ברחבי ארה"ב ובעולם, גשרים, סכרים, מנהרות ובניינים שנבנו במהלך בום שלאחר המלחמה הם כעת גם מעבר לחיים המקוריים שלהם.החברה האמריקנית של מהנדסים אזרחיים נותנת באופן קבוע את תשתיות האומה ציון C או גרוע יותר, עם עשרות אלפי גשרים מסווגים כמפעילים מבניים, אשר אינם מספקים סיכון מוגבר לכישלונות קטסטרופליות – שינויים, שיטפון, והפרעות קשות של כוח המשיכה לפתח את חייהם של כלכלות חלופיות.

הבנה של פולימרים סיביים

פולימרים עמידים בסיבים הם חומרים מורכבים המורכבים מורכבים המורכבים סיבים גבוהים הטבוליים משובצים במטריקס שרף פולימרני.הסיבים מספקים כוח רבייה ונוקשות, בעוד הממטריקס מעביר עומס בין סיבים ומגן עליהם מפני התקפה סביבתית.הסיבים הנפוצים ביותר בשימוש ביישומים תשתית הם:

  • (FLT:0) סיבי קארבון: 1FLT) חזק מאוד ונוקשות, צפיפות נמוכה, והתנגדות עייפות מעולה. Carbon FRP (CFRP) היא הבחירה העיקרית לחיזוק דבורים ועמודות שבו נדרשת ביצועים מקסימליים.
  • (FLT:0Glass סיבים: 1) כוח רבילי טוב בעלות נמוכה יותר מאשר פחמן, אבל עם צפיפות גבוהה יותר ומודולוס נמוך יותר. Glass FRP (GFRP) משמש נרחב עבור עטיפה, מלוטשות, וחיזוק ברים בטון.
  • (FLT:0) סיביר: FLT:1 ידוע על התנגדות ונוקשות, FRP של ארמד (AFRP) משמש לעתים ב רטרוטובה סיסמית ולעטוף כאשר יש צורך בעונש.
  • (ב) [15]: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

המרטריקס הפולימרים הוא בדרך כלל epoxy, Polyester, או vinyl ester resin.Eoxies לשלוט בגלל הדבקות הגבוהה שלהם בטון ופלדה, התכווצות נמוכה, ועמידות טובה. השילוב של סיבים ומריצה מניב חומר שהוא בהיר יותר מאשר פלדה, חזק יותר משקל ליחידה מאשר ⁇ רבים, וחוסם לדלקת אלקטרוכימית.

למה חומרים מסורתיים FRPs

חיזוק פלדה מסורתי ומעיל בטון היו עמוד השדרה של תיקון תשתיות במשך עשרות שנים, אבל הם באים עם חולשות טבועות.פלדה, במיוחד בסביבות מלח או אזורי החוף. Concrete יכול סדק וספאל, צמצום יכולת החלק. חיזוק עם פלדה מוסיף משקל משמעותי, אשר עשוי לטעון יתר על פני יסודות.

  • התנגדות:0 Corrosion Resistance:FLT:1 FRPs לא חלודה או סובלים מהתקפה כלוריד.זה הופך אותם אידיאליים עבור גשרים, מוסיפות חניה, ומבנים ימיים שבהם החשיפה מלח היא קבועה.
  • (FLT:0) משקל אור: ⁇ FLT:1) A פחמן סיבים המכילים כמה קילוגרמים יכול לספק את אותה עלייה כוח כמו כמה מאות ק"ג של צלחת פלדה.זה מקטין את זמן ההתקנה ומבטל את הצורך בציוד הרמת כבד.
  • (FLT:0) יחס גבוה של כוח למשקל: FIRLT:1 (CRP) בדרך כלל יש כוח רב עוצמה של 2,400-3,800 MPa, הרבה מעבר ל-250–400 MPa של פלדה מבנית.
  • (FLT:0)Fatigue and Craring Performance: FLT:1 FRPs להפגין התנגדות מצוינת לטעינה מחזורית, עם מערכות רבות שנבדקו ליותר מ 2 מיליון מחזורים ללא כישלון.
  • (ב) ניתן לחתוך את הגמישות:0) , 000 וגליונות ניתן לחתוך ולעבור על משטחים מורכבים, בהתאם לפסחות העמודה, צורות קשת או אזיקים.

