Výztuž z kompozitních materiálů - krok do budoucnosti

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Sklolaminátové periodické profilové tyče

Všichni víme, že výrobky a konstrukce z betonu podléhají vnitřní výztuži, protože to výrazně zvyšuje jejich pevnost a odolnost proti trhlinám. Ocelové tyče nebo dráty dokonale zvládnou úkol, který jim byl přidělen, ale mají dvě nevýhody. Prvním je nízká odolnost kovu proti korozi a druhým je jeho vysoká cena.

Výztuž vyrobená na bázi plastu je dvakrát až třikrát levnější, má menší hmotnost, nebojí se koroze a její pevnost je dostačující pro použití v nízkopodlažní konstrukci a nejen. Mnoho lidí však o její existenci ani netuší - proto jsme se rozhodli tuto mezeru překlenout.

Nekovová výztuž: historie vzhledu a vývoje

Jak obvykle, žádná novinka při bližším zkoumání se neukázala být vůbec. Jednoduše, od chvíle, kdy se objevil první nápad, až po jeho realizaci a všeobecné přijetí, často přecházejí desetiletí. Stejný příběh se stal s nekovovými kováními, o které v zemi v Polsku došlo před půlstoletím.

Koroze ocelové výztuže vyvolává destrukci ochranné vrstvy betonu

Tak:

• Souviselo to s potřebou výstavby betonových konstrukcí, které měly být provozovány v agresivních podmínkách. V mokrém režimu - a dokonce i když nejde o čistou vodu, ale o jakékoli chemické kapaliny, je velmi obtížné a nákladné zajistit odolnost proti korozi u tradiční ocelové výztuže.
• Někdy bylo také nutné vytvořit struktury s dielektrickými a antimagnetickými vlastnostmi - například při výstavbě výzkumných ústavů nebo lékařských center, ve kterých byla instalována citlivá zařízení.
• V projektech, kde se měly používat lehké konstrukce s dostatečně vysokou pevností, mohla tyto požadavky splnit pouze kombinace kvalitního betonu s kompozitní výztuží. Mimochodem, beton sám, když se k němu přidají polymerní nebo ocelová vlákna, lze také považovat za kompozitní materiál.

Navíc v zemi, kde neustále rostla poptávka po oceli, byl nedostatek produkce rudy, který by je mohl uspokojit, a chyběl také přísad, s nimiž bylo prováděno legování. Bylo zřejmé, že je potřeba vyzkoušet nekovovou výztuž, což vývojáře přimělo k novým úspěchům.

Jak to všechno začalo u nás

První technologie pro výrobu výztuže o průměru 6 mm, založená na sklolaminátu s přísadami zirkonia, byla vyvinuta v Unii v sedmdesátých letech. Jeho nosná základna byla vytvořena ze skleněných bezešvých alkalických vláken s průměrem až 15 mikronů, jejichž paprsky byly sloučeny do tyčí pomocí syntetických pryskyřic.

• Samozřejmě, že nezačali okamžitě používat takovou výztuž, ale nejprve studovali pouze její vlastnosti: mechanika, chemická odolnost a trvanlivost. Podle výsledků pozorování se složení kompozitu zlepšilo, dokud nebylo možné získat pruty s modulem pružnosti 50 tisíc MPa a pevností v tahu 1,5 tisíc MPa.
• Jejich pevnost v ohybu byla testována výrobou prototypů betonových výrobků vyrobených pomocí vyztužení skleněných vláken a vystavených statickému zatížení.Prvními takovými výrobky byly traverzy pro elektrické vedení, které byly namontovány na experimentálních místech.
• Na základě výsledků experimentů byly vyvinuty TU pro výrobu výztuže ze skleněných vláken, jakož i podmínky pro navrhování betonových konstrukcí s jejich použitím. Paralelně byly doporučeny oblasti aplikace nového materiálu, které zahrnovaly nejen stavebnictví, ale také chemický průmysl a hutnictví.

Tehdy však nefungovalo rozsáhlé použití nekovové výztuže. V zásadě se začalo používat na výrobu betonových pilot, svahů, struktur nadjezdů a zesílení některých podpůrných struktur.

