάθε ράβδος αποτελείται από 19 ράβδους ποιότητας γυαλιού (E) χωρίς αλκάλια με διάμετρο 7,5 mm και συνολικά 4 t GFRP χρησιμοποιείται για ολόκληρη τη γέφυρα . Το 1991 κατασκευάστηκε στο Ludwigshafen μια γέφυρα προεντεταμένου σκυροδέματος συνολικού μήκους 80 m με τένοντες CFRP για μερική προένταση. Ο οπλισμός FRP, ο οπλισμός-σκυρόδεμα FRP, τα σύνθετα εξαρτήματα σωλήνων FRP κ.λπ., αποτελούν σήμερα τα σημαντικότερα πρότυπα σχεδιασμού για υλικά FRP στον τομέα των πολιτικών μηχανικών. Η Pulwell έχει 25 χρόνια εμπειρίας στη διαδικασία κατασκευής σύνθετων υλικών με ενισχυμένο FRP και έχει μεγάλο αριθμό μηχανολογικών κιβωτίων και εμπειρία κατασκευής.
Σύνθετη κατασκευή πλέγματος-σκυροδέματος FRP
Το πλέγμα FRP είναι ένα συνολικό πλέγμα που σχηματίζεται με εμποτισμό συνεχών ινών υψηλής απόδοσης όπως ανθρακονήματα και ίνες γυαλιού σε ρητίνη με καλή αντοχή στη διάβρωση. Αφού η ίνα διεισδύσει και σκληρυνθεί από τη ρητίνη, έχει μεγαλύτερη αντοχή και ακαμψία, κάτι που διαφέρει από την ευελιξία της ύφανσης και του σχηματισμού. Γρίλια (Εικόνα 3).
Το πλέγμα FRP είναι εύκολο στη χρήση, απλό και γρήγορο στην κατασκευή. Μπορεί να αντικαταστήσει τις χαλύβδινες ράβδους σε νέες κατασκευές από σκυρόδεμα. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για τοίχους και πλάκες. Γίνεται βασικό υλικό όταν εφαρμόζεται υπό ειδικές συνθήκες και μπορεί να σχηματίσει ένα νέο σύστημα. Δεν είναι απλώς ένα συμπλήρωμα στα παραδοσιακά υλικά FRP.
Εικ.3 Πλέγμα CFRP
Η μηχανική εφαρμογή των υλικών πλέγματος FRP ξεκίνησε τη δεκαετία του 1980. Η Ιαπωνία χρησιμοποίησε αρχικά πλέγματα από ίνες γυαλιού για δομική ενίσχυση, και στη συνέχεια αναπτύχθηκαν γρήγορα τα πλέγματα από ίνες άνθρακα και ο αριθμός των εφαρμογών μηχανικής αυξήθηκε γρήγορα. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε σήραγγες και αεροπλάνα. Διάδρομοι προσγείωσης, ποδιές, γέφυρες, αυτοκινητόδρομοι, κτίρια, τάφροι και πολλά άλλα νέα έργα κατασκευής και ενίσχυσης.
Για παράδειγμα, στην κατασκευή υπόγειων κατασκευών, ασπίδων σήραγγας κ.λπ., μπορούν να χρησιμοποιηθούν πλέγματα FRP ως οπλισμός με τάση και σκυρόδεμα για να σχηματιστεί ένας υπόγειος συνεχής τοίχος. Όταν η κατασκευαστική λειτουργία της μηχανής θωράκισης συναντήσει τον συνεχή τοίχο, μπορεί να κοπεί απευθείας. Δεν χρειάζεται να κοπεί με το χέρι όπως όταν συναντάμε τοίχους από οπλισμένο σκυρόδεμα, γεγονός που εξοικονομεί πολύ ανθρώπινο δυναμικό και χρόνο και μειώνει τους κατασκευαστικούς κινδύνους (Εικόνα 4).
Εικ.4 Πλέγμα CFRP που χρησιμοποιείται στη μηχανική σηράγγων
Επιπλέον, το πλέγμα FRP είναι ελαφρύ σε βάρος και βασικά λεπτό, εύκολο στην επεξεργασία σε διάφορα σχήματα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως το κύριο υλικό που φέρει πίεση για προκατασκευασμένα εξαρτήματα και είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για την παραγωγή προκατασκευασμένων εξαρτημάτων όπως πλάκες, σωλήνες και δομές περιβλήματος. Επί του παρόντος, έχουν προωθηθεί και εφαρμοστεί σχετικά προκατασκευασμένα προϊόντα FRP.
