การเสริมแรงที่ทำจากวัสดุคอมโพสิต - ก้าวต่อไปในอนาคต

Gusevsky Andrey Anatolyevich

แท่งโปรไฟล์ไฟเบอร์กลาสเป็นระยะ

เราทุกคนรู้ว่าผลิตภัณฑ์และโครงสร้างที่ทำจากคอนกรีตนั้นได้รับการเสริมแรงภายในเนื่องจากช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการแตกร้าว เหล็กเส้นหรือลวดจัดการกับงานที่ได้รับมอบหมายอย่างสมบูรณ์แบบ แต่มีข้อเสียสองประการ ประการแรกคือความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะต่ำและที่สองคือราคาสูง

การเสริมแรงที่ทำบนพื้นฐานของพลาสติกมีราคาถูกกว่าถึงสองเท่ามีน้ำหนักน้อยกว่าไม่กลัวการกัดกร่อนและมีความแข็งแรงเพียงพอสำหรับใช้ในการก่อสร้างแนวราบและไม่เพียงเท่านั้น อย่างไรก็ตามหลายคนไม่สงสัยเกี่ยวกับการมีอยู่ของมัน - ดังนั้นเราจึงตัดสินใจที่จะลดช่องว่างนี้

การเสริมแรงที่ไม่ใช่โลหะ: ประวัติความเป็นมาของรูปลักษณ์และการพัฒนา

ตามปกติความแปลกใหม่ใด ๆ เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดไม่ได้กลายเป็น เพียงแค่จากช่วงเวลาที่ความคิดแรกเกิดขึ้นจนถึงการนำไปปฏิบัติและการยอมรับสากลหลายทศวรรษผ่านไป เรื่องเดียวกันเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ที่ไม่ใช่โลหะความสนใจในประเทศที่เกิดขึ้นครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา

การกัดกร่อนของเหล็กเสริมแรงกระตุ้นการทำลายชั้นป้องกันของคอนกรีต

ดังนั้น:

• มันเกี่ยวข้องกับความต้องการในการสร้างโครงสร้างคอนกรีตซึ่งจะต้องดำเนินการในสภาวะที่ก้าวร้าว ในโหมดเปียก - และแม้ว่าจะไม่ใช่น้ำบริสุทธิ์ แต่ของเหลวสารเคมีบางอย่างมันเป็นเรื่องยากมากและไม่ถูกที่จะให้ความต้านทานการกัดกร่อนสำหรับการเสริมแรงเหล็กแบบดั้งเดิม
• บางครั้งก็จำเป็นต้องสร้างโครงสร้างด้วยคุณสมบัติอิเล็กทริกและ antimagnetic - เช่นในระหว่างการก่อสร้างของสถาบันการวิจัยหรือศูนย์การแพทย์ที่ติดตั้งอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน
• ในโครงการที่มีการก่อสร้างแบบเบาที่มีระดับความแข็งแรงสูงพอที่จะนำไปใช้ได้เฉพาะคอนกรีตที่มีคุณภาพสูงและการเสริมแรงแบบคอมโพสิตเท่านั้นที่จะสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้ โดยวิธีการที่เป็นรูปธรรมตัวเองเมื่อเพิ่มพอลิเมอร์หรือเส้นใยเหล็กก็สามารถพิจารณาวัสดุคอมโพสิต

นอกจากนี้ในประเทศที่มีความต้องการใช้เหล็กเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องมีการขาดแคลนการผลิตแร่ที่สามารถตอบสนองพวกเขาและยังมีสารเติมแต่งไม่เพียงพอที่จะทำการผสม เห็นได้ชัดว่าจำเป็นที่จะต้องสร้างการเสริมแรงที่ไม่ใช่โลหะซึ่งทำให้ผู้พัฒนาต้องพูดถึงความสำเร็จใหม่

ทุกอย่างเริ่มต้นอย่างไรกับเรา

เทคโนโลยีแรกสำหรับการเสริมแรงการผลิตด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม. ซึ่งทำจากไฟเบอร์กลาสที่มีสารเซอร์โคเนียมได้รับการพัฒนาในสหภาพในยุคที่เจ็ด ฐานรองรับของมันถูกสร้างขึ้นจากใยแก้วอัลคาไลน์ที่ไร้รอยต่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 15 ไมครอนคานที่รวมกันเป็นแท่งโดยใช้เรซินสังเคราะห์

