Ενίσχυση από σύνθετα υλικά - ένα βήμα στο μέλλον

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Ράβδοι περιοδικού προφίλ από fiberglass

Όλοι γνωρίζουμε ότι προϊόντα και κατασκευές από σκυρόδεμα υφίστανται εσωτερική ενίσχυση, καθώς αυτό αυξάνει σημαντικά την αντοχή τους και την αντοχή στις ρωγμές. Μεταλλικές ράβδοι ή σύρματα, αντιμετωπίζουν τέλεια την εργασία που τους έχει ανατεθεί, αλλά έχουν δύο μειονεκτήματα. Το πρώτο είναι η χαμηλή αντίσταση στη διάβρωση του μετάλλου και το δεύτερο είναι η υψηλή τιμή του.

Η ενίσχυση που γίνεται με βάση το πλαστικό είναι δύο έως τρεις φορές φθηνότερη, έχει μικρότερο βάρος, δεν φοβάται τη διάβρωση και η αντοχή του είναι αρκετά αρκετή για χρήση σε κατασκευή με χαμηλά επίπεδα και όχι μόνο. Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι δεν υποψιάζονται καν την ύπαρξή του - γι 'αυτό αποφασίσαμε να γεφυρώσουμε αυτό το κενό.

Μη μεταλλική ενίσχυση: η ιστορία της εμφάνισης και της ανάπτυξης

Ως συνήθως, κάθε καινοτομία μετά από στενότερη εξέταση δεν αποδεικνύεται καθόλου. Απλά, από τη στιγμή που προέκυψε η πρώτη ιδέα, έως την εφαρμογή της και την καθολική αναγνώριση, συχνά περνούν δεκαετίες. Η ίδια ιστορία συνέβη με τα μη μεταλλικά εξαρτήματα, το ενδιαφέρον για το οποίο στη χώρα προέκυψε πριν από μισό αιώνα.

Η διάβρωση του χάλυβα οπλισμού προκαλεί την καταστροφή του προστατευτικού στρώματος σκυροδέματος

Ετσι:

• Συνδέθηκε με την ανάγκη ανέγερσης κατασκευών από σκυρόδεμα, οι οποίες έπρεπε να λειτουργούν σε επιθετικές συνθήκες. Σε υγρή κατάσταση - και ακόμη και όταν δεν είναι καθαρό νερό, αλλά οποιαδήποτε χημικά υγρά, είναι πολύ δύσκολο και δαπανηρό να παρέχεται αντοχή στη διάβρωση για παραδοσιακό χάλυβα οπλισμού.
• Μερικές φορές έγινε επίσης απαραίτητο να δημιουργηθούν δομές με διηλεκτρικές και αντιμαγνητικές ιδιότητες - για παράδειγμα, κατά την κατασκευή ερευνητικών ιδρυμάτων ή ιατρικών κέντρων στα οποία εγκαταστάθηκε ευαίσθητος εξοπλισμός.
• Σε έργα όπου οι ελαφριές κατασκευές έπρεπε να χρησιμοποιηθούν με αρκετά υψηλό επίπεδο αντοχής, μόνο ένας συνδυασμός υψηλής ποιότητας σκυροδέματος με σύνθετη ενίσχυση θα μπορούσε να παρέχει αυτές τις απαιτήσεις. Παρεμπιπτόντως, το ίδιο το σκυρόδεμα, όταν προστίθεται πολυμερές ή χαλύβδινη ίνα, μπορεί επίσης να θεωρηθεί σύνθετο υλικό.

Επιπλέον, στη χώρα, με τη συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για χάλυβα, υπήρχε έλλειψη παραγωγής μεταλλεύματος που θα μπορούσε να τους ικανοποιήσει, και επίσης υπήρχε έλλειψη προσθέτων με τα οποία πραγματοποιήθηκε κράμα. Ήταν προφανές ότι ωρίμασε η ανάγκη δημιουργίας μη μεταλλικής ενίσχυσης, η οποία ώθησε τους προγραμματιστές, για να μιλήσουν, σε νέα επιτεύγματα.

