Armatūra, kas izgatavota no kompozītmateriāliem - solis nākotnē

Gusevskis Andrejs Anatoljevičs

Stikla šķiedras periodiskā profila stieņi

Mēs visi zinām, ka izstrādājumi un konstrukcijas, kas izgatavoti no betona, ir iekšēji pastiprināti, jo tas ievērojami palielina to izturību un izturību pret plaisām. Tērauda stieņi vai stieples lieliski tiek galā ar viņiem uzticēto uzdevumu, taču tiem ir divi trūkumi. Pirmais ir zema metāla izturība pret koroziju, un otrais ir tā augstā cena.

Armatūra, kas izgatavota uz plastmasas pamata, ir divas līdz trīs reizes lētāka, tai ir mazāks svars, nebaidās no korozijas, un tās izturība ir diezgan pietiekama izmantošanai mazstāvu celtniecībā, un ne tikai. Neskatoties uz to, daudziem cilvēkiem pat nav aizdomas par tā esamību - tāpēc mēs nolēmām šo plaisu novērst.

Nemetālisks armatūra: izskata un attīstības vēsture

Kā parasti, jebkurš jaunums pēc tuvākas izpētes nemaz neizrādās. Vienkārši no brīža, kad radusies pirmā ideja, līdz tās īstenošanai un vispārējai pieņemšanai, bieži paiet gadu desmiti. Tas pats stāsts notika ar nemetālisko veidgabalu, par kuru interese valstī radās pirms pusgadsimta.

Tērauda armatūras korozija provocē betona aizsargkārta iznīcināšanu

Tātad:

• Tas bija saistīts ar nepieciešamību uzstādīt betona konstrukcijas, kuras bija paredzēts ekspluatēt agresīvos apstākļos. Mitrā režīmā - un pat ja tas nav tīrs ūdens, bet visi ķīmiskie šķidrumi, ir ļoti grūti un dārgi nodrošināt izturību pret koroziju tradicionālajiem tērauda stiegrojumiem.
• Dažreiz arī radās vajadzība izveidot struktūras ar dielektriskām un antimagnētiskām īpašībām - piemēram, pētniecības institūtu vai medicīnas centru celtniecības laikā, kur tika uzstādīts jutīgs aprīkojums.
• Projektos, kur bija jāpieliek vieglas konstrukcijas ar pietiekami augstu izturības līmeni, šīs prasības var nodrošināt tikai augstas kvalitātes betona kombinācija ar kompozītmateriāla stiegrojumu. Starp citu, pats betons, kad tam pievieno polimēru vai tērauda šķiedru, arī var tikt uzskatīts par kompozītmateriālu.

Turklāt valstī, pastāvīgi palielinoties tērauda pieprasījumam, trūka rūdas ražošanas, kas tos varētu apmierināt, un trūka arī piedevu, ar kurām tika veikta leģēšana. Bija acīmredzams, ka vajadzība radīt nemetālisku stiegrojumu ir nobriedusi, kas pamudināja izstrādātājus, tā sakot, uz jauniem sasniegumiem.

Kā viss sākās ar mums

Pirmā tehnoloģija armatūras ražošanai ar diametru 6 mm, kuras pamatā ir stikla šķiedra ar cirkonija piedevām, tika izstrādāta Savienībā septiņdesmitajos gados. Tā nesošā pamatne tika izveidota no stikla bezšuvju sārma šķiedras ar diametru līdz 15 mikroniem, kuru sijas tika apvienotas stieņos, izmantojot sintētiskos sveķus.

• Protams, viņi nekavējoties neuzsāka izmantot šādu stiegrojumu, bet sākumā tikai pētīja tā īpašības: mehāniku, ķīmisko izturību un izturību. Saskaņā ar novērojumu rezultātiem kompozīta sastāvs uzlabojās, līdz bija iespējams iegūt stieņus ar elastības moduli 50 tūkstoši MPa un stiepes izturību 1,5 tūkstoši MPa.
• To lieces izturība tika pārbaudīta, izgatavojot betona izstrādājumu prototipus, kas izgatavoti, izmantojot stiklplasta stiegrojumu un pakļauti statiskām slodzēm.Pirmie šādi izstrādājumi bija elektrolīniju šķērseniskie balsti, kas tika uzstādīti eksperimentālajās vietās.
• Balstoties uz eksperimentu rezultātiem, tika izstrādāti TU stiklplasta stiegrojuma ražošanai, kā arī nosacījumi betona konstrukciju projektēšanai ar tās pielietojumu. Paralēli tika ieteiktas jaunā materiāla pielietojuma jomas, kas ietvēra ne tikai būvniecību, bet arī ķīmisko rūpniecību, metalurģiju.

Tomēr plaša mēroga nemetālisku stiegrojumu izmantošana toreiz nedarbojās. Pamatā to sāka izmantot betona pāļu, nogāžu, estakāžu konstrukciju un dažu nesošo konstrukciju stiprināšanai.

