التعزيز مصنوع من مواد مركبة - خطوة في المستقبل

جوسيفسكي أندري أناتوليفيتش صاحب المشروع الفردي

قضبان الألياف الزجاجية الدورية

نعلم جميعًا أن المنتجات والهياكل المصنوعة من الخرسانة يتم تعزيزها داخليًا ، لأن هذا يزيد بشكل كبير من قوتها ومقاومة التشقق. قضبان أو أسلاك فولاذية ، تتعامل تمامًا مع المهمة الموكلة إليها ، ولكن لها عيبان. الأول هو المقاومة المنخفضة للتآكل للمعدن ، والثاني هو سعره المرتفع.

التعزيز المصنوع على أساس البلاستيك أرخص مرتين إلى ثلاث مرات ، وله وزن أقل ، ولا يخاف من التآكل ، وقوته كافية للاستخدام في البناء المنخفض الارتفاع ، وليس فقط. ومع ذلك ، لا يشك الكثير من الناس في وجودها - لذلك قررنا سد هذه الفجوة.

التعزيز غير المعدني: تاريخ المظهر والتطور

كالعادة ، لا يبدو أن أي حداثة عند الفحص الدقيق هو على الإطلاق. ببساطة ، منذ اللحظة التي ظهرت فيها الفكرة الأولى ، إلى تنفيذها والاعتراف العالمي بها ، غالبًا ما تمر عقود. حدثت نفس القصة مع تركيبات غير معدنية ، الاهتمام الذي نشأ في البلاد قبل نصف قرن.

تآكل حديد التسليح يثير تدمير الطبقة الواقية للخرسانة

وبالتالي:

• كان مرتبطا بالحاجة إلى إقامة هياكل خرسانية ، والتي كانت ستعمل في ظروف عدوانية. في الوضع الرطب - وحتى عندما لا تكون مياه نقية ، ولكن بعض السوائل الكيميائية ، يكون من الصعب جدًا وليس رخيصًا توفير مقاومة للتآكل لتقوية الفولاذ التقليدية.
• في بعض الأحيان ، أصبح من الضروري أيضًا إنشاء هياكل ذات خصائص عازلة ومضادة للمغناطيسية ، على سبيل المثال ، أثناء بناء معاهد البحث ، أو المراكز الطبية التي تم فيها تركيب المعدات الحساسة.
• في المشاريع التي يتم فيها تطبيق الإنشاءات الخفيفة بمستوى عالٍ من القوة بما فيه الكفاية ، لا يمكن أن يوفر هذه المتطلبات سوى مزيج من الخرسانة عالية الجودة مع التعزيز المركب. بالمناسبة ، يمكن اعتبار الخرسانة نفسها ، عند إضافة ألياف البوليمر أو الفولاذ إليها ، مادة مركبة.

بالإضافة إلى ذلك ، في البلاد ، مع الطلب المتزايد باستمرار على الفولاذ ، كان هناك نقص في إنتاج الخام الذي يمكن أن يرضيهم ، وكان هناك أيضًا نقص في الإضافات التي تم تنفيذ السبائك بها. كان من الواضح أن الحاجة إلى إنشاء تعزيزات غير معدنية قد نضجت ، مما دفع المطورين ، إذا جاز التعبير ، إلى إنجازات جديدة.

كيف بدأ كل شيء معنا

تم تطوير التقنية الأولى لتصنيع التعزيز بقطر 6 مم ، على أساس الألياف الزجاجية مع إضافات الزركونيوم ، في الاتحاد في السبعينيات. تم إنشاء قاعدتها الداعمة من ألياف قلوية غير ملحومة زجاجية بقطر يصل إلى 15 ميكرون ، تم دمج حزمها في قضبان باستخدام الراتنجات الاصطناعية.