תכונות אלה הופכות את FRPs לא רק אלטרנטיבה, אלא לעתים קרובות הפתרון האפשרי היחיד מבחינה טכנית כאשר הגישה מוגבלת, הגבלות משקל חלות, או מהירות היא קריטית.

יישומים קריטיים בשיקום תשתיות

מערכות FRP משמשות ברחבי העולם כדי לשדרג מבנים קיימים שאינם עומדים בדרישות קוד נוכחיות או סבלו מהידרדרות.התת הבאה מפרטת את היישומים הנפוצים ביותר.

גשר מחזק ודירוג שדרוגים

גשרים רבים שנבנו בשנות החמישים–1970s נועדו לעומסי תנועה קלים יותר.היום, משאיות כבדות יותר וספירת תעבורה מוגברת לדחוף מבנים אלה מעבר דירוגי העומס המקוריים שלהם.FRP יכול להיות מיושם על גשר ג'רדרים - הן פלדה והן בטון - כדי להגדיל את הגמישות ואת יכולתה של Shear. עבור גלידות פלדה, סיבי פחמן מחובר כוח להוסיף מבלי להוסיף משקל משמעותי.

רטרוספקטיבה של מבנים וגשרים

רעידות אדמה מהוות סיכון חמור למבנים שנבנו לפני קודים סיסמיים מודרניים.FRP עוטפים החלים בעמודות קונקרטיות לספק מגבלות, הגדלת הדלונות ומניעה של כישלון שברירי, במקרה סיסמי, העטיפה מחזיקה את הבטון המדוקדק יחד, ומאפשרת לטור לעבור עקירות גדולות מאוחרות ללא התמוטטות.טכניקה זו שימשה ל רטרוטיב גשרים מהירים רבים לאחר רעידת האדמה הצפונית, בדומה לחומות ה-Freperepereative-Freative-Frepareative-Freative-Frepareative-Freoxy-Freative, אשר יכולות להגביר את ה-Freliated.

תיקון של טורים ודבורים

כאשר ספא קונקרטי או החזרת פלדה קורטס, היכולת המבנית טיפות.תיקון מסורתי כרוך צביעה לאחור בטון פגום, ניקוי וציפוי פלדה, ולאחר מכן לשפוך בטון חדש.תהליך זה הוא כוח עבודה-רגישות מוסיף עומס מת.FRP עטיפה או כימות ניתן ליישם ישירות על האזור המתוקן כדי לשחזר ולעתים קרובות עולה על יכולת מקורית.

מים ופסולת

טנקים, צינורות, צמחים טיפול להתמודד עם חשיפה מתמדת לחות, כימיקלים, צמיחה ביולוגית. FRP ציפויות ו עטיפה לספק מחסום חלק אשר מתנגד קורוזיה ודליפה. Manholes צינורות תפירה ניתן לסמוך עם GFRP כדי לשחזר שלמות מבנית ללא חפירות. בטיפול במים, כיסויי FRP ו baffles משמשים כי הם קלים, ולא חסר קורוזיה של מבנים אלה יכול להיות יותר עם תחזוקה מינימלית עם 50 שנים האחרונות.

שיטות ההתקנה ושיקולים מעשיים

חיזוק FRP מוצלח תלוי בהכנה נאותה של פני השטח, בחירת החומר וטכניקת ההתקנה.שלוש השיטות העיקריות הן קטטה רטובה, מחוסמת מראש, וברים רכובים ליד פנים.

תהליך ה-It Layup Process

בשקע רטוב, גליצי סיבים יבשים רוויים עם epoxy resin באתר ולאחר מכן החל על תת-התכננת. שיטה זו היא גמישה ביותר, ומאפשרת סיבים להתאים משטחים לא סדירים.ה התהליך כרוך במגום משטח (בדרך כלל על ידי פיצוץ חודר), פרימיציה, החלת הבד רטוב, וריפוי תחת טמפרטורה ושכבות מבוקרות ניתן לבנות כדי להשיג את האיכות הנדרשת, כולל רוחב לחץ דם, הוא לחץ, טיפול.

