Reforç de materials compostos: un pas cap al futur

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Varetes de perfil periòdic de fibra de vidre

Tots sabem que els productes i les estructures de formigó es reforcen internament, ja que augmenta notablement la seva resistència i la resistència a les fissures. Les varetes o filferros d’acer, poden fer front perfectament a la tasca assignada, però tenen dos inconvenients. El primer és la baixa resistència a la corrosió del metall i el segon és el seu preu elevat.

El reforç fet a base de plàstic és de dues a tres vegades més barat, té menys pes, no té por de la corrosió i la seva força és suficient per utilitzar-la en construccions de poca alçada, i no només. Tot i això, moltes persones ni tan sols sospiten sobre la seva existència, de manera que vam decidir suprimir aquesta bretxa.

Reforç no metàl·lic: història de l’aparença i desenvolupament

Com és habitual, qualsevol novetat en un examen més ampli no resulta en absolut. Simplement, des del moment en què va sorgir la primera idea, fins a la seva implementació i reconeixement universal, passen sovint dècades. La mateixa història va passar amb els accessoris no metàl·lics, l’interès que va sorgir al país fa mig segle.

La corrosió del reforç d’acer provoca la destrucció de la capa protectora de formigó

Tan:

• Es va associar a la necessitat de l’erecció d’estructures de formigó, que s’havien d’operar en condicions agressives. En mode humit, i fins i tot quan no es tracta d’aigua pura, sinó d’alguns líquids químics, és molt difícil i no barat proporcionar resistència a la corrosió per al reforç d’acer tradicional.
• De vegades també va ser necessari crear estructures amb propietats dielèctriques i antimagnètiques, per exemple, durant la construcció d’instituts d’investigació o centres mèdics en els quals s’instal·lava equipament sensible.
• En els projectes on s'haurien d'utilitzar construccions lleugeres amb un nivell de resistència prou alt, només una combinació de formigó d'alta qualitat amb un reforç compost podria proporcionar aquests requisits. Per cert, el formigó en si, quan s’hi afegeix un polímer o fibra d’acer, també es pot considerar un material compost.

A més, al país, amb una demanda creixent d’acer constantment, hi havia una escassetat de producció de mineral que podia satisfer-los, i també hi havia una manca d’additius amb els quals es feia l’aliatge. Era obvi que va madurar la necessitat de crear un reforç no metàl·lic, cosa que va impulsar els desenvolupadors, per així dir-ho, a nous assoliments.

Com va començar tot amb nosaltres

La primera tecnologia per a la fabricació d’un reforç amb un diàmetre de 6 mm, basat en fibra de vidre amb additius de zirconi, es va desenvolupar a la Unió als anys setanta. La seva base de suport es va crear a partir d'una fibra alcalina transparent de vidre amb un diàmetre de fins a 15 micres, les bigues dels quals es van combinar en varetes amb resines sintètiques.

• Per descomptat, no van començar a utilitzar immediatament aquest reforç, però al principi només van estudiar les seves propietats: mecànica, resistència química i durabilitat. Segons els resultats de les observacions, la composició del compost es va millorar fins que es va aconseguir obtenir varetes amb mòdul elàstic de 50 mil MPa i resistència a la tracció de 1,5 mil MPa.
• La seva resistència a la flexió es va provar fabricant prototips de productes de formigó elaborats amb reforç de fibra de vidre i sotmesos a càrregues estàtiques.Els primers productes van ser suports transversals per a línies elèctriques, que es van muntar en llocs experimentals.
• A partir dels resultats dels experiments, es van desenvolupar TU per a la fabricació de reforç de fibra de vidre, així com les condicions per al disseny d’estructures de formigó amb el seu ús. En paral·lel, es van recomanar àrees d’aplicació del nou material, que incloïen no només la construcció, sinó també la indústria química, la metal·lúrgia.

Tanmateix, l’ús a gran escala del reforç no metàl·lic no va funcionar aleshores. Bàsicament, es va començar a utilitzar per a la fabricació de munts de formigó, talussos, estructures de sobrepassos i l'enfortiment d'algunes estructures de suport.