• แน่นอนว่าพวกเขาไม่ได้เริ่มใช้การเสริมแรงทันที แต่ในตอนแรกพวกเขาศึกษาคุณสมบัติของมันเท่านั้น: กลศาสตร์ความทนทานต่อสารเคมีและความทนทาน จากผลของการสังเกตพบว่าองค์ประกอบของคอมโพสิตนั้นดีขึ้นจนกระทั่งสามารถรับแท่งที่มีโมดูลัสยืดหยุ่นได้ 50,000 เฮกตาร์และความต้านทานแรงดึง 1.5 พัน MPa
• ความต้านทานการดัดงอของพวกเขาถูกทดสอบโดยการผลิตต้นแบบของผลิตภัณฑ์คอนกรีตที่ทำโดยการเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาสและภายใต้ภาระคงที่ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวครั้งแรกคือการสนับสนุนการสำรวจสำหรับสายไฟซึ่งติดตั้งในเว็บไซต์ทดลอง
• จากผลการทดลองพบว่า TUs ได้รับการพัฒนาเพื่อการผลิตการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสรวมถึงเงื่อนไขในการออกแบบโครงสร้างคอนกรีตที่มีการใช้งาน ในแบบคู่ขนานแนะนำให้ใช้พื้นที่ของวัสดุใหม่ซึ่งไม่เพียง แต่ก่อสร้าง แต่ยังรวมถึงอุตสาหกรรมเคมี

อย่างไรก็ตามการใช้การเสริมแรงที่ไม่ใช่โลหะขนาดใหญ่ก็ไม่สามารถใช้งานได้ โดยพื้นฐานแล้วมันเริ่มที่จะใช้สำหรับการผลิตเสาเข็มคอนกรีต, ลาด, โครงสร้างของสะพานลอยและเสริมสร้างโครงสร้างสนับสนุนบางอย่าง

แต่ในช่วงปลายยุค 80 บนพื้นฐานของการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสสะพาน 15 เมตรถูกสร้างขึ้นในดินแดน Khabarovsk แต่ละคานห้าซึ่งเสริมด้วยคานคอมโพสิต 24 ก้านบวกคานลวดเหล็กทั่วไป ผลลัพธ์ก็ยอดเยี่ยมและสะพานก็ยังทำงานอยู่ในปัจจุบัน มันเป็นเพียงจุดเริ่มต้น ...

แล้วมันเป็นยังไงบ้าง

หากคุณติดตามประวัติของการเสริมแรงแบบคอมโพสิตโดยรวมแล้วมันเกิดจากอายุสี่สิบเศษของศตวรรษที่ผ่านมานั่นคือจากปีหลังสงคราม ประเทศของเรานั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับการสร้างวัสดุใหม่อย่างไรก็ตามในสหรัฐอเมริกาสูตรคอมโพสิตนั้นมีการทำงานอย่างเข้มข้น ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามันเริ่มมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะวัสดุราคาไม่แพงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเศรษฐกิจที่กำลังพัฒนา

ในประเทศนี้มีการสร้างเสริมแรงไฟเบอร์กลาสที่มีหน้าตัดคงที่ซึ่งในตอนแรกใช้สำหรับการผลิตสินค้าคงคลังเท่านั้น การใช้งานที่รุนแรงยิ่งขึ้นเริ่มต้นขึ้นในยุค 60 เมื่อคอมโพสิตเริ่มถูกพิจารณาว่าเป็นทางเลือกในการเสริมแรงโลหะ

ก่อนอื่นพวกเขาเริ่มใช้มันเพื่อตอกย้ำศาลาซึ่งอย่างที่คุณรู้ไม่เพียง แต่กับพวกเขาเท่านั้น แต่ยังอยู่กับพวกเราด้วยโรยเกลือเพื่อเอาน้ำแข็งออกในฤดูหนาว และมันไม่เพียงทำลายล้อรถยนต์ แต่ยังไหลซึมในรูปแบบของการแก้ปัญหาผ่านความหนาของคอนกรีตซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการเสริมแรงภายใน

ดังนั้น:

• มันอยู่ในพื้นที่นี้ความต้านทานของพลาสติกต่อการกัดกร่อนที่พิสูจน์แล้วว่าดีที่สุด สิ่งเดียวที่ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการทดแทนโลหะที่สมบูรณ์ด้วยคอมโพสิตคือค่าใช้จ่ายสูงซึ่งลดลงได้เพียงยี่สิบปีเท่านั้น ดังนั้นในตอนแรกการเคลือบสังกะสีหรืออีพ็อกซี่จึงถูกนำไปใช้กับโลหะ
• แต่เนื่องจากปรากฎว่าการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสสำหรับคอนกรีตโพลีเมอร์มีประสิทธิภาพมากกว่าการเสริมแรงเหล็ก - ลักษณะที่แตกต่างของการขยายตัวทางความร้อนได้รับผลกระทบในปี 1983 เอกสารฉบับแรกได้รับการพัฒนาในสหรัฐอเมริกาที่ควบคุมการใช้
• ทำไมต้องเป็นสะพาน? ใช่เพราะสภาพที่ไม่ดีของพวกเขาเกี่ยวข้องกับการกัดกร่อนของอุปกรณ์ซึ่งรบกวนการบริการที่รับผิดชอบต่อการทำงานของพวกเขาอย่างมาก การเสริมแรงแบบคอมโพสิตนั้นถือเป็นโอกาสหลักในการแก้ไขปัญหานี้
• ต่อไปนี้มันได้เริ่มใช้กับเทคโนโลยีขั้นสูงแล้ว: ในการออกแบบห้องปฏิบัติการและศูนย์การแพทย์ที่อัดแน่นไปด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รันเวย์สนามบินและแม้แต่เครื่องปฏิกรณ์ในสถานีไฟฟ้า
• ในประเทศญี่ปุ่นมีการใช้การเสริมแรงที่ไม่ใช่โลหะอย่างแพร่หลายในช่วงกลางทศวรรษที่เก้า จากนั้นพวกเขามีโครงการขนาดใหญ่กว่าร้อยโครงการส่วนใหญ่เป็นการค้าซึ่งใช้การเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาส ในช่วงเวลาประมาณเดียวกันเริ่มต้นจากประเทศเยอรมนีเริ่มใช้ในยุโรปเช่นเดียวกับแคนาดา

แต่ผู้บริโภคที่แข็งแกร่งที่สุดในการเสริมแรงคอมโพสิตก็คือจีนในประเทศนี้มันถูกใช้ไม่เพียง แต่ในการก่อสร้างสะพาน แต่ยังเป็นคนแรกที่ใช้สำหรับการออกแบบโครงสร้างใต้ดินและอุโมงค์

สิ่งที่เปลี่ยนไปในวันนี้

ข้อมูลข้างต้นทั้งหมดพูดเกี่ยวกับข้อดีที่แข็งแกร่งของการเสริมแรงแบบคอมโพสิตและอย่างไรก็ตามไม่เพียง แต่ผู้ค้าส่วนตัวส่วนใหญ่ แต่ผู้สร้างจำนวนมากไม่ทราบเกี่ยวกับมัน และผู้ที่ยังคงรู้บางครั้งไม่เชื่อในเนื้อหานี้

เพื่อขจัดข้อสงสัยเราจะอธิบายในรายละเอียดเพิ่มเติมว่าการเสริมโพลีเมอร์นั้นผลิตในวันนี้ในพื้นที่ที่สามารถใช้งานได้และไม่ใช้

การเสริมแรงแบบโพลิเมอร์

วันนี้มีเทคนิคการผลิตหลายอย่างสำหรับอุปกรณ์ที่ไม่ใช่โลหะที่ใช้วัตถุดิบที่แตกต่างกัน

เพื่อสร้างความเข้าใจที่แตกต่างเราจะนำเสนอประเภทหลักในรูปแบบของตารางเพื่อความชัดเจน:

การเสริมแรงมีลักษณะอย่างไร	คุณสมบัติที่โดดเด่น
ไฟเบอร์กลาส	ภาพแสดงการเสริมแรงไฟเบอร์กลาส (GFRP-Rebar) - ตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุด แท่งพลาสติกที่มีความยาวสูงสุด 12 เมตรเสริมด้วยใยแก้วแบบต่อเนื่องทำจากเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 4 ถึง 40 มม. การเสริมแรงดังกล่าวจะถูกใช้เป็นทางเลือกแทนอะนาล็อกเหล็ก - ในโครงสร้างที่มีแรงตึงหรือการเสริมแรงแบบอัดแรง
พลาสติกหินบะซอล	การเสริมแรงชนิดนี้ (BFRP) แตกต่างจากรุ่นก่อนหน้าในการที่ไม่ใช้ใยแก้ว แต่เป็นหินบะซอลต์สำหรับการเสริมแรงไม่เพียง แต่ในสี แต่ยังมีความต้านทานสูงต่อสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว ระดับความต้านทานไฟอยู่ที่ประมาณเดียวกันเนื่องจากโพลีเมอร์ใด ๆ สามารถทนได้สูงสุด +160 องศา เหมาะอย่างยิ่งสำหรับมูลนิธิและพื้นที่ตาบอด
อุปกรณ์คาร์บอน	ฟิกซ์เจอร์นี้เรียกว่า CFRP ย่อเรียกว่าคาร์บอนเนื่องจากที่นี่มีการสังเคราะห์ด้วยเทอร์โมเซตติงเรซินสังเคราะห์โดยใช้คาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งแตกต่างจากตัวเลือกก่อนหน้านี้สามารถเสร็จสิ้นทรายที่เราเห็นในภาพมันไม่เพียง แต่ใช้ในงานโยธา แต่ยังในการก่อสร้างอุตสาหกรรมเช่นเดียวกับเมื่อวางถนนสร้างสะพานทะเลและโครงสร้างการสื่อสาร เราเน้นว่ากำลังรับแรงดึงของการเสริมแรงดังกล่าวสูงกว่าแท่งเหล็กเกรด AIII ถึงห้าเท่าและเบากว่านั้น 10 เท่า

