Reforço de materiais compósitos - um passo para o futuro

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Hastes de perfil periódico em fibra de vidro

Todos sabemos que produtos e estruturas de concreto são reforçados internamente, pois isso aumenta significativamente sua força e resistência a trincas. Barras de aço ou arame, lidam perfeitamente com a tarefa que lhes foi atribuída, mas têm duas desvantagens. O primeiro é a baixa resistência à corrosão do metal, e o segundo é o alto preço.

O reforço feito à base de plástico é duas a três vezes mais barato, tem menos peso, não tem medo de corrosão e sua força é suficiente para uso em construções baixas, e não apenas. No entanto, muitas pessoas nem suspeitam de sua existência - então decidimos preencher essa lacuna.

Reforço não metálico: a história da aparência e desenvolvimento

Como sempre, qualquer novidade após um exame mais minucioso não é de todo. Simplesmente, desde o momento em que a primeira idéia surgiu, até sua implementação e reconhecimento universal, muitas vezes passam décadas. A mesma história aconteceu com os acessórios não metálicos, cujo interesse surgiu no país há meio século.

A corrosão do reforço de aço provoca a destruição da camada protetora de concreto

Assim:

• Foi associado à necessidade de montagem de estruturas de concreto, que deveriam ser operadas em condições agressivas. No modo úmido - e mesmo quando não é água pura, mas alguns líquidos químicos, é muito difícil e barato fornecer resistência à corrosão para o reforço tradicional de aço.
• Às vezes, também se tornou necessário criar estruturas com propriedades dielétricas e antimagnéticas, por exemplo, durante a construção de institutos de pesquisa ou centros médicos nos quais equipamentos sensíveis foram instalados.
• Nos projetos em que construções leves com um nível de resistência suficientemente alto deveriam ser aplicadas, apenas uma combinação de concreto de alta qualidade com reforço composto poderia fornecer esses requisitos. A propósito, o próprio concreto, quando é adicionada fibra de polímero ou aço, também pode ser considerado um material compósito.

Além disso, no país, com a crescente demanda por aço, havia uma escassez de produção de minério que poderia satisfazê-los e também não havia aditivos suficientes com os quais a liga era realizada. Era óbvio que a necessidade de criar reforços não metálicos amadureceu, o que levou os desenvolvedores, por assim dizer, a novas conquistas.

Como tudo começou conosco

A primeira tecnologia para a fabricação de armaduras com um diâmetro de 6 mm, à base de fibra de vidro com aditivos de zircônio, foi desenvolvida na União nos anos setenta. Sua base de suporte foi criada a partir de uma fibra alcalina sem costura de vidro com um diâmetro de até 15 mícrons, cujas vigas foram combinadas em hastes usando resinas sintéticas.

• Obviamente, eles não começaram imediatamente a usar esse reforço, mas a princípio estudaram apenas suas propriedades: mecânica, resistência química e durabilidade. De acordo com os resultados das observações, a composição do compósito melhorou até que fosse possível obter hastes com módulo de elasticidade de 50 mil MPa e resistência à tração de 1,5 mil MPa.
• Sua resistência à flexão foi testada fabricando protótipos de produtos de concreto feitos com reforço de fibra de vidro e sujeitos a cargas estáticas.Os primeiros produtos foram suportes transversais para linhas de energia, montados em locais experimentais.
• Com base nos resultados dos experimentos, as TUs foram desenvolvidas para a fabricação de armaduras de fibra de vidro, bem como as condições para o projeto de estruturas de concreto com seu uso. Paralelamente, foram recomendadas áreas de aplicação do novo material, que incluíam não apenas a construção, mas também a indústria química e a metalurgia.

No entanto, o uso em larga escala de reforço não metálico não funcionou na época. Basicamente, passou a ser utilizado na fabricação de estacas de concreto, taludes, estruturas de viadutos e fortalecimento de algumas estruturas de suporte.

Mas no final dos anos 80, com base no reforço de fibra de vidro, uma ponte de 15 metros foi construída no Território de Khabarovsk, cada uma das cinco vigas reforçadas com uma viga composta de 24 hastes, além de uma viga típica de arame de aço. O resultado foi excelente e a ponte ainda está funcionando hoje. Foi apenas o começo ...

E como é no exterior?

Se você traça a história do reforço composto como um todo, ele se origina nos anos quarenta do século passado - ou seja, nos anos do pós-guerra. Nosso país não estava preparado para a criação de novos materiais; no entanto, nos EUA, a fórmula composta foi intensamente trabalhada. Nestes anos, ele já começou a ser amplamente utilizado, porque materiais baratos eram simplesmente necessários para uma economia em desenvolvimento.

Foi nesse país que foi criado o reforço de fibra de vidro com seção transversal constante, que inicialmente era usada apenas para a fabricação de estoques. Uma aplicação mais séria começou já nos anos 60, quando o compósito começou a ser considerado uma alternativa ao reforço de metal.

Primeiro, eles começaram a usá-lo para reforçar pavimentos, que, como você sabe, não apenas com eles, mas também conosco, são polvilhados com sal para remover o gelo no inverno. E estraga não apenas as rodas dos carros, mas também, infiltrando-se na forma de uma solução através da espessura do concreto, corroendo o reforço interno.

