Prinsip penguatan struktur jembatan denganlembar serat karbon direksional

Teknik penguatan yang ada dan metode untuk superstruktur jembatan tua terutama metode penguatan bagian yang diperbesar, metode baja luar, metode beton disemprot, metode dukungan tambahan poin penguatan metode, metode penguatan baja terikat, teknologi penguatan stres atau metode mengubah koefisien distribusi transverse jembatan, dll..Metode-metode ini memiliki keuntungan dan kekuatan mereka sendiri, tapi sebagian besar konstruksi rumit, dan ada beberapa kekurangan.

Karbon serat terikatan eksternal diperkuat dengan lembaran plastik (CFRP) adalah teknologi penguatan dikembangkan di luar negeri dalam 20 tahun terakhir.Prinsipnya mirip dengan penguatan lempeng baja, yaitu menempelkan bahan tensile pada sisi suling struktur untuk berbagi gaya dengan struktur dan memperkuat penguatan.Serat karbon diperkuat plastik, juga dikenal sebagai Karbon ~ Fiber Reinforcement Polymer (CFRP), adalah bahan komposit canggih terdiri dari serat karbon dan resin matriks.& nbsp; serat karbon adalah bahan karbon fibraus dengan kandungan karbon lebih dari 90% dalam komposisi kimianya.Dalam rangka untuk meningkatkan afinitas antara serat karbon dan matriks, serat itu sendiri perlu permukaan diperlakukan untuk membentuk kelompok aktif yang dapat bereaksi dengan matriks.Karena elemen karbon tidak dapat meleleh pada suhu tinggi (sublimasi at 3800K), itu tidak dapat larut dalam berbagai pelarut.Oleh karena itu, tidak mungkin untuk membuat serat karbon dengan substansi sederhana karbon sejauh ini.Serat karbon dapat disiapkan oleh karbonisasi fase padat dari serat organik berat molekul tinggi atau fase gas pirolisis hidrokarbon berat rendah.Saat ini, serat karbon terutama terbuat dari poliakrylonitrile (PAN) atau mesophase pitch (MPP) serat melalui berkarbonisasi suhu tinggi, dan ditandai dengan kekuatan tensile yang sangat tinggi dan resistensi korosi baik.Serat karbonisasi adalah monofilamen, dan diameter biasanya antara 5um ~ 8um.Ini terdiri dari sejumlah besar serat karbon monofilamen untuk membentuk bahan serat karbon untuk rekayasa.

Matriks resin meliputi polyester resin yang belum jenuh, epoxy resin dan vinyl ester resin, dll., yang dapat terhubung dan disembuhkan di bawah tindakan dari obat, sehingga serat bahan dan resin terikat bersama-sama, menunjukkan kinerja unggul dari bahan komposit.Saat ini, matriks resin yang digunakan dengan serat karbon terutama epoxy resin, karena pertimbangan pertama untuk serat karbon diperkuat plastik untuk rekayasa sipil penguatan kekuatan dari resin dan keselamatan dan kesehatan dari personil konstruksi dan lingkungan konstruksi itu sendiri.Karena epoxy resin memiliki keuntungan dari kekuatan tinggi, elongasi yang baik, iritasi rendah dan tidak ada pelarut volatile, itu telah menjadi mainstream dari matriks material dalam serat karbon diperkuat struktur penguatan plastik.Epoksi resin yang dimodifikasi, fungsinya adalah menghubungkan monofilamen serat karbon yang tersebar, membuatnya menahan gaya bersama, dan mengerahkan seluruh kekuatan.