Però a finals dels anys 80, sobre la base del reforç de fibra de vidre, es va construir un pont de 15 metres al territori de Khabarovsk, cadascun dels cinc feixos que es va reforçar amb un feix compost de 24 varetes, a més d’un feix típic de filferro d’acer. El resultat va ser excel·lent, i el pont continua funcionant avui en dia. Va ser només el començament ...

I com és a l'estranger?

Si traça la història del reforç compost en el seu conjunt, aleshores prové dels anys quaranta del segle passat, és a dir, dels anys de la postguerra. Aleshores, el nostre país no va estar a l’altura de la creació de nous materials, però als EUA es va treballar intensament la fórmula composta. En aquests anys, ja s'ha començat a utilitzar àmpliament, perquè els materials barats eren simplement necessaris per a una economia en desenvolupament.

Va ser en aquest país quan es va crear un reforç de fibra de vidre amb una secció constant, que inicialment es va utilitzar només per a la fabricació d'inventaris. Una aplicació més seriosa va començar ja als anys 60, quan el compost es va començar a considerar com una alternativa al reforç metàl·lic.

Primer de tot, van començar a utilitzar-lo per a paviments de reforç, que, com ja sabeu, no només amb ells, sinó també amb nosaltres, es ruixa amb sal per treure gel a l’hivern. I espatlla no només les rodes dels cotxes, sinó que, filtrant-se en forma de solució a través del gruix de formigó, corroeix el reforç intern.

Tan:

• En aquesta zona, la resistència dels plàstics a la corrosió va resultar ser la millor. L’únic que va servir d’obstacle per a la substitució completa del metall per un compost era el seu alt cost, que només es va poder reduir en vint anys. Per tant, al principi el recobriment de zinc o epoxi es va aplicar simplement al metall.
• Però, ja que va resultar que el reforç de fibra de vidre per al formigó polimèric és més eficaç que el reforç d’acer, afectades per diferents característiques de l’expansió tèrmica, el 1983 es ​​va elaborar el primer document als Estats Units que regula l’ús de tecnologies compostes en el disseny de ponts.
• Per què els ponts? Sí, perquè el seu mal estat va estar associat a la corrosió dels accessoris, cosa que va molestar molt els serveis responsables del seu funcionament. Aleshores, es va considerar el reforç compost per a la solució d'aquest problema.
• Després d'això, ja s'ha començat a utilitzar per a tecnologies avançades: en el disseny de laboratoris i centres mèdics farcits d'electrònica, pistes de l'aeroport i fins i tot reactors en subestacions elèctriques.
• Al Japó, l’ús generalitzat del reforç no metàl·lic va començar a mitjans dels anys noranta. Aleshores van tenir més d’un centenar de grans projectes: principalment comercials, en què es va utilitzar un reforç de fibra de vidre. Prop del mateix temps, a partir d’Alemanya, es va començar a utilitzar a Europa, així com al Canadà.

Però el consumidor més sòlid de reforç compost, per descomptat, va ser la Xina.En aquest país, es va utilitzar no només en la construcció de ponts, sinó que també va ser el primer que es va utilitzar per al disseny d’estructures subterrànies i de túnels.

El que ha canviat avui

Tota la informació anterior parla dels avantatges sòlids del reforç compost i, no obstant això, no només la majoria de comerciants privats, sinó que molts constructors no en saben. I els que encara ho saben, de vegades són escèptics amb aquest material.

Per dissipar dubtes, descriurem amb més detall de què es produeix avui un reforç de polímer, en quines àrees es pot utilitzar i quines no.

Varietats de reforç de polímer

Actualment, hi ha diverses tècniques de fabricació d’accessoris no metàl·lics que utilitzen diferents matèries primeres.

