चीन ने कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग करके संरचनात्मक सुदृढ़ीकरण और मजबूती के अनुसंधान और व्यावहारिक अनुप्रयोग में महत्वपूर्ण प्रगति की है। इंजीनियरिंग में उपयोग की जाने वाली सामान्य विधियों में सेक्शन इज़ाफ़ा, स्टील जैकेटिंग, प्रीस्ट्रेसिंग, स्टील प्लेट बॉन्डिंग और कार्बन फाइबर कंपोजिट बॉन्डिंग शामिल हैं। पारंपरिक सुदृढ़ीकरण विधियाँ आम तौर पर पुरानी हो चुकी हैं, जिनमें जटिल निर्माण प्रक्रियाएँ और तकनीकें हैं जो संरचना के वजन और उपयोग योग्य क्षेत्र को प्रभावित कर सकती हैं। इसके विपरीत, कार्बन फाइबर कंपोजिट बॉन्डिंग विधि उच्च शक्ति, दक्षता, संक्षारण प्रतिरोध, निर्माण में आसानी और संरचनात्मक आयामों में कोई वृद्धि नहीं जैसे लाभ प्रदान करती है, जिससे इसे इंजीनियरिंग परियोजनाओं में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

1. कार्बन फाइबर कम्पोजिट सुदृढीकरण के सिद्धांत

कंक्रीट संरचनाओं का कार्बन फाइबर सुदृढ़ीकरण एक आधुनिक विधि है जिस पर 1980 के दशक में शोध शुरू हुआ और 1996 में इसे चीन में पेश किया गया। इसने इंजीनियरिंग समुदाय में तेज़ी से ध्यान आकर्षित किया, और शोध और अनुप्रयोग के लिए एक गर्म विषय बन गया। इस विधि में कंक्रीट संरचनाओं की सतह पर कार्बन फाइबर कंपोजिट को जोड़ना, उनकी ताकत को बढ़ाना और फाइबर और संरचना के सहयोगी कार्य के माध्यम से उनके प्रदर्शन में सुधार करना शामिल है।

2. कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री

कार्बन फाइबर कंपोजिट के साथ कंक्रीट संरचनाओं को मजबूत करने और मरम्मत करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्राथमिक सामग्री कार्बन फाइबर कपड़े और संगत रेजिन हैं। कार्बन फाइबर कंपोजिट अपनी उच्च शक्ति, उच्च लोचदार मापांक, हल्के वजन और उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध के लिए जाने जाते हैं, जिसमें तन्य शक्ति सामान्य स्टील बार की तुलना में लगभग दस गुना अधिक होती है। संगत रेजिन में बेस रेजिन, लेवलिंग रेजिन और बॉन्डिंग रेजिन शामिल हैं। ये रेजिन कार्बन फाइबर की बॉन्डिंग गुणवत्ता में सुधार करते हैं और कंक्रीट के साथ एक समग्र सामग्री निकाय बनाने में मदद करते हैं, जिससे संरचना के झुकने और कतरनी प्रतिरोध में वृद्धि होती है।

2.1 कार्बन फाइबर कपड़े

कार्बन फाइबर कपड़ों को उनके कच्चे माल के आधार पर पैन-आधारित, विस्कोस-आधारित और डामर-आधारित कपड़ों में वर्गीकृत किया जा सकता है। वे विनिर्देश के अनुसार भी भिन्न होते हैं, जिसमें 1K, 3K, 6K, 12K और 24K या उससे बड़े टो कार्बन फाइबर कपड़े शामिल हैं, और कार्बनीकरण प्रक्रिया के अनुसार ग्रेफ़िटाइज़्ड, कार्बनाइज़्ड और प्री-ऑक्सीडाइज़्ड कपड़े हैं। इसके अतिरिक्त, वे बुनाई के तरीकों में भिन्न होते हैं, जैसे कि बुने हुए, बुने हुए, लट वाले और प्री-इंप्रेग्नेटेड कपड़े।

2.2 बंधन सामग्री

कार्बन फाइबर कम्पोजिट सुदृढ़ीकरण के लिए उपयोग किए जाने वाले चिपकने वाले पदार्थों में तीन प्रकार शामिल हैं: प्राइमर (बेस रेजिन), मरम्मत रेजिन (समतल करने वाली सामग्री या पुट्टी), और संसेचन रेजिन। प्राइमर कंक्रीट की सतह को मजबूत करता है, कंक्रीट और कार्बन फाइबर कंपोजिट के बीच बंधन को बढ़ाता है। मरम्मत रेजिन कंक्रीट की सतह को समतल करता है, जिससे कार्बन फाइबर शीट के आसंजन में सुविधा होती है। संसेचन रेजिन कार्बन फाइबर को एक साथ और कंक्रीट से बांधता है, जिससे एक समग्र सामग्री बनती है जो बाहरी ताकतों का प्रतिरोध करती है। कंक्रीट संरचनाओं के प्रभावी सुदृढ़ीकरण के लिए संसेचन रेजिन का प्रदर्शन महत्वपूर्ण है।

3. कार्बन फाइबर कम्पोजिट प्रबलित कंक्रीट संरचनाओं का बेहतर प्रदर्शन

• उच्च शक्ति और प्रत्यास्थता मापांक:कार्बन फाइबर कंपोजिट में उच्च तन्य शक्ति होती है, जो स्टील से लगभग दस गुना अधिक होती है, तथा इसका प्रत्यास्थता मापांक स्टील के बराबर होता है।