Assim:

• É nessa área que a resistência dos plásticos à corrosão é a melhor. A única coisa que serviu de obstáculo à substituição completa do metal por um compósito foi o alto custo, que só foi possível reduzir em vinte anos. Portanto, no primeiro revestimento de zinco ou epóxi foi simplesmente aplicado ao metal.
• Mas desde que o reforço de fibra de vidro para concreto polimérico é mais eficaz que o reforço de aço - características diferentes da expansão térmica afetada, em 1983, o primeiro documento foi desenvolvido nos Estados Unidos que regula o uso de tecnologias compostas no projeto de pontes.
• Por que pontes? Sim, porque seu mau estado estava associado à corrosão dos acessórios, o que incomodava bastante os serviços responsáveis ​​por sua operação. O reforço composto foi considerado a principal oportunidade para resolver este problema.
• Depois disso, ele já começou a ser usado para tecnologias avançadas: no projeto de laboratórios e centros médicos cheios de eletrônicos, pistas de aeroportos e até reatores em subestações elétricas.
• No Japão, o uso generalizado de armaduras não metálicas começou em meados dos anos 90. Eles tinham mais de cem grandes projetos - principalmente comerciais, nos quais o reforço de fibra de vidro era usado. Na mesma época, a partir da Alemanha, passou a ser utilizado na Europa e no Canadá.

Mas o consumidor mais sólido de reforço composto, é claro, foi a China.Nesse país, foi utilizado não apenas na construção de pontes, mas também foi o primeiro a ser usado para o projeto de estruturas subterrâneas e de túneis.

O que mudou hoje

Todas as informações acima mencionam as vantagens sólidas do reforço composto e, no entanto, não apenas a maioria dos comerciantes privados, mas muitos construtores não sabem disso. E aqueles que ainda sabem, às vezes são céticos em relação a esse material.

Para dissipar dúvidas, descreveremos mais detalhadamente que reforço de polímero é produzido hoje, em quais áreas ele pode ser usado e em quais não.

Variedades de reforço de polímero

Atualmente, existem várias técnicas de fabricação de acessórios não metálicos que utilizam diferentes matérias-primas.

Para deixar a diferença mais clara, apresentaremos os principais tipos na forma de uma tabela para maior clareza:

Como é o reforço?	Características distintas
Fibra de vidro	A foto mostra reforço de fibra de vidro (GFRP-Rebar) - a opção mais comum. As hastes plásticas de até 12 m de comprimento são reforçadas com fibra de vidro contínua e são fabricadas na faixa de diâmetros de 4 a 40 mm. Esse reforço é usado como uma alternativa ao análogo de aço - em estruturas com reforço sem tensão ou com reforço protendido.
Plástico basalto	Esse tipo de reforço (BFRP) difere da versão anterior, pois a fibra de basalto é usada aqui não para vidro, mas difere não apenas na cor, mas também possui uma maior resistência a ambientes agressivos. O nível de resistência ao fogo é aproximadamente o mesmo, já que qualquer polímero pode suportar no máximo +160 graus. Ideal para fundações e áreas cegas.
Acessórios de carbono	Esse acessório, referido pela abreviatura CFRP, é chamado carbono, porque aqui, em conjunto com resinas termoendurecíveis sintéticas, é usada fibra de carbono. Diferentemente das opções anteriores, ele pode ter um acabamento arenoso, como vemos na foto, usado não apenas na construção civil, mas também na industrial, bem como na colocação de estradas, pontes, mar e instalações de comunicação. Enfatizamos que a resistência à tração de tal reforço é cinco vezes maior que a das hastes de aço da classe AIII e 10 vezes mais leve que ela.

Todas as opções de reforço de polímero podem ser feitas na forma de cabos, hastes ou hastes perfiladas. As formas do perfil da seção também podem ser diferentes: oca, sólida, quadrada, redonda.

O enrolamento das fibras também pode diferir e, como você pode ver nas figuras, a opção do revestimento externo. Dependendo do diâmetro e do grau de flexibilidade, o reforço pode ser vendido como hastes únicas ou torcido em bobinas.

Existem desvantagens?

Muito foi dito sobre as vantagens do reforço de polímeros, mas seu usuário em potencial pode ter uma pergunta legítima: "Quais são as desvantagens do material e onde é indesejável o seu uso?"

Aqui nós responderemos nesta parte do artigo:

• Não há materiais perfeitos. Qualquer um deles tem certas desvantagens, e aqui tudo depende da aplicação e das condições operacionais das estruturas.
• Em particular, o polímero é inferior ao mesmo aço na resistência ao fogo, uma vez que, na espessura do concreto, o plástico começa a derreter já a partir de +200 graus Celsius. O ponto de fusão do aço é sete vezes maior, portanto, em algumas áreas da construção, ele não pode ser substituído por plástico.
• Por exemplo, o reforço composto não é usado para a fabricação de lajes. Consequentemente, os elementos de estrutura de edifícios pré-fabricados de vários andares, ou oficinas de produção com maior risco de incêndio, são reforçados com estruturas de aço - e é compreensível o porquê.
• Mas para a fundação, esse fator não importa, portanto esse tipo de reforço é adequado para qualquer um de seus tipos.O processo de montagem da estrutura da fundação, a partir da tradicional, é praticamente o mesmo. A única coisa aqui é usar laços de plástico para tricotar - embora você também possa usar arame.

• Um dos inconvenientes é que é impossível dar ao reforço composto a forma desejada por meio de aquecimento simples. Portanto, se for necessário fabricar estruturas com formas curvas, as peças da armação para elas são feitas pelo fabricante, a pedido.
• De fato, a lista de deficiências termina. Áreas em que o uso de reforço composto é mais preferível são muito mais que limitações.
• Observe que esse reforço é fácil de processar, você pode cortá-lo com uma serra simples ou, com um diâmetro pequeno, usar pinças. Na vida cotidiana, além de derramar fundações e uma área cega, pode ser usada, por exemplo, na construção de uma estufa.

Portanto, para construções particulares, o reforço de plástico é a melhor opção e ainda mais econômico. Se você contar com uma tonelada, é mais caro, mas se considerar que, devido à menor gravidade específica das hastes, há mais quantidades em quantidade, então o benefício é bastante tangível.