Ale na konci 80. let byl na území vyzbrojeném skleněnými vlákny v území Khabarovsk postaven most o délce 15 metrů, z nichž každý z pěti paprsků byl vyztužen kompozitním paprskem s 24 tyčemi, plus typický ocelový paprsek. Výsledek byl vynikající a most funguje dodnes. Byl to jen začátek ...

A jak je to v zahraničí?

Pokud sledujete historii složené výztuže jako celku, pak to pochází ze čtyřicátých let minulého století - tj. Z poválečných let. Naše země se tehdy netýkala vytváření nových materiálů, ale v USA se na kompozitním vzorci intenzivně pracovalo. V těchto letech se již začalo široce využívat, protože pro rozvíjející se ekonomiku byly jednoduše nezbytné levné materiály.

Právě v této zemi byla vytvořena výztuž ze skleněných vláken s konstantním průřezem, která byla nejprve použita pouze k výrobě zásob. Vážnější aplikace začala již v 60. letech, kdy se kompozit začal považovat za alternativu k kovové výztuži.

Nejprve jej začali používat pro zpevnění dláždění, které, jak víte, nejen s nimi, ale také s námi, se v zimě posype solí, aby se odstranil led. A kazí nejen kola automobilů, ale také prosakuje ve formě roztoku přes tloušťku betonu a koroduje vnitřní výztuž.

Tak:

• Právě v této oblasti se ukázala nejlepší odolnost plastů vůči korozi. Jedinou věcí, která byla překážkou úplné výměny kovu za kompozit, byly jeho vysoké náklady, které bylo možné snížit pouze za dvacet let. Proto byl na kov nejprve nanesen zinek nebo epoxidový povlak.
• Ale protože se ukázalo, že vyztužení ze skleněných vláken pro polymerní beton je účinnější než vyztužení z oceli - ovlivněny byly různé vlastnosti tepelné roztažnosti, v roce 1983 byl ve Spojených státech vyvinut první dokument, který reguluje použití kompozitních technologií při navrhování mostů.
• Proč mosty? Ano, protože jejich špatný stav byl spojen s korozí armatur, což značně trápilo služby odpovědné za jejich provoz. Kompozitní výztuž byla poté považována za hlavní příležitost k vyřešení tohoto problému.
• Poté se již začalo používat pro pokročilé technologie: při navrhování laboratoří a lékařských center plněných elektronikou, letištních drah a dokonce i reaktorů v elektrických rozvodnách.
• V Japonsku začalo v polovině devadesátých let rozšířené používání nekovové výztuže. Pak měli více než sto velkých projektů - hlavně komerčních, ve kterých byla použita výztuž ze skleněných vláken. Zhruba ve stejnou dobu, počínaje Německem, se začal používat v Evropě i v Kanadě.

Nejpevnějším spotřebitelem kompozitního vyztužení však byla samozřejmě Čína.V této zemi se používal nejen při stavbě mostů, ale také jako první, který se používal při navrhování podzemních a tunelových konstrukcí.

Co se dnes změnilo

Všechny výše uvedené informace hovoří o solidních výhodách kompozitního vyztužení, a přesto nejen většina soukromých obchodníků, ale mnoho stavitelů o tom neví. A ti, kteří to stále vědí, jsou někdy vůči tomuto materiálu skeptičtí.

Abychom rozptýlili pochybnosti, popíšeme podrobněji, jaká polymerní výztuž se dnes vyrábí, v kterých oblastech může být použita a ve kterých nikoli.

Druhy vyztužení polymeru

Dnes existuje několik výrobních technik pro nekovové kování, které používají různé suroviny.

