Koolstofvesel 'pleisters': Min-invasiewe versterking vir brûe en geboue

In die alledaagse lewe gebruik ons pleisters om klein snye en skrape te behandel – eenvoudig en gerieflik. Nou word 'n skynbaar ligte materiaal egter die 'hoofkrag' in strukturele versterking wanneer brûe fyn krake in hul balks ontwikkel en mure van ou geboue met ouderdom geleidelik loskom. Ingenieurstegnologie het ook 'n soortgelyke 'pleister'-oplossing aangeneem—koolstofveselweefsel—wat op 'n minimaal invasiewe wyse stilweg die brûe en geboue om ons versterk.
Eenrigtingweefsel vervaardigingsproses

Eenrigting koolstofveselweefsel is 'n algemeen gebruikte materiaal in koolstofvesel-versterkingsprojekte. Die vervaardigingsproses behels hoofsaaklik die rangskikking, vasstelling en vorming van koolstofveselstringe, met die hoofdoel om seker te maak dat die stringe netjies in een rigting (gewoonlik longitudinaal) uitgelyn is terwyl hoë sterkteeienskappe behou word. Die spesifieke stappe is grofweg soos volg:

Stap Een: Voorbereiding van Koolstofveselstring
PAN-gebaseerde koolstofvesel voorloper filamente (die mark se hoofstroom) word vervaardig uit poliakrielnitril vesels deur voor-oksidasie en karbonisasie prosesse. Hierdie filamente het 'n deursnee van 5–7 mikrometer en toon uiters hoë treksterkte.
Stap Twee: Omspoelproses
Deur middel van die omspoelmachine word duisende tot tienduisende koolstofvesel filamente langs mekaar in parallelle rigting gerangskik en eenvormig in oorweef-lae geplaas. Spanning en uitlyning-presisie word streng beheer om eenrigting-eienskappe te verseker en dwarse skuwing te voorkom.
Stap Drie: Weef/Vastmaakproses
Deur gebruik te maak van uiters fyn dwarsvesels (soos glasvesel of nylon), word die lengtegewyses verseker deur middel van weefsel of verbindings. Tydens die weefproses word die skuiwe met die kettinggare ingeheg teen 'n lae digtheid (‘n paar drade per sentimeter), wat ‘n "stywe ketting, losse skuiw"-struktuur vorm wat versterking verskaf sonder om sterkte te kompromitteer. Alternatiewelik kan ‘n epoksiehars-emulsie gebruik word om die materiaal in ‘n skuiwlose weefsel te bind, alhoewel weefsel steeds die meer algemene metode is.
Stap Vier: Oppervlaktebehandeling
Verwyder onsuiverhede, verhoog oppervlakteruwheid, of pas ‘n koppelingsmiddel toe om hegting aan die kleefstof te verbeter en verenigbaarheid met die hars te verbeter.
Stap Vyf: Instelling en Opspoel
Na droging en instelling, ondergaan die produk kwaliteitsinspeksie en verpakking om die finale produk te word. Gedurende hierdie proses, lê die fokus op die maksimering van die hoë sterkte van die lengtegewyse koolstofveseldrade, met die dwarsdrade wat slegs ‘n bykomende vasmaakfunksie vervul.

Die kern van die hele proses berus in die versekering van parallelle uitlyning en hoë treksterkte van die longitudinale koolstofveselstrande, met die transversale vesels wat slegs 'n hulpbevestigingsfunksie vervul. Gevolglik maak eenrigting koolstofveseldoek volle gebruik van die trek eienskappe van koolstofvesel langs sy longitudinale as, wat dit hoogs geskik maak vir toepassings in strukturele versterking waar trekspannings voorkom.

Beginsels van Versterking
Koolstofveselweefsel word aan die strukturele oppervlak vasgemaak met 'n kompatibele harskleefstof, wat 'n saamgestelde materiaalstruktuur (CFRP) vorm wat saam met die oorspronklike struktuur werk. Met uiters hoë treksterkte (ongeveer tien keer sterker as staal), word die koolstofveselweefsel styf met die beton verbind deur middel van die harskleefstof. Dit oordra eksterne belastings na die koolstofveselweefsel, wat sy hoë-sterkte-eienskappe benut om die struktuur se weerstand teen buiging, skuifkragte en seismiese aktiwiteit te verbeter, terwyl dit gelyktydig kraakverspreiding beperk.

Konstruksieprosedures

Stap Een: Voorbereiding van die Oppervlak
Maak die betonoppervlak skoon, slyp losse lae en olievlekke weg om 'n gladde basisoppervlak te skep.
Stap Twee: Aanbring van die epoksieprimer
Breng 'n lagie primer aan op die beton om te verseker dat die weefsel stewig vasheg.
Stap Drie: Aanbring van die koolstofveselweefsel
Doop die voorafgesnyde koolstofveselfabriek in epoksiehars en pas dit aan op die strukturele areas wat versterking benodig (soos balkonderkante, kolomme, vloerskywe en brugwebbe).
Stap Vier: Rolverdigting en Ontlugting
Druk herhaaldelik met 'n rol om seker te maak dat die kleefstof gelykmatig in die vesels deurdring en lugborrels uitdruk, soortgelyk aan hoe 'n pleister stewig vasgedruk word.
Stap Vyf: Uitharding en Onderhoud
Sodra die kleefstof uitgehard het, smelt die koolstofveselfabriek en beton saam en vorm 'n buitengewoon sterk eksterne laag.

Versterkingskenmerke

Verbetering van draaievermoë: Aangebring op die ondersy van balks → verbeterde buigweerstand; aangebring op kolomme → verbeterde druksterkte en seismiese prestasie.

Kraakbeheer: Koolstofveselfabriek beperk verdere kraakvorming in beton, soos 'n pleister 'n velwond beskerm teen verslegting.

Uitgebreide bedieningslewe: Vlekwerend, anders as staal wat roes, wat dit veral geskik maak vir omgewings soos brûe wat lanktermyn blootgestel is.

Liggewig en doeltreffend: Vinnige konstruksiespoed, het geen swaar masjinerie nodig en voeg geen noemenswaardige addisionele strukturele gewig by nie.

Waarom het koolstofveselweefsel die nuwe keuse vir verstewiging geword?

In vergelyking met tradisionele verstewigingsmetodes soos staalplaatversterking of deursnee-vergroting, bied koolstofveselweefsel duidelike voordele:

Sy liggewig voeg prakties geen addisionele las op die oorspronklike struktuur nie. Met 'n gewig van minder as 300 gram per vierkante meter, verander dit minimaal die beladingsverspreiding van die gebou na toepassing , wat dit veral geskik maak vir die verstewiging van strukture wat sensitief is vir eie gewig, soos antieke geboue en brûe.

Sy korrosiebestendigheid verseker bestendige prestasie in harde omgewings. Of dit nou soutnevelkorrosie op kusbrûe of vogtige toestande in kelderbalke en kolomme is, behou koolstofveselweefsel konstante prestasie met 'n bedryfslewen van meer as 50 jaar.

Doeltreffende installasie verminder projektydlyne aansienlik. Geen swaar masjinerie word benodig nie—slegs handtoepassing is nodig—en die versterking van 'n duisend vierkante meter gebou neem gewoonlik slegs 1–2 weke, wat aansienlik korter is as konvensionele metodes.