Kompozit malzemelerden takviye - geleceğe bir adım

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Fiberglas periyodik profil çubuklar

Hepimiz biliyoruz ki betondan yapılmış ürünler ve yapılar içten güçlendirilmiştir, çünkü bu onların mukavemetini ve çatlak direncini önemli ölçüde arttırır. Çelik çubuklar veya tel, kendilerine verilen görevle mükemmel bir şekilde baş eder, ancak iki dezavantajı vardır. Birincisi metalin düşük korozyon direnci ve ikincisi yüksek fiyatıdır.

Plastik temelinde yapılan takviye iki ila üç kat daha ucuzdur, daha az ağırlığa sahiptir, korozyondan korkmaz ve gücü düşük katlı inşaatlarda kullanım için yeterlidir. Yine de, birçok insan varlığından şüphelenmiyor - bu yüzden bu boşluğu kapatmaya karar verdik.

Metalik olmayan takviye: görünüm ve gelişim tarihi

Her zamanki gibi, daha yakından incelendiğinde herhangi bir yenilik hiç ortaya çıkmaz. Basitçe, ilk fikir ortaya çıktığı andan itibaren, uygulanmasına ve evrensel olarak tanınmasına kadar onlarca yıl geçer. Aynı hikaye, metalik olmayan armatürlerle de oldu, ülkede yarım yüzyıl önce ilgi duyuldu.

Çelik takviyenin korozyonu, koruyucu beton tabakasının tahrip olmasına neden olur.

Yani:

• Agresif koşullarda işletilecek olan beton yapıların montajı ihtiyacı ile ilişkilendirildi. Islak modda - ve saf su değil, ancak bazı kimyasal sıvılar olsa bile, geleneksel çelik takviye için korozyon direnci sağlamak çok zordur ve ucuz değildir.
• Bazen, örneğin araştırma enstitüleri veya hassas ekipmanların monte edildiği tıp merkezleri gibi dielektrik ve antimanyetik özelliklere sahip yapılar oluşturmak da gerekli hale geldi.
• Yeterince yüksek mukavemete sahip hafif konstrüksiyonların uygulanacağı projelerde, sadece yüksek kaliteli betonun kompozit takviyeli bir kombinasyonu bu gereksinimleri sağlayabilir. Bu arada, betonun kendisi, ona polimer veya çelik fiber eklendiğinde, kompozit bir malzeme olarak da düşünülebilir.

Ayrıca, sürekli artan çelik talebi olan ülkede, onları tatmin edebilecek cevher üretimi sıkıntısı vardı ve ayrıca alaşımın gerçekleştirildiği katkı maddelerinin eksikliği vardı. Geliştiricilerin yeni başarılara yönlendirmelerini sağlayan metalik olmayan takviye oluşturma ihtiyacının olgunlaştığı açıktı.

Her şey bizimle nasıl başladı

Zirkonyum katkı maddeli fiberglas esaslı 6 mm çapında takviye üretimi için ilk teknoloji, yetmişli yıllarda Birlik'te geliştirilmiştir. Destekleyici tabanı, kirişleri sentetik reçineler kullanılarak çubuklar halinde birleştirilen 15 mikrona kadar bir çapa sahip cam dikişsiz bir alkali fiberden oluşturuldu.

• Tabii ki, hemen böyle bir takviye kullanmaya başlamadılar, ancak ilk başta sadece özelliklerini incelediler: mekanik, kimyasal direnç ve dayanıklılık. Gözlemlerin sonuçlarına göre, kompozit bileşimi, elastik modülü 50 bin MPa ve gerilme mukavemeti 1.5 bin MPa olan çubuklar elde edilinceye kadar gelişti.
• Bükülme mukavemetleri, fiberglas takviye kullanılarak yapılmış ve statik yüklere maruz bırakılmış beton ürünlerinin prototipleri üretilerek test edilmiştir.Bu tür ilk ürünler, deney sahalarına monte edilen güç hatları için çapraz desteklerdi.
• Deneylerin sonuçlarına dayanarak, cam elyafı takviyenin üretimi için TU'ların yanı sıra kullanımı ile beton yapıların tasarım koşulları için geliştirilmiştir. Buna paralel olarak, sadece inşaat değil, aynı zamanda kimya endüstrisi, metalurji de dahil olmak üzere yeni malzemenin uygulama alanları önerildi.

Bununla birlikte, metalik olmayan takviyenin büyük ölçekli kullanımı o zaman işe yaramadı. Temel olarak, beton kazıkların, eğimlerin, üst geçit yapılarının ve bazı destekleyici yapıların güçlendirilmesinde kullanılmaya başlandı.

