Vývoj a aplikace vláknem vyztužených kompozitních materiálů v nově stavěných konstrukcích
Výzkum a aplikace FRP materiálů v nových konstrukcích se v posledních letech staly také ohniskem výzkumu v oblasti stavebnictví. Protože FRP se liší od fyzikálních a mechanických vlastností tradičních stavebních materiálů, má velké technické výhody a prostor pro rozvoj při použití v nových konstrukcích. Předchozí"FRP Research Trends Part 1" článek zmínil, že hlavní výrobní procesy FRP materiálů zahrnují pletené, splétané a pultrudované, mezi nimiž je pultrudovaný způsob běžnější. Prutovitá lineární FRP žebra vytvořená pultruzí, rozdělená podle tvaru, se obecně nazývají žebra nebo tyče, včetně povrchových kruhových žeber a povrchově deformovaných žeber, která jsou relativně tuhá a obtížně se ohýbají; stočte svazek vláken do zákrutů Žebra FRP ve formě kompozitních lan se nazývají lana nebo prameny. Jsou to jednoduché nebo vícepramenné, s nízkou tuhostí a lze je ohýbat a navíjet do rolí. Doporučujeme použití vyztužovacího materiálu skla Pulwell, patentovaná technologie, kvalita zaručena!
Pulwell' profesionální metoda tváření žeber FRP(Obrázek 1)
Počátkem 60. let minulého století vyráběla americká společnost Marshall-Vega tyče z GFRP, které se používaly k řešení nebezpečí koroze solí u železobetonových konstrukcí v pobřežních oblastech a chladných oblastech. Od 80. let 20. století byly FRP tyče postupně široce používány v konstrukcích se speciálními požadavky na výkon jako náhrada ocelových tyčí. Například budovy s lékařským vybavením a hrázemi s magnetickou rezonancí, panely průmyslových továren a další konstrukce, které jsou vystaveny silné chemické erozi. Sledování a monitorování po dobu více než 20 let zjistilo, že tyčový beton FRP je v dobrém provozním stavu a celková hospodárnost celého životního cyklu je lepší než u železobetonové konstrukce, která je často udržována a renovována. Geotechnické inženýrství je také důležitou aplikační oblastí FRP výztuže. Používá se ve strojírenství, jako jsou opěrné zdi, základové kotvy a kesony metra, které se střídají mezi suchými a vlhkými kvůli změnám přílivu a odlivu (obrázek 2).
Obr.2 FRP výztuž v konstrukci místo oceli
Další formou použití FRP kabelů a lan jsou předpjaté betonové konstrukce, které se v současnosti nejvíce používají v mostním stavitelství. Německo postavilo v Düsseldorfu v roce 1986 první silniční most z předpjatého betonu s výztuží ze skelných vláken na světě' – Ulenberg Strass Bridge. Most používá 59 předpjatých tyčí z kompozitního materiálu v desce nástavby, každá tyč je složena z 19 tyčí ze skleněných vláken (E) bez alkálií o průměru 7,5 mm a na celý most jsou použity celkem 4 t GFRP . V roce 1991 byl v Ludwigshafenu postaven most z předpjatého betonu o celkové délce 80 m s CFRP výztuhami k částečnému předpětí. FRP výztuž, FRP výztuž-beton, FRP trubkové kompozitní komponenty atd. jsou v současnosti nejdůležitějšími konstrukčními standardy pro FRP materiály v oblasti stavebnictví. Společnost Pulwell má 25 let zkušeností s procesem výroby kompozitních materiálů vyztužených FRP a má velké množství konstrukčních případů a konstrukčních zkušeností.
FRP mřížko-betonová kompozitní konstrukce
FRP mřížka je celková mřížka vytvořená impregnací vysoce výkonných nekonečných vláken, jako jsou uhlíková vlákna a skelná vlákna, v pryskyřici s dobrou odolností proti korozi. Poté, co je vlákno infiltrováno a vytvrzeno pryskyřicí, má vyšší pevnost a tuhost, která se liší od pružnosti tkaní a tvarování. Mřížka (obrázek 3).
