การปรับปรุงผ้าคาร์บอนไฟเบอร์

ความเสียหายจากการกัดกร่อนของโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กที่เกิดจากเกลือนั้นร้ายแรง หลายคนถึงกับเปรียบเทียบปริมาณคลอไรด์ไอออนที่มากเกินไปในส่วนประกอบคอนกรีตเสริมเหล็กว่าเป็น "มะเร็ง" ของคอนกรีต สถิติของสำนักงานมาตรฐานสหรัฐอเมริการะบุว่า การกัดกร่อนที่เกิดจากการกัดกร่อนของเหล็กในโครงสร้างอาคารทำให้ความสามารถในการรับน้ำหนักลดลง ส่งผลให้ความสามารถในการรับน้ำหนักพื้นฐานลดลง ส่งผลให้สูญเสียมูลค่าสูงถึง 28 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ สภาพแวดล้อมของน้ำทะเลส่งผลให้โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กในพื้นที่ชายทะเลมีการกัดกร่อนมากกว่า 70% ดังนั้น การกัดกร่อนของเหล็กเส้น การแตกร้าวจากการขยายตัว การหลุดร่อน และการหลุดร่อนของคอนกรีตตามแนวเหล็กเส้นในโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก จึงกลายเป็นอันตรายหลักที่คุกคามความทนทานของโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก และความสูญเสียทางเศรษฐกิจมหาศาลที่เกิดขึ้นจากการกัดกร่อนเหล่านี้ได้กลายเป็นประเด็นสำคัญในวงการวิศวกรรมโยธา

เทคโนโลยีการป้องกันและเสริมแรงโครงสร้างคอนกรีตที่ถูกกัดกร่อนดึงดูดความสนใจจากทั่วโลก และเทคโนโลยีเสริมแรงผ้าคาร์บอนไฟเบอร์เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหานี้

1 การวิเคราะห์ตัวอย่างทางวิศวกรรม

1.1 พื้นฐานวิศวกรรมศาสตร์

โครงการนี้เป็นย่านที่อยู่อาศัยในท่าเรือจิงถัง เป็นที่อยู่อาศัยในเมืองท่าชายฝั่ง ประกอบด้วยอาคารอิฐและคอนกรีต 7 หลัง ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2548 แต่ปัจจุบันยังไม่ได้รับการก่อสร้างเนื่องจากเหตุผลบางประการ ตัวอาคารหลักสร้างเสร็จสมบูรณ์แล้วและยังไม่ได้ตกแต่งภายในและภายนอก ในปี พ.ศ. 2555 บริษัทพัฒนาอสังหาริมทรัพย์แห่งหนึ่งได้ซื้อกิจการและพร้อมดำเนินการก่อสร้างต่อไป

1.2 การตรวจจับและการวิเคราะห์

อาคารที่พักอาศัยในเขตที่พักอาศัยถูกระงับการใช้งานมาเป็นเวลา 7 ปี ส่งผลให้เกิดปัญหาทางวิศวกรรมมากมาย จากการสังเกตด้วยสายตา พบว่ามีรอยสนิมที่พื้นด้านล่างของแผ่นพื้นที่อยู่อาศัยอยู่ทั่วไป รอยสนิมส่วนใหญ่หลุดร่อนไปตามทิศทางของรอยแตกร้าวของเหล็ก คานและแผ่นพื้นทำให้เกิดรอยแตกร้าวเนื่องจากการกัดกร่อนและการขยายตัวของเหล็กเส้น คอนกรีตที่ประกอบขึ้นมีคาร์บอนไนซ์สูง คอนกรีตหลวม และเหล็กมีการกัดกร่อนอย่างรุนแรง เหล็กเส้นส่วนใหญ่ที่อยู่ด้านล่างของแผ่นพื้นถูกเปิดออก และส่วนรับแรงของเหล็กเสริมก็อ่อนตัวลง ซึ่งเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยของโครงสร้าง จากแบบร่างและการวิเคราะห์การกัดกร่อนของคอนกรีตและเหล็กเส้น ณ สถานที่ก่อสร้าง รวมถึงการตรวจสอบคุณภาพโดยหน่วยงานตรวจสอบคุณภาพที่เกี่ยวข้อง ถือว่าโครงการจำเป็นต้องได้รับการเสริมความแข็งแรงก่อนดำเนินการก่อสร้างต่อไป

