Em projetos de reforço e reconstrução, a fibra de carbono, como um material de reforço estrutural com alta resistência, peso leve, resistência à corrosão e construção conveniente, tem sido amplamente utilizada em vários projetos de reforço.De acordo com as estatísticas, em 2019, a indústria de construção do meu país utilizou cerca de 3900 toneladas de precursor de fibra de carbono, das quais mais de 80% foram utilizadas para o reforço e manutenção de estruturas antigas.No entanto, devido à grande variedade de processos de produção e tipos de produtos de fibra de carbono, existem alguns requisitos especiais para o ambiente de construção e métodos de construção, e a escolha errada de materiais de reforço de fibra de carbono trará sérias consequências. Ao mesmo tempo, devido à grande diferença entre o modo de força e os materiais homogêneos gerais (como aço, etc.), como utilizar adequadamente materiais reforçados com fibra de carbono para atingir a meta de capacidade de rolamento estabelecida em projetos de reforço é um dos focos da pesquisa atual.

Situação de produção de materiais reforçados com fibra de carbono

Os materiais de reforço de fibra de carbono amplamente utilizados em projetos de reforço são divididos principalmente em várias categorias: tecidos de fibra de carbono, perfis compostos de fibra de carbono, sistemas de fibra de carbono protendidos e aditivos de fibra de carbono picados.Entre eles, tecidos de fibra de carbono são combinados com adesivos para formar materiais compósitos que podem ser utilizados em projetos reais de reforço, enquanto fibras picadas são geralmente aditivos de concreto ou argamassa para melhorar a ductilidade do concreto ou argamassa.No início do século XXI, devido a problemas técnicos, como o processo de tecelagem de tecidos de fibra de carbono doméstico, o fenômeno da fibra de carbono "burring", "broken ends and returning", e "winding adherence" foram comuns, o que afetou seriamente a força e estabilidade do produto. Os materiais de reforço de fibra de carbono usados em estruturas e projetos importantes dependem principalmente de importações de países desenvolvidos na Europa e nos Estados Unidos, como Toray do Japão, Sika da Suíça, Fisher da Alemanha e Simpson dos Estados Unidos. Nos últimos anos, fabricantes de materiais de reforço doméstico liderados por Shanghai Hummer Construction Technology Co., Ltd. introduziram tecnologia de tecelagem alemã Dornier, melhoraram e otimizaram o processo de tecelagem de tecidos de fibra de carbono, e controlaram finamente a tensão de tecelagem e tensão de trama de precursores de fibra de carbono.A resistência do tecido de fibra de carbono pode chegar a 4.2GPa, e o módulo elástico pode atingir 240GPa.

A tecnologia de pultrusão e extrusão de perfis compostos de fibra de carbono começou nos Estados Unidos.Na década de 1980, meu país começou a introduzir linhas de produção estrangeiras para a produção de perfis de fibra de vidro. Através da otimização e atualização em termos de princípios mecânicos, novas resinas e agentes de cura, a produção atual de produtos de fibra pulsada e extrusada em meu país já representou mais de 50% da produção global, e a tecnologia de pultrusão e extrusão está próxima ao nível internacional avançado.

Status da aplicação de materiais reforçados com fibra de carbono

Em projetos de reforço e reconstrução nacionais, os materiais de reforço de fibra de carbono mais utilizados são tecidos de fibra de carbono e painéis compostos de fibra de carbono. Pesquisas mostram que a capacidade de rolamento flexural de vigas de concreto pode ser significativamente melhorada quando múltiplas camadas de tecido de carbono são coladas (a carga de escoamento é aumentada em 20% no caso de três camadas, e a capacidade de rolamento final é aumentada em 48% a 64%).No entanto, é difícil remover todas as cargas iniciais dos elementos a serem reforçados, e a falha de aderência entre o adesivo e o concreto e a falha de descamação da camada protetora de concreto têm efeitos significativos. Portanto, a resistência real do material de base concreto e o impacto das medidas de ancoragem precisam ser considerados.

A coluna estrutural é enrolada em múltiplas camadas de tecido de fibra de carbono, e sua capacidade de suporte de compressão pode ser aumentada em 70.8%, e a contribuição da parte concreta para a capacidade de suporte pode ser aumentada em 118.6%. Cálculos semelhantes de projeto de compressão também podem adotar o método de cálculo de concreto confinado por estribos.. Ao mesmo tempo, quando a fibra de carbono envolve um pilar de concreto armado, aumentando a tensão de compressão nominal do concreto, a deformação de ruptura do concreto pode ser significativamente aumentada, e o coeficiente de ductilidade pode aumentar em 151%.

Além disso, como um novo tipo de método de reforço ativo, a placa de fibra de carbono prostressada tem uma boa aplicação na melhoria da deformação das estruturas existentes e complementando a perda de prostress de vários tipos de barras de prostress. Placas de fibra de carbono utilizadas em projetos de reforço estrutural geralmente utilizam laminados unidirecionais de fibra de carbono com 60% de teor de fibra de carbono, com resistência à tração de 2400-2800MPa e um módulo de elasticidade de 160-240GPa.

Embora os materiais reforçados com fibra de carbono tenham bom desempenho nas armaduras de compressão, flexão, cisalhamento e ductilidade sísmica de vigas, lajes, colunas, paredes e outros elementos estruturais de concreto. Os dados de teste também mostram que ao usar materiais de fibra de carbono para armadura, a estrutura original de concreto armado de aço ainda requer uma certa capacidade de suporte de carga, e os materiais de fibra de carbono só podem melhorar em vez de substituir a estrutura original para suporte de carga.

As perspectivas de desenvolvimento de materiais reforçados com fibra de carbono

Como um material de reforço que é submetido à força em uma única direção, a fibra de carbono tem um método de projeto relativamente maduro no campo da armadura tradicional.No entanto, devido à influência dos materiais de suporte, os materiais de fibra de carbono são muitas vezes difíceis de exercer plenamente o seu desempenho em situações em que a força é mais complicada. Nos últimos anos, devido ao desenvolvimento de adesivos de resina epóxi de suporte de fibra de carbono, como a produção de aditivos antioxidantes, resinas resistentes a alta temperatura e resinas de cura subaquática, os cenários de projeto e aplicação de materiais reforçados com fibra de carbono também foram expandidos em certa medida. Ao mesmo tempo, devido ao surgimento de sistemas de ancoragem maduros, o caminho de transmissão de força entre a fibra de carbono e a estrutura de aço não é mais restrito pelo desempenho do adesivo. Materiais de fibra de carbono se livrar dos danos quebradiços do peeling de interface, e também pode ter melhores aplicações em estruturas de aço.. Ao mesmo tempo, como a simulação numérica está sendo gradativamente amplamente utilizada, resultados mais detalhados podem ser obtidos para a situação real de estresse e distribuição de tensões de estruturas complexas. Materiais reforçados com fibra de carbono também têm contribuído em áreas com forças complexas, como juntas sísmicas de edifícios de concreto armado e estruturas cabo-membrana..