Kompozitna armatura - korak u budućnost

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Periodne profilne šipke od fiberglasa

Svi znamo da su proizvodi i konstrukcije od betona iznutra ojačani jer to značajno povećava njihovu čvrstoću i otpornost na pucanje. Čelične šipke ili žica, savršeno se nose s zadatkom koji im je dodijeljen, ali imaju dva nedostatka. Prvo je niska otpornost metala na koroziju, a drugo je visoka cijena.

Ojačanje napravljeno na osnovi plastike dva do tri puta je jeftinije, ima manju težinu, ne boji se korozije, a njegova čvrstoća sasvim je dovoljna za upotrebu u niskogradnji, i ne samo to. Ipak, mnogi ljudi uopće ne sumnjaju u njegovo postojanje - pa smo odlučili premostiti taj jaz.

Nemetalno pojačanje: povijest pojave i razvoja

Kao i obično, svaka novina nakon pomnijeg ispitivanja uopće ne ispada. Jednostavno, od trenutka kada je nastala prva ideja, do njezine provedbe i univerzalnog prepoznavanja, često prolaze desetljeća. Ista priča dogodila se i s nemetalnim spojnicama, interes za koji je nastao u zemlji prije pola stoljeća.

Korozija čelične armature izaziva uništavanje zaštitnog sloja betona

Tako:

• Bila je povezana s potrebom za podizanjem betonskih konstrukcija, koje su trebale raditi u agresivnim uvjetima. U vlažnom načinu rada - čak i kad nije čista voda, već bilo koja kemijska tekućina, vrlo je teško i skupo pružiti korozijsku otpornost za tradicionalno čelično ojačanje.
• Ponekad je također bilo potrebno stvoriti strukture s dielektričnim i antimagnetskim svojstvima, na primjer, tijekom izgradnje istraživačkih zavoda ili medicinskih centara u koje je instalirana osjetljiva oprema.
• U projektima u kojima su se trebale primijeniti lagane konstrukcije s dovoljno visokom razinom čvrstoće, samo je kombinacija visokokvalitetnog betona s kompozitnim ojačanjem mogla osigurati te zahtjeve. Usput, sam beton, kada mu se dodaju polimerna ili čelična vlakna, također se može smatrati kompozitnim materijalom.

Osim toga, u zemlji je, uz stalno rastuću potražnju čelika, nedostajala proizvodnja rude koja bi ih mogla zadovoljiti, a nedostajao je i dodatak s kojim se vrši legiranje. Bilo je očito da je sazrela potreba za stvaranjem nemetalne armature, što je potaklo programere, da tako kažem, na nova dostignuća.

Kako je sve počelo kod nas

Prva tehnologija za proizvodnju armature promjera 6 mm, koja se temelji na stakloplastikama s dodacima cirkonija, razvijena je u Uniji sedamdesetih godina. Njegova potporna baza stvorena je od stakleno bešavnih alkalnih vlakana promjera do 15 mikrona, čije su zrake kombinirane u šipke koristeći sintetičke smole.

• Naravno, nisu odmah počeli koristiti takvo pojačanje, ali su u početku proučavali samo njegova svojstva: mehaniku, kemijsku otpornost i trajnost. Prema rezultatima opažanja, sastav kompozita se poboljšavao sve dok nije bilo moguće dobiti šipke s modulom elastičnosti od 50 tisuća MPa i vlačnom čvrstoćom od 1,5 tisuće MPa.
• Njihova čvrstoća na savijanje ispitana je proizvodnjom prototipa betonskih proizvoda izrađenih korištenjem armaturne stakloplastike i izložen statičkim opterećenjima.Prvi takvi proizvodi bili su poprečni nosači dalekovoda, koji su postavljeni na eksperimentalnim mjestima.
• Na temelju rezultata pokusa razvijeni su TU-ovi za izradu armature od stakloplastike, kao i uvjete za projektiranje betonskih konstrukcija s njegovom uporabom. Paralelno s tim, preporučale su se područja primjene novog materijala, što nije uključivalo samo građevinarstvo, već i kemijsku industriju, metalurgiju.