Πώς ξεκίνησαν όλα μαζί μας

Η πρώτη τεχνολογία για την κατασκευή οπλισμού με διάμετρο 6 mm, με βάση υαλοβάμβακα με πρόσθετα ζιρκονίου, αναπτύχθηκε στην Ένωση τη δεκαετία του εβδομήντα. Η βάση στήριξής της δημιουργήθηκε από γυαλί χωρίς αλκαλικές ίνες με διάμετρο έως 15 μικρά, οι δοκοί των οποίων συνδυάστηκαν σε ράβδους χρησιμοποιώντας συνθετικές ρητίνες.

• Φυσικά, δεν άρχισαν αμέσως να χρησιμοποιούν τέτοια ενίσχυση, αλλά στην αρχή μελέτησαν μόνο τις ιδιότητές του: μηχανική, χημική αντίσταση και ανθεκτικότητα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων, η σύνθεση του σύνθετου υλικού βελτιώθηκε μέχρις ότου ήταν δυνατή η απόκτηση ράβδων με ελαστικό συντελεστή 50 χιλ. ΜΡα και αντοχή εφελκυσμού 1,5 χιλ. ΜΡα.
• Η αντοχή τους στην κάμψη δοκιμάστηκε με την κατασκευή πρωτοτύπων προϊόντων από σκυρόδεμα που κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας οπλισμό υαλοβάμβακα και υποβλήθηκαν σε στατικά φορτία.Τα πρώτα τέτοια προϊόντα ήταν εγκάρσια υποστηρίγματα για ηλεκτροφόρα καλώδια, τα οποία τοποθετήθηκαν σε πειραματικούς χώρους.
• Με βάση τα αποτελέσματα των πειραμάτων, αναπτύχθηκαν TU για την κατασκευή οπλισμού υαλοβάμβακα, καθώς και οι προϋποθέσεις για το σχεδιασμό κατασκευών από σκυρόδεμα με τη χρήση του. Παράλληλα, συνιστούσαν τομείς εφαρμογής του νέου υλικού, που περιλάμβαναν όχι μόνο την κατασκευή, αλλά και τη χημική βιομηχανία και τη μεταλλουργία.

Ωστόσο, τότε η χρήση μεγάλης κλίμακας μη μεταλλικού οπλισμού δεν λειτούργησε. Βασικά, άρχισε να χρησιμοποιείται για την κατασκευή πασσάλων από σκυρόδεμα, πλαγιές, δομές ανισόπεδων διαβάσεων και για την ενίσχυση ορισμένων υποστηρικτικών κατασκευών.

Όμως στα τέλη της δεκαετίας του '80, βάσει οπλισμού υαλοβάμβακα, κατασκευάστηκε μια γέφυρα 15 μέτρων στην επικράτεια του Khabarovsk, καθένα από τα οποία πέντε δοκάρια ενισχύθηκε με μια σύνθετη δέσμη 24 ράβδων, συν μια τυπική δέσμη από χαλύβδινο σύρμα. Το αποτέλεσμα ήταν εξαιρετικό και η γέφυρα λειτουργεί ακόμα σήμερα. Ήταν μόνο η αρχή ...

Και πώς είναι στο εξωτερικό;

Εάν εντοπίσετε την ιστορία της σύνθετης ενίσχυσης στο σύνολό της, τότε προέρχεται από τη δεκαετία του σαράντα του περασμένου αιώνα - δηλαδή, από τα μεταπολεμικά χρόνια. Η χώρα μας τότε δεν ήταν μέχρι τη δημιουργία νέων υλικών, ωστόσο, στις ΗΠΑ, η σύνθετη φόρμουλα επεξεργάστηκε εντατικά. Στα χρόνια αυτά, έχει ήδη αρχίσει να χρησιμοποιείται ευρέως, επειδή τα φθηνά υλικά ήταν απλά απαραίτητα για μια αναπτυσσόμενη οικονομία.

