Vystuženie z kompozitných materiálov - krok do budúcnosti

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Sklolaminátové periodické profilové tyče

Všetci vieme, že výrobky a konštrukcie z betónu sú vnútorne vystužené, pretože to výrazne zvyšuje ich pevnosť a odolnosť proti trhlinám. Oceľové tyče alebo drôty dokonale zvládnu zadanú úlohu, majú však dve nevýhody. Prvým je nízka odolnosť kovu proti korózii a druhým je jeho vysoká cena.

Vystuženie na báze plastu je dvakrát až trikrát lacnejšie, má menšiu hmotnosť, nebojí sa korózie a jeho pevnosť je dosť dobrá na použitie v nízkopodlažnej stavbe a nielen. Mnoho ľudí však jej existenciu ani netuší - preto sme sa rozhodli túto medzeru preklenúť.

Nekovová výstuž: história vzhľadu a vývoja

Ako obvykle sa neobjaví žiadna novinka po bližšom preskúmaní. Jednoducho, od okamihu, keď vznikla prvá myšlienka, až po jej implementáciu a všeobecné uznanie, často prechádzajú desaťročia. Rovnaký príbeh sa stal aj pri nekovových kovaniach, o ktoré sa v krajine prejavil pred polstoročím.

Korózia oceľovej výstuže spôsobuje deštrukciu ochrannej vrstvy betónu

takže:

• Súviselo to s potrebou výstavby betónových konštrukcií, ktoré sa mali prevádzkovať v agresívnych podmienkach. V mokrom režime - aj keď to nie je čistá voda, ale niektoré chemické kvapaliny, je veľmi ťažké a nie lacné zabezpečiť odolnosť proti korózii pri tradičnej oceľovej výstuži.
• Niekedy bolo potrebné vytvoriť štruktúry s dielektrickými a antimagnetickými vlastnosťami, napríklad pri výstavbe výskumných ústavov alebo lekárskych stredísk, v ktorých boli nainštalované citlivé zariadenia.
• V projektoch, kde sa mali aplikovať ľahké konštrukcie s dostatočne vysokou úrovňou pevnosti, mohla tieto požiadavky splniť iba kombinácia vysokokvalitného betónu s kompozitnou výstužou. Mimochodom, betón sám o sebe, keď sa k nemu pridávajú polymérové ​​alebo oceľové vlákna, možno tiež považovať za kompozitný materiál.

Okrem toho v krajine so stále rastúcim dopytom po oceli existoval nedostatok ťažby rúd, ktorý by ich mohol uspokojiť, a nedostatok prísad, s ktorými by sa mohla legovať. Bolo zrejmé, že potreba vytvorenia nekovovej výstuže dozrela, čo prinútilo vývojárov, aby som tak povedal, k novým úspechom.

Ako to všetko začalo u nás

Prvá technológia na výrobu výstuže s priemerom 6 mm, založená na lamináte s prísadami zirkónia, bola vyvinutá v Únii v sedemdesiatych rokoch. Jej nosná základňa bola vytvorená zo sklenených bezšvových alkalických vlákien s priemerom do 15 mikrónov, ktorých lúče boli pomocou syntetických živíc zlúčené do tyčí.

• Samozrejme, že nezačali okamžite používať takéto vystuženie, ale spočiatku študovali iba jeho vlastnosti: mechanika, chemická odolnosť a trvanlivosť. Podľa výsledkov pozorovaní sa zloženie kompozitu zlepšilo, až kým nebolo možné získať tyče s elastickým modulom 50 tisíc MPa a pevnosťou v ťahu 1,5 tisíc MPa.
• Ich ohybová pevnosť bola testovaná výrobou prototypov betónových výrobkov vyrobených pomocou sklenených vlákien a vystavených statickému zaťaženiu.Prvými takýmito výrobkami boli traverzy pre elektrické vedenia, ktoré boli namontované na pokusných miestach.
• Na základe výsledkov experimentov boli vyvinuté TU na výrobu výstuží zo sklenených vlákien, ako aj na podmienky navrhovania betónových štruktúr s ich použitím. Paralelne sa odporučili oblasti aplikácie nového materiálu, ktoré zahŕňali nielen stavebníctvo, ale aj chemický priemysel, hutníctvo.

Potom však nefungovalo rozsiahle použitie nekovovej výstuže. V zásade sa začal používať na výrobu betónových pilotov, svahov, nadjazdových štruktúr a vystužovania niektorých nosných konštrukcií.

