CFRP — Sợi carbon gia cường polymer — là vật liệu composite gồm sợi carbon cường độ cao được giữ trong ma trận epoxy đã đóng rắn. Khi được dán lên bề mặt của cấu kiện kết cấu hiện hữu, nó bổ sung khả năng chịu kéo chính xác tại vị trí cần thiết, biến một dầm, sàn, cột hoặc tường không đủ cường độ thành cấu kiện đáp ứng tải trọng hiện tại. Điều này đạt được mà không cần phá dỡ, gián đoạn hoạt động và tăng thêm trọng lượng chết như các phương pháp truyền thống.
Tại sao chọn sợi carbon?
Sức hấp dẫn đến từ chính vật liệu. Sợi carbon có cường độ chịu kéo gấp nhiều lần thép kết cấu với trọng lượng chỉ bằng khoảng một phần năm và không bị ăn mòn. Một tấm laminate dày chỉ khoảng một milimét có thể thay thế một tấm thép nặng hơn nhiều lần. Vì lớp gia cường mỏng và nhẹ, nó có thể được thi công bằng tay, trên cao và trong không gian chật hẹp nơi việc bắt bu lông tấm thép là bất khả thi.
Cách thức hoạt động
Việc gia cường dựa trên liên kết giữa composite và nền. Sợi chịu kéo; keo epoxy truyền ứng suất từ bê tông vào sợi qua diện tích liên kết. Do đó, kết cấu nền phải lành lặn: vật liệu rời, màng hồ và tạp chất được loại bỏ, bề mặt được mài để lộ cốt liệu, và sơn lót được áp dụng để nhựa tẩm có thể bám dính. Khi hệ thống đóng rắn, cấu kiện và CFRP hoạt động liên hợp như một thể thống nhất.
Ứng dụng
Các ứng dụng điển hình bao gồm: tăng tải trọng khai thác của dầm cầu và sàn bãi đỗ xe; khôi phục khả năng chịu lực bị mất do ăn mòn hoặc va đập; tăng cường độ chịu uốn hoặc cắt sau khi thay đổi công năng; giữ cột để cải thiện độ dẻo và khả năng chịu lực dọc trục; và nâng cấp kháng chấn. CFRP hoạt động được trên bê tông cốt thép, bê tông dự ứng lực, thép, gạch đá và gỗ.
Hai dạng phổ biến
Hệ thống chủ yếu có dạng vải linh hoạt (còn gọi là tấm hoặc băng quấn), được tẩm nhựa tại công trường và ôm sát các hình dạng cong và không đều, và dạng tấm cứng đã đóng rắn trước (dải laminate), được dán lên trần phẳng để gia cường uốn hiệu quả. Việc chọn giữa chúng là chủ đề của một hướng dẫn riêng.
Ưu điểm và giới hạn
Ưu điểm là nhanh chóng, tăng trọng lượng tối thiểu, chống ăn mòn và hầu như không thay đổi kích thước cấu kiện hoặc khoảng không thông thủy. Các giới hạn cũng quan trọng: CFRP là cốt thép chịu kéo liên kết bề mặt, do đó cấu kiện hiện hữu phải có đủ khả năng chịu nén ban đầu; hiệu suất phụ thuộc nhiều vào công tác chuẩn bị bề mặt và tay nghề thợ thi công; và sợi carbon trần mất cường độ khi cháy, vì vậy cụm lắp ghép yêu cầu chịu lửa cần lớp phủ bảo vệ hoặc tấm cách nhiệt. Thiết kế phải luôn tuân theo tiêu chuẩn được công nhận như ACI 440.2R và được thực hiện bởi kỹ sư có chuyên môn.
Khi sử dụng trong các giới hạn đó, gia cường bằng CFRP là một trong những cách nhanh nhất, ít gây gián đoạn nhất để kéo dài tuổi thọ của kết cấu hiện hữu.