Refuerzo hecho de materiales compuestos: un paso hacia el futuro

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Varillas de perfil periódico de fibra de vidrio.

Todos sabemos que los productos y estructuras de hormigón están reforzados internamente, ya que esto aumenta significativamente su resistencia y resistencia a la fisuración. Varillas o alambres de acero, hacen frente perfectamente a la tarea asignada a ellos, pero tienen dos inconvenientes. El primero es la baja resistencia a la corrosión del metal, y el segundo es su alto precio.

El refuerzo hecho sobre la base de plástico es dos o tres veces más barato, tiene menos peso, no teme a la corrosión, y su resistencia es suficiente para usar en construcciones de poca altura, y no solo. Sin embargo, muchas personas ni siquiera sospechan de su existencia, por lo que decidimos cerrar esta brecha.

Refuerzo no metálico: la historia de la apariencia y el desarrollo.

Como de costumbre, cualquier novedad en un examen más detallado no resulta ser en absoluto. Simplemente, desde el momento en que surgió la primera idea, hasta su implementación y reconocimiento universal, a menudo pasan décadas. La misma historia sucedió con accesorios no metálicos, el interés que surgió en el país hace medio siglo.

La corrosión del refuerzo de acero provoca la destrucción de la capa protectora de hormigón.

Entonces:

• Se asoció con la necesidad de la construcción de estructuras de hormigón, que debían ser operadas en condiciones agresivas. En modo húmedo, e incluso cuando no es agua pura, sino cualquier líquido químico, es muy difícil y costoso proporcionar resistencia a la corrosión para el refuerzo de acero tradicional.
• A veces también se hizo necesario crear estructuras con propiedades dieléctricas y antimagnéticas, por ejemplo, durante la construcción de institutos de investigación o centros médicos en los que se instalaron equipos sensibles.
• En proyectos donde las construcciones livianas se utilizarían con un nivel de resistencia suficientemente alto, solo una combinación de concreto de alta calidad con refuerzo compuesto podría proporcionar estos requisitos. Por cierto, el concreto mismo, cuando se le agrega fibra de polímero o acero, también puede considerarse un material compuesto.

Además, en el país, con una demanda cada vez mayor de acero, había una escasez de producción de mineral que podía satisfacerlos, y también faltaban aditivos con los que se realizara la aleación. Era obvio que la necesidad de crear refuerzos no metálicos maduró, lo que llevó a los desarrolladores, por así decirlo, a nuevos logros.

Cómo empezó todo con nosotros

La primera tecnología para la fabricación de armaduras con un diámetro de 6 mm, basada en fibra de vidrio con aditivos de circonio, se desarrolló en la Unión en los años setenta. Su base de soporte se creó a partir de una fibra alcalina de vidrio sin costura con un diámetro de hasta 15 micras, cuyas vigas se combinaron en barras utilizando resinas sintéticas.

• Por supuesto, no comenzaron inmediatamente a usar dicho refuerzo, pero al principio solo estudiaron sus propiedades: mecánica, resistencia química y durabilidad. Según los resultados de las observaciones, la composición del material compuesto mejoró hasta que fue posible obtener barras con un módulo elástico de 50 mil MPa y una resistencia a la tracción de 1,5 mil MPa.
• Su resistencia a la flexión se probó mediante la fabricación de prototipos de productos de hormigón fabricados con refuerzo de fibra de vidrio y sometidos a cargas estáticas.Los primeros productos de este tipo fueron soportes transversales para líneas eléctricas, que se montaron en sitios experimentales.
• Con base en los resultados de los experimentos, se desarrollaron TU para la fabricación de refuerzo de fibra de vidrio, así como las condiciones para el diseño de estructuras de concreto con su uso. Paralelamente, se recomendaron áreas de aplicación del nuevo material, que incluían no solo la construcción, sino también la industria química y la metalurgia.

Sin embargo, el uso a gran escala de refuerzo no metálico no funcionó entonces. Básicamente, comenzó a usarse para la fabricación de pilotes de hormigón, taludes, estructuras de pasos superiores y el refuerzo de algunas estructuras de soporte.

