Introducere
Polimerul consolidat de fibre (FRP), de asemenea, plastic consolidat cu fibre, este un material compozit format dintr-o matrice polimerică armată cu fibre. Fibrele sunt de obicei sticlă, carbon sau aramidă, deși alte fibre, cum ar fi hârtie sau lemn sau azbest, au fost uneori folosite. Polimerul este de obicei un epoxidic, vinylester sau poliester termozetând din plastic, iar rășinile de formaldehidă fenol sunt încă utilizate. FRP -urile sunt utilizate în mod obișnuit în industria aerospațială, auto, marină și construcții.
Materialele compozite sunt proiectate sau apar materiale în mod natural realizate din două sau mai multe materiale constitutive cu proprietăți fizice sau chimice semnificativ diferite, care rămân separate și distincte în structura finită. Majoritatea compozitelor au fibre puternice și rigide într -o matrice, care este mai slabă și mai puțin rigidă. Obiectivul este de obicei de a face o componentă puternică și rigidă, adesea cu o densitate mică. Materialul comercial are în mod obișnuit fibre de sticlă sau de carbon în matrice bazate pe polimeri termozetătoare, cum ar fi rășini epoxidice sau poliester. Uneori, pot fi preferați polimerii termoplastici, deoarece sunt modelabile după producerea inițială. Există alte clase de compozit în care matricea este un metal sau o ceramică. În cea mai mare parte, acestea sunt încă într -o etapă de dezvoltare, cu probleme de costuri ridicate de fabricație încă de depășit. Mai mult, în aceste compozite, motivele pentru adăugarea fibrelor (sau, în unele cazuri, particulele) sunt adesea destul de complexe; De exemplu, pot fi căutate îmbunătățiri în fluaj, uzură, rezistență la fractură, stabilitate termică, etc.
Polimerul armat cu fibre (FRP) sunt compozite utilizate în aproape toate tipurile de structură de inginerie avansată, utilizarea lor variind de la aeronave, elicoptere și nave spațiale până la bărci, nave și platforme offshore și până la automobile, articole sportive, echipamente de procesare chimică și infrastructură civilă, astfel ca poduri și clădiri. Utilizarea compozitelor FRP continuă să crească într -un ritm impresionant, deoarece aceste materiale sunt utilizate mai mult pe piețele lor existente și se stabilesc pe piețe relativ noi, cum ar fi dispozitivele biomedicale și structurile civile. Un factor cheie care determină aplicațiile crescute ale compozitelor în ultimii ani este dezvoltarea de noi forme avansate de materiale FRP. Aceasta include evoluții în sisteme de rășină de înaltă performanță și noi stiluri de armare, cum ar fi nanotuburi de carbon și nanoparticule. Această carte oferă un raport actualizat al fabricării, proprietăților mecanice, rezistenței de delaminare, toleranței la impact și aplicațiilor compozitelor 3D FRP.
Compozitele polimerice armate (FRP) sunt considerate din ce în ce mai mult ca o îmbunătățire a și/sau a unui înlocuitor pentru componentele sau sistemele de infrastructură care sunt construite din materiale tradiționale de inginerie civilă, și anume beton și oțel. Compozițiile FRP sunt ușoare, fără corozive, prezintă o rezistență specifică ridicată și rigiditate specifică, sunt ușor construite și pot fi adaptate pentru a satisface cerințele de performanță. Datorită acestor caracteristici avantajoase, compozitele FRP au fost incluse în construcțiile noi și reabilitarea structurilor prin utilizarea sa ca întărire în beton, punți de pod, structuri modulare, cofraj și întărire externă pentru întărirea și modernizarea seismică.
