ผ้าใยคาร์บอน เบาและบางดั่งปีกตั๊กแตน สามารถเสริมความแข็งแรงให้อาคารและสะพานได้จริงหรือไม่? เปิดเผยเทคโนโลยี "ความอ่อนนุ่มปราบความแข็งแกร่ง"

ผ้าใยสังเคราะห์คาร์บอนได้กลายเป็นทางเลือกอันดับหนึ่งในการเสริมความแข็งแรงให้กับอาคารและสะพานในยุคปัจจุบัน เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยมและการก่อสร้างที่สะดวก มองดูเผินๆ ผ้าใยสังเคราะห์คาร์บอนมีน้ำหนักเบาและบางมาก โดยทั่วไปความหนาต่อชั้นจะอยู่ระหว่าง 0.111 ถึง 0.167 มม. เท่านั้น แต่มีประสิทธิภาพในการเสริมความแข็งแรงที่ยอดเยี่ยม ซึ่งเกิดจากคุณสมบัติเฉพาะตัวของวัสดุและกลไกการเสริมความแข็งแรงที่มีหลักการทางวิทยาศาสตร์

I. คุณสมบัติอันยอดเยี่ยมของวัสดุ: การผสมผสานที่ลงตัวระหว่างความแข็งแรงและความเบา

ความเหนือกว่าในระดับโครงสร้างจุลภาค: ใยสังเคราะห์คาร์บอนผลิตขึ้นจากการคาร์บอไนซ์วัตถุดิบ เช่น โพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) ที่อุณหภูมิสูง โครงสร้างจุลภาคของมันประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนที่จัดเรียงตัวในรูปแบบของตาข่ายหกเหลี่ยมที่แน่นหนา จนก่อเกิดโครงสร้างโซ่ที่มีความแข็งแรงสูงมากตามแนวแกนของเส้นใย

ความแข็งแรงเหนือวัสดุแบบดั้งเดิม: เส้นใยคาร์บอนเดี่ยวมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 7-8 ไมครอน (≈1/10 ของเส้นผมคน) แต่มีความแข็งแรงดึงได้ถึง 3,400–4,800 เมกะปาสกาล (มาตรฐานแห่งชาติจีนกำหนดว่า ≥3,000 เมกะปาสกาล) ซึ่งหมายความว่า กลุ่มเส้นใยคาร์บอนที่มีความหนาเท่าดินสอสามารถรับแรงดึงได้ประมาณ 2 ตัน (เทียบเท่ากับน้ำหนักของช้างผู้ใหญ่ 3 ตัว) —แข็งแรงกว่าเหล็กเสริมทั่วไป 6-10 เท่า (300–500 เมกะปาสกาล)

ประสิทธิภาพที่น้ำหนักเบา: ด้วยความหนาแน่นเพียง ≈1.6 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร (ประมาณ 1/4 ของเหล็ก) เส้นใยคาร์บอนสามารถรับแรงดึงได้สูงกว่าต่อหน่วยน้ำหนัก และเพิ่มน้ำหนักให้โครงสร้างเพียงเล็กน้อย

II. หลักการเสริมความแข็งแรงทางวิทยาศาสตร์: การเสริมแรงตามทิศทาง การถ่ายโอนแรงแบบร่วมมือกัน
พลังเสริมของผ้าใยคาร์บอนขึ้นอยู่ไม่ใช่กับความหนา แต่เป็นการออกแบบทิศทางแรงอย่างแม่นยำและการผสานรวมกับพื้นผิวฐานอย่างไร้รอยต่อ:

เกราะ "แรงดึงตามทิศทาง": เส้นใยถูกจัดเรียงในลักษณะเดี่ยวเป็นส่วนใหญ่ โดยเมื่อใช้งานตามทิศทางของแรงที่กระทำกับชิ้นส่วนโครงสร้าง (เช่น โซนดึงที่ด้านล่างของคาน หรือแกนของเสา) จะสามารถต้านทานแรงดึงหรือแรงเฉือนได้อย่างตรงจุดและมีประสิทธิภาพ เปรียบเสมือน "เกราะแรงดึง" ที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับโครงสร้าง

การรวมตัวกันเป็นระบบคอมโพสิตแบบบูรณาการ: เมื่อเชื่อมยึดด้วยกาวอีพ็อกซีเรซินพิเศษ จะก่อให้เกิดระบบคอมโพสิตแบบ "พื้นฐาน-กาว-ผ้าคาร์บอน" ที่รวมเป็นหนึ่งเดียว ทำให้แรงภายนอกถ่ายทอดและกระจายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันการเกิดความเสียหายแบบท้องถิ่นจากความเข้มข้นของแรง

ประสิทธิภาพที่สำคัญเพิ่มขึ้น:

เพิ่มความสามารถในการต้านแรงดึง: สำหรับคาน/พื้นที่มีรอยร้าว ผ้าใยคาร์บอนสามารถรับแรงดึงได้ถึง 70–80% ช่วยลดการขยายตัวของรอยร้าวและเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด (เช่น พื้นชั้นหนึ่งที่เคยรับน้ำหนักเกิน หลังการใช้งานพบว่าความสามารถในการรับน้ำหนักเพิ่มขึ้น 40% และรอยร้าวมีความเสถียร)

