Deficiências dePlásticos reforçados com fibra de carbonono fortalecimento de estruturas e soluções de ponte

Dutilidade insuficiente

A ductilidade insuficiente, que é quase um dos maiores defeitos da fibra de carbono. Seja tecido, placa ou costela, é composto por muitas fibras de monofilamento extremamente finas, e as fibras dependem de resina epóxi para transmitir força de cisalhamento para trabalhar em conjunto. Como a fibra e a resina epóxi são distribuídas de forma desigual na seção transversal, está condenado que o estresse não seja uniformemente distribuído na seção transversal do material.A falta de ductilidade faz com que a fibra de carbono monofilamentar se quebre após atingir a resistência máxima. Desta forma, os fios de fibra de carbono na área de alta tensão quebrará antes que os fios de fibra de carbono na área de baixa tensão exercer plenamente a sua força, e todos os fios de fibra de carbono não podem exercer a sua força ao mesmo tempo. Além disso, uma característica importante da fibra é a mudança na resistência do filamento de fibra e a distribuição de defeitos ao longo do comprimento da fibra.A resistência anterior do filamento de fibra não é o único valor específico, mas sim discreto. Isto também impede que os filamentos atinjam o máximo de tensão ao mesmo tempo. Portanto, a força global do material é muito menor do que a das fibras monofilamentares, e a dispersão é bastante grande.A função Weber pode ser usada para descrever a distribuição de resistência de plásticos reforçados com fibra de carbono.

O plástico reforçado com fibra de carbono é aplicado à estrutura, e a falta de ductilidade em suas propriedades materiais se manifesta como a ductilidade insuficiente do componente.A deformação excessiva do componente causará fratura quebradiça da CFRP, o que leva à quebra quebra quebradiça da estrutura. Isso é muito desvantajoso para estruturas que exigem grandes deformações ou requerem resistência sísmica relativamente alta.

A relação entre o módulo elástico e a resistência é demasiado baixa

A resistência dos plásticos reforçados com fibra de carbono é muito alta, geralmente atingindo mais de 3000MPa, mas seu módulo elástico é relativamente baixo. Os comumente usados são geralmente apenas cerca de 230GPa, e o módulo elástico elevado é apenas cerca de 380-640GPa.Para exercer maior resistência, os plásticos reforçados com fibra de carbono necessitam de deformação considerável. Ao trabalhar com barras de aço, a CFRP só pode jogar menos de 20% de sua resistência quando as barras de aço exercem plenamente sua força.É difícil conter a deformação da estrutura e o desenvolvimento de fissuras.Se uma grande quantidade de CFRP é usada para controlar a deformação e as fissuras da estrutura de acordo com os requisitos de rigidez, é difícil ser competitivo em termos de economia em comparação com a tecnologia de reforço, como o aço ligado, e há excesso de força desnecessário demais. Trabalhos de pesquisa anteriores também mostraram que o desempenho do componente reforçado é melhorado principalmente em termos de resistência quando o membro flexural é reforçado com plástico reforçado com fibra de carbono.O aumento da rigidez, especialmente a rigidez precoce, é bastante pequeno, o que é bastante inaplicável a estruturas que também requerem reforço.

A força de cisalhamento transmitida pela camada de epóxi é limitada

A resistência ao cisalhamento da resina epóxi é constante. Após a superação da resistência ao cisalhamento, a tensão de cisalhamento transmitida pela interface não aumenta mais, enquanto a deformação ao cisalhamento continua aumentando, mostrando um fenômeno de suavização. Quando a deformação de cisalhamento final é excedida, micro-cracks de interface ocorrerão na interface.Com a expansão contínua dos micro-cracks, a interface acabará por se desfocar. Portanto, o reforço da folha CFRP com fixação tem seus limites.A aderência excessiva fará com que a interface não transfira tensão de cisalhamento suficiente, de modo que a resistência do CFRP não possa ser totalmente utilizada, e é propensa à falha de ligação quando o componente é submetido a uma grande carga.

Os defeitos acima mencionados limitam em certa medida a aplicação de plásticos reforçados com fibra de carbono no campo de reforço. Especialmente porque a estrutura muitas vezes requer não apenas reforço de resistência, mas também reforço de rigidez, e as propriedades do material de fibra de carbono determinam que a tecnologia comum não pode realizar reforço de rigidez com melhores benefícios econômicos. Mesmo que uma grande quantidade de plástico reforçado com fibra de carbono seja colada para melhorar a rigidez estrutural, devido às propriedades do material da resina epóxi e à concentração de tensão nas fissuras de flexão e cisalhamento, é fácil fazer com que a interface entre o plástico reforçado com fibra de carbono e o concreto descasque e falhe. Reduza a confiabilidade da estrutura reforçada. Além disso, devido à alta resistência da fibra de carbono, a tecnologia existente de reforço de fibra de carbono não pode dar pleno desempenho à sua resistência, o que também restringe a posterior aplicação e desenvolvimento de plásticos reforçados com fibra de carbono no campo de reforço.

Soluções

Tendo em conta as deficiências dos plásticos reforçados com fibra de carbono acima, pesquisadores e engenheiros propuseram várias soluções.Em relação ao defeito de ductilidade insuficiente de plásticos reforçados com fibra de carbono, os pesquisadores propuseram que a fibra de carbono é misturada com fibra de vidro ou fibra de aramida para fazer uma fibra híbrida, e a boa ductilidade de fibra de vidro e fibra de polímero é utilizada para compensar a ductilidade insuficiente da fibra de carbono.

Em relação às deficiências do módulo de fibra de carbono para a relação de resistência elástica ser muito baixa e a resina epóxi limitar a transmissão da força de cisalhamento, os pesquisadores propuseram prostressar o plástico reforçado com fibra de carbono. Desta forma, o plástico reforçado com fibra de carbono já começou a exercer sua força antes que a estrutura suportasse a carga.E pode efetivamente melhorar a rigidez da estrutura, evitar a histerese de estresse causada pela força secundária durante o reforço, e resolver os defeitos de resistência insuficiente e insuficiente reforço de rigidez.A tensão inicial de união concentra-se na área de ancoragem após a aplicação da protensão e, em muitos casos, o momento fletor da área de ancoragem não é o maior, de modo que a tensão de aderência é mais uniformemente distribuída em toda a área de pasta plástica reforçada com fibra de carbono.O problema da limitada capacidade da resina epóxi para transmitir força de cisalhamento é resolvido, e a falha de adesão é evitada.

Em geral, o plástico reforçado com fibra de carbono é um novo material com amplas perspectivas de aplicação no campo da armadura de ponte. Embora existam algumas deficiências, considerando o excelente desempenho de plásticos reforçados com fibra de carbono que outros materiais têm incomparável, desde que seja usado razoavelmente, ainda é muito adequado para o fortalecimento de estruturas de ponte.A aplicação de plásticos reforçados com fibra de carbono no campo do reforço, sem dúvida, promoverá grandemente a manutenção e o reforço de pontes no meu país.