Armering lavet af kompositmaterialer - et skridt ind i fremtiden

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Glasfiber periodiske profilstænger

Vi ved alle, at produkter og konstruktioner, der er fremstillet af beton, er internt forstærket, da dette markant øger deres styrke og revnebestandighed. Stålstænger eller -tråd klarer perfekt den opgave, de er tildelt, men har to ulemper. Den første er den lave korrosionsbestandighed af metallet, og den anden er dets høje pris.

Armering foretaget på basis af plast er to til tre gange billigere, har mindre vægt, er ikke bange for korrosion, og dens styrke er ret nok til brug i lav bygning og ikke kun. Ikke desto mindre har mange mennesker ikke engang mistanke om dens eksistens - så vi besluttede at bygge bro over dette hul.

Ikke-metallisk forstærkning: historien om udseende og udvikling

Som sædvanlig viser det sig, at enhver nyhed ved nærmere undersøgelse slet ikke er. Fra det øjeblik, den første idé opstod, til dens implementering og universelle anerkendelse, går årtier ofte. Den samme historie skete med ikke-metalliske fittings, hvor interessen i landet opstod for et halvt århundrede siden.

Korrosion af stålarmering provoserer ødelæggelsen af ​​det beskyttende lag af beton

Så:

• Det var forbundet med behovet for opførelse af betonstrukturer, der skulle betjenes under aggressive forhold. I våd tilstand - og selv når det ikke er rent vand, men kemiske væsker, er det meget vanskeligt og dyrt at give korrosionsbestandighed for traditionel stålarmering.
• Undertiden blev det også nødvendigt at skabe strukturer med dielektriske og antimagnetiske egenskaber - for eksempel under opførelsen af ​​forskningsinstitutter eller medicinske centre, hvor følsomt udstyr blev installeret.
• I projekter, hvor der blev anvendt lette konstruktioner med et tilstrækkeligt højt styrke, kunne kun en kombination af højkvalitetsbeton med sammensat armering stille disse krav. For øvrig kan beton i sig selv, når polymer eller stålfiber sættes til det, også betragtes som et sammensat materiale.

Derudover var der i landet, med konstant voksende efterspørgsel efter stål, en mangel på malmproduktion, der kunne tilfredsstille dem, og der var også en mangel på additiver, som man kunne legere med. Det var åbenlyst, at behovet for at oprette ikke-metallisk forstærkning modnet, hvilket fik udviklerne til at sige til nye resultater.

Hvordan det hele startede med os

Den første teknologi til fremstilling af armering med en diameter på 6 mm, baseret på glasfiber med zirkoniumtilsætningsstoffer, blev udviklet i Unionen i 70'erne. Dens bærende base blev skabt af en sømløs, alkalisk fiberfiber med en diameter på op til 15 mikron, hvis bjælker blev kombineret til stænger ved hjælp af syntetiske harpikser.

• Selvfølgelig begyndte de ikke straks at bruge en sådan forstærkning, men først studerede de kun dens egenskaber: mekanik, kemisk resistens og holdbarhed. Ifølge resultaterne af observationer forbedrede kompositkompositionen, indtil det var muligt at opnå stænger med en elastisk modul på 50 tusinde MPa og trækstyrke på 1,5 tusind MPa.
• Deres bøjningsstyrke blev testet ved at fremstille prototyper af betonprodukter fremstillet ved hjælp af glasfiberarmering og udsat for statiske belastninger.De første sådanne produkter var traversestøtter til kraftledninger, der var monteret på forsøgssteder.
• Baseret på resultaterne af eksperimenterne blev TU'er udviklet til fremstilling af glasfiberarmering samt betingelserne for design af betonkonstruktioner med dens anvendelse. Parallelt anbefaledes anvendelsesområder for det nye materiale, der ikke kun omfattede konstruktion, men også den kemiske industri, metallurgi.

Brug i stor skala af ikke-metallisk armering virkede imidlertid ikke. Grundlæggende begyndte det at blive brugt til fremstilling af betonbunker, skråninger, strukturer af overgange og styrkelse af nogle bærende strukturer.

