Ојачање од композитних материјала - корак у будућност

Гусевски Андреи Анатолиевицх

Периодне профилне шипке од фибергласа

Сви знамо да производи и конструкције од бетона пролазе унутарњу арматуру, јер то значајно повећава њихову чврстоћу и отпорност на пуцање. Челичне шипке или жица, савршено се носе са задатком који им је додељен, али имају два недостатка. Први је ниска отпорност метала на корозију, а други његова висока цена.

Ојачање направљено на бази пластике је два до три пута јефтиније, мање је тежине, не боји се корозије и његова чврстоћа је сасвим довољна за употребу у нискоградњи, и не само. Ипак, многи људи уопће не сумњају у његово постојање - тако да смо одлучили премостити тај јаз.

Неметална арматура: историја изгледа и развоја

Као и обично, свака новина након детаљнијег испитивања уопште не испада. Једноставно, од тренутка када се појавила прва идеја, до њеног спровођења и универзалног препознавања, често пролазе деценије. Иста прича догодила се и са неметалним арматурама, чије је интересовање за земљу настало пре пола века.

Корозија челичне арматуре изазива уништавање заштитног слоја бетона

Тако:

• Била је повезана са потребом за постављањем бетонских конструкција, које су требале радити у агресивним условима. У влажном режиму - чак и када се не ради о чистој води, већ о неким хемијским течностима, врло је тешко и јефтино обезбедити корозијску отпорност за традиционално челично ојачање.
• Понекад је такође било потребно створити структуре са диелектричним и антимагнетним својствима, на пример, током изградње истраживачких института или медицинских центара у које је постављена осетљива опрема.
• У пројектима где би требало применити лаке конструкције довољно високог степена чврстоће, само комбинација висококвалитетног бетона са композитним ојачањем може да обезбеди ове захтеве. Узгред, сам бетон, када му се додају полимерна или челична влакна, такође се може сматрати композитним материјалом.

Поред тога, у земљи, уз стално растућу потражњу челика, нестало је производње руде која би их могла задовољити, а такође није било довољно адитива којима је вршено легуре. Било је очигледно да је сазрела потреба за стварањем неметалне арматуре, што је програмере, да тако кажем, подстакло на нова достигнућа.

Како је све почело код нас

Прва технологија за производњу арматуре пречника 6 мм, заснована на стаклопластикама са додацима цирконијума, развијена је у Унији седамдесетих година. Његова потпорна база створена је од стакленог бешавног алкалног влакна пречника до 15 микрона, чији су снопови комбиновани у шипке користећи синтетичке смоле.

• Наравно, нису одмах почели користити такво ојачање, али су у почетку проучавали само његова својства: механику, хемијску отпорност и издржљивост. Према резултатима опажања, састав композита се побољшавао све док није било могуће добити шипке са модулом еластичности од 50 хиљада МПа и затезном снагом од 1,5 хиљаде МПа.
• Њихова чврстоћа на савијање тестирана је производњом прототипа производа од бетона израђених коришћењем арматуре од фибергласа и подвргнуте статичким оптерећењима.Први такви производи били су попречни носачи далековода, који су постављени на експерименталним локацијама.
• На основу резултата експеримената развијени су ТУ-ови за производњу арматурних стаклопластике, као и услове за пројектовање бетонских конструкција уз његову употребу. Паралелно са тим, препоручиле су се области примене новог материјала, што је подразумевало не само грађевинарство, већ и хемијску индустрију, металургију.

Међутим, велика употреба неметалне арматуре тада није успела. У основи се почео користити за израду бетонских гомила, падина, конструкција надвожњака и за јачање неких носивих конструкција.

Али у касним 80-има, на основу арматуре од фибергласа, изграђен је мост од 15 метара у територији Хабаровска, од којих је свака од пет греда била ојачана композитном гредом од 24 штапа, плус типичном гредом челичне жице. Резултат је био одличан, а мост и данас функционише. Био је то само почетак ...

А како је у иностранству?

Ако пратите историју композитне арматуре као целине, она потиче из четрдесетих година прошлог века - односно из послератних година. Наша земља тада није била до стварања нових материјала, међутим, у САД-у је композитна формула интензивно радила. У тим се годинама већ почела широко користити, јер су јефтини материјали једноставно били потребни за привреду у развоју.

Управо је у овој земљи створена арматура од стаклопластике са константним пресеком, која се у почетку користила само за израду залиха. Озбиљнија примена почела је већ у 60-им, када је композит почео да се сматра алтернативом металној арматури.

Пре свега, почели су да га користе за учвршћивање бетонирања које су, као што знате, не само код њих, већ и код нас, посуте сољу за уклањање леда зими. И поквари не само точкове аутомобила, већ и, пробијајући у облику раствора кроз дебљину бетона, нагриза унутрашњу арматуру.

