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 混凝土是一種有價值的建筑材料，但像所有東西一樣，它不會永遠存在。橋梁、道路和其他結構中的裂縫是危險的，但由于成本高、環境影響大和過程冗長，直接更換它們不是一種好的方案。相反，這些結構必須得到修復和加固。曾經對結構修復通常會使用金屬，但是金屬容易因生銹和暴露于外等因素而損壞，從而限制了其應用。幾十年來，混凝土結構一直使用碳纖維增強聚合物 (CFRP) 進行加固。

瑞士聯邦材料科學與技術實驗室Empa 的研究人員在之前的工作基礎上，開發了一種使用CFRP 變體進一步加固結構的新方法。

背景概述

混凝土是地球上最常用的人造材料；它是一種復合材料，由波特蘭水泥、水和骨料（如沙子、礫石或巖石）組成。混合后，它會變成一種可使用的糊狀物，并在干燥時變硬。它價格便宜，使用壽命長，并且幾乎不需要維護，但它的強度重量比很低，隨著時間的推移，可能會出現裂縫。

長期以來，CFRP一直被用于修復難以承受負載的支撐結構。例如，1960 年代中期至 1980 年代建造的橋梁在設計時考慮的交通量要比如今少得多。連接到結構下側的扁平薄板可以抵消不斷增加的荷載。薄板是一種結構元素，結合在雙向跨越網格系統中；這樣的模式允許由短的、幾何上簡單的組件構成大型復雜結構。這些網格使修復而不是替換結構成為可能。

方法改進

EBROG 是 2018 年首次用于翻新 Küssnacht 一座橋梁的方法。例如，在混凝土梁上縱向銑削窄槽，然后將鋼筋（薄板）從外部粘合到該區域。通道用于增加傳力的表面積，并更深地滲透到混凝土中。

Empa 研究人員正在通過測試預應力 CFRP 層壓板來開發這種方法，該層壓板可主動加固混凝土梁。在拉伸應力下，它們與環氧樹脂粘合。一旦粘結硬化，承受巨大拉力的末端就會松弛。

Empa 團隊專門為新方法設計了由 CFRP 制成的 U 形箍筋（圖中左側）。顏色表示材料上的負載：黃色表示高負載；紅色最強。

為了防止末端撕裂，它們必須牢固固定，通常用鋁板粘合并用銷釘固定。Empa 團隊已將其替換為 U 形 CFRP 箍筋，從而可以更精確地定義力的傳遞。由于它不含金屬，因此不易受到元素的影響。

Christoph Czaderski，Empa 工程結構實驗室研究主管介紹道由單一材料制成的解決方案總是優于兩種性能不同的材料，特別是對于錨固，我們在實驗室進行了大量測試。

將技術推向市場

實驗室測試表明潛力巨大。與經典加固方法相比，預應力和 CFRP 箍筋使混凝土板的承載能力提高了77%。即使沒有預應力，仍有 34% 的差異。但是，這還需要進一步測試；將在跨度為 6 m 的混凝土板上進行大規模評估，以準確了解該方法在實際修復項目中的效果，然后才能將該技術推向市場。

行業合作伙伴S&P Clever Reinforcement Company已經在實踐方面開展工作，開發用于創建 U 形箍筋的工業工藝，該箍筋以前是由碳型材手工制成的。用于對薄片施加預應力的設備也必須重新設計。該技術可應用于任何需要維修的結構，從橋梁到住宅裝修，節省成本并減少其他過程造成的二氧化碳排放。對于建筑業主來說，它也更容易、更快且價格合理。