חיזוק עשוי מחומרים מרוכבים - צעד לעתיד

גוסבסקי אנדריי אנטוליביץ '

מוטות פרופיל תקופתיים מפיברגלס

כולנו יודעים שמוצרים ומבנים העשויים מבטון עוברים חיזוק פנימי, מכיוון שהדבר מגדיל משמעותית את חוזקם ואת עמידותם בפני הסדק. מוטות פלדה או חוט, מתמודדים בצורה מושלמת עם המשימה שהוטלה עליהם, אך יש שני חסרונות. הראשון הוא העמידות בפני קורוזיה נמוכה של המתכת, והשני הוא מחירו הגבוה.

חיזוק שנעשה על בסיס פלסטיק זול פי שניים עד שלוש, משקלו פחות, אינו חושש מקורוזיה, וכוחו מספיק די לשימוש בבנייה נמוכה ולא רק. עם זאת, אנשים רבים אפילו לא חושדים בקיומו - ולכן החלטנו לגשר על הפער הזה.

חיזוק לא מתכתי: היסטוריה של מראה והתפתחות

כרגיל, כל חידוש בבחינה מדוקדקת לא מתברר כלל. פשוט, מרגע הופעתו של הרעיון הראשון, ליישוםו והכרתו האוניברסלית, עוברים לעתים קרובות עשרות שנים. אותו סיפור התרחש עם אביזרי מתכת לא מתכתיים, העניין בו התעוררה במדינה לפני כחצי מאה.

קורוזיה של חיזוק פלדה מעוררת הרס של שכבת הבטון המגן

לכן:

• זה היה קשור לצורך בהקמת מבני בטון, שהיו אמורים להיות מופעלים בתנאים אגרסיביים. במצב רטוב - וגם כאשר אינם מים טהורים, אלא כל נוזלים כימיים, קשה מאוד ויקר לספק עמידות בפני קורוזיה לחיזוק פלדה מסורתי.
• לעיתים נדרש גם ליצור מבנים בעלי תכונות דיאלקטריות ואנטימגנטיות - למשל במהלך בניית מכוני מחקר, או מרכזים רפואיים בהם הותקן ציוד רגיש.
• בפרויקטים בהם נעשה שימוש במבנים קלים עם רמת חוזק גבוהה מספיק, רק שילוב של בטון איכותי עם חיזוק מורכב יכול לספק את הדרישות הללו. אגב, בטון עצמו, כאשר מתווספים אליו סיבי פולימר או פלדה, יכול להיחשב גם כחומר מורכב.

בנוסף, במדינה, עם הביקוש ההולך וגדל לפלדה, היה מחסור בייצור עפרות שיכול היה לספק אותם, והיה גם חוסר בתוספים איתם בוצע סגסוגת. היה ברור שהצורך ביצירת חיזוק לא מתכתי הבשיל, מה שהניע את היזמים, כביכול, להישגים חדשים.

איך הכל התחיל אצלנו

הטכנולוגיה הראשונה לייצור חיזוק בקוטר 6 מ"מ, המבוססת על פיברגלס עם תוספות זירקוניום, פותחה באיחוד בשנות השבעים. הבסיס התומך בו נוצר מסיב אלקליין חלק ללא זכוכית בקוטר של עד 15 מיקרון, שהקורות שלו שולבו למוטות בעזרת שרפים סינתטיים.

• כמובן, הם לא התחילו מיד להשתמש בחיזוק כזה, אך בתחילה הם רק חקרו את תכונותיו: מכניקה, עמידות כימית ועמידות. על פי תוצאות התצפיות, הרכב המורכב השתפר עד שניתן היה להשיג מוטות עם מודולוס אלסטי של 50 אלף מגה ועוצמת מתיחה של 1.5 אלף מגה.
• חוזק הכיפוף שלהם נבדק על ידי ייצור אבות טיפוס של מוצרי בטון המיוצרים באמצעות חיזוק פיברגלס והיו נתונים לעומסים סטטיים.המוצרים הראשונים כאלו היו תומכים חצייתיים לקווי חשמל שהותקנו באתרי ניסוי.
• על סמך תוצאות הניסויים, פותחו TUs לייצור חיזוק פיברגלס, כמו גם התנאים לעיצוב מבני בטון בשימוש בהם. במקביל, הומלצו אזורי יישום של החומר החדש, שכלל לא רק בנייה, אלא גם את התעשייה הכימית, מתכות.

עם זאת, שימוש נרחב בחיזוקים לא מתכתיים לא פעל אז. בעיקרון, הוא החל לשמש לייצור ערימות בטון, מדרונות, מבני מעברים וחיזוק של כמה מבנים תומכים.

