Pengukuhan yang diperbuat daripada bahan komposit - selangkah ke masa depan

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Batang profil berkala gentian kaca

Kita semua tahu bahawa produk dan struktur yang diperbuat daripada konkrit diperkuat secara dalaman, kerana ini meningkatkan kekuatan dan ketahanan retakan mereka. Batang keluli atau dawai, sesuai dengan tugas yang diberikan kepadanya, tetapi mempunyai dua kekurangan. Yang pertama adalah ketahanan kakisan logam yang rendah, dan yang kedua adalah harganya yang tinggi.

Pengukuhan yang dibuat berdasarkan plastik adalah dua hingga tiga kali lebih murah, mempunyai berat badan lebih sedikit, tidak takut kakisan, dan kekuatannya cukup untuk digunakan dalam pembinaan tingkat rendah, dan bukan hanya. Walaupun begitu, banyak orang bahkan tidak mengesyaki kewujudannya - jadi kami memutuskan untuk merapatkan jurang ini.

Pengukuhan bukan logam: sejarah penampilan dan perkembangan

Seperti biasa, apa-apa kebaruan apabila diperiksa lebih dekat sama sekali tidak berubah. Cukup, dari saat idea pertama muncul, hingga pelaksanaannya dan pengiktirafan sejagat, dekad sering berlalu. Kisah yang sama berlaku dengan kelengkapan bukan logam, minat di negara ini timbul setengah abad yang lalu.

Kakisan tetulang keluli memprovokasi pemusnahan lapisan pelindung konkrit

Jadi:

• Ini terkait dengan kebutuhan untuk membangun struktur konkrit, yang harus dioperasikan dalam keadaan agresif. Dalam mod basah - dan walaupun ia bukan air tulen, tetapi sebilangan cecair kimia, sangat sukar dan tidak murah untuk memberikan ketahanan kakisan untuk pengukuhan keluli tradisional.
• Kadang-kadang perlu membuat struktur dengan sifat dielektrik dan antimagnetik, misalnya, semasa pembinaan institusi penyelidikan, atau pusat perubatan di mana peralatan sensitif dipasang.
• Dalam projek di mana konstruksi ringan harus digunakan dengan tingkat kekuatan yang cukup tinggi, hanya kombinasi konkrit berkualiti tinggi dengan tetulang komposit yang dapat memberikan persyaratan ini. By the way, konkrit itu sendiri, apabila polimer atau serat keluli ditambahkan padanya, juga dapat dianggap sebagai bahan komposit.

Di samping itu, di negara ini, dengan permintaan baja yang terus meningkat, ada kekurangan produksi bijih yang dapat memuaskan mereka, dan ada juga kekurangan bahan tambahan yang digunakan untuk membuat paduan. Sudah jelas bahawa keperluan untuk membuat tetulang bukan logam telah matang, yang mendorong para pemaju, untuk berbicara, mencapai pencapaian baru.

Bagaimana semuanya bermula dengan kami

Teknologi pertama untuk pembuatan tetulang dengan diameter 6 mm, berdasarkan gentian kaca dengan zirkonium, dikembangkan di Union pada tahun tujuh puluhan. Pangkalan penyokongnya dibuat dari serat alkali gelas kaca dengan diameter hingga 15 mikron, baloknya digabungkan menjadi rod menggunakan resin sintetik.

• Sudah tentu, mereka tidak segera menggunakan penguat seperti itu, tetapi pada mulanya mereka hanya mempelajari sifatnya: mekanik, ketahanan kimia, dan ketahanan. Berdasarkan hasil pemerhatian, komposisi komposit bertambah baik sehingga dapat memperoleh rod dengan modulus elastik 50 ribu MPa dan kekuatan tegangan 1.5 ribu MPa.
• Kekuatan lenturan mereka diuji dengan pembuatan prototaip produk konkrit yang dibuat menggunakan tetulang gentian kaca dan dikenakan beban statik.Produk pertama seperti sokongan melintasi saluran kuasa, yang dipasang di laman eksperimen.
• Berdasarkan hasil eksperimen, TU dikembangkan untuk pembuatan tetulang gentian kaca, dan juga syarat-syarat untuk reka bentuk struktur konkrit dengan penggunaannya. Secara selari, bidang aplikasi bahan baru disarankan, yang meliputi bukan hanya pembinaan, tetapi juga industri kimia, metalurgi.

Walau bagaimanapun, penggunaan tetulang bukan logam secara besar-besaran tidak berfungsi pada masa itu. Pada asasnya, ia mula digunakan untuk pembuatan cerucuk konkrit, cerun, struktur jalan layang, dan pengukuhan beberapa struktur pendukung.

