Estudo revela desafios e soluções dos polímeros reforçados com fibras

Os polímeros reforçados com fibras (FRP) têm sido celebrados há muito tempo pela sua resistência à corrosão, propriedades leves,A indústria siderúrgica é uma das principais fontes de energia do mundo.No entanto, os engenheiros e especialistas em aquisições geralmente se debatem com uma questão crítica: O FRP é realmente impecável?Quais são as suas limitações inerentes em comparação com os materiais tradicionais?

Este artigo fornece uma análise abrangente das oito principais desvantagens do FRP, juntamente com soluções acionáveis.Projeto estrutural, e implementação no local para maximizar o potencial do FRP.

Antes de aprofundar os pormenores, veja aqui uma comparação concisa do FRP com os metais convencionais:

Os perfis estruturais de FRP apresentam tipicamente um módulo elástico de20 ̊30 GPa∆ duplo do que o madeiro, mas apenas1/5 ∆1/7Isto resulta numa maior deflexão e vibração sob carga:

• As vigas e as chapas podem parecer excessivamente flexíveis se forem concebidas de forma idêntica às de aço.
• As mangueiras e as plataformas podem apresentar uma deflexão notável sob cargas humanas.
• O arrasto a longo prazo sob cargas sustentadas requer avaliação, especialmente para vigas e tanques contínuos.

• Aumentar a profundidade/espessura da secção ou adotar painéis sandwich:Os núcleos de espuma ou de favo de mel aumentam a rigidez, preservando a poupança de peso.
• Adicionar endurecedores ou suportes intermediários:Reduzir as faixas para controlar a deflexão.
• Aplicar critérios de deflexão conservadores e ter em conta o creep:Incorporar margens de segurança para o desempenho a longo prazo.

O FRP padrão à base de poliéster/vinil éster resiste a temperaturas de serviço contínuas de até80°C a 100°CPara além deste limiar, o amolecimento da resina e o seu arrasto aceleram, limitando a sua utilização em aplicações de alta temperatura, como chaminés ou tubulações térmicas.

• Selecionar resinas de alta temperatura:Especialidades em ésteres de vinilo ou epoxies para ambientes superiores a 100 °C.
• Instalar isolamento/ventilação:Manter a temperatura da superfície dentro dos limites de segurança.
• Projetos híbridos:Reserva de FRP para secções mais frias de sistemas de alta temperatura.

Como compostos orgânicos, os materiais FRP amolecem, carbonizam e queimam em incêndios, mesmo as variantes retardadoras de chama geram fumaça e gases tóxicos.Isto coloca desafios para os códigos de construção e infra-estruturas públicas.

• Resinas/aditivos ignífugos:Cumprir as normas de classificação de incêndio da indústria.
• Proteção contra incêndio passiva:Revestimentos inflamatórios ou revestimentos resistentes ao fogo.
• Localização estratégica:Evite as vias de saída críticas e as áreas sensíveis ao fogo.

A exposição prolongada aos raios UV, à umidade, aos ciclos de congelamento e descongelamento e ao estresse mecânico podem causar:

• A superfície está com giz, descoloração e micro-fissuras.
• Perda de brilho, promovendo acumulação de sujeira e crescimento biológico.
• Redução progressiva das propriedades mecânicas em ambientes adversos.

• Outros, de peso superior a 200 g/m2, mas não superior a 200 g/m2Superfícies expostas pelo escudo.
• Resinas ambientalmente validadas:Compare a química da resina com as condições operacionais.
• Instalação/manutenção adequada:Minimizar danos mecânicos.

A resistência dos FRP é direcional à fibra; as ligações interlaminares dependem da resina.

• Evitar projetos críticos de cisalhamento:Reduzir ao mínimo os cantilevers curtos e pesados.
• Protocolos de perfuração especializados:Mantenha-se uma distância adequada entre os furos e as bordas.
• Sistemas de resina endurecida:Para aplicações propensas a impactos.

A natureza viscoelástica do FRP leva ao arrasto sob estresse constante e danos causados pela fadiga durante a carga cíclica.

• Aplicar fatores de redução do fluxo:Com base em dados de testes a longo prazo.
• Níveis de tensão limitados:Especialmente em temperaturas elevadas.
• Evitar concentrações de stress:Otimize os detalhes da ligação.

Ao contrário dos metais, o FRP termo-resistente não pode ser fundido novamente. A moagem mecânica, o co-processamento em fornos de cimento ou a reciclagem química permanecem limitados, o que coloca problemas ambientais para aplicações em larga escala.

Embora os perfis de FRP custem mais por quilograma do que o aço carbono, a sua leveza reduz frequentemente as estruturas de apoio e os custos de manutenção.A análise dos custos do ciclo de vida, não apenas o preço dos materiais, determina a verdadeira viabilidade económica.

• Seleção do sistema de resina/fibra:Adaptado para exposição química, térmica e UV.
• Projeto de rigidez:Dê prioridade ao controlo da deflexão em vez da força pura.
• Conformidade com os requisitos de incêndio:Combinar materiais ignífugos com proteção passiva.
• Proteção de superfície:Revestimentos de gel ou revestimentos para exposição ao ar livre.
• Detalhes da ligação comprovada:Minimizar as tensões de cisalhamento interlaminar.
• Colaborar com fabricantes experientes:Design de alavancagem e conhecimentos de controlo de qualidade.

Vantagens:Resistente à corrosão, ideal para ambientes costeiros/químicos.
Desvantagens:Baixa rigidez do que o aço; índices de incêndio limitados; possíveis problemas de correspondência de cores.

Vantagens:Excelente resistência química; leve.
Desvantagens:Suscetível a danos causados por impactos; menor rigidez que exige um design cuidadoso do enterro.

Vantagens:Elimina a corrosão do betão em pontes/estruturas marítimas.
Desvantagens:O comportamento elástico (não-dúctil) exige um controle cuidadoso das rachaduras; características de ligação distintas em comparação com o aço.