Pero a fines de los años 80, sobre la base del refuerzo de fibra de vidrio, se construyó un puente de 15 metros en el territorio de Khabarovsk, cada una de las cinco vigas se reforzó con una viga compuesta de 24 varillas, más una viga típica de alambre de acero. El resultado fue excelente, y el puente sigue funcionando hoy. Era sólo el principio ...

¿Y cómo es en el extranjero?

Si trazas la historia del refuerzo compuesto en su conjunto, entonces se origina en los años cuarenta del siglo pasado, es decir, en los años de la posguerra. Nuestro país no estaba preparado para la creación de nuevos materiales, sin embargo, en los EE. UU., La fórmula para el compuesto se trabajó duro. En estos años, ya ha comenzado a ser ampliamente utilizado, porque los materiales económicos eran simplemente necesarios para una economía en desarrollo.

Fue en este país donde se creó el refuerzo de fibra de vidrio con una sección transversal constante, que al principio se usó solo para la fabricación de inventario. Una aplicación más seria comenzó ya en los años 60, cuando el compuesto comenzó a considerarse como una alternativa al refuerzo de metal.

En primer lugar, comenzaron a usarlo para reforzar pavimentos, que, como saben, no solo con ellos, sino también con nosotros, se rocían con sal para eliminar el hielo en el invierno. Y estropea no solo las ruedas de los automóviles, sino que también, al filtrarse en forma de solución a través del espesor del concreto, corroe el refuerzo interno.

Entonces:

• En esta área, la resistencia de los plásticos a la corrosión demostró ser la mejor. Lo único que sirvió como obstáculo para el reemplazo completo del metal con un compuesto fue su alto costo, que solo fue posible reducir en veinte años. Por lo tanto, al principio se aplicó simplemente recubrimiento de zinc o epoxi al metal.
• Pero dado que resultó que el refuerzo de fibra de vidrio para concreto polimérico es más efectivo que el refuerzo de acero, las diferentes características de la expansión térmica se vieron afectadas, luego, en 1983, se desarrolló el primer documento en los Estados Unidos que regula el uso de tecnologías compuestas en el diseño de puentes.
• ¿Por qué puentes? Sí, porque su mal estado estaba asociado con la corrosión de las válvulas, lo que molestó mucho a los servicios responsables de su funcionamiento. El refuerzo compuesto se consideró la oportunidad principal para resolver este problema.
• Después de esto, ya ha comenzado a usarse para tecnologías avanzadas: en el diseño de laboratorios y centros médicos llenos de electrónica, pistas de aterrizaje de aeropuertos e incluso reactores en subestaciones eléctricas.
• En Japón, el uso generalizado de refuerzo no metálico comenzó a mediados de los noventa. Luego tuvieron más de cien grandes proyectos, principalmente comerciales, en los que se utilizó refuerzo de fibra de vidrio. Casi al mismo tiempo, a partir de Alemania, comenzó a usarse en Europa, así como en Canadá.

Pero el consumidor más sólido de refuerzo compuesto, por supuesto, fue China.En este país, se utilizó no solo en la construcción de puentes, sino que también fue el primero en ser utilizado para el diseño de estructuras subterráneas y de túneles.

Lo que ha cambiado hoy

Toda la información anterior habla sobre las ventajas sólidas del refuerzo compuesto y, sin embargo, no solo la mayoría de los comerciantes privados, sino que muchos constructores no lo saben. Y aquellos que aún lo saben, a veces son escépticos de este material.

Para disipar dudas, describiremos con más detalle qué refuerzo de polímero se produce hoy, en qué áreas se puede usar y en qué no.

Variedades de refuerzo polimérico

Hoy en día, existen varias técnicas de fabricación de accesorios no metálicos que utilizan diferentes materias primas.

