Caratteristiche e prestazioni delle plastiche rinforzate con CFRP

La plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP) è fondamentale nel rinforzo delle strutture in calcestruzzo. Le fibre di carbonio, derivate dalla carbonizzazione delle fibre organiche, contengono oltre il 90% di contenuto di carbonio. Le lastre CFRP sono ampiamente utilizzate in Cina per rinforzare le strutture in calcestruzzo, spesso provenienti dal Giappone. Questi fogli sono disponibili in varie forme come fogli unidirezionali, fogli preimpregnati e tessuti bidirezionali.

Rispetto all’acciaio da costruzione tradizionale, il CFRP offre numerosi vantaggi:

• Resistenza ad alta resistenza:Superiore all'acciaio comune.

• Anisotropia:Punti di forza diversi in direzioni diverse.

• Leggero:Circa un quinto della densità dell'acciaio.

• Resistenza alla corrosione:Altamente resistente alla maggior parte dei prodotti chimici.

• Bassa dilatazione termica:Espansione minima con variazioni di temperatura.

• Buon smorzamento delle vibrazioni:Attenua rapidamente le vibrazioni.

• Flessibilità:Può essere modellato e colorato secondo necessità.

• Non magnetico:Nessuna proprietà magnetica.

Le caratteristiche del CFRP lo rendono ideale per componenti tensili e precompressi nel rinforzo delle strutture in calcestruzzo. Migliora le proprietà meccaniche, la durata e la facilità di installazione in varie applicazioni di ingegneria civile.

Studi applicativi di plastiche rinforzate con CFRP

Applicazioni attuali in Cina

Il CFRP è stato utilizzato per il rinforzo delle strutture in calcestruzzo nei paesi sviluppati e ha iniziato a guadagnare terreno in Cina intorno al 1996. Ricerche approfondite e applicazioni in edifici industriali e civili, ponti e tunnel hanno mostrato risultati promettenti. Il CFRP viene utilizzato principalmente per limitare lo sviluppo di crepe e sopportare sollecitazioni di trazione nei ponti vecchi e nuovi.

La Cina ha stabilito standard tecnici per il rinforzo in CFRP nelle strutture in calcestruzzo. La ricerca condotta da università come Tsinghua e Tongji ha fornito dati preziosi, indicando un futuro brillante per i materiali CFRP in Cina.

Applicazioni internazionali

La tecnologia CFRP è maturata nel settore aerospaziale e successivamente è stata applicata nell'ingegneria civile negli Stati Uniti negli anni '60. Ha guadagnato un'attenzione significativa negli anni '80 in Europa, Giappone e Australia. Paesi come il Giappone hanno condotto ricerche approfondite sul CFRP per il rinforzo strutturale, riconoscendone le proprietà meccaniche e la facilità di costruzione.

Negli anni '90, il CFRP è stato ampiamente utilizzato in progetti di rinforzo di ponti, tunnel e edifici a livello globale. Organizzazioni come ACI 440 negli Stati Uniti dispongono di una tecnologia CFRP avanzata, che ha portato al rinforzo di circa 600.000 ponti.

Sfide nella ricerca applicativa del CFRP

Sebbene la tecnologia di rinforzo CFRP sia riconosciuta a livello globale, rimangono ancora numerose sfide. Sono necessarie un'analisi teorica completa e una ricerca numerica, ma la ricerca sperimentale sulle prestazioni meccaniche è limitata. Problemi come il coordinamento tra i componenti CFRP e l'intera struttura e i potenziali danni localizzati dovuti alla ridistribuzione del carico richiedono ulteriori indagini.

Persistono sfide tecniche, soprattutto nello sviluppo di norme e linee guida nazionali adeguate. Il contesto unico della Cina richiede standard su misura per la produzione, l'utilizzo, l'ispezione, la progettazione delle armature, il calcolo, la costruzione e i criteri di accettazione dei materiali.