FRP mřížka se snadno používá, je jednoduchá a rychlá na konstrukci. Může nahradit ocelové tyče v nových betonových konstrukcích. Je vhodný zejména na stěny a desky. Při aplikaci za zvláštních podmínek se stává základním materiálem a může tvořit nový systém. Nejde jen o doplněk k tradičním FRP materiálům.
Obr.3 CFRP mřížka
Inženýrská aplikace FRP mřížkových materiálů začala v 80. letech 20. století. Japonsko zpočátku používalo mřížky ze skleněných vláken pro zpevnění konstrukce a poté byly rychle vyvinuty mřížky z uhlíkových vláken a množství inženýrských aplikací rychle vzrostlo. Byl široce používán v tunelech a letadlech. Přistávací dráhy, odbavovací plochy, mosty, dálnice, budovy, příkopy a mnoho dalších nových stavebních a zpevňovacích projektů.
Například při výstavbě podzemních staveb, tunelových štítů atd. lze FRP mřížky použít jako předepjatou výztuž a beton pro vytvoření podzemní souvislé stěny. Když konstrukční operace štítového stroje narazí na souvislou stěnu, lze ji přímo řezat. Nemusí se ručně řezat jako při setkání se železobetonovými stěnami, což šetří mnoho pracovních sil a času a snižuje stavební rizika (obrázek 4).
Obr.4 CFRP mřížka používaná v tunelovém inženýrství
Kromě toho je FRP síťovina lehká a v zásadě tenká, snadno zpracovatelná do různých tvarů a může být použita jako hlavní nosný materiál pro prefabrikované díly a je zvláště vhodná pro výrobu prefabrikovaných součástí, jako jsou desky, trubky a konstrukce krytu. V současné době jsou propagovány a aplikovány související FRP prefabrikáty.
Prefabrikované výrobky z CFRP mřížky
FRP trubka-betonová kompozitní konstrukce
FRP trubka je laminovaný plášť s vícesměrným kladením vláken. Vyrábí se metodou navíjení, metodou odstředivého lití a metodou pultruze. Vlákno lze pokládat ve směru obruče nebo ±α° s obručovým směrem (obrázek 5).
Lití betonu do FRP trubek může tvořit kompozitní komponenty FRP trubka-beton, podobně jako beton z ocelových trubek, komponenty FRP trubka-beton mají obecně dvě formy: betonové komponenty FRP kruhové trubky a betonové komponenty FRP čtvercových trubek.
Obr.5 FRP potrubí
FRP trubkový beton má vynikající seismické vlastnosti. Lze jej navrhnout bez výztuže nebo s redukovanou výztuží a při stavbě není potřeba žádné bednění. Trubka je lehká v kvalitě a snadno a rychle se staví, což může snížit pracovní zátěž a náklady na stavbu. Trubkový beton FRP je odolný proti korozi a lze jej používat po dlouhou dobu pod vodou. Je zvláště vhodný pro použití ve vodních stavbách a námořním stavitelství. Jeho náklady na údržbu jsou nízké a jeho dlouhodobé ekonomické výhody mají zjevné výhody (obrázek 6).
Obr.6 Hromada FRP trubek ve výstavbě
FRP komponenty a konstrukce
Kromě použití v kombinaci s betonem mohou být FRP materiály také použity samostatně jako konstrukční prvky nebo dokonce tvořit plnou FRP strukturu.
FRP střecha
V 60. letech 20. století začala Velká Británie vyrábět kompozitní střešní konstrukce z GFRP, které byly dodávány na Střední východ a do severní Afriky ke stavbě a použití. V roce 1968 byla v Bengazhi v Libyi postavena kupolová konstrukce využívající sendvičové panely GFRP a hliníkové kostry; v roce 1972 používá alianský náčelník Dubajské mezinárodní letiště deštníkovou střechu z GFRP. V 70. a 80. letech 20. století některé budovy ve Spojeném království používaly GFRP jako nosné nebo polonosné součásti jiné než nosníky a sloupy. V roce 1974 byla v anglickém Lancashire dokončena první celokompozitní budova s prostorovou strukturou složenou z trojúhelníkových pyramid.
