como reparar colunas de concreto com compósitos de fibra de carbono?
Experiência em aplicações de fibra de carbono
A resistência e durabilidade das colunas de concreto armado podem ser afetadas por quatro fatores principais: corrosão do vergalhão metálico interno, deterioração do congelamento-descongelamento, ataque químico e danos localizados persistentes de condições extremas de carga e desastres naturais, como terremotos e inundações .
À medida que a estrutura envelhece, pode ocorrer salpicos de concreto, expondo o vergalhão ao ambiente, o que pode acelerar a corrosão do vergalhão. Se as colunas de concreto não forem devidamente reparadas a tempo, a deterioração do concreto aumentará e o risco de colapso aumentará consideravelmente. Portanto, o reforço pode ser necessário o mais rapidamente possível para evitar mais corrosão e degradação do concreto, e para restaurar a capacidade de suporte estrutural original do concreto armado.
01. Reforço de coluna de concreto e tecnologia de reparo
Por décadas, pesquisadores têm trabalhado para melhorar métodos de reforço e reparação de pilares de concreto para resolver muitos defeitos possíveis, incluindo técnicas de reforço e reparo que equilibram requisitos estruturais com questões não estruturais, como minimizar custos, manter funcionalidade e estética, manter os trabalhadores seguros e fazer reparos em curto prazo.
Nos últimos anos, uma tecnologia inovadora usando polímeros reforçados com fibra de alta resistência (FRPs) está emergindo rapidamente como uma alternativa às técnicas tradicionais de retrofit na indústria da construção civil.
A relação força-peso FRP e a adesão, a resistência à corrosão, a facilidade de operação e a velocidade de instalação são inigualáveis por reparos tradicionais (tais como hastes de amarração de coluna, reforço vertical suplementar, etc.). Em comparação com os elementos de concreto armado não refinado, as colunas envoltas em FRP aumentam a ductilidade enquanto fornecem excelente cisalhamento, capacidade de carga compressiva e redistribuição de energia.
02. Método tradicional de reparo de coluna de concreto
Reparos de colunas podem ser divididos em duas categorias: reparos cosméticos e reparos estruturais. Quando projetado corretamente, o reparo de superfície pode reduzir a taxa de degradação adicional do concreto, evitando a delaminação e parando a corrosão da armadura.
2.1. Aparência/reparação de superfícies
Reparos cosméticos ou de superfície são para pequenas deterioração localizada, tais como rachaduras e pitting em colunas afetadas e delaminação de concreto. A corrosão acelera significativamente quando o vergalhão é exposto. Alguns exemplos de reparos de superfície incluem a mudança de argamassa, pós-gaiolas, usando revestimentos protetores e envoltórios compostos.
2.2. Manutenção estrutural/abrangente
Reparações estruturais ou abrangentes restauram ou melhoram a integridade da coluna de concreto e aumentam a resistência total da coluna. A cobertura de concreto armado pode ser usada com sucesso se o envelhecimento não reduzir significativamente a seção transversal.
2.3. Camada protectora de betão armado
A aplicação de cobertura de concreto armado é uma técnica de reparo tradicional usada para reforçar e reparar colunas de concreto defeituosas e danificadas. Envolve cobrir as colunas existentes com uma nova camada de concreto, que pode ser derramada em torno dos suportes de vergalhões ou aparafusada diretamente na base das colunas existentes. A bainha de aço também é um método de reparo eficaz, aumentando a carga e a capacidade de cisalhamento enquanto aumenta a resistência às tensões de flexão na coluna.
Embora esta técnica de reparo de coluna seja um método eficaz para proteger e fortalecer colunas, é cara e demorada em termos de capacidade de rolamento axial, resistência à flexão e ductilidade. Além disso, a melhoria na ductilidade é pequena porque o material de cobertura é muitas vezes frágil e nem sempre se liga efetivamente ao concreto envelhecido. Além disso, altera a área de secção transversal do pilar, alterando assim a massa e a rigidez.