אולם בסוף שנות ה -80, על בסיס חיזוק פיברגלס, הוקם גשר באורך 15 מטר בשטח חברובסק, שכל אחת מחמש הקורות שלו התחזקה בקורה מרוכבת 24 מוטות, בתוספת צרור תיל פלדה טיפוסי. התוצאה הייתה מעולה, והגשר פועל עד היום. זו הייתה רק ההתחלה ...

ואיך זה בחו"ל?

אם אתה מתחקה אחר ההיסטוריה של החיזוק המשולב בכללותו, זה מקורו בשנות הארבעים של המאה הקודמת - כלומר משנות שלאחר המלחמה. ארצנו אז לא עמדה ביצירת חומרים חדשים, אולם בארצות הברית הנוסחה המורכבת עבדה קשה. בשנים אלה הוא החל כבר בשימוש נרחב, מכיוון שחומרים זולים פשוט היו הכרחיים לכלכלה מתפתחת.

במדינה זו נוצר חיזוק פיברגלס עם חתך קבוע, אשר בהתחלה שימש רק לייצור מלאי. יישום רציני יותר החל כבר בשנות ה -60 של המאה הקודמת, כאשר המורכב החל להיחשב כחלופה לחיזוק מתכות.

ראשית, הם התחילו להשתמש בו לצורך חיזוק ריצוף, שכידוע, לא רק אתם, אלא גם איתנו, מפזרים מלח בכדי להסיר קרח בחורף. וזה לא מקלקל לא רק את גלגלי המכוניות, אלא גם מחלחל בצורה של פיתרון דרך עובי הבטון, מאכלס את החיזוק הפנימי.

לכן:

• זה באזור זה, ההתנגדות של הפלסטיק לקורוזיה התבררה כטובה ביותר. הדבר היחיד ששימש מכשול להחלפה מוחלטת של מתכת בקומפוזיט היה העלות הגבוהה שלה, שרק אפשר היה להפחית תוך עשרים שנה. לכן בהתחלה ציפוי אבץ או אפוקסי פשוט הוחל על המתכת.
• אך מכיוון שהתברר כי חיזוק פיברגלס לבטון פולימרי יעיל יותר מחיזוק פלדה - מאפיינים שונים של התפשטות תרמית הושפעו, אז בשנת 1983 פותח בארצות הברית המסמך הראשון המסדיר את השימוש בטכנולוגיות מורכבות בעיצוב גשרים.
• למה גשרים? כן, מכיוון שמצבם הירוד היה קשור בקורוזיה של אבזרים, מה שהציק מאוד לשירותים האחראים להפעלתם. חיזוק מורכב נחשב אז להזדמנות העיקרית לפתור בעיה זו.
• בעקבות זאת הוא כבר החל לשמש לטכנולוגיות מתקדמות: בתכנון מעבדות ומרכזים רפואיים ממולאים באלקטרוניקה, מסלולי מסלול שדה תעופה, ואפילו כורים בתחנות חשמל.
• ביפן החל אמצע שנות התשעים שימוש נרחב בחיזוקים לא מתכתיים. אז היו להם יותר ממאה פרויקטים גדולים - בעיקר מסחריים, בהם נעשה שימוש בחיזוק פיברגלס. בערך באותה תקופה, החל מגרמניה, החלה להשתמש בה באירופה, כמו גם בקנדה.

אך הצרכן המוצק ביותר של חיזוק מורכב, כמובן, היה סין.במדינה זו הוא שימש לא רק בבניית גשרים, אלא גם היה הראשון שמשמש לתכנון מבני תת-קרקעי ומנהרה.

מה שהשתנה היום

כל המידע שלעיל מדבר על היתרונות המוצקים של חיזוק מורכב, ובכל זאת, לא רק מרבית הסוחרים הפרטיים, אלא שבונים רבים אינם יודעים על כך. ומי שעדיין מכיר, לפעמים ספקן לגבי החומר הזה.

כדי להפיג ספקות, נתאר ביתר פירוט איזה חיזוק פולימרים מיוצר כיום, באילו אזורים ניתן להשתמש בו, ובאילו לא.

זנים של חיזוק פולימרים

כיום קיימות מספר טכניקות ייצור לאביזרים לא מתכתיים המשתמשים בחומרי גלם שונים.