Bet 80. gadu beigās, pamatojoties uz stiklplasta stiegrojumu, Habarovskas teritorijā tika uzbūvēts 15 metru tilts, kura katra no piecām sijām tika pastiprināta ar 24 stiepļu kompozītmateriāla siju, kā arī ar tipisku tērauda stieples siju. Rezultāts bija lielisks, un tilts joprojām darbojas šodien. Tas bija tikai sākums ...

Un kā ir ārzemēs?

Ja jūs izsekot kompozītmateriālu nostiprināšanas vēsturei kopumā, tad tas nāk no pagājušā gadsimta četrdesmitajiem gadiem, tas ir, no pēckara gadiem. Pēc tam mūsu valsts netika galā ar jaunu materiālu radīšanu, tomēr ASV tika intensīvi strādāta ar kombinēto formulu. Šajos gados to jau sāka plaši izmantot, jo lēti materiāli bija vienkārši nepieciešami jaunattīstības ekonomikai.

Tieši šajā valstī tika izveidota stiklplasta armatūra ar nemainīgu šķērsgriezumu, kas sākumā tika izmantota tikai inventāra ražošanai. Nopietnāks pielietojums sākās jau 60. gados, kad kompozītu sāka uzskatīt par alternatīvu metāla armatūrai.

Pirmkārt, viņi to sāka izmantot apšuvuma stiprināšanai, kurus, kā jūs zināt, ne tikai ar viņiem, bet arī ar mums, apkaisa ar sāli, lai ziemā noņemtu ledu. Un tas sabojā ne tikai automašīnu riteņus, bet arī, betona biezumā nonākot šķīduma formā, korozē iekšējo stiegrojumu.

Tātad:

• Tieši šajā jomā plastmasas izturība pret koroziju izrādījās vislabākā. Vienīgais, kas kalpoja par šķērsli pilnīgai metāla aizstāšanai ar kompozītu, bija tā augstās izmaksas, kuras bija iespējams samazināt tikai divdesmit gadu laikā. Tāpēc sākumā uz metāla vienkārši tika uzklāts cinka vai epoksīda pārklājums.
• Bet, tā kā izrādījās, ka stiklplasta stiegrojums polimērbetonam ir daudz efektīvāks nekā tērauda stiegrojums - ietekmēja dažādas termiskās izplešanās īpašības, tad 1983. gadā Amerikas Savienotajās Valstīs tika izstrādāts pirmais dokuments, kas regulē kompozītmateriālu tehnoloģiju izmantošanu tiltu projektēšanā.
• Kāpēc tilti? Jā, jo viņu sliktais stāvoklis bija saistīts ar veidgabalu koroziju, kas ievērojami traucēja par to darbību atbildīgajiem dienestiem. Pēc tam par galveno iespēju šīs problēmas risināšanā uzskatīja kompozītmateriāla pastiprināšanu.
• Pēc tam to jau sāka izmantot progresīvām tehnoloģijām: projektējot laboratorijas un medicīnas centrus, kas pildīti ar elektroniku, lidostu skrejceļus un pat reaktorus elektriskās apakšstacijās.
• Japānā plaši nemetālisku stiegrojumu sāka izmantot deviņdesmito gadu vidū. Tad viņiem bija vairāk nekā simts lielu projektu - galvenokārt komerciālu, kuros tika izmantots stiklplasta stiegrojums. Aptuveni tajā pašā laikā, sākot no Vācijas, to sāka izmantot Eiropā, kā arī Kanādā.

Bet visspēcīgākais kompozītmateriālu armatūras patērētājs, protams, bija Ķīna.Šajā valstī to izmantoja ne tikai tiltu būvē, bet arī pirmo reizi to izmantoja pazemes un tuneļu konstrukciju projektēšanā.

Kas šodien ir mainījies

Visa iepriekš minētā informācija runā par kompozītmateriāla armatūras priekšrocībām, un tomēr ne tikai vairums privāto tirgotāju, bet arī daudzi celtnieki par to nezina. Un tie, kas joprojām zina, dažreiz skeptiski vērtē šo materiālu.

Lai kliedētu šaubas, mēs sīkāk aprakstīsim, kāda polimēra armatūra tiek ražota mūsdienās, kādās vietās to var izmantot, un kurā ne.

Polimēru pastiprināšanas šķirnes

Mūsdienās ir vairākas nemetālisko veidgabalu ražošanas metodes, kurās tiek izmantotas dažādas izejvielas.