Σε αυτήν τη χώρα δημιουργήθηκε οπλισμός υαλοβάμβακα με σταθερή διατομή, η οποία στην αρχή χρησιμοποιήθηκε μόνο για την κατασκευή αποθέματος. Μια πιο σοβαρή εφαρμογή άρχισε ήδη στη δεκαετία του '60, όταν το σύνθετο άρχισε να θεωρείται ως εναλλακτική λύση για τη μεταλλική ενίσχυση.

Πρώτα απ 'όλα, άρχισαν να το χρησιμοποιούν για την ενίσχυση πεζοδρομίων, τα οποία, όπως γνωρίζετε, όχι μόνο μαζί τους, αλλά και μαζί μας, πασπαλίζονται με αλάτι για να αφαιρέσουν τον πάγο το χειμώνα. Και χαλάει όχι μόνο τους τροχούς των αυτοκινήτων, αλλά επίσης, διαρρέοντας με τη μορφή λύσης μέσω του πάχους του σκυροδέματος, διαβρώνει την εσωτερική ενίσχυση.

Ετσι:

• Σε αυτήν την περιοχή, η αντίσταση των πλαστικών στη διάβρωση αποδείχθηκε η καλύτερη. Το μόνο πράγμα που χρησίμευσε ως εμπόδιο στην πλήρη αντικατάσταση του μετάλλου με ένα σύνθετο ήταν το υψηλό κόστος του, το οποίο ήταν δυνατό μόνο να μειωθεί σε είκοσι χρόνια. Επομένως, στην αρχή η επίστρωση ψευδαργύρου ή εποξειδίου απλώς εφαρμόστηκε στο μέταλλο.
• Όμως, καθώς αποδείχθηκε ότι η ενίσχυση από φίμπεργκλας για πολυμερές σκυρόδεμα είναι πιο αποτελεσματική από την ενίσχυση χάλυβα - επηρεάζονται διαφορετικά χαρακτηριστικά θερμικής διαστολής, τότε το 1983, αναπτύχθηκε το πρώτο έγγραφο στις Ηνωμένες Πολιτείες που ρυθμίζει τη χρήση σύνθετων τεχνολογιών στο σχεδιασμό γεφυρών.
• Γιατί γέφυρες; Ναι, επειδή η κακή τους κατάσταση συνδέεται με τη διάβρωση των εξαρτημάτων, η οποία ενοχλούσε σε μεγάλο βαθμό τις υπηρεσίες που είναι υπεύθυνες για τη λειτουργία τους. Η σύνθετη ενίσχυση θεωρήθηκε τότε η κύρια ευκαιρία για την επίλυση αυτού του προβλήματος.
• Μετά από αυτό, έχει ήδη αρχίσει να χρησιμοποιείται για προηγμένες τεχνολογίες: στο σχεδιασμό εργαστηρίων και ιατρικών κέντρων γεμισμένων με ηλεκτρονικά, διαδρόμους αεροδρομίων, ακόμη και αντιδραστήρες σε ηλεκτρικούς υποσταθμούς.
• Στην Ιαπωνία, η ευρεία χρήση μη μεταλλικών οπλισμών ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του '90. Τότε είχαν περισσότερα από εκατό μεγάλα έργα - κυρίως εμπορικά, στα οποία χρησιμοποιήθηκε οπλισμός υαλοβάμβακα. Την ίδια στιγμή, ξεκινώντας από τη Γερμανία, άρχισε να χρησιμοποιείται στην Ευρώπη, καθώς και στον Καναδά.

Αλλά ο πιο σταθερός καταναλωτής σύνθετου οπλισμού, φυσικά, ήταν η Κίνα.Σε αυτήν τη χώρα, χρησιμοποιήθηκε όχι μόνο για την κατασκευή γεφυρών, αλλά ήταν επίσης η πρώτη που χρησιμοποιήθηκε για το σχεδιασμό υπόγειων και σηράγγων.