Međutim, velika primjena nemetalnih armatura tada nije uspjela. U osnovi se počeo koristiti za izradu betonskih gomila, padina, konstrukcija nadvožnjaka i za jačanje nekih potpornih konstrukcija.

Ali u kasnim 80-ima, na temelju pojačanja fiberglasa, na području Habarovsk izgrađen je 15-metarski most, od kojih je svaka od pet greda ojačana kompozitnom gredom od 24 štapa, plus tipičnom gredom čelične žice. Rezultat je bio odličan, a most funkcionira i danas. Bio je to samo početak ...

A kako je u inozemstvu?

Ako pratite povijest složene armature kao cjeline, ona potječe iz četrdesetih godina prošlog stoljeća - to jest iz poslijeratnih godina. Naša zemlja tada nije bila do stvaranja novih materijala, međutim, u SAD-u je složena formula naporno radila. U tim se godinama već počela masovno koristiti jer su jeftini materijali jednostavno bili potrebni ekonomiji u razvoju.

Upravo je u ovoj zemlji stvorena armatura od stakloplastike s konstantnim presjekom, koja se u početku koristila samo za izradu inventara. Ozbiljnija primjena počela je već u 60-ima, kada se kompozit počeo smatrati alternativom metalnoj armaturi.

Prije svega, počeli su ga koristiti za pojačavanje pločnika koji su, kao što znate, ne samo kod njih, već i kod nas, posipani solju kako bi zimi uklonili led. I to pokvari ne samo kotače automobila, već i, prolazeći u obliku rješenja kroz debljinu betona, nagriza unutarnje ojačanje.

Tako:

• Upravo se na ovom području otpornost plastike na koroziju pokazala najboljom. Jedino što je služilo kao prepreka potpunoj zamjeni metala kompozitom bili su njegovi visoki troškovi, koje je bilo moguće smanjiti tek za dvadeset godina. Stoga se isprva premaz cinkom ili epoksidom jednostavno nanio na metal.
• No budući da se pokazalo da je armatura staklenim vlaknima za polimerni beton učinkovitija od čelične armature - pogođene su različite karakteristike toplinskog širenja, tada je 1983. godine u Sjedinjenim Državama razvijen prvi dokument koji regulira uporabu složenih tehnologija u dizajniranju mostova.
• Zašto mostovi? Da, jer je njihovo loše stanje bilo povezano s korozijom armatura, što je uvelike smetalo službama odgovornim za njihov rad. Zatim je složena armatura smatrana glavnom mogućnošću rješavanja ovog problema.
• Slijedom toga, već se počela koristiti za napredne tehnologije: u projektiranju laboratorija i medicinskih centara koji su napunjeni elektronikom, zračnim pistama, pa čak i reaktorima u električnim podstanicama.
• U Japanu je raširena upotreba nemetalnih armatura počela sredinom devedesetih. Tada su imali više od stotinu velikih projekata - uglavnom komercijalnih, u kojima se koristilo pojačanje od stakloplastike. Otprilike u isto vrijeme, počevši od Njemačke, počeo se koristiti u Europi, kao i u Kanadi.

No, najpotpuniji potrošač kompozitnih armatura, naravno, bila je Kina.U ovoj se zemlji koristio ne samo u izgradnji mostova, već je bio i prvi koji je korišten za oblikovanje podzemnih i tunelskih građevina.

Što se danas promijenilo

Sve gore navedene informacije govore o solidnim prednostima kompozitne armature i, unatoč tome, ne samo većina privatnih trgovaca, već mnogi građevinari ne znaju za to. A oni koji još znaju, ponekad su skeptični prema ovom materijalu.

Da bismo razriješili sumnje, opisat ćemo detaljnije što se danas proizvodi u polimernoj armaturi, u kojim se područjima može koristiti, a u kojim ne.

Vrste polimernih armatura

Danas postoji nekoliko tehnika izrade nemetalnih armatura koje koriste različite sirovine.