เพิ่มความสามารถในการต้านแรงเฉือน: ใช้ติดตั้งด้วยวิธี "U-jacketing" หรือ "full wrapping" ทำหน้าที่เสมือน "สายรัดกำลังสูง" ที่ช่วยควบคุมการบิดตัวด้านข้าง เพิ่มความสามารถในการรับแรงเฉือนได้อย่างมาก (ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า ความจุในการรับแรงเฉือนเพิ่มขึ้น 50% ในเสาที่มีการติดตั้ง 2 ชั้น)

ข้อได้เปรียบเรื่องน้ำหนักเบา: เนื่องจากมีความบางสุดขีด (200–300 กรัม/ตารางเมตร ต่อชั้น) และน้ำหนักที่เบามาก ทำให้เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ไวต่อเรื่องน้ำหนัก เช่น โครงสร้างโบราณหรือโครงสร้างเก่า ช่วยลดน้ำหนักที่เพิ่มเข้ามาถึง 90% เมื่อเทียบกับการเสริมด้วยแผ่นเหล็ก

III. ประสิทธิภาพที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว: โซลูชันวิศวกรรมที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ
การเสริมด้วยไฟเบอร์คาร์บอนได้รับการตรวจสอบอย่างเข้มงวดในโครงการที่ท้าทายทั่วโลก:

ปรับปรุงความต้านทานแผ่นดินไหวของสะพาน: สะพานซานฟรานซิสโก-โอ๊คแลนด์ เบย์ ใช้การหุ้มคาร์บอนไฟเบอร์ที่เสาเพื่อเพิ่มความต้านทานแผ่นดินไหว ซึ่งผ่านการทดสอบจากแผ่นดินไหวขนาด 6.0 แมกนิจูดในปี 2014 มาได้อย่างประสบความสำเร็จ

อัปเกรดอาคาร: อาคารสำนักงานในกรุงปักกิ่งยุคปี 1980 เพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของชั้นจาก 2 กิโลนิวตัน/ตารางเมตร เป็น 5 กิโลนิวตัน/ตารางเมตร โดยการใช้ผ้าใยคาร์บอนเสริมบนพื้นคอนกรีต ทำให้สามารถใช้งานได้ตามความต้องการในปัจจุบัน โดยไม่ต้องรื้อถอนโครงสร้างเดิม

การซ่อมแซมหลังเกิดภัยพิบัติ: หลังเกิดแผ่นดินไหวเหวินชวนในปี 2008 โครงสร้างที่เสียหายจำนวนมากรวมถึงบริเวณข้อต่อคาน-เสาในอาคารโรงเรียน ได้รับการฟื้นฟูด้วยผ้าใยคาร์บอน และสามารถรับน้ำหนักได้สูงสุดถึง 1.2 เท่าของค่าออกแบบเดิม ผ่านการตรวจสอบความปลอดภัยจากแผ่นดินไหวในเวลาต่อมา

สรุป: ความแข็งแรงเอาชนะความหนา นวัตกรรมเสริมศักยภาพการเสริมความแข็งแรง
ประสิทธิภาพของผ้าใยคาร์บอนอยู่ที่ ความแข็งแรงดึงสูงเยี่ยม การออกแบบทิศทางแรงที่แม่นยำ และการผสานรวมกับวัสดุฐานได้อย่างลงตัว . เปรียบเสมือนเส้นลวดเหล็กบางที่สามารถยกน้ำหนักได้มาก ความแข็งแรงนั้นมาจากแก่นแท้ของวัสดุ ไม่ใช่ปริมาณของมัน ด้วยแนวคิด "ความอ่อนนุ่มเอาชนะความแข็งแกร่ง" มันสามารถตอบปัญหาจุดอ่อนทางโครงสร้างในด้านแรงดึงและแรงเฉือน จึงเป็นทางเลือกในการเสริมความแข็งแรงที่มีประสิทธิภาพสูง น่าเชื่อถือ และมีน้ำหนักเบาสำหรับวิศวกรรมยุคใหม่

เทคโนโลยีนี้ถูกระบุไว้ในมาตรฐานแห่งชาติจีน เช่น GB50367: รหัสการออกแบบสำหรับการเสริมความแข็งแรงของโครงสร้างคอนกรีต และเป็นระเบียบวิธีที่มีความสมบูรณ์และได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้ว ในฐานะแบรนด์ที่ได้รับความไว้วางใจในอุตสาหกรรม Dr.Reinforcement ยึดมั่นในระบบการจัดการคุณภาพ ISO 9001 อย่างเคร่งครัด และเป็นไปตามมาตรฐานการรับรองของสหภาพยุโรป ได้รับการใช้งานอย่างกว้างขวางในโครงการนับล้านทั่วโลก มอบประสิทธิภาพที่คุณวางใจได้