ในขณะที่คลื่นการผลิตแบบสำเร็จรูปกำลังแผ่ขยายไปทั่วโลก "ความแข็งแกร่งที่มากเกินไปและความเหนียวที่ไม่เพียงพอ" ของ ส่วนประกอบคอนกรีตสำเร็จรูป (PC) เป็นปัญหาที่มักพบในอุตสาหกรรมเสมอมา การเกิดขึ้นของ คาร์บอนไฟเบอร์“นักมายากลดำ” กำลังทำให้คาน แผ่น และเสา วิวัฒนาการจาก “ฉลามเปราะบาง” ไปเป็น “มนุษย์เหล็กแผ่นดินไหว”

จุดที่เจ็บปวด: เหตุใดส่วนประกอบพีซีแบบดั้งเดิมจึงไม่สามารถ "รองรับ" ได้?

ความล้มเหลวแบบเปราะ: คอนกรีตทั่วไปจะทนทานต่อแรงอัดแต่ไม่ทนทานต่อแรงดึง และจะแตกหักได้ง่ายทันทีเมื่อถูกดัดหรือกระแทก

การกัดกร่อนของเหล็กเส้น: การกัดกร่อนของคลอไรด์ไอออนในพื้นที่ชายฝั่งหรือโรงงานเคมีทำให้เหล็กเส้นแบบดั้งเดิมมี "การบาดเจ็บภายใน" เพิ่มมากขึ้น

ห่วงรับน้ำหนัก: การเพิ่มหน้าตัดเพื่อเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักจะทำให้ต้นทุนการขนส่งและการยกเพิ่มขึ้น

การซ่อมแซมหลังเกิดแผ่นดินไหวเป็นเรื่องยาก: เมื่อพื้นที่โหนดแตกร้าว วงจรการซ่อมแซมแบบเปียกในสถานที่จะยาวนาน ทำให้การกลับมาดำเนินงานอีกครั้งล่าช้า

สี่บทบาทอันก่อกวนของคาร์บอนไฟเบอร์

การเติม "เส้นใยสั้น" ภายใน - "การสร้างเอ็นใหม่" สำหรับคอนกรีต

• กลไก: การเติมเส้นใยคาร์บอนแบบสั้นในปริมาณ 0.2%-0.8% จะสร้างโครงสร้างรองรับแบบสุ่มสามมิติในเมทริกซ์ เมื่อเกิดรอยแตก เส้นใยจะ "เชื่อม" กันเพื่อถ่ายโอนแรงดึง และเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกได้ 2-4 เท่า

• สถานการณ์จำลอง: บันไดสำเร็จรูป, ท่อรถไฟใต้ดิน, ราวกันตกป้องกันการชน และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ต้องทนทานต่อแรงกระแทก

• ข้อมูล: คานสำเร็จรูปที่เติมคาร์บอนไฟเบอร์ 0.4% มีค่าการโก่งตัวช่วงกลางลดลง 35% และความกว้างของรอยแตกร้าวลดลง 50% ในการทดสอบค้อนหล่น

“ผ้า CFRP” ภายนอก – “เกราะล่องหน” ที่มีความแข็งแกร่งกว่าเหล็กเส้นถึง 10 เท่า

• กลไก: ผ้า CFRP ที่มีความแข็งแรงแรงดึง ≥3000 MPa ติดอยู่กับพื้นผิวแรงดึงของส่วนประกอบด้วยกาวอีพอกซีเพื่อสร้างระบบแรงรอง ซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการรับแรงดัดได้ 30%-50% โดยไม่ต้องเพิ่มหน้าตัด

• สถานการณ์:

– การเสริมแรงอย่างรวดเร็วให้กับแผ่นพื้นกลวงสำเร็จรูปเก่า

– การอัพเกรดสะพานสำเร็จรูปเพื่อรองรับแผ่นดินไหว (เช่น ผ้า CFRP ที่หุ้มรอบบริเวณบานพับพลาสติกของเสา)

• กรณีศึกษา: หลังจากติดผ้า CFRP สองชั้นที่ด้านล่างของกล่องคานสำเร็จรูปของสะพานลอยแห่งหนึ่งแล้ว ความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุดก็กลับคืนมาเป็น 1.45 เท่าของการออกแบบเดิม

"แท่ง/กริด CFRP" สำเร็จรูป - "แท่งเหล็กซุปเปอร์" ที่ไม่เป็นสนิม

• กลไก: การใช้แท่ง CFRP ทดแทนแท่งเหล็กแบบดั้งเดิมมีความหนาแน่นเพียง 1/5 ของเหล็ก แต่มีความแข็งแรงดึงมากกว่าเหล็ก 10 เท่า และทนทานต่อการกัดกร่อนของคลอไรด์ไอออน

• สถานการณ์:

– แผงผนังภายนอกสำเร็จรูปสำหรับท่าเทียบเรือชายฝั่งและถังเก็บ LNG

– แผงสะพานสำเร็จรูปที่ต้องได้รับการปกป้องจากการกัดกร่อนของเกลือในพื้นที่หนาวเย็นที่สูง

