Gia cố bằng vật liệu composite - một bước tiến trong tương lai

Gusevsky Andrey Anatolyevich

Thanh hồ sơ định kỳ sợi thủy tinh

Chúng ta đều biết rằng các sản phẩm và cấu trúc làm bằng bê tông được gia cố bên trong, vì điều này làm tăng đáng kể cường độ và khả năng chống nứt. Thanh thép hoặc dây, hoàn toàn đối phó với nhiệm vụ được giao, nhưng có hai nhược điểm. Thứ nhất là khả năng chống ăn mòn thấp của kim loại, và thứ hai là giá cao.

Cốt thép làm trên cơ sở nhựa rẻ hơn hai đến ba lần, trọng lượng ít hơn, không sợ ăn mòn và sức mạnh của nó là khá đủ để sử dụng trong xây dựng thấp, và không chỉ. Tuy nhiên, nhiều người thậm chí không nghi ngờ sự tồn tại của nó - vì vậy chúng tôi đã quyết định thu hẹp khoảng cách này.

Gia cố phi kim loại: lịch sử xuất hiện và phát triển

Như thường lệ, bất kỳ sự mới lạ nào khi kiểm tra kỹ hơn không hóa ra là tất cả. Đơn giản, từ lúc ý tưởng đầu tiên nảy sinh, đến khi thực hiện và công nhận phổ quát, nhiều thập kỷ thường trôi qua. Câu chuyện tương tự cũng xảy ra với các phụ kiện phi kim loại, mối quan tâm trong đó phát sinh từ nửa thế kỷ trước.

Ăn mòn cốt thép gây ra sự phá hủy lớp bảo vệ của bê tông

Vì thế:

• Nó liên quan đến nhu cầu lắp dựng các cấu trúc bê tông, được vận hành trong điều kiện hung hăng. Ở chế độ ướt - và ngay cả khi nó không phải là nước tinh khiết, mà là bất kỳ chất lỏng hóa học nào, rất khó khăn và tốn kém để cung cấp khả năng chống ăn mòn cho cốt thép truyền thống.
• Đôi khi nó cũng trở nên cần thiết để tạo ra các cấu trúc có tính chất điện môi và chống từ tính - ví dụ, trong quá trình xây dựng các viện nghiên cứu, hoặc các trung tâm y tế nơi lắp đặt thiết bị nhạy cảm.
• Trong các dự án nơi các công trình nhẹ được sử dụng với cường độ đủ cao, chỉ có sự kết hợp giữa bê tông chất lượng cao với cốt thép composite có thể cung cấp các yêu cầu này. Nhân tiện, chính bê tông, khi polymer hoặc sợi thép được thêm vào nó, cũng có thể được coi là một vật liệu tổng hợp.

Ngoài ra, ở nước này, với nhu cầu thép không ngừng tăng lên, việc thiếu sản xuất quặng có thể đáp ứng cho họ, và cũng thiếu chất phụ gia mà việc hợp kim hóa được thực hiện. Rõ ràng là nhu cầu tạo ra cốt thép phi kim đã trưởng thành, điều này đã thúc đẩy các nhà phát triển, có thể nói, với những thành tựu mới.

Làm thế nào tất cả bắt đầu với chúng tôi

Công nghệ đầu tiên để sản xuất cốt thép có đường kính 6 mm, dựa trên sợi thủy tinh với phụ gia zirconium, được phát triển trong Liên minh vào những năm bảy mươi. Đế đỡ của nó được tạo ra từ sợi kiềm thủy tinh liền mạch với đường kính lên tới 15 micron, các chùm tia được kết hợp thành các thanh bằng nhựa tổng hợp.

