Armering av kompositmaterial - ett steg in i framtiden

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Periodiska profilstänger av glasfiber

Vi vet alla att produkter och strukturer tillverkade av betong genomgår inre armering, eftersom detta avsevärt ökar deras styrka och sprickmotstånd. Stålstänger eller trådar, klarar perfekt den uppgift som tilldelats dem, men har två nackdelar. Den första är metallens låga korrosionsbeständighet, och den andra är dess höga pris.

Armering på basis av plast är två till tre gånger billigare, har mindre vikt, är inte rädd för korrosion, och dess styrka är tillräckligt för användning i lågbyggnadskonstruktion, och inte bara. Ändå misstänker många inte ens sin existens - så vi beslutade att överbrygga detta gap.

Icke-metallisk förstärkning: historiens utseende och utveckling

Som vanligt visar det sig inte att någon nyhet vid närmare granskning är alls. Helt enkelt, från det ögonblick den första idén uppstod, till dess genomförande och universella acceptans, går decennier ofta. Samma historia hände med icke-metalliska inredningar, intresset som i landet uppstod för ett halvt sekel sedan.

Korrosion av stålarmering provoserar förstörelsen av det skyddande betonglagret

Så:

• Det var förknippat med behovet av uppförande av betongkonstruktioner, som skulle drivas under aggressiva förhållanden. I vått läge - och även om det inte är rent vatten, utan kemiska vätskor, är det mycket svårt och dyrt att ge korrosionsbeständighet för traditionell stålarmering.
• Ibland blev det också nödvändigt att skapa strukturer med dielektriska och antimagnetiska egenskaper - till exempel under byggandet av forskningsinstitut eller medicinska centra där känslig utrustning installerades.
• I projekt där lätta konstruktioner skulle användas med en tillräckligt hög hållfasthet kunde endast en kombination av högkvalitativ betong med kompositarmering ställa dessa krav. Förresten, betong i sig, när polymer eller stålfiber tillsätts till den, kan också betraktas som ett kompositmaterial.

Dessutom var det i landet, med ständigt ökande efterfrågan på stål, en brist på malmproduktion som kunde tillfredsställa dem, och det fanns också en brist på tillsatser som legering genomfördes med. Det var uppenbart att behovet av att skapa icke-metallisk förstärkning mogna, vilket fick utvecklarna att säga till nya resultat.

Hur det hela började med oss

Den första tekniken för tillverkning av armering med en diameter på 6 mm, baserad på glasfiber med zirkoniumtillsatser, utvecklades i unionen på sjuttiotalet. Dess bärande bas skapades av en sömlös alkalisk fiber av glas med en diameter på upp till 15 mikron, vars strålar kombinerades till stavar med syntetiska hartser.

• Naturligtvis började de inte omedelbart använda sådan förstärkning, men först först studerade de dess egenskaper: mekanik, kemisk beständighet och hållbarhet. Enligt resultaten från observationerna förbättrades kompositens sammansättning tills det var möjligt att erhålla stavar med en elastisk modul på 50 tusen MPa och draghållfasthet på 1,5 tusen MPa.
• Deras böjhållfasthet testades genom tillverkning av prototyper av betongprodukter tillverkade med glasfiberarmering och utsatt för statisk belastning.De första sådana produkterna var traversstöd för kraftledningar, som monterades på försöksplatser.
• Baserat på resultaten från experimenten utvecklades TU: er för tillverkning av fiberglasarmering, liksom villkoren för utformning av betongkonstruktioner med dess användning. Parallellt rekommenderades användningsområden för det nya materialet, som inkluderade inte bara konstruktion utan även den kemiska industrin metallurgi.

Men storskalig användning av icke-metallisk förstärkning fungerade inte då. I grund och botten började det användas för tillverkning av betongstaplar, sluttningar, konstruktioner av övergångar och förstärkning av vissa stödstrukturer.

Men i slutet av 80-talet, på grund av fiberglasförstärkning, byggdes en 15-metersbro i Khabarovsk-territoriet, var och en av de fem balkarna förstärktes med en 24-stavs sammansatt balk, plus en typisk stålstråle. Resultatet var utmärkt och bron fungerar fortfarande idag. Det var bara början ...

Och hur är det utomlands?

Om du spårar historien om sammansatt förstärkning som en helhet, kommer den från förra århundradet av förra seklet - det vill säga från efterkrigsåren. Vårt land var då inte upp till skapandet av nya material, men i USA arbetades kompositformeln intensivt med. Under dessa år har det redan börjat användas mycket, eftersom billiga material helt enkelt var nödvändiga för en ekonomi i utveckling.

Det var i detta land som fiberglasarmering med konstant tvärsnitt skapades, som till en början endast användes för tillverkning av lager. En allvarligare applikation började redan på 60-talet, då kompositen började betraktas som ett alternativ till metallförstärkning.

Först och främst började de använda det för att förstärka beläggningar, som, som ni vet, inte bara med dem, utan också hos oss, är besprutat med salt för att ta bort is på vintern. Och det förstör inte bara bilarnas hjul utan också sipprar i form av en lösning genom tjockleken på betong, korroderar den inre armeringen.