להמונים ומאחורי הקלעים הר ברים

מחוסנים מראש הם פסים מתוחכמים של FRP מחוספס, מחובר למבנה באמצעות epoxy adhesives. הם מציעים איכות עקבית ומהירה יותר ההתקנה, אבל הם מוגבלים על משטחים שטוחים או מעוקל בעדינות. ליד-surface מותקן (NSM) כרוך grooving לתוך פני השטח קונקרטי, הוספת עגול או מלבני FRP, וממלאים את ה-Nbspams לעתים קרובות הוא צורך ניקוי יעיל.

איכות בקרה וביצועים לטווח ארוך

עמידותן של מערכות FRP תחת חשיפה בעולם האמיתי נחקרה באופן נרחב.בדיקות מעבדה ובדיקות שדה מראות כי, כאשר מותקנים כראוי, FRP שומרת לפחות 90% מכוחו לאחר 20 שנים של שירות.עם זאת, חשיפה לאור אולטרה סגול (UV) יכול להפחית רטיבות לא מוגנים, כך שטופקואט של UV עמידת אש מוחל עבור ההתקנה חיצונית.

מחקרים: יעילות מוכחת

פרויקטים בעולם האמיתי מראים כי חיזוק FRP יכול למנוע כשלים קטסטרופליים להאריך את חיי השירות בעשורים.

(FLT:0) ,85 Bridge תיקונים באטלנטה (2017):03FLT:1 לאחר שריפה מסיבית הנגרמת על ידי שפך כימי התמוטט חלק I-85, מחלקת התחבורה של גאורגיה הייתה צורך בהחלפה מהירה. בעוד הפתרון העיקרי היה פלדה-concrete, עיגולים סמוכים התחזקו עם CFRP כדי לשחזר את יכולת העומס ולשפר את ההתנגדות של אש.

(FLT:0Seismic Retrofit של BART Transbay Tube (סן פרנסיסקו): ⁇ FLT:1) הצינור התת-ימי המקשר סן פרנסיסקו לאוקלנד דרש חיזוק סיסמי לעמוד בפני רעידת אדמה גדולה. מהנדסים הגישו זכוכית ופחמן FRP עוטפים למגזרים הבטון המחזקים בתוך הצינור.הFRP סיפק הגבלת העצמה וחיזוק גמיש תוך הוספת משקל מינימלי - קריטי למבנה זה חייב להישאר בגודל של 8.0.

(FLT:0Parking Garage חיזוק בשיקגו: ההרחבה 1) A Five קומות חניה המובנה בשנות ה-60 סבלה מדבורים פלדה מכוערות וספא קונקרטי.במקום להרוס את המוסך, בעליים בחרו לחבר את ה-FRPFRP ל-CRPs, אשר הושלמו תחת ה-Squaabs ו- beams. Post-Coremationload, אשר אישרו את ה-Reduced Professionals, בתנאי שהחברים הנוכחיים נשמרוחזקים, לעומת 60%, ללא דרישות הסגידה.

מקרים אלה ממחישים כי ניתן ליישם FRPs בטווח רחב של תנאים - החל מתיקון חירום ועד ל-Readfits המתוכנן - ובכך להביא לשיפורים משמעותיים בביטחון ובארוכות.

יתרונות כלכליים וקיימות

עלויות החומר הראשוניות ל-FRP יכולות להיות גבוהות יותר מפלדה או בטון, אך ניתוח עלות מחזור חיים לעתים קרובות מעדיף FRP.הטבע הקל משקל מקטין את עלויות ההובלה וההתקנה.יש פחות עובדים וציוד כבד פחות נחוץ, והעבודה יכולה להימשך לעתים קרובות בעוד המבנה נשאר בשירות.חוסר קורוזיה מבטל את הצורך בצילום ובתיקון עתידי של 15 שנים, כלומר עלויות תחזוקה נמוכות יותר ומעטות על ידי מחקר FRP, על ידי צוות של 15: FLT שנים של שירות החל מ-FR.

