Introdução
O polímero reforçado com fibra (FRP), também plástico reforçado com fibra, é um material composto feito de uma matriz de polímero reforçada com fibras. As fibras geralmente são vidro, carbono ou aramida, embora outras fibras, como papel ou madeira ou amianto, às vezes tenham sido usadas. O polímero é geralmente um termofólio de epóxi, vinilester ou poliéster, as resinas de plástico e fenol formaldeído ainda estão em uso. Os FRPs são comumente usados nas indústrias aeroespacial, automotiva, marítima e de construção.
Materiais compósitos são materiais projetados ou que ocorrem naturalmente feitos de dois ou mais materiais constituintes com propriedades físicas ou químicas significativamente diferentes que permanecem separadas e distintas na estrutura acabada. A maioria dos compósitos possui fibras fortes e rígidas em uma matriz mais fraca e menos rígida. O objetivo é geralmente fazer um componente forte e rígido, geralmente com baixa densidade. O material comercial geralmente possui fibras de vidro ou carbono em matrizes com base em polímeros termoestantes, como resinas de epóxi ou poliéster. Às vezes, os polímeros termoplásticos podem ser preferidos, pois são moldáveis após a produção inicial. Existem outras classes de composto nas quais a matriz é um metal ou uma cerâmica. Na maioria das vezes, eles ainda estão em um estágio de desenvolvimento, com problemas de altos custos de fabricação ainda a serem superados. Além disso, nesses compósitos, as razões para adicionar as fibras (ou, em alguns casos, partículas) são frequentemente bastante complexas; Por exemplo, podem ser procuradas melhorias em fluência, desgaste, resistência à fratura, estabilidade térmica, etc.
O polímero reforçado com fibra (FRP) são compósitos usados em quase todos os tipos de estrutura avançada de engenharia, com seu uso que variam de aeronaves, helicópteros e naves espaciais a barcos, navios e plataformas offshore e a automóveis, produtos esportivos, equipamentos de processamento químico e infraestrutura civil, tais como pontes e edifícios. O uso de compósitos FRP continua a crescer a um ritmo impressionante, pois esses materiais são mais usados em seus mercados existentes e se estabelecem em mercados relativamente novos, como dispositivos biomédicos e estruturas civis. Um fator -chave que impulsiona o aumento das aplicações dos compósitos nos últimos anos é o desenvolvimento de novas formas avançadas de materiais FRP. Isso inclui desenvolvimentos em sistemas de resina de alto desempenho e novos estilos de reforço, como nanotubos de carbono e nanopartículas. Este livro fornece uma conta atualizada da fabricação, propriedades mecânicas, resistência à delaminação, tolerância ao impacto e aplicações de compósitos de FRP 3D.
Os compósitos poliméricos reforçados com fibra (FRPs) estão sendo cada vez mais considerados como um aprimoramento e/ou substituem os componentes ou sistemas de infraestrutura que são construídos de materiais de engenharia civil tradicionais, como concreto e aço. Os compósitos FRP são leves, sem corrosivos, exibem alta resistência específica e rigidez específica, são facilmente construídos e podem ser adaptados para atender aos requisitos de desempenho. Devido a essas características vantajosas, os compósitos FRP foram incluídos na nova construção e reabilitação de estruturas através de seu uso como reforço em concreto, decks de ponte, estruturas modulares, cofragem e reforço externo para fortalecimento e atualização sísmica.
