غالبًا ما يُوصف «تقوية ألياف الكربون» كما لو كان منتجًا واحدًا. في الواقع، يصل البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP) إلى الموقع في ستة أشكال منتجات مختلفة على الأقل، لكل منها عملية تصنيع ومجموعة مواصفات خاصة، والأهم من ذلك تطبيقه الصحيح الخاص به.

يشرح هذا الدليل كل شكل من أشكال المنتجات ومواصفاته النموذجية وأماكن استخدامه وكيفية اختياره. وهو مكتوب للمالكين والمقاولين والمهندسين الذين يحتاجون إلى لغة مشتركة عند تحديد مواصفات ألياف الكربون.

منتجات تقوية ألياف الكربون

ستة أشكال للمنتجات — طابق الشكل مع المهمة

1. قماش / لفافة / نسيج ألياف الكربون

ما هو. قماش رقيق ومرن من ألياف الكربون أحادي أو متعدد الاتجاهات، يُورَّد عادةً في لفائف ويُشبَّع بالإيبوكسي في الموقع (طريقة «wet lay-up»). «القماش» و«اللفافة» و«النسيج» و«القماش المنسوج» هي في الأساس الفئة نفسها من المنتجات بمسميات مختلفة من موردين مختلفين.

المواصفات المتاحة.

200 g/m² (سماكة اسمية 0.111 mm) و300 g/m² (0.167 mm) — الأوزان الأكثر استخدامًا

العرض: 100 / 150 / 200 / 250 / 300 / 500 mm؛ طول اللفافة 100 m

600 g/m² (0.333 mm) — وزن ثقيل لسعة أكبر للطبقة الواحدة

العرض: 500 mm؛ طول اللفافة 50 m

تتوفر أيضًا أوزان وسيطة: 230 / 430 / 450 / 530 g/m²

الاستخدامات النموذجية. تقوية الانحناء للكمرات والبلاطات (باللصق على الوجه المعرض للشد)، وتقوية القص (أغلفة على شكل U وأغلفة كاملة)، وتطويق الأعمدة (أغلفة كاملة) لتحسين المطيلية.

2. شريط / صفيحة مصفحة / شريحة ألياف الكربون

ما هو. شريحة صلبة من CFRP مصنوعة بالبثق (pultrusion) في المصنع، تُورَّد معالَجة مسبقًا وتُلصق بالمنشأ بلاصق إنشائي مخصص. «الشريط» و«الصفيحة المصفحة» و«الشريحة» تصف الشكل الصلب نفسه.

المواصفات النموذجية.

السماكة: عادةً 1.2 mm / 1.4 mm / 2.0 mm / 3.0 mm

العرض: عادةً 50 mm / 100 mm

مقاومة الشد: عادةً ≥ 2,400 MPa (عالية المقاومة) و≥ 1,800 MPa (عالية المعامل)

درجات المعامل: عالية المقاومة (~150 GPa) وعالية المعامل (~200 GPa)

الاستخدامات النموذجية. تقوية الانحناء للكمرات والبلاطات حيث يُطلب نقل قوة أعلى ومقطع أنيق ومنضبط؛ تحمل الشرائح حملًا أكبر لكل شريحة من طبقات القماش بالعرض نفسه.

3. مرساة ألياف الكربون

ما هو. عنصر ليفي قصير — غالبًا «مروحة» من ألياف الكربون مبسوطة أو على شكل حلقة، أو مرساة مُشكَّلة مسبقًا — يُثبَّت لتثبيت الشريحة أو القماش في الركيزة عند أطرافه أو عند المقاطع الحرجة. الغرض منه مقاومة التقشُّر وانفصال الأطراف، وهو نمط الانهيار السائد لـ CFRP الملصق خارجيًا.

المواصفات النموذجية. تختلف حسب النظام؛ المعايير الأساسية هي قطر/عرض المرساة وعمق التضمين وزاوية المروحة/الانتشار. تُحدَّد المراسي لتتوافق مع نظام القماش أو الشريحة التي تثبتها.

الاستخدامات النموذجية. تثبيت أطراف الشرائح والأغلفة الملصقة، وتحسين التثبيت عند الوصلات وحول الفتحات، وزيادة السعة القابلة للاستخدام (المحدودة بالانفصال) للتقوية.

4. شبكة / شبكة ألياف الكربون

ما هو. شبكة ألياف كربون منسوجة مفتوحة، مضمَّنة في مادة رابطة من الملاط الأسمنتي أو المعدَّل بالبوليمر بدلًا من الإيبوكسي. يختلف هذا النهج «المادة الرابطة الأسمنتية المقواة بالقماش» (FRCM / TRM) جذريًا عن wet lay-up بالإيبوكسي.

المواصفات المتاحة.

شبكات ألياف كربون أحادية وثنائية الاتجاه بأحجام شبكة من 10×10 إلى 50×50 mm، جميعها بدرجة Grade I عالية المقاومة وتُورَّد بعروض تصل إلى 1000 mm.

الاستخدامات النموذجية. تقوية المساحات الكبيرة من الجدران البنائية والأقبية والبلاطات؛ التأهيل الزلزالي للمباني الطوبية والحجرية؛ التطبيقات التي تتطلب مادة رابطة منفّذة للبخار أو مقاومة للحريق أو متوافقة مع القلويات ولا يصلح فيها الإيبوكسي.

5. حديد تسليح / قضيب ألياف الكربون

ما هو. قضيب صلب من CFRP مصنوع بالبثق (غالبًا بسطح مغطى بالرمل أو ملفوف حلزونيًا لتحسين التماسك)، يُستخدم كتسليح غير معدني داخل الخرسانة الجديدة أو مضمَّن بالقرب من سطح عنصر قائم (طريقة «near-surface-mounted» أو NSM).

المواصفات النموذجية. الأقطار عادةً من 6 mm إلى 25 mm؛ تُورَّد كقضبان أو لفائف أو أقفاص. الدرجة وسطح التماسك هما حقلا المواصفات الأساسيان.

الاستخدامات النموذجية. تسليح مقاوم للتآكل للمنشآت في البيئات العدوانية (البحرية وأملاح إذابة الجليد)، والمناطق الحساسة كهرومغناطيسيًا (المستشفيات وأجهزة الرنين المغناطيسي)، وتقوية NSM للخرسانة القائمة عند الحاجة إلى تدخل محدود.

6. غلاف ألياف الكربون / غلاف الخوازيق

ما هو. كم أنبوبي من CFRP مُشكَّل مسبقًا أو مصنوع في الموقع يحيط بعمود أو دعامة أو خازوق. تُملأ فجوة حلقية صغيرة بالملاط أو بلاصق إنشائي ليعمل الغلاف والقلب معًا. يشير «غلاف الخازوق» إلى المفهوم نفسه مطبَّقًا على خوازيق الأساس، وغالبًا تحت الماء.

المواصفات النموذجية. تُحدَّد بالقطر وسماكة الجدار والارتفاع/طول المقطع؛ وبالنسبة للخوازيق يجب أن يناسب الغلاف قطر الخازوق والبيئة البحرية/الترابية.

الاستخدامات النموذجية. تطويق وإصلاح الأعمدة والدعامات والمداخن المتدهورة؛ تأهيل الخوازيق المتآكلة أو التالفة في منطقة رذاذ الماء وتحت الماء، حيث يعمل الغلاف على التقوية والحماية معًا.