Men i slutningen af ​​80'erne blev der på grundlag af glasfiberarmering bygget en 15-meter bro i Khabarovsk-territoriet, der hver af de fem bjælker blev forstærket med en 24-stavs sammensat bjælke, plus et typisk ståltrådsparti. Resultatet var fremragende, og broen fungerer stadig i dag. Det var bare begyndelsen ...

Og hvordan er det i udlandet?

Hvis du sporer historien om sammensat forstærkning som helhed, stammer den fra firserne i det forrige århundrede - det vil sige fra efterkrigsårene. Vores land var da ikke op til oprettelsen af ​​nye materialer, men i USA blev den sammensatte formel intensivt arbejdet på. I disse år er det allerede begyndt at blive brugt i vid udstrækning, fordi billige materialer simpelthen var nødvendige for en udviklingsøkonomi.

Det var her i landet, der blev skabt glasfiberarmering med et konstant tværsnit, som først blev brugt til fremstilling af lagerbeholdning. En mere seriøs anvendelse begyndte allerede i 60'erne, da kompositten begyndte at blive betragtet som et alternativ til metalarmering.

Først og fremmest begyndte de at bruge det til at forstærke belægninger, som, som du ved, ikke kun med dem, men også hos os, er drysset med salt for at fjerne is om vinteren. Og det ødelægger ikke kun bilernes hjul, men også, der siver i form af en løsning gennem tykkelsen af ​​beton, korroderer den indvendige armering.

Så:

• Det er i dette område, plastens modstand mod korrosion viste sig at være den bedste. Det eneste, der tjente som en hindring for fuldstændig udskiftning af metal med en komposit, var dets høje omkostninger, som det kun var muligt at reducere på tyve år. Derfor blev først zink- eller epoxybelægning simpelthen påført metallet.
• Men da det viste sig, at glasfiberarmering til polymerbeton er mere effektiv end stålarmering - forskellige karakteristika ved termisk ekspansion blev påvirket, så i 1983 blev det første dokument udviklet i USA, der regulerer brugen af ​​sammensatte teknologier til design af broer.
• Hvorfor broer? Ja, fordi deres dårlige tilstand var forbundet med korrosion af fittings, hvilket i høj grad generede de tjenester, der var ansvarlige for deres drift. Sammensat forstærkning blev derefter betragtet som den største mulighed for at løse dette problem.
• Efter dette er det allerede begyndt at blive brugt til avancerede teknologier: til design af laboratorier og medicinske centre fyldt med elektronik, landingsbaner og endda reaktorer i elektriske transformatorstationer.
• I Japan begyndte udbredt brug af ikke-metallisk forstærkning i midten af ​​halvfemserne. Derefter havde de mere end hundrede store projekter - hovedsageligt kommercielle, hvor fiberglasarmering blev brugt. Omkring samme tid begyndte det fra Tyskland at blive brugt i Europa såvel som Canada.

Men den mest solide forbruger af sammensat forstærkning var selvfølgelig Kina.I dette land blev det brugt ikke kun til konstruktion af broer, men var også den første, der blev brugt til konstruktion af underjordiske og tunnelkonstruktioner.

Hvad har ændret sig i dag

Alle ovennævnte oplysninger taler om de solide fordele ved sammensat forstærkning, og ikke desto mindre ikke kun de fleste private forhandlere, men mange bygherrer kender ikke til det. Og dem, der stadig ved, er undertiden skeptiske over for dette materiale.

For at fjerne tvivl beskriver vi mere detaljeret, hvilken polymerforstærkning der produceres i dag, i hvilke områder det kan bruges, og hvor ikke.

Sorter af polymerforstærkning

I dag er der flere fremstillingsteknikker til ikke-metalliske fittings, der bruger forskellige råvarer.

