Armering laget av komposittmaterialer - et skritt inn i fremtiden

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Periodiske profilstenger av glassfiber

Vi vet alle at produkter og konstruksjoner laget av betong er internt forsterket, da dette øker deres styrke og sprekkmotstand betydelig. Stålstenger eller ledninger takler perfekt oppgaven som er tildelt dem, men har to ulemper. Den første er den lave korrosjonsmotstanden til metallet, og den andre er den høye prisen.

Armering som er laget på basis av plast er to til tre ganger billigere, har mindre vekt, er ikke redd for korrosjon, og styrken er ganske nok til bruk i lavtliggende konstruksjoner, og ikke bare. Likevel er det mange som ikke engang mistenker at det eksisterer - så vi bestemte oss for å bygge bro over dette gapet.

Ikke-metallisk forsterkning: historien om utseende og utvikling

Som vanlig viser det seg at det ikke er noen nyhet ved nærmere undersøkelse. Bare fra det øyeblikket den første ideen oppsto, til dens implementering og universelle anerkjennelse, går ofte tiår. Den samme historien skjedde med ikke-metalliske beslag, interessen som landet oppsto for et halvt århundre siden.

Korrosjon av stålarmering provoserer ødeleggelsen av det beskyttende laget med betong

Så:

• Det var forbundet med behovet for oppføring av betongkonstruksjoner, som skulle betjenes under aggressive forhold. I våt modus - og selv når det ikke er rent vann, men eventuelle kjemiske væsker, er det veldig vanskelig og dyrt å gi korrosjonsmotstand for tradisjonell stålarmering.
• Noen ganger ble det også nødvendig å lage strukturer med dielektriske og antimagnetiske egenskaper, for eksempel under bygging av forskningsinstitutter, eller medisinske sentre der følsomt utstyr ble installert.
• I prosjekter der lette konstruksjoner med et tilstrekkelig høyt styrkenivå skulle anvendes, var det bare en kombinasjon av høykvalitets betong med komposittarmering som kunne gi disse kravene. Forresten, betong i seg selv, når polymer eller stålfiber tilsettes den, kan også betraktes som et sammensatt materiale.

I tillegg, i landet, med stadig økende etterspørsel etter stål, var det en mangel på malmproduksjon som kunne tilfredsstille dem, og det var heller ikke nok tilsetningsstoffer som legering ble utført med. Det var åpenbart at behovet for å lage ikke-metallisk forsterkning modnet, noe som førte til at utviklerne, så å si, til nye prestasjoner.

Hvordan det hele startet med oss

Den første teknologien for å produsere armering med en diameter på 6 mm, basert på glassfiber med zirkoniumtilsetningsstoffer, ble utviklet i unionen på syttitallet. Dens støttebase ble laget av en sømløs glass alkalisk fiber med en diameter på opptil 15 mikron, hvis bjelker ble kombinert til stenger ved bruk av syntetiske harpikser.

• Selvfølgelig begynte de ikke umiddelbart å bruke slik forsterkning, men til å begynne med studerte de bare dens egenskaper: mekanikk, kjemisk resistens og holdbarhet. I følge resultatene fra observasjoner forbedret komposisjonen til det var mulig å oppnå stenger med en elastisk modul på 50 000 MPa og strekkfasthet på 1,5 tusen MPa.
• Deres bøyestyrke ble testet ved å produsere prototyper av betongprodukter laget med glassfiberarmering og utsatt for statiske belastninger.De første slike produkter var traversstøtter for kraftledninger, som ble montert på forsøkssteder.
• Basert på resultatene fra eksperimentene ble TUs utviklet for fremstilling av glassfiberarmering, samt betingelsene for utforming av betongkonstruksjoner med dens bruk. Parallelt ble bruksområder for det nye materialet anbefalt, som ikke bare omfattet konstruksjon, men også den kjemiske industrien, metallurgi.

Storstilt bruk av ikke-metallisk armering fungerte imidlertid ikke da. I utgangspunktet begynte det å bli brukt til fremstilling av betongspeler, skråninger, strukturer av overganger og for å styrke noen bærende konstruksjoner.

