Vantagens de materiais de fibra de carbono em reforço estrutural

A tecnologia de reforço de fibra de carbono pode restaurar e melhorar a capacidade de rolamento e capacidade de tráfego da antiga estrutura, prolongar a vida útil da estrutura, atender às necessidades de acompanhamento, não só eliminar os perigos ocultos da segurança estrutural, consolidar o uso de funções, mas também economizar muito investimento, e pode receber bons benefícios sociais e econômicos.

carbon fiber materials in structural reinforcement

Colagem externa de fibra de carbonoa tecnologia de reforço é um novo tipo de tecnologia de reforço estrutural. Fibra de carbono (CFRP) é um tipo de folha composta estrutural reforçada, que é feita de fibra de carbono de alta resistência à tração impregnada com resina epóxi. Utiliza resina epóxi como aglutinante e cola-se ao membro danificado ao longo da direção da força ou perpendicular à direção da fissura. Como o meio de ligação entre eles, o ligante forma um novo complexo, o que faz com que o remendo de armadura e a força de reforço existente se juntem, aumenta a resistência à tração ou ao cisalhamento da estrutura, melhora efetivamente a resistência, rigidez, resistência à fissura e ductilidade da estrutura, e controla o desenvolvimento contínuo de fissuras e deflexão.

1 Comparação de propriedades de diferentes materiais

Os diferentes materiais de reforço utilizados no projeto de análise são, sem dúvida, materiais FRP, especialmente o tecido feito de tecidos CFRP, que têm desempenho e uso superiores.

1) peso leve e pode operar em espaço estreito.

2) alta resistência, aplique flexivelmente flexão, aro fechado e armadura de cisalhamento.

3) componentes flexíveis e complexos.

4) corrosão química e ambiente severo, como resistência álcali;

5) o tecido é plano e tem pouca influência na decoração.

6) longa vida útil de armazenamento e longo período de operação.

7) A umidade ambiental é permitida antes, durante e após a operação.

8) alta resistência, ligante de módulo de alta.

9) seu material de base pode ser concreto, alvenaria, estrutura de madeira e outros materiais de construção.

10) resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e bom desempenho sísmico.

11) resistência à fluência sob carga permanente;

12) tixotrópicos e facilmente solúveis, que atendem às exigências de proteção ambiental.A comparação quantitativa de vários materiais está apresentada na Tabela 1.

Propriedades físicas	Fibras de carbono	Aço de grau comum dois	Barra de acabamento	fio de aço	Fios de aço carbono
Resistência à tracção(Mpa)	3450-3500	340	835-1000	1440	1520
Módulo de elasticidade(Mpa)	215-234	200	210	190	200
Densidade(g/cm)³)	1.88	7.388	7.88	7.88	7.88
Elongação(%)	1.5	10	7-10	4	4

Em comparação com outros materiais de reforço, o CFRP possui maior módulo elástico, maior elasticidade à tração e menor gravidade específica.

2 Comparação da economia e da eficiência

O investimento único de reforço CFRP pode reduzir o trabalho básico de manutenção em pelo menos 1/2 em comparação com outros métodos de reforço, e o ciclo de manutenção pode ser muito prolongado, reduzindo muito o custo de manutenção. Durabilidade e resistência à corrosão são índices importantes para avaliar a qualidade de uma engenharia estrutural. Especialmente para alguns edifícios com requisitos especiais, tais como edifícios costeiros, edifícios que são muitas vezes corroídos pelo ambiente químico adverso (plantas químicas) e alguns edifícios que são corroídos pela radiação (edifícios de centrais nucleares e contentores de armazenamento de resíduos nucleares), anti-corrosão e anti-radiação (antienvelhecimento) tornam-se considerações importantes neste projecto estrutural. Portanto, estamos muito preocupados com a durabilidade dos materiais de fibra de carbono e seus compósitos.