Ancak 80'lerin sonlarında, fiberglas takviye temelinde, Habarovsk Bölgesi'nde, her biri beş kiriş 24 çubuklu bir kompozit kiriş ve tipik bir çelik tel demeti ile güçlendirilmiş 15 metrelik bir köprü inşa edildi. Sonuç mükemmeldi ve köprü bugün hala çalışıyor. Sadece başlangıçtı ...

Peki yurtdışında nasıl?

Kompozit takviye tarihini bir bütün olarak izlerseniz, o zaman geçen yüzyılın kırklı yıllarından, yani savaş sonrası yıllardan kaynaklanır. O zaman ülkemiz yeni malzemelerin yaratılmasına bağlı değildi, ancak ABD'de kompozit formül üzerinde yoğun bir şekilde çalışıldı. Bu yıllarda, zaten yaygın olarak kullanılmaya başlandı, çünkü gelişmekte olan bir ekonomi için ucuz malzemeler sadece gerekliydi.

Bu ülkede, ilk önce sadece envanter üretimi için kullanılan sabit bir kesitli fiberglas takviyesi oluşturuldu. Daha ciddi bir uygulama, kompozitin metal takviyesine alternatif olarak düşünülmeye başlandığı 60'lı yıllarda başladı.

Her şeyden önce, bildiğiniz gibi, sadece onlarla değil, aynı zamanda bizimle, kışın buzu çıkarmak için tuz serpilen kaldırımları güçlendirmek için kullanmaya başladılar. Ve sadece araba tekerleklerini değil, aynı zamanda beton kalınlığı boyunca bir çözelti şeklinde sızarak iç takviyeyi de aşındırır.

Yani:

• Bu alanda, plastiklerin korozyona karşı direncinin en iyi olduğu kanıtlanmıştır. Metalin bir kompozit ile tamamen değiştirilmesine engel oluşturan tek şey, sadece yirmi yıl içinde azaltılması mümkün olan yüksek maliyetiydi. Bu nedenle, ilk başta metale basitçe çinko veya epoksi kaplama uygulandı.
• Ancak polimer beton için fiberglas takviyesinin çelik takviyeden daha etkili olduğu ortaya çıktığı için - etkilenen termal genleşmenin farklı özellikleri, o zaman 1983'te, Birleşik Devletler'de köprü tasarımında kompozit teknolojilerin kullanımını düzenleyen ilk belge geliştirildi.
• Neden köprüler? Evet, çünkü kötü durumları, operasyonlarından sorumlu hizmetleri büyük ölçüde rahatsız eden bağlantı parçalarının korozyonu ile ilişkiliydi. Kompozit takviye, bu sorunu çözmek için ana fırsat olarak kabul edildi.
• Bunu takiben, ileri teknolojiler için kullanılmaya başlanmıştır: elektronik, havaalanı pistleri ve hatta elektrik alt istasyonlarındaki reaktörlerle doldurulmuş laboratuvarların ve tıp merkezlerinin tasarımında.
• Japonya'da, doksanların ortasında metalik olmayan takviyenin yaygın kullanımı başladı. Daha sonra yüzlerce büyük projeye sahiptiler - esas olarak ticari olan, fiberglas takviyesinin kullanıldığı. Aynı zamanda, Almanya'dan başlayarak, Avrupa'da ve Kanada'da kullanılmaya başlandı.

Ancak kompozit takviyenin en sağlam tüketicisi elbette Çin'di.Bu ülkede, sadece köprü yapımında değil, aynı zamanda yeraltı ve tünel yapılarının tasarımında da ilk kullanıldı.

Bugün ne değişti

Yukarıdaki bilgilerin tümü, kompozit takviyenin sağlam avantajlarından bahsediyor ve yine de, sadece çoğu özel tüccar değil, aynı zamanda birçok inşaatçı bunu bilmiyor. Ve hala bilenler, bazen bu malzemeye şüpheyle bakıyorlar.

Şüpheleri ortadan kaldırmak için bugün hangi polimer takviyesinin üretildiğini, hangi alanlarda kullanılabileceğini ve hangilerinin kullanılamayacağını daha ayrıntılı olarak açıklayacağız.

Polimer takviye çeşitleri

Günümüzde, farklı hammaddeler kullanan metalik olmayan armatürler için çeşitli üretim teknikleri bulunmaktadır.