A aplicabilidade de reforços de polímero reforçado com fibra (FRP) em estruturas de concreto como substituto para barras de aço ou tendões de pré -esforço tem sido ativamente estudada em vários laboratórios de pesquisa e organizações profissionais em todo o mundo. Os reforços FRP oferecem várias vantagens, como resistência à corrosão, propriedades não magnéticas, alta resistência à tração, leve e facilidade de manuseio. No entanto, eles geralmente têm uma resposta elástica linear na tensão até a falha (descrita como uma falha quebradiça) e uma resistência transversal ou de cisalhamento relativamente ruim. Eles também têm baixa resistência ao fogo e quando expostos a altas temperaturas. Eles perdem força significativa na flexão e são sensíveis aos efeitos de ruptura do estresse. Além disso, seu custo, considerado por unidade de peso ou com base na capacidade de transporte da força, é alto em comparação com as barras de reforço de aço convencionais ou os tendões de pré -esforço. Do ponto de vista da engenharia estrutural, os problemas mais graves com os reforços de FRP são a falta de comportamento plástico e a resistência de cisalhamento muito baixa na direção transversal. Tais características podem levar à ruptura prematura do tendão, principalmente quando estão presentes efeitos combinados, como em planos de cisalhamento de cisalhamento em vigas de concreto armado onde existe ação de cavilha. A ação de cavilha reduz a resistência residual de tração e cisalhamento no tendão. Soluções e limitações de uso foram oferecidas e as melhorias contínuas são esperadas no futuro. Espera -se que o custo unitário dos reforços de FRP diminua significativamente com o aumento da participação e demanda de mercado. No entanto, ainda hoje, existem aplicações em que os reforços FRP são econômicos e justificáveis. Tais casos incluem o uso de folhas ou placas de FRP ligadas no reparo e fortalecimento de estruturas de concreto e o uso de malhas ou tecidos FRP ou tecidos em produtos finos de cimento. O custo de reparo e reabilitação de uma estrutura é sempre, em termos relativos, substancialmente maior que o custo da estrutura inicial. O reparo geralmente requer um volume relativamente pequeno de materiais de reparo, mas um compromisso relativamente alto no trabalho de parto. Além disso, o custo da mão -de -obra nos países desenvolvidos é tão alto que o custo do material se torna secundário. Assim, o maior desempenho e durabilidade do material de reparo é, mais econômico é o reparo. Isso implica que o custo do material não é realmente um problema no reparo e que o fato de os materiais de reparo da FRP serem caros não é uma desvantagem restritiva.
Ao considerar apenas os recursos de energia e material que parece, na superfície, o argumento para os compósitos FRP em um ambiente construído sustentável é questionável. No entanto, essa conclusão precisa ser avaliada em termos de possíveis vantagens presentes no uso de compósitos FRP relacionados a considerações como:
Maior força
Peso mais leve
Maior desempenho
Mais duradouro
Reabilitando estruturas existentes e prolongando sua vida
Atualizações sísmicas
Sistemas de defesa
Sistemas espaciais
Ambientes oceânicos
No caso de compósitos de FRP, as preocupações ambientais parecem ser uma barreira à sua viabilidade como material sustentável, especialmente ao considerar a depleção de combustíveis fósseis, a poluição do ar, a poluição e a acidificação associados à sua produção. Além disso, a capacidade de reciclar compósitos FRP é limitada e, diferentemente de aço e madeira, os componentes estruturais não podem ser reutilizados para desempenhar uma função semelhante em outra estrutura. No entanto, avaliar o impacto ambiental dos compósitos FRP em aplicações de infraestrutura, especificamente por meio da análise do ciclo de vida, pode revelar benefícios diretos e indiretos mais competitivos que os materiais convencionais.
Os materiais compostos se desenvolveram bastante desde que foram introduzidos pela primeira vez. No entanto, antes que os materiais compostos possam ser usados como alternativa aos materiais convencionais como parte de um ambiente sustentável, uma série de necessidades permanece.
Disponibilidade de dados de caracterização de durabilidade padronizados para materiais compósitos FRP.
Integração de dados e métodos de durabilidade para a previsão da vida útil de membros estruturais utilizando compósitos de FRP.
Desenvolvimento de métodos e técnicas para seleção de materiais com base nas avaliações do ciclo de vida dos componentes e sistemas estruturais.
Por fim, para que os compósitos sejam realmente considerados uma alternativa viável, eles devem ser estruturais e economicamente viáveis. Numerosos estudos sobre a viabilidade estrutural de materiais compósitos estão amplamente disponíveis na literatura. No entanto, estudos limitados estão disponíveis sobre a viabilidade econômica e ambiental desses materiais da perspectiva de uma abordagem do ciclo de vida, uma vez que os dados de curto prazo estão disponíveis ou apenas os custos econômicos são considerados na comparação. Além disso, os efeitos a longo prazo do uso de materiais compostos precisam ser determinados. Os subprodutos da produção, a sustentabilidade dos materiais constituintes e o potencial de reciclar materiais compostos precisam ser avaliados para determinar os materiais compostos podem fazer parte de um ambiente sustentável. Portanto, neste capítulo descreve as propriedades físico -químicas de polímeros e compósitos mais utilizados na engenharia civil. O tema será abordado em um simples e básico para uma melhor compreensão.