Προκατασκευασμένα προϊόντα πλέγματος CFRP
Σύνθετη κατασκευή σωλήνων από σκυρόδεμα FRP
Ο σωλήνας FRP είναι ένα πολυστρωματικό κέλυφος με τοποθέτηση ινών πολλαπλών κατευθύνσεων. Κατασκευάζεται με τη μέθοδο περιέλιξης, τη μέθοδο φυγοκεντρικής χύτευσης και τη μέθοδο εξώθησης. Η ίνα μπορεί να τοποθετηθεί στην κατεύθυνση του στεφάνου ή ±α° με την κατεύθυνση του στεφάνου (Εικόνα 5).
Η έκχυση σκυροδέματος σε σωλήνες FRP μπορεί να σχηματίσει σύνθετα εξαρτήματα σωλήνων-σκυροδέματος FRP, παρόμοια με το σκυρόδεμα χαλύβδινων σωλήνων, τα εξαρτήματα σωλήνων-σκυροδέματος FRP έχουν γενικά δύο μορφές: εξαρτήματα σκυροδέματος στρογγυλού σωλήνα FRP και εξαρτήματα σκυροδέματος τετράγωνου σωλήνα FRP.
Εικ.5 Σωλήνας FRP
Το FRP σωλήνα-σκυρόδεμα έχει ανώτερη σεισμική απόδοση. Μπορεί να σχεδιαστεί χωρίς ή μειωμένη ενίσχυση και δεν απαιτείται ξυλότυπος κατά την κατασκευή. Ο σωλήνας είναι ελαφρύς σε ποιότητα και εύκολος και γρήγορος στην κατασκευή, γεγονός που μπορεί να μειώσει τον φόρτο εργασίας και το κόστος κατασκευής. Το σκυρόδεμα σωλήνα FRP είναι ανθεκτικό στη διάβρωση και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα κάτω από το νερό. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για χρήση σε υδραυλικές κατασκευές και θαλάσσια μηχανική. Το κόστος συντήρησής του είναι χαμηλό και τα μακροπρόθεσμα οικονομικά οφέλη του έχουν προφανή πλεονεκτήματα (Εικόνα 6).
Εικ.6 Σωρός σωλήνων FRP υπό κατασκευή
Συστατικά και δομές FRP
Εκτός από τη χρήση σε συνδυασμό με σκυρόδεμα, τα υλικά FRP μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ανεξάρτητα ως δομικά μέλη ή ακόμη και να σχηματίσουν μια πλήρη δομή FRP.
Οροφή FRP
Στη δεκαετία του 1960, το Ηνωμένο Βασίλειο είχε αρχίσει να παράγει σύνθετες κατασκευές οροφής GFRP, οι οποίες αποστέλλονταν στη Μέση Ανατολή και τη Βόρεια Αφρική για κατασκευή και χρήση. Το 1968, μια δομή θόλου που χρησιμοποιεί πάνελ σάντουιτς GFRP και σκελετούς αλουμινίου κατασκευάστηκε στο Bengazhi της Λιβύης. Το 1972, ο επικεφαλής του Alian International Airport του Ντουμπάι χρησιμοποιεί μια οροφή ομπρέλας GFRP. Στις δεκαετίες του 1970 και του 1980, ορισμένα κτίρια στο Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποιούσαν το GFRP ως φέροντα ή ημιφέροντα εξαρτήματα εκτός από δοκούς και κολώνες. Το 1974, ολοκληρώθηκε το πρώτο πλήρως σύνθετο κτίριο στο Lancashire της Αγγλίας, με μια χωρική δομή που αποτελείται από τριγωνικές πυραμίδες.
Το 1994, η γέφυρα Bond Mill που κατασκευάστηκε στο Ηνωμένο Βασίλειο αποτελούνταν από προφίλ GFRP. Είναι μια κινητή γέφυρα που μπορεί να περάσει ένα φορτηγό 40 τόνων. Το 1996, ο Russell του Κάνσας των ΗΠΑ έχτισε την πρώτη οδική γέφυρα χρησιμοποιώντας πλάκες καταστρώματος FRP. Σε λιγότερο από δέκα χρόνια από τότε, έχουν υπάρξει δεκάδες μικρού και μεσαίου μεγέθους γέφυρες που χρησιμοποιούν καταστρώματα FRP στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Εικ.7 Κατάστρωμα γέφυρας FRP υπό κατασκευή
Η πλήρης δομή FRP έχει επίσης χρησιμοποιηθεί στη μηχανική γεφυρών. Η θεωρητική ζωή της κατασκευής μπορεί να φτάσει εκατοντάδες χρόνια και μπορεί να διατηρηθεί δωρεάν κατά τη διάρκεια της λειτουργίας. Έτυχε μεγάλης εκτίμησης στην Ευρώπη τα τελευταία χρόνια. Επί του παρόντος, έχουν κατασκευαστεί εκατοντάδες δομές FRP μικρής κλίμακας. Πεζογέφυρα και γέφυρα τοπίου. Για παράδειγμα, η πρώτη γέφυρα πλήρους δομής FRP στον κόσμο—Πεζογέφυρα Aberfeldy στη Σκωτία, με συνολικό μήκος 113 m και κύριο άνοιγμα 63 m, είναι ένα καλωδιωτό σύστημα με δύο πύργους και δύο καλωδιακά αεροπλάνα. Οι πύργοι, οι δοκοί και τα καταστρώματα της γέφυρας Τα κιγκλιδώματα και τα κιγκλιδώματα είναι όλα κατασκευασμένα από προφίλ GFRP προκατασκευασμένα στο εργοστάσιο. Τα καλώδια της γέφυρας είναι κατασκευασμένα από ίνες αραμιδίου Kevlar. Η πλήρης εγκατάσταση του χώρου της γέφυρας διαρκεί μόνο 6 εβδομάδες. Οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ιαπωνία, η Κίνα και άλλες χώρες έχουν κατασκευάσει επίσης με επιτυχία μια σειρά γεφυρών πεζών με πλήρη δομή FRP.
