ห่อด้วย CFRP

ปัจจุบัน สะพานที่มีอยู่หลายแห่งในประเทศจีนไม่สามารถตอบสนองความต้องการการใช้งานได้ด้วยเหตุผลหลายประการ จึงจำเป็นต้องเสริมความแข็งแกร่ง การบำรุงรักษา ซ่อมแซม และเสริมแรงโครงสร้างและสิ่งอำนวยความสะดวกคอนกรีตกลายเป็นเรื่องเร่งด่วน วัสดุแบบดั้งเดิมมักถูกนำมาใช้เพื่อเสริมแรงที่มีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ ใช้เครื่องจักรกลระดับสูง และมักพบปัญหาความทนทานต่ำ เรซินชนิดพิเศษและผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับพื้นผิวคอนกรีตตามข้อกำหนดการออกแบบ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการเสริมแรงของโครงสร้าง คุณสมบัติเชิงกลของคาน ท่อระบายน้ำ และคานอื่นๆ ก่อนและหลังการเสริมแรงได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ จากการศึกษาทดลอง พบว่าคุณสมบัติการดัดของคาน แผ่นพื้น และท่อระบายน้ำที่เคลือบด้วยผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวสามารถปรับปรุงได้ 5-8% เมื่อเทียบกับเทคนิคการเสริมแรงอื่นๆ เช่น การยึดเหล็กและคอนกรีตพ่น เทคนิคนี้มีคุณสมบัติคือน้ำหนักตายตัวต่ำ การก่อสร้างง่าย ระยะเวลาก่อสร้างสั้น และมีความทนทานสูง ด้วยข้อดีของความแข็งแรงสูง ประสิทธิภาพสูง ความต้านทานการกัดกร่อน และน้ำหนักตายตัวที่เบา CFRP จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการเสริมแรงโครงสร้างคอนกรีต

ภาพรวมทางวิศวกรรม

ทางด่วนช่วงจากหนานชางถึงจิ่วเจียง (ช่วง) เป็นเส้นทางหลักในมณฑลเจียงซี มีความยาวรวม 133 กิโลเมตร การก่อสร้างได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงมากมาย เช่น การปรับปรุงทางหลวงสายรอง การขยายทางหลวงพิเศษสำหรับรถยนต์ และอื่นๆ หลังจากใช้งานมานานกว่าสิบปี ผิวทางได้ปรากฏให้เห็นถึงความเสียหายที่ร้ายแรงและหลากหลายมากขึ้น ซึ่งอาจก่อให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัย ด้วยเหตุนี้ เจ้าของจึงตัดสินใจดำเนินการปรับปรุงทางเทคนิคครั้งใหญ่ของทางด่วนฉางเก้า เนื้อหาของการปรับปรุงทางเทคนิคนี้คือการเพิ่มความหนาของชั้นโครงสร้างผิวทางขึ้นอีก 16-25 เซนติเมตร โดยอาศัยการเสริมความแข็งแรงของชั้นโครงสร้างผิวทางเดิม ในขณะเดียวกัน ทางลาดผิวทางเดี่ยวสองด้านที่มีอยู่ในบางช่วงก็ถูกเปลี่ยนเป็นลาดผิวทางเดี่ยว เพื่อแก้ปัญหาพื้นฐานที่แฝงอยู่จากการระบายน้ำขวางของทางหลวงฉางจิ่ว เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์การเปลี่ยนแปลงทางเทคนิคที่กล่าวข้างต้น โครงสร้างสะพานและท่อระบายน้ำทั้งหมดตามแนวเส้นทางจะต้องได้รับการบำบัดและปฏิรูปตามข้อกำหนดข้างต้น และควรกำจัดโรคที่มีอยู่ของโครงสร้างต่างๆ พร้อมกัน