For at gøre forskellen mere forståelig for klarhed, vil vi præsentere hovedtyperne i form af en tabel:

Hvordan ser armeringen ud?	Karakteristiske træk
Glasfiber	Billedet viser fiberglasarmering (GFRP-Rebar) - den mest almindelige mulighed. Plaststænger op til 12 m lange er forstærket med kontinuerlig glasfiber, de er fremstillet i intervallet af diametre fra 4 til 40 mm. En sådan forstærkning bruges som et alternativ til stålanalogen - i strukturer med uhindret eller med forspændt forstærkning.
Basaltplastik	Denne armeringstype (BFRP) adskiller sig fra den tidligere version, idet den ikke bruger glas, men basaltfiber til armering, den adskiller sig ikke kun i farve, men har også en højere modstand mod aggressive miljøer. Niveauet for brandmodstand er omtrent det samme, da enhver polymer kan modstå maksimalt +160 grader. Ideel til fundamenter og blinde områder.
Carbon fittings	Denne armatur, der henvises til ved forkortelsen CFRP, kaldes kulstof, fordi her sammen med syntetiske termohærdende harpikser anvendes kulfiber. I modsætning til de foregående muligheder kan det have en sandfinish, som vi ser på billedet.Det bruges ikke kun i civil, men også i industriel konstruktion, såvel som ved lægning af veje, opførelse af broer, hav og kommunikationsstrukturer. Vi understreger, at trækstyrken for en sådan forstærkning er fem gange højere end for stålstænger i klasse AIII og 10 gange lettere end den.

Alle polymerarmeringsmuligheder kan fremstilles i form af kabler, stænger eller profilerede stænger. Sektionsprofilformer kan også være forskellige: hule, solide, firkantede, runde.

Opviklingen af ​​fibrene kan også variere, og som du kan se på billederne, er muligheden for den ydre coating. Afhængig af diameteren og fleksibilitetsgraden kan armeringen sælges som enkeltstænger eller snoet i spoler.

Er der nogen ulemper?

Der er blevet sagt meget om fordelene ved polymerforstærkning, men dets potentielle bruger kan have et legitimt spørgsmål: "Hvad er ulemperne ved materialet, og hvor er dets anvendelse uønsket?"

Her vil vi besvare det i denne del af artiklen:

• Der er ingen perfekte materialer. Enhver af dem har visse ulemper, og her afhænger det alt af applikationen og strukturenes driftsbetingelser.
• Især er polymeren ringere end det samme stål i brandbestandighed, da plasten i betonens tykkelse allerede begynder at smelte fra +200 Celsius. Smeltepunktet for stål er syv gange højere, så i nogle konstruktionsområder kan det ikke erstattes med plast.
• For eksempel anvendes kompositarmering ikke til fremstilling af gulvplader. Derfor er rammelementerne i præfabrikerede bygninger i flere etager eller produktionsværksteder med øget brandfare forstærket med stålrammer - og det er forståeligt hvorfor.
• Men for fundamentet betyder denne faktor slet ikke noget, derfor er denne type armering velegnet til nogen af ​​dens typer.Samlingsprocessen for fundamentrammen fra den traditionelle er praktisk taget den samme. Det eneste her er at bruge plastbånd til strikning - selvom du også kan bruge tråd.

• En af ulemperne er, at det er umuligt at give kompositarmeringen den ønskede form ved simpel opvarmning. Derfor, hvis det er nødvendigt at fremstille strukturer med buede former, fremstilles rammedele til dem af fabrikanten efter ordre.
• På dette slutter faktisk listen over mangler. Områder, hvor brugen af ​​sammensat armering foretrækkes, er meget mere end begrænsninger.
• Bemærk, at en sådan forstærkning er let at behandle, du kan skære den med en simpel båndsav, eller med en lille diameter bruge nippere. I hverdagen kan det ud over at hælde fundamenter og et blindt område f.eks. Bruges til opførelse af et drivhus.

Så til privat konstruktion er plastforstærkning den bedste mulighed og endnu mere økonomisk. Hvis du tæller pr. Ton, er det dyrere, men hvis du overvejer, at der på grund af den lettere specifikke tyngdekraft af stængerne, der er flere af dem i mængde, er fordelen ganske konkret.