Tetapi pada akhir tahun 80-an, berdasarkan tetulang gentian kaca, sebuah jambatan sepanjang 15 meter telah dibina di Wilayah Khabarovsk, masing-masing dari lima baloknya diperkuat dengan balok komposit 24 batang, ditambah dengan balok khas dawai keluli. Hasilnya sangat baik, dan jambatan ini masih berfungsi hingga kini. Itu baru permulaan ...

Dan bagaimana keadaannya di luar negara?

Sekiranya anda menelusuri sejarah peneguhan komposit secara keseluruhan, maka ia berasal dari empat puluhan abad yang lalu - iaitu, sejak tahun-tahun selepas perang. Negara kita ketika itu tidak sesuai dengan penciptaan bahan baru, namun, di AS, formula komposit ini diusahakan secara intensif. Pada tahun-tahun ini, sudah mulai digunakan secara meluas, kerana bahan murah hanya diperlukan untuk ekonomi yang sedang berkembang.

Di negara ini, tetulang gentian kaca dengan keratan rentas tetap dibuat, yang pada mulanya hanya digunakan untuk pembuatan inventori. Aplikasi yang lebih serius bermula pada tahun 60-an, ketika komposit mula dianggap sebagai alternatif untuk pengukuhan logam.

Mula-mula, mereka mula menggunakannya untuk mengukuhkan turapan, yang, seperti yang anda ketahui, tidak hanya dengan mereka, tetapi juga dengan kita, ditaburkan dengan garam untuk menghilangkan ais pada musim sejuk. Dan itu tidak hanya merosakkan roda kereta, tetapi juga, merembes dalam bentuk penyelesaian melalui ketebalan konkrit, menghakis tetulang dalaman.

Jadi:

• Di kawasan ini, ketahanan plastik terhadap kakisan terbukti menjadi yang terbaik. Satu-satunya perkara yang menjadi halangan kepada penggantian logam sepenuhnya dengan komposit adalah kosnya yang tinggi, yang hanya dapat dikurangkan dalam dua puluh tahun. Oleh itu, pada mulanya salutan zink atau epoksi hanya digunakan pada logam.
• Tetapi kerana ternyata tetulang gentian kaca untuk konkrit polimer lebih berkesan daripada tetulang keluli - ciri pengembangan haba yang berbeza dipengaruhi, maka pada tahun 1983, dokumen pertama dikembangkan di Amerika Syarikat yang mengatur penggunaan teknologi komposit dalam reka bentuk jambatan.
• Mengapa jambatan? Ya, kerana keadaan mereka yang buruk dikaitkan dengan kakisan kelengkapan, yang sangat mengganggu perkhidmatan yang bertanggungjawab untuk operasi mereka. Pengukuhan komposit kemudian dianggap sebagai peluang utama untuk menyelesaikan masalah ini.
• Setelah itu, alat ini sudah mulai digunakan untuk teknologi canggih: dalam reka bentuk makmal dan pusat perubatan yang diisi dengan elektronik, landasan lapangan terbang, dan bahkan reaktor di pencawang elektrik.
• Di Jepun, penggunaan tetulang bukan logam secara meluas bermula pada pertengahan tahun sembilan puluhan. Kemudian mereka mempunyai lebih dari seratus projek besar - terutamanya komersial, di mana tetulang gentian kaca digunakan. Pada masa yang sama, bermula dari Jerman, ia mula digunakan di Eropah, begitu juga Kanada.

Tetapi pengguna penguat komposit yang paling kukuh, tentu saja, adalah China.Di negara ini, bangunan ini tidak hanya digunakan untuk pembinaan jambatan, tetapi juga yang pertama digunakan untuk reka bentuk struktur bawah tanah dan terowong.

Apa yang telah berubah hari ini

Semua maklumat di atas membincangkan kelebihan kukuh tetulang komposit, dan, bagaimanapun, bukan sahaja kebanyakan peniaga swasta, tetapi banyak pembangun tidak mengetahui mengenainya. Dan mereka yang masih tahu, kadang-kadang ragu-ragu terhadap bahan ini.

Untuk menghilangkan keraguan, kami akan menerangkan dengan lebih terperinci apa tetulang polimer dihasilkan hari ini, di kawasan mana ia boleh digunakan, dan di mana tidak.

Varieti tetulang polimer

Hari ini, terdapat beberapa teknik pembuatan untuk kelengkapan bukan logam yang menggunakan bahan mentah yang berbeza.

