Vantagens de usar fibra de carbono no reforço de concreto
O concreto é o material de construção mais amplamente utilizado no mundo devido à sua relação custo-benefício, abundância de matérias-primas, fabricação fácil e propriedades físicas e mecânicas adequadas.
O concreto tem limitações, no entanto, que podem prejudicar sua durabilidade e vida útil. Principalmente, sua menor resistência à flexão e tração e fragilidade podem fazer com que as estruturas falhem sem aviso em condições de tração e cisalhamento.
Por esse motivo, o concreto estrutural é comumente reforçado para melhorar a integridade estrutural de edifícios. Embora a fibra de aço seja o principal elemento de reforço usado globalmente, há alguns problemas com seu uso, principalmente seu desempenho e sustentabilidade a longo prazo.
Este artigo da RFS Engenharia explorará o concreto reforçado com fibra de carbono, uma alternativa ao concreto reforçado com fibra de aço convencional.
Por que usar fibra de carbono?
A fibra de carbono tem visto uso crescente nos últimos anos na indústria da construção, principalmente na estrutura de paredes de cortina, painéis de partição e paredes. Explorado pela primeira vez como um material de construção potencial na década de 1970, foi demonstrado que o concreto reforçado com fibra de carbono tinha algumas propriedades adequadas.
Os primeiros estudos sobre concreto reforçado com fibra de carbono feitos melhoraram significativamente a resistência ao impacto, a resistência à tração e o módulo elástico do concreto. Em 1980, um estudo japonês usando fibra de carbono de piche relatou melhorias notáveis usando apenas 0,2% de fibra de carbono por volume.
Estudos posteriores confirmaram que mesmo uma fração minúscula de fibra de carbono melhora significativamente as propriedades mecânicas do concreto, e a fibra de carbono supera tanto o aço quanto a fibra de vidro. Isso se deve à durabilidade superior em condições adversas, resistência térmica, resistência às intempéries e sua capacidade de acabamento.
Uma desvantagem da fibra de carbono é seu custo, no entanto. Isso até agora dificultou seu uso em larga escala em elementos estruturais, mas os pesquisadores argumentaram que a despesa inicial vale a pena em comparação com o custo de reforma de estruturas com falhas usando concreto reforçado com fibra de aço convencional.
Composição química da fibra de carbono e características
A fibra de carbono contém mais de 92% em peso de carbono, dispostos em estruturas cristalinas paralelas ao eixo longo da fibra. A estrutura pode ser amorfa, parcialmente cristalina ou totalmente cristalina, dependendo do processo de fabricação, e pode existir como fibras curtas ou longas.
As fibras de carbono são classificadas como de alto desempenho devido às suas características essenciais. Isso inclui baixo peso específico, capacidade de suportar estresse durante condições de carga dinâmicas e quase estáticas, alta condutividade térmica, resistência superior à fluência, alto módulo de elasticidade, não corrosividade e estabilidade química.
Além disso, as fibras de carbono têm excelentes características estéticas, tornando-as atraentes para projetos que exigem um bom produto acabado. No entanto, existem algumas limitações com a fibra de carbono que podem dificultar seu uso.
As fibras tendem a oxidar quando aquecidas ou sob condições alcalinas. Além disso, as fibras possuem desvantagens como anisotropia axial vs. transversal e baixa deformação até a falha. O principal problema que dificulta o uso de concreto reforçado com fibra de carbono é a baixa ductilidade da fibra de carbono.
Selecionar fibra de carbono para um projeto requer conhecimento dos benefícios e desvantagens associados ao seu uso.
- Junta elastomérica
- Injeção de grout
- Injeção de poliuretano estrutural
- Injeção de gel acrílico
- Fibra de carbono
- Injeção de epóxi
Superando Limitações de Custo
Como mencionado anteriormente, o alto custo da fibra de carbono pode ser proibitivo. No entanto, o custo unitário vem diminuindo gradualmente nos últimos anos devido ao uso crescente de fibra de carbono nas indústrias automotiva, aeroespacial, de construção e médica, para citar algumas.
O custo da fibra de carbono também depende do grau necessário: quanto maior a resistência à tração, mais cara a fibra. No entanto, com o aumento do consumo, o advento do concreto reforçado com fibra de carbono relativamente barato e abundante em projetos de construção no futuro pode ser mais provável.
A fibra de carbono é um material de construção inovador que fornece vastos benefícios para a indústria da construção, melhorando a sustentabilidade do setor e reduzindo os custos de manutenção contínua para estruturas existentes. No entanto, seu uso na construção é atualmente limitado.
Devido às suas propriedades mecânicas superiores (embora com algumas desvantagens) e ao fato de que a própria fibra de carbono está se tornando mais barata, o CFRC pode ser uma das respostas para os principais problemas ambientais e econômicos atuais que a indústria da construção está enfrentando. De fato, alguns arquitetos e empresas com visão de futuro já o estão usando.