Aby byl rozdíl srozumitelnější, představíme hlavní typy ve formě tabulky:

Jak vyztužení vypadá?	Charakteristické rysy
Laminát	Fotografie ukazuje zesílení skleněných vláken (GFRP-Rebar) - nejběžnější možnost. Plastové tyče do délky 12 m jsou vyztuženy souvislým skelným vláknem a jsou vyráběny v rozsahu průměrů od 4 do 40 mm. Taková výztuž se používá jako alternativa k analogům oceli - v konstrukcích s nezatíženou nebo předpjatou výztuží.
Čedičový plast	Tento typ výztuže (BFRP) se liší od předchozí verze v tom, že se zde nepoužívá čedičové vlákno nikoliv pro sklo, ale liší se nejen barvou, ale také má vyšší odolnost vůči agresivním prostředím. Úroveň požární odolnosti je přibližně stejná, protože jakýkoli polymer vydrží maximálně +160 stupňů. Ideální pro základy a slepé oblasti.
Uhlíkové kování	Tento přípravek, zkrácený CFRP, se nazývá uhlík, protože zde se v tandemu se syntetickými termosetovými pryskyřicemi používá uhlíkové vlákno. Na rozdíl od předchozích možností může mít písčitý povrch, který vidíme na fotografii, používá se nejen v občanské, ale i v průmyslové výstavbě, jakož i při pokládání silnic, stavbě mostů, námořních a komunikačních zařízení. Zdůrazňujeme, že tahová pevnost takové výztuže je pětkrát vyšší než pevnost ocelových tyčí třídy AIII a desetkrát lehčí než ta.

Všechny verze polymerní výztuže mohou být vyrobeny ve formě kabelů, prutů nebo profilovaných prutů. Tvary profilů profilů mohou být také různé: duté, plné, čtvercové, kulaté.

Navíjení vláken se také může lišit a, jak vidíte z obrázků, možnost vnějšího povlaku. V závislosti na průměru a stupni flexibility může být výztuž prodávána jako jednotlivé tyče nebo zkroucena do svitků.

Existují nějaké nevýhody?

O výhodách vyztužení polymeru bylo řečeno mnoho, ale jeho potenciální uživatel může mít legitimní otázku: "Jaké jsou nevýhody materiálu a kde je jeho použití nežádoucí?"

Zde odpovíme na tuto část článku:

• Dokonalé materiály neexistují. Každá z nich má určité nevýhody, a to vše záleží na aplikaci a provozních podmínkách struktur.
• Zejména je polymer v ohnivzdornosti horší než stejná ocel, protože je v tloušťce betonu, plast se začíná tavit již od +200 ° C. Bod tání oceli je sedmkrát vyšší, takže v některých oblastech konstrukce ji nelze nahradit plastem.
• Například se kompozitní výztuž nepoužívá pro výrobu podlahových desek. V souladu s tím jsou rámové prvky prefabrikovaných vícepodlažních budov nebo výrobních dílen se zvýšeným nebezpečím požáru vyztuženy ocelovými rámy - a to je pochopitelné proč.
• Ale pro založení tohoto faktoru vůbec nezáleží, proto je tento typ výztuže vhodný pro všechny jeho typy.Proces montáže základového rámu, od tradičního, je prakticky stejný. Jediné, co je zde, je použití plastových sponek na pletení - i když můžete použít i drát.

• Jednou z nevýhod je to, že není možné poskytnout kompozitní výztuži požadovaný tvar jednoduchým zahříváním. Proto, pokud je nutné vyrábět konstrukce se zakřivenými tvary, jsou rámové díly pro ně vyrobeny výrobcem na objednávku.
• Ve skutečnosti končí seznam nedostatků. Oblasti, ve kterých je použití kompozitního vyztužení výhodnější, jsou mnohem více než omezení.
• Všimněte si, že takové vyztužení lze snadno zpracovat, můžete jej řezat jednoduchou pilou, nebo s malým průměrem použít štípačky. V každodenním životě může být kromě lití základů a slepého prostoru použito například pro stavbu skleníku.

Takže pro soukromou výstavbu je plastová výztuž tou nejlepší volbou a ještě úspornější. Pokud počítáte s tunou, je to dražší, ale pokud vezmete v úvahu, že vzhledem k lehčí měrné hmotnosti tyčí je jich více, pak je jejich výhoda celkem hmatatelná.