Princípios de reforço das estruturas de ponte com Folhas de fibra de carbono

As técnicas e métodos de armadura existentes para a superestrutura da ponte antiga são principalmente o método de armadura de seção ampliada, o método de aço externo, o método de concreto pulverizado, o método de armadura de ponto de apoio adicional, o método de armadura de aço colado, a tecnologia de armadura protendida ou o método de mudança do coeficiente de distribuição transversal da ponte, etc.. Estes métodos têm as suas próprias vantagens e pontos fortes, mas a maior parte da construção é complicada, e existem algumas deficiências.

Folha de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) ligada externamente é uma tecnologia de reforço desenvolvida no exterior nos últimos 20 anos.O princípio é semelhante ao da armadura de chapa de aço, que é colar materiais de tração no lado de tração da estrutura para compartilhar a força com a estrutura e fortalecer a armadura.O plástico reforçado com fibra de carbono, também conhecido como Polimer de Reforço de Fibra de Cabon (CFRP), é um material composto avançado composto de fibra de carbono e resina matriz.Entre eles, a fibra de carbono é um material fibroso de carbono com um teor de carbono superior a 90% em sua composição química.Para melhorar a afinidade entre a fibra de carbono e a matriz, a própria fibra deve ser submetida a tratamento de superfície para formar um grupo ativo que possa reagir com a matriz.

Uma vez que a substância simples do carbono não pode ser derretida a alta temperatura (sublimação a 3 800 K), e é insolúvel em vários solventes, não foi possível usar a substância simples do carbono para fazer fibra de carbono. Fibras de carbono podem ser preparadas por carbonização em fase sólida de fibras orgânicas de alto peso molecular ou pirólise em fase gasosa de hidrocarbonetos de baixo peso molecular. Os passos resultantes são:

1) Pré-oxidação: aquecimento no ar e manutenção a 200°C .300°C por dezenas a centenas de minutos.O objetivo da pré-oxidação é converter a cadeia molecular linear da poliacrilonitrila em uma estrutura trapezoidal resistente ao calor para que ela não derreta e queime durante a carbonização de alta temperatura e mantenha o estado de fibra.

2) Carbonização: Aqueça o gás inerte a 1 200°C a 1 600°C e mantê-lo por vários minutos a vários 10 minutos para produzir fibra de carbono.O gás inerte usado pode ser nitrogênio de alta pureza, argônio ou hélio, mas geralmente nitrogênio de alta pureza é usado.

3) Grafitização: Aquecer o gás inerte (geralmente argônio de alta pureza) a 2 000°C a 3 000°C durante vários segundos a vários 10 s.A fibra de carbono produzida desta forma é chamada de fibra de grafite. Atualmente, as fibras de carbono são feitas principalmente de fibras de poliacrilonitrila (PAN) ou de pitch mesofásico (MPP) através de carbonização de alta temperatura, e são caracterizadas por resistência à tração extremamente alta e boa resistência à corrosão.A fibra carbonizada é monofilamento, e o diâmetro geralmente está entre 5um e 8um.É composto por um grande número de monofilamentos de fibra de carbono para a engenharia de materiais de fibra de carbono.

A resina matriz inclui resina de poliéster insaturada, resina epóxi e resina de éster de vinilo, etc., que pode ser reticulado e curado sob a ação de um agente de cura, de modo que o material de fibra e a resina sejam colados, mostrando o desempenho superior do material composto. Atualmente, a resina matriz utilizada com fibra de carbono é principalmente resina epóxi, pois a primeira consideração para os plásticos reforçados com fibra de carbono para reforço de engenharia civil é a resistência da resina e a segurança e saúde do pessoal da construção e do próprio ambiente de construção. Como a resina epóxi tem as vantagens de alta resistência, bom alongamento, baixa irritação e sem solventes voláteis, tornou-se a principal matriz do material na estrutura de reforço plástico reforçado com fibra de carbono.Resina epóxi modificada, sua função é conectar o monofilamento de fibra de carbono dispersa, fazê-la suportar a força juntos e exercer a força global.

Características da folha de fibra de carbono para reforço de ponte

1) Excelente resistência à corrosão e resistência ao tempo

A razão mais direta pela qual os plásticos reforçados com fibra de carbono são usados como substitutos do aço no campo da engenharia civil é que eles têm resistência incomparável à corrosão e resistência ao tempo.

2) Processo simples, construção conveniente, alta eficiência de trabalho

A estrutura de ponte reforçada com folha de fibra de carbono não tem nenhum trabalho molhado, nenhum grande equipamento de construção, nenhuma instalação fixa no local e menos espaço de construção. Fibras de carbono comumente usadas são materiais de pano e placas, que podem ser cortadas à vontade com tesouras ou lâminas, conforme necessário. Ao contrário das placas de aço, ferramentas de corte especiais não são necessárias.De acordo com dados estatísticos relevantes, o mesmo é o método de reforço de pasta, e o método de pasta de fibra de carbono é 4 a 8 vezes a eficiência da construção da pasta de aço.

O reforço de chapas de fibra de carbono é um novo tipo de tecnologia de reforço que tem desempenho superior que outras tecnologias de reforço não podem corresponder, e tem amplas perspectivas de aplicação no campo de reforço de ponte.É muito adequado para o reforço da estrutura da ponte.A aplicação da tecnologia de reforço de folhas de fibra de carbono em projetos de reforço de ponte pode promover grandemente a construção da infraestrutura de transporte do meu país.