Các composite polyme gia cường bằng sợi (FRP) được sử dụng rộng rãi để gia cường bên ngoài cho các kết cấu bê tông. Nhiều dòng FRP bao gồm CFRP, GFRP, BFRP và AFRP có sẵn, mỗi dòng có hành vi vật liệu riêng biệt. Chuyên gia thiết kế được cấp phép phải chọn một hệ thống FRP dựa trên các điều kiện vận hành dự kiến. Mặc dù các vật liệu FRP thay thế phục vụ cho các ứng dụng ngách, Polyme gia cường bằng sợi carbon (CFRP) nổi bật trong hầu hết các dự án cải tạo kết cấu đòi hỏi khắt khe nhất.

Dưới đây chúng tôi so sánh hiệu suất theo các tiêu chí lựa chọn cốt lõi để xác định nơi CFRP mang lại hiệu suất vượt trội.

Các cân nhắc về môi trường

Các điều kiện môi trường ảnh hưởng đến nhựa và sợi của tất cả các hệ thống FRP. Các thuộc tính cơ học bao gồm cường độ kéo, biến dạng kéo giới hạn và mô đun đàn hồi có thể bị suy giảm khi tiếp xúc với độ kiềm, nước mặn, hóa chất, tia UV, nhiệt độ cao, độ ẩm cao và các chu kỳ đông đá-tan băng. Các giá trị thiết kế vật liệu phải tính đến sự suy giảm này.

Độ kiềm và độ axit

Hiệu suất dài hạn của một hệ thống FRP trong môi trường kiềm hoặc axit phụ thuộc vào cả ma trận và sợi.

Sợi carbon khô, không được bảo vệ kháng lại cả sự tấn công kiềm và axit. Ngược lại, sợi thủy tinh trần từ từ suy giảm dưới tác động của môi trường kiềm và axit. Với ma trận nhựa được chọn phù hợp, các tấm laminate CFRP cách ly các sợi carbon khỏi môi trường ăn mòn và kháng lại sự xuống cấp. Đối với các kết cấu bê tông, môi trường nước mặn ven biển và các cơ sở công nghiệp có tiếp xúc hóa chất, CFRP mang lại khả năng kháng ăn mòn dài hạn đáng tin cậy hơn GFRP.

Giãn nở nhiệt

Các hệ thống FRP khác nhau về hành vi giãn nở nhiệt, và các thành phần sợi cũng như polyme bên trong mỗi hệ thống FRP cũng biến thiên.

Sợi carbon có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng không. Sợi thủy tinh có sự giãn nở nhiệt tương tự như bê tông, trong khi nhựa polyme trong các hệ thống gia cường FRP thường có hệ số giãn nở nhiệt lớn gấp khoảng năm lần so với bê tông.

Sự giãn nở nhiệt của sợi CFRP gần bằng không làm giảm đáng kể sự không khớp biến dạng gây ra bởi nhiệt giữa FRP và nền bê tông. Mặc dù các tính toán chênh lệch biến dạng phức tạp do hướng sợi, tỷ lệ thể tích sợi và độ dày lớp keo dán, kinh nghiệm thực tế cho thấy sự khác biệt giãn nở nhiệt không làm hại đến sự bám dính ở các dao động nhiệt độ bình thường (±50°F / ±28°C). Đặc tính độc đáo này làm cho CFRP được ưu tiên cho các kết cấu chịu biến thiên nhiệt độ lớn.

Các cân nhắc về tải trọng

Các điều kiện tải trọng ảnh hưởng riêng biệt đến các loại sợi khác nhau. Việc lựa chọn FRP phải phù hợp với chế độ tải trọng dự kiến.

Đứt do trôi (creep rupture) và mỏi

Đây là nơi CFRP thể hiện ưu thế quyết định nhất của nó.

Các hệ thống CFRP có khả năng kháng đứt do trôi rất cao dưới tải trọng tĩnh duy trì và kháng phá hủy do mỏi dưới tải trọng chu kỳ. GFRP và BFRP nhạy cảm hơn nhiều đối với cả tải trọng duy trì và tải trọng chu kỳ lặp lại.

Đối với cầu, dầm cẩu, bản sàn công nghiệp và các kết cấu khác chịu tải trọng sống lặp lại hoặc tải trọng thường xuyên dài hạn, CFRP là hệ thống FRP được ưu tiên để đảm bảo an toàn kết cấu dài hạn.

Các cân nhắc về độ bền

Tất cả các hệ thống FRP được chỉ định phải hoàn thành thử nghiệm độ bền phù hợp với môi trường ứng dụng, bao gồm chu kỳ nóng-ẩm, ngâm kiềm, chu kỳ đông đá-tan băng, phơi nhiễm UV, nhiệt khô và phơi nhiễm nước mặn.

Đối với các hệ thống FRP bao bọc hoàn toàn các tiết diện bê tông, người thiết kế cần đánh giá tác động đông đá-tan băng, ăn mòn thép, phản ứng kiềm-silic, nước bị giữ lại, áp suất hơi và truyền hơi ẩm. Nhiều sản phẩm FRP hình thành một lớp bề mặt không thấm; các điều khoản cho thoát ẩm là cần thiết ở nơi có truyền hơi xảy ra.

Khi so sánh kết quả thử nghiệm độ bền dài hạn, CFRP duy trì các thuộc tính cơ học của nó một cách nhất quán hơn theo thời gian so với các hệ thống FRP cạnh tranh dưới sự lão hóa môi trường khắc nghiệt.

Tóm tắt: Cách chọn giữa các hệ thống FRP

Chọn CFRP khi độ cứng kéo cao, cường độ cao, khả năng kháng mỏi xuất sắc và sự ổn định kháng ăn mòn dài hạn là ưu tiên. Đó là giải pháp FRP chính cho hầu hết các công việc gia cường kết cấu, cải tạo cầu, nâng cấp chống động đất và các dự án tải trọng nặng duy trì/chu kỳ.

Liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi để nhận dữ liệu vật liệu đầy đủ và tài liệu hiệu suất cho dự án của bạn.