Phát triển và ứng dụng vật liệu composite cốt sợi trong các công trình xây dựng mới
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng vật liệu FRP trong các kết cấu mới cũng đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực công trình dân dụng. Bởi vì FRP khác với các tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng truyền thống, nên nó có những lợi thế kỹ thuật lớn và có khả năng phát triển khi được sử dụng trong các kết cấu mới." Xu hướng Nghiên cứu FRP Phần 1" Bài báo đã đề cập rằng các quy trình sản xuất chính của vật liệu FRP bao gồm bện, bện và ép đùn, trong đó, ép đùn là phương pháp phổ biến hơn. Được phân chia theo hình dạng, các sườn FRP tuyến tính hình que được tạo thành bởi quá trình ép đùn thường được gọi là sườn hoặc thanh, bao gồm sườn tròn bề mặt và sườn biến dạng bề mặt, tương đối cứng và khó uốn cong; xoắn bó sợi thành các vòng xoắn Các đường gân FRP ở dạng dây thừng kết hợp được gọi là dây thừng hoặc dây bện. Chúng là những sợi đơn hoặc nhiều sợi, có độ cứng thấp, có thể uốn cong và quấn thành cuộn. Khuyến nghị sử dụng vật liệu gia cường thủy tinh Pulwell, công nghệ được cấp bằng sáng chế, chất lượng được đảm bảo!
Phương pháp tạo hình sườn FRP chuyên nghiệp của Pulwell'(Hình 1)
Vào đầu những năm 1960, công ty Marshall-Vega của Mỹ đã sản xuất thanh GFRP, được sử dụng để giải quyết các nguy cơ ăn mòn do muối của các kết cấu bê tông cốt thép ở các khu vực ngoài khơi và các khu vực lạnh giá. Bắt đầu từ những năm 1980, thanh FRP đã dần được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu có yêu cầu tính năng đặc biệt để thay thế các thanh thép. Ví dụ, các tòa nhà có thiết bị y tế cộng hưởng từ và tường chắn sóng, các tấm xây dựng nhà máy công nghiệp và các cấu trúc khác bị xói mòn hóa học nghiêm trọng. Theo dõi và giám sát hơn 20 năm cho thấy kết cấu bê tông cốt thép FRP hoạt động tốt, tính kinh tế toàn diện của cả vòng đời tốt hơn so với kết cấu bê tông cốt thép thường xuyên được bảo trì và cải tạo. Địa kỹ thuật cũng là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của gia cố FRP. Nó đã được sử dụng trong kỹ thuật như tường chắn, neo móng và đường hầm tàu điện ngầm xen kẽ giữa khô và ướt do sự thay đổi của thủy triều (Hình 2).
Hình 2 Gia cố FRP trong cấu trúc thay vì thép
Một hình thức sử dụng khác của gân và sợi FRP là kết cấu bê tông dự ứng lực, hiện nay chủ yếu được sử dụng trong kỹ thuật cầu. Đức đã xây dựng cầu đường bê tông dự ứng lực đầu tiên trên thế giới với cốt sợi thủy tinh ở Düsseldorf vào năm 1986-Cầu Ulenberg Strass. Cầu sử dụng 59 thanh dự ứng lực bằng vật liệu composite trong bản thượng tầng, mỗi thanh bao gồm 19 thanh nâng cấp bằng sợi thủy tinh không kiềm (E) có đường kính 7,5 mm và tổng cộng 4 tấn GFRP được sử dụng cho toàn bộ cây cầu. . Năm 1991, một cây cầu bê tông dự ứng lực với tổng chiều dài 80 m được xây dựng ở Ludwigshafen với các gân CFRP để ứng suất trước một phần. Cốt FRP, cốt FRP-bê tông, cấu kiện composite ống FRP, v.v., hiện đang là tiêu chuẩn thiết kế quan trọng nhất đối với vật liệu FRP trong lĩnh vực xây dựng dân dụng. Pulwell có 25 năm kinh nghiệm trong quá trình sản xuất vật liệu composite cốt FRP, và có một số lượng lớn các trường hợp kỹ thuật và kinh nghiệm xây dựng.
Cấu trúc tổng hợp bê tông-lưới FRP
Lưới FRP là một lưới tổng thể được hình thành bằng cách ngâm tẩm các sợi liên tục hiệu suất cao như sợi carbon và sợi thủy tinh trong một loại nhựa có khả năng chống ăn mòn tốt. Sau khi sợi được thâm nhập và đóng rắn bởi nhựa, nó có độ bền và độ cứng cao hơn, khác với độ mềm dẻo của dệt và tạo hình. Lưới tản nhiệt (Hình 3).