• Tất nhiên, họ không ngay lập tức bắt đầu sử dụng cốt thép như vậy, nhưng ban đầu họ chỉ nghiên cứu các tính chất của nó: cơ học, kháng hóa chất và độ bền. Theo kết quả quan sát, thành phần của hỗn hợp được cải thiện cho đến khi có thể thu được các thanh có mô đun đàn hồi 50 nghìn MPa và độ bền kéo là 1,5 nghìn MPa.
• Độ bền uốn của chúng được kiểm tra bằng cách chế tạo các nguyên mẫu sản phẩm bê tông được chế tạo bằng cách sử dụng cốt sợi thủy tinh và chịu tải trọng tĩnh.Các sản phẩm đầu tiên như vậy là hỗ trợ ngang cho các đường dây điện, được gắn trên các vị trí thử nghiệm.
• Dựa trên kết quả của các thí nghiệm, TU được phát triển để sản xuất cốt sợi thủy tinh, cũng như các điều kiện để thiết kế kết cấu bê tông với việc sử dụng nó. Song song, các lĩnh vực ứng dụng vật liệu mới được khuyến nghị, bao gồm không chỉ xây dựng, mà còn cả ngành hóa chất, luyện kim.

Tuy nhiên, sử dụng quy mô lớn của gia cố phi kim loại đã không hoạt động sau đó. Về cơ bản, nó bắt đầu được sử dụng để sản xuất cọc bê tông, sườn dốc, kết cấu cầu vượt và tăng cường một số kết cấu hỗ trợ.

Nhưng vào cuối những năm 80, trên cơ sở gia cố bằng sợi thủy tinh, một cây cầu dài 15 mét đã được xây dựng ở Lãnh thổ Khabarovsk, mỗi trong số năm dầm được gia cố bằng một chùm composite 24 thanh, cộng với một chùm dây thép điển hình. Kết quả thật tuyệt vời, và cây cầu vẫn hoạt động cho đến ngày hôm nay. Đó chỉ là khởi đầu ...

Và nó ở nước ngoài như thế nào?

Nếu bạn theo dõi toàn bộ lịch sử của cốt thép tổng hợp, thì nó bắt nguồn từ những năm bốn mươi của thế kỷ trước - nghĩa là từ những năm sau chiến tranh. Đất nước chúng tôi sau đó không phụ thuộc vào việc tạo ra các vật liệu mới, tuy nhiên, ở Hoa Kỳ, công thức tổng hợp đã được nghiên cứu chuyên sâu. Trong những năm này, nó đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi, bởi vì các vật liệu rẻ tiền chỉ đơn giản là cần thiết cho một nền kinh tế đang phát triển.

Chính tại đất nước này, việc gia cố sợi thủy tinh với tiết diện không đổi được tạo ra, lúc đầu chỉ được sử dụng để sản xuất hàng tồn kho. Một ứng dụng nghiêm trọng hơn đã bắt đầu từ những năm 60, khi composite bắt đầu được coi là một giải pháp thay thế cho gia cố kim loại.

Trước hết, họ bắt đầu sử dụng nó để gia cố mặt đường, mà như bạn biết, không chỉ với họ, mà còn với chúng tôi, được rắc muối để loại bỏ băng vào mùa đông. Và nó làm hỏng không chỉ các bánh xe ô tô, mà còn, thấm dưới dạng một giải pháp thông qua độ dày của bê tông, ăn mòn cốt thép bên trong.

Vì thế:

• Đó là trong lĩnh vực này, khả năng chống ăn mòn của nhựa được chứng minh là tốt nhất. Điều duy nhất đóng vai trò là trở ngại cho việc thay thế hoàn toàn kim loại bằng composite là chi phí cao, chỉ có thể giảm trong hai mươi năm. Do đó, lúc đầu, lớp phủ kẽm hoặc epoxy được áp dụng đơn giản cho kim loại.
• Nhưng vì hóa ra gia cố sợi thủy tinh cho bê tông polymer có hiệu quả hơn so với cốt thép - đặc điểm khác nhau của sự giãn nở nhiệt bị ảnh hưởng, sau đó vào năm 1983, tài liệu đầu tiên được phát triển ở Hoa Kỳ quy định việc sử dụng công nghệ composite trong thiết kế cầu.
• Tại sao cầu? Có, bởi vì tình trạng kém của chúng có liên quan đến sự ăn mòn của các phụ kiện, điều này làm phiền rất nhiều đến các dịch vụ chịu trách nhiệm cho hoạt động của chúng. Gia cố hỗn hợp sau đó được coi là cơ hội chính để giải quyết vấn đề này.
• Theo đó, nó đã bắt đầu được sử dụng cho các công nghệ tiên tiến: trong thiết kế phòng thí nghiệm và trung tâm y tế được nhồi bằng điện tử, đường băng sân bay và thậm chí cả lò phản ứng trong các trạm điện.
• Ở Nhật Bản, việc sử dụng rộng rãi các chất gia cố phi kim loại đã bắt đầu vào giữa những năm 1990. Sau đó, họ đã có hơn một trăm dự án lớn - chủ yếu là các dự án thương mại, trong đó gia cố sợi thủy tinh đã được sử dụng. Cũng trong khoảng thời gian đó, bắt đầu từ Đức, nó bắt đầu được sử dụng ở châu Âu, cũng như Canada.

Nhưng người tiêu dùng kiên cố nhất của cốt thép composite, tất nhiên, là Trung Quốc.Ở đất nước này, nó không chỉ được sử dụng trong việc xây dựng các cây cầu, mà còn là công trình đầu tiên được sử dụng để thiết kế các công trình ngầm và đường hầm.

Những gì đã thay đổi ngày hôm nay

Tất cả các thông tin trên nói về những lợi thế vững chắc của cốt thép composite, và, tuy nhiên, không chỉ hầu hết các thương nhân tư nhân, mà nhiều nhà xây dựng không biết về nó. Và những người vẫn biết, đôi khi hoài nghi về tài liệu này.

Để xua tan nghi ngờ, chúng tôi sẽ mô tả chi tiết hơn về loại cốt thép polymer nào được sản xuất ngày nay, trong những lĩnh vực nào nó có thể được sử dụng, và trong đó không.

Các loại cốt thép polymer

Ngày nay, có một số kỹ thuật sản xuất cho các phụ kiện phi kim loại sử dụng các nguyên liệu thô khác nhau.

Để làm cho sự khác biệt dễ hiểu hơn, để rõ ràng, chúng tôi sẽ trình bày các loại chính dưới dạng bảng:

Cốt thép trông như thế nào?	Tính năng đặc biệt
Sợi thủy tinh	Bức ảnh cho thấy sự gia cố sợi thủy tinh (GFRP-Rebar) - tùy chọn phổ biến nhất. Thanh nhựa dài đến 12 m được gia cố bằng sợi thủy tinh liên tục. Chúng được chế tạo trong phạm vi đường kính từ 4 đến 40 mm. Cốt thép như vậy được sử dụng như là một thay thế cho tương tự thép - trong các cấu trúc với cốt thép không được ép hoặc với cốt thép dự ứng lực.
Nhựa bazan	Loại cốt thép này (BFRP) khác với phiên bản trước ở chỗ nó không sử dụng sợi thủy tinh mà là sợi bazan để gia cố. Nó không chỉ khác về màu sắc mà còn có khả năng chống chịu cao hơn với môi trường xâm thực. Mức độ chống cháy xấp xỉ như nhau, vì bất kỳ polymer nào cũng có thể chịu được tối đa +160 độ. Lý tưởng cho các nền tảng và khu vực mù.
Phụ kiện carbon	Vật cố này, viết tắt CFRP, được gọi là carbon, bởi vì ở đây, song song với nhựa nhiệt tổng hợp, sợi carbon được sử dụng. Không giống như các lựa chọn trước đây, nó có thể có một lớp hoàn thiện cát, như chúng ta thấy trong ảnh. Nó không chỉ được sử dụng trong dân dụng, mà còn trong xây dựng công nghiệp, cũng như khi đặt đường, xây dựng cầu, biển và các phương tiện truyền thông. Chúng tôi nhấn mạnh rằng độ bền kéo của cốt thép như vậy cao hơn năm lần so với thanh thép loại AIII, và nhẹ hơn 10 lần so với nó.