כדי להפוך את ההבדל למובן יותר, לשם הבהרה, נציג את הסוגים העיקריים בצורת טבלה:

איך נראה החיזוק?	תכונות ייחודיות
פיברגלס	בתמונה נראה חיזוק פיברגלס (GFRP-Rebar) - האפשרות הנפוצה ביותר. מוטות פלסטיק שאורכם עד 12 מ 'מחוזקים בסיבי זכוכית רציפים והם מיוצרים בטווח הקוטרים בין 4 ל- 40 מ"מ. חיזוק כזה משמש כחלופה לאנלוג הפלדה - במבנים עם לחץ או עם חיזוק מוקדם.
פלסטיק בזלת	סוג זה של חיזוק (BFRP) שונה מהגרסה הקודמת בכך שהוא לא משתמש בזכוכית אלא בסיבי בזלת לצורך חיזוק, הוא שונה לא רק בצבע, אלא גם בעל עמידות גבוהה יותר לסביבות אגרסיביות. רמת עמידות האש זהה בערך, מכיוון שכל פולימר יכול לעמוד במקסימום +160 מעלות. אידיאלי עבור יסודות ואזורים עיוורים.
אביזרי פחמן	מתקן זה, המכונה בקיצור CFRP, נקרא פחמן, מכיוון שכאן, בד בבד עם שרפים תרמוסטיים סינתטיים, משתמשים בסיבי פחמן. בשונה מהאופציות הקודמות, זה יכול להיות בגימור חולי, אותו אנו רואים בתמונה, הוא משמש לא רק בבנייה אזרחית, אלא גם בבנייה תעשייתית, כמו גם בעת הנחת כבישים, הקמת גשרים, ים ותקני תקשורת. נדגיש כי חוזק המתיחה של חיזוק כזה גבוה פי חמישה מזה של מוטות פלדה מסוג AIII, וקל פי עשרה ממנו.

כל אפשרויות חיזוק הפולימר ניתנות לייצור בצורה של כבלים, מוטות או מוטות פרופיליים. צורות פרופיל חתך יכולות להיות גם שונות: חלולות, מוצקות, מרובעות, עגולות.

סלילת הסיבים יכולה גם להיות שונה, וכפי שניתן לראות מהתמונות, אפשרות הציפוי החיצוני. בהתאם לקוטר ומידת הגמישות, ניתן למכור את החיזוק כמוטות בודדים, או לסובב אותו לסלילים.

האם יש חסרונות?

רבות נאמרו על היתרונות של חיזוק פולימרים, אך למשתמש הפוטנציאלי שלו עשוי להיות שאלה לגיטימית: "מהם החסרונות של החומר, והיכן השימוש בו אינו רצוי?"

כאן נענה על כך בחלק זה של המאמר:

• אין חומרים מושלמים. לאף אחד מהם יש חסרונות מסוימים, וכאן הכל תלוי ביישום ובתנאי ההפעלה של המבנים.
• בפרט, הפולימר נחות מאותה פלדה בעמידות בפני אש, שכן בהיותו בעובי הבטון, הפלסטיק מתחיל להתמוסס כבר מ -200 צלזיוס. נקודת ההתכה של הפלדה גבוהה פי שבע, ולכן באזורים מסוימים בבנייה לא ניתן להחליף אותה בניילון.
• לדוגמא, חיזוק מורכב אינו משמש לייצור לוחות רצפה. בהתאם לכך, אלמנטי המסגרת של מבנים טרומיים-קומתיים, או בתי מלאכה לייצור עם סכנת שריפה מוגברת, מחוזקים עם מסגרות פלדה - ומובן מדוע.
• אך עבור התשתית גורם זה אינו משנה כלל, ולכן סוג זה של חיזוק מתאים לכל אחד מסוגיו.תהליך ההרכבה של מסגרת הבסיס, מהמסורתי הוא כמעט זהה. הדבר היחיד כאן הוא להשתמש בקשרי פלסטיק לסריגה - אם כי ניתן להשתמש גם בחוט.

• אחת אי הנוחות היא שאי אפשר לתת לחיזוק המורכב את הצורה הרצויה על ידי חימום פשוט. לכן, אם יש צורך לייצר מבנים עם צורות מעוקלות, חלקי המסגרת עבורם מיוצרים על ידי היצרן לפי הזמנה.
• על זה, למעשה, מסתיימת רשימת החסרונות. אזורים שבהם עדיף להשתמש בחיזוק מורכב הם הרבה יותר ממגבלות.
• שים לב שחיזוק כזה קל לעיבוד, אתה יכול לחתוך אותו עם מסור פשוט, או להשתמש בקוטר קטן בקוטר. בחיי היומיום, בנוסף לשפכת יסודות ואזור עיוור, ניתן להשתמש בו, למשל, לבניית חממה.

אז לבנייה פרטית, חיזוק פלסטי הוא האפשרות הטובה ביותר, ואף חסכונית יותר. אם אתה סופר לטון, זה יקר יותר, אבל אם אתה מחשיב שבגלל הכובד הספציפי הקל יותר של המוטות, יש יותר כאלה בכמות, אז התועלת היא מוחשית למדי.