• ประหยัด: ต้นทุนตลอดวงจรชีวิตลดลง 30% ช่วยลดความจำเป็นในการทำการเคลือบป้องกันการกัดกร่อนในภายหลัง

“ชั้นการรับรู้” อัจฉริยะ – ปล่อยให้ส่วนประกอบต่างๆ มี “การตรวจสอบสุขภาพ” ของตัวเอง

• กลไก: เส้นใยคาร์บอนสั้นที่กระจายอย่างสม่ำเสมอทำให้ค่าความต้านทานของคอนกรีตเปลี่ยนแปลงเป็นเส้นตรงตามความเครียด ทำให้สามารถวินิจฉัยรอยแตกร้าวได้ด้วยตนเอง

• สถานการณ์:

– ทางเดินท่อแบบบูรณาการที่สร้างสำเร็จรูป การตรวจสอบการทรุดตัวแบบเรียลไทม์

– แผงผนังภายนอกอาคารสำเร็จรูป ประเมินระดับความเสียหายอย่างรวดเร็วหลังเกิดแผ่นดินไหว

ความทนทานของชิ้นส่วนสำเร็จรูปหลังจาก "หุ้มเกราะ" ด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ดีขึ้นมากน้อยเพียงใด? เรามีการเปรียบเทียบข้อมูลที่ชัดเจน ซึ่งสะท้อนให้เห็นในสองประเด็นหลักๆ คือ

1. ตัวบ่งชี้เชิงปริมาณของความทนทานที่เพิ่มขึ้น

ความกว้างของรอยแตกร้าว: หลังจากการเสริมแรงด้วยผ้า CFRP อัตราการขยายตัวของรอยแตกร้าวลดลง 60%-75% หลังจากรอบแห้ง-เปียก 120 รอบ ปัจจัยความเข้มข้นของความเค้นที่ปลายรอยแตกร้าวลดลง 50%

การกัดกร่อนของเหล็กเส้น: หลังจากที่เหล็กเส้น/กริด CFRP เข้ามาแทนที่เหล็กเส้น ค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของไอออนคลอไรด์ลดลงหนึ่งลำดับของขนาด และอัตราการกัดกร่อนของเหล็กเส้นก็ลดลง <0.01 มม./ปี

วงจรการแช่แข็ง-ละลาย: หลังจากการทดสอบการแช่แข็ง-ละลายอย่างรวดเร็ว (FT) จำนวน 300 ครั้ง อัตราการรักษาความแข็งแรงของพันธะส่วนต่อประสานคอนกรีต CFRP อยู่ที่ ≥85% ในขณะที่ตัวอย่างที่ไม่มีการเสริมแรงมีเพียง 50% เท่านั้น

การเสื่อมสภาพจากรังสีอัลตราไวโอเลต: หลังจากการฉายรังสี UV-A 340 นาโนเมตรอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง พบว่าความแข็งแรงแรงดึงของผ้า CFRP ลดลง <5% ซึ่งดีกว่าการลดทอน 20% ของเหล็กเส้นเคลือบอีพอกซีมาก

2. ความสามารถในการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อม: ประสิทธิภาพการทำงานภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรง

อุณหภูมิสูงและความชื้นสูง (40 ℃, RH 95%)

หลังจากผ่านไป 3,000 ชั่วโมง ความแข็งแรงเฉือนของส่วนต่อระหว่าง CFRP กับคอนกรีตลดลง <8% ตอบสนองข้อกำหนดเทียบเท่า 30 ปีของ JTG/T J22-2011 สำหรับสภาพแวดล้อมร้อนและชื้น

สเปรย์เกลือ + วงจรแห้ง-เปียก (NaCl 5%, 120 รอบ)

ความแข็งแรงของพันธะคอนกรีตเสริมเหล็กแบบดั้งเดิมลดลง 50% ในขณะที่ชิ้นงานที่เสริมด้วย CFRP ลดลงเพียง 12%

แช่แข็ง-ละลายน้ำแข็ง + เกลือละลายน้ำแข็ง (-18 ℃↗+5 ℃, 300 รอบ)

ภาระสูงสุดของตัวอย่างผ้า CFRP ลดลง <10% ในขณะที่คอนกรีตธรรมดาลดลง 35%

ดังนั้น คาร์บอนไฟเบอร์จึงไม่ใช่แค่ "เหล็กเส้นราคาแพงกว่า" เท่านั้น แต่เป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาคอนกรีตสำเร็จรูปจาก "ระบบรับน้ำหนักแบบพาสซีฟ" ไปสู่ "ระบบตรวจจับแบบแอคทีฟ" ใครก็ตามที่เชี่ยวชาญกุญแจนี้ก่อน จะสามารถเปิดมหาสมุทรสีน้ำเงินที่มีมูลค่าเพิ่มสูงในทะเลสีแดงของอาคารสำเร็จรูปได้