Lưới FRP dễ sử dụng, thi công đơn giản và nhanh chóng. Nó có thể thay thế các thanh thép trong kết cấu bê tông mới. Nó đặc biệt thích hợp cho các bức tường và tấm. Nó trở thành vật liệu cơ bản khi được áp dụng trong những điều kiện đặc biệt và có thể tạo thành một hệ thống mới. Nó không chỉ là một chất bổ sung cho vật liệu FRP truyền thống.
Hình 3 Lưới CFRP
Ứng dụng kỹ thuật của vật liệu lưới FRP bắt đầu vào những năm 1980. Nhật Bản ban đầu sử dụng lưới sợi thủy tinh để gia cố kết cấu, và sau đó lưới sợi carbon đã được phát triển nhanh chóng và số lượng ứng dụng kỹ thuật đã tăng lên nhanh chóng. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong đường hầm và máy bay. Đường băng, sân đỗ, cầu, đường cao tốc, tòa nhà, mương và nhiều dự án xây dựng và gia cố mới khác.
Ví dụ, trong việc xây dựng các công trình ngầm, tấm chắn đường hầm, v.v., lưới FRP có thể được sử dụng làm cốt thép chịu lực và bê tông để tạo thành một bức tường liên tục dưới lòng đất. Khi hoạt động thi công máy chắn gặp tường liên tục có thể cắt trực tiếp. Không cần phải cắt thủ công như khi gặp tường bê tông cốt thép, giúp tiết kiệm nhiều nhân lực và thời gian, giảm rủi ro khi thi công (Hình 4).
Hình 4 Lưới CFRP được sử dụng trong kỹ thuật đường hầm
Ngoài ra, lưới FRP có trọng lượng nhẹ và về cơ bản mỏng, dễ gia công thành các hình dạng khác nhau và có thể được sử dụng làm vật liệu chịu ứng suất chính cho các cấu kiện đúc sẵn và đặc biệt thích hợp để sản xuất các cấu kiện đúc sẵn như tấm, ống và cấu trúc bao vây. Hiện tại, các sản phẩm nhà tiền chế FRP liên quan đã được đẩy mạnh và ứng dụng.
Sản phẩm đúc sẵn lưới CFRP
Cấu trúc tổng hợp bê tông-ống FRP
Ống FRP là một lớp vỏ nhiều lớp với việc đặt sợi đa hướng. Nó được thực hiện bằng phương pháp cuộn dây, phương pháp đúc ly tâm và phương pháp ép đùn. Sợi có thể được đặt theo hướng vòng hoặc ± α ° với hướng vòng (Hình 5).
Đổ bê tông vào ống FRP có thể tạo thành cấu kiện hỗn hợp bê tông ống FRP, tương tự như bê tông ống thép, cấu kiện bê tông ống FRP nói chung có hai dạng: cấu kiện bê tông ống tròn FRP và cấu kiện bê tông ống vuông FRP.
Hình 5 ống FRP
Bê tông ống FRP có tính năng chống địa chấn vượt trội. Nó có thể được thiết kế mà không có hoặc giảm bớt cốt thép, và không cần ván khuôn trong quá trình xây dựng. Ống nhẹ chất lượng, thi công dễ dàng, nhanh chóng nên giảm được khối lượng công việc và chi phí xây dựng. Bê tông ống FRP chống ăn mòn và có thể sử dụng lâu dài dưới nước. Nó đặc biệt thích hợp để sử dụng trong các công trình thủy lực và công trình biển. Chi phí bảo trì thấp và lợi ích kinh tế lâu dài của nó có những lợi thế rõ ràng (Hình 6).
Hình 6 Cọc ống FRP đang được xây dựng
Các thành phần và cấu trúc FRP
Ngoài việc được sử dụng kết hợp với bê tông, vật liệu FRP cũng có thể được sử dụng độc lập như các thành phần kết cấu, hoặc thậm chí tạo thành kết cấu FRP đầy đủ.
Mái FRP
Vào những năm 1960, Vương quốc Anh đã bắt đầu sản xuất kết cấu mái bằng composite GFRP, được vận chuyển đến Trung Đông và Bắc Phi để xây dựng và sử dụng. Năm 1968, một cấu trúc mái vòm sử dụng tấm bánh sandwich GFRP và khung nhôm được xây dựng ở Bengazhi, Libya; năm 1972, Alian thủ lĩnh sân bay quốc tế Dubai sử dụng mái che GFRP. Trong những năm 1970 và 1980, một số tòa nhà ở Anh đã sử dụng GFRP như các cấu kiện chịu lực hoặc bán tải ngoài dầm và cột. Năm 1974, tòa nhà hoàn toàn bằng composite đầu tiên được hoàn thành ở Lancashire, Anh, với cấu trúc không gian bao gồm các kim tự tháp tam giác.