Per fer la diferència més comprensible, per claredat, presentarem els principals tipus en forma de taula:

En què consisteix el reforç?	Característiques distintives
Fibra de vidre	La foto mostra un reforç de fibra de vidre (GFRP-Rebar): l’opció més habitual. Les barres de plàstic de fins a 12 m de longitud es reforcen amb fibra de vidre contínua, es realitzen en un rang de diàmetres de 4 a 40 mm. Aquest reforç s'utilitza com a alternativa a l'acer analògic - en estructures sense reforç o amb reforç pretensat.
Plàstic de basalt	Aquest tipus de reforç (BFRP) difereix de la versió anterior perquè la fibra de basalt s’utilitza aquí no per vidre, sinó que difereix no només pel color, sinó que també té una major resistència als ambients agressius. El nivell de resistència al foc és aproximadament el mateix, ja que qualsevol polímer pot suportar un màxim de +160 graus. Ideal per a fundacions i zones cegues.
Accessoris de carboni	Aquest dispositiu, al qual fa referència l’abreviatura CFRP, s’anomena carboni, perquè aquí, en conjunt amb les resines termoestables sintètiques, s’utilitza fibra de carboni. A diferència de les opcions anteriors, pot tenir un acabat sorrenc, que veiem a la foto, que s’utilitza no només en la construcció civil, sinó també en la construcció industrial, així com a l’hora de posar carreteres, aixecar ponts, mar i estructures de comunicació. Destaquem que la resistència a la tracció d’aquest reforç és cinc vegades superior a la de les barres d’acer de la classe AIII i 10 vegades més lleugera que aquesta.

Totes les opcions de reforç del polímer es poden fer en forma de cables, varetes o barres perfilades. Les formes del perfil de secció també poden ser diferents: buides, sòlides, quadrades, rodones.

El bobinat de les fibres també pot diferir i, com es pot veure a les imatges, l’opció del recobriment exterior. Segons el diàmetre i el grau de flexibilitat, el reforç es pot vendre com a varetes simples o retorçar-se en bobines.

Hi ha desavantatges?

S'ha parlat molt dels avantatges del reforç del polímer, però el seu potencial usuari pot tenir una pregunta legítima: "Quins són els inconvenients del material i on és indesitjable el seu ús?"

Aquí ho respondrem en aquesta part de l’article:

• No hi ha materials perfectes. Qualsevol d’ells presenta certs desavantatges, i aquí tot depèn de l’aplicació i de les condicions de funcionament de les estructures.
• En concret, el polímer és inferior al mateix acer en resistència al foc, ja que, al trobar-se en el gruix del formigó, el plàstic comença a fondre’s a partir de +200 centígrads. El punt de fusió de l’acer és set vegades superior, de manera que en algunes àrees de construcció no es pot substituir per plàstic.
• Per exemple, el reforç compost no es fa servir per a la fabricació de lloses. En conseqüència, els elements de les construccions dels edificis prefabricats de diversos pisos o tallers de producció amb major perill d’incendi, es reforcen amb marcs d’acer, i és comprensible per què.
• Però, per a la fonamentació, aquest factor no importa en absolut, per tant aquest tipus de reforç és adequat per a qualsevol dels seus tipus.El procés de muntatge del marc de fonamentació, del tradicional, és pràcticament el mateix. L’únic que hi ha aquí és utilitzar lligams de plàstic per teixir teixits, tot i que també podeu fer fil.

• Un dels inconvenients és que és impossible donar al reforç compost la forma desitjada mitjançant un simple escalfament. Per tant, si és necessari fabricar estructures amb formes corbes, el fabricant les demana un encàrrec.
• Sobre això, de fet, acaba la llista de mancances. Les àrees en què l'ús d'un reforç compost és més preferible són molt més que limitacions.
• Tingueu en compte que aquest reforç és fàcil de processar, podeu tallar-lo amb una serra simple o, amb un diàmetre reduït, utilitzar pinces. A la vida quotidiana, a més d’abocar fonaments i una zona cega, es pot utilitzar, per exemple, per a la construcció d’un hivernacle.

Així, per a la construcció privada, el reforç de plàstic és la millor opció i encara més econòmica. Si comptes amb una tona, és més car, però si considereu que, a causa de la gravetat específica més lleugera de les varetes, n'hi ha més en quantitat, llavors el benefici és bastant tangible.