Тако:

• Управо у овој области, отпорност пластике на корозију показала се најбољом. Једино што је представљало препреку потпуној замјени метала композитом били су његови високи трошкови, које је било могуће смањити тек за двадесет година. Стога се испрва премаз цинком или епоксидом једноставно нанео на метал.
• Али пошто се испоставило да је ојачање фибергласом за полимер бетон ефикасније од челичне арматуре - погођене су различите карактеристике термичког ширења, онда је 1983. године у Сједињеним Државама развијен први документ који регулише употребу композитних технологија у пројектовању мостова.
• Зашто мостови? Да, зато што је њихово лоше стање било повезано са корозијом арматура, што је увелико сметало службама одговорним за њихов рад. Композитна арматура се тада сматрала главном приликом за решавање овог проблема.
• После тога, већ је почела да се користи за напредне технологије: у пројектовању лабораторија и медицинских центара који су напуњени електроником, аеродромским пистама, па чак и реакторима у електричним подстаницама.
• У Јапану је раширена употреба неметалних арматура почела средином деведесетих. Тада су имали више од стотину великих пројеката - углавном комерцијалних, у којима је коришћена арматура од фибергласа. Отприлике у исто време, почевши од Немачке, почео је да се користи у Европи, али и Канади.

Али, најпотпунији потрошач композитних арматура, наравно, била је Кина.У овој земљи коришћен је не само у изградњи мостова, већ је и први који је коришћен за пројектовање подземних и тунелских грађевина.

Шта се данас променило

Све горе наведене информације говоре о солидним предностима композитне арматуре и, упркос томе, не само већина приватних трговаца, већ многи грађевинари не знају за то. А они који још увек знају, понекад су скептични према овом материјалу.

Да бисмо разријешили сумње, ми ћемо детаљније описати шта се данас производи у полимерној арматури, у којим областима се може користити, а у којим не.

Сорте полимерне арматуре

Данас постоји неколико техника израде неметалних арматура које користе различите сировине.

Да би разлика била јаснија, представићемо главне типове у облику табеле за јасноћу:

Како изгледа појачање?	Обележја
Фибергласс	Фотографија приказује појачање од фибергласа (ГФРП-Ребар) - најчешћа опција. Пластичне шипке дужине до 12 м ојачане су континуираним стакленим влакнима, а праве се у распону промјера од 4 до 40 мм. Таква арматура се користи као алтернатива челичном аналогу - у конструкцијама без напона или са преднапрегнутом арматуром.
Базалтна пластика	Ова врста ојачања (БФРП) разликује се од претходне верзије по томе што се базалтно влакно овде не користи за стакло, већ се разликује не само по боји, већ и по већој отпорности на агресивно окружење. Ниво отпорности на ватру је приближно исти, јер било који полимер може издржати највише +160 степени. Идеално за темеље и слепе просторе.
Царбон фиттингс	Ово учвршћење, које се назива скраћеницом ЦФРП, назива се угљеник, јер се овде, у тандему са синтетичким термореактивним смолама, користе карбонска влакна. За разлику од претходних опција, може имати пешчану површину, што видимо на фотографији.Користи се не само у цивилној, већ и у индустријској градњи, као и при постављању путева, изградњу мостова, мора и комуникацијских објеката. Наглашавамо да је влачна чврстоћа такве арматуре пет пута већа од чврстоће челичних шипки класе АИИИ и 10 пута лакша од ње.

Све верзије ојачања полимера могу бити израђене у облику каблова, шипки или профилисаних шипки. Облици профила пресека такође могу бити различити: шупљи, чврсти, квадратни, округли.

Намотавање влакана такође се може разликовати, а као што видите на сликама, могућност спољашњег премаза. У зависности од пречника и степена флексибилности, арматура се може продати као једноструки штап или увити у завојнице.

Постоје ли недостаци?

Пуно је речи о предностима полимерног ојачања, али његов потенцијални корисник може имати легитимно питање: "Који су недостаци материјала и где је његова употреба непожељна?"

Овде ћемо одговорити у овом делу чланка:

• Нема савршених материјала. Било која од њих има одређене недостатке, а овде све зависи од примене и услова рада конструкција.
• Конкретно, полимер је инфериорнији од истог челика по отпорности на ватру, пошто се налази у дебљини бетона, пластика се почиње топити већ од +200 Целзијуса. Тачка топљења челика је седам пута већа, па се у неким областима конструкције не може заменити пластичним.
• На пример, композитна арматура се не користи за производњу подних плоча. Сходно томе, оквирни елементи монтажних вишестамбених зграда или производне радионице са повећаном опасношћу од пожара ојачани су челичним оквирима - и разумљиво је зашто.
• Али за темеље овај фактор уопште није важан, па је ова врста арматуре погодна за било коју врсту.Поступак монтаже оквира темеља, од традиционалног, практично је исти. Једино што овде јесте јесте да користите пластичне кравате за плетење - мада, можете и жице.

• Једна од непријатности је та што је немогуће дати композитној арматури жељени облик једноставним загревањем. Стога, ако је потребно произвести конструкције закривљених облика, делове оквира за њих израђује произвођач по наруџби.
• На томе се заправо завршава листа недостатака. Подручја у којима је употреба композитне арматуре пожељнија много су више од ограничења.
• Имајте на уму да је такво ојачавање лако обрађивати, можете га сећи једноставном ножном пилу или, малим пречником, користити шкаре. У свакодневном животу, осим залијевања темеља и слепца, може се користити, на пример, за изградњу пластеника.

Дакле, за приватну градњу је пластична арматура најбоља опција, а још економичнија. Ако рачунате на тону, то је скупље, али ако узмете у обзир да је због блаже специфичне тежине шипки више њих у количини, корист је прилично опипљива.