• بالطبع ، لم يبدأوا على الفور في استخدام مثل هذا التعزيز ، ولكن في البداية درسوا فقط خصائصه: الميكانيكا والمقاومة الكيميائية والمتانة. وفقا لنتائج الملاحظات ، تحسن تكوين المركب حتى كان من الممكن الحصول على قضبان ذات معامل مرن 50 ألف ميجا باسكال وقوة الشد 1.5 ألف ميجا باسكال.
• تم اختبار قوة الانحناء من خلال تصنيع النماذج الأولية للمنتجات الخرسانية المصنوعة باستخدام تقوية الألياف الزجاجية والخاضعة لأحمال ثابتة.أول هذه المنتجات كانت دعامات اجتياز لخطوط الكهرباء ، والتي تم تركيبها في مواقع تجريبية.
• بناءً على نتائج التجارب ، تم تطوير TUs لتصنيع تقوية الألياف الزجاجية ، بالإضافة إلى شروط تصميم الهياكل الخرسانية باستخدامها. في موازاة ذلك ، تمت التوصية بمجالات تطبيق المواد الجديدة ، والتي شملت ليس فقط البناء ، ولكن أيضًا الصناعة الكيميائية والتعدين.

ومع ذلك ، لم ينجح الاستخدام على نطاق واسع للتعزيزات غير المعدنية في ذلك الوقت. في الأساس ، بدأ استخدامه لتصنيع أكوام الخرسانة ، والمنحدرات ، والهياكل العلوية ، وتعزيز بعض الهياكل الداعمة.

ولكن في أواخر الثمانينيات ، على أساس تعزيز الألياف الزجاجية ، تم بناء جسر بطول 15 مترًا في إقليم خاباروفسك ، تم تعزيز كل من الحزم الخمسة بحزمة مركبة مكونة من 24 قضيبًا ، بالإضافة إلى حزمة أسلاك فولاذية نموذجية. كانت النتيجة ممتازة ، ولا يزال الجسر يعمل اليوم. وكان مجرد بداية ...

وكيف هي في الخارج؟

إذا كنت تتبع تاريخ التعزيز المركب ككل ، فإنه ينبع من الأربعينيات من القرن الماضي - أي من سنوات ما بعد الحرب. لم يكن بلدنا حينها على وشك إنشاء مواد جديدة ، ولكن في الولايات المتحدة الأمريكية ، تم عمل الصيغة المركبة بشكل مكثف. في هذه السنوات ، بدأ استخدامه بالفعل على نطاق واسع ، لأن المواد الرخيصة كانت ضرورية ببساطة لاقتصاد نام.

في هذا البلد تم إنشاء تعزيز الألياف الزجاجية مع مقطع عرضي ثابت ، والذي تم استخدامه في البداية فقط لتصنيع المخزون. بدأ تطبيق أكثر جدية بالفعل في الستينيات ، عندما بدأ اعتبار المركب كبديل لتقوية المعادن.

بادئ ذي بدء ، بدأوا في استخدامه لتعزيز الرصف ، كما تعلمون ، ليس فقط معهم ، ولكن أيضًا معنا ، يتم رشه بالملح لإزالة الجليد في الشتاء. ولا يفسد فقط عجلات السيارات ، ولكن أيضًا ، يتسرب في شكل حل من خلال سمك الخرسانة ، يؤدي إلى تآكل التعزيز الداخلي.

وبالتالي:

• في هذا المجال ، أثبتت مقاومة البلاستيك للتآكل أنها الأفضل. الشيء الوحيد الذي كان بمثابة عقبة أمام الاستبدال الكامل للمعدن بمركب كان تكلفته العالية ، والتي كان من الممكن تقليلها فقط في عشرين عامًا. لذلك ، في البداية تم تطبيق طلاء الزنك أو الإيبوكسي ببساطة على المعدن.
• ولكن بما أنه تبين أن تعزيز الألياف الزجاجية لخرسانة البوليمر أكثر فعالية من حديد التسليح - فقد تأثرت الخصائص المختلفة للتمدد الحراري ، ثم في عام 1983 ، تم تطوير الوثيقة الأولى في الولايات المتحدة التي تنظم استخدام التقنيات المركبة في تصميم الجسور.
• لماذا الجسور؟ نعم ، لأن حالتهم السيئة كانت مرتبطة بتآكل الصمامات ، الأمر الذي يقلق الخدمات المسؤولة عن تشغيلها. ثم اعتبر التعزيز المركب الفرصة الرئيسية لحل هذه المشكلة.
• بعد ذلك ، بدأ استخدامه بالفعل في التقنيات المتقدمة: في تصميم المختبرات والمراكز الطبية المحشوة بالإلكترونيات ومدارج المطارات وحتى المفاعلات في المحطات الفرعية الكهربائية.
• في اليابان ، بدأ الاستخدام الواسع النطاق للتعزيزات غير المعدنية في منتصف التسعينات. ثم كان لديهم أكثر من مائة مشروع كبير - تجاري بشكل رئيسي ، حيث تم استخدام تعزيز الألياف الزجاجية. في نفس الوقت تقريبًا ، بدءًا من ألمانيا ، بدأ استخدامه في أوروبا ، بالإضافة إلى كندا.

لكن الصين كانت أقوى مستهلك للتعزيز المركب.في هذا البلد ، تم استخدامه ليس فقط في بناء الجسور ، ولكنه كان أيضًا أول من استخدم لتصميم هياكل تحت الأرض والأنفاق.

ما الذي تغير اليوم

تتحدث جميع المعلومات المذكورة أعلاه عن المزايا القوية للتعزيز المركب ، ومع ذلك ، ليس فقط معظم المتداولين الخاصين ، ولكن العديد من شركات البناء لا يعرفون عنها. وأولئك الذين ما زالوا يعرفون ، يشككون في بعض الأحيان في هذه المواد.

لتبديد الشكوك ، سنصف بمزيد من التفصيل ما هو تعزيز البوليمر الذي يتم إنتاجه اليوم ، وفي أي المجالات يمكن استخدامه ، وفي أي مناطق لا يمكن استخدامه.

أصناف من البوليمر المقوى

اليوم ، هناك العديد من تقنيات التصنيع للتجهيزات غير المعدنية التي تستخدم مواد خام مختلفة.

لجعل الفرق أكثر وضوحًا ، سنقدم الأنواع الرئيسية في شكل جدول للوضوح:

كيف يبدو التعزيز؟	السمات المميزة
الألياف الزجاجية	تُظهر الصورة تعزيز الألياف الزجاجية (GFRP-Rebar) - الخيار الأكثر شيوعًا. قضبان بلاستيكية طولها 12 م معززة بألياف زجاجية مستمرة ، وهي مصنوعة بأقطار تتراوح من 4 إلى 40 مم. يستخدم هذا التعزيز كبديل للنظير الفولاذي - في الهياكل مع التعزيز غير المضغوط أو المسبق الإجهاد.
بلاستيك البازلت	يختلف هذا النوع من التعزيز (BFRP) عن الإصدار السابق من حيث أنه لا يستخدم الألياف الزجاجية ولكن البازلت للتعزيزات ، فهو يختلف ليس فقط في اللون ، ولكن أيضًا يتمتع بمقاومة أعلى للبيئات العدوانية. مستوى مقاومة الحريق هو نفسه تقريبًا ، لأن أي بوليمر يمكنه تحمل بحد أقصى +160 درجة. مثالية للأساسات والمناطق العمياء.
تجهيزات الكربون	تسمى هذه التركيبات ، التي يشار إليها بالاختصار CFRP ، الكربون ، لأنه هنا ، جنبًا إلى جنب مع راتنجات التركيب الحراري ، يتم استخدام ألياف الكربون. على عكس الخيارات السابقة ، يمكن أن يكون لها تشطيب رملي ، والذي نراه في الصورة. يتم استخدامه ليس فقط في المباني المدنية ، ولكن أيضًا في الإنشاءات الصناعية ، وكذلك عند وضع الطرق وبناء الجسور والبحر ومرافق الاتصالات. نؤكد أن قوة الشد لمثل هذا التعزيز أعلى بخمس مرات من قضبان الصلب من الفئة AIII وأخف بعشر مرات منها.