Αυτό που άλλαξε σήμερα

Όλες οι παραπάνω πληροφορίες μιλούν για τα σταθερά πλεονεκτήματα της σύνθετης ενίσχυσης και, ωστόσο, όχι μόνο οι περισσότεροι ιδιώτες έμποροι, αλλά πολλοί κατασκευαστές δεν το γνωρίζουν. Και όσοι ξέρουν ακόμα, μερικές φορές είναι δύσπιστοι για αυτό το υλικό.

Για να εξαλειφθούν οι αμφιβολίες, θα περιγράψουμε με περισσότερες λεπτομέρειες ποια ενίσχυση πολυμερούς παράγεται σήμερα, σε ποιες περιοχές μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε ποιες όχι.

Ποικιλίες ενίσχυσης πολυμερούς

Σήμερα, υπάρχουν πολλές τεχνικές κατασκευής για μη μεταλλικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούν διαφορετικές πρώτες ύλες.

Για να κάνουμε τη διαφορά πιο κατανοητή, για λόγους σαφήνειας, θα παρουσιάσουμε τους κύριους τύπους με τη μορφή πίνακα:

Πώς είναι η ενίσχυση;	Χαρακτηριστικά γνωρίσματα
Fiberglass	Η φωτογραφία δείχνει ενίσχυση υαλοβάμβακα (GFRP-Rebar) - η πιο κοινή επιλογή. Οι πλαστικές ράβδοι μήκους έως 12 μέτρων ενισχύονται με συνεχείς ίνες γυαλιού και κατασκευάζονται στην περιοχή διαμέτρων από 4 έως 40 mm. Αυτή η ενίσχυση χρησιμοποιείται ως εναλλακτική λύση για το χαλύβδινο ανάλογο - σε κατασκευές με αστάρι ή με προεντεταμένη ενίσχυση.
Πλαστικό βασάλτη	Αυτός ο τύπος οπλισμού (BFRP) διαφέρει από την προηγούμενη έκδοση, καθώς η βασική ίνα δεν χρησιμοποιείται εδώ για γυαλί, αλλά διαφέρει όχι μόνο στο χρώμα, αλλά επίσης έχει υψηλότερη αντίσταση σε επιθετικά περιβάλλοντα. Το επίπεδο της αντίστασης στη φωτιά είναι περίπου το ίδιο, δεδομένου ότι οποιοδήποτε πολυμερές μπορεί να αντέξει κατά μέγιστο +160 μοίρες. Ιδανικό για ιδρύματα και τυφλές περιοχές.
Εξαρτήματα άνθρακα	Αυτό το εξάρτημα, που αναφέρεται από το ακρωνύμιο CFRP, ονομάζεται άνθρακας, επειδή εδώ, σε συνδυασμό με συνθετικές θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες, χρησιμοποιούνται ίνες άνθρακα. Σε αντίθεση με τις προηγούμενες επιλογές, μπορεί να έχει ένα αμμώδες φινίρισμα, το οποίο βλέπουμε στη φωτογραφία. Χρησιμοποιείται όχι μόνο σε αστικές, αλλά και σε βιομηχανικές κατασκευές, καθώς και κατά την τοποθέτηση δρόμων, την κατασκευή γεφυρών, τη θάλασσα και τις εγκαταστάσεις επικοινωνίας. Τονίζουμε ότι η αντοχή εφελκυσμού αυτού του οπλισμού είναι πέντε φορές υψηλότερη από αυτήν των χαλύβδινων ράβδων της κατηγορίας AIII και 10 φορές ελαφρύτερη από αυτήν.

Όλες οι επιλογές ενίσχυσης πολυμερούς μπορούν να γίνουν με τη μορφή καλωδίων, ράβδων ή ράβδων προφίλ. Τα σχήματα προφίλ ενότητας μπορεί επίσης να είναι διαφορετικά: κοίλα, συμπαγή, τετράγωνα, στρογγυλά.

Η περιέλιξη των ινών μπορεί επίσης να διαφέρει και, όπως μπορείτε να δείτε από τις εικόνες, η επιλογή της εξωτερικής επίστρωσης. Ανάλογα με τη διάμετρο και τον βαθμό ευελιξίας, ο οπλισμός μπορεί να πωληθεί ως μονές ράβδοι ή να περιστραφεί σε ρόλους.

