פיתוח ויישום של חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבים במבנים חדשים שנבנו
חומר מרוכב מחוזק בסיבים (להלן"FRP") הוא חומר מרוכב של סיבים רציפים ושרף מטריקס. חומרי FRP המשמשים כיום בהנדסה אזרחית כוללים בעיקר חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי פחמן (CFRP), חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי זכוכית (GFRP), חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי ארמיד (AFRP), וחומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי בזלת (BFRP).
נכון לעכשיו, יריעת FRP המיוצגת על ידי בד סיבי פחמן הפכה לחומר חיזוק מבני חשוב ונמצאת בשימוש נרחב בבנייה מחדש וחיזוק של מבנים אזרחיים ותעשייתיים שונים. פולוול הוא מפעל בקנה מידה גדול המתמחה בייצור חומרים מרוכבים FRP בסין. הטכנולוגיה מאוד בוגרת וחווית הבנייה עשירה מאוד.
בשנים האחרונות הפך המחקר והיישום של חומרי FRP במבנים חדשים למוקד מחקר גם בתחום ההנדסה האזרחית. מכיוון ש-FRP שונה מהתכונות הפיזיקליות והמכניות של חומרי בניין מסורתיים, יש לו יתרונות טכניים גדולים ומרחב פיתוח למבנים חדשים, הבאים לידי ביטוי בעיקר ב:
1) קל משקל וחוזק גבוה. החוזק הספציפי של FRP (היחס בין חוזק לצפיפות) הוא פי 20-50 מזה של פלדה. השימוש בחומר FRP יכול להפחית במידה ניכרת את איכות המבנה ולהגדיל במידה ניכרת את המרווח האולטימטיבי של גשרים ומבנים גדולים. .
2) עמידות טובה בפני קורוזיה, יכולה לשמש למבנים ומבנים הדורשים סביבות מיוחדות כמו הנדסת נמל, הנדסה תת קרקעית, גשרים ומבנים כימיים.
3) דפוס נוח, יכולת עיצוב חזקה וניתן לעצב אותו בקלות לתוך צלעות, כבלים, צינורות ופרופילים אחרים.
4) FRP הוא חומר אלסטי ליניארי, שניתן להחזירו לצורתו המקורית לאחר עיוות גדול, מה שיותר יתרון למבנים שיכולים לעמוד בעומסים דינמיים גדולים ועומסי פגיעה.
לחומרי FRP יש גם יתרונות אחרים כגון לא מגנטי, בידוד (למעט CFRP) ומקדם התפשטות תרמית קטן, ויכולים למלא תפקיד שקשה להחליף חומרי בניין אחרים במבנים מיוחדים מסוימים.
טופס בקשה של FRP במבנה חדש
מבנה מרוכב בטון FRP
מבנה מרוכב FRP-בטון מתייחס לשילוב של חומר FRP ובטון בצורה מסוימת כדי לשאת במשותף את העומס. צורותיו כוללות מבנה סרגל בטון FRP, מבנה בטון רשת FRP, קורת מרוכבת בטון FRP (איבר מסוג קרן FRP בשילוב כנפי בטון), רכיבים מרוכבים של צינור בטון FRP וכו'.
המבנה המרוכב של FRP-בטון עושה שימוש מלא במאפיינים של FRP ובטון, בעל תכונות מכניות טובות והתאמה סביבתית טובה, ויכול לעמוד בדרישות השימוש בתנאי עבודה שונים. במיוחד בהנדסה ימית, כבישי תנועה, גשרים ומנהרות, הנדסה עירונית ופרויקטים בקנה מידה גדול אחרים עם סביבות שימוש מורכבות ודרישות ביצועים גבוהות של חומרים, ניתן להפעיל יותר את היתרונות הטכניים של המבנה המרוכב החדש.