Så:

• Det är i detta område, plastens motstånd mot korrosion visade sig vara bäst. Det enda som fungerade som ett hinder för att fullständigt byta ut metall med komposit var dess höga kostnad, vilket bara var möjligt att minska på tjugo år. Därför applicerades först zink- eller epoxybeläggningen enkelt på metallen.
• Men eftersom det visade sig att fiberglasarmering för polymerbetong är effektivare än stålarmering - olika egenskaper hos värmeutvidgning påverkades, 1983 utvecklades det första dokumentet i USA som reglerar användningen av sammansatta tekniker för konstruktion av broar.
• Varför broar? Ja, eftersom deras dåliga skick var förknippat med korrosion av beslag, vilket i hög grad störde de tjänster som ansvarade för deras drift. Sammansatt förstärkning ansågs då som den största möjligheten att lösa detta problem.
• Efter detta har det redan börjat användas för avancerad teknik: i utformningen av laboratorier och medicinska centra fyllda med elektronik, flygplatsbanor och till och med reaktorer i elektriska transformatorstationer.
• I Japan började utbredd användning av icke-metallisk förstärkning i mitten av nittiotalet. Sedan hade de mer än hundra stora projekt - främst kommersiella, där fiberglasarmering användes. Ungefär samma tid, med början från Tyskland, började den användas i Europa såväl som Kanada.

Men den mest solida konsumenten av sammansatt förstärkning var naturligtvis Kina.I detta land användes det inte bara för att bygga broar, utan var också den första som användes för konstruktion av underjordiska och tunnelstrukturer.

Vad har förändrats idag

All ovanstående information talar om de solida fördelarna med sammansatt förstärkning, och ändå inte bara de flesta privata handlare, utan många byggare vet inte om det. Och de som fortfarande vet är ibland skeptiska till detta material.

För att skingra tvivel kommer vi att beskriva mer detaljerat vilken polymerförstärkning som produceras idag, i vilka områden den kan användas och i vilken inte.

Variationer av polymerförstärkning

Idag finns det flera tillverkningstekniker för icke-metalliska beslag som använder olika råmaterial.

För att göra skillnaden mer förståelig, för tydlighetens skull, kommer vi att presentera huvudtyperna i form av en tabell:

Hur ser armeringen ut?	Utmärkande egenskaper
Glasfiber	Bilden visar fiberglasförstärkning (GFRP-Rebar) - det vanligaste alternativet. Plaststänger upp till 12 m långa är förstärkta med kontinuerlig glasfiber, de är tillverkade i intervallet diametrar från 4 till 40 mm. Sådan armering används som ett alternativ till stålanalogen - i konstruktioner med ostämd eller förspänd armering.
Basaltplast	Denna typ av armering (BFRP) skiljer sig från den tidigare versionen genom att den inte använder glas utan basaltfiber för armering, den skiljer sig inte bara i färg, utan har också en högre motstånd mot aggressiva miljöer. Nivån på brandmotståndet är ungefär densamma, eftersom alla polymerer tål maximalt +160 grader. Idealisk för stiftelser och blinda områden.
Kolbeslag	Denna fixtur, förkortad CFRP, kallas kol, eftersom här, i takt med syntetiska värmehärdande hartser, används kolfiber. Till skillnad från tidigare alternativ kan den ha en sandfinish, som vi ser på bilden.Den används inte bara i civila, utan också i industriell konstruktion, liksom vid läggning av vägar, byggande broar, hav och kommunikationsanläggningar. Vi betonar att draghållfastheten för sådan förstärkning är fem gånger högre än för stålstänger av klass AIII och 10 gånger lättare än den.

Alla polymerarmeringsalternativ kan göras i form av kablar, stavar eller profilerade stavar. Sektionsprofilformer kan också vara olika: ihåliga, solida, fyrkantiga, runda.

Fibrernas lindning kan också skilja sig åt, och, som du ser på bilderna, alternativet för ytterbeläggningen. Beroende på diameter och flexibilitetsgrad kan förstärkningen säljas som enkla stavar eller vridas till spolar.

Finns det några nackdelar?

Mycket har sagts om fördelarna med polymerförstärkning, men dess potentiella användare kan ha en legitim fråga: "Vilka är nackdelarna med materialet, och var är dess användning oönskad?"

Här kommer vi att besvara det i denna del av artikeln:

• Det finns inga perfekta material. Någon av dem har vissa nackdelar, och här beror det allt på applikationen och konstruktionsförhållandena.
• I synnerhet är polymeren sämre än samma stål i brandbeständighet, eftersom plasten i betongens tjocklek börjar smälta redan från +200 Celsius. Smältpunkten för stål är sju gånger högre, så i vissa konstruktionsområden kan den inte ersättas med plast.
• Exempelvis används inte kompositarmering för tillverkning av golvplattor. Följaktligen förstärks ramelementen i prefabricerade byggnader med flera våningar eller produktionsverkstäder med ökad brandrisk med stålramar - och det är förståeligt varför.
• Men för grunden spelar ingen roll denna faktor alls, därför är denna typ av armering lämplig för någon av dess typer.Monteringsprocessen för grundramen, från den traditionella, är praktiskt taget densamma. Det enda här är att använda plastband för stickning - även om du också kan använda tråd.

• En av besvären är att det är omöjligt att ge kompositförstärkningen den önskade formen genom enkel uppvärmning. Därför, om det är nödvändigt att tillverka strukturer med böjda former, tillverkas ramdelar för dem av tillverkaren efter beställning.
• På detta slutar faktiskt listan över brister. Områden där användningen av kompositarmering är mer föredragen är mycket mer än begränsningar.
• Observera att en sådan förstärkning är enkel att bearbeta, du kan klippa den med en enkel bågsåg eller, med en liten diameter, använda nippor. I vardagen kan det, förutom att hälla grunder och ett blint område, användas till exempel för att bygga ett växthus.

Så för privat konstruktion är plastförstärkning det bästa alternativet och ännu mer ekonomiskt. Om du räknar per ton, är det dyrare, men om du tar hänsyn till att på grund av stavarnas lättare tyngdkraft finns fler av dem i mängd, är fördelen ganska konkret.