Ale na konci 80. rokov, na výstuži zo sklenených vlákien, bol na území Khabarovsk postavený 15 metrov most, z ktorého každý z piatich lúčov bol vystužený 24-tyčovým zloženým lúčom plus typický lúč z oceľového drôtu. Výsledok bol vynikajúci a most funguje dodnes. Bol to len začiatok ...

A ako je to v zahraničí?

Ak sledujete históriu kompozitnej výstuže ako celku, potom má pôvod v štyridsiatych rokoch minulého storočia - to znamená z povojnových rokov. Naša krajina sa vtedy netýkala tvorby nových materiálov, ale v USA sa na zloženom zložení intenzívne pracovalo. V týchto rokoch sa to už začalo bežne využívať, pretože pre rozvojové hospodárstvo boli jednoducho potrebné lacné materiály.

V tejto krajine sa vytvorilo vystuženie sklenených vlákien s konštantným prierezom, ktoré sa pôvodne používalo iba na výrobu zásob. Vážnejšia aplikácia sa začala už v 60. rokoch, keď sa kompozit začal považovať za alternatívu kovovej výstuže.

Najskôr ho začali používať na spevnenie vozoviek, ktoré, ako viete, nie sú iba zimou posypané soľou, aby sa v zime odstránil ľad. A kazí to nielen kolesá automobilov, ale tiež presakuje vo forme roztoku cez hrúbku betónu, koroduje vnútorné vystuženie.

takže:

• V tejto oblasti sa ukázala najlepšia odolnosť plastov proti korózii. Jedinou vecou, ​​ktorá bola prekážkou úplnej výmeny kovu za kompozitný materiál, boli jeho vysoké náklady, ktoré bolo možné znížiť len za dvadsať rokov. Preto bol na kov najskôr nanesený zinkový alebo epoxidový povlak.
• Ale pretože sa ukázalo, že vystuženie sklenených vlákien pre polymérový betón je účinnejšie ako vystuženie oceľou - ovplyvnené boli rôzne vlastnosti tepelnej rozťažnosti, v roku 1983 bol prvý dokument vyvinutý v Spojených štátoch amerických, ktorý reguluje použitie kompozitných technológií pri navrhovaní mostov.
• Prečo mosty? Áno, pretože ich zlý stav súvisel s koróziou armatúr, čo značne obťažovalo služby zodpovedné za ich prevádzku. Zložené vystuženie sa potom považovalo za hlavnú príležitosť na vyriešenie tohto problému.
• V nadväznosti na to sa už začal používať na moderné technológie: pri navrhovaní laboratórií a lekárskych stredísk plnených elektronikou, letiskových dráh a dokonca aj reaktorov v elektrických rozvodniach.
• V Japonsku sa v polovici deväťdesiatych rokov začalo rozsiahle používanie nekovovej výstuže. Potom mali viac ako sto veľkých projektov - hlavne obchodných, na ktorých sa použila výstuž zo sklenených vlákien. Zhruba v rovnakom čase, počnúc Nemeckom, sa začal používať v Európe, ako aj v Kanade.

Najsilnejším spotrebiteľom kompozitnej výstuže však bola, samozrejme, Čína.V tejto krajine sa používal nielen pri stavbe mostov, ale bol tiež prvým, ktorý sa použil na navrhovanie podzemných a tunelových štruktúr.

Čo sa dnes zmenilo

Všetky vyššie uvedené informácie hovoria o solídnych výhodách kompozitnej výstuže, a to nielen väčšina súkromných obchodníkov, ale veľa staviteľov o tom nevie. A tí, ktorí to stále vedia, sú niekedy voči tomuto materiálu skeptickí.

Aby sme rozptýlili pochybnosti, podrobnejšie opíšeme, ktorá polymérna výstuž sa dnes vyrába, v ktorých oblastiach môže byť použitá a v ktorých nie.

Druhy polymérnej výstuže

V súčasnosti existuje niekoľko výrobných techník pre nekovové armatúry, ktoré používajú rôzne suroviny.