Da bi razlika bila razumljivija, radi jasnoće predstavit ćemo glavne vrste u obliku tablice:

Kako izgleda pojačanje?	Prepoznatljiva svojstva
stakloplastike	Fotografija prikazuje pojačanje od stakloplastike (GFRP-Rebar) - najčešća opcija. Plastične šipke dužine do 12 m ojačane su kontinuiranim staklenim vlaknima, a izrađuju se u rasponu promjera od 4 do 40 mm. Takva se armatura koristi kao alternativa čeličnom analogu - u konstrukcijama s ne napregnutim ili prednapregnutim ojačanjem.
Bazaltna plastika	Ova vrsta ojačanja (BFRP) razlikuje se od prethodne verzije po tome što za ojačanje koristi ne staklo, već bazaltno vlakno i razlikuje se ne samo u boji, već i u većoj otpornosti na agresivno okruženje. Razina otpornosti na vatru je približno ista, jer bilo koji polimer može izdržati najviše +160 stupnjeva. Idealno za temelje i slijepe prostore.
Karbonski dijelovi	To učvršćenje, koje se naziva skraćenicom CFRP, naziva se ugljikom, jer se ovdje, u tandemu sa sintetičkim termoreaktivnim smolama, koriste ugljična vlakna. Za razliku od prethodnih opcija, može imati pješčanu površinu, što vidimo na fotografiji.Koristi se ne samo u civilnoj, već i u industrijskoj gradnji, kao i pri postavljanju cesta, podizanju mostova, mora i komunikacijskih građevina. Naglašavamo da je vlačna čvrstoća takvog ojačanja pet puta veća od čvrstoće čeličnih šipki klase AIII i 10 puta lakša od njega.

Sve opcije ojačanja polimera mogu se izvesti u obliku kablova, šipki ili profiliranih šipki. Oblici profila odjeljka također mogu biti različiti: šuplji, čvrsti, kvadratni, okrugli.

Namotavanje vlakana također se može razlikovati, a kao što možete vidjeti na slikama, mogućnost vanjskog premaza. Ovisno o promjeru i stupnju fleksibilnosti, armatura se može prodavati kao jednostruki šipci ili upletena u zavojnice.

Postoje li nedostaci?

Puno je reči o prednostima polimernog ojačanja, ali njegov potencijalni korisnik može imati legitimno pitanje: "Koji su nedostaci materijala i gdje je njegova upotreba nepoželjna?"

Ovdje ćemo odgovoriti u ovom dijelu članka:

• Ne postoje savršeni materijali. Bilo koji od njih ima određene nedostatke, a ovdje sve ovisi o primjeni i radnim uvjetima građevina.
• Konkretno, polimer je inferiorniji od istog čelika u otpornosti na vatru, jer se debljinom betona plastika počinje topiti već od +200 Celzijusa. Talište čelika je sedam puta veće, pa se u nekim područjima gradnje ne može zamijeniti plastičnim.
• Na primjer, kompozitna armatura se ne koristi za proizvodnju podnih ploča. Prema tome, okvirni elementi montažnih višestambenih zgrada ili proizvodne radionice s povećanom opasnošću od požara ojačani su čeličnim okvirima - i razumljivo je zašto.
• Ali za temelj, ovaj faktor uopće nije važan, stoga je ova vrsta pojačanja prikladna za bilo koju vrstu.Postupak sastavljanja okvira temelja, od tradicionalnog, praktički je isti. Jedino je ovdje koristiti plastične kravate za pletenje - iako možete koristiti i žicu.

• Jedna od neugodnosti je u tome što je nemoguće dati kompozitnoj armaturi željeni oblik jednostavnim zagrijavanjem. Stoga, ako je potrebno za izradu konstrukcija zakrivljenih oblika, dijelove okvira za njih izrađuje proizvođač po narudžbi.
• Na tome se zapravo završava popis nedostataka. Područja u kojima je poželjna uporaba kompozitnih armatura mnogo su više od ograničenja.
• Imajte na umu da je takvo ojačanje lako obrađivati, možete ga rezati jednostavnom nožnom pilu ili, malim promjerom, koristiti štipaljke. U svakodnevnom životu, osim zalijevanja temelja i slijepca, može se koristiti, na primjer, za izgradnju staklenika.

Dakle, za privatnu gradnju plastična armatura je najbolja opcija, a još ekonomičnija. Ako računate po toni, to je skuplje, ali ako uzmete u obzir da zbog lakšeg specifičnog opterećenja šipki, ima ih više u količini, onda je korist prilično opipljiva.