Materiais reforçados com fibra de carbono(CFRP) fortalecer e reparar a tecnologia de estrutura de concreto é uma novas reforço truturale reparação de tecnologia que surgiu em países desenvolvidos, como o Japão, no final dos anos 1980 e início dos anos 1990. Esta tecnologia desenvolveu-se rapidamente em nosso país, e tem sido amplamente utilizada especialmente nos últimos 10 anos. Os materiais de fibra de carbono incluem principalmente folhas e placas, e as folhas são mais utilizadas.O desempenho e seleção de adesivos estruturais para reforço de fibra de carbono são uma das chaves para a promoção e aplicação bem sucedida desta tecnologia.

Em comparação com a tecnologia de aço de ligação, a tecnologia de reforço de chapas de fibra de carbono tem as seguintes vantagens:

1) CFRP em si é leve em peso, basicamente não aumenta o peso da estrutura, mas seu efeito de reforço não é menos do que o do aço;

2) Boa resistência à corrosão, forte resistência à água e resistência ao tempo;

3) A folha de fibra de carbono é relativamente macia e pode ser livremente cortada de acordo com a forma da estrutura sem alterar a forma da própria estrutura, e também pode reforçar a estrutura de madeira. Esta vantagem é particularmente proeminente quando se reforça e repara edifícios antigos;

4) Construção conveniente, operação manual, ferramentas simples e menos restrições de espaço de construção.

Em suma, a tecnologia de reforço CFRP pode exercer um efeito de armadura muito alto sem aumentar a carga da estrutura. Tem uma ampla gama de aplicações, como a resistência sísmica de edifícios de arranha-céus, rodovias elevadas, vigas, colunas e cais de ponte, a carga de pisos e decks de ponte, o descascamento de concreto, e a expansão de rachaduras, etc., podem ser todos reforçados com tecnologia de reforço de fibra de carbono.

O método de construção da armadura de fibra de carbono é o seguinte:

1) Tratamento de superfície de base. Remover camada flutuante, graxa, etc.;

2) Aplicar o primer;

3) Reparar e nivelar a superfície de base;

4) Cola superficial de revestimento (cola de mergulho);

5) Colar a folha de fibra de carbono.E fazer a cola infiltrar-se na folha de fibra de carbono para formar um sistema de material composto CFRP;

6) Escove a camada de superfície protetora.

As principais funções e requisitos técnicos dos adesivos reforçados com fibra de carbono

Atualmente, os adesivos de fibra de carbono amplamente utilizados são basicamente adesivos de resina epóxi.A resina epóxi tem muitas propriedades excelentes e é a resina com o melhor desempenho abrangente entre as resinas termoconfiguradoras. Os adesivos de fibra de carbono à base de resina epóxi têm as seguintes características: propriedades mecânicas elevadas, excelentes propriedades de ligação, baixa redução da cura, baixo estresse interno e não fácil de crack.O desempenho do processo de operação é bom, a molhabilidade para a fibra de carbono é boa, e o sistema de material composto é facilmente formado. Forte resistência à corrosão, boa estabilidade e longo período de armazenamento.

Os adesivos de reforço de fibra de carbono são geralmente usados em conjunto com 3 tipos de colas:

1) Primer.

A função do primer é mergulhar na superfície irregular do concreto para preencher os microporos da superfície do concreto através da adsorção da superfície, melhorar a estrutura do microporo da superfície do concreto e aumentar a área de superfície de união. Forma-se uma forte zona de ligação de interface, tornando-a mais forte do que a superfície de concreto original.O primer é geralmente um adesivo de baixa viscosidade, alta permeabilidade, e sua resina matriz e cola impregnante são basicamente a mesma resina matriz para garantir boa adesão da interface.

2) Reparar cola nivelamento (massa reparadora).

Reparar e nivelar cola é usado para reparar defeitos estruturais de superfície para garantir a força uniforme da CFRP e transmissão de força linear. Geralmente, é feito de cola superficial e enchimento.

3) Cola superficial (cola impregnada de fibra de carbono).