Aby bol rozdiel zrozumiteľnejší, predstavíme hlavné typy vo forme tabuľky:

Ako vyzerá výstuž?	Charakteristické rysy
laminát	Na fotografii je znázornená výstuž zo sklenených vlákien (GFRP-Rebar) - najbežnejšia možnosť. Plastové tyče do dĺžky 12 m sú vystužené súvislým skleneným vláknom a vyrábajú sa v rozmedzí priemerov od 4 do 40 mm. Takéto vystuženie sa používa ako alternatíva k analógu ocele - v štruktúrach s nevyťaženým alebo predpätým vystužením.
Čadičový plast	Tento druh výstuže (BFRP) sa líši od predchádzajúcej verzie v tom, že na vystuženie nepoužíva sklo, ale čadičové vlákno, líši sa nielen farbou, ale má aj vyššiu odolnosť voči agresívnemu prostrediu. Úroveň požiarnej odolnosti je približne rovnaká, pretože akýkoľvek polymér vydrží maximálne +160 stupňov. Ideálne pre základy a slepé miesta.
Uhlíkové tvarovky	Tento prípravok, označovaný skratkou CFRP, sa nazýva uhlík, pretože tu sa v spojení so syntetickými termosetovými živicami používajú uhlíkové vlákna. Na rozdiel od predchádzajúcich možností môže mať piesočnatú povrchovú úpravu, ktorú vidíme na fotografii, používa sa nielen v civilnej, ale aj priemyselnej výstavbe, ako aj pri kladení ciest, stavaní mostov, námorných a komunikačných zariadení. Zdôrazňujeme, že pevnosť v ťahu takejto výstuže je päťkrát vyššia ako pevnosť oceľových tyčí triedy AIII a desaťkrát ľahšia ako táto.

Všetky možnosti vystuženia polymérom môžu byť vyrobené vo forme káblov, prútov alebo profilovaných tyčí. Tvary profilov profilov môžu byť tiež rôzne: duté, plné, štvorcové, okrúhle.

Navíjanie vlákien sa tiež môže líšiť a, ako vidíte z obrázkov, možnosť vonkajšieho povlaku. V závislosti od priemeru a stupňa flexibility sa výstuž môže predávať ako jednotlivé tyče alebo zvinutá do zvitkov.

Existujú nejaké nevýhody?

O výhodách polymérnej výstuže sa už veľa povedalo, ale jej potenciálny užívateľ môže mať legitímnu otázku: „Aké sú nevýhody materiálu a kde je jeho použitie nežiaduce?“

Tu na to odpovieme v tejto časti článku:

• Neexistujú žiadne dokonalé materiály. Každá z nich má určité nevýhody, a to všetko záleží na aplikácii a prevádzkových podmienkach stavieb.
• Najmä je polymér v ohňovzdornosti horší ako rovnaká oceľ, pretože plast je pri hrúbke betónu už roztavený už od + 200 ° C. Teplota topenia ocele je sedemkrát vyššia, takže v niektorých oblastiach konštrukcie ju nemožno nahradiť plastom.
• Napríklad kompozitná výstuž sa nepoužíva na výrobu podlahových dosiek. Podľa toho sú rámové prvky prefabrikovaných viacposchodových budov alebo výrobných dielní so zvýšeným nebezpečenstvom požiaru vystužené oceľovými rámami - a je pochopiteľné, prečo.
• Ale pre založenie tento faktor vôbec nezáleží, preto je tento typ výstuže vhodný pre ktorýkoľvek z jeho typov.Proces montáže základového rámu z tradičného je prakticky rovnaký. Jediné, čo tu je, je použitie pletených plastových pások - aj keď môžete použiť aj drôt.

• Jednou z nevýhod je to, že nie je možné dať kompozitnej výstuži požadovaný tvar jednoduchým zahrievaním. Preto, ak je potrebné vyrábať konštrukcie so zakrivenými tvarmi, sú rámové diely pre ne vyrobené výrobcom na objednávku.
• V skutočnosti sa tým končí zoznam nedostatkov. Oblasti, v ktorých je výhodnejšie použitie kompozitnej výstuže, sú oveľa viac ako obmedzenia.
• Upozorňujeme, že takéto vystuženie sa dá ľahko spracovať, môžete ho rezať pomocou jednoduchej pílky alebo s malým priemerom pomocou klieští. V každodennom živote sa môže okrem lejúcich základov a slepých plôch použiť napríklad na výstavbu skleníka.

Takže pre súkromnú výstavbu je plastová výstuž tou najlepšou voľbou a ešte úspornejšou. Ak počítate s tonou, je to drahšie, ale ak si uvedomíte, že z dôvodu ľahšej špecifickej hmotnosti tyčí je ich viac, ich výhoda je celkom hmatateľná.