Como a fibra de carbono é um tipo de material de alta tecnologia, ela tem sido usada na área de engenharia civil por um curto período de tempo, e os dados medidos são muito poucos.No entanto, as matérias-primas de fibra de carbono têm excelente durabilidade. Os resultados dos testes de durabilidade e estudos experimentais relacionados com o tecido de fibra de carbono e seus compósitos no Japão também comprovam os seguintes pontos de vista.Em ambiente ácido fraco, após um certo número de ciclos de liofilização, após um certo número de alternância seca-wet, após um certo tempo de luz, imerso em água de 70 C por 30 dias, a ligação entre CFRP e concreto não tem diminuição, e a durabilidade é muito boa. Após 100 ciclos térmicos (+20 20 C), a capacidade de suporte da CFRP não diminuiu. Observações de campo (incluindo 168 horas de observações contínuas de deformação) e resultados de ensaio de uma ponte reforçada com folhas CFRP no Japão mostram que a resistência de aderência entre chapas CFRP e concreto não diminuiu, e é maior do que a resistência de tração do concreto em si, e a capacidade de rolamento não diminuiu.

O tecido de fibra de carbono e seu compósito com material de ligação têm boa resistência à corrosão sob várias condições ambientais, e pode resistir à corrosão ácida, álcali, sal e atmosférica muitas vezes encontradas em edifícios. Também tem boa resistência à fadiga.A própria CFRP pode desempenhar um papel de proteção para a estrutura interna do concreto, melhorando muito a durabilidade da própria estrutura do concreto, desempenhando um papel de dupla armadura e reparo. Após a conclusão do reforço, algumas medidas de proteção podem ser tomadas para atender aos requisitos de engenharia.

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3.O mecanismo da CFRP e do aço ligado é semelhante ao do aço ligado.As características e vantagens da CFRP e do aço colado são mostradas na tabela.

Método de reforço	Placa de aço reforçada	Reforçado por CFRP
Mecanismo de reforço	Ambos são basicamente os mesmos. Ambos utilizam materiais de colagem de resina para colar materiais de armadura na superfície do concreto para atingir o objetivo de fortalecer os membros estruturais.
Propriedades dos materiais de reforço	Aço 3: Resistência à tracção: 210 MPa Módulo de elasticidade: 2.1 x 10⁵MPa Isotropia	Resistência à tracção: 2000 MPa~3 550 MPa Módulo elástico: 2.35 x 10⁵MPa Puxe unidirecional
Desempenho de trabalho conjunto com concreto	A ligação não é suficiente por meio de um adesivo estrutural e ancorado por parafusos.	Três tipos de materiais de união: 1) resina imersa na camada de superfície do concreto; 2) material de nivelamento para reparar a desnível local; 3) resina imersa da fibra entre a infiltração de feixes de fibra totalmente envolto em um conjunto composto, bom desempenho de trabalho em conjunto.
Influência na estrutura original	A espessura da primeira camada é de 3 mm ~ 6 mm, e a qualidade de cada camada é 23.7 kg/m2~47.2 kg/m2.	A espessura da primeira camada é 0.5 mm~0.6 mm, e a qualidade de cada camada é de 500 g/m2~600 g/m2.
Eficiência da construção	Se a placa de aço é cortada com antecedência, será difícil cortar o material em tamanho irregular, por isso é difícil combinar a estrutura real. Devido à sua grande rigidez, a área de ligação eficaz é difícil de alcançar o nível que a fibra de carbono pode ser colada, e é difícil de remediar a cavidade.É necessário fixar furos ou grampos para colar.	Pode ser cortado no local de acordo com o tamanho real, e pode ser usado para armadura de forma irregular. Não há necessidade de grandes máquinas, leves e suaves, fácil de anexar.A área de ligação eficaz pode atingir mais de 95%.
Aplicável	Só se aplica a tipos estruturais simples.	É amplamente aplicado para reforço e reparação de vários tipos estruturais, várias formas estruturais, incluindo a superfície curvada e nós complexos.
Durabilidade	Para as estruturas exteriores de longa distância, a taxa de condução térmica da chapa de aço e do concreto é mais de 30 vezes diferente, e a deformação da placa de aço e do concreto não é síncrona sob a ação da temperatura, o que leva à falha da camada de união.A placa de aço em si é fácil de enferrujar e precisa de manutenção regular.	Os materiais de fibra de carbono têm excelente durabilidade, e são resistentes à corrosão ácida, álcali, sal, atmosférica e ambiental.
Prazo	Mais longo	Curto, 1/2 de reforço de aço ligado.
Custos de manutenção	Os custos de manutenção posteriores são mais elevados	Mais tarde, os custos de manutenção são baixos.