• संक्षारण प्रतिरोध और स्थायित्व:कार्बन फाइबर कंपोजिट रासायनिक रूप से स्थिर होते हैं और अम्ल, क्षार या लवण के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं, जिससे प्रबलित संरचनाओं के लिए उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और स्थायित्व प्रदान करते हैं।

• कम तापीय विस्तार गुणांक:कार्बन फाइबर कंपोजिट का तापीय विस्तार गुणांक बहुत कम होता है, फाइबर दिशा में लगभग शून्य।

• निर्माण में आसानी और उच्च दक्षता:कार्बन फाइबर कपड़ों से सुदृढ़ीकरण के लिए भारी मशीनरी या बड़े उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती, यह न्यूनतम स्थान घेरता है, तथा लचीले कटिंग और त्वरित स्थापना की सुविधा देता है।

• निर्माण गुणवत्ता की गारंटी:कार्बन फाइबर कपड़े लचीले होने के कारण, मरम्मत के बाद असमान सतहों पर भी अच्छी तरह चिपक सकते हैं, तथा 95% से अधिक की प्रभावी आसंजन दर प्राप्त कर सकते हैं।

• संरचनाओं पर न्यूनतम प्रभाव:कार्बन फाइबर कंपोजिट का हल्का वजन और पतला आकार मूल संरचना के वजन या आयाम को महत्वपूर्ण रूप से नहीं बढ़ाता है, तथा उपयोगी स्थान को बनाए रखता है।

• अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला:विभिन्न प्रकार की संरचनाओं, आकृतियों, सामग्रियों और संरचनात्मक तत्वों में विभिन्न कमजोर बिंदुओं को मजबूत करने के लिए उपयुक्त।

4. कंक्रीट संरचनाओं में कार्बन फाइबर कम्पोजिट सुदृढीकरण के अनुप्रयोग

व्यावहारिक इंजीनियरिंग में, कार्बन फाइबर कपड़े मुख्य रूप से सुदृढ़ीकरण के लिए उपयोग किए जाते हैं। यह तकनीक परिपक्व है और कई क्षेत्रों में व्यापक रूप से लागू की जाती है:

• कतरनी क्षमता बढ़ाना:कार्बन फाइबर कपड़े, रकाब के समान कतरनी प्रतिरोध में योगदान करते हैं और कंक्रीट को रोककर तथा तन्यता तनाव को सहन करके मुख्य सुदृढ़ीकरण को समय से पहले टूटने से बचाने में मदद करते हैं।

• झुकने की क्षमता बढ़ाना:संरचनात्मक तत्वों की तन्य सतह पर कार्बन फाइबर कपड़ों को जोड़कर, उनकी झुकने की क्षमता में काफी सुधार किया जाता है।

• भूकंपीय प्रदर्शन में सुधार:कार्बन फाइबर कपड़े कंक्रीट तत्वों की लचीलापन और ऊर्जा अवशोषण क्षमता को बढ़ा सकते हैं, विशेष रूप से बीम-स्तंभ जोड़ों और अक्षीय भार के तहत स्तंभों में, जिससे उत्कृष्ट भूकंपीय सुदृढ़ीकरण मिलता है।

• थकान प्रतिरोध को बढ़ावा देना:कार्बन फाइबर फैब्रिक से मजबूत किए गए प्रबलित कंक्रीट बीम और प्रीस्ट्रेस्ड कंक्रीट बीम बार-बार लोडिंग चक्रों के बाद भी अपनी मजबूती और कठोरता बनाए रखते हैं, जिससे उनका थकान जीवन काफी हद तक बढ़ जाता है और विरूपण कम हो जाता है।

5. कंक्रीट संरचनाओं में कार्बन फाइबर कम्पोजिट सुदृढीकरण की सीमाएँ

• भंगुरता:कार्बन फाइबर रैखिक लोचदार और भंगुर होते हैं, उनके गुणों का पूर्ण उपयोग करने के लिए संरचना में महत्वपूर्ण विरूपण की आवश्यकता होती है।

• आसंजन संबंधी मुद्दे:कार्बन फाइबर सुदृढीकरण में बंधन विफलता का अनुभव हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रबलित कंक्रीट संरचनाओं में भंगुर विफलता की स्थिति उत्पन्न हो सकती है।

• दीर्घकालिक प्रदर्शन पर सीमित शोध:दीर्घकालिक और प्रभाव भार के तहत कार्बन फाइबर प्रबलित कंक्रीट के प्रदर्शन पर अनुसंधान का अभाव है।

• सैद्धांतिक अंतराल:यद्यपि बीम और स्तंभों में कार्बन फाइबर सामग्रियों के कतरनी और झुकने वाले सुदृढ़ीकरण तंत्रों पर व्यापक शोध किया गया है, लेकिन कतरनी दीवारों में उनके अनुप्रयोग के बारे में समझ सीमित है।

कुल मिलाकर, कार्बन फाइबर कम्पोजिट सुदृढ़ीकरण प्रौद्योगिकी महत्वपूर्ण आर्थिक, सामाजिक और पर्यावरणीय लाभ प्रदान करती है। कार्बन फाइबर सामग्री के विकास, कम उत्पादन लागत और चल रहे अनुसंधान के साथ, इस तकनीक का उपयोग कंक्रीट संरचना सुदृढ़ीकरण में बढ़ता हुआ दिखाई देगा, जो एक उज्ज्वल भविष्य का वादा करता है।