V roce 1994 byl most Bond Mill postavený ve Spojeném království složen z GFRP pultrudovaných profilů. Jde o pohyblivý most, který dokáže projet i 40tunový náklaďák. V roce 1996, Russell, Kansas, USA, postavil první silniční most s použitím FRP palubních desek. Za necelých deset let od té doby vznikly ve Spojených státech desítky malých a středně velkých mostů využívajících FRP paluby.
Obr.7 FRP mostovka ve výstavbě
Celá konstrukce FRP byla také použita v mostním inženýrství. Teoretická životnost konstrukce může dosáhnout stovek let a během provozu ji lze udržovat volně. V Evropě je v posledních letech velmi uznávaný. V současné době byly postaveny stovky malých FRP konstrukcí. Lávka pro pěší a krajinářský most. Například první most na světě s plnou konstrukcí FRP – Aberfeldy Pedestrian Bridge ve Skotsku, s celkovou délkou 113 ma hlavním rozpětím 63 m, je zavěšený systém se dvěma věžemi a dvěma lanovými rovinami. Mostní věže, nosníky a paluby Zábradlí a zábradlí jsou vyrobena z pultrudovaných GFRP profilů předem vyrobených v továrně. Mostní kabely jsou vyrobeny z kevlarového aramidového vlákna. Kompletní instalace mostu trvá pouze 6 týdnů. Spojené státy, Japonsko, Čína a další země také úspěšně postavily řadu mostů pro pěší s plnou konstrukcí FRP.
Aplikace FRP v oceánském inženýrství
Ve strategii prosazování rozvoje mořských zdrojů zahrnuje výstavba námořní dopravní infrastruktury mnoho oblastí, jako jsou přístavy a přístaviště, námořní plošiny, inženýrské stavby ostrovů a útesů a mosty přes moře. V současné době tvoří většinu těchto zařízení železobetonové konstrukce a ocelové konstrukce. Prostředí je velmi drsné korozní prostředí a trvanlivost tradičních železobetonových konstrukcí a ocelových konstrukcí v tomto prostředí čelí náročným zkouškám. S ohledem na různé technické požadavky na stavbu lodního inženýrství by konstrukční materiály měly mít komplexní vlastnosti, jako je vysoká pevnost, nízká hustota, vysoká odolnost, snadné tvarování, pohodlná konstrukce atd. výzkumných a inženýrských aplikací. Požadavky na výkon jsou dobrou volbou pro vyřešení mnoha obtíží s odolností materiálů a konstrukční technologií v lodním inženýrství. Kromě toho lze pro stavbu vzdálených ostrovů a útesů použít FRP materiály také v kombinaci s mořskou vodou a mořským pískem (korálovým pískem) betonem pro vytvoření kompozitní struktury FRP-mořská voda z mořského písku, což zásadně řeší problém získávání materiálů na místě a výrazně snižuje přepravu projektu. Náklady a náklady na výstavbu.
Závěrečné poznámky
Aplikační výzkum FRP ve stavebnictví je v současnosti žhavým tématem na poli pozemního stavitelství. Kromě vyztužení stávajících konstrukcí a některých jednoduchých aplikací mají FRP materiály mnoho širších aplikací. Pulwell sleduje Podle poptávky trhu pokračujeme ve vývoji a výzkumu nejnovějších aplikací FRP pro výrobu vysoce kvalitních kompozitních materiálů. Vzhledem k tomu, že řada zemí má stále vyšší požadavky na bezpečnost a životnost konstrukcí při výstavbě významné infrastruktury a budov v různých průmyslových odvětvích, je poptávka po nových vysoce výkonných stavebních materiálech reprezentovaných FRP stále naléhavější. Věřím, že v blízké budoucnosti se aplikace FRP v nových strukturách stane rozvíjejícím se odvětvím se silným vývojovým tempem a obrovskou tržní kapacitou.
Pro více informací o FRP materiálech nás prosím kontaktujte na info@gfrp-china.com.