Υπάρχουν μειονεκτήματα;

Έχουν ειπωθεί πολλά για τα πλεονεκτήματα της ενίσχυσης του πολυμερούς, αλλά ο δυνητικός του χρήστης μπορεί να έχει μια νόμιμη ερώτηση: "Ποια είναι τα μειονεκτήματα του υλικού και πού είναι ανεπιθύμητη η χρήση του;"

Εδώ θα το απαντήσουμε σε αυτό το μέρος του άρθρου:

• Δεν υπάρχουν τέλεια υλικά. Οποιοδήποτε από αυτά έχει ορισμένα μειονεκτήματα, και εδώ όλα εξαρτώνται από την εφαρμογή και τις συνθήκες λειτουργίας των κατασκευών.
• Συγκεκριμένα, το πολυμερές είναι κατώτερο από τον ίδιο χάλυβα σε αντίσταση στη φωτιά, καθώς, στο πάχος του σκυροδέματος, το πλαστικό αρχίζει να λιώνει ήδη από +200 Κελσίου. Το σημείο τήξης του χάλυβα είναι επτά φορές υψηλότερο, επομένως σε ορισμένες περιοχές κατασκευής, δεν μπορεί να αντικατασταθεί με πλαστικό.
• Για παράδειγμα, η σύνθετη ενίσχυση δεν χρησιμοποιείται για την κατασκευή πλακών δαπέδου. Κατά συνέπεια, τα στοιχεία πλαισίου προκατασκευασμένων πολυώροφων κτιρίων ή εργαστήρια παραγωγής με αυξημένο κίνδυνο πυρκαγιάς ενισχύονται με ατσάλινα πλαίσια - και είναι κατανοητό γιατί.
• Αλλά για το θεμέλιο, αυτός ο παράγοντας δεν έχει καμία σημασία, επομένως αυτός ο τύπος ενίσχυσης είναι κατάλληλος για οποιονδήποτε από τους τύπους του.Η διαδικασία συναρμολόγησης του πλαισίου θεμελίωσης, από την παραδοσιακή, είναι σχεδόν η ίδια. Το μόνο πράγμα εδώ είναι να χρησιμοποιήσετε πλαστικούς δεσμούς για πλέξιμο - αν και μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε καλώδιο.

• Ένα από τα προβλήματα είναι ότι είναι αδύνατο να δοθεί στο σύνθετο οπλισμό το επιθυμητό σχήμα με απλή θέρμανση. Επομένως, εάν είναι απαραίτητο να κατασκευαστούν κατασκευές με καμπύλα σχήματα, τα μέρη του πλαισίου κατασκευάζονται από τον κατασκευαστή για παραγγελία.
• Σε αυτό, στην πραγματικότητα, η λίστα των ελλείψεων τελειώνει. Οι περιοχές στις οποίες προτιμάται η χρήση σύνθετων οπλισμών είναι πολύ περισσότερο από τους περιορισμούς.
• Σημειώστε ότι μια τέτοια ενίσχυση είναι εύκολη στην επεξεργασία, μπορείτε να την κόψετε με ένα απλό πριόνι, ή, με μικρή διάμετρο, να χρησιμοποιήσετε φερμουάρ. Στην καθημερινή ζωή, εκτός από το χύσιμο θεμελίων και μια τυφλή περιοχή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, για την κατασκευή θερμοκηπίου.

Έτσι, για ιδιωτικές κατασκευές, η πλαστική ενίσχυση είναι η καλύτερη επιλογή και ακόμη πιο οικονομική. Εάν μετράτε ανά τόνο, είναι πιο ακριβό, αλλά αν το θεωρήσετε λόγω του ελαφρύτερου ειδικού βάρους των ράβδων, υπάρχουν περισσότερα από αυτά σε ποσότητα, τότε το όφελος είναι αρκετά απτό.