มีสะพานและท่อระบายน้ำรวมทั้งสิ้น 849 แห่ง ตามแนวทางด่วนฉางจิ่ว ซึ่งรวมถึงสะพานหลัก 79 แห่ง และสะพานสาขา 26 แห่ง โครงสร้างส่วนบนประกอบด้วยแผ่นพื้นกลวงรับน้ำหนักแบบดึงล่วงหน้าขนาด 13 เมตร 16 เมตร และ 20 เมตร แผ่นพื้นกลวงรับน้ำหนักแบบคอนกรีตเสริมเหล็กธรรมดาขนาด 8 เมตร และ 10 เมตร คานกล่องต่อเนื่อง และสะพานคานประกอบรูปตัว I จำนวนเล็กน้อย มีท่อระบายน้ำแบบท่อกลม 303 แห่ง ท่อระบายน้ำโค้ง 441 แห่ง และทางเดินพร้อมแผ่นปิด ก่อด้วยอิฐกล่องและปูน ในจำนวนนี้ มีท่อระบายน้ำแบบเปิดและท่อระบายน้ำแบบมีหลังคาเกือบ 200 แห่ง ที่มีวัสดุอุดเติมเล็กน้อยที่ด้านบน จากการตรวจสอบไม่พบข้อบกพร่องทางโครงสร้างที่เห็นได้ชัด และความสามารถในการรับน้ำหนักโดยรวมของโครงสร้างทั้งหมดยังคงดีอยู่ มีเพียงบางส่วนเท่านั้น เช่น พื้นสะพานที่ต่อเนื่องกัน พื้นผิวพื้นสะพาน แบริ่งยาง และจุดอ่อนอื่นๆ ที่พบความเสียหายมากขึ้น ดังนั้น นอกจากการกำจัดโรคต่างๆ ที่มีอยู่แล้วทั้งหมดแล้ว การฟื้นฟูครั้งนี้ยังเน้นการเสริมกำลังและเสริมความแข็งแรงให้กับสะพานสายหลัก สะพานลอย ท่อระบายน้ำ แผ่นหลังคา และท่อระบายน้ำ โดยเติมวัสดุถมเล็กน้อย ซึ่งได้รับผลกระทบอย่างมากจากการปรับปรุงพื้นผิวถนน เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการสร้างความปลอดภัยในการจราจร

ปัจจุบัน สถานะทางเทคนิคของการเสริมแรงโครงสร้าง การก่อสร้างใหม่ และการซ่อมแซมโดยทั่วไปสามารถแบ่งได้เป็นวิธีการเสริมความหนาคอนกรีตเสริมเหล็ก วิธีการเพิ่มปริมาตรก่อนการเติม วิธีการเสริมแผ่นเหล็ก วิธีการแยกส่วน และวิธีการดูดซับแรงแผ่นดินไหว วิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ต่ำ ความแข็งแรงต่อความล้าสูง ความทนทานสูง ความต้านทานการสึกหรอ การก่อสร้างที่สะดวก ต้นทุนต่ำ และไม่ได้รับผลกระทบจากข้อจำกัดของสภาพการก่อสร้าง โดยพื้นฐานแล้วไม่ส่งผลกระทบต่อรูปร่างของโครงสร้างเดิม ผลการทดสอบคานคอนกรีตเสริมแรงด้วย FRP พบว่าความแข็งแรงดัดเพิ่มขึ้น 17%-99% และความแข็งแรงดัดเพิ่มขึ้น 28%-97% ภายใต้ภาระการใช้งานปกติ ในการทดสอบการเสริมแรงเฉือน ความสามารถในการรับน้ำหนักดัดของชิ้นส่วนที่เสริมแรงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ประมาณ 65%-95% ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านแผ่นดินไหว เช่น การดัดที่แข็งแรงและแรงเฉือนที่อ่อน

การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าเทคโนโลยีเสริมคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณลักษณะดังต่อไปนี้

(1) CFRP มีน้ำหนักเบา ไม่ต้องใช้อุปกรณ์หนักใดๆ ในระหว่างการก่อสร้าง และบางมากโดยไม่ต้องใช้พื้นที่มาก โดยพื้นฐานแล้ว CFRP ไม่ได้เพิ่มน้ำหนักและขนาดของหน้าตัดโครงสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่พื้นที่เสริมแรงของโครงการมีจำกัด ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเหนือกว่านี้

(2) มีความแข็งแรงแรงดึงสูงกว่าเหล็กธรรมดาถึง 10 เท่า การเสริมแรงโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กด้วยเส้นใยคาร์บอนที่มีความแข็งแรงยึดเกาะสูงและโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง จะให้ประสิทธิภาพการเสริมแรงเทียบเท่าแผ่นเหล็ก ในขณะที่น้ำหนักของโครงสร้างไม่เพิ่มขึ้น รูปลักษณ์ภายนอกมีน้ำหนักเบาและสวยงาม

(3) มีความทนทานเป็นเลิศ เนื่องจากวัสดุเสริมแรงใช้เฉพาะเส้นใยคาร์บอนและเรซินที่เข้ากัน จึงไม่เป็นสนิม และมีคุณสมบัติต้านทานกรด ด่าง เกลือ และการกัดกร่อนในบรรยากาศ ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์จึงทนทานต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม

(4) การก่อสร้างเรียบง่าย (ไม่ต้องใช้อาคารขนาดใหญ่และวัสดุหมุนเวียน) ไม่ต้องใช้น้ำ ใช้งานง่าย ประหยัดต้นทุน

(5) มีความยืดหยุ่นดี ตัดง่าย เหมาะกับทุกรูปทรง ใช้งานได้หลากหลาย และระยะเวลาก่อสร้างสั้น

ดังนั้น CFRP จึงมีความโดดเด่นในการเสริมความแข็งแรงโครงสร้างคอนกรีต จึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการเสริมความแข็งแรงและเสริมแรงสะพานทางหลวง