Aplicabilitatea întăririi polimerului armat cu fibre (FRP) pentru structurile concrete ca substitut pentru bare de oțel sau tendoane de pretensiune a fost studiată activ în numeroase laboratoare de cercetare și organizații profesionale din întreaga lume. Întăririle FRP oferă o serie de avantaje, cum ar fi rezistența la coroziune, proprietățile nemagnetice, rezistența la tracțiune ridicată, ușurința și ușurința de manipulare. Cu toate acestea, acestea au, în general, un răspuns elastic liniar în tensiune până la eșec (descris ca un eșec fragil) și o rezistență transversală sau de forfecare relativ slabă. De asemenea, au o rezistență slabă la foc și atunci când sunt expuși la temperaturi ridicate. Aceștia slăbesc rezistența semnificativă la îndoire și sunt sensibile la efectele de ruptură a stresului. Mai mult, costul lor, fie considerat pe unitatea de greutate sau pe baza capacității de transport a forței, este ridicat în comparație cu barele de armare din oțel convenționale sau cu tendoanele de pretensionare. Din punct de vedere al ingineriei structurale, cele mai grave probleme cu întăririle FRP sunt lipsa comportamentului plastic și rezistența la forfecare foarte scăzută în direcția transversală. Astfel de caracteristici pot duce la o ruptură prematură a tendonului, în special atunci când sunt prezente efecte combinate, cum ar fi la planurile de tigare a forfecării în fascicule de beton armat, unde există acțiune de dibl. Acțiunea diblă reduce rezistența la tracțiune reziduală și la forfecare în tendon. S -au oferit soluții și limitări de utilizare și se așteaptă îmbunătățiri continue în viitor. Costul unitar al întăririi FRP este de așteptat să scadă semnificativ odată cu creșterea cotei de piață și a cererii. Cu toate acestea, chiar și astăzi, există aplicații în care întăririle FRP sunt rentabile și justificabile. Astfel de cazuri includ utilizarea foilor sau plăcilor FRP legate în repararea și consolidarea structurilor de beton și utilizarea ochiurilor FRP sau textilelor sau țesăturilor în produse de ciment subțire. Costul reparației și reabilitării unei structuri este întotdeauna, în termeni relativi, substanțial mai mari decât costul structurii inițiale. Reparația necesită, în general, un volum relativ mic de materiale de reparații, dar un angajament relativ ridicat în forța de muncă. Mai mult, costul forței de muncă în țările dezvoltate este atât de mare încât costul materialului devine secundar. Astfel, cea mai mare performanță și durabilitate a materialului de reparații este, cu atât este mai rentabilă reparația. Acest lucru implică faptul că costul materialului nu este într -adevăr o problemă în reparații și că faptul că materialele de reparații FRP sunt costisitoare nu este un dezavantaj de constrângere.
Atunci când se ia în considerare doar resursele energetice și materiale, apare, la suprafață, argumentul pentru compozitele FRP într -un mediu construit durabil este discutabil. Cu toate acestea, o astfel de concluzie trebuie evaluată în ceea ce privește avantajele potențiale prezente în utilizarea compozitelor FRP legate de considerente precum:
Forță mai mare
Greutate mai ușoară
Performanță mai mare
Mai lung
Reabilitarea structurilor existente și prelungirea vieții lor
Upgrade -uri seismice
Sisteme de apărare
Sisteme spațiale
Medii oceanice
În cazul compozitelor FRP, problemele de mediu par a fi o barieră pentru fezabilitatea sa ca material durabil, în special atunci când se ia în considerare epuizarea combustibilului fosil, poluarea aerului, smog -ul și acidificarea asociată cu producția sa. În plus, capacitatea de a recicla compozitele FRP este limitată și, spre deosebire de oțel și cherestea, componentele structurale nu pot fi reutilizate pentru a îndeplini o funcție similară într -o altă structură. Cu toate acestea, evaluarea impactului asupra mediului al compozitelor FRP în aplicațiile de infrastructură, în special prin analiza ciclului de viață, poate dezvălui beneficii directe și indirecte care sunt mai competitive decât materialele convenționale.
Materialele compozite s -au dezvoltat foarte mult de când au fost introduse pentru prima dată. Cu toate acestea, înainte ca materialele compozite să poată fi utilizate ca alternativă la materialele convenționale ca parte a unui mediu durabil, rămân o serie de nevoi.
Disponibilitatea datelor de caracterizare a durabilității standardizate pentru materialele compozite FRP.
Integrarea datelor de durabilitate și a metodelor pentru predicția vieții de serviciu a membrilor structurali care utilizează compozite FRP.
Dezvoltarea metodelor și tehnicilor pentru selectarea materialelor pe baza evaluărilor ciclului de viață ale componentelor și sistemelor structurale.
În cele din urmă, pentru ca compozitele să fie considerate cu adevărat o alternativă viabilă, acestea trebuie să fie realizabile din punct de vedere structural și economic. Numeroase studii privind fezabilitatea structurală a materialelor compozite sunt disponibile pe scară largă în literatură. Cu toate acestea, sunt disponibile studii limitate cu privire la fezabilitatea economică și de mediu a acestor materiale din perspectiva unei abordări a ciclului de viață, deoarece datele pe termen scurt sunt disponibile sau sunt luate în considerare doar costurile economice în comparație. În plus, trebuie să fie determinată afectele pe termen lung ale utilizării materialelor compozite. Produsele secundare ale producției, durabilitatea materialelor constitutive și potențialul de a recicla materialele compozite trebuie evaluate pentru a determina materialele compozite pot face parte dintr -un mediu durabil. Prin urmare, în acest capitol, descrieți proprietățile fizico -chimice ale polimerilor și compozitelor mai utilizate în inginerie civilă. Tema va fi abordată într -un simplu și de bază pentru o mai bună înțelegere.
