À medida que a onda da pré-fabricação varre o mundo, a “resistência excessiva e a tenacidade insuficiente” de componentes de concreto pré-moldado (PC) sempre foi um ponto problemático na indústria. O surgimento de fibra de carbono, o "mago negro", está fazendo vigas, placas e colunas evoluírem de "tubarões frágeis" para "homens de ferro sísmicos".

Ponto problemático: Por que os componentes tradicionais do PC não "aguentam"?

Falha frágil: o concreto comum é resistente à compressão, mas não à tração, e é fácil quebrar instantaneamente quando dobrado ou impactado.

Corrosão de barras de aço: A erosão por íons cloreto em áreas costeiras ou fábricas de produtos químicos causou um aumento nas "lesões internas" de barras de aço tradicionais.

Manilhas de peso: Aumentar a seção transversal para aumentar a capacidade de suporte aumentará os custos de transporte e elevação.

O reparo pós-terremoto é difícil: uma vez que a área do nó esteja rachada, o ciclo de reparo da operação úmida no local é longo, atrasando a retomada do trabalho.

Quatro papéis disruptivos da fibra de carbono

Adição interna de “fibra curta” - “reconstrução ligamentar” para concreto

• Mecanismo: A adição de 0,2% a 0,8% em volume de fibra de carbono de corte curto forma um suporte tridimensional aleatório na matriz. Quando surgem rachaduras, a fibra "forma uma ponte" para transferir a tensão, e a tenacidade ao impacto é aumentada de 2 a 4 vezes.

• Cenário: Escadas pré-fabricadas, segmentos de tubos de metrô, guarda-corpos anticolisão e outros componentes que precisam ser resistentes a impactos.

• Dados: Vigas pré-fabricadas com 0,4% de fibra de carbono adicionada apresentam uma redução de 35% na deflexão do meio do vão e uma redução de 50% na largura da fissura no teste de martelo de queda.

Tecido externo de CFRP - "armadura invisível" com 10 vezes a resistência das barras de aço

• Mecanismo: O tecido CFRP com resistência à tração de ≥3000 MPa é colado à superfície de tração do componente com cola epóxi para formar um sistema de força secundário, que pode aumentar a capacidade de suporte de flexão em 30%-50% sem aumentar a seção transversal.

• Cenários:

– Reforço rápido de lajes pré-fabricadas antigas;

– Melhoria sísmica de pontes pré-fabricadas (como tecido CFRP enrolado ao redor da área de dobradiça de plástico dos pilares).

• Caso: Depois que duas camadas de tecido CFRP foram fixadas na parte inferior da viga pré-fabricada de um determinado viaduto, a capacidade de suporte final foi restaurada para 1,45 vezes o projeto original.

Barras/grades pré-fabricadas de CFRP - "super barras de aço" que nunca enferrujam

• Mecanismo: O uso de barras de CFRP para substituir as barras de aço tradicionais tem uma densidade de apenas 1/5 da do aço, mas uma resistência à tração 10 vezes maior que a do aço e é resistente à corrosão por íons cloreto.

• Cenários:

– Painéis de parede exterior pré-fabricados para docas costeiras e tanques de armazenamento de GNL;

– Painéis de pontes pré-fabricados que precisam ser protegidos contra corrosão salina em áreas frias de alta altitude.

• Econômico: O custo de todo o ciclo de vida é reduzido em 30%, eliminando a necessidade de revestimento anticorrosivo posterior.

"Camada de percepção" inteligente - deixe que os componentes tenham seu próprio "check-up de saúde"

• Mecanismo: As fibras curtas de carbono uniformemente dispersas fazem com que a resistividade do concreto mude linearmente com a deformação, realizando o autodiagnóstico de fissuras.

• Cenários:

– Corredores de tubulações pré-fabricadas integradas, monitoramento de recalques em tempo real;

– Painéis de paredes externas de edifícios pré-fabricados, avaliação rápida dos níveis de danos após um terremoto.

Quanto a durabilidade dos componentes pré-fabricados melhorou após serem "blindados" com fibra de carbono? Temos comparações de dados óbvias, que se refletem principalmente em dois aspectos:

1. Indicadores quantitativos de durabilidade melhorada

Largura da fissura: Após o reforço do tecido CFRP, a taxa de expansão da fissura diminuiu em 60%-75%; após 120 ciclos de secagem-molhado, o fator de intensidade de tensão na ponta da fissura diminuiu em 50%.

Corrosão da barra de reforço: Após as barras/grades de CFRP substituírem as barras de aço, o coeficiente de permeabilidade do íon cloreto diminuiu em uma ordem de magnitude e a taxa de corrosão da barra de aço foi <0,01 mm/ano.

Ciclo de congelamento e descongelamento: após 300 testes rápidos de congelamento e descongelamento (FT), a taxa de retenção da resistência de ligação da interface CFRP-concreto foi ≥85%, enquanto os espécimes não reforçados tiveram apenas 50%.

Envelhecimento ultravioleta: Após irradiação contínua com lâmpada UV-A 340 nm por 1000 h, a atenuação da resistência à tração do tecido CFRP foi <5%, o que é muito melhor do que a atenuação de 20% das barras de aço revestidas com epóxi.

2. Adaptabilidade ambiental: Desempenho em condições extremas de trabalho

Alta temperatura e alta umidade (40 ℃, UR 95%)

Após 3000 h, a resistência ao cisalhamento da interface CFRP-concreto diminuiu em <8%, atendendo aos requisitos equivalentes de 30 anos do JTG/T J22-2011 para ambientes quentes e úmidos.

Névoa salina + ciclo seco-úmido (NaCl 5%, 120 ciclos)

A resistência de aderência do concreto armado tradicional decaiu em 50%, enquanto a do espécime reforçado com CFRP decaiu apenas 12%.

Congelamento-degelo + sal de degelo (-18 ℃↗+5 ℃, 300 ciclos)

A carga final da amostra de tecido CFRP diminuiu em <10%, enquanto o do concreto comum diminuiu 35%.

Portanto, a fibra de carbono não é simplesmente "barras de aço mais caras", mas a chave para a evolução do concreto pré-moldado, de "suporte passivo" para "sensor ativo". Quem dominar essa chave primeiro poderá abrir um oceano azul de alto valor agregado no oceano vermelho das construções pré-fabricadas.