Lai atšķirība būtu saprotamāka, skaidrības labad tabulas veidā parādīsim galvenos veidus:

Kā izskatās armatūra?	Specifiskas īpatnības
Stikla šķiedra	Fotoattēlā redzams stiklplasta armatūra (GFRP-Armatūra) - visizplatītākā iespēja. Plastmasas stieņi līdz 12 m ir pastiprināti ar nepārtrauktu stikla šķiedru, kuru diametrs ir no 4 līdz 40 mm. Šāda armatūra tiek izmantota kā alternatīva tērauda analogam - konstrukcijās ar neiespiestu vai ar iepriekš saspiestu armatūru.
Bazalta plastmasa	Šis armatūras veids (BFRP) atšķiras no iepriekšējās versijas ar to, ka bazalta šķiedra šeit tiek izmantota nevis stiklam, bet tai ir atšķirīga ne tikai krāsa, bet tai ir arī lielāka izturība pret agresīvu vidi. Ugunsizturības līmenis ir aptuveni vienāds, jo jebkurš polimērs var izturēt maksimāli +160 grādus. Ideāli piemērots pamatiem un neredzīgajiem laukumiem.
Oglekļa piederumi	Šo armatūru, ko apzīmē ar saīsinājumu CFRP, sauc par oglekli, jo šeit vienlaikus ar sintētiskiem termoreaktīviem sveķiem tiek izmantota oglekļa šķiedra. Atšķirībā no iepriekšējām iespējām tam var būt smilšaina apdare, ko mēs redzam fotoattēlā.To izmanto ne tikai civilajā, bet arī rūpnieciskajā būvniecībā, kā arī, klājot ceļus, būvējot tiltus, jūras un komunikāciju struktūras. Mēs uzsveram, ka šādas armatūras stiepes izturība ir piecas reizes augstāka nekā AIII klases tērauda stieņiem un 10 reizes vieglāka par to.

Visas polimēru stiprināšanas iespējas var izgatavot kabeļu, stieņu vai profilētu stieņu veidā. Sekciju profila formas var būt arī atšķirīgas: doba, cieta, kvadrātveida, apaļa.

Arī šķiedru tinumi var atšķirties, un, kā redzat attēlos, ārējā pārklājuma iespēja. Atkarībā no diametra un elastības pakāpes armatūru var pārdot kā atsevišķus stieņus vai arī savītus uz spoles.

Vai ir kādi trūkumi?

Daudz tika runāts par polimēra pastiprināšanas priekšrocībām, taču tā potenciālajam lietotājam var rasties pamatots jautājums: “Kādi ir materiāla trūkumi, un kur tā lietošana ir nevēlama?”

Šeit mēs atbildēsim uz to šajā raksta daļā:

• Nav ideālu materiālu. Jebkuram no tiem ir noteikti trūkumi, un šeit tas viss ir atkarīgs no pielietojuma un konstrukciju darbības apstākļiem.
• Jo īpaši polimērs ir zemāks par to pašu tēraudu, kas ir ugunsizturīgs, jo, būdams betona biezumā, plastmasa sāk izkausēt jau no +200 Celsija. Tērauda kušanas temperatūra ir septiņas reizes augstāka, tāpēc dažās konstrukcijas jomās to nevar aizstāt ar plastmasu.
• Piemēram, saliktu stiegrojumu neizmanto grīdas plātņu ražošanā. Attiecīgi saliekamo daudzstāvu ēku vai ražošanas darbnīcu ar paaugstinātu ugunsbīstamību karkasa elementi tiek pastiprināti ar tērauda rāmjiem - un ir saprotams, kāpēc.
• Bet pamatam šim faktoram nav nozīmes, tāpēc šāda veida armatūra ir piemērota jebkuram no tā veidiem.Pamatu karkasa montāžas process no tradicionālā ir praktiski vienāds. Vienīgais šeit ir adīšanai izmantot plastmasas saites - lai gan, jūs varat arī stiepli.

• Viena no neērtībām ir tā, ka ar vienkāršu karsēšanu nav iespējams dot kompozīta armatūrai vēlamo formu. Tāpēc, ja ir nepieciešams izgatavot konstrukcijas ar izliektām formām, rāmja detaļas tām izgatavo ražotājs pēc pasūtījuma.
• Ar to faktiski beidzas trūkumu saraksts. Jomas, kurās kompozītmateriāla armatūru ir vēlams izmantot, ir daudz vairāk nekā ierobežojumi.
• Ņemiet vērā, ka šādu stiegrojumu ir viegli apstrādāt, jūs varat to sagriezt ar vienkāršu zāģu, vai arī ar mazu diametru izmantot nipeļus. Ikdienā papildus pamatu un aklo zonu ielešanai to var izmantot, piemēram, siltumnīcas celtniecībai.

Tātad privātajai celtniecībai plastmasas stiprināšana ir labākais risinājums, un tas ir vēl ekonomiskāks. Ja skaita tonnu, tā ir dārgāka, bet, ja ņem vērā, ka stieņu vieglākā īpatnējā svara dēļ to ir vairāk, tad ieguvums ir diezgan jūtams.