מבנה מרוכב של בר-בטון FRP
בתנאי סביבה קשים, כמו תנאי רטוב ויבש מתחלפים, מדיה כימית וכדומה, מוטות פלדה רגילים מועדים לקורוזיה, הפוגעת קשות בעמידות המבנה ותחולתו ומפחיתה את כושר הנשיאה של המבנה. במקרה זה, מוטות FRP בעלי ביצועים טובים נגד קורוזיה, תכונות מליטה דומות למוטות פלדה וחוזק מתיחה גבוה הופכים לבחירה טובה יותר להחלפת מוטות פלדה (טבלה 1).
טבלה 1 מדד ביצועים פיזיים ומכניים של חיזוק FRP
סוּג | ברזל פלדה | סרגל GFRP | סרגל CFRP | מגן AFRP |
צפיפות/(g.cm-3) | 7.9 | 1.25-2.10 | 1.50-1.60 | 1.25-1.40 |
חוזק תפוקה/(MPa) | 276-517 | - | - | - |
חוזק מתיחה/(MPa) | 483-690 | 483-1600 | 600-3690 | 1720-2540 |
מודול אלסטי/(GPa) | 200 | 35-51 | 120-580 | 41-125 |
התארכות אולטימטיבית/% | 6.0-12.0 | 1.2-3.10 | 0.5-1.70 | 1.9-4.40 |
הערה: תכולת נפח הסיבים היא 50% עד 70%.
צלעות FRP נוצרות על ידי הספגה וריפוי של מספר צרורות סיבים רציפים עם שרף תואם לפי תהליך ספציפי. תהליכי הייצור העיקריים כוללים קלוע, תקוע ופולטרוד. ביניהם, pultruded היא שיטה נפוצה יותר (איור 1). מחולקים לפי צורה, צלעות FRP ליניאריות בצורת מוט הנוצרות על ידי דחיסה נקראות בדרך כלל צלעות או מוטות, כולל צלעות עגולות משטח וצלעות מעוותות על פני השטח, שהן קשיחות יחסית וקשות לכיפוף; סובבו את צרור הסיבים לפיתולים צלעות ה-FRP בצורת חבלים מורכבים נקראות חבלים או גדילים. הם גדילים בודדים או מרובים, בעלי קשיחות נמוכה, וניתן לכופף אותם ולפתול אותם לגלילים. ממליץ על שימוש בחומר חיזוק זכוכית Pulwell, טכנולוגיה מוגנת בפטנט, איכות מובטחת!
a-סוג קלוע; b-סוג חוט מעוות; c — צלעות מעוותות מעוותות.
דברי סיכום (חלק 1)
מחקר היישום של FRP בהנדסה אזרחית הוא כיום נושא פופולרי בתחום ההנדסה האזרחית. ההבנה של חומרי FRP בתעשיית הבנייה עדיין מתמקדת בעיקר בחיזוק מבנים קיימים וכמה יישומים פשוטים. בשל סף ההשקעה הטכני של מחקר יישומי הנדסה אזרחית של FRP גבוה יותר, וההבנה של הכלכלה של כל מחזור החיים של המבנה אינה עמוקה מספיק, וגם היישומים ההנדסיים הקשורים הנוכחיים הם פחותים.
עם הקמת תשתיות לאומיות מרכזיות ובניית מבנים בתעשיות שונות, הדרישות לבטיחות מבנית וחיי שירות הולכות וגדלות, והביקוש לחומרי בניין חדשים בעלי ביצועים גבוהים המיוצגים על ידי FRP הופכת דחופה יותר ויותר. אני מאמין שבעתיד הקרוב יישום FRP במבנים חדשים יהפוך לתעשייה מתפתחת עם תנופת פיתוח חזקה ויכולת שוק עצומה.
המשך יבוא...
למידע נוסף על מוצרי היישום של FRP' במבנים חדשים, הישאר מעודכן:http://www.gfrp-china.com/composite-rebar/fiberglass-rebar/fiberglass-reinforced-polymer-rebar.html