Năm 1994, cây cầu Bond Mill được xây dựng ở Vương quốc Anh được cấu thành từ các cấu kiện ép cọc GFRP. Nó là một cây cầu di động có thể vượt qua một chiếc xe tải 40 tấn. Năm 1996, Russell, Kansas, Hoa Kỳ, đã dựng lên cây cầu đường bộ đầu tiên sử dụng tấm sàn FRP. Trong vòng chưa đầy mười năm kể từ đó, đã có hàng chục cây cầu cỡ vừa và nhỏ sử dụng sàn FRP ở Hoa Kỳ.
Hình 7 Bản mặt cầu FRP đang được xây dựng
Cấu trúc FRP đầy đủ cũng đã được sử dụng trong kỹ thuật cầu. Tuổi thọ lý thuyết của cấu trúc có thể lên tới hàng trăm năm và nó có thể được bảo trì miễn phí trong thời gian bảo dưỡng. Nó đã được đánh giá cao ở Châu Âu trong những năm gần đây. Hiện tại, hàng trăm cấu trúc FRP quy mô nhỏ đã được xây dựng. Cầu đi bộ và cầu cảnh quan. Ví dụ, cây cầu kết cấu FRP hoàn chỉnh đầu tiên trên thế giới - Cầu đi bộ Aberfeldy ở Scotland, với tổng chiều dài 113 m và nhịp chính 63 m, là một hệ thống dây văng với hai tháp và hai mặt phẳng cáp. Các tháp cầu, dầm và sàn Các lan can và lan can đều được làm bằng các cấu kiện GFRP ép đùn được sản xuất trước trong nhà máy. Cáp cầu được làm bằng sợi Kevlar aramid. Việc cài đặt toàn bộ trang web cầu chỉ mất 6 tuần. Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc và các quốc gia khác cũng đã xây dựng thành công một loạt các cây cầu đi bộ hoàn chỉnh bằng cấu trúc FRP.
Ứng dụng của FRP trong Kỹ thuật Đại dương
Trong chiến lược đẩy mạnh phát triển tài nguyên biển, việc xây dựng kết cấu hạ tầng giao thông vận tải biển liên quan đến nhiều lĩnh vực như cảng, bến, dàn khoan hàng hải, xây dựng công trình đảo, bãi đá ngầm, cầu vượt biển. Hiện tại, hầu hết các cơ sở này là kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu thép. Môi trường là một môi trường ăn mòn rất khắc nghiệt, và độ bền của kết cấu bê tông cốt thép truyền thống và kết cấu thép phải đối mặt với các thử nghiệm khắc nghiệt trong môi trường này. Xem xét các yêu cầu kỹ thuật khác nhau của xây dựng công trình biển, vật liệu kết cấu phải có các đặc tính toàn diện như cường độ cao, mật độ thấp, độ bền cao, dễ tạo hình, thi công thuận tiện, v.v., và vật liệu FRP đã được chứng minh là có những điều trên thông qua một số lượng lớn nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật. Yêu cầu về hiệu suất là một lựa chọn tốt để giải quyết nhiều khó khăn về độ bền vật liệu và công nghệ thi công trong xây dựng công trình biển. Ngoài ra, để xây dựng các đảo và rạn san hô xa xôi, vật liệu FRP cũng có thể được sử dụng kết hợp với bê tông nước biển và cát biển (cát san hô) để tạo thành kết cấu hỗn hợp bê tông cát biển FRP-nước biển, giải quyết cơ bản vấn đề lấy vật liệu tại chỗ và giảm đáng kể việc vận chuyển của dự án. Giá thành và chi phí xây dựng.
Kết luận
Nghiên cứu ứng dụng FRP trong xây dựng dân dụng hiện đang là một chủ đề hot trong lĩnh vực xây dựng dân dụng. Ngoài việc gia cố các kết cấu hiện có và một số ứng dụng đơn giản, vật liệu FRP còn có nhiều ứng dụng rộng rãi hơn. Pulwell luôn theo sát nhu cầu thị trường, chúng tôi tiếp tục phát triển và nghiên cứu các ứng dụng FRP mới nhất để sản xuất vật liệu composite chất lượng cao. Khi nhiều quốc gia có yêu cầu ngày càng cao về độ an toàn và tuổi thọ của các công trình trong xây dựng cơ sở hạ tầng và tòa nhà lớn trong các ngành khác nhau, nhu cầu về vật liệu xây dựng hiệu suất cao mới do FRP đại diện ngày càng trở nên cấp thiết hơn. Tôi tin tưởng Trong tương lai gần, việc ứng dụng FRP trong các kết cấu mới sẽ trở thành một ngành công nghiệp mới nổi với đà phát triển mạnh mẽ và dung lượng thị trường rất lớn.
Để biết thêm thông tin về vật liệu FRP, vui lòng liên hệ với chúng tôi tại info@gfrp-china.com.