يمكن إجراء جميع خيارات تعزيز البوليمر على شكل كابلات أو قضبان أو قضبان ملفوفة. يمكن أن تكون الأشكال الجانبية للقسم مختلفة أيضًا: مجوفة ، صلبة ، مربعة ، مستديرة.

يمكن أن يختلف لف الألياف أيضًا ، وكما ترى من الصور ، خيار الطلاء الخارجي. اعتمادًا على القطر ودرجة المرونة ، يمكن بيع التعزيز كقضبان مفردة ، أو الملتوية في ملفات.

هل هناك عيوب؟

لقد قيل الكثير عن مزايا تعزيز البوليمر ، ولكن قد يكون لدى المستخدم المحتمل سؤال شرعي: "ما هي عيوب المادة ، وأين يكون استخدامها غير مرغوب فيه؟"

هنا سنجيب عليه في هذا الجزء من المقالة:

• لا توجد مواد مثالية. أي منها له عيوب معينة ، وهنا يعتمد كل شيء على التطبيق وظروف تشغيل الهياكل.
• على وجه الخصوص ، يكون البوليمر أدنى من نفس الفولاذ في مقاومة الحريق ، نظرًا لكون البلاستيك في سمك الخرسانة ، يبدأ في الذوبان بالفعل من +200 درجة مئوية. درجة انصهار الفولاذ أعلى بسبع مرات ، لذلك في بعض مناطق البناء ، لا يمكن استبداله بالبلاستيك.
• على سبيل المثال ، لا يستخدم التعزيز المركب لتصنيع بلاطات الأرضيات. وفقًا لذلك ، يتم تعزيز عناصر الإطار للمباني الجاهزة متعددة الطوابق ، أو ورش الإنتاج مع زيادة خطر الحريق ، بإطارات فولاذية - ومن المفهوم لماذا.
• ولكن بالنسبة للمؤسسة ، فإن هذا العامل لا يهم على الإطلاق ، وبالتالي فإن هذا النوع من التعزيز مناسب لأي من أنواعه.عملية تجميع إطار الأساس ، من الإطار التقليدي هي نفسها عمليا. الشيء الوحيد هنا هو استخدام العلاقات البلاستيكية للحياكة - على الرغم من أنه يمكنك أيضًا استخدام الأسلاك.

• واحدة من المضايقات هي أنه من المستحيل إعطاء التعزيز المركب الشكل المطلوب عن طريق التسخين البسيط. لذلك ، إذا كان من الضروري تصنيع الهياكل ذات الأشكال المنحنية ، فإن أجزاء الإطار مصنوعة من قبل الشركة المصنعة حسب الطلب.
• في هذا ، في الواقع ، تنتهي قائمة أوجه القصور. المناطق التي يفضل فيها استخدام التعزيز المركب أكثر بكثير من القيود.
• لاحظ أنه من السهل معالجة هذا التعزيز ، يمكنك قطعه بمنشار بسيط ، أو ، باستخدام قطر صغير ، استخدم القصاصات. في الحياة اليومية ، بالإضافة إلى صب الأسس ومنطقة عمياء ، يمكن استخدامه ، على سبيل المثال ، لبناء دفيئة.

لذلك بالنسبة للبناء الخاص ، فإن التعزيز البلاستيكي هو الخيار الأفضل ، وأكثر اقتصادا. إذا كنت تحسب بالطن ، فهي أكثر تكلفة ، ولكن إذا أخذت في الاعتبار أنه بسبب الجاذبية النوعية الأخف للقضبان ، فهناك المزيد منها في الكمية ، فإن الفائدة ملموسة تمامًا.