1.3 การวิเคราะห์ความล้มเหลว

จากการเก็บตัวอย่างคอนกรีตและตัวอย่างแกนคอนกรีตจำนวนมาก ผ่านการวิเคราะห์ทางกลและทางเคมี รวมถึงการสำรวจภาคสนาม พบว่าการกัดกร่อนของเหล็กเป็นสาเหตุหลักของการแตกร้าวของผิวคอนกรีต ประการหนึ่ง การกัดกร่อนเกิดจากการแทรกซึมของไอออนคลอไรด์ในบรรยากาศและสภาพแวดล้อมทางทะเล ในทางกลับกัน ความหนาของผิวคอนกรีตยังไม่เพียงพอ บางชิ้นส่วนก็ไม่มีชั้นป้องกันด้วยซ้ำ

ผลการสำรวจและทดสอบภาคสนาม:

ความแข็งแรงของคอนกรีตสามารถตอบสนองความต้องการการออกแบบได้ในระดับพื้นฐาน

รอยแตกร้าวตามยาวของคอนกรีตเชื่อมต่อกันตามยาว

พื้นผิวคอนกรีตกำลังแตกร้าวอย่างรุนแรง

การกัดกร่อนของเหล็กเส้นมีความรุนแรงมาก และความเสียหายของส่วนเสริมแรงสูงถึง 50%

คอนกรีตเสริมผ้าคาร์บอนไฟเบอร์

2. โครงการเสริมแรง การก่อสร้าง และการควบคุมคุณภาพ

2.1 การเลือกแผนการเสริมแรงสามารถแบ่งออกได้เป็น 6 ประเภท: 1) วิธีการขยายหน้าตัด 2) วิธีการเสริมเหล็กล้อมรอบ 3) วิธีการยึดเหล็ก 4) วิธีการเสริมแรงแบบอัดแรงล่วงหน้า 5) การเปลี่ยนวิธีการส่งแรง 6) วิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์

ในทางปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าวิธีการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์มีข้อดีหลายประการ เช่น ความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง ทนทานต่อการกัดกร่อน ทนทานต่อความล้า ง่ายต่อการแปรรูป น้ำหนักเบา ใช้งานง่ายด้วยมือ และอื่นๆ การเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) ถือเป็นวิธีการเสริมแรงโครงสร้างที่มีแนวโน้มมากที่สุด เนื่องจากคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุที่โดดเด่นและประสิทธิภาพสูง

2.2 หลักการออกแบบและการคำนวณการเสริมแรง CFRP

เพื่อปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนัก ควรคำนวณแผ่น CFRP ตามยาวตามระดับการกัดกร่อนของเหล็กเส้น เพื่อลดพื้นที่หน้าตัดของเหล็กเส้น ความแข็งแรงของเหล็กเส้น และการสูญเสียแรงยึดเกาะระหว่างเหล็กเส้นและคอนกรีต

3. ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ที่ยึดติดภายนอกบนโครงสร้างคอนกรีต

3.1 การกำจัดสนิมเหล็กเส้น

(1) กำจัดคอนกรีตที่เสื่อมสภาพ เช่น รอยแตกร้าว รอยแตกร้าวหลวม และการกัดกร่อนแบบรังผึ้ง

(2) กำจัดคอนกรีตเหล็กเส้นที่สึกกร่อนออก และเปิดเผยเหล็กเสริม

(3) กำจัดชั้นสนิมบนพื้นผิวเหล็กเส้นด้วยแปรงลวดและเครื่องเจียร

(4) เช็ดพื้นผิวเหล็กเส้นด้วยอะซิโตนหรือแอลกอฮอล์ปราศจากน้ำเพื่อเผยให้เห็นเหล็กเส้น

