¿Qué es la fibra de carbono?
El desarrollo y aplicación de la fibra de carbono se remonta al filamento de carbono en 1850. Desde entonces, la investigación y la aplicación han estado estancadas. En la década de 1950, con el desarrollo de la tecnología industrial y los requisitos de la industria militar, el desarrollo y producción de fibra de carbono resolvió el proceso de producción industrial de selección de fibra cruda y carbonización a alta temperatura, llevando la aplicación de fibra de carbono a una nueva etapa. . En primer lugar, se ha utilizado en campos militares como el aeroespacial y el aeroespacial, y se ha expandido gradualmente a industrias civiles avanzadas. Sólo ha comenzado a utilizarse en el refuerzo estructural de proyectos de construcción en la última década.
La fibra de carbono y la fibra de grafito se denominan colectivamente fibra de carbono, con un contenido de carbono superior al 95%. El carbono sólo se puede fundir a altas temperaturas y presiones, y es imposible utilizarlo directamente para preparar fibras de carbono. En teoría, cualquier fibra orgánica puede convertirse en fibra de carbono después de la carbonización. De hecho, los únicos precursores de importancia industrial en la actualidad son la fibra de poliacrilonitrilo y la brea mesofásica, mientras que la fibra de carbono se produce principalmente a partir de fibra de poliacrilonitrilo en varios países. Después de procesos especiales como la carbonización a alta temperatura, se procesa en filamentos de fibra ultrafinos (diámetro de 5 a 10 μm), lo que mejora la resistencia del filamento único y aumenta la superficie de una cierta cantidad de fibra, lo que Es más propicio para fortalecer la unión con pegamento de resina.
En el pasado, uno de los factores que restringía la aplicación de la tecnología de refuerzo de fibra de carbono era el precio de la seda cruda y de los productos terminados. Cuando la investigación y el desarrollo tuvieron éxito, el precio de la seda cruda de fibra de carbono por kilogramo era de más de 1.000 dólares estadounidenses, pero ahora ha bajado a menos de 30 dólares estadounidenses. Los países con la mayor producción de filamentos brutos de fibra de carbono siguen siendo Japón y Estados Unidos, mientras que productos de Japón, Francia, Suiza y la provincia china de Taiwán han ingresado al mercado continental de China junto con los tejidos de fibra de carbono. Los tejidos nacionales de fibra de carbono tejidos con seda cruda importada también han comenzado a entrar en el mercado. La competencia en el mercado es cada vez más feroz y los precios están bajando gradualmente.
Usos: Los productos acabados con fibra de carbono se utilizan principalmente en ingeniería civil, como telas de fibra, tableros de fibra, varillas, perfiles, fibras cortas, etc. , cada uno tiene un ámbito de aplicación diferente. En la actualidad, la tela (lámina) de fibra de carbono es la más utilizada en proyectos de refuerzo. Las especificaciones comúnmente utilizadas para la tela de fibra de carbono son 200 g/m2 y 300 g/m2, con espesores de 0,1165438. El espesor de los paneles compuestos de fibra de carbono es generalmente de 1,2 a 1,4 mm y están hechos de 3 a 4 capas de tela de fibra de carbono impregnadas y solidificadas con resina. Se utiliza principalmente para reforzar vigas y losas. La estructura reforzada con tableros de fibra tiene una apariencia regular y una construcción simple, pero el precio unitario de las materias primas es alto y no se usa ampliamente en China.
Los indicadores más importantes de la tela de fibra de carbono de alto rendimiento siguen siendo su resistencia, módulo elástico y alargamiento a la rotura. Generalmente, la resistencia a la tracción es superior a 3500 MPa, el módulo elástico es superior a 230000 MPa y el alargamiento es superior a 65438 ± 0,4. El refuerzo estructural utiliza principalmente las propiedades de alta resistencia a la tracción de la fibra de carbono, que se usa ampliamente para reforzar los nodos de vigas, placas, columnas y marcos de estructuras de hormigón armado. También es adecuado para el mantenimiento, refuerzo, reparación y restauración de edificios antiguos. estructuras de mampostería. Después del terremoto de Hanshin de 1995 y el terremoto de la provincia de Taiwán, se ha seguido desarrollando y confirmando el estatus de la fibra de carbono como material y tecnología de refuerzo sísmico.
En los últimos años, muchas universidades nacionales, departamentos de investigación científica e importantes institutos de diseño han participado en la aplicación e investigación de la fibra de carbono.
Actualmente, el país no ha promulgado especificaciones formales de diseño y construcción. Entre los proyectos de investigación identificados por el Ministerio de la Construcción, se encuentran temas como "FRP utilizado para fortalecer y reparar puentes urbanos" y "Nueva tecnología para el fortalecimiento de estructuras de concreto con materiales de fibra de carbono". Investigaciones sobre la aplicación de fibra de carbono han recibido premios nacionales. atención.
Estructura: para miembros de flexión, se pega tela de fibra de carbono en el área de tensión para complementar la falta de barras de acero, y se pega tela de fibra de carbono en ambos lados de la viga para mejorar la resistencia al corte de la viga. . Envolver el exterior de la columna de hormigón limita la deformación lateral del hormigón, lo que puede aumentar la capacidad de carga de la columna y aumentar la relación de compresión axial de la columna. Envuelva las uniones de las vigas para fortalecer la resistencia general de la unión. El número de capas de tela de fibra de carbono se puede determinar mediante cálculo. Teniendo en cuenta el coeficiente de trabajo común de cada capa, la resistencia a la fatiga y la prevención de fallas por fragilidad, generalmente se recomienda no exceder las 5 capas. Desde la perspectiva de las propiedades mecánicas, una sola capa es mejor que varias capas, y un ancho estrecho es mejor que un ancho ancho, se puede superponer longitudinalmente cuando sea necesario y la longitud de superposición no es inferior a 100 mm. Para un anclaje fiable de los extremos de fibra de carbono, además de cumplir los requisitos de cálculo, también se deben tomar las medidas estructurales necesarias.
Unión: El rendimiento del adhesivo y el proceso de unión aseguran que los componentes de refuerzo y la tela de fibra de carbono soporten la fuerza conjunta. Se requiere que el adhesivo tenga una alta resistencia de unión y resistencia a la interfaz adherida y a la tela de fibra de carbono. La resistencia a la tracción, la resistencia a la compresión y especialmente la resistencia al corte de la unión deben ser mucho mayores que la resistencia correspondiente del hormigón. El adhesivo debe tener buena permeabilidad y compatibilidad con la interfaz y la tela de fibra de carbono, y tener excelentes propiedades como resistencia al impacto, resistencia a la fatiga y resistencia al envejecimiento, por lo que se debe utilizar un adhesivo especial.
La tecnología de construcción perfecta es un factor importante en el efecto de refuerzo. Los principales requisitos son: limpiar, reparar y nivelar la superficie de unión, que debe estar seca y resistente a la humedad; utilizar herramientas especiales para aplicar adhesivo de alta viscosidad sobre la tela de fibra de carbono y, después de un laminado moderado, el adhesivo se sumerge por completo; el monofilamento; elimina las burbujas de aire, no se pela, ensucia, dobla ni retuerce; la tecnología perfecta y los trabajadores bien capacitados pueden hacer que el área de unión efectiva alcance más del 99%, permitiendo que el rendimiento de la fibra de carbono realmente entre en juego.
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