اقرأ في هذا المقال
- ما هو نسيج ألياف الكربون المستخدم في البناء؟
- خصائص ألياف الكربون كمواد بناء
- استخدامات ألياف الكربون في البناء
ما هو نسيج ألياف الكربون المستخدم في البناء؟
على مدى العقود القليلة الماضية، تطور مجال البناء بطريقة لا يمكن تفسيرها لشخص عادي. حيث يرجع ذلك إلى حقيقة أنه من خلال النتائج الجديدة والتكنولوجيا الجديدة، تمكن العلماء من ابتكار أنواع جديدة من المواد التي لم يتم التفكير فيها مطلقًا.
ألياف الكربون هي أحد هذه الأنواع من المواد متعددة الاستخدامات. وفي هذه المقالة سوف نتحدث عن كيف ساعدت ألياف الكربون في تطوير قطاع البناء في العالم. كما سيكون من المفيد تحديد العوامل التي تساعد ألياف الكربون في تحقيق هذه الإنجازات الجديدة.
تشمل الخصائص المتنوعة لألياف الكربون الصلابة العالية وقوة الشد العالية والمقاومة الكيميائية العالية وتحمل درجات الحرارة العالية والتمدد الحراري المنخفض. وهذه تجعلها واحدة من أكثر المواد شيوعًا واستخدامًا في الهندسة المدنية وتمتلك قوة تصل إلى خمسة أضعاف قوة الفولاذ وكونها أخف وزنًا.
تسمّى ألياف الكربون أيضًا ألياف الجرافيت أو الجرافيت الكربوني. كما تتكون ألياف الكربون من خيوط رفيعة جدًا من عنصر الكربون وتتمتع بمعامل مرونة عالي وقوة إجهاد عند مقارنتها بالألياف الزجاجية، ممّا يجعلها مثالية لصناعة البناء وبمقاومة شد عالية وهي قوية جدًا بالنسبة لحجمها. في الواقع، يمكن أن تكون ألياف الكربون أقوى مادة.
بالنظر إلى عمر الخدمة، فقد تم اقتراح أن البوليمرات المقواة بألياف الكربون لديها إمكانات أكبر من الألياف العجميد والألياف الزجاجية. بحيث تتميز البوليمرات المقواة بألياف الكربون أيضًا بمقاومة كيميائية عالية ولديها تحمل درجات حرارة عالية مع تمدد حراري منخفض ومقاومة للتآكل.
تهيمن ألياف الكربون، المعروفة باسم ألياف الجرافيت، على الفولاذ من حيث القوة والصلابة والقدرة على التحمل. حيث أن هذه الخصائص الرائدة تجعل ألياف الكربون مادة بناء مثالية في مشاريع البناء. حيث يعمل بشكل أفضل مع الهياكل التي تتلقى أحمالًا عالية التأثير.
خصائص ألياف الكربون كمواد بناء:
- ألياف الكربون مرنة.
- تبلغ كثافة ألياف الكربون حوالي 1600 كجم لكل م³.
- ألياف الكربون مستقرة كيميائيا.
- لديها موصلية كهربائية جيدة.
- ألياف الكربون لديها مقاومة كبيرة للنار.
- الموصلية الحرارية لألياف الكربون عالية بقيمة 24.
- لها قيمة أقل للتمدد الحراري، ممّا يجعلها مناسبة في المناطق التي تكون فيها الحركات الصغيرة حرجة.
- تتميز ألياف الكربون بصلابة أكبر مرتين من الفولاذ بقيمة 26830 نيوتن لكل م.
- نسبة القوة إلى الوزن من ألياف الكربون عالية جدًا.
- قوة الشد لألياف الكربون جيدة بقيمة تقريبية 290 كجم لكل سم².
استخدامات ألياف الكربون في البناء:
1. استخدام ألياف الكربون لبناء الخرسانة سابقة الصب:
يكتسب استخدام ألياف الكربون في العناصر الخرسانية مسبقة الصب شعبية كبيرة في الولايات المتحدة الأمريكية. حيث يمكن استبدال تقوية الشبكة الفولاذية القياسية المستخدمة في القسم الخارجي والداخلي لعناصر الجدار الخرساني مسبقة الصب بألواح أو شبكات من ألياف الكربون.
باستخدام ألياف الكربون بدلاً من الشبكة الفولاذية، ينخفض الوزن الإجمالي للوحدة الهيكلية. كما يمكن استبدال الشبكة الملحومة المستخدمة في بناء الألواح الخرسانية بشبكة من ألياف الكربون، ممّا يقلل الوزن الإجمالي ويكسب الحماية الكيميائية اللازمة.
2. ألياف الكربون كتعزيز:
تكتسب ألياف الكربون شعبية أكبر في تقوية الهياكل الخرسانية خارجيًا. حيث يتم استخدامها كتعزيز خارجي للأعمدة. ومن ثم، فهي تلعب دورًا في إعادة التأهيل أيضًا. كما تقلل طريقة التعزيز هذه من الحاجة إلى أعمال التثبيت والتركيب الإضافية، والتي تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة.
3. إصلاح الهياكل المجهدة:
في حالة الهياكل الخرسانية المسلحة أو الخرسانة سابقة الإجهاد، تتضمن تقنية الإصلاح الجديدة استخدام شرائح البلاستيك المقوى بالألياف المرتبط خارجيًا. وعلى غرار ترابط الصفيحة الفولاذية، تتضمن رابطة صفائح البلاستيك المقوى الالتصاق بورقة ألياف رفيعة ومرنة على سطح الخرسانة مع راتنج.
تُستخدم هذه التقنية لزيادة قدرة القص والانثناء للكمرات والألواح ولزيادة الحبس في الأعمدة. ولا يضيف النظام حمولة ميتة كبيرة إلى الهيكل، ويعاني أقل من التآكل، ويمكن تثبيته في فترة زمنية قصيرة نسبيًا. حيث أن استخدامات قضبان نسيج ألياف الكربون على السطح القريب هي تقنية جديدة أخرى لزيادة قوة الانحناء والقص.
تتمثل فوائد استخدام قضبان نسيج ألياف الكربون المثبتة بالقرب من السطح، عند مقارنتها بشرائح البلاستيك المقوى بالألياف الملتصقة بشكل سطحي، في إمكانية تثبيت القضبان في الأعضاء المجاورة ووقت تركيب أقل.
فائدة أخرى لهذه الطريقة هي الطبيعة الجذابة بشكل خاص لتقوية الانحناء في مناطق العزم السلبية للألواح والطوابق، حيث سيتعرض التعزيز الخارجي للضرر الميكانيكي والبيئي وسيتطلب غطاء واقٍ يمكن أن يتداخل مع وجود تشطيبات الأرضيات.
