Características da fibra de carbono em construção civil
A fibra de carbono é cada vez mais popular na construção civil. Saiba por que os especialistas preferem esse material de construção composto como uma alternativa eficaz neste artigo da RFS Engenharia.
As técnicas e métodos de reforço existentes para estruturas em concreto são principalmente o método de reforço de seção alargada, o método de aço externo, o método de concreto projetado, o método de reforço de ponto de apoio adicional, o método de reforço de aço colado, a tecnologia de reforço protendido ou o método de alteração do coeficiente de distribuição transversal da ponte, etc. Esses métodos têm suas próprias vantagens e pontos fortes, mas a maior parte da construção é complexa e apresenta algumas deficiências.
O reforço com fibra de carbono colada externamente é uma tecnologia de reforço desenvolvida nos últimos 20 anos. O princípio é semelhante ao do reforço de chapa de aço, que consiste em colar materiais de tração no lado de tração da estrutura para compartilhar a força com a estrutura e fortalecer o reforço. A fibra de carbono é um material avançado composto por fibra de carbono e resina de matriz. Dentre elas, a fibra de carbono é um material fibroso com teor de carbono superior a 90% em sua composição química. Para aumentar a afinidade entre a fibra de carbono e a matriz, a própria fibra deve passar por um tratamento de superfície para formar um grupo ativo que possa reagir com a matriz.
Como a substância simples de carbono não pode ser fundida em altas temperaturas e é insolúvel em diversos solventes, não foi possível utilizá-la para produzir fibra de carbono. As fibras de carbono podem ser preparadas por carbonização em fase sólida de fibras orgânicas de alto peso molecular ou por pirólise em fase gasosa de hidrocarbonetos de baixo peso molecular. As etapas resultantes são:
- Pré-oxidação: aquecimento ao ar e manutenção a 200°C a 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, de modo que não derreta e queime durante a carbonização em alta temperatura, mantendo o estado da fibra.
- Carbonização: Aquecer o gás inerte a uma temperatura de 1.200°C a 1.600°C e mantê-lo por vários minutos a várias dezenas de minutos para produzir fibra de carbono. O gás inerte utilizado pode ser nitrogênio de alta pureza, argônio ou hélio, mas geralmente é utilizado nitrogênio de alta pureza.
- Grafitização: Aquecer o gás inerte (geralmente argônio de alta pureza) a uma temperatura de 2.000 °C a 3.000 °C por vários segundos a várias dezenas de segundos. A fibra de carbono produzida dessa maneira é chamada de fibra de grafite. Atualmente, as fibras de carbono são feitas principalmente de poliacrilonitrila (PAN) ou fibras de piche mesofase (MPP) por meio de carbonização em alta temperatura e são caracterizadas por altíssima resistência à tração e boa resistência à corrosão. A fibra carbonizada é monofilamentar, com diâmetro geralmente entre 5 µm e 8 µm. Ela é composta por um grande número de monofilamentos de fibra de carbono para a engenharia de materiais de fibra de carbono.
- Junta elastomérica
- Injeção de grout
- Injeção de poliuretano estrutural
- Injeção de gel acrílico
- Fibra de carbono
- Injeção de epóxi
A resina matriz inclui resina de poliéster insaturado, resina epóxi e resina de éster vinílico, etc., que podem ser reticuladas e curadas sob a ação de um agente de cura, de modo que o material da fibra e a resina sejam unidos, demonstrando o desempenho superior do material compósito. Atualmente, a resina matriz usada com fibra de carbono é principalmente resina epóxi, porque a primeira consideração para 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 ausência de solventes voláteis, ela se tornou o principal material da matriz na estrutura de reforço com fibra de carbono. Resina epóxi modificada, sua função é conectar o monofilamento de fibra de carbono disperso, fazendo com que ele suporte a força em conjunto e exerça a resistência geral.
Características da chapa de fibra de carbono para reforço de estruturas de concreto
Excelente resistência à corrosão e às intempéries
A razão mais direta pela qual os plásticos reforçados com fibra de carbono são usados como substitutos do aço na engenharia civil é sua incomparável resistência à corrosão e às intempéries.
Processo simples, construção conveniente, alta eficiência de trabalho
A estrutura de ponte reforçada com chapa de fibra de carbono não requer trabalho com água, grandes equipamentos de construção, instalações fixas no local e menos espaço de construção. As fibras de carbono comumente utilizadas são materiais e chapas de tecido, que podem ser cortados à vontade com tesouras ou lâminas, conforme necessário. Ao contrário das chapas de aço, não são necessárias ferramentas de corte especiais.
O reforço em chapa de fibra de carbono é um novo tipo de tecnologia de reforço com desempenho superior ao de outras tecnologias de reforço, com amplas perspectivas de aplicação na área de reforço de pontes. É muito adequado para o reforço de estruturas de pontes. A aplicação da tecnologia de reforço de chapas de fibra de carbono em projetos de reforço de pontes pode promover muito a construção da infraestrutura de transporte do meu país.