Men på slutten av 80-tallet ble det på grunnlag av glassfiberarmering bygget en 15-meters bro i Khabarovsk-territoriet, som hver av de fem bjelkene var forsterket med en 24-stavs sammensatt bjelke, pluss et typisk ståltrådbunt. Resultatet var utmerket, og broen fungerer fortsatt i dag. Det var bare begynnelsen ...

Og hvordan er det i utlandet?

Hvis du sporer historien om sammensatt forsterkning som en helhet, kommer den fra førtiårene av forrige århundre - det vil si fra etterkrigsårene. Landet vårt var da ikke opp til å lage nye materialer, men i USA ble komposittformelen jobbet hardt. I disse årene har det allerede begynt å bli mye brukt, fordi billige materialer ganske enkelt var nødvendige for en økonomi i utvikling.

Det var her i landet det ble laget glassfiberarmering med konstant tverrsnitt, som først bare ble brukt til fremstilling av varelager. En mer alvorlig anvendelse begynte allerede på 60-tallet, da komposittet begynte å bli betraktet som et alternativ til metallarmering.

Først av alt begynte de å bruke den til å forsterke fortau, som du vet ikke bare med dem, men også hos oss, er strødd over salt for å fjerne is om vinteren. Og det ødelegger ikke bare hjulene til biler, men også, siver i form av en løsning gjennom tykkelsen på betong, korroderer den indre armeringen.

Så:

• Det er i dette området, plastens motstand mot korrosjon viste seg å være den beste. Det eneste som fungerte som et hinder for fullstendig erstatning av metall med en kompositt, var dets høye kostnader, som bare var mulig å redusere på tjue år. Derfor ble først sink- eller epoksybelegg ganske enkelt påført metallet.
• Men siden det viste seg at glassfiberarmering for polymerbetong er mer effektivt enn stålarmering - forskjellige egenskaper ved termisk ekspansjon påvirket, så ble i 1983 det første dokumentet utviklet i USA som regulerer bruken av sammensatte teknologier i utformingen av broer.
• Hvorfor broer? Ja, fordi deres dårlige tilstand var forbundet med korrosjon av beslag, noe som i stor grad plaget tjenestene som var ansvarlige for deres drift. Sammensatt forsterkning ble da ansett som den viktigste muligheten til å løse dette problemet.
• Etter dette har det allerede begynt å bli brukt til avansert teknologi: i utformingen av laboratorier og medisinske sentre fylt med elektronikk, rullebaner og til og med reaktorer i elektriske transformatorstasjoner.
• I Japan begynte utbredt bruk av ikke-metallisk forsterkning på midten av nittitallet. Da hadde de mer enn hundre store prosjekter - hovedsakelig kommersielle, der glassfiberarmering ble brukt. Omtrent på samme tid, med start fra Tyskland, begynte det å bli brukt i Europa, så vel som Canada.

Men den mest solide forbruker av sammensatt forsterkning var selvfølgelig Kina.Her i landet ble den ikke bare brukt til bygging av broer, men var også den første som ble brukt til utforming av underjordiske og tunnelkonstruksjoner.

Det som har endret seg i dag

All informasjonen ovenfor snakker om de solide fordelene ved sammensatt forsterkning, og ikke bare de fleste private handelsmenn, men mange utbyggere vet ikke om den. Og de som fremdeles vet, er noen ganger skeptiske til dette materialet.

For å fjerne tvil, vil vi beskrive mer detaljert hva polymerforsterkning som produseres i dag, i hvilke områder den kan brukes, og hvor ikke.

Variasjoner av polymerforsterkning

I dag er det flere produksjonsteknikker for ikke-metalliske beslag som bruker forskjellige råvarer.