מנקודת מבט סביבתית, FRP מחזק את הצריכה של חומרי גלם ואת פליטת הפחמן המשויכים להריסה ולשחזור.האנרגיה הייצור עבור CFRP גבוהה, אבל בגלל הרחבה תוחלת החיים היא ארוכה והמסה החומרית היא נמוכה, טביעת הרגל של פחמן נטו יכולה להיות נמוכה יותר מאשר של תחליף מלא.בנוסף, יצרני FRP רבים משתמשים כעת במשגרים המבוססים על ידי ביו-סיבים וסיבים ממוחזרים, שיפור יכולת התקינה נוספת ללא שיגורים ענקיים של סוללות.

אתגרים וחדשנות מתמשכת

אימוץ של FRP בתשתיות אינו ללא היורדים.עלות גבוהה נותרה המחסום הגדול ביותר, במיוחד עבור סוכנויות קטנות יותר. הכשרה מיוחדת נדרשת עבור מעצבים ומתקין - אג"ח גרוע הוא מצב הכישלון הנפוץ ביותר, ולהבטיח הכנת פני השטח נאותה דורשת עבודה מיומן.בנוסף, FRPs להפגין התנהגות מלוטשת תחת עומס יתר על פני עשרות אלפיים; הם אינם מניבים כמו פלדה, ולכן עיצובים חייבים לשלב גורמי בטיחות ואדום הם עדיין מעורבים (ה) אך ורקמות (ה) אך ורקמותרפיזציה בינלאומית (ה) אך עדיין מתפתחת, אך ורק על פני השטח) אך ורק על פני השטח (ה, אך ורק על ידי המכון הבין-ידי התקנים (התקנים מתקדמים) הם עדיין, אך ורק על פני השטח) מתפתח; הם מתקדמים (התקנים בינלאומיים, אך ורק על ידי תכנון) הם עדיין, אך ורק על פני השטח) הם אינם מבוססים על פני השטח (התקנים מתקדמים (קריטרינרקולאריכים) ומערכת שיפוטית) אך ורק על פני השטח (התקנים מתקדמים (ה, אך ורק על פני השטח) הם עדיין, אך ורק על פני השטח (התקנים מתקדמים (התקנים מתקדמים) הם עדיין, אך ורק על פני השטח) הם עדיין, אך ורק על פני השטח) הם עדיין, אך ורק על

החוקרים מתמודדים עם אתגרים אלה עם חידושים:

  • (FLT:0) מערכות FRP-steel:BuildFLT 1 משלב FRP ופלדה כדי ליצור דוקטרי עדיין חזקים חברים.לדוגמה, עטוף CFRP על קרן פלדה מגביר את יכולת הגמישות בעוד הפלדה עדיין מספקת התראה דוקטרקטיבית לפני קריסת.
  • (FLT:0) ,healf-healing פולימרים:cioFLT:1 , microcapsules המכילים סוכני ריפוי מוטבעים במריצה.
  • ייצור אדרבא:0 (3D-printed FRP:FRELT:1) ייצור אדרטיבי מאפשר גיאמטריה מורכבת ונטיות סיבים מטובות להיות מוטבעת ביצירה אחת, צמצום העבודה ושיפור הביצועים.
  • (FLT:0) ניטור חכם: חיישנים אופטיים סיביים משובצים בתוך פיסות FRP יכול למדוד את המתח לזהות נזק מוקדם, המאפשר ניטור בריאות מבני בזמן אמת.

ככל שהטכנולוגיות הללו בוגרות, העלות של מערכות FRP תפחת בעוד הביצועים יעלו, מה שהופך אותן לנגישות למגוון רחב יותר של פרויקטים.

מסקנה

משבר תשתיות ההזדקנות דורש פתרונות מהירים, יעילים וכלכליים.פולימרים בעלי כוח סיבים מספקים שיטה מוכחת למניעת כשלים מבניים חמורים ללא הפרעות ועלויות של החלפת מלאה.מחיזוק הגשר והנסיגה הסיסמית' לתיקון קורוזיה במבנים של פסולת, FRPs הוכיחו את יכולתם להאריך את ההשקעה שלהם בעשורים.