Para que la diferencia sea más clara, presentaremos los principales tipos en forma de tabla para mayor claridad:

¿Cómo se ve el refuerzo?	Características distintivas
Fibra de vidrio	La foto muestra el refuerzo de fibra de vidrio (GFRP-Rebar), la opción más común. Las varillas de plástico de hasta 12 m de largo están reforzadas con fibra de vidrio continua y están hechas en el rango de diámetros de 4 a 40 mm. Tal refuerzo se usa como una alternativa al análogo de acero, en estructuras con refuerzo sin tensión o con refuerzo pretensado.
Plástico basalto	Este tipo de refuerzo (BFRP) difiere de la versión anterior en que no utiliza vidrio sino fibra de basalto para el refuerzo, difiere no solo en color, sino que también tiene una mayor resistencia a ambientes agresivos. El nivel de resistencia al fuego es aproximadamente el mismo, ya que cualquier polímero puede soportar un máximo de +160 grados. Ideal para cimientos y zonas ciegas.
Accesorios de carbono	Este accesorio, abreviado CFRP, se llama carbono, porque aquí, junto con las resinas sintéticas termoendurecibles, se usa fibra de carbono. A diferencia de las opciones anteriores, puede tener un acabado arenoso, que vemos en la foto. Se utiliza no solo en la construcción civil, sino también en la construcción industrial, así como en la colocación de carreteras, construcción de puentes, mar e instalaciones de comunicación. Hacemos hincapié en que la resistencia a la tracción de dicho refuerzo es cinco veces mayor que la de las varillas de acero de la clase AIII, y 10 veces más ligera que esta.

Todas las versiones de refuerzo de polímero se pueden hacer en forma de cables, varillas o varillas perfiladas. Las formas de perfil de sección también pueden ser diferentes: huecas, sólidas, cuadradas, redondas.

El devanado de las fibras también puede diferir y, como puede ver en las imágenes, la opción del revestimiento exterior. Dependiendo del diámetro y el grado de flexibilidad, el refuerzo puede venderse como varillas individuales o retorcerse en bobinas.

¿Hay alguna desventaja?

Se ha dicho mucho sobre las ventajas del refuerzo de polímeros, pero su usuario potencial puede tener una pregunta legítima: "¿Cuáles son las desventajas del material y dónde es indeseable su uso?"

Aquí lo responderemos en esta parte del artículo:

• No hay materiales perfectos. Cualquiera de ellos tiene ciertas desventajas, y aquí todo depende de la aplicación y las condiciones de funcionamiento de las estructuras.
• En particular, el polímero es inferior al mismo acero en resistencia al fuego, ya que al estar en el espesor del concreto, el plástico comienza a derretirse a partir de +200 Celsius. El punto de fusión del acero es siete veces mayor, por lo que en algunas áreas de construcción, no se puede reemplazar con plástico.
• Por ejemplo, el refuerzo compuesto no se usa para la fabricación de losas de piso. En consecuencia, los elementos del marco de edificios prefabricados de varios pisos, o talleres de producción con mayor riesgo de incendio, se refuerzan con marcos de acero, y es comprensible por qué.
• Pero para la base, este factor no importa en absoluto, por lo tanto, este tipo de refuerzo es adecuado para cualquiera de sus tipos.El proceso de ensamblaje del marco de la fundación, desde el tradicional, es prácticamente el mismo. Lo único aquí es usar ataduras de plástico para tejer, aunque también puede usar alambre.

• Uno de los inconvenientes es que es imposible darle al refuerzo compuesto la forma deseada mediante un simple calentamiento. Por lo tanto, si es necesario fabricar estructuras con formas curvas, las piezas del marco son hechas por el fabricante a pedido.
• Sobre esto, de hecho, la lista de deficiencias termina. Las áreas en las que el uso de refuerzo compuesto es más preferible son mucho más que limitaciones.
• Tenga en cuenta que dicho refuerzo es fácil de procesar, puede cortarlo con una sierra para metales simple o, con un diámetro pequeño, usar pinzas. En la vida cotidiana, además de verter cimientos y un área ciega, puede usarse, por ejemplo, para la construcción de un invernadero.

Entonces, para la construcción privada, el refuerzo de plástico es la mejor opción, y aún más económico. Si cuenta por tonelada, es más costoso, pero si considera que debido a la gravedad específica más ligera de las varillas, hay más en cantidad, entonces el beneficio es bastante tangible.