Reforç de plàstic reforçat amb fibra(Reforç FRP) està substituint gradualment el reforç d'acer tradicional en enginyeria civil a causa del seu lleugeresa, alta resistència i propietats resistents a la corrosió. Tanmateix, la seva durabilitat es veu afectada per diversos factors ambientals, i cal tenir en compte els següents factors clau i contramesures:
1. Humitat i ambient aquàtic
Mecanisme d'influència:
La humitat penetra al substrat provocant inflor i debilitant la unió entre la interfície fibra-substrat.
La hidròlisi de les fibres de vidre (GFRP) pot produir-se amb una pèrdua significativa de resistència; les fibres de carboni (CFRP) es veuen menys afectades.
Els cicles en sec i humit acceleren l'expansió de les microfissures, provocant la delaminació i el desenllaç.
Mesures de protecció:
Trieu resines de baixa higroscopicitat (per exemple, èster vinílic); recobriment superficial o tractament d'impermeabilització.
Prefereix CFRP en ambients humits a llarg termini.
2. Temperatura i cicles tèrmics
Efectes de les altes temperatures:
La matriu de resina s'estova (per sobre de la temperatura de transició vítria), cosa que disminueix la rigidesa i la resistència.
La temperatura elevada accelera la reacció d'hidròlisi i oxidació (p. ex.fibra d'aramidaL'AFRP és susceptible a la degradació tèrmica).
Efectes de baixa temperatura:
Fragilització de la matriu, propensa a microesquerdes.
Cicle tèrmic:
La diferència en el coeficient de dilatació tèrmica entre la fibra i la matriu condueix a l'acumulació d'tensions interfacials i desencadena el desenllaç.
Mesures de protecció:
Selecció de resines resistents a altes temperatures (per exemple, bismaleimida); optimització de l'acoblament tèrmic fibra/substrat.
3. Radiació ultraviolada (UV)
Mecanisme d'influència:
Els raigs UV desencadenen una reacció de fotooxidació de la resina, que provoca engruiximent superficial, fragilització i augment de les microesquerdes.
Accelera la intrusió d'humitat i productes químics, desencadenant una degradació sinèrgica.
Mesures de protecció:
Afegiu absorbents d'UV (per exemple, diòxid de titani); cobriu la superfície amb una capa protectora (per exemple, recobriment de poliuretà).
Inspeccionar regularmentcomponents de FRPen ambients exposats.
4. Corrosió química
Ambient àcid:
Erosió de l'estructura de silicat a les fibres de vidre (sensibles al GFRP), que provoca la ruptura de la fibra.
Ambients alcalins (per exemple, fluids de porus de formigó):
Trenca la xarxa de siloxà de les fibres de GFRP; la matriu de resina es pot saponificar.
La fibra de carboni (CFRP) té una excel·lent resistència als àlcalis i és adequada per a estructures de formigó.
Ambients de boira salina:
La penetració d'ions clorur accelera la corrosió interfacial i sinergitza amb la humitat per agreujar la degradació del rendiment.
Mesures de protecció:
Selecció de fibres resistents als productes químics (per exemple, CFRP); addició de farcits resistents a la corrosió a la matriu.
5. Cicles de congelació i descongelació
Mecanisme d'influència:
La humitat que penetra a les microesquerdes es congela i s'expandeix, augmentant el dany; la congelació i descongelació repetides provoquen l'esquerdament de la matriu.
Mesures de protecció:
Controlar l'absorció d'aigua del material; utilitzar una matriu de resina flexible per reduir els danys per fragilitat.
6. Càrrega i fluència a llarg termini
Efectes de la càrrega estàtica:
La fluència de la matriu de resina condueix a una redistribució de l'estrès i les fibres se sotmeten a càrregues més elevades, cosa que pot desencadenar fractures.
L'AFRP es flueix significativament, el CFRP té la millor resistència a la fluència.
Càrrega dinàmica:
La càrrega de fatiga accelera l'expansió de les microfissures i redueix la vida útil a fatiga.
Mesures de protecció:
Permetre un factor de seguretat més alt en el disseny; preferir fibres CFRP o d'alt mòdul.
7. Acoblament ambiental integrat
Escenaris del món real (per exemple, entorns marins):
La humitat, la boira salina, les fluctuacions de temperatura i les càrregues mecàniques actuen sinèrgicament per escurçar dràsticament la vida útil.
Estratègia de resposta:
Avaluació d'experiments d'envelliment accelerat multifactorial; factor de descompte ambiental de reserva de disseny.
Resum i recomanacions
Selecció de materials: tipus de fibra preferit segons l'entorn (per exemple, CFRP amb bona resistència química, GFRP de baix cost però que necessita protecció).
Disseny de protecció: recobriment superficial, tractament de segellat, formulació de resina optimitzada.
Monitorització i manteniment: detecció regular de microesquerdes i degradació del rendiment, reparació oportuna.
La durabilitat deReforç de FRPs'ha de garantir mitjançant una combinació d'optimització de materials, disseny estructural i avaluació d'adaptabilitat ambiental, especialment en entorns difícils on cal verificar acuradament el rendiment a llarg termini.
Data de publicació: 02 d'abril de 2025