Tất cả các tùy chọn gia cố polymer có thể được thực hiện dưới dạng cáp, thanh hoặc thanh định hình. Hình dạng hồ sơ phần cũng có thể khác nhau: rỗng, rắn, vuông, tròn.

Các cuộn dây của các sợi cũng có thể khác nhau, và, như bạn có thể thấy từ các hình ảnh, tùy chọn của lớp phủ bên ngoài. Tùy thuộc vào đường kính và mức độ linh hoạt, cốt thép có thể được bán dưới dạng thanh đơn, hoặc xoắn thành cuộn.

Có bất kỳ nhược điểm?

Người ta đã nói rất nhiều về những ưu điểm của việc gia cố polymer, nhưng người dùng tiềm năng của nó có thể có một câu hỏi chính đáng: Sự bất lợi của vật liệu là gì và việc sử dụng nó không mong muốn ở đâu?

Ở đây chúng tôi sẽ trả lời nó trong phần này của bài viết:

• Không có vật liệu hoàn hảo. Bất kỳ trong số chúng đều có những nhược điểm nhất định, và ở đây tất cả phụ thuộc vào ứng dụng và điều kiện hoạt động của các cấu trúc.
• Đặc biệt, polymer kém hơn so với cùng loại thép trong khả năng chống cháy, vì, ở độ dày của bê tông, nhựa bắt đầu nóng chảy từ +200 độ C. Điểm nóng chảy của thép cao hơn bảy lần, vì vậy trong một số lĩnh vực xây dựng, nó không thể được thay thế bằng nhựa.
• Ví dụ, cốt thép composite không được sử dụng để sản xuất tấm sàn. Theo đó, các yếu tố khung của các tòa nhà nhiều tầng đúc sẵn, hoặc các xưởng sản xuất có nguy cơ hỏa hoạn gia tăng, được gia cố bằng khung thép - và có thể hiểu được tại sao.
• Nhưng đối với nền tảng, yếu tố này hoàn toàn không thành vấn đề, do đó loại cốt thép này phù hợp với bất kỳ loại nào.Quá trình lắp ráp khung móng, từ truyền thống thực tế là như nhau. Điều duy nhất ở đây là sử dụng dây buộc nhựa để đan - mặc dù bạn cũng có thể sử dụng dây.

• Một trong những bất tiện là không thể tạo cho cốt thép composite có hình dạng mong muốn bằng cách gia nhiệt đơn giản. Do đó, nếu cần phải chế tạo các cấu trúc có hình dạng cong, các bộ phận khung cho chúng được nhà sản xuất thực hiện để đặt hàng.
• Về điều này, trên thực tế, danh sách các thiếu sót kết thúc. Các lĩnh vực trong đó việc sử dụng cốt thép composite được ưu tiên hơn nhiều so với các hạn chế.
• Lưu ý rằng gia cố như vậy rất dễ xử lý, bạn có thể cắt nó bằng một cưa sắt đơn giản, hoặc, với đường kính nhỏ, sử dụng kềm. Trong cuộc sống hàng ngày, ngoài việc đổ nền móng và một khu vực mù, nó có thể được sử dụng, ví dụ, để xây dựng nhà kính.

Vì vậy, đối với xây dựng tư nhân, gia cố nhựa là lựa chọn tốt nhất, và thậm chí kinh tế hơn. Nếu bạn tính trên mỗi tấn, nó đắt hơn, nhưng nếu bạn xem xét rằng do trọng lượng riêng của thanh nhẹ hơn, có nhiều hơn về số lượng, thì lợi ích là khá rõ ràng.