การเสริมแรงโพลีเมอร์ทุกรุ่นสามารถทำในรูปแบบของสายเคเบิลแท่งหรือแท่งที่ทำโปรไฟล์ รูปร่างของส่วนต่างๆสามารถแตกต่างกันได้: กลวง, แข็ง, สี่เหลี่ยม, กลม

การพันของเส้นใยนั้นอาจแตกต่างกันออกไปและตามที่คุณเห็นจากภาพตัวเลือกของการเคลือบผิวด้านนอก ขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางและระดับความยืดหยุ่นการเสริมแรงสามารถขายเป็นแท่งเดี่ยวหรือบิดเป็นเกลียว

มีข้อเสียหรือไม่?

มีการพูดถึงข้อดีของการเสริมแรงพอลิเมอร์มากมาย แต่ผู้ใช้ที่มีศักยภาพอาจมีคำถามที่ถูกกฎหมาย: "อะไรคือข้อเสียของวัสดุและการใช้งานที่ไม่พึงประสงค์อยู่ที่ไหน"

ที่นี่เราจะตอบคำถามในส่วนนี้ของบทความ:

• ไม่มีวัสดุที่สมบูรณ์แบบ พวกเขามีข้อเสียบางอย่างและที่นี่มันทั้งหมดขึ้นอยู่กับการใช้งานและสภาพการทำงานของโครงสร้าง
• โดยเฉพาะอย่างยิ่งพอลิเมอร์จะด้อยกว่าเหล็กชนิดเดียวกันในด้านการทนไฟเนื่องจากอยู่ในความหนาของคอนกรีตพลาสติกเริ่มละลายแล้วจาก +200 องศาเซลเซียส จุดหลอมเหลวของเหล็กสูงกว่าถึงเจ็ดเท่าดังนั้นในบางพื้นที่ของการก่อสร้างจึงไม่สามารถแทนที่ด้วยพลาสติกได้
• ตัวอย่างเช่นการเสริมแรงแบบคอมโพสิตไม่ได้ใช้สำหรับการผลิตแผ่นพื้น ดังนั้นองค์ประกอบเฟรมของอาคารหลายชั้นสำเร็จรูปหรือการประชุมเชิงปฏิบัติการการผลิตที่มีอันตรายจากไฟไหม้เพิ่มขึ้นได้รับการเสริมด้วยโครงเหล็ก - และเป็นที่เข้าใจว่าทำไม
• แต่สำหรับรากฐานปัจจัยนี้ไม่สำคัญเลยดังนั้นการเสริมแรงชนิดนี้จึงเหมาะสำหรับทุกประเภทกระบวนการประกอบของเฟรมพื้นฐานจากแบบดั้งเดิมนั้นเหมือนกันทุกประการ สิ่งเดียวที่นี่คือการใช้เน็คไทพลาสติกสำหรับถัก - แม้ว่าคุณสามารถใช้ลวด

• หนึ่งในความไม่สะดวกคือมันเป็นไปไม่ได้ที่จะให้การเสริมแรงแบบคอมโพสิตกับรูปร่างที่ต้องการโดยการให้ความร้อนอย่างง่าย ดังนั้นหากจำเป็นต้องผลิตโครงสร้างที่มีรูปทรงโค้งชิ้นส่วนเฟรมสำหรับพวกเขาจะถูกสั่งทำโดยผู้ผลิต
• ในความเป็นจริงนี้รายการของข้อบกพร่องจะสิ้นสุดลง พื้นที่ที่ใช้การเสริมแรงแบบคอมโพสิตเป็นที่ต้องการมากกว่าข้อ จำกัด
• โปรดทราบว่าการเสริมแรงดังกล่าวนั้นง่ายต่อการดำเนินการคุณสามารถตัดมันด้วยเลื่อยที่เรียบง่ายหรือใช้คีมตัดขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็ก ในชีวิตประจำวันนอกเหนือจากการเทฐานรากและพื้นที่ตาบอดก็สามารถนำมาใช้เช่นการสร้างเรือนกระจก

ดังนั้นสำหรับการก่อสร้างส่วนตัวการเสริมแรงด้วยพลาสติกเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดและประหยัดยิ่งกว่า ถ้าคุณเชื่อใจในตันมันมีราคาแพงกว่า แต่ถ้าคุณพิจารณาว่าเนื่องจากความถ่วงจำเพาะที่เบากว่าของแท่งทำให้มีจำนวนมากขึ้นในเชิงปริมาณดังนั้นประโยชน์จึงค่อนข้างจับต้องได้