Eigenschaften und Leistung von CFK-verstärkten Kunststoffen

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind für die Verstärkung von Betonkonstruktionen von entscheidender Bedeutung. Kohlenstofffasern, die durch Karbonisierung organischer Fasern gewonnen werden, enthalten einen Kohlenstoffgehalt von über 90 %. CFK-Platten werden in China häufig zur Verstärkung von Betonkonstruktionen verwendet, die häufig aus Japan stammen. Diese Platten gibt es in verschiedenen Formen, z. B. als unidirektionale Platten, Prepreg-Platten und bidirektionale Stoffe.

Im Vergleich zu herkömmlichem Baustahl bietet CFK mehrere Vorteile:

• Hohe Zugfestigkeit:Überlegen gegenüber gewöhnlichem Stahl.

• Anisotropie:Unterschiedliche Stärken in unterschiedliche Richtungen.

• Leicht:Ungefähr ein Fünftel der Dichte von Stahl.

• Korrosionsbeständigkeit:Sehr beständig gegen die meisten Chemikalien.

• Geringe Wärmeausdehnung:Minimale Ausdehnung bei Temperaturänderungen.

• Gute Vibrationsdämpfung:Dämpft Vibrationen schnell.

• Flexibilität:Kann je nach Bedarf geformt und gefärbt werden.

• Nicht magnetisch:Keine magnetischen Eigenschaften.

Aufgrund seiner Eigenschaften eignet sich CFK ideal für zug- und vorgespannte Bauteile in der Betonkonstruktionsverstärkung. Es verbessert die mechanischen Eigenschaften, die Haltbarkeit und die einfache Installation in verschiedenen Anwendungen im Tiefbau.

Anwendungsstudien von CFK-verstärkten Kunststoffen

Aktuelle Anwendungen in China

CFK wird in entwickelten Ländern zur Verstärkung von Betonstrukturen eingesetzt und setzt sich seit etwa 1996 in China durch. Umfangreiche Forschung und Anwendung in Industrie- und Zivilgebäuden, Brücken und Tunneln haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt. CFK wird hauptsächlich zur Eindämmung der Rissbildung und zur Aufnahme von Zugspannungen in alten und neuen Brücken eingesetzt.

China hat technische Standards für die CFK-Verstärkung in Betonkonstruktionen festgelegt. Von Universitäten wie Tsinghua und Tongji durchgeführte Forschungsarbeiten haben wertvolle Daten geliefert, die auf eine glänzende Zukunft für CFK-Materialien in China hinweisen.

Internationale Bewerbungen

Die CFK-Technologie reifte in der Luft- und Raumfahrtindustrie heran und wurde später in den 1960er Jahren im Tiefbau in den USA eingesetzt. In den 1980er Jahren erlangte es in Europa, Japan und Australien große Aufmerksamkeit. Länder wie Japan führten umfangreiche Forschungen zu CFK zur Strukturverstärkung durch und erkannten dessen mechanische Eigenschaften und einfache Konstruktion.

In den 1990er Jahren wurde CFK weltweit häufig bei Brücken-, Tunnel- und Gebäudeverstärkungsprojekten eingesetzt. Organisationen wie ACI 440 in den USA verfügen über fortschrittliche CFRP-Technologie, die zur Verstärkung von etwa 600.000 Brücken geführt hat.

Herausforderungen in der CFK-Anwendungsforschung

Obwohl die CFRP-Verstärkungstechnologie weltweit anerkannt ist, bleiben einige Herausforderungen bestehen. Umfassende theoretische Analysen und numerische Forschung sind erforderlich, experimentelle Forschung zur mechanischen Leistung ist jedoch begrenzt. Probleme wie die Koordination zwischen CFK-Komponenten und der gesamten Struktur sowie mögliche lokale Schäden durch Lastumverteilung erfordern weitere Untersuchungen.

Es bestehen weiterhin technische Herausforderungen, insbesondere bei der Entwicklung geeigneter nationaler Standards und Richtlinien. Der einzigartige Kontext Chinas erfordert maßgeschneiderte Standards für Materialproduktion, Verwendung, Inspektion, Verstärkungsdesign, Berechnung, Konstruktion und Akzeptanzkriterien.