03. O aumento na aplicação do reparo composto de fibra de carbono
Quando a capacidade de carga das colunas existentes é insuficiente, as empresas de construção estão cada vez mais usando materiais compósitos como fibra de carbono / epóxi e fibra de vidro para fornecer contenção externa a núcleos de concreto danificados e frágeis. Estas técnicas oferecem a vantagem adicional de evitar a degradação adicional do vergalhão corroído.
Os reparos compostos à base de fibra de carbono também podem aumentar as cargas horizontais e fornecer reforço de cisalhamento para estruturas de concreto.
3.1. Por que usar fibra de carbono para reparo estrutural e reforço
Os polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRPs) têm sido o principal material na indústria aeroespacial por décadas e têm sido usados com sucesso em muitas outras indústrias. CFRP é mais forte, mais leve e oferece melhor resistência à fadiga do que qualquer outro material de construção típico.
CFRP combina uma alta relação resistência-peso, excelente rigidez, ductilidade, resistência a altas temperaturas, peso adicionado mínimo e excelente resistência à corrosão. Eles também podem ser usados para reparar e prevenir rachaduras, endireitar vigas, atualizar colunas de ponte, fortalecer paredes e piers, melhorar o desempenho sísmico, fortalecer estruturas existentes após modificações estruturais, aumentar a capacidade de rolamento lateral e aumentar a resistência à compressão.
3.2. Excelentes propriedades de compósitos de fibra de carbono
As principais vantagens dos materiais compósitos de fibra de carbono para o reparo estrutural da construção e reforço são as seguintes:
Relação elevada resistência/peso
Leve e resistente à corrosão
Resistência ácida
Mais econômico do que a instalação suplementar de colunas
Instalação fácil e rápida
Reduzir os custos de envio e instalação
Impedir a flambagem da coluna
Aumento da capacidade de carga da coluna
Aumenta a resistência à flexão da peça reparada
04. Como reparar colunas de concreto usando compósitos de fibra de carbono
Quando colunas danificadas ou com deficiência sísmica requerem reparo, fortalecer colunas existentes com polímeros reforçados com fibra, como compósitos de fibra de carbono, pode restaurar a integridade estrutural de acordo com as regulamentações DOT.
Reparação de coluna é uma aplicação ideal para compósitos de fibra de carbono porque o material é leve e extremamente forte. As propriedades dos compósitos FRP reduzem a espessura total do reparo e minimizam qualquer peso adicionado. Um sistema aplicado à mão estará perfeitamente em conformidade com qualquer tamanho e forma, evitando corrosão adicional ao vergalhão e cobrindo qualquer metal exposto.
O processo geral de usar materiais compósitos de fibra de carbono para reparar colunas de concreto é o seguinte:
Tratamento de superfície. Ao reparar concreto danificado, é importante primeiro preparar a superfície, remover qualquer material solto dos postes e rodapés e garantir a ligação adequada do reparo composto.
Substitua o betão perdido. Em sistemas avançados de FRP, o cimento polimérico é frequentemente usado para substituir qualquer concreto ausente antes do reparo da fibra de carbono. O concreto é tratado com um primer penetrante imediatamente antes da instalação para melhorar as propriedades do material. O primer aumentará a adesão do compósito de fibra de carbono e fortalecerá o próprio concreto.
Enrole o Composto de Fibra de Carbono em torno do Post. Envolto com material composto de fibra de carbono, a sobreposição é intercalada com o material composto subsequentemente enrolado para aumentar a resistência de união. Uma vez que o número especificado de camadas compostas de fibra de carbono tenha sido aplicado na coluna de concreto, o material pode ser curado e uma camada superior resistente aos raios UV aplicada.
Juntos, o sistema de reforço de fibra de carbono, juntamente com a argamassa apropriada ou cimento polimérico, fornece resistência, elasticidade e longevidade inigualáveis para novas restaurações. Dependendo do ambiente, a fibra de carbono pode durar até 50 + anos sem manutenção adicional.