Farkı daha anlaşılır hale getirmek için, netlik için, ana türleri bir tablo şeklinde sunacağız:

Takviye neye benziyor?	Ayırt edici özellikleri
Fiberglas	Fotoğraf, en yaygın seçenek olan fiberglas takviyesini (GFRP-Rebar) göstermektedir. 12 m uzunluğa kadar olan plastik çubuklar, sürekli cam elyaf ile takviye edilir ve 4 ila 40 mm çap aralığında yapılır. Bu takviye, gerilmesiz veya ön gerilmeli takviyeli yapılarda çelik analoga alternatif olarak kullanılır.
Bazalt plastik	Bu tip takviye (BFRP), camdan değil, takviye için bazalt elyaf kullandığı için önceki versiyondan farklıdır, sadece renkte değil, aynı zamanda agresif ortamlara karşı daha yüksek bir dirence sahiptir. Herhangi bir polimer maksimum +160 dereceye dayanabileceğinden yangına dayanıklılık seviyesi yaklaşık olarak aynıdır. Temeller ve kör alanlar için idealdir.
Karbon bağlantı parçaları	CFRP kısaltması ile anılan bu armatür, karbon olarak adlandırılır, çünkü burada, sentetik ısıyla sertleşen reçinelerle birlikte karbon fiber kullanılır. Önceki seçeneklerden farklı olarak, fotoğrafta gördüğümüz kumlu bir kaplamaya sahip olabilir.Sadece inşaatta değil, aynı zamanda endüstriyel inşaatta, yol döşerken, köprüler inşa ederken, deniz ve iletişim yapılarında kullanılır. Bu takviyenin gerilme mukavemetinin, AIII sınıfı çelik çubuklardan beş kat ve ondan 10 kat daha hafif olduğunu vurguluyoruz.

Tüm polimer takviye seçenekleri kablolar, çubuklar veya profilli çubuklar şeklinde yapılabilir. Kesit profil şekilleri de farklı olabilir: içi boş, katı, kare, yuvarlak.

Liflerin sarılması da farklı olabilir ve resimlerden de görebileceğiniz gibi dış kaplama seçeneği. Çapa ve esneklik derecesine bağlı olarak, takviye tek çubuk olarak satılabilir veya bobinlere bükülebilir.

Herhangi bir dezavantajı var mı?

Polimer takviyenin avantajları hakkında çok şey söylendi, ancak potansiyel kullanıcı meşru bir soruya sahip olabilir: "Malzemenin dezavantajları nelerdir ve kullanımı nerede istenmez?"

İşte makalenin bu bölümünde cevaplayacağız:

• Mükemmel malzeme yok. Bunlardan herhangi birinin belirli dezavantajları vardır ve burada her şey uygulamalara ve yapıların çalışma koşullarına bağlıdır.
• Özellikle, polimer yangın direncinde aynı çeliğe göre daha düşüktür, çünkü beton kalınlığında olduğundan, plastik zaten +200 santigrattan erimeye başlar. Çeliğin erime noktası yedi kat daha yüksektir, bu nedenle bazı inşaat alanlarında plastik ile değiştirilemez.
• Örneğin, kompozit takviye, döşeme plakalarının üretimi için kullanılmaz. Buna göre, prefabrik çok katlı binaların çerçeve elemanları veya artan yangın tehlikesi olan üretim atölyeleri çelik çerçevelerle güçlendirilmiştir - ve bunun neden olduğu anlaşılabilir.
• Ancak vakıf için bu faktör hiç önemli değil, bu nedenle bu tür bir takviye, herhangi bir türü için uygundur.Temel çerçevenin montaj süreci, geleneksel olandan pratik olarak aynıdır. Burada tek şey örgü için plastik bağları kullanmaktır - tel de kullanabilirsiniz.

• Bu rahatsızlıklardan biri, kompozit takviyeye basit bir ısıtma ile istenen şekli vermenin imkansız olmasıdır. Bu nedenle, kavisli şekillere sahip yapılar üretmek gerekiyorsa, bunlar için çerçeve parçaları imalatçı tarafından sipariş edilir.
• Bu konuda, aslında, eksikliklerin listesi sona eriyor. Kompozit takviye kullanımının daha fazla tercih edildiği alanlar, sınırlamalardan çok daha fazladır.
• Bu takviyenin işlenmesi kolay, basit bir demir testeresi ile kesebilir veya küçük çaplı bir pense kullanabilirsiniz. Günlük yaşamda, dökme temelleri ve kör bir alana ek olarak, örneğin bir seranın inşası için kullanılabilir.

Bu nedenle özel inşaatlar için plastik takviye en iyi seçenektir ve daha da ekonomiktir. Ton başına sayarsanız, daha pahalıdır, ancak çubukların daha hafif özgül ağırlığı nedeniyle, miktar olarak daha fazla olduğunu düşünürseniz, fayda oldukça somuttur.