Εφαρμογή FRP στη Μηχανική Ωκεανών
Στη στρατηγική για την προώθηση της ανάπτυξης των θαλάσσιων πόρων, η κατασκευή υποδομής θαλάσσιων μεταφορών περιλαμβάνει πολλούς τομείς όπως λιμάνια και προβλήτες, θαλάσσιες πλατφόρμες, κατασκευές μηχανικής νησιών και υφάλων και γέφυρες που διασχίζουν τη θάλασσα. Επί του παρόντος, οι περισσότερες από αυτές τις εγκαταστάσεις είναι κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα και μεταλλικές κατασκευές. Το περιβάλλον είναι ένα πολύ σκληρό διαβρωτικό περιβάλλον και η ανθεκτικότητα των παραδοσιακών κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα και των μεταλλικών κατασκευών αντιμετωπίζει σοβαρές δοκιμές σε αυτό το περιβάλλον. Λαμβάνοντας υπόψη τις διάφορες τεχνικές απαιτήσεις της ναυτικής μηχανικής κατασκευής, τα δομικά υλικά θα πρέπει να έχουν ολοκληρωμένες ιδιότητες όπως υψηλή αντοχή, χαμηλή πυκνότητα, υψηλή ανθεκτικότητα, εύκολη διαμόρφωση, βολική κατασκευή κ.λπ., και τα υλικά FRP έχουν αποδειχθεί ότι έχουν τα παραπάνω μέσω μεγάλου αριθμού των εφαρμογών έρευνας και μηχανικής. Οι απαιτήσεις απόδοσης είναι μια καλή επιλογή για την επίλυση πολλών δυσκολιών στην ανθεκτικότητα των υλικών και στην τεχνολογία κατασκευής στις κατασκευές θαλάσσιας μηχανικής. Επιπλέον, για την κατασκευή απομακρυσμένων νησιών και υφάλων, τα υλικά FRP μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με θαλασσινό νερό και σκυρόδεμα θαλασσινής άμμου (κοραλική άμμος) για να σχηματίσουν μια σύνθετη δομή από σκυρόδεμα FRP-θαλάσσιου νερού, η οποία λύνει θεμελιωδώς το πρόβλημα της απόκτησης υλικών επί τόπου και μειώνει σημαντικά τη μεταφορά του έργου. Κόστος και κόστος κατασκευής.
Τελικές παρατηρήσεις
Η έρευνα εφαρμογής του FRP στην πολιτική μηχανική είναι επί του παρόντος ένα καυτό θέμα στον τομέα του πολιτικού μηχανικού. Εκτός από την ενίσχυση των υφιστάμενων κατασκευών και μερικές απλές εφαρμογές, τα υλικά FRP έχουν πολλές ευρύτερες εφαρμογές. Η Pulwell ακολουθεί σύμφωνα με τη ζήτηση της αγοράς, συνεχίζουμε να αναπτύσσουμε και να ερευνούμε τις πιο πρόσφατες εφαρμογές FRP για την κατασκευή σύνθετων υλικών υψηλής ποιότητας. Καθώς πολλές χώρες έχουν όλο και υψηλότερες απαιτήσεις για την ασφάλεια και τη διάρκεια ζωής των κατασκευών στην κατασκευή μεγάλων υποδομών και κτιρίων σε διάφορους κλάδους, η ζήτηση για νέα δομικά υλικά υψηλής απόδοσης που αντιπροσωπεύονται από το FRP γίνεται όλο και πιο επιτακτική. Πιστεύω ότι στο εγγύς μέλλον, η εφαρμογή του FRP σε νέες δομές θα γίνει ένας αναδυόμενος κλάδος με ισχυρή αναπτυξιακή δυναμική και τεράστια ικανότητα αγοράς.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα υλικά FRP, επικοινωνήστε μαζί μας στο info@gfrp-china.com.
