بالتوازي مع تطور المواد المعدنية والسيراميك والبوليمر ، تتطور المواد المركبة بسرعة عالية. یستخدم هذه المواد على نطاق واسع في المواد الهندسية في السنوات الأخيرة. من ناحية أخرى ، أصبحت تطبيقات التكنولوجيا أكثر أهمية في عالم اليوم ، ويتزايد استخدام التكنولوجيا في مشاريع مثل تقوية الأعمدة الخرسانية يومًا بعد يوم.
في هذه المجموعة من المواد ، عادةً ما تُفضل المواد المركبة المقواة بألياف الكربون (CFRP) من فئة المواد المركبة المتقدمة على غيرها في التطبيقات الإستراتيجية نظرًا للميزات البارزة مثل قدرة تحمل الأحمال العالية والكثافة المنخفضة.
أكبر ضرر لهياكل الخرسانة المسلحة في المباني هو تآكل الفولاذ. لمنع هذه الأضرار وتقوية العمود الخرساني ، أظهرت الأبحاث اليوم أنه يمكن استخدام تقوية العمود الخرساني بألياف الكربون كخيار مناسب لتقویه و تعزیر الفولاذ. هذه المادة عبارة عن بوليمر مقوى بألياف الكربون ، والتي تمكنت من منع تلف الهياكل الخرسانية إلى حد كبير بسبب مرونتها العالية ومقاومتها للتآكل.
تسمى المادة الخام المستخدمة في صنع ألياف الكربون بالسلائف. حوالي 90٪ من ألياف الكربون المنتجة مصنوعة من البولي أكريلونيتريل. 10٪ المتبقية مصنوعة من الحرير الصناعي أو البترول.
كل هذه المواد عبارة عن بوليمرات عضوية تتميز بسلاسل طويلة من الجزيئات المتصلة بواسطة ذرات الكربون وتشارك في عملية تقوية الأعمدة الخرسانية.
يختلف التكوين الدقيق لكل سلائف من شركة إلى أخرى ويعتبر عمومًا سرًا تجاريًا. أثناء عملية الإنتاج ، يستخدم الغازات والسوائل المختلفة فيه. تم تصميم بعض هذه المواد للتفاعل مع الألياف لتحقيق تأثير معين ، والبعض الآخر مصمم للتفاعل أو منع تفاعلات معينة مع الألياف.
تطبيق واستخدامات ألياف الكربون في البناء وإنشاء الطرق
ألياف الكربون هي مادة مركبة یستخدمها على نطاق واسع في العديد من التطبيقات مثل صناعة الطیران او الفضائیه، والمعدات الرياضية ، وصناعة النفط والغاز ، وكذلك صناعة السيارات. تتميز هذه الألياف بصلابة محددة وقوة خاصة ومقاومة عالية للتعب مقارنة بالمعادن العادية. لذلك ، فهي مناسبة للاستخدام في الهيكل المطلوب لتحمل الحمل.
في صناعة السيارات ، تتمثل مزايا ألياف الكربون في تقليل الوزن ، والتكامل وتقليل الأجزاء ، وإمكانية استبدال الأجزاء التالفة ، والمتانة والقوة ، فضلاً عن الجاذبية والجمال. ومع ذلك ، فإن بعض الحالات تمنع استخدام هذه الألياف. أدناه ، یذکر تطبيق أكثر تنوعًا لهذه الألياف في الصناعات المختلفة.
• تقوية الأعمدة الخرسانية في الهياكل
• الصناعات الدفاعية والفضائية او الطیران
• تصنيع السيارات
• الصناعات الطبية
• قطاع الطاقة
• تعزيز و تقویه الهياكل بمركبات CFRP
• تقوية الخرسانات عالية القوة
• بناء جدران خفيفة ومقاومة
• هياكل كربون متراجعة ومسبقة الإجهاد
• استخدامها في الجدران الداخلية للأنفاق
ما هي مميزات استخدام ألياف الكربون في تقویه الأعمدة الخرسانية بألياف الكربون؟
يبلغ قطر ألياف الكربون حوالي 5-10 ميكرومتر وتتكون في الغالب من ذرات الكربون. يتميز هذا النوع من الألياف بمزايا مختلفة مثل الصلابة العالية وقوة الشد العالية والوزن المنخفض والمقاومة الكيميائية العالية وتحمل درجات الحرارة العالية والتمدد الحراري المنخفض. جعلت هذه الميزات ألياف الكربون شائعة جدًا في الصناعات الحالية مثل الفضاء والهندسة المدنية والعسكرية والسيارات.
ومع ذلك ، فهي غالية الثمن نسبيًا مقارنة بالألياف المماثلة ، مثل الألياف الزجاجية أو الألياف البلاستيكية. تشمل الاستخدامات الأخرى لألياف الكربون ما يلي.
مقاومة عالية من ألياف الكربون للحرارة
يعتبر الحريق والاحتراق من أكثر الحالات احتمالية التي يمكن أن تحدث للمشروع. لكن استخدام الأشياء التي تتمتع بأعلى مقاومة للحرارة يمكن أن يساعد بشكل كبير في عزل النار. لهذا الغرض ، يستخدم ألياف الكربون في تقویه الأعمدة الخرسانية.
وزن خفيف
لا ينبغي أن يرتبط تقوية العمود الخرساني بجعل الهيكل أثقل. لهذا الغرض ، يجب إعادة النظر في استخدام المواد التي تزيد من وزن الهيكل. لذلك ، تعد ألياف الكربون اليوم واحدة من أنسب الخيارات من حيث التقوية وخفة الوزن في نفس الوقت.
ارتفاع قوة الشد
يمكن أن تمنع المرونة وقوة الشد العالية حدوث أضرار جسيمة للمبنى والهيكل إلى حد كبير ، وقد تمكنت ألياف الكربون ذات قوة الشد العالية من الحصول على مكانها في عملية تقویه الأعمدة والهياكل الخرسانية.
مقاومة مناسبة للألياف وألياف الكربون ضد التعب
يعتمد العمر الافتراضي للهيكل على قوة أعمدة الهيكل. تخيل الآن عمودًا بأفضل تشطيب ممكن وغطاء من ألياف الكربون. نظرًا لأن هذا النوع من الألياف يتمتع بمقاومة جيدة للإجهاد ، فسيتم تأمين هذا الهيكل إلى حد كبير ضد الاستقرار والانهيار ، وبطريقة ما اكتملت عملية تقوية العمود الخرساني في الهيكل بالكامل.
المتانة والعمر الطويل ضد المواد الكيميائية
لكن أهم سبب لاستخدام ألياف الكربون في عملية تقویه الأعمدة الخرسانية هو متانتها ومقاومتها العالية للمواد الكيميائية. هذه الميزة جعلت البناة يستفيدون منها في العديد من مشاريعهم ، وخاصة بناة المشاريع في المناطق الرطبة حيث يتم تدمير عمود الهيكل عن طريق التبخر ومزج السوائل والمواد الكيميائية.
غير منفذة للأشعة السينية
هذه الميزة هي سبب وجيه لاستخدام هذا النوع من الألياف في الهياكل الطبية ؛ حيث توجد أجهزة منتجة للأشعة السينية ومشعة ويمكن أن تسبب الكثير من الضرر للأشخاص والهياكل.