Untuk membuat perbezaan lebih mudah difahami, untuk kejelasan, kami akan membentangkan jenis utama dalam bentuk jadual:

Seperti apa tetulang?	Ciri khas
Gentian kaca	Foto menunjukkan tetulang gentian kaca (GFRP-Rebar) - pilihan yang paling biasa. Batang plastik dengan panjang hingga 12 m diperkuat dengan gentian kaca berterusan, dibuat dari jarak diameter antara 4 hingga 40 mm. Pengukuhan sedemikian digunakan sebagai alternatif kepada analog keluli - dalam struktur dengan tetulang yang tidak bertali atau dengan prategasan.
Plastik basal	Jenis tetulang ini (BFRP) berbeza dengan versi sebelumnya kerana ia tidak menggunakan kaca tetapi gentian basalt untuk tetulang, berbeza bukan hanya dalam warna, tetapi juga mempunyai daya tahan yang lebih tinggi terhadap lingkungan yang agresif. Tahap ketahanan api hampir sama, kerana mana-mana polimer dapat menahan maksimum +160 darjah. Sangat sesuai untuk kawasan yayasan dan kawasan buta.
Kelengkapan karbon	Lekapan ini, yang disebut dengan singkatan CFRP, disebut karbon, kerana di sini, bersamaan dengan resin termoset sintetik, serat karbon digunakan. Tidak seperti pilihan sebelumnya, ia dapat memiliki lapisan berpasir, seperti yang kita lihat dalam foto. Ia digunakan tidak hanya dalam bangunan sipil, tetapi juga dalam pembinaan industri, dan juga ketika meletakkan jalan, mendirikan jambatan, laut dan struktur komunikasi. Kami menekankan bahawa kekuatan tegangan tetulang sedemikian adalah lima kali lebih tinggi daripada rod keluli kelas AIII, dan 10 kali lebih ringan darinya.

Semua pilihan tetulang polimer boleh dibuat dalam bentuk kabel, batang atau batang berprofil. Bentuk profil bahagian juga boleh berbeza: berongga, padat, persegi, bulat.

Penggulungan serat juga boleh berbeza, dan seperti yang anda lihat dari gambar, pilihan lapisan luar. Bergantung pada diameter dan tahap fleksibiliti, tetulang boleh dijual sebagai batang tunggal, atau dipintal menjadi gegelung.

Adakah terdapat keburukan?

Banyak yang telah diperkatakan mengenai kelebihan tetulang polimer, tetapi pengguna potensinya mungkin mempunyai pertanyaan yang sah: "Apa kelemahan bahan tersebut, dan di mana penggunaannya tidak diinginkan?"

Di sini kita akan menjawabnya di bahagian artikel ini:

• Tidak ada bahan yang sempurna. Mana-mana daripadanya mempunyai kelemahan tertentu, dan di sini semuanya bergantung pada aplikasi, dan keadaan operasi struktur.
• Khususnya, polimer lebih rendah daripada keluli yang sama dalam ketahanan api, kerana, dalam ketebalan konkrit, plastik mulai mencair sudah dari +200 Celsius. Titik lebur keluli tujuh kali lebih tinggi, jadi di beberapa kawasan pembinaan, ia tidak boleh diganti dengan plastik.
• Sebagai contoh, tetulang komposit tidak digunakan untuk pembuatan papak lantai. Oleh itu, elemen bingkai bangunan bertingkat prefabrikasi, atau bengkel pengeluaran dengan peningkatan bahaya kebakaran, diperkuat dengan bingkai keluli - dan dapat difahami mengapa.
• Tetapi untuk asasnya, faktor ini sama sekali tidak penting, oleh itu tetulang jenis ini sesuai untuk mana-mana jenisnya.Proses pemasangan kerangka asas, dari yang tradisional hampir sama. Satu-satunya perkara di sini adalah menggunakan tali plastik untuk merajut - walaupun, anda juga boleh memasang wayar.

• Salah satu kesulitan adalah bahawa mustahil untuk memberikan tetulang komposit bentuk yang diinginkan dengan pemanasan sederhana. Oleh itu, jika perlu untuk membuat struktur dengan bentuk melengkung, bahagian kerangka untuknya dibuat oleh pengeluar untuk membuat pesanan.
• Mengenai hal ini, sebenarnya, kekurangan akan berakhir. Kawasan di mana penggunaan tetulang komposit lebih disukai adalah lebih daripada sekatan.
• Perhatikan bahawa tetulang seperti itu mudah diproses, anda boleh memotongnya dengan gergaji besi sederhana, atau, dengan diameter kecil, gunakan penoreh. Dalam kehidupan sehari-hari, selain mencurahkan asas dan kawasan buta, ia dapat digunakan, misalnya, untuk pembinaan rumah hijau.

Jadi untuk pembinaan persendirian, tetulang plastik adalah pilihan terbaik, dan lebih menjimatkan. Sekiranya anda bergantung pada satu tan, ia lebih mahal, tetapi jika anda menganggapnya kerana berat rod yang lebih ringan, jumlahnya lebih banyak, maka faedahnya cukup ketara.