Fitur lembar serat karbon arah untuk penguatan sinar

1) Pergerakan yang bagus dan resistensi cuaca

Alasan paling langsung mengapa serat karbon diperkuat plastik digunakan sebagai pengganti untuk baja di bidang teknik sipil adalah bahwa ia memiliki hambatan korosi dan resistensi cuaca bahwa baja dapat & # 39; tidak cocok.Krosi batang baja di struktur jembatan adalah salah satu yang paling penyakit serius dari jembatan.Menurut laporan dari Proyek Penelitian Strategi AS Highway, biaya perbaikan kerusakan jembatan yang disebabkan karat di Amerika Serikat pada tahun 1986 mencapai 20 miliar dolar AS, dan biaya ini masih meningkat pada tingkat sekitar 500 juta dolar AS per tahun.Karosi rebar umumnya korosi elektrokimia.Ketika gangguan ion klorida, alkalinitas dari lingkungan beton, atau tensile retak dan faktor-faktor lain menyebabkan kerusakan lengkap atau parsial dari keadaan passivation dari permukaan batang baja, perbedaan potensial yang besar muncul di berbagai bagian dari permukaan batang baja, membentuk anode dan kathode.Dalam keadaan tertentu (seperti adanya oksigen dan air), batang baja akan korosi, mengurangi kapasitas bantalan struktur.Menurut hasil penelitian, dalam lingkungan asam yang lemah, setelah 10.000 freeze- siklus mencair, bolak-balik kering dan basah, waktu cahaya tertentu, dan pencelupan dalam air panas 70 ° C selama 30 hari, daya tahan, resistensi korosi dan daya tahan penuaan serat karbon kinerja tidak berkurang, dan kekuatan kelelahan masih mempertahankan 80%.Matriks epoxy resin yang digunakan dengan serat karbon memiliki stabilitas yang baik dalam kisaran pH 3 voull3 di bawah suhu penggunaan normal.Selain itu, ketika penuaan dipercepat adalah 100000h (kira-kira setara dengan lebih dari 35 tahun dari eksposur yang sebenarnya di atmosfer), kekuatan perekat matriks yang cocok resin tetap tidak berubah dan memiliki daya tahan yang baik.Hal ini dapat dilihat bahwa serat karbon yang diperkuat plastik memiliki resistensi korosi yang sangat baik, dan karena itu, dalam jangka waktu singkat telah menjadi pengganti yang paling kompetitif untuk baja.

2) Proses sederhana, konstruksi yang nyaman, efisiensi kerja tinggi

Lapisan serat karbon yang diperkuat struktur jembatan tidak memiliki pekerjaan basah, tidak ada peralatan konstruksi besar, tidak ada fasilitas tetap di situs, dan kurang ruang konstruksi.Serat karbon yang digunakan biasanya adalah bahan kain dan piring.Bahan kain adalah satu atau dua arah kain kain.Lebarnya bisa 20 cm, 30cm, 50cm, 100cm, dan panjangnya 50 m / ban ~ 100m / roll.Situs yang digunakan dapat dipotong dengan gunting atau pisau seperti yang diperlukan.Tidak seperti pelat baja, alat pemotong khusus tidak diperlukan.Menurut statistik yang relevan, hal yang sama adalah metode penguatan pasta, dan metode kain serat karbon pasta adalah 4 sampai 8 kali efisiensi dari kontruksi pasta baja.

3) Ada cacat

(1) Tidak cukup ductilitas; (2) Rasio elastik modulus untuk kekuatan terlalu rendah; (3) Gaya shear ditransmisikan oleh lapisan resin epoxy terbatas.& nbsp;

Bagian atas disebutkan cacat membatasi penggunaan serat karbon yang memperkuat plastik di medan penguatan hingga batas tertentu.Karena struktur sering membutuhkan tidak hanya penguatan kekuatan, tetapi juga penguatan kekakuan, dan sifat material serat karbon menentukan penguatan kekakuan yang tidak dapat dilakukan oleh teknologi biasa dengan manfaat ekonomi yang lebih baik.Bahkan jika sejumlah besar serat karbon yang diperkuat plastik disisipkan disisipkan untuk meningkatkan kekakuan struktural, karena sifat material dari resin epoxy dan konsentrasi stres pada pembengkakan dan celah gunting, mudah untuk menyebabkan antarmuka antara serat karbon diperkuat plastik dan beton untuk mengupas dan merusak ikatan.Pada akhirnya mengurangi keandalan struktur yang diperkuat.Selain itu, karena kekuatan serat karbon yang tinggi, teknologi penguatan serat karbon yang ada tidak dapat sepenuhnya mengerahkan kekuatannya, yang juga membatasi aplikasi dan pengembangan serat karbon yang diperkuat plastik di medan penguatan.

Kesimpulan

Penguatan serat karbon arah adalah teknologi penguatan jenis baru yang memiliki kinerja unggul yang tidak dapat dicocokkan oleh teknologi penguatan lainnya, dan memiliki prospek aplikasi yang luas di bidang penguatan jembatan.Meskipun ada kekurangan tertentu, masih sangat cocok untuk memperkuat struktur jembatan selama digunakan cukup dan menghindari kelemahan.Aplikasi dari lembaran serat karbon unidirectional memperkuat teknologi di proyek penguatan jembatan dapat sangat mempromosikan pembangunan infrastruktur transportasi.