For å gjøre forskjellen mer forståelig, for klarhet, vil vi presentere hovedtypene i form av en tabell:

Hvordan ser armeringen ut?	Særskilte trekk
glassfiber	Bildet viser glassfiberarmering (GFRP-Rebar) - det vanligste alternativet. Plaststenger opp til 12 m lange er forsterket med kontinuerlig glassfiber, og er laget i diameter mellom 4 og 40 mm. Slik armering blir brukt som et alternativ til stålanalogen - i konstruksjoner med ustresset eller med forspent armering.
Basaltplastikk	Denne typen forsterkning (BFRP) skiller seg fra forrige versjon ved at basaltfiber her ikke brukes til glass, men den skiller seg ikke bare i farger, men har også en høyere motstand mot aggressive miljøer. Nivået på brannmotstand er omtrent det samme, siden enhver polymer tåler maksimalt +160 grader. Ideell for fundamenter og blinde områder.
Karbonbeslag	Denne armaturen, forkortet CFRP, kalles karbon, fordi her, i takt med syntetiske termohærdende harpikser, brukes karbonfiber. I motsetning til de tidligere alternativene, kan den ha en sandfinish, som vi ser på bildet. Den brukes ikke bare i sivile, men også i industriell konstruksjon, så vel som når du legger veier, setter opp broer, sjø og kommunikasjonsstrukturer. Vi understreker at strekkfastheten til slik forsterkning er fem ganger høyere enn for stålstenger i klasse AIII, og 10 ganger lettere enn den.

Alle polymerarmeringsalternativer kan gjøres i form av kabler, stenger eller profilerte stenger. Seksjonsprofilformer kan også være forskjellige: hule, solide, firkantede, runde.

Fibernes vikling kan også variere, og, som du ser av bildene, muligheten til det ytre belegget. Avhengig av diameter og fleksibilitetsgrad, kan armeringen selges som enkeltstenger, eller vri i spoler.

Er det noen ulemper?

Mye har blitt sagt om fordelene ved polymerforsterkning, men den potensielle brukeren kan ha et legitimt spørsmål: "Hva er ulempene med materialet, og hvor er bruken uønsket?"

Her vil vi svare på det i denne delen av artikkelen:

• Det er ingen perfekte materialer. Noen av dem har visse ulemper, og her avhenger det alt av bruken, og driftsforholdene til strukturen.
• Spesielt er polymeren underordnet det samme stål i brannmotstand, siden plasten har en tykkelse på betong, smelter allerede fra +200 Celsius. Smeltepunktet for stål er syv ganger høyere, så i noen konstruksjonsområder kan det ikke erstattes med plast.
• For eksempel brukes ikke komposittarmering til fremstilling av gulvplater. Følgelig er rammelementene i prefabrikkerte bygninger i flere etasjer, eller produksjonsverksteder med økt brannfare, forsterket med stålrammer - og det er forståelig hvorfor.
• Men for fundamentet betyr ikke denne faktoren i det hele tatt, derfor er denne typen armering egnet for noen av dens typer.Monteringsprosessen til grunnrammen, fra den tradisjonelle, er praktisk talt den samme. Det eneste her er å bruke plastbånd til strikking - selv om du også kan bruke ledning.

• En av ulempene er at det er umulig å gi komposittarmeringen den ønskede formen ved enkel oppvarming. Derfor, hvis det er nødvendig å produsere strukturer med buede former, lages rammedeler for dem av produsenten for å bestille.
• På dette slutter faktisk listen over mangler. Områder der bruk av sammensatt armering er å foretrekke er mye mer enn begrensninger.
• Legg merke til at slik forsterkning er enkel å bearbeide, du kan kutte den med en enkel båndsag, eller, med en liten diameter, bruke nipper. I hverdagen, i tillegg til å helle fundamenter og et blint område, kan det brukes for eksempel til bygging av et drivhus.

Så for privat konstruksjon er plastarmering det beste alternativet, og enda mer økonomisk. Hvis du regner med et tonn, er det dyrere, men hvis du vurderer at på grunn av den lettere spesifikke tyngdekraften til stavene, er det flere av dem i mengde, så er fordelen ganske håndgripelig.