3.2 การปรับสภาพพื้นผิวพื้นฐาน

(1) ปรับพื้นผิวของส่วนประกอบให้เรียบ เผยให้เห็นทราย หิน และซีเมนต์

(2) ซ่อมแซมรอยแตกบางส่วนด้วยวัสดุซ่อมแซม

(3) กำจัดฝุ่นบนพื้นผิวด้วยลมอัด และเช็ดพื้นผิวด้วยอะซิโตน

3.3 ทากาวรองพื้นให้ทั่วด้วยลูกกลิ้งหรือแปรงเพื่อเคลือบผิวคอนกรีต จำเป็นต้องแช่กาวในรูพรุนของคอนกรีต แล้วจึงดำเนินการขั้นตอนต่อไปเมื่อกาวแข็งตัว

3.4 การปรับระดับ

(1) เติมวัสดุปรับระดับบริเวณส่วนเว้าของพื้นคอนกรีต

(2) ทาวัสดุปรับระดับบริเวณมุมเพื่อซ่อมแซมส่วนโค้งให้เรียบ มีรัศมีไม่น้อยกว่า 20 มม.

(3) หลังจากวัสดุปรับระดับแห้งแล้ว ให้ดำเนินการตามขั้นตอนการทำงานต่อไป

3.5 การติดผ้าคาร์บอนไฟเบอร์

(1) ตัดผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ตามขนาดที่กำหนด

(2) เตรียมกาวเรซินแบบจุ่มและทาให้ทั่วส่วนที่เป็นกาว

(3) ติดผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ ม้วนผ้าไปตามทิศทางของเส้นใยหลายๆ รอบด้วยลูกกลิ้ง ไล่ฟองอากาศออก เพื่อให้กาวเรซินซึมเข้าไปในผ้าคาร์บอนไฟเบอร์อย่างทั่วถึง

(4) ทากาวให้ทั่วพื้นผิวของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์

(5) สังเกตว่า CFRP ต้องมีความยาวซ้อนทับกันไม่น้อยกว่า 100 มม. ยึดปลายผ้าด้วย CFRP แบบขวาง และซ่อมแซมส่วนที่บิดเบี้ยวด้วยเข็มฉีดยา

3.6 เพื่อให้มั่นใจถึงความทนทาน ทนไฟ และคุณสมบัติอื่นๆ ของกาว สามารถใช้ปูนหรือสารเคลือบหน่วงไฟลงบนพื้นผิวเพื่อป้องกันได้ เพื่อตอบสนองกระบวนการต่อไป (การตกแต่งบ้าน) โครงการนี้ได้นำแผ่นพื้นด้านล่างมาเคลือบด้วยซีเมนต์มอร์ตาร์เพื่อเพิ่มการยึดเกาะบนพื้นผิว

4 บทสรุป

อันตรายจากการกัดกร่อนของเหล็กเส้นที่เกิดจากการกัดกร่อนของเกลือต่อบ้านเรือนเป็นประเด็นสำคัญที่วิศวกรควรให้ความสนใจ สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือการเสริมสร้างการจัดการคุณภาพการก่อสร้าง การควบคุมคุณภาพวัสดุอย่างเข้มงวด และการใช้มาตรการที่เหมาะสมโดยคำนึงถึงสภาพแวดล้อมเฉพาะ จากผลการเสริมแรงและการซ่อมแซมของโครงการที่เกี่ยวข้องในบทความนี้ เทคโนโลยีการเสริมแรงมีความเป็นไปได้และให้ผลดี หลังจากเสริมแรงแล้ว เทคโนโลยีนี้ผ่านการรับรองจากหน่วยงานตรวจสอบคุณภาพที่เกี่ยวข้อง มีการใช้งานมานานกว่าหนึ่งปีโดยไม่พบความผิดปกติใดๆ คอนกรีตเสริมแรงคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) มีประสิทธิภาพทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่ยอดเยี่ยม ซึ่งจะมีบทบาทสำคัญในการเสริมแรงอาคารอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และมีโอกาสและโอกาสในการพัฒนาที่ดี.