A folha de fibra de carbono é formada por arranjo unidirecional de cabos de fibra de carbono e pré-formados. Deve ser totalmente infiltrada e curada pela cola impregnante para fazer os filamentos de fibra de carbono e as camadas de tecido relativamente fixas para formar uma camada de material composto forte (CFRP). Portanto, o desempenho do processo da cola de imersão deve ser excelente, ou seja, a molhabilidade é boa, e ao mesmo tempo, não flui quando o teto vertical é construído para atender aos requisitos de construção.As propriedades mecânicas devem ser excelentes para alcançar o reforço.

Problemas e Melhorias na Aplicação em Engenharia

1) Questões de avaliação da qualidade do projecto

Na construção de engenharia, muitas equipes de engenharia reduzem a quantidade de adesivo para economizar custos. Como resultado, o primer não penetrou totalmente no concreto, e a cola impregnante não se infiltrou totalmente na folha de fibra de carbono, o que trouxe perigos ocultos à qualidade do projeto. Actualmente, a avaliação da qualidade do projecto consiste principalmente em verificar se o desempenho do material cumpre os requisitos de especificação e realizar ensaios de arranque no local (≥2.5MPa, ou falha de concreto). Uma vez que a resistência à aderência à tração positiva da cola é muito elevada (≥30 MPa), a resistência do concreto é baixa (geralmente ≤5.0 MPa), mesmo que a cola não se infiltre completamente na fibra de carbono, o teste de arrancamento pode ser qualificado. Assim, se é possível introduzir o índice de conteúdo de cola para controlar a quantidade de cola, ou para adotar alguns outros métodos de teste para melhorar a avaliação da qualidade do projeto.

2) Problemas de desempenho do primer

Pesquisas realizadas por especialistas em casa e no exterior mostram que a falha da estrutura reforçada pela CFRP ocorre basicamente na superfície de ligação da CFRP e do concreto.A durabilidade do material CFRP é relativamente boa, e sua sensibilidade às mudanças de meios ambientais é muito menor do que a ligação entre o material CFRP e o concreto. Portanto, a chave para a durabilidade das estruturas de concreto armado CFRP é resolver a durabilidade da superfície de união. Portanto, o desempenho do primer é muito importante. Atualmente, a maioria dos primers utilizados em projetos de reforço são à base de solventes, ou alguns aditivos que não participam da reação são adicionados para reduzir a viscosidade. Esses aditivos, por um lado, produzem poros ou lacunas no produto curado quando volatilizam, e, por outro lado, os aditivos não podem ser completamente volatilizados em pouco tempo, o que afeta a densidade do produto curado, afetando assim a resistência à corrosão, resistência à água e desempenho de ligação. Portanto, o primer é preferencialmente livre de solvente. Além disso, a densidade de ligação cruzada do produto curado do primer deve ser aumentada para aumentar a resistência à corrosão e à resistência à água. Ao mesmo tempo, o primer também precisa de mais resistência para aumentar a resistência de ligação sob ciclos de corte de congelamento.

3) Problemas de resistência ao calor

A maioria dos adesivos de resina epóxi atualmente utilizados começam a diminuir de resistência a 60°C e, basicamente, falham a 80°C. Portanto, a falta de resistência a altas temperaturas limita sua aplicação em muitos campos.A direção da pesquisa é modificar a resina epóxi ou desenvolver uma nova resina matriz.O adesivo pode não só satisfazer o adesivo que pode ser curado completamente à temperatura ambiente ou mesmo a baixa temperatura (≤5°C), mas também atender a resistência de união necessária para o reforço estrutural.

4) Problema de prevenção de incêndios

Embora os adesivos atualmente utilizados possam ser retardantes de chama, adicionando retardantes de chama ou usando epóxi contendo halogênio para preparar adesivos.No entanto, após o fogo e alta temperatura, se o desempenho do reforço ainda pode atingir a resistência original, quanto o desempenho de ligação do adesivo mudou, etc., estas questões têm de ser mais aprofundadas.