【行業資訊】用于未來基礎設施的復合鋼筋

用于未來基礎設施的復合鋼筋

信息來源:compositesworld

在世界范圍內,混凝土結構受到前所未有的挑戰。不僅道路、橋梁和立交橋的交通量增加,氣候變化也增加了極端天氣事件,包括導致山洪暴發和其他破壞性事件的強烈風暴和暴雨。在這種應力下,混凝土會開裂。這種裂縫會造成鋼筋逐步腐蝕性氧化,由于在腐蝕性環境中而變得劣化。美國的FDOT, Tallahassee, Fla.,在纖維增強聚合物(FRP)鋼筋的使用和測試以及設計和使用標準的制定方面一直處于領先地位,提出一種用纖維增強聚合物(FRP)代替傳統鋼筋和鋼絞線鋼筋的創新方法,復合鋼筋主要由玻璃纖維(GFRP或GRP)制成,也有使用了玄武巖(BFRP)或碳纖維(CFRP)開發的產品。

GFRP鋼筋制造商Mateenbar(阿聯酋迪拜和北卡羅來納州康科德)的首席執行官Nick Crofts認為:在腐蝕性環境中,鋼材不再被視為經濟高效的選擇。Mateenbar是全球最大的GFRP鋼筋項目的主要供應商。沙特阿拉伯吉贊長達23公里、寬達80米的防洪通道項目正在推動它進入主流基礎設施。

Mateenbar GFRP鋼筋由Pultron Composites(新西蘭吉斯伯恩)開發的,Mattenbar的工廠使用Pultron的先進技術,生產高產量且非常一致的拉擠鋼筋,而不會產生揮發性有機化合物(VOC)排放。在工程鋼拉擠模具內注入樹脂并固化,生產出來的這種鋼筋工程產品尺寸性能優于±1%。所使用的纖維是歐文斯康寧(美國俄亥俄州托萊多市)的耐腐蝕ECR玻璃,樹脂是自己開發的環氧背膠乙烯基酯變體。它最大限度地提高了韌性、強度和耐用性,遠遠優于帶環氧端接的聚酯主鏈。然后對拉擠圓桿進行機加工,形成螺旋輪廓,使其能夠承受混凝土內部的附著力。采用一種封閉式操作,使用配備Donaldson空氣過濾系統的加工間,使得生產環境中沒有灰塵。然后在外面涂上一層樹脂膜,以提高處理能力。Mateenbar的鋼筋生產長度可達80英尺,按要求切割成一定長度。平均直鋼筋直徑為0.75英寸,拉伸模量為8700 ksi(60 GPa),由11600 ksi(80 GPa)玻璃纖維制成;因此,纖維含量非常高,超過80%(按重量計)。這是沒有辦法彎曲的,所以彎曲的GFRP鋼筋是用不同的工藝和樹脂制成的,擁有專利技術。

拉擠工藝制備玻璃纖維鋼筋過程:

圖1

步驟一:玻璃纖維被送入拉擠模具,并在封閉成型過程中注入樹脂。

圖2

步驟二:拉擠工藝制造出長度達80英尺的玻璃纖維/乙烯基酯復合棒。

圖3

步驟三:螺桿上加工了一個螺旋,以輔助混凝土粘附。

圖4

步驟四:將直彎GFRP鋼筋運至施工現場地點,按照設計圖紙放置GFRP鋼筋并澆筑混凝土,然后夯實和壓縮以去除氣泡。

相對于GFRP設計、成本,GFRP鋼筋并不能直接替代鋼材。GFRP筋與普通鋼筋具有不同的性能。設計中必須考慮這些差異。比如以GFRP筋為例,GFRP筋的抗拉強度高于鋼,但拉伸模量較低。在鋼結構設計中,鋼筋的數量通常由抗拉強度決定。然而,對于GFRP,模量通常是決定所需鋼筋數量的因素。滿足這一要求通常會導致結構超過極限強度要求。另一個考慮的是彎曲和形狀的生產。

GFRP消除了腐蝕風險,并將鋼筋混凝土的耐久性提高了四倍,以滿足未來交通、城市化和極端天氣增加的需求。

END

編輯|梁亞飛    校審|黃文依

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